JP5979757B2 - Wave induction / propagation control system and wave induction / propagation control method - Google Patents
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Description
本発明は、光パルス照射による好適な波動の誘起・伝播制御システム及び波動の誘起・伝播制御方法に関する。 The present invention relates to a suitable wave induction / propagation control system and a wave induction / propagation control method using light pulse irradiation.
現代の情報社会を支えるエレクトロニクスでは、電子の持つ電荷の自由度やその電荷の流れである電流が情報を担ってきた。しかし、電流は、ジュール発熱が避けられず、情報デバイスの高密度化は、限界に達しつつある。 In electronics that supports the modern information society, the degree of freedom of charge of electrons and the current that is the flow of those charges have been responsible for information. However, Joule heating is unavoidable for the current, and the density of information devices is reaching its limit.
そうした中、近年、電子が持つもう一つの自由度である電子スピン（以下、「スピン」という）を積極的に利用するスピントロニクスという分野が立ち上がり、次世代の情報社会を支える技術として世界で研究開発が進んでいる。 Under these circumstances, the field of spintronics that actively uses electron spin (hereinafter referred to as “spin”), which is another degree of freedom of electrons, has recently been launched, and research and development worldwide as a technology that supports the next-generation information society. Is progressing.
エレクトロニクスでは、電子が持っている電荷がそのまま情報となっていたが、このスピントロニクスでは、電子の持っているスピンの向きが一つの情報となる。例えば、スピンの向きが、上向きか又は下向きかということが「１」、「０」の情報となる。 In electronics, the charge of an electron is directly used as information, but in this spintronics, the direction of the spin of an electron is one piece of information. For example, information on “1” or “0” indicates whether the spin direction is upward or downward.
図１０に示すとおり、一つのスピンの回転軸が円を描くように揺れる現象を歳差運動と呼ぶ。このスピンが歳差運動を始めると、スピン間の相互作用によって、例えば、Ａ点にある一つのスピンの周囲にある他のＡ点以外のスピンも同じ周波数で歳差運動を始める。ここで、互いに隣り合うスピン同士が、その間で位相のずれを持ちながら歳差運動をするとき、有限な波長を持った波動となり、これをスピン波と呼ぶ。このスピン波は、電流と異なりジュール発熱が生じないことから、新しい情報デバイスとして期待されている。図１０に示す場合では、このＡ点からＢ点までの長さをスピン波の波長と呼ぶ。 As shown in FIG. 10, the phenomenon that the rotation axis of one spin swings in a circle is called precession. When this spin begins to precess, for example, other spins other than the A point around one spin at the A point start precessing at the same frequency due to the interaction between the spins. Here, when spins adjacent to each other precess while having a phase shift between them, a wave having a finite wavelength is generated, which is called a spin wave. Unlike spin current, this spin wave does not generate Joule heat, so it is expected as a new information device. In the case shown in FIG. 10, the length from point A to point B is called the wavelength of the spin wave.
従来から提案されているスピントロニクスのスピン波に関する技術としては、約１００フェムト秒のパルス幅を持つ円偏光パルスを磁性体に集光することで逆ファラデー効果を利用してスピン波を誘起する技術が開示されている。（例えば、非特許文献１参照） As a technique related to the spin wave of spintronics that has been proposed in the past, there is a technique that induces a spin wave using the inverse Faraday effect by concentrating a circularly polarized pulse having a pulse width of about 100 femtoseconds on a magnetic material. It is disclosed. (For example, see Non-Patent Document 1)
非特許文献１に開示された技術は、図１１に示すとおり、試料９０に照射されるポンプ光に対するプローブ光の相対的位置を磁場と同じ方向に徐々にずらしていくことによって、スピン歳差運動の時間空間分解測定を可能としている。このポンプ・プローブ法によるスピン波の空間伝播の観測法による観測結果は、図１２に示されている。この図１２に示す場合は、ポンプ光とプローブ光との距離を、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと順番にずらしていくと、スピン歳差運動が起きる時間が徐々にずれていき、スピン波の波束が伝播していく様子がわかる。 As shown in FIG. 11, the technique disclosed in Non-Patent Document 1 is based on the spin precession motion by gradually shifting the relative position of the probe light with respect to the pump light irradiated on the sample 90 in the same direction as the magnetic field. Enables time-space-resolved measurement. The observation result by the observation method of the spatial propagation of the spin wave by this pump-probe method is shown in FIG. In the case shown in FIG. 12, when the distance between the pump light and the probe light is shifted in order of 100 μm, 200 μm, and 300 μm, the time when the spin precession occurs gradually shifts, and the wave packet of the spin wave is You can see how it propagates.
また、同様に、ポンプ・プローブ法によるスピン波の空間伝播を観測した結果、ポンプ光のスポット形状を変えることで、スピン波が異方的に伝播する様子が明瞭に観測されたという実験結果が得られた。この結果は、スピン波の分散関係を用いた数値計算によっても再現されたということが開示されている。（例えば、非特許文献２参照）
しかしながら、上述の非特許文献１に開示された実験結果は、誘起されたスピン波が周囲に伝播していることはわかるものの、いかなるスピン波が誘起されたのかという点と、この誘起されたスピン波が、そもそも何に依存して誘起されたのかという点は開示されていない。 However, although the experimental result disclosed in Non-Patent Document 1 described above shows that the induced spin wave propagates to the surroundings, what kind of spin wave is induced and the induced spin wave It is not disclosed what the wave was induced in the first place.
また、上述の非特許文献２に開示された実験結果は、振幅と位相の情報が混合されているため、スポット形状を変更した際にいかなる方法によりスピン波がエネルギーとしていかなる方向に伝播していくかという点と、いかなる数値計算によるシミュレーションによって実験結果と同じ結果が再現されたのかという点については、開示されていない。 In addition, the experimental results disclosed in the above-mentioned Non-Patent Document 2 show that the amplitude and phase information are mixed, so that the spin wave propagates as energy in any direction when the spot shape is changed. However, there is no disclosure about what numerical simulations have reproduced the same results as the experimental results.
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、媒体に光パルスを照射することにより波動を誘起し、その光のスポット形状を変えることで波動の関数を制御する波動の誘起・伝播制御システム及び波動の誘起・伝播制御方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and its object is to induce a wave by irradiating a medium with a light pulse and change the spot shape of the light. An object of the present invention is to provide a wave induction / propagation control system and a wave induction / propagation control method for controlling a wave function.
前記課題を解決するために、本発明に係る波動の誘起・伝播制御システム及び波動の誘起・伝播制御方法は、次のように構成する。 In order to solve the above problems, induced-propagation method of controlling wave induced and Propagation control system及beauty wave motion of the present invention is configured as follows.
本願請求項１に係る波動の誘起・伝播制御システムは、光源と、前記光源から出射された光のスポット形状を変更するスポット形状変更手段とを備え、前記光が媒体に向けて照射されることにより当該媒体中に誘起され伝播する波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御することを特徴とする。
The wave induction / propagation control system according to claim 1 of the present application includes a light source and spot shape changing means for changing a spot shape of light emitted from the light source, and the light is irradiated toward a medium. the function of the wave which is induced to propagate in the medium, by changing the light spot shape is irradiated to said medium by said spot shape changing means, the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light in the spot of the light And controlling based on the following equation (1).
本願請求項２に係る波動の誘起・伝播制御システムは、本願請求項１に記載の発明において、前記光が前記媒体に照射されることにより生じる、前記光と前記媒体としての磁性体の相互作用により前記波動が誘起されることを特徴とする。 The wave induction / propagation control system according to claim 2 of the present application is the invention according to claim 1, wherein the interaction between the light and the magnetic material as the medium is generated by irradiating the medium with the light. The wave is induced by the above.
本願請求項３に係る波動の誘起・伝播制御システムは、本願請求項１に記載の発明において、前記光が前記媒体に照射されることにより生じる、前記光と前記媒体としての弾性体の相互作用により弾性波としての前記波動を制御することを特徴とする。 The wave induction / propagation control system according to claim 3 of the present application is the invention according to claim 1, wherein the interaction between the light and the elastic body as the medium is generated by irradiating the medium with the light. To control the wave as an elastic wave.
本願請求項４に係る波動の誘起・伝播制御システムは、本願請求項１又は２に記載の発明において、スピン波としての前記波動を制御することを特徴とする。 A wave induction / propagation control system according to claim 4 of the present application is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the wave as a spin wave is controlled.
本願請求項５に係る波動のスイッチング制御デバイスは、光のスポット形状を変更するスポット形状変更手段と、前記光が媒体に向けて照射されることにより当該媒体中に誘起され伝播する波動の関数を検出する少なくとも１つの波動検出器とを備え、前記スポット形状変更手段は、前記波動検出器により検出される波動の関数を、前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a wave switching control device comprising: a spot shape changing unit that changes a spot shape of light; and a wave function induced and propagated in the medium when the light is irradiated toward the medium. At least one wave detector for detecting, and the spot shape changing means changes the spot shape of the light applied to the medium by changing the spot shape of the light applied to the medium by the function of the wave detected by the wave detector. Control is performed based on the following equation (1) using the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light.
