Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7126689B2 - Optical vortex generation method and optical vortex generator - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7126689B2 - Optical vortex generation method and optical vortex generator - Google Patents

Optical vortex generation method and optical vortex generator Download PDF

Info

Publication number
JP7126689B2
JP7126689B2 JP2018118906A JP2018118906A JP7126689B2 JP 7126689 B2 JP7126689 B2 JP 7126689B2 JP 2018118906 A JP2018118906 A JP 2018118906A JP 2018118906 A JP2018118906 A JP 2018118906A JP 7126689 B2 JP7126689 B2 JP 7126689B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
beams
phase difference
optical
vortices
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018118906A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019219618A (en
Inventor
芳樹 中田
匡孝 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Osaka NUC
Original Assignee
Osaka University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka University NUC filed Critical Osaka University NUC
Priority to JP2018118906A priority Critical patent/JP7126689B2/en
Publication of JP2019219618A publication Critical patent/JP2019219618A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7126689B2 publication Critical patent/JP7126689B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10Drag reduction

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

本発明は、光渦発生方法及び光渦発生装置に関する。 The present invention relates to an optical vortex generation method and an optical vortex generator.

特許文献1に記載された光渦発生装置は、光源部と、螺旋型位相板とを有する。光源部はレーザー光を発生する。螺旋型位相板はレーザー光を光渦に変化させる。 The optical vortex generator described in Patent Document 1 has a light source section and a spiral phase plate. The light source section generates laser light. The helical phase plate transforms the laser light into an optical vortex.

特開2015-163912号公報JP 2015-163912 A

しかしながら、特許文献1に記載された光渦発生装置では、複数の光渦を発生するためには、光渦の数と同数の螺旋型位相板を用意することが要求される。その結果、螺旋型位相板の数の増加に伴って光渦発生装置のコストが増加する。 However, in order to generate a plurality of optical vortices, the optical vortex generator described in Patent Literature 1 requires preparation of the same number of helical phase plates as the number of optical vortices. As a result, the cost of the optical vortex generator increases as the number of helical phase plates increases.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを抑制しつつ、複数の光渦を発生できる光渦発生方法及び光渦発生装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical vortex generation method and an optical vortex generator capable of generating a plurality of optical vortices while suppressing costs.

本発明の一局面によれば、光渦発生方法は、複数のビームを生成する工程と、前記複数のビームのうち、2以上のビームに位相差を付与する工程と、前記位相差の付与された前記2以上のビームを含む前記複数のビームを、ターゲットに照射する工程とを含む。照射する前記工程では、前記複数のビームは、互いに異なる方向から前記ターゲットに入射して、前記複数のビームが干渉する。前記複数のビームの干渉パターンは、複数のスポットを含む。付与する前記工程では、前記複数のスポットが、それぞれ、複数の回転中心の回りを回転するように、前記2以上のビームに前記位相差を付与する。前記スポットは、前記回転中心の位置する部分よりも光強度の強い部分を示す。 According to one aspect of the present invention, an optical vortex generation method includes the steps of: generating a plurality of beams; giving a phase difference to two or more beams among the plurality of beams; irradiating a target with said plurality of beams, including said two or more beams. In the irradiating step, the plurality of beams impinge on the target from different directions and the plurality of beams interfere. The interference pattern of the multiple beams includes multiple spots. In the imparting step, the phase difference is imparted to the two or more beams such that the plurality of spots rotate about a plurality of centers of rotation, respectively. The spot indicates a portion where the light intensity is higher than the portion where the center of rotation is located.

本発明の光渦発生方法では、前記複数のビームにおいて、互いに隣り合うビーム間の角度は、実質的に等しいことが好ましい。前記ターゲットへの前記複数のビームの入射角は、実質的に等しいことが好ましい。 In the optical vortex generation method of the present invention, it is preferable that the angles between adjacent beams in the plurality of beams are substantially equal. Preferably, the angles of incidence of said plurality of beams on said target are substantially equal.

本発明の光渦発生方法において、前記2以上のビームに付与される前記位相差の各々は、前記複数のビームのうち前記2以上のビームと異なるビームを基準としたときの位相差を示し、所定値のM倍(Mは1以上の整数)であることが好ましい。前記2以上のビームに付与される前記位相差に対してそれぞれ前記Mの値が設定されていることが好ましい。 In the optical vortex generation method of the present invention, each of the phase differences imparted to the two or more beams indicates a phase difference with reference to a beam different from the two or more beams among the plurality of beams, It is preferably M times the predetermined value (M is an integer equal to or greater than 1). It is preferable that the value of M is set for each of the phase differences imparted to the two or more beams.

本発明の光渦発生方法において、前記複数のビームは、6本のビームであることが好ましい。前記所定値は、π/3ラジアン、又は、-π/3ラジアンであることが好ましい。 In the optical vortex generation method of the present invention, the plurality of beams is preferably six beams. The predetermined value is preferably π/3 radians or -π/3 radians.

本発明の光渦発生方法において、照射する前記工程では、前記複数のビームの干渉によって三角格子状に配列される複数の光渦を形成することが好ましい。 In the optical vortex generating method of the present invention, it is preferable that, in the step of irradiating, a plurality of optical vortices arranged in a triangular lattice pattern are formed by interference of the plurality of beams.

本発明の光渦発生方法は、付与する前記工程と照射する前記工程との間で実行され、前記複数のビームを調節する工程をさらに含むことが好ましい。調節する前記工程では、前記複数のビームを調節して、前記複数のビームに基づく複数の光渦の発生する領域の大きさと、前記複数の光渦の間隔と、前記複数の光渦の発生する位置とのうちの少なくとも1つを調節することが好ましい。 Preferably, the optical vortex generation method of the present invention further includes a step of adjusting the plurality of beams, performed between the applying step and the irradiating step. In the adjusting step, the plurality of beams are adjusted to determine the size of a region in which the plurality of optical vortices are generated based on the plurality of beams, the interval between the plurality of optical vortices, and the generation of the plurality of optical vortices. It is preferred to adjust at least one of the position.

本発明の他の局面によれば、光渦発生装置は、マルチビーム生成部と、位相差付与部と、照射部とを備える。マルチビーム生成部は、複数のビームを生成する。位相差付与部は、前記複数のビームのうち、2以上のビームに位相差を付与する。照射部は、前記位相差の付与された前記2以上のビームを含む前記複数のビームを、ターゲットに照射する。前記複数のビームは、互いに異なる方向から前記ターゲットに入射して、前記複数のビームが干渉する。前記複数のビームの干渉パターンは、複数のスポットを含む。前記位相差付与部は、前記複数のスポットが、それぞれ、複数の回転中心の回りを回転するように、前記2以上のビームに前記位相差を付与する。前記スポットは、前記回転中心の位置する部分よりも光強度の強い部分を示す。 According to another aspect of the present invention, an optical vortex generator includes a multi-beam generator, a phase difference generator, and an irradiator. A multi-beam generator generates a plurality of beams. The phase difference imparting unit imparts a phase difference to two or more beams among the plurality of beams. The irradiation unit irradiates a target with the plurality of beams including the two or more beams to which the phase difference is given. The multiple beams impinge on the target from different directions, and the multiple beams interfere. The interference pattern of the multiple beams includes multiple spots. The phase difference imparting unit imparts the phase difference to the two or more beams such that the plurality of spots rotate around a plurality of rotation centers. The spot indicates a portion where the light intensity is higher than the portion where the center of rotation is located.

本発明によれば、コストを抑制しつつ、複数の光渦を発生できる。 According to the present invention, it is possible to generate a plurality of optical vortices while suppressing costs.

本発明の実施形態1に係る光渦発生装置を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the optical eddy generator based on Embodiment 1 of this invention. (a)は、実施形態1に係る光渦発生装置が発生する複数の光渦を含む干渉パターンを示す図である。(b)は、実施形態1に係る光渦発生装置が発生する複数の光渦の各々の強度を示す図である。(a) is a diagram showing an interference pattern including a plurality of optical vortices generated by the optical vortex generator according to Embodiment 1. FIG. (b) is a diagram showing the intensity of each of a plurality of optical vortices generated by the optical vortex generator according to the first embodiment; (a)~(e)は、実施形態1に係る光渦発生装置が生成する複数のビームの干渉パターンの時間変化を示す図である。4(a) to 4(e) are diagrams showing temporal changes in interference patterns of a plurality of beams generated by the optical vortex generator according to Embodiment 1. FIG. (a)は、実施形態1に係る光渦発生装置が生成する複数のビームを示す斜視図である。(b)は、実施形態1に係る光渦発生装置が生成する複数のビームを示す平面図である。4A is a perspective view showing a plurality of beams generated by the optical vortex generator according to Embodiment 1; FIG. 4B is a plan view showing a plurality of beams generated by the optical vortex generator according to Embodiment 1; FIG. (a)は、実施形態1に係る光渦発生装置が生成する6本のビームの位相差の例を示す図である。(b)は、実施形態1に係る光渦発生装置が生成する6本のビームの位相差の他の例を示す図である。(a) is a diagram showing an example of phase differences of six beams generated by the optical vortex generator according to the first embodiment. 8B is a diagram showing another example of the phase difference between the six beams generated by the optical vortex generator according to the first embodiment; FIG. 実施形態1に係る光渦発生装置が実行する光渦発生方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an optical vortex generation method executed by the optical vortex generator according to Embodiment 1; (a)は、本発明の実施形態2に係る光渦発生装置が生成する6本のビームの位相差の例を示す図である。(b)は、(a)に示す位相差を有する6本のビームに基づく光渦を示す斜視図である。(c)は、(a)に示す位相差を反転したときの位相差を示す図である。(d)は、(c)に示す位相差を有する6本のビームに基づく光渦を示す斜視図である。(a) is a diagram showing an example of phase differences of six beams generated by the optical vortex generator according to Embodiment 2 of the present invention. (b) is a perspective view showing an optical vortex based on six beams having phase differences shown in (a). (c) is a diagram showing a phase difference when the phase difference shown in (a) is inverted. (d) is a perspective view showing an optical vortex based on the six beams having the phase differences shown in (c). (a)は、実施形態2に係る光渦発生装置が生成する複数のビームの位相差の他の例を示す図である。(b)は、(a)に示す位相差を反転したときの位相差の例を示す図である。(c)は、(a)に示す位相差を反転したときの位相差の他の例を示す図である。(a) is a diagram showing another example of the phase difference between a plurality of beams generated by the optical vortex generator according to the second embodiment. (b) is a diagram showing an example of a phase difference when the phase difference shown in (a) is inverted. (c) is a diagram showing another example of the phase difference when the phase difference shown in (a) is inverted. 本発明の実施形態3に係る光渦発生装置を示す図である。It is a figure which shows the optical eddy generator based on Embodiment 3 of this invention. 実施形態3に係る光渦発生装置が実行する光渦発生方法を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing an optical vortex generation method executed by the optical vortex generator according to Embodiment 3. FIG. (a)は、本発明の実施例1に係る複数の光渦を示す図である。(b)は、実施例1に係る6本のビームの位相差を示す図である。(a) is a diagram showing a plurality of optical vortices according to Example 1 of the present invention. 8B is a diagram showing phase differences of six beams according to Example 1. FIG. 比較例に係る一般的な光渦を示す図である。It is a figure which shows the general optical eddy based on a comparative example. (a)~(l)は、実施例1に係る光渦を形成するスポットの動きを示す図である。4(a) to 4(l) are diagrams showing the movement of a spot forming an optical vortex according to Example 1. FIG. (a)は、本発明の実施例2に係る複数の光渦を示す図である。(b)は、実施例2に係る6本のビームの位相差を示す図である。(a) is a diagram showing a plurality of optical vortices according to Example 2 of the present invention. (b) is a diagram showing phase differences of six beams according to Example 2. FIG. (a)~(l)は、実施例2に係る光渦を形成するスポットの動きを示す図である。(a) to (l) are diagrams showing the movement of a spot forming an optical vortex according to Example 2. FIG. (a)は、本発明の実施例3に係る光渦を示す図である。(b)は、実施例3に係る4本のビームの位相差を示す図である。(a) is a figure which shows the optical vortex based on Example 3 of this invention. (b) is a diagram showing phase differences of four beams according to Example 3. FIG. (a)~(l)は、実施例3に係る光渦を形成するスポットの動きを示す図である。(a) to (l) are diagrams showing movement of a spot forming an optical vortex according to Example 3. FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施形態1)
図1~図6を参照して、本発明の実施形態1に係る光渦発生装置100及び光渦発生方法を説明する。まず、図1を参照して光渦発生装置100を説明する。図1は、実施形態1に係る光渦発生装置100を示す図である。
(Embodiment 1)
An optical vortex generating device 100 and an optical vortex generating method according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. First, the optical vortex generator 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an optical vortex generator 100 according to Embodiment 1. FIG.

図1に示すように、光渦発生装置100は、レーザー発振器1と、マルチビーム生成部3と、コリメートレンズ5と、位相差付与部7と、集光レンズ9とを備える。集光レンズ9は「照射部」の一例に相当する。 As shown in FIG. 1 , the optical vortex generator 100 includes a laser oscillator 1 , a multi-beam generator 3 , a collimating lens 5 , a phase difference imparting section 7 and a condenser lens 9 . The condenser lens 9 corresponds to an example of the "irradiation section".

レーザー発振器1はレーザー光LTを発生する。レーザー光LTは、連続波であってもよいし、複数のパルス光を含んでいてもよい。レーザー光LTは、可視光であってもよいし、不可視光であってもよく、レーザー光LTの波長は特に限定されない。 A laser oscillator 1 generates laser light LT. The laser light LT may be a continuous wave, or may include a plurality of pulsed lights. The laser light LT may be visible light or invisible light, and the wavelength of the laser light LT is not particularly limited.

マルチビーム生成部3は、レーザー光LTに基づいて複数のビームBn(nは1以上の整数)を生成する。具体的には、マルチビーム生成部3は、レーザー光LTを分割して複数のビームBnを生成する。複数のビームBnはコリメートレンズ5に入射する。 The multi-beam generator 3 generates a plurality of beams Bn (n is an integer equal to or greater than 1) based on the laser light LT. Specifically, the multi-beam generator 3 divides the laser beam LT to generate a plurality of beams Bn. A plurality of beams Bn enter the collimator lens 5 .

具体的には、マルチビーム生成部3は回折格子31を含む。回折格子31は、例えば、透過型回折格子である。回折格子31は、レーザー光LTの一部を回折させることなく透過させて、ビームB0として出射する。ビームB0は、回折格子31と集光レンズ9との間の光路において遮断される。従って、ビームB0は、ターゲットTAに照射されない。また、回折格子31は、レーザー光LTを回折させて、レーザー光LTの一部を複数のビームBnに分割する。 Specifically, the multi-beam generator 3 includes a diffraction grating 31 . The diffraction grating 31 is, for example, a transmissive diffraction grating. The diffraction grating 31 transmits a part of the laser light LT without diffracting it, and emits it as a beam B0. Beam B 0 is blocked in the optical path between diffraction grating 31 and condenser lens 9 . Therefore, the beam B0 does not irradiate the target TA. Also, the diffraction grating 31 diffracts the laser light LT to split a portion of the laser light LT into a plurality of beams Bn.

なお、マルチビーム生成部3は、回折格子31に代えて、ビーム分割光学系を含んでいてもよい。そして、ビーム分割光学系が、レーザー光LTを分割して複数のビームBnを生成する。ビーム分割光学系は、例えば、複数のハーフミラー等を含む。ビーム分割光学系は、例えば、複数のハーフミラーに加えて、単数又は複数のキューブ型ビームスプリッター等を含んでいてもよい。 Note that the multi-beam generator 3 may include a beam splitting optical system instead of the diffraction grating 31 . A beam splitting optical system splits the laser light LT to generate a plurality of beams Bn. The beam splitting optical system includes, for example, multiple half mirrors. The beam splitting optical system may include, for example, one or more cubic beam splitters in addition to multiple half mirrors.

