Laser Focus World JAPAN　レーザーフォーカスワールドジャパン

November 21, 2013, West Lafayette--パデュー大学の研究チームは、光を超高効率制御できる「メタサーフェス」を使って微小ホログラムを実現した。これは、高度なセンサ、高解像度ディスプレイおよび情報処理向けの新技術の可能性がある。
極薄金フォイルに何千ものV形状のナノアンテナを形成したメタサーフェスは「平面フォトニクス」デバイスや光スイッチになる。同大学、電気・コンピュータ工学助教授、Alexander Kildishev氏によると、これらは、情報処理、センシングおよび通信用のコンピュータチップに組み込めるほどの小さなサイズ。
レーザ光がナノアンテナを通り抜けると、メタサーフェス上方10μmにホログラムが生成する。この技術を実証するために研究チームは、人毛程度の幅、100μm以下のサイズでPURDUEという文字のホログラムを作成した。
Kildishev氏は、「文字を形作れるなら、センシングや記録用に様々なタイプの光ビームを形成できる、例えば3Dディスプレイ用のピクセル。他に可能なアプリケーションとしては、情報技術用チップ内のデータ伝送やデータ処理がある。この実験で表示された最小の文字は幅がわずか1μm。これは注目に値する空間分解能だ」と話している。
メタサーフェスによって、将来的にはシングルフォトンを使ってスイッチング、ルーティングができる。フォトンを使うことはコンピュータや通信を劇的に高速化することであるが、従来のフォトニックデバイスは微小化できない。光の波長が大きすぎて、集積回路に必要となる微小コンポーネントに入らないからだ。ナノ構造のメタマテリアルは、光の波長を小さくすることができるので、これによって新しいタイプのナノフォトニックデバイスが実現可能になる。
「最も重要なことは、非常に薄い層、わずか30nmの層(レイヤ)でこれができることだ、これは前例がない。このことの意味は、それをエレクトロニクスに組込み、エレクトロニクスと融合させることができると言うことだ」。パデュー大学Birck Nanotechnology Centerナノフォトニクス科学ディレクタ、Vladimir M. Shalaev氏はこのように説明している。
そのレイヤはホログラムを作る光の波長幅の約1/23。
約15年開発を続けたメタマテリアル固有の潜在力はナノメートルスケールで高精度設計できることにある。ナノフォトニクス光回路は、電子雲「表面プラズモン」を使って、従来のレーザにとっては小さすぎるデバイス内で光のルーティングを操作し制御できる。
この技術を実証するために研究チームは幅が100μm以下のPURDUE文字のホログラムを創った。
研究チームは、レーザ光がナノアンテナを通過する時のレーザ光の強度と位相、タイミングの制御法を示した。個々のアンテナがそれぞれの「位相遅延」を持っている。光がその構造を通過するときの減速の程度を意味する。強度と位相の制御は実用的なデバイス作製にとって極めて重要であり、これはV形状のアンテナを変えることで達成できる。
レーザ光はメタサーフェスの下から通過していき、その構造物の上方10μmにホログラムができる。
(詳細は、 www.purdue.edu)