本願請求項６に係る波動のスイッチング制御デバイスは、本願請求項５に記載の発明において、前記光が前記媒体に照射されることにより生じる、前記光と前記媒体としての磁性体の相互作用により前記波動が誘起されることを特徴とする。 The wave switching control device according to claim 6 of the present invention is the invention according to claim 5 of the present invention, wherein the light is applied to the medium, and the light is caused by the interaction between the light and the magnetic material as the medium. Wave is induced.
本願請求項７に係る波動のスイッチング制御デバイスは、本願請求項５に記載の発明において、前記光が前記媒体に照射されることにより生じる、前記光と前記媒体としての弾性体の相互作用により弾性波としての前記波動を制御することを特徴とする。 The wave switching control device according to claim 7 of the present invention is the wave switching control device according to claim 5 of the present invention, wherein the wave is controlled by the interaction between the light and an elastic body as the medium, which is generated when the light is irradiated onto the medium. The wave as a wave is controlled.
本願請求項８に係る波動のスイッチング制御デバイスは、本願請求項５又は６に記載の発明において、スピン波としての前記波動を制御することを特徴とする。 A wave switching control device according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the invention according to the fifth or sixth aspect of the present invention, the wave as a spin wave is controlled.
本願請求項９に係る波動の誘起・伝播制御方法は、光源から出射された光を、光のスポット形状を変更するスポット形状変更手段を介して媒体に照射して当該媒体中に波動を誘起し伝播させる第１工程と、前記波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御する第２工程とを有することを特徴とする。
The wave induction / propagation control method according to claim 9 of the present application induces the wave in the medium by irradiating the medium with the light emitted from the light source through the spot shape changing means for changing the spot shape of the light. The first step of propagation and the function of the wave are changed by changing the spot shape of the light irradiated on the medium by the spot shape changing means, and the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the light spot is used. And a second step of controlling based on the following formula (1).
本願請求項１０に係る波動のスイッチング制御方法は、光のスポット形状を変更するスポット形状変更手段を介して光を媒体に照射して、当該媒体中に波動を誘起し伝播させる第１工程と、前記波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御する第２工程と、前記波動の関数を少なくとも１つの波動検出器に検出させる第３工程とを有することを特徴とする。
The wave switching control method according to claim 10 of the present application includes a first step of irradiating light to a medium via spot shape changing means for changing the spot shape of light, and inducing and propagating the wave in the medium; Using the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the spot of the light by changing the spot shape of the light irradiated to the medium by the spot shape changing means as the wave function, the following equation (1) And a third step of causing the at least one wave detector to detect a function of the wave.
本願請求項１〜４，９に記載の発明は、スポット形状変更手段により（１）式のモデルに基づいて波動の関数を制御することにより、所望の波動の関数を得るには、いかなる光のスポット形状を作ればいいかという設計が可能となる。また、（１）式により、試料の特性は、波動の角周波数の分散関係と波動の緩和係数に基づくため、事前に試料特性を数値計算により予測を行い、所望の波動を誘起するための試料の選定又は所望の試料の合成が可能となる。即ち、媒体に照射した光の空間的強度分布のフーリエ変換により、所望のスポット形状を計算することもできるうえに、波動の角周波数の分散関係と波動の緩和係数により目的に合わせて所望の試料を合成することもできる。これにより、所望の波動を作ることができる。 In the inventions according to claims 1 to 4 and 9 of the present application, in order to obtain a desired wave function by controlling the wave function based on the model of equation (1) by the spot shape changing means, It is possible to design whether to create a spot shape. In addition, according to equation (1), the sample characteristics are based on the dispersion relation of the angular frequency of the wave and the relaxation coefficient of the wave. Therefore, the sample characteristic is predicted by numerical calculation in advance and a sample for inducing a desired wave. Selection or synthesis of a desired sample becomes possible. In other words, the desired spot shape can be calculated by Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light irradiated on the medium, and the desired sample can be selected according to the purpose by the dispersion relation of the angular frequency of the wave and the relaxation coefficient of the wave. Can also be synthesized. Thereby, a desired wave can be created.
本願請求項５〜８，１０に記載の発明は、本願請求項１に記載の発明と同様に、（１）式のモデルに基づいて、所望のスポット形状、所望の試料、所望の波動を作ることができる。また、当該波動のスイッチング制御デバイスは、本願請求項１〜４、９に記載の発明と比較して、光源が構成要素になく、代わりに波動検出器が構成要素に追加されている。従って、当該波動のスイッチング制御デバイスは、必要に応じて所望の光源のある場所に当該波動のスイッチング制御デバイスを移動させて使用することが可能となる。また、当該波動のスイッチング制御デバイスは、光源が予め設置されていないため、本願請求項１〜４、９に記載の発明に波動検出器が追加された場合や、光源よりも波動検出器が安価である場合には、安価に製作でき経済的である。 In the inventions according to claims 5 to 8 and 10 of the present application, similarly to the invention according to claim 1 of the present application, a desired spot shape, a desired sample, and a desired wave are created based on the model of equation (1). be able to. Further, in the wave switching control device, the light source is not included in the constituent elements, and a wave detector is added to the constituent elements instead of the invention described in claims 1 to 4 and 9 of the present application. Therefore, the wave switching control device can be used by moving the wave switching control device to a place where a desired light source is located as necessary. In addition, since the wave switching control device is not provided with a light source in advance, the wave detector is less expensive than the light source when a wave detector is added to the inventions of claims 1 to 4 and 9 of the present application. In this case, it can be manufactured at low cost and is economical.
以下、本発明の実施の形態として、媒体中を伝播する波動の関数を制御する波動伝播制御装システム及び波動の誘起・伝播制御方法において、媒体中を伝播する波動がスピン波の場合について、図１、２を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, as an embodiment of the present invention, in a wave propagation control system and a wave induction / propagation control method for controlling a function of a wave propagating in a medium, a case where the wave propagating in the medium is a spin wave will be described. This will be described in detail with reference to FIGS.
図１は、本発明を適用したポンプ・プローブ法によるスピン波の誘起・伝播制御装置１の構成を示した模式図である。図２は、本発明を適用した図１に示すスピン波の誘起・伝播制御装置の主要な構成要素を抽出したスピン波の誘起・伝播制御システム１０の概念図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spin wave induction / propagation control device 1 by a pump-probe method to which the present invention is applied. FIG. 2 is a conceptual diagram of a spin wave induction / propagation control system 10 in which main components of the spin wave induction / propagation control apparatus shown in FIG. 1 to which the present invention is applied are extracted.
図１に示すスピン波の誘起・伝播制御装置１は、平板の試料２の面内方向に電磁石４１により磁場を印加することにより試料２中のスピンを面内方向に向けて、試料２の面直方向にポンプ光を入射し、ポンプ・プローブ法により当該スピンにより生じるスピン波の時間空間分解測定を可能とする装置であって、光源３と、光源３から出射された光を分離するビームスプリッター１１と、このビームスプリッター１１を通過したポンプ光の光路上に配されるとともにその光の波長を変換する光パラメトリック増幅器１２と、光パラメトリック増幅器１２によって略直交方向に折り曲げられたポンプ光の繰り返し周波数の半分の周波数で光をチョップするチョッパー１３と、チョッパー１３を通過したポンプ光を分離するビームスプリッター１４と、分離された一方のポンプ光の強度を検出する光検出器１５と、分離された他方のポンプ光を略直交方向に反射させるミラー１６と、ポンプ光の偏光面を回転させる１／２波長板１７と、ポンプ光を直線偏光にする偏光子１８と、ポンプ光を円偏光にする１／４波長板１９と、通過したポンプ光のスポット形状を変更することができるスポット形状変更装置４と、このスポット形状変更装置４の開口部７を通過したポンプ光を集光するレンズ５とを備えている。 The spin wave induction / propagation control device 1 shown in FIG. 1 applies the magnetic field by the electromagnet 41 in the in-plane direction of the flat sample 2 to direct the spin in the sample 2 in the in-plane direction. A device that allows time-space-resolved measurement of spin waves generated by the spin by the pump-probe method when the pump light is incident in a straight direction, and includes a light source 3 and a beam splitter that separates the light emitted from the light source 3 11, an optical parametric amplifier 12 that is disposed on the optical path of the pump light that has passed through the beam splitter 11 and converts the wavelength of the light, and a repetition frequency of the pump light that is bent in a substantially orthogonal direction by the optical parametric amplifier 12. A chopper 13 that chops light at half the frequency of the beam and a beam splitter 14 that separates pump light that has passed through the chopper 13. A photodetector 15 for detecting the intensity of one separated pump light, a mirror 16 for reflecting the other separated pump light in a substantially orthogonal direction, and a half-wave plate for rotating the polarization plane of the pump light. 17, a polarizer 18 that makes the pump light linearly polarized light, a quarter-wave plate 19 that makes the pump light circularly polarized, a spot shape changing device 4 that can change the spot shape of the pump light that has passed, And a lens 5 that condenses the pump light that has passed through the opening 7 of the spot shape changing device 4.