コリメートレンズ5は、複数のビームBnをコリメートする。コリメートされた複数のビームBnは位相差付与部7に入射する。コリメートレンズ5は、例えば、凸レンズである。 A collimating lens 5 collimates the beams Bn. A plurality of collimated beams Bn enter the phase difference applying section 7 . The collimator lens 5 is, for example, a convex lens.

位相差付与部7は、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。位相差の付与された2以上のビームBnを含む複数のビームBnは、集光レンズ9に入射する。 The phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn. A plurality of beams Bn including two or more beams Bn having phase differences are incident on the condenser lens 9 .

位相差付与部7は、例えば、複数のガラス板を含む光学遅延器を含む。光学遅延器は、ガラス板の傾斜角を調節してビームBnを遅延し、2以上のビームBnに位相差を付与する。又は、位相差付与部7は、例えば、1枚のガラス板の中で複数のビームBnを遅延し、2以上のビームBnに位相差を付与する。又は、位相差付与部7は、例えば、一枚の螺旋型位相板を有し、一枚の螺旋型位相板における異なる複数の場所に複数のビームBnを入射して、2以上のビームBnに位相差を付与する。一枚の螺旋型位相板における異なる複数の場所では互いに厚みが異なる。又は、位相差付与部7は、例えば、互いに厚みの異なる複数のガラス板を有し、複数のガラス板にそれぞれ複数のビームBnを入射して、2以上のビームBnに位相差を付与する。 The phase difference applying unit 7 includes, for example, an optical retarder including a plurality of glass plates. The optical retarder adjusts the tilt angle of the glass plate to delay the beams Bn and impart a phase difference to two or more beams Bn. Alternatively, the phase difference imparting unit 7 delays a plurality of beams Bn in one glass plate, for example, and imparts a phase difference to two or more beams Bn. Alternatively, the phase difference imparting unit 7 has, for example, one helical phase plate, and allows a plurality of beams Bn to be incident on a plurality of different locations on the one helical phase plate, so that two or more beams Bn Gives a phase difference. A plurality of different locations in one helical phase plate have different thicknesses. Alternatively, the phase difference imparting unit 7 has, for example, a plurality of glass plates with different thicknesses, and causes a plurality of beams Bn to enter each of the plurality of glass plates to impart a phase difference to two or more beams Bn.

又は、位相差付与部7は、例えば、空間位相変調器を含む。空間位相変調器は、マトリクス状に配置された複数の画素を含む。空間位相変調器は、画素ごとに、画素に入射する光の位相を変調することができる。空間位相変調器は、ビームBnの波面の位相を変調して、2以上のビームBnに位相差を付与する。又は、位相差付与部7は、例えば、複数のピエゾ駆動ミラーを含んでいてもよい。ピエゾ駆動ミラーとは、ピエゾ素子によって駆動されるミラーのことである。位相差付与部7は、ピエゾ駆動ミラーによってビームBnの光路を調節して、2以上のビームBnに位相差を付与する。 Alternatively, the phase difference applying unit 7 includes, for example, a spatial phase modulator. A spatial phase modulator includes a plurality of pixels arranged in a matrix. The spatial phase modulator can modulate the phase of light incident on each pixel. The spatial phase modulator modulates the phase of the wavefront of the beam Bn to impart a phase difference to two or more beams Bn. Alternatively, the phase difference applying section 7 may include, for example, a plurality of piezo drive mirrors. A piezo-driven mirror is a mirror driven by a piezo element. The phase difference imparting unit 7 adjusts the optical paths of the beams Bn using piezo drive mirrors to impart phase differences to two or more beams Bn.

集光レンズ9は、複数のビームBnをターゲットTAに照射する。従って、集光レンズ9は対物レンズとして機能する。集光レンズ9は、例えば、凸レンズである。ターゲットTAは、例えば、固体、液体、又は気体である。集光レンズ9を通過した複数のビームBnは、互いに異なる方向からターゲットTAに入射して、複数のビームBnが干渉する。具体的には、複数のビームBnがターゲットTA上又はターゲットTA中で干渉する。その結果、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦(具体的には多数の光渦)が発生する。具体的には、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦(具体的には多数の光渦)が同時に発生する。光渦とは、特異点を有し、等位相面が螺旋面を形成する光のことである。 The condenser lens 9 irradiates the target TA with a plurality of beams Bn. Therefore, the condenser lens 9 functions as an objective lens. The condenser lens 9 is, for example, a convex lens. The target TA is, for example, solid, liquid, or gas. The multiple beams Bn that have passed through the condenser lens 9 are incident on the target TA from different directions, and the multiple beams Bn interfere with each other. Specifically, multiple beams Bn interfere on or in the target TA. As a result, a plurality of optical vortices (more specifically, a large number of optical vortices) are generated on or in the target TA. Specifically, a plurality of optical eddies (specifically, a large number of optical eddies) are generated simultaneously on or in the target TA. An optical vortex is light that has a singular point and whose equiphase plane forms a spiral plane.

なお、集光レンズ9は、ターゲットTAの側に焦点距離d1を有し、コリメートレンズ5の側に焦点距離d2を有する。焦点距離d1と焦点距離d2とは略同一である。一方、コリメートレンズ5は、集光レンズ9の側に焦点距離d3を有し、マルチビーム生成部3の側に焦点距離d4を有する。焦点距離d3と焦点距離d4とは略同一である。そして、集光レンズ9の焦点距離d2に位置する焦点面が、コリメートレンズ5の焦点距離d3に位置する焦点面と略一致することが好ましい。この好ましい例では、ターゲットTA上又はターゲットTA中で複数のビームBnを高精度で重ねることができ、ターゲットTA上又はターゲットTA中で複数のビームBnを効果的に干渉させることができる。その結果、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦(具体的には多数の光渦)を効果的に発生できる。 The condenser lens 9 has a focal length d1 on the target TA side and a focal length d2 on the collimator lens 5 side. The focal length d1 and the focal length d2 are substantially the same. On the other hand, the collimator lens 5 has a focal length d3 on the condenser lens 9 side and a focal length d4 on the multi-beam generator 3 side. The focal length d3 and the focal length d4 are substantially the same. It is preferable that the focal plane of the condenser lens 9 located at the focal length d2 substantially coincides with the focal plane of the collimator lens 5 located at the focal length d3. In this preferred example, the multiple beams Bn can be superimposed on or in the target TA with high precision, and the multiple beams Bn can be effectively interfered on or in the target TA. As a result, a plurality of optical vortices (more specifically, a large number of optical vortices) can be effectively generated on or in the target TA.

複数の光渦は、ターゲットTA上又はターゲットTA中で複数のビームBnの干渉パターンとして観測される。干渉パターンは、複数のビームBnの干渉に基づく光強度の空間分布を表す。具体的には、複数のビームBnが干渉する場合、ある座標の電界は、その座標における全ビームBnの電界の合計である。一方、光強度は、電界強度の2乗に比例する。従って、複数のビームBnが干渉する場合、ある座標の光強度は、その座標における全ビームBnの電界強度の合計の2乗に比例する。そして、干渉パターンは、直交座標系の各座標において、複数のビームBnの干渉に基づく光強度を表す。 The multiple optical vortices are observed as interference patterns of multiple beams Bn on or in the target TA. The interference pattern represents the spatial distribution of light intensity based on the interference of multiple beams Bn. Specifically, when multiple beams Bn interfere, the electric field at a coordinate is the sum of the electric fields of all beams Bn at that coordinate. On the other hand, the light intensity is proportional to the square of the electric field intensity. Therefore, when multiple beams Bn interfere, the light intensity at a coordinate is proportional to the square of the sum of the electric field intensities of all beams Bn at that coordinate. The interference pattern represents the light intensity based on the interference of the multiple beams Bn at each coordinate of the orthogonal coordinate system.

次に、図2(a)及び図2(b)を参照して、光渦VTを説明する。図2(a)は、光渦発生装置100が発生する複数の光渦VTを含む干渉パターンPTを示す図である。図2(a)では、ターゲットTA(図1)の表面又は内部における干渉パターンPTが示される。図2(b)は、複数の光渦VTの各々の強度を示す図である。図2(b)では、黒色から白色までの濃淡によって光強度を表している。白色に近い程、光強度が強いことを示している。なお、光渦VT間では光強度が弱いが、図2(b)では、光渦VTの形状が分かるように、光渦VT間の領域を透明にしている。また、図2(a)及び図2(b)では、多数の光渦VTのうちの一部の光渦VTが示されている。 Next, the optical vortex VT will be described with reference to FIGS. 2(a) and 2(b). FIG. 2(a) is a diagram showing an interference pattern PT including a plurality of optical vortices VT generated by the optical vortex generator 100. FIG. In FIG. 2(a), the interference pattern PT on or inside the target TA (FIG. 1) is shown. FIG. 2(b) is a diagram showing the intensity of each of the plurality of optical vortices VT. In FIG. 2(b), light intensity is represented by shading from black to white. The closer to white, the stronger the light intensity. Although the light intensity is weak between the optical vortices VT, the regions between the optical vortices VT are made transparent in FIG. 2B so that the shape of the optical vortices VT can be seen. 2(a) and 2(b) show a part of the optical vortices VT among the large number of optical vortices VT.

図2(a)に示すように、干渉パターンPTは、複数の光渦VT(具体的には多数の光渦VT)を含む。複数の光渦VTの各々は特異点SGを有する。特異点SGでの光強度は略ゼロである。複数の光渦VTは周期的に配列されている。図2(a)の例では、複数の光渦VTは、三角格子状に配列されている。図2(b)に示すように、複数の光渦VTの各々のZ軸方向の光強度は略一定である。複数の光渦VTの光強度は互いに略同一である。 As shown in FIG. 2(a), the interference pattern PT includes a plurality of optical vortices VT (more specifically, a large number of optical vortices VT). Each of the multiple optical vortices VT has a singular point SG. The light intensity at the singular point SG is approximately zero. A plurality of optical vortices VT are arranged periodically. In the example of FIG. 2A, a plurality of optical vortices VT are arranged in a triangular lattice. As shown in FIG. 2B, the light intensity in the Z-axis direction of each of the plurality of light vortices VT is substantially constant. The light intensities of the plurality of light vortices VT are substantially the same.

図2(a)に示す干渉パターンPTは、全ビームBnの電界強度の合計の2乗をビームBnの1周期T分だけ積分することによって算出される。1周期Tは、ビームBnの波長λcを光速vcで割った値である(T=λc/vc)。 The interference pattern PT shown in FIG. 2(a) is calculated by integrating the square of the sum of the electric field intensities of all the beams Bn for one period T of the beams Bn. One period T is a value obtained by dividing the wavelength λc of the beam Bn by the speed of light vc (T=λc/vc).

具体的には、干渉パターンPTは、時間軸上に並ぶ1周期T分の複数の干渉パターン(以下、「干渉パターンPTD」と記載する。)の積算として表される。例えば、複数の干渉パターンPTDの各々は、全ビームBnの電界強度の合計の2乗を時間tだけ積分することによって算出される。時間tは、例えば、1周期TをK(Kは2以上の整数)分割した値である。つまり、t=T/K、である。時間tの長さは特に限定されず、「K」には、2以上の任意の整数を設定できる。例えば、時間tが1周期Tよりも十分短くなるように、「K」の値が設定される。 Specifically, the interference pattern PT is expressed as an integration of a plurality of interference patterns for one period T (hereinafter referred to as "interference pattern PTD") arranged on the time axis. For example, each of the plurality of interference patterns PTD is calculated by integrating the square of the sum of the electric field intensities of all beams Bn over time t. The time t is, for example, a value obtained by dividing one cycle T by K (K is an integer equal to or greater than 2). That is, t=T/K. The length of time t is not particularly limited, and "K" can be set to any integer of 2 or more. For example, the value of "K" is set such that the time t is sufficiently shorter than one cycle T.

次に、図3(a)~図3(e)を参照して、干渉パターンPTDを説明する。図3(a)~図3(e)は、干渉パターンPTDの時間変化を示す図である。図3(a)~図3(e)では、理解を容易にするために、互いに直交する補助線ALを付記している。また、干渉パターンPTDは、全ビームBnの電界強度の合計の2乗を時間t(=T/5)だけ積分することによって算出される。つまり、図3(a)~図3(e)に示す複数の干渉パターンPTDは、それぞれ、0~tの積分値、t~2tの積分値、2t~3tの積分値、3t~4tの積分値、及び、4t~5tの積分値を示す。 Next, the interference pattern PTD will be described with reference to FIGS. 3(a) to 3(e). FIGS. 3(a) to 3(e) are diagrams showing temporal changes in the interference pattern PTD. In FIGS. 3(a) to 3(e), auxiliary lines AL orthogonal to each other are added for easy understanding. Also, the interference pattern PTD is calculated by integrating the square of the sum of the electric field intensities of all the beams Bn over time t (=T/5). That is, the plurality of interference patterns PTD shown in FIG. values and integrated values from 4t to 5t.

図3(a)に示すように、複数のビームBnの干渉パターンPTDは複数のスポットP(具体的には多数のスポットP)を含む。複数のスポットPのうち互いに隣り合うスポットP1とスポットP2とは、スポットペアSPを構成する。従って、干渉パターンPTDは複数のスポットペアSP(具体的には多数のスポットペアSP)を含む。スポットPは、干渉パターンPTDにおける光強度のピークを示す。 As shown in FIG. 3A, the interference pattern PTD of the multiple beams Bn includes multiple spots P (specifically, multiple spots P). A spot P1 and a spot P2 adjacent to each other among the plurality of spots P form a spot pair SP. Therefore, the interference pattern PTD includes a plurality of spot pairs SP (specifically a large number of spot pairs SP). A spot P indicates a light intensity peak in the interference pattern PTD.

ここで、1つのスポットペアSPに着目する。図3(a)~図3(e)に示すように、スポットペアSPは、回転中心RCの回りに1周期Tで一回転する。その結果、1周期T分の光渦VTが形成される。つまり、1つのスポットペアSPが一回転することで、1周期T分の1つの光渦VTが形成される。スポットペアSPが一回転することは、スポットペアSPが360度回転することを示す。具体的には、スポットP1及びスポットP2の各々が、回転中心RCの回りに1周期Tで一回転する。 Here, focus on one spot pair SP. As shown in FIGS. 3(a) to 3(e), the spot pair SP rotates once per period T around the center of rotation RC. As a result, an optical vortex VT for one period T is formed. That is, one optical vortex VT for one period T is formed by one rotation of one spot pair SP. One rotation of the spot pair SP indicates that the spot pair SP rotates 360 degrees. Specifically, each of the spot P1 and the spot P2 rotates once in one period T around the rotation center RC.

回転中心RCでは、光強度が略ゼロである。従って、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCの位置する部分よりも光強度の強い部分を示す。回転中心RCが特異点SGに相当する。回転中心RCは、スポットP1とスポットP2との間に位置する。なお、図3(a)~図3(e)では、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCの回りに、反時計回りに回転している。 At the center of rotation RC, the light intensity is substantially zero. Therefore, each of the spots P1 and P2 indicates a portion where the light intensity is higher than the portion where the rotation center RC is located. Rotation center RC corresponds to singular point SG. The center of rotation RC is located between the spots P1 and P2. In FIGS. 3(a) to 3(e), each of the spots P1 and P2 rotates counterclockwise around the rotation center RC.

