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ITMO、光ファイバに大入射角で光を結合

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December, 11, 2020, St.Petersburg--内視鏡、腹腔鏡を含む医療、量子技術や光ファイバセンサの分野に、ITMOの発明が新たな機会を開く。研究成果は、ACS Photonicsに発表された。

光ファイバは、通信で広範に利用されている。さらに、光ファイバは、日々の医療でも利用されている、例えば生体内(生きた組織や細胞)研究である。光ファイバを利用する内視鏡は、人の内臓をリアルタイムで調べることができる。これは診断目的では極めて重要である。

しかし、光ファイバでは光結合効率は、大きな入射角で著しく低下する。入射角15°では効率低下が非常に大きく、ほぼゼロになる。この効率不足は、機能や光ファイバアプリケーションの能力を著しく制限する。

ITMO研究者、Oleh Yermakov とAndrey Bogdanovは、ライプニッツフォトニック技術研究所、オーストラリア国立大学と協力して、入射角70°以上で光のファイバ結合の基本的な問題を解決した。

研究チームは、高屈折率の誘電体ナノ構造を使用した。これはシリコンナイトライド(SiN)製であり、ファイバ端面に実装されている。SiNの低吸収損失のためにファイバに達する光が増える。それだけでなく、ナノ構造はリング状回折格子である。回折により、大きな入射角でも光はファイバの軸に沿って伝搬するように、その構造を通過する。最終的にその構造のリング形状によって、いかなる偏光、いかなる方向からの光でも捉えることができる。実用的な視点では、それは非常に重要である。すべてのこれらの要素は、ナノ構造なしのファイバ、金属ナノ構造と比較して、光結合効率4桁増加に貢献する。

近い将来、研究チームは、ナノインプリントリソグラフィを利用することでナノ構造製造プロセスをスピードアップし、簡素化、低価格化することを計画している。ポリマレジストスタンピングやその結果のエッチングを想定している。当面、研究チームは、いかなる特殊な作業にもナノ構造設計を見つけ出すために、先進的オプティマイザに基づいた自動アルゴリズムとマシンラーニングに理論的進歩を変えることを考えている。
(詳細は、https://news.itmo.ru)