また、このスピン波の誘起・伝播制御装置１は、ビームスプリッター１１により略直交方向に折り曲げられて分離されたプローブ光の光路上に配されたミラー２１と、ミラー２１により略直交方向に折り曲げられたプローブ光を遅延ステージ側へと導く偏光ビームスプリッター２２と、偏光ビームスプリッター２２からのプローブ光を直線偏光から円偏光に変換する１／４波長板２３と、１／４波長板２３を通過したプローブ光をポンプ光に対して時間遅延をつける遅延ステージ２４と、遅延ステージ２４から戻ってきたプローブ光が偏光ビームスプリッター２２により略直交方向に折り曲げられ、当該プローブ光の光路上に配されたＮＤフィルタ２６と、ＮＤフィルタ２６を通過した光を試料２側へと反射させるミラー２８と、ミラー２８で反射されたプローブ光を集光するレンズ５５と、試料２を透過したプローブ光の偏光回転角を測定する偏光回転角測定器６とを備えている。 In addition, the spin wave induction / propagation control device 1 is bent in a substantially orthogonal direction by a mirror 21 disposed on the optical path of the probe light which is bent and separated in a substantially orthogonal direction by a beam splitter 11, and the mirror 21. The polarization beam splitter 22 that guides the probe light to the delay stage side, the quarter wavelength plate 23 that converts the probe light from the polarization beam splitter 22 from linearly polarized light to circularly polarized light, and the quarter wavelength plate 23. A delay stage 24 for delaying the probe light with respect to the pump light, and the probe light returned from the delay stage 24 are bent in a substantially orthogonal direction by the polarization beam splitter 22 and are arranged on the optical path of the probe light. A filter 26, a mirror 28 that reflects the light that has passed through the ND filter 26 toward the sample 2, and a mirror 28 A lens 55 for condensing the reflected probe light, and a polarization rotation angle measuring device 6 for measuring the polarization rotation angle of the probe light transmitted through the sample 2.
図２に示すスピン波の誘起・伝播制御システム１０は、平板の試料２０中のｘ方向に磁場を印加することにより試料２０中のスピンをｘ方向に向けて、試料２０の面直方向にポンプ光を入射し、ポンプ・プローブ法により当該スピンにより生じるスピン波の時間空間分解測定を可能とするシステムであって、光源３０と、光源３０から出射された光を通過させるスポット形状変更装置４０と、スポット形状変更装置４０の開口部７０を通過した光を集光するレンズ５０と、試料２０に照射された光のスポット８０内に誘起されスポット８０外に伝播されたスピン波の関数の情報を得るために、何れかの光源（図示省略）から出射されたプローブ光を試料２０に透過させることにより、当該プローブ光の偏光回転角を測定可能とする偏光回転角測定器６０とから構成される。 The spin wave induction / propagation control system 10 shown in FIG. 2 applies a magnetic field in the x direction in the flat sample 20 to direct the spin in the sample 20 in the x direction and pump it in the direction perpendicular to the surface of the sample 20. A system that allows time-space-resolved measurement of a spin wave generated by the spin by the incidence of light and a pump-probe method, and includes a light source 30 and a spot shape changing device 40 that passes light emitted from the light source 30. The function of the spin wave that is induced in the spot 80 of the light irradiated on the sample 20 and propagated outside the spot 80 is collected from the lens 50 that collects the light that has passed through the opening 70 of the spot shape changing device 40. In order to obtain the polarization rotation angle, the probe light emitted from any one of the light sources (not shown) is transmitted through the sample 20 so that the polarization rotation angle of the probe light can be measured. It consists of Joki 60..
試料２，２０は、例えば、希土類鉄ガーネットのようなフェリ磁性絶縁体によって具体化させる。 Samples 2 and 20 are embodied by a ferrimagnetic insulator such as rare earth iron garnet.
電磁石４１は、試料２中の全てのスピンの向きを試料２の面内方向に揃えることとスピン波の分散関係そのものが印加する磁場に依存することから印加している。なお、電磁石４１の磁場の強度は約１ｋＯｅである。 The electromagnet 41 is applied because all the spin directions in the sample 2 are aligned with the in-plane direction of the sample 2 and the spin wave dispersion relationship itself depends on the applied magnetic field. The intensity of the magnetic field of the electromagnet 41 is about 1 kOe.
光源３，３０は、例えば、フェムト秒パルスレーザー光源である。この光源３，３０は、具体的には、中心波長８００ｎｍ、時間幅１２０ｆｓ程度からなる光パルスを１ｋＨｚの繰り返し周波数で生成する、再生増幅チタンサファイアレーザー等を用いるようにしてもよい。この光源３，３０の光のパルスエネルギーは、約１ｍＪである。 The light sources 3 and 30 are, for example, femtosecond pulse laser light sources. Specifically, the light sources 3 and 30 may be a reproduction amplified titanium sapphire laser or the like that generates a light pulse having a center wavelength of 800 nm and a time width of about 120 fs at a repetition frequency of 1 kHz. Pulse energy of light of the light source 3 and 30 is about 1 m J.
ビームスプリッター１１は、光源３から出射された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離する。ビームスプリッター１１は、この分離された光パルスのうちの約８０％の光パルスをポンプ光として光パラメトリック増幅器１２側に導き、残りの約２０％をプローブ光として遅延ステージ２４側へと導く。 The beam splitter 11 separates the light pulse emitted from the light source 3 into pump light and probe light. The beam splitter 11 guides about 80% of the separated light pulses to the optical parametric amplifier 12 side as pump light, and guides the remaining about 20% to the delay stage 24 side as probe light.
また、このビームスプリッター１１で分離されたプローブ光の強度は、ＮＤフィルタ２６を通過後、更に低下する。従って、試料２に照射される直前には、ポンプ光とプローブ光との強度比は、約１０００：１までに達している。これにより、プローブ光の強度をポンプ光の強度よりも非常に小さくすることで、試料２中に誘起されるスピン波は、プローブ光による影響を小さく抑えることができる。 Further, the intensity of the probe light separated by the beam splitter 11 further decreases after passing through the ND filter 26. Therefore, immediately before the sample 2 is irradiated, the intensity ratio between the pump light and the probe light reaches about 1000: 1. Thus, by making the intensity of the probe light much smaller than the intensity of the pump light, the spin wave induced in the sample 2 can suppress the influence of the probe light.
光パラメトリック増幅器１２は、ポンプ光の波長を約１２００〜２４００ｎｍに変換する。光が光パラメトリック増幅器１２を通過すると、波長約１８００ｎｍのアイドラー光と波長約１４００ｎｍのシグナル光という２つの波長が生まれる。そのうちシグナル光だけをチョッパー１３へと導く。この光パラメトリック増幅器１２を通過した光のパルスエネルギーは、約３０μＪである。 The optical parametric amplifier 12 converts the wavelength of the pump light to about 1200 to 2400 nm. When light passes through the optical parametric amplifier 12, two wavelengths of idler light having a wavelength of about 1800 nm and signal light having a wavelength of about 1400 nm are generated. Among them, only the signal light is guided to the chopper 13. The pulse energy of the light that has passed through the optical parametric amplifier 12 is about 30 μJ.
チョッパー１３は、光パラメトリック増幅器１２により波長変換されるポンプ光の繰り返し周波数の半分の周波数で周期的に断続することにより、当該ポンプ光を周期的にチョッピングする。チョッパー１３は、光反射部と光透過部とが周方向に交互に配された回転ディスクとして構成され、モータの回転駆動によって光ビームを周期的に反射させ又は通過させるようにしてもよい。このチョッパー１３を配設する目的は、取得すべき信号のＳＮ比を向上させるためである。チョッパー１３により変調されたポンプ光は、ビームスプリッター１４に導かれる。 The chopper 13 periodically chops the pump light by periodically interrupting at half the repetition frequency of the pump light whose wavelength is converted by the optical parametric amplifier 12. The chopper 13 may be configured as a rotating disk in which light reflecting portions and light transmitting portions are alternately arranged in the circumferential direction, and the light beam may be periodically reflected or passed by rotating the motor. The purpose of disposing the chopper 13 is to improve the signal-to-noise ratio of the signal to be acquired. The pump light modulated by the chopper 13 is guided to the beam splitter 14.
ビームスプリッター１４は、チョッパー１３でチョップされた光パルスのうち約９０％の光をそのまま透過させるとともに、残りの約１０％は、これと略直交する方向に反射させて光検出器１５に導く。 The beam splitter 14 transmits about 90% of the light pulse chopped by the chopper 13 as it is, and the remaining about 10% is reflected in a direction substantially orthogonal thereto and guided to the photodetector 15.
光検出器１５は、ポンプ光の強度をモニタリングすることができる。光パラメトリック増幅器１２から出射されたポンプ光の繰り返し周波数の半分の周波数として、１ｋＨｚのポンプ光をチョッパー１３でチョップすると、５００Ｈｚに低下する。この強度を光検出器１５で検出することができる。 The photodetector 15 can monitor the intensity of the pump light. When the pump light of 1 kHz is chopped by the chopper 13 as half the repetition frequency of the pump light emitted from the optical parametric amplifier 12, the frequency drops to 500 Hz. This intensity can be detected by the photodetector 15.
ミラー１６は、入射されてくる光を反射させることによりその光路を変換する反射板として構成される。この中で、ミラー１６は、ビームスプリッター１４を透過したポンプ光の光路を略直交方向に折り曲げて試料２側へと導く。 The mirror 16 is configured as a reflecting plate that changes the optical path by reflecting incident light. Among these, the mirror 16 bends the optical path of the pump light transmitted through the beam splitter 14 in a substantially orthogonal direction and guides it to the sample 2 side.
