光物理学：任意形状の波面を示すメタレーザー

集積ナノレーザーは、光情報処理や通信から医療処置まで、多くの応用分野におけるその重要な役割ゆえに数十年にわたり研究されてきた。ナノレーザーの偏光、軌道角運動量、および指向性の操作には成功しているものの、そのレーザー波面と放射特性のいずれも、思い通りには最適化できない。レーザー特性をさらに変更するには、光学素子がもっと必要になることが多く、これによってレーザー発振機構が大型化し、スぺックル雑音が避けられないという制約を受ける。今回我々は、誘電体共鳴メタサーフェスの局所的応答と非局所的応答の相互作用を用いて、新しいタイプのレーザーであるメタレーザーを提案し実現した。レーザー発振モードは、平面構造のメタ原子間の非局所相互作用によって閉じ込められ、ビーム波面は、局所的に変動する双極子モーメントによって精密に成形される。結果として、メタレーザーの放射は、焦点、焦線、ベクトルビーム、渦ビーム、そしてホログラムなど、どんな望ましいプロファイルにも直接成形することができる。特にメタレーザーの散乱波は、レーザーモードのような共鳴増幅を受けず何桁も弱い。その結果、今回のメタレーザーホログラムではスぺックル雑音が無視できるほど小さくなり、従来型レーザーホログラムのスぺックル雑音問題に対する実行可能な解決策を与える。今回の発見によって、レーザーの理解が深まり、さまざまな光学応用やフォトニック応用に向けたその性能向上が促進される。

目次へ戻る