以上、図3(a)~図3(e)を参照して説明したように、1つのスポットペアSPが回転中心RCの回りを回転することで、1つの光渦VTが発生する。すなわち、光強度が略ゼロとなる回転中心RCの回りをスポットペアSPが回転している状態は、一般的な光渦において、光強度が略ゼロとなる特異点の回りを等位相面が回転することにより軌道角運動量を発生する状態に相当する。従って、回転中心RCの回りをスポットペアSPが回転することによって、一般的な光渦と同様の光渦VTを発生できる。 As described above with reference to FIGS. 3A to 3E, one optical vortex VT is generated by one spot pair SP rotating around the rotation center RC. That is, in a state in which the spot pair SP rotates around the rotation center RC at which the light intensity is approximately zero, the equiphase plane rotates around the singular point at which the light intensity is approximately zero in a general optical vortex. This corresponds to a state in which orbital angular momentum is generated by Therefore, by rotating the spot pair SP around the rotation center RC, an optical vortex VT similar to a general optical vortex can be generated.

実施形態1では、複数のスポットペアSPが、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転するように、位相差付与部7は、複数のビームBnのうちの2以上のビームBnに位相差を付与している。その結果、複数の光渦VT(図2(a))を発生できる。この場合、スポットペアSPがビームBnの1周期Tで一回転するように、位相差付与部7は、2以上のビームBnに位相差を付与する。特に、実施形態1では、光渦発生装置100は、複数の螺旋型位相板を用意する必要がないので、光渦発生装置100のコストを抑制しつつ、複数の光渦VTを発生できる。 In Embodiment 1, the phase difference imparting unit 7 applies a phase difference to two or more beams Bn out of the plurality of beams Bn so that the plurality of spot pairs SP rotate around the plurality of rotation centers RC, respectively. Granted. As a result, a plurality of optical vortices VT (FIG. 2(a)) can be generated. In this case, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn such that the spot pair SP rotates once in one cycle T of the beams Bn. Particularly, in the first embodiment, the optical vortex generator 100 does not need to prepare a plurality of helical phase plates, so the cost of the optical vortex generator 100 can be reduced while generating a plurality of optical vortices VT.

具体的には、1つの光渦VTは、スポットP1の回転に対応した螺旋状の第1等位相面と、スポットP2の回転に対応した螺旋状の第2等位相面とを有する。第1等位相面及び第2等位相面の各々は周期Tを有する。従って、回転中心RCの回りのスポットP1だけの回転によっても光渦(螺旋状の第1等位相面)が発生するし、回転中心RCの回りのスポットP2だけの回転によっても光渦(螺旋状の第2等位相面)が発生する。 Specifically, one optical vortex VT has a spiral first equal phase surface corresponding to the rotation of the spot P1 and a spiral second equal phase surface corresponding to the rotation of the spot P2. Each of the first equal phase surface and the second equal phase surface has a period T. Therefore, the rotation of only the spot P1 around the center of rotation RC generates an optical vortex (first spiral equiphase surface), and the rotation of only the spot P2 around the center of rotation RC also generates an optical vortex (a spiral ) is generated.

実施形態1では、複数のスポットP1が、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転するように、位相差付与部7は、複数のビームBnのうちの2以上のビームBnに位相差を付与している。その結果、複数の光渦(螺旋状の第1等位相面)を発生できる。この場合、スポットP1がビームBnの1周期Tで一回転するように、位相差付与部7は、2以上のビームBnに位相差を付与する。特に、実施形態1では、位相差の付与によって光渦を発生するため、複数の螺旋型位相板を用意する必要がなく、光渦発生装置100のコストを抑制しつつ、複数の光渦を発生できる。 In Embodiment 1, the phase difference applying unit 7 gives phase differences to two or more beams Bn of the plurality of beams Bn so that the plurality of spots P1 rotate around the plurality of rotation centers RC. is doing. As a result, a plurality of optical vortices (helical first equal phase fronts) can be generated. In this case, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn such that the spot P1 makes one rotation in one period T of the beam Bn. In particular, in Embodiment 1, since the optical vortex is generated by imparting a phase difference, there is no need to prepare a plurality of helical phase plates. can.

同様に、複数のスポットP2が、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転するように、位相差付与部7は、複数のビームBnのうちの2以上のビームBnに位相差を付与している。その結果、複数の光渦(螺旋状の第2等位相面)を発生できる。この場合、スポットP2がビームBnの1周期Tで一回転するように、位相差付与部7は、2以上のビームBnに位相差を付与する。 Similarly, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn out of the plurality of beams Bn so that the plurality of spots P2 each rotate around a plurality of rotation centers RC. there is As a result, a plurality of optical vortices (helical second equal phase fronts) can be generated. In this case, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn such that the spot P2 makes one rotation in one period T of the beam Bn.

なお、全てのビームBnの位相が同じ場合、光強度の空間分布は、回転することなく静止したままで一定であり、光強度だけが強弱の変化を繰り返す。 Note that when all the beams Bn have the same phase, the spatial distribution of the light intensity remains constant without rotating, and only the light intensity repeats a change in intensity.

次に、図1、図4(a)、及び図4(b)を参照して、複数のビームBnを説明する。図4(a)は、複数のビームBnを示す斜視図である。図4(b)は、複数のビームBnを示す平面図である。図4(b)では、図4(a)に示すZ軸方向から複数のビームBnを見ている。 Next, a plurality of beams Bn will be described with reference to FIGS. 1, 4(a), and 4(b). FIG. 4(a) is a perspective view showing a plurality of beams Bn. FIG. 4(b) is a plan view showing a plurality of beams Bn. In FIG. 4(b), a plurality of beams Bn are viewed from the Z-axis direction shown in FIG. 4(a).

図4(a)に示すように、ターゲットTAの表面に三次元直交座標系の原点Oが設定される。Z軸は、ターゲットTAに直交する。X軸及びY軸の各々は、ターゲットTAの表面に平行である。X軸とY軸とZ軸とは互いに直交する。Z軸は、複数のビームBnの中心軸である。従って、図4(a)及び図4(b)に示すように、複数のビームBnは、Z軸に対して軸対称である。また、複数のビームBnのうち、Z軸を介して互いに対向する2つのビームBnは、Z軸に対して線対称である。図1に示すように、マルチビーム生成部3が回折格子31を含む場合は、非回折光であるビームB0がZ軸と略一致する。また、ビームB0の進行方向がZ軸方向と略一致する。 As shown in FIG. 4A, the origin O of the three-dimensional orthogonal coordinate system is set on the surface of the target TA. The Z-axis is orthogonal to the target TA. Each of the X-axis and Y-axis is parallel to the surface of the target TA. The X-axis, Y-axis and Z-axis are orthogonal to each other. The Z-axis is the central axis of the multiple beams Bn. Therefore, as shown in FIGS. 4(a) and 4(b), the multiple beams Bn are axially symmetrical with respect to the Z axis. In addition, two beams Bn facing each other across the Z-axis among the plurality of beams Bn are line-symmetrical with respect to the Z-axis. As shown in FIG. 1, when the multi-beam generator 3 includes the diffraction grating 31, the beam B0, which is non-diffracted light, substantially coincides with the Z axis. Also, the traveling direction of the beam B0 substantially coincides with the Z-axis direction.

ターゲットTAへの複数のビームBnの入射角θn(nは1以上の整数)は、実質的に等しい。例えば、複数の入射角θnが、平均値θAに対して平均値θAの±Qx%以内であれば、複数の入射角θnが実質的に等しいことに相当する。平均値θAは複数の入射角θnの平均値を示す。「Qx%」は、例えば、20%であり、10%が好ましく、5%が更に好ましく、1%が更に好ましい。 Incident angles θn (n is an integer equal to or greater than 1) of the beams Bn to the target TA are substantially equal. For example, if the multiple incident angles θn are within ±Qx% of the average value θA with respect to the average value θA, the multiple incident angles θn are substantially equal. The average value θA indicates the average value of a plurality of incident angles θn. "Qx%" is, for example, 20%, preferably 10%, more preferably 5%, and even more preferably 1%.

複数の入射角θnの各々は、Z軸に対するビームBnの入射角を示す。入射角θnは鋭角である。マルチビーム生成部3とコリメートレンズ5と集光レンズ9とによって、複数のビームBnの入射角θnが設定される。マルチビーム生成部3とコリメートレンズ5と集光レンズ9とは、複数のビームBnの入射角θnが実質的に同一になるように、複数のビームBnを調節する。 Each of the multiple incident angles θn indicates the incident angle of the beam Bn with respect to the Z-axis. The incident angle θn is an acute angle. The incident angles θn of the plurality of beams Bn are set by the multi-beam generator 3, the collimator lens 5, and the condenser lens 9. FIG. The multi-beam generator 3, the collimator lens 5, and the condenser lens 9 adjust the multiple beams Bn so that the incident angles θn of the multiple beams Bn are substantially the same.

複数のビームBnにおいて、Z軸の回りの円周方向CDに互いに隣り合うビームBn間の角度Φn(nは1以上の整数)は、実質的に等しい。つまり、複数の角度Φnは実質的に等しい。角度Φnは、円周方向CDに互いに隣り合う2本のビームBnのうちの一方のビームBnに対する他方のビームBnの方位を示す。そこで、以下、角度Φnを「方位角Φn」と記載する。例えば、複数の方位角Φnが、平均値ΦAに対して平均値ΦAの±Qy%以内であれば、複数の方位角Φnが実質的に等しいことに相当する。平均値ΦAは複数の方位角Φnの平均値を示す。「Qy%」は、例えば、20%であり、10%が好ましく、5%が更に好ましく、1%が更に好ましい。 In the plurality of beams Bn, the angles Φn (n is an integer equal to or greater than 1) between the beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD around the Z axis are substantially equal. That is, the angles Φn are substantially equal. The angle Φn indicates the azimuth of one of the two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD with respect to the other beam Bn. Therefore, the angle Φn is hereinafter referred to as "azimuth angle Φn". For example, if the azimuth angles Φn are within ±Qy% of the average value ΦA with respect to the average value ΦA, the azimuth angles Φn are substantially equal. The average value ΦA indicates the average value of multiple azimuth angles Φn. "Qy%" is, for example, 20%, preferably 10%, more preferably 5%, and even more preferably 1%.

マルチビーム生成部3によって、複数の方位角Φnが設定される。マルチビーム生成部3は、複数のビームBnにおける方位角Φnが実質的に等しくなるように、複数のビームBnを生成する。例えば、マルチビーム生成部3は、複数のビームBnにおける方位角Φnが実質的に等しくなるように、レーザー光LTを分割して、複数のビームBnを生成する。又は、例えば、マルチビーム生成部3は、レーザー光LTを分割して複数のビームBnを生成した後に、複数のビームBnにおける方位角Φnが実質的に等しくなるように複数のビームBnを調節する。 A plurality of azimuth angles Φn are set by the multi-beam generator 3 . The multi-beam generator 3 generates a plurality of beams Bn such that the azimuth angles Φn of the plurality of beams Bn are substantially equal. For example, the multi-beam generation unit 3 divides the laser light LT to generate a plurality of beams Bn such that the azimuth angles Φn of the plurality of beams Bn are substantially equal. Alternatively, for example, the multi-beam generator 3 divides the laser light LT to generate a plurality of beams Bn, and then adjusts the plurality of beams Bn so that the azimuth angles Φn of the plurality of beams Bn are substantially equal. .

複数のビームBnの光強度は、実質的に等しい。つまり、マルチビーム生成部3は、複数のビームBnの光強度が実質的に同一になるように、レーザー光LTを分割して、複数のビームBnを生成する。なお、複数のビームBnの波長は同一である。 The light intensities of the multiple beams Bn are substantially equal. That is, the multi-beam generator 3 divides the laser light LT to generate a plurality of beams Bn such that the light intensities of the plurality of beams Bn are substantially the same. Note that the wavelengths of the multiple beams Bn are the same.

以上、図1、図4(a)、及び図4(b)を参照して説明したように、複数のビームBnの入射角θnは、実質的に等しい。加えて、複数のビームBnにおいて、複数の方位角Φnは、実質的に等しい。従って、複数のビームBnは、位相差を除いて互いに同等の条件で干渉する。その結果、実施形態1によれば、2以上のビームBnに付与する位相差に応じて、周期的に配列した複数の光渦VT(図2(a))を発生できる。この点は、後述する実施例1~実施例3から明らかである。 As described above with reference to FIGS. 1, 4(a), and 4(b), the incident angles θn of the plurality of beams Bn are substantially equal. Additionally, in the beams Bn, the azimuth angles Φn are substantially equal. Therefore, the multiple beams Bn interfere with each other under the same condition except for the phase difference. As a result, according to the first embodiment, it is possible to generate a plurality of periodically arranged optical vortices VT (FIG. 2(a)) according to the phase difference given to two or more beams Bn. This point is clear from Examples 1 to 3 to be described later.

引き続き図4(b)を参照して、位相差付与部7がビームBnに付与する位相差を説明する。2以上のビームBnに付与される位相差の各々は、複数のビームBnのうち、位相差の付与される2以上のビームBnと異なるビームBnを基準としたときの位相差を示す。つまり、位相差の各々は、位相差の付与されない基準のビームBnに対する位相差を示す。例えば、位相差の各々は、ビームB1を基準としたときの位相差を示す。以下、特に明示しない限り、位相差は、基準のビームBnに対する位相差を示す。 The phase difference imparted to the beam Bn by the phase difference imparting unit 7 will now be described with reference to FIG. 4(b). Each of the phase differences imparted to the two or more beams Bn indicates a phase difference with reference to a beam Bn different from the two or more beams Bn to which the phase difference is imparted among the plurality of beams Bn. That is, each phase difference indicates a phase difference with respect to the reference beam Bn to which no phase difference is applied. For example, each phase difference indicates a phase difference with respect to beam B1. Hereinafter, unless otherwise specified, the phase difference indicates the phase difference with respect to the reference beam Bn.

なお、例えば、ビームB2の位相が基準のビームB1の位相に対して進んでいる場合、ビームB2に付与された位相差の符号は「正」である。これに対して、例えば、ビームB2の位相が基準のビームB1の位相に対して遅れている場合、ビームB2に付与された位相差の符号は「負」である。 For example, when the phase of the beam B2 leads the phase of the reference beam B1, the sign of the phase difference given to the beam B2 is "positive". On the other hand, for example, when the phase of the beam B2 lags behind the phase of the reference beam B1, the sign of the phase difference given to the beam B2 is "negative".

実施形態1では、2以上のビームBnに付与される位相差の各々は、所定値(以下、「所定値J」と記載する。)のM倍(Mは1以上の整数)である。そして、2以上のビームBnに付与される位相差に対してそれぞれMの値が設定されている。その結果、所定値JのM倍の位相差に応じて、周期的に配列した複数の光渦VT(図2(a))を発生できる。この点は、後述する実施例1~実施例3から明らかである。なお、Mの値は、例えば、位相差の付与される2以上のビームBnごとに異なっていてもよいし、位相差の付与される2以上のビームBnで同じでもよい。 In Embodiment 1, each of the phase differences given to the two or more beams Bn is M times (M is an integer equal to or greater than 1) a predetermined value (hereinafter referred to as "predetermined value J"). A value of M is set for each of the phase differences given to the two or more beams Bn. As a result, a plurality of periodically arranged optical vortices VT (FIG. 2(a)) can be generated according to a phase difference that is M times the predetermined value J. FIG. This point is clear from Examples 1 to 3 to be described later. Note that the value of M may be different for each of the two or more beams Bn to which the phase difference is given, or may be the same for the two or more beams Bn to which the phase difference is given.