１／２波長板１７は、ポンプ光の強度調整を行う。この１／２波長板１７を配置するのは、試料２に照射される光の強度が、強過ぎる場合は、試料２を損傷する可能性があり、弱過ぎる場合は、試料２に対するポンプ光の影響が測定できなくなるからである。 The half-wave plate 17 adjusts the intensity of the pump light. The half-wave plate 17 is disposed when the intensity of light applied to the sample 2 is too strong, the sample 2 may be damaged. This is because the influence cannot be measured.
偏光子１８は、１／２波長板１７を通過したポンプ光を直線偏光にして１／４波長板１９へと導く。 The polarizer 18 converts the pump light that has passed through the half-wave plate 17 into linearly polarized light and guides it to the quarter-wave plate 19.
１／４波長板１９は、この光学軸をポンプ光の直線偏光の面に対してプラス４５度又はマイナス４５度に傾けると、ポンプ光の直線偏光は、それぞれ右回り又は左回りの円偏光とすることができる。同様に、１／４波長板２３は、この光学軸をプローブ光の直線偏光の面に対してプラス４５度又はマイナス４５度に傾けると、プローブ光の直線偏光は、それぞれ右回り又は左回りの円偏光とすることができる。 When the ¼ wavelength plate 19 tilts the optical axis to plus 45 degrees or minus 45 degrees with respect to the plane of linear polarization of the pump light, the linear polarization of the pump light becomes clockwise or counterclockwise circular polarization, respectively. can do. Similarly, when the ¼ wavelength plate 23 tilts the optical axis to plus 45 degrees or minus 45 degrees with respect to the linear polarization plane of the probe light, the linear polarization of the probe light is clockwise or counterclockwise, respectively. Circularly polarized light can be used.
スポット形状変更装置４、４０は、例えば、略矩形のステンレスで構成される。スポット形状変更装置４、４０は、それぞれ略中央に開口部７、７０がある。図１、図２に示すそれぞれの開口部７、７０は、略長方形状である。しかし、これに限定されることなく、光のスポット形状を自在に変更することができれば、例えば、空間光変調器といったものでもよい。 The spot shape changing devices 4 and 40 are made of, for example, substantially rectangular stainless steel. The spot shape changing devices 4 and 40 each have an opening 7 and 70 at substantially the center. Each opening part 7 and 70 shown in FIG. 1, FIG. 2 is substantially rectangular shape. However, the present invention is not limited to this. For example, a spatial light modulator may be used as long as the spot shape of light can be freely changed.
レンズ５，５０は、ポンプ光を試料２，２０に集光する。ポンプ光は、このレンズ５，５０により直径約５０μｍに絞られて試料２，２０に到達する。ここで、図２に示すとおり、スポット形状変更装置４，４０とレンズ５，５０の間の距離は、それぞれ２５ｃｍである。また、レンズ５，５０と試料２，試料２０の間の距離は、それぞれ２５ｃｍである。即ち、このスポット形状変更装置４，４０とレンズ５，５０の間の距離と、レンズ５，５０と試料２，試料２０の間の距離は、等間隔に設けられている。 The lenses 5 and 50 collect the pump light on the samples 2 and 20. The pump light reaches the samples 2 and 20 by being reduced to a diameter of about 50 μm by the lenses 5 and 50. Here, as shown in FIG. 2, the distance between the spot shape changing devices 4 and 40 and the lenses 5 and 50 is 25 cm, respectively. The distance between the lenses 5 and 50 and the sample 2 and the sample 20 is 25 cm, respectively. That is, the distance between the spot shape changing devices 4 and 40 and the lenses 5 and 50 and the distance between the lenses 5 and 50 and the sample 2 and the sample 20 are provided at equal intervals.
ミラー２１、２８は、入射されてくる光を反射させることによりその光路を変換する反射板として構成される。ミラー２１は、ビームスプリッター１１を透過したプローブ光を略直交方向に反射されて遅延ステージ２４側へ導く。ミラー２８は、この偏光ビームスプリッター２２により折り曲げられて到達するプローブ光を試料２側へと反射させる。 The mirrors 21 and 28 are configured as reflecting plates that change the optical path by reflecting incident light. The mirror 21 reflects the probe light transmitted through the beam splitter 11 in a substantially orthogonal direction and guides it to the delay stage 24 side. The mirror 28 reflects the probe light that is bent by the polarizing beam splitter 22 and reaches the sample 2 side.
偏光ビームスプリッター２２は、プローブ光におけるＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。 The polarization beam splitter 22 transmits the P-polarized light in the probe light and reflects the S-polarized light.
遅延ステージ２４は、可動ミラー２５と固定ミラー２７による光路長の調整を利用した光学系により構成されている。可動ミラー２５は図１中の右方に移動したとき光路長が長く、また図１中の左方に移動したとき光路長が短く調整されることになる。従って、遅延ステージ２４は、可動ミラー２５の移動により、ポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整することが可能となる。また、固定ミラー２７は、可動ミラー２５から垂直に入射した光を垂直に反射させることで、入射光の光路上に正確に反射光を戻すことができる。ここで、ポンプ光の光路長の可変範囲は、一般的には、９０ｃｍ程度であり、プローブ光とポンプ光との間に、例えば、０〜３ｎｓの遅延時間の設定範囲を与えることになる。 The delay stage 24 is configured by an optical system that uses adjustment of the optical path length by the movable mirror 25 and the fixed mirror 27. The movable mirror 25 is adjusted to have a long optical path length when moved to the right in FIG. 1, and to a short optical path length when moved to the left in FIG. Therefore, the delay stage 24 can adjust the delay time between the pump light and the probe light by moving the movable mirror 25. The fixed mirror 27 can return the reflected light accurately on the optical path of the incident light by vertically reflecting the light vertically incident from the movable mirror 25. Here, the variable range of the optical path length of the pump light is generally about 90 cm, and for example, a setting range of a delay time of 0 to 3 ns is given between the probe light and the pump light.
なお、遅延ステージ２４は、プローブ光の光路を調整することにより時間遅延させる場合を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、ポンプ光の光路上に設けるようにしてもよい。これにより、ポンプ光の光路を調整することにより時間を遅延させることも可能となる。 The delay stage 24 has been described by taking as an example the case of time delay by adjusting the optical path of the probe light. However, the delay stage 24 is not limited to this and may be provided on the optical path of the pump light. Accordingly, it is possible to delay the time by adjusting the optical path of the pump light.
ここで、光源３を出射された光は、Ｐ偏光のままミラー２１を反射され、偏光ビームスプリッター２２を透過して１／４波長板２３に到達する。このＰ偏光は、１／４波長板２３により左回りの円偏光に変換される。この左回り円偏光は、遅延ステージ２４の可動ミラー２５及び固定ミラー２７で反射されると右回りの円偏光に変換される。この右回りの円偏光が、一度通過した１／４波長板２３を再度通過すると、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光は、偏光ビームスプリッター２２により略直交方向に反射されてミラー２８側に導かれる。 Here, the light emitted from the light source 3 is reflected by the mirror 21 while being P-polarized light, passes through the polarization beam splitter 22, and reaches the quarter-wave plate 23. This P-polarized light is converted into counterclockwise circularly polarized light by the quarter-wave plate 23. This counterclockwise circularly polarized light is converted into clockwise circularly polarized light when reflected by the movable mirror 25 and the fixed mirror 27 of the delay stage 24. When the clockwise circularly polarized light passes through the quarter wavelength plate 23 once passed, it is converted to S polarized light. S-polarized light is reflected in a substantially orthogonal direction by the polarization beam splitter 22 and guided to the mirror 28 side.
ＮＤフィルタ２６は、プローブ光の強度調整を行う。このＮＤフィルタ２６を配置するのは、試料２に照射される光の強度が、強過ぎる場合は、試料２を損傷する可能性があり、弱過ぎる場合は、プローブ光の信号が見えなくなるからである。 The ND filter 26 adjusts the intensity of the probe light. The ND filter 26 is disposed because the sample 2 may be damaged if the intensity of the light applied to the sample 2 is too strong, and if it is too weak, the probe light signal cannot be seen. is there.
レンズ５５は、ミラー２８で反射されたプローブ光を集光して、試料２の表面に対して、試料２の法線の７°方向から照射する。 The lens 55 collects the probe light reflected by the mirror 28 and irradiates the surface of the sample 2 from the 7 ° direction of the normal line of the sample 2.
偏光回転角測定器６は、ウォラストンプリズム３３と、光検出器３４と、光検出器３５とを備える。偏光回転角測定器６０は、偏光回転角測定器６と同様に図示はされていないウォラストンプリズムや光検出器を備えている。 The polarization rotation angle measuring device 6 includes a Wollaston prism 33, a photodetector 34, and a photodetector 35. The polarization rotation angle measuring device 60 includes a Wollaston prism and a photodetector that are not shown in the drawing similarly to the polarization rotation angle measuring device 6.
