光物性分野

光物性分野
光物性研究室では,近年まで未開拓領域として取り残されていた唯一の電磁波領域である,"テラヘルツ領域"の電磁波における分光装置を開発し,その装置を用いて様々な物質の光学応答特性を研究しています。 さらに,人工的な微細構造を作製することにより,光・電磁波の自由なコントロール技術の確立を目指しています。

半導体表面に強い光パルスを照射すると電磁波パルスが放射されます。光パルスの幅がフェムト秒程度(10^-15秒)に達すると電磁波の振動数はテラヘルツ(THz、10^12Hz)領域となります。 本研究ではこの放射されたTHzパルス電磁波を光源とした新しい分光システムであるテラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)の開発を行っています。この分光計の特徴は測定電磁波の電界強度と位相スペクトルを同時に得られる点にあります。したがって、例えば透過測定を行うと,試料の屈折率の実部と虚部が同時に独立して決定できます。 本研究室では,このTHz-TDSを用いて,強誘電体結晶中の格子振動と電磁波の結合したフォノン・ポラリトンやフォトニックバンド構造やアモルファス中のボゾンピークなどを研究しています。また,金属フォトニック結晶やメタマテリアルなどの光学特性を測定しています。

メタマテリアルと呼ばれる人工物質が,最近注目されています。一般の透明物質では,誘電率と透磁率はともに正であるので物質の屈折率は正の実数となり,光は物質内に侵入することができます。金属やある種の磁性体などでは,誘電率または透磁率のどちらか一方が負となります。そのため屈折率は純虚数となり,物質内への光の侵入は禁止されます。しかし,誘電率と透磁率が同時に負となる場合,物質の屈折率は負の実数となり,光は物質内へ侵入することが可能となります。1968年にV. G. Veselagoが,負の屈折率を持つ物質内の光は,従来の正の屈折率を持つ物質の場合とは全く異なった振る舞いをすることを理論的に示しました。しかし,自然界に負の屈折率を持つ物質は存在しません。しかし最近,人工的な構造によって負の屈折率を現実のものとする物質が幾つか提案され,メタマテリアルと呼ばれています。
本研究では,テラヘルツ領域のメタマテリアルの作製技術の開発およびその評価技術の開発を行うことによって,これまでにない新たなメタマテリアル光学素子の創製を目指しています。

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武田 三男
武田 三男 Link 教授
物質によって光をあやつる ブロッコリーを買ってきて、その一部をとってみましょう。それは、元のブロッコリーと同じ構造です。これが自己相似性です。
宮丸 文章
宮丸 文章 Link 准教授
おもしろい光の特性を目指して 金属微細構造における非常にユニークな特性は今も多く発見され続けており,それらの光学特性は将来,人間に役立つ応用技術へ展開されていくものと考えています。

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右手と左手は鏡映の関係にありますが、電気や磁気の世界は右手が特別であるように出来ている?

1. 右手が特別である。
2. 左手が特別である。
3. どちらも特別でない。
3. どちらも特別でない。

驚くかもしれませんが、電気や磁気の世界では、右手、左手の区別はないことが知られています。これは、電気・磁気の世界をビデオで撮って、左右入れかえて上映しても、誰もそのおかしさに気がつかないことを意味します。
ですので、電流が流れるとき、右ネジの法則で磁場ができるというのもひとつの取り決めでしかありません。左ネジの法則で磁場ができると考えても良いのです。
さらに言うと、右ネジや左ネジを使わなくても、電気や磁気の世界を記述することができます(電流の作る磁場に関しては以下の図参照)。

真空中の光の速さは約2.99x10^8 m/sですが、これよりも速く進む光は存在する?

1. 存在する。
2. 存在しない。
3. 存在したり、しなかったり。
3. 存在したり、しなかったり。

「存在したり、しなかったり」というのは、なんて曖昧な答えなんだろうと思ったかもしれません。なぜ曖昧な答えになるかというと、光は電磁波と呼ばれる波として考えるからです。波の速度を表すものとして、主に3つあります。波の山または谷など、ある1箇所が移動する速度である"位相速度"、波がパルスとして伝わるときの速度である"群速度"、そして、波の先端が伝わるときの速度である"波頭速度"です。これらのうち、"波頭速度"だけが2.99x10^8 m/sを超えることができません。しかし、"位相速度"と"群速度"は2.99x10^8 m/sよりも速くなることがあります。一般に、「光よりも速いものは無い」と言われていますが、速度というものの捉え方によっては、「光よりも速いものはある」ということになるわけです。
というわけで答えは、「存在したり、しなかったり」ということになります。