なお、位相差の表し方は、特に限定されない。例えば、位相差は、円周方向CDに互いに隣り合う2つのビームBnのうちの一方のビームBnの位相と他方のビームBnの位相との差を示してもよい。なお、例えば、一方のビームBnの位相が他方のビームBnの位相に対して進んでいる場合、一方のビームBnに付与された位相差の符号は「正」である。これに対して、例えば、一方のビームBnの位相が他方のビームBnの位相に対して遅れている場合、一方のビームBnに付与された位相差の符号は「負」である。 Note that the method of expressing the phase difference is not particularly limited. For example, the phase difference may indicate the difference between the phase of one beam Bn and the phase of the other beam Bn of two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD. For example, when the phase of one beam Bn leads the phase of the other beam Bn, the sign of the phase difference given to the one beam Bn is "positive". On the other hand, for example, when the phase of one beam Bn lags behind the phase of the other beam Bn, the sign of the phase difference given to the one beam Bn is "negative".

次に、図1及び図4(a)~図5(b)を参照して、具体例を挙げながら光渦発生装置100を説明する。具体例では、複数のビームBnは6本のビームBnである。 Next, the optical vortex generator 100 will be described with specific examples with reference to FIGS. 1 and 4(a) to 5(b). In a specific example, the plurality of beams Bn is six beams Bn.

すなわち、図1、図4(a)、及び図4(b)に示すように、マルチビーム生成部3は、レーザー光LTに基づいて6本のビームB1~B6を生成する。具体的には、マルチビーム生成部3は、レーザー光LTを分割して6本のビームB1~B6を生成する。 That is, as shown in FIGS. 1, 4(a), and 4(b), the multi-beam generator 3 generates six beams B1 to B6 based on the laser light LT. Specifically, the multi-beam generator 3 divides the laser beam LT to generate six beams B1 to B6.

位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。コリメートレンズ5は、6本のビームB1~B6をコリメートする。集光レンズ9は、6本のビームB1~B6をターゲットTAに照射する。6本のビームB1~B6は、互いに異なる方向からターゲットTAに入射して、6本のビームB1~B6が干渉する。 The phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn among the six beams B1 to B6. A collimating lens 5 collimates the six beams B1-B6. The condenser lens 9 irradiates the target TA with the six beams B1 to B6. The six beams B1 to B6 are incident on the target TA from different directions, and the six beams B1 to B6 interfere with each other.

6本のビームB1~B6の干渉パターンPTDは、複数のスポットPを含む(図3(a)~図3(e))。位相差付与部7は、複数のスポットPが、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転するように、2以上のビームBnに位相差を付与している。 The interference pattern PTD of the six beams B1-B6 includes a plurality of spots P (FIGS. 3(a)-3(e)). The phase difference imparting unit 7 imparts phase differences to the two or more beams Bn so that the plurality of spots P rotate around the plurality of rotation centers RC.

6本のビームB1~B6の入射角θ1~θ6は、実質的に等しい。入射角θ1~θ6の各々は、例えば、20度である。6本のビームB1~B6において、円周方向CDに互いに隣り合うビームBn間の方位角Φ1~Φ6は、実質的に等しい。方位角Φ1~Φ6の各々は、略60度である。 Incident angles θ1 to θ6 of the six beams B1 to B6 are substantially equal. Each of the incident angles θ1 to θ6 is, for example, 20 degrees. Among the six beams B1 to B6, the azimuth angles Φ1 to Φ6 between the beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD are substantially equal. Each of the azimuth angles Φ1 to Φ6 is approximately 60 degrees.

実施形態1では、6本のビームB1~B6のうち、2以上のビームBnに付与する位相差の各々は、所定値JのM倍である。具体的には、所定値Jは、π/3ラジアン、又は、-π/3ラジアンである。その結果、実施形態1によれば、所定値J(π/3ラジアン、又は、-π/3ラジアン)のM倍の位相差に応じて、周期的に配列した複数の光渦VT(図2(a))を発生できる。この点は、後述する実施例1及び実施例2から明らかである。 In Embodiment 1, each of the phase differences given to two or more beams Bn among the six beams B1 to B6 is M times the predetermined value J. FIG. Specifically, the predetermined value J is π/3 radians or -π/3 radians. As a result, according to the first embodiment, a plurality of light vortices VT (Fig. 2 (a)) can be generated. This point is clear from Example 1 and Example 2 to be described later.

図5(a)は、6本のビームB1~B6のうちの5本のビームB2~B6に付与される位相差を示す図である。図5(a)では、理解の容易のため、位相差は、円周方向CDに互いに隣り合う2つのビームBn間の位相差を示している。図5(a)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、基準としてのビームB1を除いて、他のビームB2~B6の各々に、円周方向CDの反時計回りに位相差「+π/3」を付与する。 FIG. 5(a) is a diagram showing phase differences given to five beams B2 to B6 out of the six beams B1 to B6. In FIG. 5A, for easy understanding, the phase difference indicates the phase difference between two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD. As shown in FIG. 5(a), the phase difference imparting unit 7 applies a circumferential direction CD is given a phase difference of "+π/3" in the counterclockwise direction.

換言すれば、図5(a)では、位相差付与部7は、位相差を付与しない基準のビームB1に対して、円周方向CDの反時計回りに、ビームB2に位相差「+π/3」を付与し、ビームB3に位相差「+2π/3」を付与し、ビームB4に位相差「+3π/3」を付与し、ビームB5に位相差「+4π/3」を付与し、ビームB6に位相差「+5π/3」を付与する。つまり、所定値Jは「+π/3」である。そして、ビームB2、B3、B4、B5、B6の位相差に対するMの値は、それぞれ、1、2、3、4、5、である。 In other words, in FIG. 5A, the phase difference imparting unit 7 applies a phase difference of "+π/3" to the beam B2 in the counterclockwise direction in the circumferential direction CD with respect to the reference beam B1 to which no phase difference is imparted. ”, gives a phase difference of “+2π/3” to the beam B3, gives a phase difference of “+3π/3” to the beam B4, gives a phase difference of “+4π/3” to the beam B5, gives a phase difference of “+4π/3” to the beam B6 A phase difference of “+5π/3” is given. That is, the predetermined value J is "+π/3". The values of M for the phase differences of beams B2, B3, B4, B5 and B6 are 1, 2, 3, 4 and 5, respectively.

なお、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、基準としてのビームB1を除いて、他のビームB2~B6の各々に、円周方向CDの反時計回りに位相差「-π/3」を付与してもよい。つまり、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、基準としてのビームB6を除いて、他のビームB5~ビームB1の各々に、円周方向CDの時計回りに位相差「+π/3」を付与してもよい。 It should be noted that the phase difference imparting unit 7 adds a phase difference " -π/3” may be given. That is, of the six beams B1 to B6, the phase difference imparting unit 7 applies a phase difference " +π/3” may be added.

換言すれば、位相差付与部7は、位相差を付与しない基準のビームB6に対して、円周方向CDの時計回りに、ビームB5に位相差「+π/3」を付与し、ビームB4に位相差「+2π/3」を付与し、ビームB3に位相差「+3π/3」を付与し、ビームB2に位相差「+4π/3」を付与し、ビームB1に位相差「+5π/3」を付与してもよい。つまり、所定値Jは「+π/3」である。そして、ビームB5、B4、B3、B2、B1の位相差に対するMの値は、それぞれ、1、2、3、4、5、である。 In other words, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference of "+π/3" to the beam B5 clockwise in the circumferential direction CD with respect to the reference beam B6 to which no phase difference is imparted, and to the beam B4. A phase difference of "+2π/3" is imparted, a phase difference of "+3π/3" is imparted to beam B3, a phase difference of "+4π/3" is imparted to beam B2, and a phase difference of "+5π/3" is imparted to beam B1. may be given. That is, the predetermined value J is "+π/3". The values of M for the phase differences of beams B5, B4, B3, B2, and B1 are 1, 2, 3, 4, and 5, respectively.

以上、図5(a)を参照して説明したように、実施形態1によれば、6本のビームBnのうち、基準としてのビームBnを除いて、他のビームBnの各々に、円周方向CDの時計回り又は反時計回りに位相差「+π/3」又は位相差「-π/3」を付与する。その結果、三角格子状に配列した複数の光渦VTを発生できる。この点は、後述する実施例1から明らかである。 As described above with reference to FIG. 5A, according to the first embodiment, among the six beams Bn, except for the reference beam Bn, each of the other beams Bn has a circumferential A phase difference of "+π/3" or a phase difference of "-π/3" is given clockwise or counterclockwise in the direction CD. As a result, it is possible to generate a plurality of optical vortices VT arranged in a triangular lattice. This point is clear from Example 1 described later.

図5(b)は、6本のビームB1~B6のうちの3本のビームB3、B5、B6に付与される位相差を示す図である。図5(b)では、位相差の各々は、位相差の付与されない基準のビームB1に対する位相差を示す。図5(b)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、Z軸を介して互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「+π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB5に位相差「+π/3」を付与する。つまり、ビームB1に対するビームB2の位相差はゼロであり、ビームB1に対するビームB4の位相差はゼロである。また、ビームB1に対するビームB3の位相差は「+π/3」であり、ビームB1に対するビームB5の位相差は「+π/3」であり、ビームB1に対するビームB6の位相差は「+π/3」である。なお、所定値Jは「+π/3」である。そして、ビームB3、B5、B6の位相差に対するMの値は、「1」、である。 FIG. 5(b) is a diagram showing phase differences given to three beams B3, B5 and B6 out of the six beams B1 to B6. In FIG. 5(b), each phase difference indicates a phase difference with respect to the reference beam B1 to which no phase difference is given. As shown in FIG. 5(b), the phase difference imparting unit 7 gives each of the beams B1 to B6, of the six beams B1 to B6, a beam B3 and a beam B6 that face each other across the Z-axis with a phase difference of +π/3. ' is given, and a phase difference of "+π/3" is given to one beam B5 out of the other four beams B1, B2, B4, and B5. That is, the phase difference of beam B2 with respect to beam B1 is zero, and the phase difference of beam B4 with respect to beam B1 is zero. Further, the phase difference of beam B3 with respect to beam B1 is "+π/3", the phase difference of beam B5 with respect to beam B1 is "+π/3", and the phase difference of beam B6 with respect to beam B1 is "+π/3". is. Note that the predetermined value J is "+π/3". The value of M for the phase difference of beams B3, B5, and B6 is "1".

なお、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、Z軸を介して互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「-π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB5に位相差「-π/3」を付与してもよい。つまり、ビームB1に対するビームB2の位相差はゼロであり、ビームB1に対するビームB4の位相差はゼロである。また、ビームB1に対するビームB3の位相差は「-π/3」であり、ビームB1に対するビームB5の位相差は「-π/3」であり、ビームB1に対するビームB6の位相差は「-π/3」である。 It should be noted that the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference of “−π/3” to each of the beams B3 and B6, which are opposed to each other via the Z axis, among the six beams B1 to B6, and to the other beams B1 to B6. One beam B5 out of the four beams B1, B2, B4, and B5 may be given a phase difference of “−π/3”. That is, the phase difference of beam B2 with respect to beam B1 is zero, and the phase difference of beam B4 with respect to beam B1 is zero. Further, the phase difference of beam B3 with respect to beam B1 is "-π/3", the phase difference of beam B5 with respect to beam B1 is "-π/3", and the phase difference of beam B6 with respect to beam B1 is "-π /3".

以上、図5(b)を参照して説明したように、実施形態1によれば、互いに対向する2つのビームBnの各々に位相差「+π/3」又は位相差「-π/3」を付与するとともに、他の4本のビームBnのうちの1つのビームBnに位相差「π/3」又は位相差「-π/3」を付与する。その結果、三角格子状に配列した複数の光渦VTを発生できる。この点は、後述する実施例2から明らかである。 As described above with reference to FIG. 5B, according to the first embodiment, each of the two beams Bn facing each other has a phase difference of "+π/3" or a phase difference of "−π/3". At the same time, one beam Bn out of the other four beams Bn is given a phase difference of "π/3" or a phase difference of "-π/3". As a result, it is possible to generate a plurality of optical vortices VT arranged in a triangular lattice. This point is clear from Example 2 described later.

次に、図1及び図6を参照して、光渦発生方法を説明する。図6は、光渦発生方法を示すフローチャートである。光渦発生方法は光渦発生装置100によって実行される。図6に示すように、光渦発生方法は、工程S1~工程S5を含む。 Next, a method for generating an optical vortex will be described with reference to FIGS. 1 and 6. FIG. FIG. 6 is a flow chart showing the optical vortex generation method. The optical vortex generation method is performed by the optical vortex generator 100 . As shown in FIG. 6, the optical vortex generation method includes steps S1 to S5.

図1及び図6に示すように、工程S1において、マルチビーム生成部3は、複数のビームBn(例えば、6本のビームBn)を生成する。 As shown in FIGS. 1 and 6, in step S1, the multi-beam generator 3 generates multiple beams Bn (for example, six beams Bn).

工程S3において、位相差付与部7は、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。具体的には、工程S3では、干渉パターンPTD(図3(a)~図3(e))に含まれる複数のスポットPが、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転するように、2以上のビームBnに位相差を付与する。 In step S3, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn. Specifically, in step S3, the plurality of spots P included in the interference pattern PTD (FIGS. 3(a) to 3(e)) are rotated about a plurality of rotation centers RC. A phase difference is given to the above beam Bn.

工程S5において、集光レンズ9は、位相差の付与された2以上のビームBnを含む複数のビームBnを、ターゲットTAに照射する。工程S5では、複数のビームBnは、互いに異なる方向からターゲットTAに入射して、複数のビームBnが干渉する。複数のビームBnの干渉パターンPTDは、複数のスポットPを含む(図3(a)~図3(e))。 In step S5, the condenser lens 9 irradiates the target TA with a plurality of beams Bn including two or more beams Bn having phase differences. In step S5, the multiple beams Bn are incident on the target TA from different directions, and the multiple beams Bn interfere with each other. The interference pattern PTD of multiple beams Bn includes multiple spots P (FIGS. 3(a) to 3(e)).

例えば、工程S5では、複数のビームBnの干渉によって三角格子状に配列される複数の光渦VTを形成する(図2(a))。例えば、工程S1~工程S5において、「複数のビームBn」を「6本のビームB1~B6」にすることによって、三角格子状に配列される複数の光渦VTを形成する。そして、工程S3では、位相差付与部7が、複数の光渦VTが三角格子状に配列されるように、2以上のビームBnに位相差を付与する。 For example, in step S5, a plurality of optical vortices VT arranged in a triangular lattice are formed by interference of a plurality of beams Bn (FIG. 2(a)). For example, in steps S1 to S5, a plurality of light vortices VT arranged in a triangular lattice are formed by changing "a plurality of beams Bn" into "six beams B1 to B6". Then, in step S3, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to the two or more beams Bn so that the plurality of optical vortices VT are arranged in a triangular lattice.

なお、工程S5では、複数のビームBnの干渉によって四角格子状に配列される複数の光渦を形成してもよい。例えば、工程S1~工程S5において、「複数のビームBn」を「4本のビームB1~B4」にすることによって、四角格子状に配列される複数の光渦を形成する。そして、工程S3では、位相差付与部7が、複数の光渦が四角格子状に配列されるように、2以上のビームBnに位相差を付与する。 In step S5, a plurality of optical vortices arranged in a square lattice may be formed by interference of a plurality of beams Bn. For example, in steps S1 to S5, by replacing the "plurality of beams Bn" with "four beams B1 to B4", a plurality of optical vortices arranged in a square grid are formed. Then, in step S3, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to the two or more beams Bn so that a plurality of optical vortices are arranged in a rectangular grid pattern.