ウォラストンプリズム３３は、２つの直交した直線偏光に分離する。ここで、ポンプ光を試料２に照射しない場合は、ウォラストンプリズム３３に垂直に入射したプローブ光の偏光面に対して、プラス４５度とマイナス４５度の直交した同じ強度の直線偏光に分離する。しかし、ポンプ光を試料２に照射する場合は、スピン波の誘起によってプローブ光にファラデー回転が起きる。これにより、ウォラストンプリズム３３に垂直に入射したプローブ光のプラス４５度とマイナス４５度に分離した光の強度が異なる結果となる。 The Wollaston prism 33 separates it into two orthogonal linear polarizations. Here, in the case where the sample 2 is not irradiated with the pump light, it is separated into linearly polarized light having the same intensity orthogonal to plus 45 degrees and minus 45 degrees with respect to the polarization plane of the probe light perpendicularly incident on the Wollaston prism 33. . However, when the sample 2 is irradiated with pump light, Faraday rotation occurs in the probe light due to the induction of spin waves. As a result, the intensity of the light beam separated into plus 45 degrees and minus 45 degrees of the probe light perpendicularly incident on the Wollaston prism 33 is different.
光検出器３４、３５は、ウォラストンプリズム３３で分離された異なるプローブ光の強度をそれぞれ測定する。光検出器３４と光検出器３５で検出されたプローブ光の強度の差分をとることで、試料２、２０中を伝播したスピン波の面直方向の情報を得ることができる。 The photodetectors 34 and 35 measure the intensities of the different probe lights separated by the Wollaston prism 33, respectively. By taking the difference in the intensity of the probe light detected by the light detector 34 and the light detector 35, information in the perpendicular direction of the spin wave propagated through the samples 2 and 20 can be obtained.
ポンプ光は、繰り返し周波数約５００Ｈｚであり、その強度は、光検出器１５で検出される。また、試料２を透過したプローブ光は、約１ｋＨｚであり、その強度は、光検出器３４と、光検出器３５で検出される。この光検出器１５、３４、３５の３つを比較することで、ポンプ光のＯＮとＯＦＦを区別することができる。 The pump light has a repetition frequency of about 500 Hz, and its intensity is detected by the photodetector 15. Further, the probe light transmitted through the sample 2 is about 1 kHz, and its intensity is detected by the photodetector 34 and the photodetector 35. By comparing the three photodetectors 15, 34, and 35, it is possible to distinguish ON and OFF of the pump light.
次に、本発明を適用した媒体中を伝播する波動の誘起・伝播制御システム及び波動の誘起・伝播制御装置における波動の誘起・伝播制御方法について、媒体中を伝播する波動がスピン波の場合について、図１、２を参照しながら詳細に説明する。 Next, regarding the wave induction / propagation control system and the wave induction / propagation control method in the wave induction / propagation control device to which the present invention is applied, the case where the wave propagating in the medium is a spin wave Details will be described with reference to FIGS.
まず、図２を参照しながら、スピン波の誘起・伝播制御システム１０におけるスピン波の誘起・伝播制御方法について説明する。 First, a spin wave induction / propagation control method in the spin wave induction / propagation control system 10 will be described with reference to FIG.
光源３０から出射された光をスポット形状変更装置４０を介して、当該光をレンズ５０により集光させて試料２０に照射して試料２０中にスピン波をスポット８０内に誘起し、当該スピン波をスポット８０外に伝播させる。次に、スポット形状変更装置４０の開口部７０の形状を変化させることにより、試料２０に照射された光のスポット８０の形状も変化させ、試料２０中に伝播するスピン波の関数も変化させる。更に、プローブ光を試料２０に照射して透過させ、その透過したプローブ光の偏光回転角を偏光回転角測定器６０により検出し、試料２０中を伝播するスピン波の関数の情報を得る。このため、スポット形状変更装置４０は、光のスポット形状を自在に変更させることにより、試料２０中に異方的に伝播するスピン波の関数を制御することができる。 The light emitted from the light source 30 is condensed by the lens 50 through the spot shape changing device 40 and irradiated on the sample 20 to induce a spin wave in the spot 80 in the sample 20. Is propagated outside the spot 80. Next, by changing the shape of the opening 70 of the spot shape changing device 40, the shape of the spot 80 of the light irradiated on the sample 20 is also changed, and the function of the spin wave propagating in the sample 20 is also changed. Further, the sample 20 is irradiated with the probe light and transmitted, and the polarization rotation angle of the transmitted probe light is detected by the polarization rotation angle measuring device 60 to obtain information on the function of the spin wave propagating in the sample 20. For this reason, the spot shape changing device 40 can control the function of the spin wave that propagates anisotropically in the sample 20 by freely changing the spot shape of the light.
次に、図１を参照しながら、スピン波の誘起・伝播制御システム１０において、例えば、スピン波の誘起・伝播制御装置１の場合に、具体的にスピン波の誘起と分析を行いスピン波の関数を制御する、スピン波の誘起・伝播制御方法について説明する。 Next, referring to FIG. 1, in the spin wave induction / propagation control system 10, for example, in the case of the spin wave induction / propagation control device 1, the spin wave is specifically induced and analyzed to perform spin wave generation. A spin wave induction / propagation control method for controlling a function will be described.
このスピン波の誘起・伝播制御装置１においては、ポンプ・プローブ法によりプローブ光の光路途中に置かれた遅延ステージ２４の可動ミラー２５を物理的に移動させることにより光路長を変更して、ポンプ光との間の遅延時間を調整する。 In this spin wave induction / propagation control device 1, the optical path length is changed by physically moving the movable mirror 25 of the delay stage 24 placed in the optical path of the probe light by the pump-probe method, and the pump Adjust the delay time between light.
ポンプ光は、チョッパー１３によりチョッピングされた後に試料２に照射される。このポンプ光の照射により、試料２中のポンプ光のスポット内にスピン波が誘起され、そのスピン波が当該スポット外に伝播することになる。 The pump light is applied to the sample 2 after being chopped by the chopper 13. By irradiation of the pump light, the spin wave is induced in the pump light in the sample 2 spots, the spin wave is Rukoto propagates outside the spot.
またプローブ光は、試料２に対して試料２の法線の７°方向から入射され、偏光回転角測定器６で偏光回転角を測定し、伝播するスピン波の関数の情報を分析する。ここで、スポット形状変更装置４で試料２中に照射される光のスポット形状を変更することによりスピン波の伝播方向、波長、波数等を含めたスピン波の関数が変化する。ポンプ光とプローブ光とは、遅延ステージ２４による遅延時間をずらし、試料２中に照射する箇所をポンプ光に対するプローブ光の相対的な２次元位置をずらしていくことで、スピン波の時間空間分解が可能となり、時間空間的なスピン波の関数の情報を得ることができる。 The probe light is incident on the sample 2 from the 7 ° direction of the normal line of the sample 2, the polarization rotation angle is measured by the polarization rotation angle measuring device 6, and information on the function of the propagating spin wave is analyzed. Here, by changing the spot shape of the light irradiated into the sample 2 by the spot shape changing device 4, the spin wave function including the spin wave propagation direction, wavelength, wave number and the like changes. The pump light and the probe light are shifted in the delay time by the delay stage 24, and the two-dimensional position of the probe light relative to the pump light is shifted in the portion irradiated in the sample 2, thereby allowing time-space decomposition of the spin wave. Thus, information on the function of the spatio-temporal spin wave can be obtained.
なお、スピン波の誘起・伝播制御装置１及びスピン波の誘起・伝播制御システム１０で使用されるプローブ光は、ポンプ光により誘起され伝播されるスピン波の関数の情報を検出するための一つの手段である。従って、スピン波の関数の情報を検出できれば、プローブ光に限定されることなく、いかなる手段であってもよい。 The probe light used in the spin wave induction / propagation control device 1 and the spin wave induction / propagation control system 10 is one of the functions for detecting information on the function of the spin wave induced and propagated by the pump light. Means. Therefore, any means may be used without being limited to the probe light as long as the information on the function of the spin wave can be detected.
次に、本発明を適用した一般的な波動の誘起・伝播制御システム及び波動の誘起・伝播制御方法について、図３を参照しながら詳細に説明する。 Next, a general wave induction / propagation control system and a wave induction / propagation control method to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG.
図３は、本発明を適用した一般的な波動の誘起・伝播制御システムの概念図である。特に、図３ではポンプ光のみを利用して波動を誘起した場合を示している。 FIG. 3 is a conceptual diagram of a general wave induction / propagation control system to which the present invention is applied. In particular, FIG. 3 shows a case where a wave is induced using only pump light.
図３に示す波動の誘起・伝播制御システム１０ａは、図２と比較すると、スピン波の誘起・伝播制御システム１０のうち、偏光回転角測定器６０を除いた構成となっている。波動の誘起・伝播制御システム１０ａは、平板の試料２０ａの面直方向にポンプ光を入射することにより試料２０ａ中を伝播する波動を制御するシステムであって、光源３０ａと、光源３０ａから出射された光を通過させるスポット形状変更装置４０ａと、スポット形状変更装置４０ａの開口部７０ａを通過した光を集光するレンズ５０ａとから構成される。 Compared with FIG. 2, the wave induction / propagation control system 10 a shown in FIG. 3 has a configuration in which the polarization rotation angle measuring device 60 is excluded from the spin wave induction / propagation control system 10. The wave induction / propagation control system 10a is a system that controls the wave propagating through the sample 20a by making the pump light incident in the direction perpendicular to the plane of the flat sample 20a, and is emitted from the light source 30a and the light source 30a. The spot shape changing device 40a that allows the light to pass through and the lens 50a that condenses the light that has passed through the opening 70a of the spot shape changing device 40a.
