光電マイクロ波シンセサイザー - 周波数調整可能性と低位相雑音の融合 学術背景 現代の通信、航法、レーダーシステムでは、周波数調整可能で低雑音のマイクロ波源が不可欠です。従来の電子式マイクロ波シンセサイザーは周波数調整可能であるものの、位相雑音が高いため、精密な応用には制限があります。一方で、フォトニクスに基づくマイクロ波シンセサイザーは高いスペクトル純度のレーザーや光周波数コームを活用し、極めて低雑音のマイクロ波信号を生成できます。しかし、フォトニクスアプローチは一般的に周波数調整能力を欠き、サイズ、重量、消費電力の点で大きな課題があり、広範な適用が制限されています。 これらの問題を解決するため、本研究では、簡略化した光周波数分割（Optical Frequency Division, O...

光電偏光固有ベクトルを用いたオンチップ全ストークス偏光計研究 学術背景 光の偏光状態は、光通信、生物医学診断、リモートセンシング、宇宙論など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。ストークスベクトル（Stokes vector）は、光の偏光状態を記述する4つのパラメータであり、光の強度と偏光状態の完全な情報を提供します。従来の偏光計は、プリズム、レンズ、フィルター、波長板といった分離された光学部品に依存しており、それらの大きなサイズが偏光計の小型化と広い応用性を制限していました。 近年、ナノフォトニクスやメタサーフェス（metasurface）の技術が進展し、それらを活用したコンパクトな偏光計が探索されています。しかし、既存のメタサーフェス偏光計は、特に赤外領域においてピクセル配置の調...

動的3Dメタサーフェスホログラフィー：カスケード型ポリマー分散液晶を用いた革新的研究 学術的背景 メタサーフェス（Metasurface）は、2次元のサブ波長構造を持つ光場の位相と振幅を局所的に変調する技術であり、小型化光学デバイスの設計に新たな解決策を提供しています。しかし、既存のメタサーフェスホログラフィー技術は静的特性に限定されており、リアルタイムでの動的変調ができないため、インテリジェントディスプレイシステムへの応用が制限されています。動的3Dホログラフィックディスプレイの要求を満たすために、研究者たちは多重化メタサーフェス、構造変更メタサーフェス、および統合メタサーフェスを含む複数のアクティブメタサーフェス技術を探求してきました。その中で、液晶（Liquid Crystal, LC...

気泡の熱音響モードと光機械センサーの結合研究 学術的背景 気泡の液体中の音響行動は、物理学と工学の分野で重要な研究テーマです。気泡の振動モードは、自然界の音響現象だけでなく、マイクロ流体やバイオセンシングなどの分野でも広く応用されています。Minnaert呼吸モードは、気泡の音響学で最も有名な振動モードであり、液体中の気泡の基本的な振動行動を記述します。しかし、気泡は一連の高次音響モードもサポートしており、これらのモードの理論的予測は存在するものの、実験的観測は非常に稀です。さらに、光機械センサーは高感度の検出ツールとして、マイクロスケールの音響および振動特性を検出するための新しいプラットフォームを提供します。 本研究は、光機械センサーを使用して気泡の音響モード、特に高次音響モードを探査し、...

深層強化学習を用いた液体レンズ顕微鏡の精密自動焦点技術 学術的背景 顕微鏡イメージングは、科学研究、生物医学研究、および工学アプリケーションにおいて重要な役割を果たしています。しかし、従来の顕微鏡とその自動焦点技術は、システムの小型化と迅速で精密な焦点調整を実現する上で、ハードウェアの制約とソフトウェアの速度の遅さに直面しています。従来の顕微鏡は通常、複数の固定焦点レンズと機械構造を組み合わせており、拡大や焦点調整などのイメージング機能を実現していますが、これにより装置が大きく、焦点調整が遅く、狭い空間での迅速な操作が困難です。液体レンズ（liquid lens）は、機械部品がなく、電気信号を調整することで焦点を合わせることができるため、小型、高速応答、低コストといった利点を持ち、これらの問...