例えば、4本のビームB1~B4のうち、2以上のビームBnに付与する位相差の各々は、所定値JのM倍である。具体的には、所定値Jは、π/2ラジアン、又は、-π/2ラジアンである。その結果、所定値J(π/2ラジアン、又は、-π/2ラジアン)のM倍の位相差に応じて、周期的に配列した複数の光渦を発生できる。この点は、後述する実施例3から明らかである。この例では、位相差は、基準のビームBnに対する位相差を示している。 For example, each of the phase differences given to two or more beams Bn among the four beams B1 to B4 is M times the predetermined value J. FIG. Specifically, the predetermined value J is π/2 radians or -π/2 radians. As a result, a plurality of periodically arranged optical vortices can be generated according to a phase difference that is M times the predetermined value J (π/2 radians or −π/2 radians). This point is clear from Example 3 to be described later. In this example, the phase difference indicates the phase difference with respect to the reference beam Bn.

例えば、4本のビームB1~B4のうち、基準としてのビームBnを除いて、他のビームBnの各々に、円周方向CDの時計回り又は反時計回りに位相差「+π/2」又は位相差「-π/2」を付与する。その結果、四角格子状に配列した複数の光渦を発生できる。この点は、後述する実施例3から明らかである。この例では、位相差は、円周方向CDに互いに隣り合う2つのビームBn間の位相差を示している。 For example, among the four beams B1 to B4, excluding the beam Bn as a reference, each of the other beams Bn is given a phase difference of "+π/2" or a phase difference in the clockwise or counterclockwise direction of the circumferential direction CD. A phase difference of "-π/2" is given. As a result, a plurality of optical vortices arranged in a square lattice can be generated. This point is clear from Example 3 to be described later. In this example, the phase difference indicates the phase difference between two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD.

なお、干渉パターンPTDに含まれる複数のスポットPが、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転する限りにおいては、複数のビームBnの本数は、6本及び4本に限定されない。 Note that the number of the plurality of beams Bn is not limited to 6 or 4 as long as the plurality of spots P included in the interference pattern PTD each rotates around the plurality of rotation centers RC.

以上、図1~図6を参照して説明したように、実施形態1によれば、位相差付与部7が2以上のビームBnに位相差を付与することで、干渉パターンPTの全面にわたって多数の光渦VTを配列できる。具体的には、多数の光渦VTが、同時に発生して規則的に配列される。更に具体的には、多数の光渦VTが、同時に発生して周期的に配列される。従って、多数の光渦VTを使用した並列作業又は並列処理が可能である。例えば、多重光通信、量子情報処理、非線形分光、物質合成、及び物質プロセシングのような分野において、同時に発生する多数の光渦VTを使用した並列処理又は並列作業が可能になる。 As described above with reference to FIGS. 1 to 6, according to the first embodiment, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn, so that a large number of beams Bn extend over the entire surface of the interference pattern PT. of optical vortices VT can be arranged. Specifically, a large number of optical vortices VT are generated simultaneously and arranged regularly. More specifically, a large number of optical vortices VT are generated simultaneously and arranged periodically. Therefore, parallel work or parallel processing using multiple optical vortex VTs is possible. For example, in fields such as multiplexed optical communication, quantum information processing, nonlinear spectroscopy, materials synthesis, and materials processing, parallel processing or parallel work using multiple simultaneously generated optical vortex VTs becomes possible.

(実施形態2)
図1及び図7(a)~図8(c)を参照して、本発明の実施形態2に係る光渦発生装置100及び光渦発生方法を説明する。実施形態2に係る光渦発生装置100が位相差を反転させる点で、実施形態2は実施形態1と主に異なる。その他、実施形態2に係る光渦発生装置100の構成は、実施形態1に係る光渦発生装置100の構成と同様である。以下、実施形態2が実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 2)
An optical vortex generating device 100 and an optical vortex generating method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 7(a) to 8(c). The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the optical vortex generator 100 according to the second embodiment inverts the phase difference. In addition, the configuration of the optical vortex generator 100 according to the second embodiment is the same as the configuration of the optical vortex generator 100 according to the first embodiment. In the following, differences of the second embodiment from the first embodiment will be mainly described.

まず、図1を参照して、実施形態2に係る光渦発生装置100を説明する。光渦発生装置100の位相差付与部7は、2以上のビームBnに付与される位相差が反転するように、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。従って、図3(a)~図3(e)に示すスポットペアSPの回転方向が、反転する。例えば、スポットペアSPの回転方向が、反時計回りから時計回りに反転する。その結果、実施形態2によれば、光渦VTの回転方向を反転することができる。 First, an optical vortex generator 100 according to Embodiment 2 will be described with reference to FIG. The phase difference imparting unit 7 of the optical vortex generator 100 imparts phase differences to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn such that the phase differences imparted to the two or more beams Bn are inverted. Therefore, the rotation direction of the spot pairs SP shown in FIGS. 3(a) to 3(e) is reversed. For example, the direction of rotation of the spot pair SP is reversed from counterclockwise to clockwise. As a result, according to the second embodiment, the direction of rotation of the optical vortex VT can be reversed.

具体的には、位相差付与部7は、円周方向CDに並んだ複数のビームBnにおいて、位相差の変化の方向を反転する。又は、位相差付与部7は、2以上のビームBnに付与する位相差の符号を反転する。 Specifically, the phase difference applying unit 7 reverses the direction of change in phase difference in the plurality of beams Bn arranged in the circumferential direction CD. Alternatively, the phase difference imparting unit 7 inverts the sign of the phase difference imparted to the two or more beams Bn.

次に、図7(a)~図8(c)を参照して、具体例を挙げながら光渦発生装置100を説明する。具体例では、複数のビームBnは6本のビームBnである。 Next, the optical vortex generator 100 will be described with specific examples with reference to FIGS. 7(a) to 8(c). In a specific example, the plurality of beams Bn is six beams Bn.

図7(a)は、6本のビームB1~B6のうちの5本のビームB2~B6に付与される位相差を示す図である。図7(a)では、理解の容易のため、位相差は、円周方向CDに互いに隣り合う2つのビームBn間の位相差を示している。図7(b)は、図7(a)に示す位相差を有する6本のビームBnに基づく光渦VTを示す斜視図である。 FIG. 7(a) is a diagram showing phase differences given to five beams B2 to B6 out of the six beams B1 to B6. In FIG. 7A, for ease of understanding, the phase difference indicates the phase difference between two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD. FIG. 7(b) is a perspective view showing the optical vortex VT based on the six beams Bn having the phase difference shown in FIG. 7(a).

図7(a)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、基準としてのビームB1を除いて、他のビームB2~B6の各々に、円周方向CDの反時計回りに位相差「+π/3」を付与する。その結果、干渉パターンPTDに含まれるスポットペアSPが、例えば反時計回りに回転して(図3(a)~図3(e))、図7(b)に示すように、光渦VTが発生する。光渦VTは、光渦VTの進行方向Dに向かって反時計回りに回転している。この点は、図5(a)を参照して説明した実施形態1と同様である。 As shown in FIG. 7(a), the phase difference imparting unit 7 applies a circumferential direction CD is given a phase difference of "+π/3" in the counterclockwise direction. As a result, the spot pair SP included in the interference pattern PTD rotates, for example, counterclockwise (FIGS. 3(a) to 3(e)), and as shown in FIG. 7(b), the optical vortex VT Occur. The optical vortex VT rotates counterclockwise toward the traveling direction D of the optical vortex VT. This point is the same as the first embodiment described with reference to FIG.

なお、1つの光渦VTは、図3(a)~図3(e)に示すスポットP1の回転に対応した螺旋状の第1等位相面51と、スポットP2の回転に対応した螺旋状の第2等位相面52とを有する。第1等位相面51及び第2等位相面52の各々は周期Tを有する。光渦VTの軌道角運動量は、「+2」である。 Note that one optical vortex VT includes a spiral first equal phase surface 51 corresponding to the rotation of the spot P1 shown in FIGS. and a second equal phase surface 52 . Each of the first equal phase surface 51 and the second equal phase surface 52 has a period T. FIG. The orbital angular momentum of the optical vortex VT is "+2".

図7(c)は、図7(a)に示す位相差を反転したときの位相差を示す図である。図7(c)では、理解の容易のため、位相差は、円周方向CDに互いに隣り合う2つのビームBn間の位相差を示している。図7(d)は、図7(c)に示す位相差を有する6本のビームBnに基づく光渦VTRを示す斜視図である。 FIG. 7(c) is a diagram showing the phase difference when the phase difference shown in FIG. 7(a) is inverted. In FIG. 7C, for ease of understanding, the phase difference indicates the phase difference between two beams Bn adjacent to each other in the circumferential direction CD. FIG. 7(d) is a perspective view showing the optical vortex VTR based on the six beams Bn having the phase difference shown in FIG. 7(c).

図7(c)に示すように、位相差付与部7が、6本のビームB1~B6のうち、基準としてのビームB6を除いて、他のビームB5~B1の各々に、円周方向CDの時計回りに位相差「+π/3」を付与する。その結果、図7(a)に示す位相差が反転される。つまり、位相差付与部7は、円周方向CDに並んだ6本のビームB1~B6において、位相差の変化の方向を反転することで、図7(a)に示す位相差を反転する。その結果、スポットペアSPが、例えば時計回りに回転して(図3(a)~図3(e)に示す回転方向の逆方向)、図7(d)に示すように、光渦VTRが発生する。スポットペアSPの回転方向が反転しているため、光渦VTRの回転方向は、図7(b)に示す光渦VTの回転方向に対して反転している。つまり、光渦VTRは、光渦VTRの進行方向Dに向かって時計回りに回転している。 As shown in FIG. 7(c), the phase difference imparting unit 7 applies a circumferential direction CD is given a phase difference of "+π/3" clockwise. As a result, the phase difference shown in FIG. 7(a) is inverted. That is, the phase difference applying unit 7 reverses the phase difference shown in FIG. 7A by inverting the direction of change in the phase difference in the six beams B1 to B6 arranged in the circumferential direction CD. As a result, the spot pair SP rotates, for example, clockwise (opposite to the direction of rotation shown in FIGS. 3(a) to 3(e)), and as shown in FIG. 7(d), the optical vortex VTR Occur. Since the rotating direction of the spot pair SP is reversed, the rotating direction of the light vortex VTR is reversed with respect to the rotating direction of the light vortex VT shown in FIG. 7(b). That is, the optical vortex VTR rotates clockwise toward the traveling direction D of the optical vortex VTR.

なお、1つの光渦VTRは、スポットP1の回転に対応した螺旋状の第1等位相面61と、スポットP2の回転に対応した螺旋状の第2等位相面62とを有する。第1等位相面61及び第2等位相面62の各々は周期Tを有する。光渦VTRの軌道角運動量は、「-2」である。 One optical vortex VTR has a spiral first equal phase surface 61 corresponding to the rotation of the spot P1 and a spiral second equal phase surface 62 corresponding to the rotation of the spot P2. Each of the first equal phase surface 61 and the second equal phase surface 62 has a period T. FIG. The orbital angular momentum of the optical vortex VTR is "-2".

図8(a)は、6本のビームB1~B6のうちの3本のビームB3、B5、B6に付与される位相差を示す図である。図8(b)は、図8(a)に示す位相差を反転したときの位相差の例を示す図である。図8(c)は、図8(a)に示す位相差を反転したときの位相差の他の例を示す図である。図8(a)及び図8(b)では、位相差の各々は、位相差の付与されない基準のビームB1に対する位相差を示す。図8(c)では、位相差の各々は、位相差の付与されない基準のビームB2に対する位相差を示す。 FIG. 8(a) is a diagram showing phase differences given to three beams B3, B5, and B6 out of the six beams B1 to B6. FIG. 8(b) is a diagram showing an example of the phase difference when the phase difference shown in FIG. 8(a) is inverted. FIG. 8(c) is a diagram showing another example of the phase difference when the phase difference shown in FIG. 8(a) is inverted. In FIGS. 8(a) and 8(b), each phase difference indicates a phase difference with respect to the reference beam B1 to which no phase difference is applied. In FIG. 8(c), each phase difference indicates a phase difference with respect to the reference beam B2 to which no phase difference is applied.

図8(a)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「+π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB5に位相差「+π/3」を付与する。その結果、干渉パターンPTDに含まれるスポットペアSPが、例えば反時計回りに回転して(図3(a)~図3(e))、図7(b)に示す光渦VTが発生する。この点は、図5(b)を参照して説明した実施形態1と同様である。 As shown in FIG. 8(a), the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference of "+π/3" to each of the beams B3 and B6 facing each other among the six beams B1 to B6. , to one beam B5 out of the other four beams B1, B2, B4, and B5 with a phase difference of “+π/3”. As a result, the spot pairs SP included in the interference pattern PTD rotate, for example, counterclockwise (FIGS. 3(a) to 3(e)) to generate the optical vortex VT shown in FIG. 7(b). This point is the same as the first embodiment described with reference to FIG.

図8(b)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「-π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB5に位相差「-π/3」を付与する。つまり、位相差付与部7は、2以上のビームBnに付与する位相差の符号を反転することで、図8(a)に示す位相差を反転する。その結果、スポットペアSPが、例えば時計回りに回転して(図3(a)~図3(e)に示す回転方向の逆方向)、図7(d)に示す光渦VTRが発生する。光渦VTRの回転方向は、図7(b)に示す光渦VTの回転方向に対して反転している。 As shown in FIG. 8(b), the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference of “−π/3” to each of the beams B3 and B6 that face each other among the six beams B1 to B6. At the same time, a phase difference of "-π/3" is given to one beam B5 out of the other four beams B1, B2, B4, and B5. That is, the phase difference applying unit 7 inverts the phase difference shown in FIG. 8A by inverting the sign of the phase difference to be applied to the two or more beams Bn. As a result, the spot pair SP rotates, for example, clockwise (opposite to the rotating direction shown in FIGS. 3(a) to 3(e)) to generate the optical vortex VTR shown in FIG. 7(d). The direction of rotation of the optical vortex VTR is reversed with respect to the direction of rotation of the optical vortex VT shown in FIG. 7(b).

図8(c)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「+π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB1に位相差「+π/3」を付与する。つまり、位相差付与部7は、円周方向CDに並んだ複数のビームBnにおいて、位相差の変化の方向を反転することで、図8(a)に示す位相差を反転する。その結果、スポットペアSPが、例えば時計回りに回転して(図3(a)~図3(e)に示す回転方向の逆方向)、図7(d)に示す光渦VTRが発生する。光渦VTRの回転方向は、図7(b)に示す光渦VTの回転方向に対して反転している。 As shown in FIG. 8(c), the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference of "+π/3" to each of the beams B3 and B6 facing each other among the six beams B1 to B6. , and gives a phase difference of "+π/3" to one beam B1 out of the other four beams B1, B2, B4, and B5. That is, the phase difference applying unit 7 reverses the phase difference shown in FIG. 8A by inverting the direction of change in the phase difference in the plurality of beams Bn arranged in the circumferential direction CD. As a result, the spot pair SP rotates, for example, clockwise (opposite to the rotating direction shown in FIGS. 3(a) to 3(e)) to generate the optical vortex VTR shown in FIG. 7(d). The direction of rotation of the optical vortex VTR is reversed with respect to the direction of rotation of the optical vortex VT shown in FIG. 7(b).