波動の誘起・伝播制御システム１０ａは、光源３０ａから出射された光をスポット形状変更装置４０ａを介して、当該光をレンズ５０ａにより集光させて試料２０ａに照射して試料２０ａ中に波動をスポット８０ａ内に誘起し、当該波動をスポット８０ａ外に伝播させる。次に、スポット形状変更装置４０ａの開口部７０ａの形状を変化させることにより、試料２０ａに照射された光のスポット８０ａの形状も変化させ、試料２０ａ中に伝播する波動の関数も変化させる。図３に示す試料２０ａ中の点線で表現された複数の略楕円は、ある瞬間の波動の関数を表している。このように、スポット形状変更 装置４０ａは、光のスポット形状を自在に変更させることにより、試料２０ａ中に異方的に伝播する波動の関数を制御することができる。図３に示すスポット形状変更装置４０ａは、開口部７０ａを有する場合を示しているが、これに限定されることなく、光のスポット形状を自在に変更することができれば、例えば、空間光変調器等、いかなるものであってもよい。 The wave induction / propagation control system 10a causes the light emitted from the light source 30a to be condensed by the lens 50a via the spot shape changing device 40a and irradiated to the sample 20a to spot the wave in the sample 20a. It induces in 80a, and the said wave is propagated out of the spot 80a. Next, by changing the shape of the opening 70a of the spot shape changing device 40a, the shape of the spot 80a of the light irradiated on the sample 20a is also changed, and the function of the wave propagating in the sample 20a is also changed. A plurality of substantially ellipses represented by dotted lines in the sample 20a shown in FIG. 3 represents a function of a wave at a certain moment. As described above, the spot shape changing device 40a can control the function of the wave propagating anisotropically in the sample 20a by freely changing the spot shape of the light. The spot shape changing device 40a shown in FIG. 3 shows a case where the opening portion 70a is provided. However, the present invention is not limited to this. If the spot shape of light can be changed freely, for example, a spatial light modulator. Etc. Anything may be used.
次に、本発明を適用した図３に示された波動の誘起・伝播制御システム１０ａにおける数値計算モデルについて説明する。 Next, a numerical calculation model in the wave induction / propagation control system 10a shown in FIG. 3 to which the present invention is applied will be described.
は、スポット形状変更装置表面上の２次元の位置ベクトルを表している。（以下、「ベクトルｒ´」という。）従って、開口部７０ａの形状は、Ｅ（ベクトルｒ′）で表される。 Represents a two-dimensional position vector on the surface of the spot shape changing device. (Hereinafter referred to as “vector r ′”.) Therefore, the shape of the opening 70 a is represented by E (vector r ′).
図４（ｂ）は、試料２０ａに照射された光のスポット８０ａを示している。
ここで、
は、試料２０ａ表面上の２次元の位置ベクトルを表している。（以下、「ベクトルｒ」という。）従って、スポット８０ａの形状は、Ｅ（ベクトルｒ′）をフーリエ変換したＥ（ベクトルｒ）で表される。また、図４（ｂ）に示す｜Ｅ（ベクトルｒ）｜2は、光のスポット８０ａにおける光の強度である。
FIG. 4B shows a spot 80a of light irradiated on the sample 20a.
here,
Represents a two-dimensional position vector on the surface of the sample 20a. Therefore, the shape of the spot 80a is represented by E (vector r) obtained by Fourier transform of E (vector r '). Also, | E (vector r) | 2 shown in FIG. 4B is the light intensity at the light spot 80a.
ここで、
は、当該媒体表面上の２次元の波数ベクトルを表している。（以下、「ベクトルｋ」という。）
here,
Represents a two-dimensional wave vector on the surface of the medium. (Hereinafter referred to as “vector k”)
図４（ｃ）に示すｈ（ベクトルｋ）は、この光の強度｜Ｅ（ベクトルｒ）｜2をフーリエ変換したものであり、即ち、媒体に照射した光の空間的強度分布のフーリエ変換を表している。 H (vector k) shown in FIG. 4C is a Fourier transform of this light intensity | E (vector r) | 2 , that is, a Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light irradiated on the medium. Represents.
このｈ（ベクトルｋ）を波動の波源として、下記に示す（１）式のモデルを立てた。
The h (vector k) as the wave source of the wave, made a model shown in the following equation (1).
ここで、
は時間を表している。
は、波動の関数である。
は、波の式である。
は、波の減衰を表す式である。
here,
Represents time.
Is a wave function.
Is the wave equation.
Is an equation representing the attenuation of the wave.
ここで、ω（ベクトルｋ）は、波動の角周波数の分散関係を表す。αは、ベクトルｋ＝０の時の波動の緩和係数である。波動がスピン波の場合には、このαは、磁性共鳴の実験で求めることができる。また、δは、初期位相を表している。波動の関数であるｍ（ベクトルｒ，ｔ）は、波数空間で積分を行うことで得ることができる。波動がスピン波の場合には、このδは、光と磁性体の相互作用の仕方に依存している。逆ファラデー効果によって、円偏光パルスがスピン歳差運動を誘起する場合、円偏光の電場の回転方向に応じてδは、０かπになる。 Here, ω (vector k) represents the dispersion relation of the angular frequency of the wave . α is a wave relaxation coefficient when the vector k = 0. When the wave is a spin wave, this α can be obtained by an experiment of magnetic resonance. Also, δ represents the initial phase. I am a function of wave m (vector r, t) is, it is possible to obtain the integration in line Ukoto wave number space. When the wave is a spin wave, this δ depends on how the light and the magnetic material interact. When the circularly polarized pulse induces spin precession due to the inverse Faraday effect, δ becomes 0 or π depending on the rotation direction of the electric field of circularly polarized light.
上記に示された（１）式の数値計算モデルは、図３に示す波動の誘起・伝播制御システム１０ａにおいて、スポット形状変更装置４０ａにより波動の関数を制御する際に利用できる。この（１）式により、所望の波動の関数を得るには、いかなる光のスポット形状を作ればいいかという設計が可能となる。また、（１）式により、試料の特性は、波動の分散関係ω（ベクトルｋ）と波動の緩和係数αに基づくため、事前に試料特性を数値計算により予測を行い、所望の波動を誘起するための試料２０ａの選定又は所望の試料２０ａの合成が可能となる。即ち、ｈ（ベクトルｋ）により、所望のスポット８０ａの形状を計算することもできるうえに、ω（ベクトルｋ）とαにより目的に合わせて所望の試料２０ａを選定又は合成することが可能となる。これにより、所望の波動を作ることができる。 The numerical calculation model of the equation (1) shown above can be used when the wave function is controlled by the spot shape changing device 40a in the wave induction / propagation control system 10a shown in FIG. With this equation (1), it is possible to design what kind of light spot shape should be created in order to obtain a desired wave function. Further, according to the equation (1), since the characteristics of the sample are based on the wave dispersion relation ω (vector k) and the wave relaxation coefficient α, the sample characteristics are predicted in advance by numerical calculation to induce a desired wave. Therefore, it is possible to select the sample 20a for synthesis or synthesize the desired sample 20a. That is, the shape of the desired spot 80a can be calculated by h (vector k), and the desired sample 20a can be selected or synthesized according to the purpose by ω (vector k) and α. . Thereby, a desired wave can be created.
次に、波動がスピン波である場合において、スピン波の誘起・伝播制御装置１及びスピン波の誘起・伝播制御システム１０による実際の実験結果とこの（１）式のモデルによる数値シミュレーション結果について図５〜８を参照しながら詳細に説明する。 Next, in the case where the wave is a spin wave, the actual experimental results by the spin wave induction / propagation control device 1 and the spin wave induction / propagation control system 10 and the numerical simulation results by the model of the equation (1) are shown in FIG. This will be described in detail with reference to FIGS.
図５は、スポット形状変更装置４、４０が、不透明な平板の略中央に略長方形状の開口部７、７０を短手方向１．２ｍｍと長手方向６ｍｍの略長方形状の開口部としたときの平面図である。図５（a）は、長手方向と磁場方向が平行な場合であり、図５（ｂ）は、長手方向が磁場方向と垂直な場合である。この２つの場合を使って実験を行うこととする。 FIG. 5 shows that when the spot shape changing devices 4 and 40 have substantially rectangular openings 7 and 70 in the center of the opaque flat plate, the rectangular shapes are 1.2 mm in the short direction and 6 mm in the long direction. FIG. 5A shows a case where the longitudinal direction and the magnetic field direction are parallel, and FIG. 5B shows a case where the longitudinal direction is perpendicular to the magnetic field direction. Experiments will be conducted using these two cases.
図６（ａ）は、スポット形状変更装置４，４０の略長方形状の開口部７，７０の長手方向が、磁場に平行な場合におけるポンプ光に対するプローブ光の試料２，２０に到達する相対的時間差である遅延時間が１．５ｎｓの偏光回転角測定器６，６０で検出されたプローブ光の偏光回転角の実験結果の図である。図６（ｂ）は、開口部７，７０の長手方向が、磁場に垂直な場合における図６（a）と同様なプローブ光の偏光回転角の実験結果の図である。 FIG. 6A shows the relative arrival of the probe light with respect to the sample light 2 and 20 with respect to the pump light when the longitudinal directions of the substantially rectangular openings 7 and 70 of the spot shape changing devices 4 and 40 are parallel to the magnetic field. It is a figure of the experimental result of the polarization rotation angle of the probe light detected by the polarization rotation angle measuring devices 6 and 60 having a delay time of 1.5 ns which is a time difference. FIG. 6B is a diagram of an experimental result of the polarization rotation angle of the probe light similar to that in FIG. 6A when the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is perpendicular to the magnetic field.
