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KAIST、光学的な時空間の境界で光を制御する技術を開発

光学分野における動的な媒質の研究の活性化に期待


韓国の研究チームが光学的な時空間の境界で光を制御する技術を開発した。

大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は機械工学科のミン・ボムギ教授、チョン・ウォンジュ教授研究チームと物理学科のイ・サンミン教授共同研究チームが光学的な時空間の境界を利用して光の色と位相を同時に制御する技術を開発したと11月4日に発表した。

光の周波数変換素子は光学的非線形状により光の色が変化する現象を利用、光を使用する精密測定や通信技術において核心的な役割を果たしている。

一般的な光学現象では光の重畳原理が成立するためいくつかの光が同時に物質を通過しても互いに影響を及ぼさない。しかし光の強さが非常に強いと光の電場が物質を形作る原子核、電子の相互作用に影響を与える。光の周波数を倍に増やしたり二つの光の周波数を合わせたり除いた光を形成するなどの非線形光学現象を観察できる。

こうした場合、大部分は非線形形状の実現に必要な強い光を得るために高出力レーザーを使用したり非常に狭い空間に光を集束させる方法を用いる。また光が通過している物質を光みずからではない外部からの刺激を利用して変化させる際にも周波数変換現象が見られる。こうして時間によって動的に変化する物質、時間境界などを利用すれば弱い光でも周波数変換を起こすことができる。

しかし外部の刺激を利用した物性の変化はこれまで概念的にのみ研究されてきた。多様な理論的予測の結果を実際に実現するのは困難だった。研究チームはこうした問題を解決するために原子構造を模倣した微細な金属構造を配列して人工的な光学物質(メタ物質)を製造し、この人工物質を非常に速く変化させて時空間境界を作り出すことに成功した。

従来の研究では若干の屈折率にのみ変化を与えることにとどまっていたが、本研究では物質の分光学的特性を自由に設計し変化させることの可能なプラットフォームを提供した。そしてこれを利用して光の色を大きく変化させながら周波数変化量をも制御できる素子を開発した。

研究に当ったミン・ボムギ教授は「周波数スペクトラムの変化を自由に設計し予測できるので幅広い活用が可能。光学分野で動的な媒質の研究に新たな方向性を提示できた」と話している。

研究結果は光学分野の国際学術誌『Nature Photonics』電子版に10月8日付で掲載された。





[2018-11-06]

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