以上、図7(a)~図8(c)を参照して説明したように、実施形態2では、位相差付与部7は、干渉パターンPTDに含まれるスポットペアSP又はスポットP(図3(a)~図3(e))の回転方向が反転するように、2以上のビームBnに位相差を付与する。その結果、光渦の回転方向を反転させることができる。 As described above with reference to FIGS. 7(a) to 8(c), in the second embodiment, the phase difference applying unit 7 includes the spot pairs SP or the spots P (see FIG. 3 ( A phase difference is imparted to two or more beams Bn so that the directions of rotation in a) to FIG. 3(e) are reversed. As a result, the direction of rotation of the optical vortex can be reversed.

(実施形態3)
図9及び図10を参照して、本発明の実施形態3に係る光渦発生装置100A及び光渦発生方法を説明する。実施形態3に係る光渦発生装置100Aが複数のビームBnを調節する調節部20を備える点で、実施形態3は実施形態1と主に異なる。以下、実施形態3が実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 3)
An optical vortex generating device 100A and an optical vortex generating method according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. The third embodiment is mainly different from the first embodiment in that the optical vortex generator 100A according to the third embodiment includes an adjustment unit 20 that adjusts a plurality of beams Bn. In the following, differences of the third embodiment from the first embodiment will be mainly described.

図9は、実施形態3に係る光渦発生装置100Aを示す図である。図9に示すように、光渦発生装置100Aは、図1を参照して説明した光渦発生装置100の構成に加えて、調節部20をさらに備える。集光レンズ9の出射した複数のビームBnは、調節部20に入射する。調節部20は、複数のビームBnを調節してターゲットTAに照射する。 FIG. 9 is a diagram showing an optical vortex generator 100A according to the third embodiment. As shown in FIG. 9, the optical vortex generator 100A further includes an adjustment section 20 in addition to the configuration of the optical vortex generator 100 described with reference to FIG. A plurality of beams Bn emitted from the condensing lens 9 enter the adjusting section 20 . The adjustment unit 20 adjusts the plurality of beams Bn to irradiate the target TA.

具体的には、調節部20は、複数のビームBnを調節して、ターゲットTA上又はターゲットTA中における複数のビームBnに基づく複数の光渦VTの発生する領域の大きさを調節する。つまり、調節部20は、ターゲットTA上又はターゲットTA中における各ビームBnの径を調節する。例えば、各ビームBnの径が大きい程、ターゲットTA上又はターゲットTA中において、複数の光渦VTの発生する領域の大きさが大きくなる。 Specifically, the adjustment unit 20 adjusts the plurality of beams Bn to adjust the size of the area in which the plurality of optical vortices VT are generated based on the plurality of beams Bn on or in the target TA. That is, the adjuster 20 adjusts the diameter of each beam Bn on or in the target TA. For example, the larger the diameter of each beam Bn, the larger the size of the region where the plurality of optical vortices VT are generated on or in the target TA.

調節部20は、複数のビームBnを調節して、ターゲットTA上又はターゲットTA中における複数の光渦VTの間隔を調節する。例えば、各ビームBnの入射角θn(図4(a))が大きい程、複数の光渦VTの間隔が狭くなる。 The adjustment unit 20 adjusts the multiple beams Bn to adjust the intervals of the multiple optical vortices VT on or in the target TA. For example, the larger the incident angle θn (FIG. 4A) of each beam Bn, the narrower the interval between the plurality of optical vortices VT.

調節部20は、複数のビームBnを調節して、複数の光渦VTの発生する位置を調節する。つまり、調節部20は、光路中で発生した複数の光渦VTをターゲットTA上又はターゲットTA中に転送する。実施形態3では、調節部20は、光路中の特定位置RPで発生した複数の光渦VTをターゲットTA上又はターゲットTA中に転送する。例えば、調節部20における各ビームBnの光路が長い程、複数の光渦VTを遠くに転送できる。特定位置RPは、集光レンズ9の焦点距離d1に対応する位置を示す。 The adjustment unit 20 adjusts the positions at which the plurality of optical vortices VT are generated by adjusting the plurality of beams Bn. That is, the adjustment unit 20 transfers the plurality of optical vortices VT generated in the optical path onto or into the target TA. In Embodiment 3, the adjustment unit 20 transfers a plurality of optical vortices VT generated at a specific position RP in the optical path onto or into the target TA. For example, the longer the optical path of each beam Bn in the adjustment unit 20, the farther the plurality of optical vortices VT can be transferred. A specific position RP indicates a position corresponding to the focal length d1 of the condenser lens 9 .

以上、図9を参照して説明したように、実施形態3によれば、調節部20は、複数の光渦VTの発生する領域の大きさと、複数の光渦VTの間隔と、複数の光渦VTの発生する位置とのうちの少なくとも1つを調節する。つまり、複数の光渦VTの形態を自在に調節できる。その結果、複数の光渦VTの産業分野への適用範囲を更に拡張できる。 As described above with reference to FIG. 9, according to the third embodiment, the adjustment unit 20 controls the size of the region where the plurality of optical vortices VT are generated, the intervals between the plurality of optical vortices VT, and the plurality of light vortices VT. Adjust at least one of the position at which the vortex VT is generated. In other words, it is possible to freely adjust the forms of the plurality of optical vortices VT. As a result, the range of application of multiple optical vortex VTs to the industrial field can be further expanded.

具体的には、調節部20は、コリメートレンズ21と、位相差付与部22と、集光レンズ23とを含む。コリメートレンズ21は、集光レンズ9の出射した複数のビームBnをコリメートする。コリメートされた複数のビームBnは位相差付与部22に入射する。コリメートレンズ21は、例えば、凸レンズである。 Specifically, the adjusting section 20 includes a collimating lens 21 , a phase difference providing section 22 and a condensing lens 23 . The collimator lens 21 collimates the multiple beams Bn emitted from the condenser lens 9 . A plurality of collimated beams Bn enter the phase difference applying section 22 . The collimator lens 21 is, for example, a convex lens.

位相差付与部22は、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。位相差の付与された2以上のビームBnを含む複数のビームBnは、集光レンズ23に入射する。位相差付与部22の構成は、位相差付与部7の構成と同様である。位相差付与部7に加えて位相差付与部22を設けることで、2以上のビームBnに更に精度良く位相差を付与できる。なお、調節部20は位相差付与部22を含まなくてもよい。また、光渦発生装置100Aは、位相差付与部7を備えなくてもよい。この場合は、位相差付与部22だけで、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。 The phase difference imparting unit 22 imparts a phase difference to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn. A plurality of beams Bn including two or more beams Bn having phase differences are incident on the condenser lens 23 . The configuration of the phase difference imparting section 22 is the same as the configuration of the phase difference imparting section 7 . By providing the phase difference applying unit 22 in addition to the phase difference applying unit 7, phase differences can be applied to the two or more beams Bn with higher accuracy. Note that the adjustment section 20 may not include the phase difference applying section 22 . Also, the optical vortex generator 100A does not have to include the phase difference imparting section 7 . In this case, only the phase difference applying unit 22 gives a phase difference to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn.

集光レンズ23は、複数のビームBnをターゲットTAに照射する。従って、集光レンズ23は対物レンズとして機能する。集光レンズ23は「照射部」の一例に相当する。集光レンズ23は、例えば、凸レンズである。集光レンズ23を通過した複数のビームBnは、互いに異なる方向からターゲットTAに入射して、複数のビームBnが干渉する。その結果、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦(具体的には多数の光渦)が発生する。 The condenser lens 23 irradiates the target TA with a plurality of beams Bn. Therefore, the condenser lens 23 functions as an objective lens. The condensing lens 23 corresponds to an example of the "irradiation section". The condenser lens 23 is, for example, a convex lens. The multiple beams Bn that have passed through the condenser lens 23 are incident on the target TA from different directions, and the multiple beams Bn interfere with each other. As a result, a plurality of optical vortices (more specifically, a large number of optical vortices) are generated on or in the target TA.

なお、集光レンズ23は、ターゲットTAの側に焦点距離d5を有し、コリメートレンズ21の側に焦点距離d6を有する。焦点距離d5と焦点距離d6とは略同一である。一方、コリメートレンズ21は、集光レンズ23の側に焦点距離d7を有し、集光レンズ9の側に焦点距離d8を有する。焦点距離d7と焦点距離d8とは略同一である。そして、集光レンズ23の焦点距離d6に位置する焦点面が、コリメートレンズ21の焦点距離d7に位置する焦点面と略一致することが好ましい。この好ましい例では、ターゲットTA上又はターゲットTA中で複数のビームBnを高精度で重ねることができ、ターゲットTA上又はターゲットTA中で複数のビームBnを効果的に干渉させることができる。その結果、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦(具体的には多数の光渦)を効果的に発生できる。 The condenser lens 23 has a focal length d5 on the target TA side and a focal length d6 on the collimating lens 21 side. The focal length d5 and the focal length d6 are substantially the same. On the other hand, the collimator lens 21 has a focal length d7 on the condensing lens 23 side and a focal length d8 on the condensing lens 9 side. The focal length d7 and the focal length d8 are substantially the same. It is preferable that the focal plane of the condenser lens 23 located at the focal length d6 substantially coincides with the focal plane of the collimating lens 21 located at the focal length d7. In this preferred example, the multiple beams Bn can be superimposed on or in the target TA with high precision, and the multiple beams Bn can be effectively interfered on or in the target TA. As a result, a plurality of optical vortices (more specifically, a large number of optical vortices) can be effectively generated on or in the target TA.

例えば、集光レンズ23の焦点距離d5(=焦点距離d6)を短くする程、各ビームBnの入射角θnが大きくなって、複数の光渦VTの間隔が狭くなる。例えば、コリメートレンズ21の焦点距離d7(=焦点距離d8)を長くする程、各ビームBnの入射角θnが大きくなって、複数の光渦VTの間隔が狭くなる。例えば、集光レンズ23の焦点距離d5(=焦点距離d6)とコリメートレンズ21の焦点距離d7(=焦点距離d8)を略同一にすると、特定位置RPで発生した複数の光渦VTの間隔を維持したまま、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦VTを発生できる。つまり、特定位置RPで発生した複数の光渦VTの間隔を維持したまま、ターゲットTA上又はターゲットTA中に複数の光渦VTを転送できる。 For example, the shorter the focal length d5 (=focal length d6) of the condensing lens 23, the larger the incident angle θn of each beam Bn and the narrower the interval between the plurality of light vortices VT. For example, the longer the focal length d7 (=focal length d8) of the collimator lens 21, the larger the incident angle θn of each beam Bn, and the narrower the interval between the plurality of light vortices VT. For example, if the focal length d5 (=focal length d6) of the condenser lens 23 and the focal length d7 (=focal length d8) of the collimating lens 21 are substantially the same, the intervals between the plurality of optical vortices VT generated at the specific position RP are A plurality of optical vortices VT can be generated on or in the target TA while maintaining. That is, it is possible to transfer the plurality of optical vortices VT onto or into the target TA while maintaining the intervals between the plurality of optical vortices VT generated at the specific position RP.

なお、例えば、集光レンズ23の焦点距離d5(=焦点距離d6)及び集光レンズ9の焦点距離d1(=焦点距離d2)の各々を短くする程、各ビームBnの入射角θnが大きくなって、複数の光渦VTの間隔が狭くなる。例えば、コリメートレンズ21の焦点距離d7(=焦点距離d8)及びコリメートレンズ5の焦点距離d3(=焦点距離d4)の各々を長くする程、各ビームBnの入射角θnが大きくなって、複数の光渦VTの間隔が狭くなる。 For example, the shorter the focal length d5 (=focal length d6) of the condensing lens 23 and the focal length d1 (=d2) of the condensing lens 9, the larger the incident angle θn of each beam Bn. , the intervals between the plurality of optical vortices VT become narrower. For example, as the focal length d7 (=focal length d8) of the collimating lens 21 and the focal length d3 (=focal length d4) of the collimating lens 5 are each lengthened, the incident angle θn of each beam Bn increases. The interval between the optical vortices VT becomes narrower.

また、光渦発生装置100Aは、複数の調節部20を備えていてもよい。複数の調節部20は、例えば、直列に配列される。 Also, the optical vortex generator 100A may include a plurality of adjustment units 20 . A plurality of adjustment units 20 are arranged in series, for example.

次に、図9及び図10を参照して、実施形態3に係る光渦発生方法を説明する。図10は、光渦発生方法を示すフローチャートである。光渦発生方法は光渦発生装置100Aによって実行される。図10に示すように、光渦発生方法は、工程S21~工程S29を含む。工程S21及び工程S23は、それぞれ、図6を参照して説明した工程S1及び工程S3と同様であり、説明を適宜省略する。 Next, an optical vortex generating method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. FIG. 10 is a flow chart showing the optical vortex generation method. The optical vortex generation method is performed by the optical vortex generator 100A. As shown in FIG. 10, the optical vortex generation method includes steps S21 to S29. Step S21 and step S23 are the same as step S1 and step S3 described with reference to FIG. 6, respectively, and description thereof will be omitted as appropriate.

図9及び図10に示すように、工程S21において、マルチビーム生成部3は、複数のビームBn(例えば、6本のビームBn)を生成する。 As shown in FIGS. 9 and 10, in step S21, the multi-beam generator 3 generates multiple beams Bn (for example, six beams Bn).

工程S23において、位相差付与部7は、複数のビームBnのうち、2以上のビームBnに位相差を付与する。 In step S23, the phase difference imparting unit 7 imparts a phase difference to two or more beams Bn among the plurality of beams Bn.

工程S25において、集光レンズ9は、位相差の付与された2以上のビームBnを含む複数のビームBnを特定位置RPに集光して、特定位置RPに複数の光渦VTを発生する。 In step S25, the condensing lens 9 converges a plurality of beams Bn including two or more beams Bn having phase differences at a specific position RP to generate a plurality of optical vortices VT at the specific position RP.

工程S27において、調節部20は、複数のビームBnを調節する。具体的には、工程S25では、調節部20は、複数のビームBnを調節して、複数の光渦VTの発生する領域の大きさと、複数の光渦VTの間隔と、複数の光渦VTの発生する位置とのうちの少なくとも1つを調節する。工程S27は、工程S23と工程S29との間で実行される。具体的には、工程S27は、工程S25と工程S29との間で実行される。 In step S27, the adjustment unit 20 adjusts the multiple beams Bn. Specifically, in step S25, the adjusting unit 20 adjusts the plurality of beams Bn to determine the size of the region where the plurality of optical vortices VT are generated, the distance between the plurality of optical vortices VT, and the distance between the plurality of optical vortices VT. at least one of the position at which . Step S27 is performed between step S23 and step S29. Specifically, step S27 is performed between step S25 and step S29.

工程S29において、調節部20は、調節した複数のビームBnを、ターゲットTAに照射する。その結果、複数の光渦VTがターゲットTA上又はターゲットTA中に発生する。 In step S29, the adjusting unit 20 irradiates the target TA with the adjusted plurality of beams Bn. As a result, multiple optical vortices VT are generated on or in the target TA.

なお、干渉パターンPTDに含まれる複数のスポットPが、それぞれ、複数の回転中心RCの回りを回転する限りにおいては、複数のビームBnの本数は、6本に限定されない。 Note that the number of the plurality of beams Bn is not limited to six as long as the plurality of spots P included in the interference pattern PTD each rotate around the plurality of rotation centers RC.

次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。なお、図11(a)~図17(l)では、黒色から白色までの濃淡によって光強度を表している。白色に近い程、光強度が強いことを示している。 EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited by the following examples. In FIGS. 11(a) to 17(l), light intensity is represented by shading from black to white. The closer to white, the stronger the light intensity.