ここで、縦軸は、磁場と垂直方向の距離を表し、横軸は、磁場と平行方向の距離を表している。また、図６中グラフの右側の白黒の濃淡は、プローブ光の偏光回転角（ｍｒａｄ）を表している。ここでは、図６中の点線部分が、スポット８，８０を示している。スピン波の場合、波動の関数はスピン歳差運動の回転角であり、スピン歳差運動の回転角の面直成分は、プロープ光の偏光回転角として測定できる。 Here, the vertical axis represents the distance in the direction perpendicular to the magnetic field, and the horizontal axis represents the distance in the direction parallel to the magnetic field. In addition, the black and white shading on the right side of the graph in FIG. 6 represents the polarization rotation angle (mrad) of the probe light. Here, the dotted line portions in FIG. In the case of a spin wave, the wave function is the rotation angle of the spin precession, and the perpendicular component of the rotation angle of the spin precession can be measured as the polarization rotation angle of the probe light.
図６（ａ）に示すとおり、開口部７，７０の長手方向が、磁場と平行方向な場合は、スポット８，８０が試料２，２０の略中央に磁場と垂直方向に長手方向となる略楕円形状になる。 As shown in FIG. 6A, when the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is parallel to the magnetic field, the spots 8 and 80 are approximately in the center of the samples 2 and 20 and are approximately in the longitudinal direction perpendicular to the magnetic field. an elliptical shape.
また、図６（ｂ）に示すとおり、開口部７，７０の長手方向が、磁場と垂直方向な場合は、スポット８，８０が試料２，２０の略中央に磁場と平行方向に長手方向となる略楕円形状になる。 In addition, as shown in FIG. 6B, when the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is perpendicular to the magnetic field, the spots 8 and 80 are approximately in the center of the samples 2 and 20, and the longitudinal direction is parallel to the magnetic field. It becomes substantially elliptical shape composed.
図７（ａ）は、スポット形状変更装置４，４０の略長方形状の開口部７，７０の長手方向が、磁場に平行な場合におけるポンプ光に対するプローブ光の試料２、２０に到達する相対的時間差である遅延時間が１．５ｎｓのスピン波の関数の（１）式による数値シミュレーション結果の図である。図７（ｂ）は、開口部７，７０の長手方向が、磁場に垂直な場合における図７（a）と同様なスピン波の関数の数値シミュレーション結果の図である。ここで、図７の縦軸と横軸等は、図６と同様な構成である。 FIG. 7A shows the relative relative of the pump light to the samples 2 and 20 of the probe light when the longitudinal directions of the substantially rectangular openings 7 and 70 of the spot shape changing devices 4 and 40 are parallel to the magnetic field. It is a figure of the numerical simulation result by (1) Formula of the function of the spin wave whose delay time which is a time difference is 1.5 ns. FIG. 7B is a diagram of a numerical simulation result of a spin wave function similar to that of FIG. 7A when the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is perpendicular to the magnetic field. Here, the vertical and horizontal axes in FIG. 7 have the same configuration as in FIG.
図７（ａ）に示すとおり、開口部７，７０の長手方向が、磁場と平行方向な場合の数値シミュレーションでは、スポット８，８０が試料２，２０の略中央に磁場と垂直方向に長手方向となる略楕円形状になる。 As shown in FIG. 7A, in the numerical simulation in which the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is parallel to the magnetic field, the spots 8 and 80 are longitudinal in the direction perpendicular to the magnetic field in the approximate center of the samples 2 and 20. It becomes a substantially elliptical shape.
また、図７（ｂ）に示すとおり、開口部７，７０の長手方向が、磁場と垂直方向な場合の数値シミュレーションでは、スポット８，８０が試料２，２０の略中央に磁場と平行方向に長手方向となる略楕円形状になる。 Further, as shown in FIG. 7B, in the numerical simulation in the case where the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is perpendicular to the magnetic field, the spots 8 and 80 are approximately in the center of the samples 2 and 20 in the direction parallel to the magnetic field. It becomes a substantially elliptical shape in the longitudinal direction.
これにより、実施例１の実験結果と実施例２の数値シミュレーションのそれぞれのスピン波の波形がほぼ同じであるといえ、（１）式の数値計算式が正しいことが証明された。 Thus, it can be said that the spin wave waveforms of the experimental result of Example 1 and the numerical simulation of Example 2 are almost the same, and it is proved that the numerical calculation formula of Formula (1) is correct.
しかしながら、図６の実験結果と、図７の数値シミュレーション結果とでは、振幅の情報と位相の情報の両方が含まれているため、スピン波が波束としていかなる伝播をしているかが明確でないという問題点もある。 However, since both the amplitude information and the phase information are included in the experimental result of FIG. 6 and the numerical simulation result of FIG. 7, it is not clear what propagation the spin wave is as a wave packet. There is also a point.
そこで、図７の数値シミュレーション結果の各点において、時間的な変動を見ると振動をしているため、そのエンベロープを抽出することとする。そのエンベロープだけを抽出したものが図８に示すスピン波の振幅マップである。ここでは、図８の縦軸と横軸等は、図６と同様な構成である。図８中の白黒の濃淡は、スピン波の振幅を示している。 Therefore, at each point of the numerical simulation result shown in FIG. 7, since the vibration is observed when temporal variation is observed, the envelope is extracted. An amplitude map of the spin wave shown in FIG. 8 is obtained by extracting only the envelope. Here, the vertical and horizontal axes in FIG. 8 have the same configuration as in FIG. The shades of black and white in FIG. 8 indicate the amplitude of the spin wave.
図８（ａ）に示すとおり、開口部７，７０の長手方向が、磁場と平行方向な場合の数値シミュレーションでは、スポット８，８０の強度が、グラフ中央に点線で示された略楕円形状で示されており、その周囲に色の濃い部分が、磁場に平行方向に流れており、スピン波が磁場に平行に流れていることがわかる。 As shown in FIG. 8A, in the numerical simulation in the case where the longitudinal direction of the openings 7 and 70 is parallel to the magnetic field, the intensity of the spots 8 and 80 is a substantially elliptical shape indicated by a dotted line at the center of the graph. It can be seen that a dark-colored part flows in the direction parallel to the magnetic field, and the spin wave flows parallel to the magnetic field.
また、図８（ｂ）に示すとおり、開口部７，７の長手方向が、磁場と垂直方向な場合の数値シミュレーションでは、スポット８，８０の強度が、グラフ中央に点線で示された略楕円形状で示されており、その周囲に色の濃い部分が、磁場と垂直方向に流れており、スピン波が磁場に垂直に流れていることがわかる。 Further, as shown in FIG. 8B, in the numerical simulation in the case where the longitudinal direction of the openings 7 and 7 is perpendicular to the magnetic field, the intensity of the spots 8 and 80 is a substantially elliptical shape indicated by a dotted line at the center of the graph. It is shown by the shape, and it can be seen that a dark-colored part flows in the direction perpendicular to the magnetic field and the spin wave flows perpendicular to the magnetic field.
次にスピン波を応用例として、スピン波を使った波動のスイッチング制御デバイスについて、図９を参照しながら詳細に説明する。 Next, using a spin wave as an application example, a wave switching control device using a spin wave will be described in detail with reference to FIG.
図９に示すとおり、スイッチング素子１００は、平板の試料２００表面上に磁場を印加し、試料２００の面直方向にポンプ光を入射することにより試料２００中を伝播する波動を制御するシステムであって、何れかの光源（図示省略）から出射された光を通過させるスポット形状変更装置４００と、スポット形状変更装置４００の開口部７００を通過した光を集光するレンズ５００と、試料２００の表面上に照射された光のスポット８００外であって試料２００中に少なくとも１つ設けられたスピン波検出器６００から構成される。図９では、スピン波検出器６００では、例えば、複数設けられたスピン波検出器６００が示されている。 As shown in FIG. 9, the switching element 100 is a system that controls a wave propagating in the sample 200 by applying a magnetic field on the surface of the flat sample 200 and injecting pump light in a direction perpendicular to the surface of the sample 200. The spot shape changing device 400 that passes light emitted from any one of the light sources (not shown), the lens 500 that collects the light that has passed through the opening 700 of the spot shape changing device 400, and the surface of the sample 200 The spin wave detector 600 is provided outside the spot 800 of the light irradiated thereon and provided in the sample 200 with at least one. In FIG. 9, in the spin wave detector 600, for example, a plurality of spin wave detectors 600 are shown.
