光学：双方向光制御のためのフーリエピクセル

デジタルカメラとディスプレイは、光強度を検出、あるいは光を放射するという単一機能を担う画素（ピクセル）を使用している。電磁波が持つ情報内容を最大限に活用するには、さらに高度な素子が必要である。この必要性が、例えば光強度を同時に検出・放射する、あるいは光強度情報とスペクトル情報を抽出する多機能部品の開発を促してきた。しかし、振幅、位相、偏光を完全に制御しながら光波面の検知と生成の両方を行うピクセルは現時点では存在せず、このため、高度な光場の双方向制御とフィードバックが制限されている。今回我々は、フーリエ光学に基づく小型化された回折素子の多用途プラットフォームを実証することで、そうしたピクセルを実現する道筋を提示する。我々は、金属表面全体をコヒーレントかつ効率的に伝播するプラズモン表面波を用いた。単純なフーリエ解析を用いて設計した波状の微細構造にこうしたプラズモンを向かわせると、任意の、そしてバックグラウンドのない光波面が生成される。逆に、入射光を検知して、その振幅、位相、偏光を完全に特性評価することもできる。我々は、こうした構成要素を複数組み合わせたり重ね合わせたりすることで、光場をコンパクトかつ正確に制御する多機能な「フーリエピクセル」を作製した。今回の手法（我々はこれをフォトニック導波路モードに拡張した）は、適応光学、ホログラフィックディスプレイ、光通信、量子情報処理に応用がある、ベクトルプログラミング可能なピクセルに向けたスケーラブルで汎用的なアーキテクチャーを確立するものである。

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