本発明の実施例1~実施例3では、図1を参照して説明した光渦発生装置100を想定して、光渦の発生をシミュレーションした。また、図4(a)に示すように、三次元直交座標系を設定した。 In Examples 1 to 3 of the present invention, generation of an optical vortex was simulated assuming the optical vortex generator 100 described with reference to FIG. Moreover, as shown in FIG. 4A, a three-dimensional orthogonal coordinate system was set.

式(1)を演算して、複数のビームBnが干渉する場合の光強度I(x、y、z)を算出した。x、y、及びzは、それぞれ、X座標、Y座標、及びZ座標を示した。光強度I(x、y、z)の空間分布は、複数のビームBnの干渉パターンを表した。 Equation (1) was calculated to calculate the light intensity I (x, y, z) when the multiple beams Bn interfere. x, y, and z indicate the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate, respectively. The spatial distribution of light intensity I(x,y,z) represented the interference pattern of multiple beams Bn.

Figure 0007126689000001
…(1)
Figure 0007126689000001
…(1)

式(1)において、「En」は、ビームBnの電界強度を示した。「N」はビームBnの本数を示した。「α」は、ビームBnの入射角θnを表した。複数のビームBnの入射角θnは等しかった。「Ψn」は、絶対方位角を示した。絶対方位角は、図4(a)及び図4(b)に示すように、ビームB1を基準としたビームBnの方位角を示した。従って、ビームB1の絶対方位角Ψ1はゼロであった。「βn」は、ビームBnの位相差を示した。位相差は基準のビームB1に対する位相差を示した。従って、基準のビームB1の位相差β1はゼロに設定された。また、基準のビームB1に対して位相差がない場合、つまり、基準のビームB1と同じ位相を有するビームBnの位相差βnもゼロに設定された。「t」は時間を示した。 In equation (1), "En" denotes the electric field strength of beam Bn. "N" indicates the number of beams Bn. "α" represents the incident angle θn of the beam Bn. The incident angles θn of the multiple beams Bn were equal. “Ψn” indicated the absolute azimuth angle. The absolute azimuth angle indicates the azimuth angle of the beam Bn with respect to the beam B1, as shown in FIGS. 4(a) and 4(b). Therefore, the absolute azimuth angle Ψ1 of beam B1 was zero. "βn" indicated the phase difference of beam Bn. The phase difference indicated the phase difference with respect to the reference beam B1. Therefore, the phase difference β1 of the reference beam B1 was set to zero. In addition, when there is no phase difference with respect to the reference beam B1, that is, the phase difference βn of the beam Bn having the same phase as the reference beam B1 was also set to zero. "t" indicated time.

式(1)の「En」は、式(2)によって表された。式(2)において、「E0n」は、ビームBnの強度の平方根に比例する電界振幅を示した。「k」は、ビームBnの波数を示した。「ω」は、ビームBnの角周波数を示した。 "En" in formula (1) was represented by formula (2). In equation (2), "E0n" denoted the electric field amplitude proportional to the square root of the intensity of beam Bn. "k" indicated the wave number of the beam Bn. "ω" indicated the angular frequency of the beam Bn.

Figure 0007126689000002
…(2)
Figure 0007126689000002
…(2)

(実施例1)
図11(a)~図13(l)を参照して、本発明の実施例1及び比較例を説明する。実施例1では、N=6であり、式(1)に従って、6本のビームB1~B6が干渉するシミュレーションを実行した。入射角αは20度であった。ビームB1~B6の各々の波長は、785nmであった。絶対方位角は、Ψ1=0度、Ψ2=60度、Ψ3=120度、Ψ4=180度、Ψ5=240度、Ψ6=300度、であった。
(Example 1)
Example 1 of the present invention and a comparative example will be described with reference to FIGS. 11(a) to 13(l). In Example 1, N=6, and a simulation was performed in which six beams B1 to B6 interfere according to equation (1). The incident angle α was 20 degrees. The wavelength of each of beams B1-B6 was 785 nm. The absolute azimuth angles were Ψ1 = 0 degrees, Ψ2 = 60 degrees, Ψ3 = 120 degrees, Ψ4 = 180 degrees, Ψ5 = 240 degrees, and Ψ6 = 300 degrees.

図11(a)は、実施例1に係る干渉パターンPTを示す図である。図11(b)は、実施例1に係る6本のビームB1~B6に付与された位相差を示す図である。図12は、比較例に係る一般的な光渦を示す図である。 FIG. 11A is a diagram showing an interference pattern PT according to Example 1. FIG. FIG. 11(b) is a diagram showing phase differences given to the six beams B1 to B6 according to the first embodiment. FIG. 12 is a diagram showing a general optical vortex according to a comparative example.

実施例1では、図11(b)に示すように、基準のビームB1に対する位相差として、ビームB2、B3、B4、B5、B6に、それぞれ、位相差「+π/3」、「+2π/3」、「+3π/3」、「+4π/3」、「+5π/3」を付与した。なお、実施例1の位相差は図5(a)に示す位相差と同じであった。 In Example 1, as shown in FIG. 11(b), beams B2, B3, B4, B5, and B6 have phase differences of "+π/3" and "+2π/3", respectively, as phase differences with respect to the reference beam B1. ”, “+3π/3”, “+4π/3”, and “+5π/3”. The phase difference in Example 1 was the same as the phase difference shown in FIG. 5(a).

図11(a)に示すように、干渉パターンPTは、三角格子状に配列した多数の光渦VTを含んでいた。光渦VTの各々は、図12に示す一般的な光渦と同様の光強度を有し、特異点SGを有していた。光渦VTの外径は、略六角形状であった。干渉パターンPTは、式(1)を用いて、ビームBnの1周期Tだけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。具体的には、1cm×1cmの矩形領域には、約1600万個の光渦VTを確認できた。なお、図11(a)では、多数の光渦VTのうちの一部の光渦VTが示されている。 As shown in FIG. 11(a), the interference pattern PT included a large number of optical vortices VT arranged in a triangular lattice. Each of the optical vortices VT had a light intensity similar to that of the general optical vortex shown in FIG. 12 and had a singularity SG. The outer diameter of the optical vortex VT was approximately hexagonal. The interference pattern PT was calculated by integrating the square of the electric field strength En over one period T of the beam Bn using equation (1). Specifically, about 16 million optical vortices VT were confirmed in a rectangular area of 1 cm×1 cm. Note that FIG. 11(a) shows a part of the optical vortices VT among the large number of optical vortices VT.

次に、干渉パターンPTの1周期T内の時間変化をシミュレーションした。具体的には、1周期Tを12分割して、複数の干渉パターンPTDを算出した。干渉パターンPTDの各々は、式(1)を用いて、時間γ(=T/12)だけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。 Next, the time change within one period T of the interference pattern PT was simulated. Specifically, one period T is divided into 12 to calculate a plurality of interference patterns PTD. Each of the interference patterns PTD was calculated by integrating the square of the electric field intensity En over time γ (=T/12) using equation (1).

図13(a)~図13(l)は、時間γごとの干渉パターンPTDの時間変化を示す図である。時間は、図13(a)から図13(l)に向かって進んでいた。 FIGS. 13(a) to 13(l) are diagrams showing temporal changes in the interference pattern PTD for each time γ. Time progressed from FIG. 13(a) to FIG. 13(l).

図13(a)~図13(l)に示すように、1周期Tの間に、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCの回りに360度回転した。回転方向は反時計回りであった。 As shown in FIGS. 13(a) to 13(l), during one cycle T, each of the spots P1 and P2 rotates 360 degrees around the rotation center RC. The direction of rotation was counterclockwise.

具体的には、図13(a)~図13(g)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度回転した。さらに、図13(g)~図13(l)及び図13(a)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度更に回転した。従って、スポットP1及びスポットP2の各々が、ビームBnの1周期Tで一回転したことを確認できた。その結果、図11(a)に示す光渦VTの各々が、一般的な光渦(図12)と同様に、螺旋状の等位相面を有していることが推定できた。 Specifically, as shown in FIGS. 13A to 13G, each of spot P1 and spot P2 rotates 180 degrees counterclockwise about rotation center RC. Furthermore, as shown in FIGS. 13(g) to 13(l) and 13(a), each of the spots P1 and P2 further rotates 180 degrees counterclockwise around the center of rotation RC. Therefore, it was confirmed that each of the spot P1 and the spot P2 made one rotation in one period T of the beam Bn. As a result, it could be estimated that each of the optical vortices VT shown in FIG. 11(a) has a helical equiphase plane, like the general optical vortex (FIG. 12).

(実施例2)
図14(a)~図15(l)を参照して、本発明の実施例2を説明する。実施例2では、N=6であり、式(1)に従って、6本のビームB1~B6が干渉するシミュレーションを実行した。その他、実施例2に係るビームB1~B6の条件は、位相差を除いて、実施例1に係るビームB1~B6の条件と同じである。
(Example 2)
Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 14(a) to 15(l). In Example 2, N=6, and a simulation was performed in which six beams B1 to B6 interfere according to equation (1). Other conditions for the beams B1 to B6 according to Example 2 are the same as those for the beams B1 to B6 according to Example 1, except for the phase difference.

図14(a)は、実施例2に係る干渉パターンPTを示す図である。図14(b)は、実施例2に係る6本のビームB1~B6に付与された位相差を示す図である。 FIG. 14A is a diagram showing an interference pattern PT according to Example 2. FIG. FIG. 14B is a diagram showing phase differences given to the six beams B1 to B6 according to the second embodiment.

実施例2では、図14(b)に示すように、位相差付与部7は、6本のビームB1~B6のうち、互いに対向するビームB3とビームB6との各々に位相差「+π/3」を付与するとともに、他の4本のビームB1、B2、B4、B5のうちの1つのビームB5に位相差「+π/3」を付与した。なお、実施例2の位相差は図5(b)に示す位相差と同じであった。 In the second embodiment, as shown in FIG. 14(b), the phase difference applying unit 7 gives a phase difference of "+π/3 ” was given, and a phase difference of “+π/3” was given to one beam B5 out of the other four beams B1, B2, B4 and B5. In addition, the phase difference of Example 2 was the same as the phase difference shown in FIG.5(b).

図14(a)に示すように、干渉パターンPTは、三角格子状に配列した多数の光渦VTを含んでいた。光渦VTの各々は、図12に示す一般的な光渦と同様の光強度を有し、特異点SGを有していた。光渦VTの外径は、略三角形状であった。干渉パターンPTは、式(1)を用いて、ビームBnの1周期Tだけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。具体的には、1cm×1cmの矩形領域には、約1600万個の光渦VTを確認できた。なお、図14(a)では、多数の光渦VTのうちの一部の光渦VTが示されている。 As shown in FIG. 14(a), the interference pattern PT contained a large number of optical vortices VT arranged in a triangular lattice. Each of the optical vortices VT had a light intensity similar to that of the general optical vortex shown in FIG. 12 and had a singularity SG. The outer diameter of the optical vortex VT was approximately triangular. The interference pattern PT was calculated by integrating the square of the electric field strength En over one period T of the beam Bn using equation (1). Specifically, about 16 million optical vortices VT were confirmed in a rectangular area of 1 cm×1 cm. Note that FIG. 14(a) shows a part of the optical vortices VT among the large number of optical vortices VT.

次に、干渉パターンPTの1周期T内の時間変化をシミュレーションした。具体的には、1周期Tを12分割して、複数の干渉パターンPTDを算出した。干渉パターンPTDの各々は、式(1)を用いて、時間γ(=T/12)だけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。 Next, the time change within one period T of the interference pattern PT was simulated. Specifically, one period T is divided into 12 to calculate a plurality of interference patterns PTD. Each of the interference patterns PTD was calculated by integrating the square of the electric field intensity En over time γ (=T/12) using equation (1).

図15(a)~図15(l)は、時間γごとの干渉パターンPTDの時間変化を示す図である。時間は、図15(a)から図15(l)に向かって進んでいた。 FIGS. 15(a) to 15(l) are diagrams showing temporal changes in the interference pattern PTD for each time γ. Time progressed from FIG. 15(a) to FIG. 15(l).

図15(a)~図15(l)に示すように、1周期Tの間に、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCの回りに360度回転した。回転方向は反時計回りであった。 As shown in FIGS. 15(a) to 15(l), during one period T, each of the spots P1 and P2 rotates 360 degrees around the rotation center RC. The direction of rotation was counterclockwise.

具体的には、図15(a)~図15(g)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度回転した。さらに、図15(g)~図15(l)及び図15(a)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度更に回転した。従って、スポットP1及びスポットP2の各々が、ビームBnの1周期Tで一回転したことを確認できた。その結果、図14(a)に示す光渦VTの各々が、一般的な光渦(図12)と同様に、螺旋状の等位相面を有していることが推定できた。 Specifically, as shown in FIGS. 15(a) to 15(g), each of the spots P1 and P2 rotates 180 degrees counterclockwise about the center of rotation RC. Furthermore, as shown in FIGS. 15(g) to 15(l) and 15(a), each of the spots P1 and P2 further rotates 180 degrees counterclockwise about the center of rotation RC. Therefore, it was confirmed that each of the spot P1 and the spot P2 made one rotation in one period T of the beam Bn. As a result, it could be estimated that each of the optical vortices VT shown in FIG. 14(a) has a helical equal phase surface, like the general optical vortex (FIG. 12).

(実施例3)
図16(a)~図17(l)を参照して、本発明の実施例3を説明する。実施例3では、N=4であり、式(1)に従って、4本のビームB1~B4が干渉するシミュレーションを実行した。入射角αは20度であった。ビームB1~B4の各々の波長は、785nmであった。絶対方位角は、Ψ1=0度、Ψ2=90度、Ψ3=180度、Ψ4=270度、であった。
(Example 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 16(a) to 17(l). In Example 3, N=4, and a simulation was performed in which four beams B1 to B4 interfere according to equation (1). The incident angle α was 20 degrees. The wavelength of each of beams B1-B4 was 785 nm. The absolute azimuth angles were Ψ1 = 0 degrees, Ψ2 = 90 degrees, Ψ3 = 180 degrees, and Ψ4 = 270 degrees.

図16(a)は、実施例3に係る干渉パターンPTを示す図である。図16(b)は、実施例3に係る4本のビームB1~B4に付与された位相差を示す図である。 FIG. 16A is a diagram showing an interference pattern PT according to Example 3. FIG. FIG. 16(b) is a diagram showing phase differences given to the four beams B1 to B4 according to the third embodiment.

実施例3では、図16(b)に示すように、基準のビームB1に対する位相差として、ビームB2、B3、B4に、それぞれ、位相差「+π/2」、「+2π/2」、「+3π/2」を付与した。なお、所定値Jは「+π/2」であった。ビームB2、B3、B4の位相差に対するMの値は、それぞれ、1、2、3、であった。 In Example 3, as shown in FIG. 16B, beams B2, B3, and B4 have phase differences "+π/2", "+2π/2", and "+3π /2” was given. Note that the predetermined value J was "+π/2". The values of M for the phase differences of beams B2, B3 and B4 were 1, 2 and 3, respectively.

図16(a)に示すように、干渉パターンPTは、四角格子状に配列した多数の光渦VTを含んでいた。光渦VTの各々は、図12に示す一般的な光渦とは若干強度分布が異なるが、特異点SGを有していた。干渉パターンPTは、式(1)を用いて、ビームBnの1周期Tだけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。なお、図16(a)では、多数の光渦VTのうちの一部の光渦VTが示されている。 As shown in FIG. 16(a), the interference pattern PT contained a large number of optical vortices VT arranged in a square lattice. Each of the optical vortices VT has a singular point SG, although the intensity distribution is slightly different from that of the general optical vortex shown in FIG. The interference pattern PT was calculated by integrating the square of the electric field strength En over one period T of the beam Bn using equation (1). Note that FIG. 16(a) shows a part of the optical vortices VT among the large number of optical vortices VT.