確率的構造化照明顕微鏡（S2IM）：スキャンレス超解像イメージング技術の研究報告 学術的背景 超解像顕微鏡の分野において、従来の構造化照明顕微鏡（Structured Illumination Microscopy, SIM）技術は、高解像度イメージングを実現するために精密な機械制御とマイクロメートルレベルの光学アライメントを必要とします。しかし、この技術は複雑なハードウェアと高精度の操作を要求し、眼科検査や天文観測、活性物質研究など、長い作動距離や非侵襲的イメージングが必要な環境での使用が制限されていました。これらの問題を解決するため、イタリア工科大学（Italian Institute of Technology）の研究チームは、新しい超解像イメージング手法である確率的構造化照明顕微鏡（...

MINFLUXナノ顕微鏡の生物組織への応用：蛍光顕微鏡の分解能限界を突破 学術的背景 蛍光顕微鏡は生物学研究において重要な役割を果たしていますが、その分解能は回折限界によって制約され、通常は約200ナノメートル程度に留まります。近年、超解像顕微鏡（super-resolution microscopy, SR）技術の発展により、この限界を突破し、ナノスケールで生物分子の分布を観察することが可能になりました。しかし、複雑な生物組織、特に厚いサンプルでは、光学収差や光の吸収・散乱などの問題が超解像顕微鏡の性能に深刻な影響を与えます。生理学的に関連する環境でナノスケールのタンパク質分布を可視化するために、研究者たちは新しいイメージング技術の探索を続けています。 MINFLUX（minimal ph...

ランダムレーザーのスペクトル持続性の制御 研究背景 ランダムレーザー（Random Lasers、以下RLs）は、1960年代にLetokhovの理論として提唱されて以来、広く注目される研究分野となっています。RLsの大きな特徴は、精密な光学キャビティの製造を必要としないことです。これにより、加工と拡張の面で大きな利点をもたらします。この種のレーザーは、その固有の多モード特性と低い空間コヒーレンス性により、無干渉の全視野イメージングといったアプリケーションで独自の利点を示しています。例えば、RLsは、光散乱媒質中で誘導放出によりコヒーレント光を生成し、非線形応答と独自のスペクトル変動を持つため、センシングやイメージングの分野で潜在的な応用があります。また、RLsは複雑なネットワークにおける非...

特集報道：Pound–Drever–Hall前方フィード技術：フィードバックを超えるレーザー位相ノイズ抑制 著者: Yu-Xin Chao, Zhen-Xing Hua, Xin-Hui Liang, Zong-Pei Yue, Li You, Meng Khoon Tey 機関: 低次元量子物理国家重点実験室、物理学部、清華大学、北京、中国 ジャーナル: Optica 公開日: 2024年7月9日 DOIリンク: ここをクリック 一、研究背景 過去数十年間、超安定光学参考キャビティにロックされた狭線幅レーザーの出現は、重力波検出、光学時計、超低ノイズ光子マイクロ波生成、高忠実度の原子量子ビット制御、超冷分子のコヒーレント合成、暗黒物質及び基本定数の変化の探査など、革新的な技術の先駆けとなり...

超狭帯域混合集成自己注入ロック式780nmレーザーに関する研究報告 研究背景 現代科学技術において、狭帯域レーザーは多様な用途で非常に重要な役割を果たしています。これには、古典的および量子センシング、イオン捕捉系、位置測定／ナビゲーション／タイミングシステム、オプティカルクロック、マイクロ波周波数合成器などが含まれます。特に可視光および近赤外光スペクトル範囲における低ノイズレーザーは、量子計算、センシング、原子時計に使用されるレーザービームの束縛および冷却技術のために重要です。本研究では、780nmの動作波長で混合集成された狭帯域レーザーを示し、105Hzの自己異なり帯域幅を実現しました。この研究は、Hzレベルの狭帯域レーザー技術の実現可能性を示すだけでなく、将来の探求のための基礎も築いてい...