研究テーマ

長谷川専任講師の研究テーマ

卒業研究

軌道角運動量をもつ光

自由空間を伝搬する光ビームは近軸波動方程式の解としてよく表せる。 この方程式を直交座標で解いた解としてエルミートガウス（HG）光ビーム、円筒座標で解いた解としてラゲールガウス（LG）光ビームが得られる。 後者は近年、軌道角運動量をもつ光として注目を集めている。

１）　チタンサファイアレーザーを使って波長可変で強度の大きいラゲールガウス光ビームを発生し、原子の運動制御や干渉実験を行っている。 具体的には、チタンサファイアレーザーの共振器内に細いワイヤーを張り高次のエルミートガウス光ビームを発生させる。 これを円筒レンズを使ったモード変換器に通してラゲールガウス光ビームを発生させる。 下図はモード変換器とエルミートガウス光ビームの角度を変化させた時の出力光の様子を示している。 角度が45度の時ラゲールガウス光ビームが得られる。 　

２）　横モードを分解するビームスプリッターを考案した。

これを用いた量子暗号通信を提案している。

３）　量子暗号通信のデモ実験

２）で提案した方法を使って実際に実験を準備している。 下に実験装置図を示す。 光源にはHe-Neレーザーを用い、空間位相変調器を使い様々な横モードのビームを発生させている。

発生したビームを下に示す。

また、LG01モードを発生させる位相ホログラムとガウスビームとの干渉縞を下に示す。

参考文献

  1. T. Kuga, Y. Torii, N. Shiokawa, T. Hirano, Y. Shimizu, and H. Sasada, "Novel optical trap of atoms with a doughnut beam," Physical Review Letters, 78(25), 4713-4716 (1997).
  2. Y. Torii, N. Shiokawa, T. Hirano, T. Kuga, Y. Shimizu, and H. Sasada, "Pulsed polarization gradient cooling in an optical dipole trap with a Laguerre-Gaussian laser beam," The European Physical Journal, D 1, 239-242 (1998).
  3. H. Sasada and M. Okamoto, "Transverse-mode beam splitter of a light beam and its application to quantum cryptography," Physical Review A 68, 012323 (2003).
  4. H. Okuda and H. Sasada, "Huge transverse deformation in nonspecular reflection of a light beam possessing orbital angular momentum near critical incidence" Optics Express, 14(18), 8393-8402 (2006).
  5. H. Okuda and H. Sasada, "Significant deformations and propagation variations of Laguerre-Gaussian beams reflected and transmitted at a dielectric interface" Journal of the Optical Society of America, A25, 881-890 (2008).
  6. M. Sato and H. Sasada, "Measurements of transverse lateral and longitudinal angular shifts of high-azimuthal-mode Laguerre?Gaussian beams reflected at a dielectric interface near critical incidence" Journal of Optics, 15, 014018 (2013).