次に、干渉パターンPTの1周期T内の時間変化をシミュレーションした。具体的には、1周期Tを12分割して、複数の干渉パターンPTDを算出した。干渉パターンPTDの各々は、式(1)を用いて、時間γ(=T/12)だけ電界強度Enの2乗を積分することで算出された。 Next, the time change within one period T of the interference pattern PT was simulated. Specifically, one period T is divided into 12 to calculate a plurality of interference patterns PTD. Each of the interference patterns PTD was calculated by integrating the square of the electric field intensity En over time γ (=T/12) using equation (1).

図17(a)~図17(l)は、時間γごとの干渉パターンPTDの時間変化を示す図である。時間は、図17(a)から図17(l)に向かって進んでいた。 FIGS. 17(a) to 17(l) are diagrams showing temporal changes in the interference pattern PTD for each time γ. Time progressed from FIG. 17(a) to FIG. 17(l).

図17(a)~図17(l)に示すように、1周期Tの間に、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCの回りに360度回転した。回転方向は時計回りであった。 As shown in FIGS. 17(a) to 17(l), during one cycle T, each of the spots P1 and P2 rotates 360 degrees around the rotation center RC. The direction of rotation was clockwise.

具体的には、図17(a)~図17(g)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度回転した。さらに、図17(g)~図17(l)及び図17(a)に示すように、スポットP1及びスポットP2の各々は、回転中心RCを中心として、反時計回りに180度更に回転した。従って、スポットP1及びスポットP2の各々が、ビームBnの1周期Tで一回転したことを確認できた。その結果、図16(a)に示す光渦VTの各々が、一般的な光渦(図12)と同様に、螺旋状の等位相面を有していることが推定できた。 Specifically, as shown in FIGS. 17A to 17G, each of spot P1 and spot P2 rotates 180 degrees counterclockwise about rotation center RC. Furthermore, as shown in FIGS. 17(g) to 17(l) and 17(a), each of the spots P1 and P2 further rotates 180 degrees counterclockwise about the center of rotation RC. Therefore, it was confirmed that each of the spot P1 and the spot P2 made one rotation in one period T of the beam Bn. As a result, it could be estimated that each of the optical vortices VT shown in FIG. 16(a) has a helical equiphase surface, like the general optical vortex (FIG. 12).

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態及び実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and can be embodied in various aspects without departing from the spirit of the present invention. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. In order to make the drawings easier to understand, the drawings mainly show each component schematically. may be different. In addition, the material, shape, dimensions, etc. of each component shown in the above embodiment are examples and are not particularly limited, and various changes are possible without substantially departing from the effects of the present invention. be.

本発明は、光渦発生方法及び光渦発生装置を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an optical vortex generation method and an optical vortex generator, and has industrial applicability.

1 レーザー発振器
3 マルチビーム生成部
5 コリメートレンズ
7、22 位相差付与部
9、23 集光レンズ(照射部)
100、100A 光渦発生装置
1 laser oscillator 3 multi-beam generator 5 collimator lens 7, 22 phase difference applying unit 9, 23 condenser lens (irradiation unit)
100, 100A optical vortex generator

Claims (9)

複数のビームを生成する工程と、
前記複数のビームのうち、2以上のビームに位相差を付与する工程と、
前記位相差の付与された前記2以上のビームを含む前記複数のビームを、ターゲットに照射する工程と
を含み、
照射する前記工程では、前記複数のビームは、互いに異なる方向から前記ターゲットに入射して、前記複数のビームが干渉し、
前記複数のビームの干渉パターンは、複数のスポットを含み、
付与する前記工程では、前記複数のスポットが、それぞれ、複数の回転中心の回りを回転するように、前記2以上のビームに前記位相差を付与することで照射する前記工程において複数の光渦を発生させ、
前記複数の回転中心は、それぞれ、前記複数の光渦の特異点を示し、
前記スポットは、前記回転中心の位置する部分よりも光強度の強い部分を示す、光渦発生方法。
generating a plurality of beams;
a step of imparting a phase difference to two or more beams among the plurality of beams;
irradiating a target with the plurality of beams including the two or more beams with the phase difference,
In the step of irradiating, the plurality of beams are incident on the target from different directions, and the plurality of beams interfere;
the interference pattern of the plurality of beams comprises a plurality of spots;
In the applying step, by applying the phase difference to the two or more beams so that the plurality of spots rotate around a plurality of rotation centers , a plurality of light vortices are generated in the step of irradiating. to generate
the plurality of rotation centers each represent a singular point of the plurality of light vortices,
The light vortex generating method, wherein the spot indicates a portion where the light intensity is higher than the portion where the center of rotation is located.
前記複数のビームにおいて、互いに隣り合うビーム間の角度である方位角は、第1平均値に対して前記第1平均値の±20%以内であり
前記第1平均値は、複数の前記方位角の平均値を示し、
前記ターゲットへの前記複数のビームの入射角は、第2平均値に対して前記第2平均値の±20%以内であり
前記第2平均値は、複数の前記入射角の平均値を示す、請求項1に記載の光渦発生方法。
In the plurality of beams, the azimuth angle, which is the angle between adjacent beams, is within ±20% of the first average value with respect to the first average value ,
The first average value indicates an average value of a plurality of the azimuth angles,
angles of incidence of the plurality of beams on the target are within ±20% of the second average value with respect to a second average value ;
2. The optical vortex generation method according to claim 1 , wherein said second average value indicates an average value of said plurality of incident angles .
前記2以上のビームに付与される前記位相差の各々は、前記複数のビームのうち前記2以上のビームと異なるビームを基準としたときの位相差を示し、所定値のM倍(Mは1以上の整数)であり、
前記2以上のビームに付与される前記位相差に対してそれぞれ前記Mの値が設定されている、請求項1又は請求項2に記載の光渦発生方法。
Each of the phase differences imparted to the two or more beams indicates a phase difference when a beam different from the two or more beams among the plurality of beams is used as a reference, and is M times a predetermined value (M is 1 an integer greater than or equal to
3. The optical vortex generation method according to claim 1, wherein the value of M is set for each of the phase differences imparted to the two or more beams.
前記複数のビームは、6本のビームであり、
前記所定値は、π/3ラジアン、又は、-π/3ラジアンである、請求項3に記載の光渦発生方法。
the plurality of beams is six beams;
4. The optical vortex generating method according to claim 3, wherein said predetermined value is π/3 radians or -π/3 radians.
照射する前記工程では、前記複数のビームの干渉によって三角格子状に配列される前記複数の光渦を形成する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光渦発生方法。 The optical vortex generating method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step of irradiating, the plurality of optical vortices arranged in a triangular lattice pattern are formed by interference of the plurality of beams. 付与する前記工程と照射する前記工程との間で実行され、前記複数のビームを調節する工程をさらに含み、
調節する前記工程では、前記複数のビームを調節して、前記複数のビームに基づく前記複数の光渦の発生する領域の大きさと、前記複数の光渦の間隔と、前記複数の光渦の発生する位置とのうちの少なくとも1つを調節する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光渦発生方法。
performing between the applying and irradiating steps of adjusting the plurality of beams;
In the adjusting step, the plurality of beams are adjusted to determine the size of the region where the plurality of optical vortices are generated based on the plurality of beams, the interval between the plurality of optical vortices, and the generation of the plurality of optical vortices. 6. The optical vortex generation method according to any one of claims 1 to 5, wherein adjusting at least one of the position where the
前記複数のスポットのうち互いに隣り合うスポットとスポットとは、スポットペアを構成し、 Spots adjacent to each other among the plurality of spots constitute a spot pair,
付与する前記工程では、複数の前記スポットペアが、それぞれ、前記複数の回転中心の回りを回転するように、前記2以上のビームに前記位相差を付与することで、照射する前記工程において前記複数の光渦を発生させ、 In the applying step, the phase difference is applied to the two or more beams so that the plurality of spot pairs rotate about the plurality of rotation centers, respectively. to generate a light vortex of
前記複数の光渦の各々は、前記スポットペアを構成する一方の前記スポットの回転に対応した螺旋状の第1等位相面と、前記スポットペアを構成する他方の前記スポットの回転に対応した螺旋状の第2等位相面とを有する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光渦発生方法。 Each of the plurality of optical vortices has a spiral first equal phase surface corresponding to the rotation of one of the spots forming the spot pair and a spiral corresponding to the rotation of the other spot forming the spot pair. 7. The optical vortex generation method according to claim 1, further comprising a second equal phase surface having a shape.
付与する前記工程では、一枚の螺旋型位相板における異なる複数の場所に前記複数のビームを入射して、前記2以上のビームに前記位相差を付与する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の光渦発生方法。 8. The phase difference according to any one of claims 1 to 7, wherein in the providing step, the plurality of beams are incident on a plurality of different locations on one helical phase plate to provide the phase difference to the two or more beams. 1. The optical vortex generation method according to 1. 複数のビームを生成するマルチビーム生成部と、
前記複数のビームのうち、2以上のビームに位相差を付与する位相差付与部と、
前記位相差の付与された前記2以上のビームを含む前記複数のビームを、ターゲットに照射する照射部と
を備え、
前記複数のビームは、互いに異なる方向から前記ターゲットに入射して、前記複数のビームが干渉し、
前記複数のビームの干渉パターンは、複数のスポットを含み、
前記位相差付与部は、前記複数のスポットが、それぞれ、複数の回転中心の回りを回転するように、前記2以上のビームに前記位相差を付与することで前記複数のビームの干渉による複数の光渦を発生させ、
前記複数の回転中心は、それぞれ、前記複数の光渦の特異点を示し、
前記スポットは、前記回転中心の位置する部分よりも光強度の強い部分を示す、光渦発生装置。
a multi-beam generator that generates a plurality of beams;
a phase difference imparting unit that imparts a phase difference to two or more beams among the plurality of beams;
an irradiation unit that irradiates a target with the plurality of beams including the two or more beams with the phase difference,
the plurality of beams are incident on the target from different directions, and the plurality of beams interfere;
the interference pattern of the plurality of beams comprises a plurality of spots;
The phase difference imparting unit imparts the phase difference to the two or more beams so that the plurality of spots rotate around a plurality of rotation centers, respectively, so that the plurality of spots by interference of the plurality of beams to generate a light vortex of
the plurality of rotation centers each represent a singular point of the plurality of light vortices,
The light vortex generator, wherein the spot indicates a portion where the light intensity is higher than the portion where the center of rotation is located.
JP2018118906A 2018-06-22 2018-06-22 Optical vortex generation method and optical vortex generator Active JP7126689B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018118906A JP7126689B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Optical vortex generation method and optical vortex generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018118906A JP7126689B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Optical vortex generation method and optical vortex generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019219618A JP2019219618A (en) 2019-12-26
JP7126689B2 true JP7126689B2 (en) 2022-08-29

Family

ID=69096416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018118906A Active JP7126689B2 (en) 2018-06-22 2018-06-22 Optical vortex generation method and optical vortex generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7126689B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064284A (en) * 2021-03-26 2021-07-02 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 Polygonal perfect vortex optical rotation preparation and control method based on high-order cross phase
CN114754674A (en) * 2022-03-29 2022-07-15 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 A method for locating the center of rotation of objects based on conjugated superposition vortex light
CN115236787B (en) * 2022-08-12 2023-05-16 浙江师范大学 Multi-spiral phase mask plate, multi-spiral light beam generation method and light modulator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003131390A (en) 2001-03-22 2003-05-09 Seiko Epson Corp Method for manufacturing fine structure, method for manufacturing electronic device, and manufacturing apparatus
JP2005024687A (en) 2003-06-30 2005-01-27 Seiko Epson Corp Exposure apparatus and exposure method
CN103760689A (en) 2014-01-17 2014-04-30 太原理工大学 Expected multi-beam far field focal spot position control method based on optical phased arrays
JP2018500592A (en) 2014-11-26 2018-01-11 ニスティカ,インコーポレーテッド Light illuminator with optical path compensation for wavelength selective switch

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02295693A (en) * 1989-05-08 1990-12-06 Fanuc Ltd Laser processing device
US8325417B1 (en) * 2008-09-23 2012-12-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for producing an annular far-field patterned beam(s)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003131390A (en) 2001-03-22 2003-05-09 Seiko Epson Corp Method for manufacturing fine structure, method for manufacturing electronic device, and manufacturing apparatus
JP2005024687A (en) 2003-06-30 2005-01-27 Seiko Epson Corp Exposure apparatus and exposure method
CN103760689A (en) 2014-01-17 2014-04-30 太原理工大学 Expected multi-beam far field focal spot position control method based on optical phased arrays
JP2018500592A (en) 2014-11-26 2018-01-11 ニスティカ,インコーポレーテッド Light illuminator with optical path compensation for wavelength selective switch

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carmelo Rosales-Guzman, et al.,Simultaneous generation of multiple vector beams on a single SLM,OPTICS EXPRESS,米国,OSA,2017年10月16日,vol.25, no.21,pp.25697-25706
Hao Chen, et al.,"Generation of vector beam with space-variant distribution of both polarization and phase",Optics Letters,米国,OSA,2011年08月11日,vol.36, no.16,pp.3179-3181
Rui-Pin Chen, et al.,"The linear-circular polarization transfer in a caustic vector optical field",2016 Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS),米国,IEEE,2016年,pp. 1550-1553

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019219618A (en) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11440136B2 (en) Method and device for shaping radiation for laser processing
JP3775250B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
US7072566B2 (en) Ultrashort-pulse laser-working method and apparatus and structural bodies produced by using the same
DK2976176T3 (en) Method and apparatus for preparing a structure on the surfaces of components with a laser beam
CN106102982B (en) Processing unit (plant) and method for laser-textured surface
JP6720156B2 (en) Micromachining methods and systems for patterning materials, and methods of using one such micromachining system.
CN105425401B (en) A kind of horizontal multifocal generation device and method
TWI566489B (en) Wavelength conversion type spatial light modulation device
JP7126689B2 (en) Optical vortex generation method and optical vortex generator
JP6188079B2 (en) Optical vortex generator, continuous spiral phase plate used therefor, and optical vortex generation method
US11059127B2 (en) Ablative production device and method for a periodic line structure on a workpiece
Laskin et al. Imaging techniques with refractive beam shaping optics
WO2016075681A1 (en) Acousto-optic deflector with multiple output beams
KR20080023177A (en) One-dimensional illumination apparatus and image generating apparatus
WO2017117751A1 (en) Real-time variable-parameter micro-nano optical field modulation system and interference photoetching system
CN105182556A (en) Multi-focus array light spot generation device and method
WO2013011680A1 (en) Structured illumination device, structured illumination microscope, and structured illumination method
CN103105677B (en) Produce the system and method for the partially coherent Gaussian beam of Laguerre-Gauss association
Huang et al. Tunable surface texturing by polarization-controlled three-beam interference
CN113227912B (en) Method for manufacturing holographic optical element (HOE), holographic optical element, projection device, eyeglass lens for data glasses and data glasses
Anguiano-Morales et al. Different field distributions obtained with an axicon and an amplitude mask
CN104280802A (en) Composite Dammann vortex grating
CN119216767B (en) Femtosecond laser multi-focus parallel processing method, device and fiber grating writing method
JP5921343B2 (en) Laser irradiation device
CN203084309U (en) System for generating partial coherence Gaussian beams in Laguerre-Gaussian correlation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210608

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220726

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220809

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7126689

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250