いずれかの光源から出射された光をスポット形状変更装置４００を介して、当該光をレンズ５００により集光させて試料２００に照射して、スピン波を試料２００中の光のスポット８００内に誘起し、当該スピン波をスポット８００外に伝播させる。次にスポット形状変更装置４００の開口部７００の形状を変化させることにより、試料２００に照射された光のスポット８００の形状を変化させ、試料２００中に伝播するスピン波の関数を変化させる。このため、スポット形状変更装置４００は、光のスポット８００の形状を自在に変更させることができる。更に、スポット８００外に伝播されたスピン波は、スピン波検出器６００により検出させる。 Light emitted from one of the light sources is condensed by the lens 500 via the spot shape changing device 400 and irradiated to the sample 200, and a spin wave is induced in the light spot 800 in the sample 200. Then, the spin wave is propagated outside the spot 800. Next, by changing the shape of the opening 700 of the spot shape changing device 400, the shape of the spot 800 of the light irradiated on the sample 200 is changed, and the function of the spin wave propagating in the sample 200 is changed. For this reason, the spot shape changing device 400 can freely change the shape of the light spot 800. Further, the spin wave propagated outside the spot 800 is detected by the spin wave detector 600.
例えば、図９に示すとおり、スポット形状変更装置４００の略長方形状の開口部７００の長手方向が磁場に平行な場合は、試料２００中の光のスポット８００は、長軸が磁場に垂直な略楕円形状となる。また、スポット形状変更装置４００の略長方形状の開口部７００の長手方向が磁場に垂直な場合は、試料２００中の光のスポット８００は、長軸が磁場に平行な略楕円形状となる。このため、スポット形状変更装置４００の略長方形状の開口部７００の方向を自在に変化させることで、開口部７００の方向に合せて試料２００中の光のスポット８００の略楕円形状の方向も変化させることができる。なお、図９に示すスポット形状変更装置４００は、開口部７００を有する場合を示しているが、これに限定されることなく、光のスポット形状を自在に変更することができれば、例えば、空間光変調器等、いかなるものであってもよい。 For example, as shown in FIG. 9, when the longitudinal direction of the substantially rectangular opening 700 of the spot shape changing device 400 is parallel to the magnetic field, the light spot 800 in the sample 200 has a long axis approximately perpendicular to the magnetic field. Oval shape. In addition, when the longitudinal direction of the substantially rectangular opening 700 of the spot shape changing device 400 is perpendicular to the magnetic field, the light spot 800 in the sample 200 has a substantially elliptical shape whose major axis is parallel to the magnetic field. For this reason, by changing the direction of the substantially rectangular opening 700 of the spot shape changing device 400, the direction of the substantially elliptical shape of the light spot 800 in the sample 200 also changes in accordance with the direction of the opening 700. Can be made. Although the spot shape changing device 400 shown in FIG. 9 shows a case where the opening 700 is provided, the present invention is not limited to this, and if the spot shape of light can be changed freely, for example, spatial light Any device such as a modulator may be used.
これにより、スピン波の伝播方向の切り替えを可能とするスイッチング素子１００が実現される。スイッチング素子１００は、試料２００中に伝播するスピン波の関数を変化させることができるため、スピン波の関数を制御できる。 Thereby, the switching element 100 that enables switching of the propagation direction of the spin wave is realized. Since the switching element 100 can change the function of the spin wave propagating in the sample 200, the function of the spin wave can be controlled.
スイッチング素子１００は、光源が構成要素にないため必要に応じて所望の光源のある場所にスイッチング素子１００を移動させて使用することが可能となる。また、スイッチング素子１００は、光源が予め設置されていないため、図３に示す波動の誘起・伝播制御システム１０ａにおいて波動がスピン波とした場合に、波動の誘起・伝播制御システム１０ａの構成にスピン波検出器６００が追加されたスピン波の誘起・伝播制御システムや、光源３０ａよりスピン波検出器６００が安価である場合には、比較的安価に製作でき経済的である。 Since the switching element 100 does not have a light source as a component, the switching element 100 can be used by moving the switching element 100 to a place where a desired light source is present as necessary. Further, since the light source is not installed in advance in the switching element 100, when the wave is a spin wave in the wave induction / propagation control system 10a shown in FIG. 3, the wave induction / propagation control system 10a has a spin configuration. If the spin wave induction / propagation control system to which the wave detector 600 is added or the spin wave detector 600 is cheaper than the light source 30a, it can be manufactured relatively inexpensively and is economical.
このスピン波の速度は、スピン波の誘起・伝播制御装置１及びスピン波の誘起・伝播制御システム１０及びスイッチング素子１００の場合、約１０5ｍ／ｓであった。光速は、３×１０8ｍ／ｓであるため、光速と比較すると圧倒的に遅い。しかしながら、速度が遅いというのは、逆にメリットにもなり得る。例えば、光の速度は、速すぎるためデバイス中でその情報を保持することができない。一方、スピン波は、速度が光の速度と比較してある程度遅いため、例えば、図９に示すスポット形状変更装置４００を通過した光が、スピン波検出器６００に届くまでにはある一定時間がかかる。即ち、スピン波を利用したスイッチング素子１００は、試料２００中にスピン波の関数の情報を一定時間保持することができるとも言える。 In the case of the spin wave induction / propagation control device 1, the spin wave induction / propagation control system 10, and the switching element 100, the spin wave velocity was about 10 5 m / s. Since the speed of light is 3 × 10 8 m / s, it is overwhelmingly slower than the speed of light. However, the slow speed can also be a merit. For example, the speed of light is too fast to hold that information in the device. On the other hand, since the speed of the spin wave is somewhat slower than the speed of light, for example, a certain period of time is required for the light that has passed through the spot shape changing device 400 shown in FIG. 9 to reach the spin wave detector 600. Take it. That is, it can be said that the switching element 100 using a spin wave can hold information on the function of the spin wave in the sample 200 for a certain period of time.
上述のような構成で示された、波動の誘起・伝播制御システム１０ａ、スピン波の誘起・伝播制御システム１０、スピン波の誘起・伝播制御装置１及びスイッチング素子１００は、スピン波に限られるものではない。例えば、弾性波等といったものであっても、これらの波動を光で誘起することができる。即ち、同じしくみを使うことで、弾性波の伝播方向、波長、波数等を含めた弾性波の関数を制御できることは勿論である。 The wave induction / propagation control system 10a, the spin wave induction / propagation control system 10, the spin wave induction / propagation control device 1 and the switching element 100 shown in the configuration as described above are limited to spin waves. is not. For example, even with an elastic wave or the like, these waves can be induced by light. That is, by using the same mechanism, it is of course possible to control the elastic wave function including the elastic wave propagation direction, wavelength, wave number, and the like.
以上、本発明の実施例及び応用例について詳細に説明したが、前述した実施例及び応用例は、何れも本発明を実施するにあたって具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。 Although the embodiments and application examples of the present invention have been described in detail above, the above-described embodiments and application examples are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the present invention is thereby limited. This technical scope should not be interpreted in a limited way.
１ スピン波の誘起・伝播制御装置
２、２０、２０ａ、９０、２００ 試料
３、３０、３０ａ 光源
４、４０、４０ａ、４００ スポット形状変更装置
５、５０、５０ａ、５５、５００ レンズ
６、６０ 偏光回転角測定器
７、７０、７０ａ、７００ 開口部
８、８０、８０ａ、８００ スポット
１０ スピン波の誘起・伝播制御システム
１０ａ 波動の誘起・伝播制御システム
１１、１４ ビームスプリッター
１２ 光パラメトリック増幅器
１３ チョッパー
１５、３４、３５ 光検出器
１６、２１、２８ ミラー
１７ １／２波長板
１８ 偏光子
１９、２３ １／４波長板
２２ 偏光ビームスプリッター
２４ 遅延ステージ
２５ 可動ミラー
２６ ＮＤフィルタ
２７ 固定ミラー
３３ ウォラストンプリズム
４１ 電磁石
１００ スイッチング素子
６００ スピン波検出器
1 Spin wave induction / propagation control device 2, 20, 20a, 90, 200 Sample 3, 30, 30a Light source 4, 40, 40a, 400 Spot shape change device 5, 50, 50a, 55, 500 Lens 6, 60 Polarization Rotational angle measuring instrument 7, 70, 70a, 700 Aperture 8, 80, 80a, 800 Spot 10 Spin wave induction / propagation control system 10a Wave induction / propagation control system 11, 14 Beam splitter 12 Optical parametric amplifier 13 Chopper 15 , 34, 35 Photodetectors 16, 21, 28 Mirror 17 1/2 wavelength plate 18 Polarizer 19, 23 1/4 wavelength plate 22 Polarizing beam splitter 24 Delay stage 25 Movable mirror 26 ND filter 27 Fixed mirror 33 Wollaston prism 41 Electromagnet 100 Switching element 600 Spin wave detector
Claims (10)
前記光源から出射された光のスポット形状を変更するスポット形状変更手段とを備え、
前記光が媒体に向けて照射されることにより当該媒体中に誘起され伝播する波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御すること
を特徴とする波動の誘起・伝播制御システム。
A light source;
Spot shape changing means for changing the spot shape of the light emitted from the light source,
The function of the wave propagating induced in the medium by the light is radiated toward the medium, by varying the spot shape of light irradiating the medium by the spot shape changing means, of the light A wave induction / propagation control system using the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the spot to control based on the following equation (1).
を特徴とする請求項１に記載の波動の誘起・伝播制御システム。 The wave induction / propagation control system according to claim 1, wherein the wave is induced by an interaction between the light and a magnetic material serving as the medium, which is generated by irradiating the medium with the light. .
を特徴とする請求項１に記載の波動の誘起・伝播制御システム。 2. The wave induction and wave generation according to claim 1, wherein the wave as an elastic wave is controlled by an interaction between the light and an elastic body as the medium that is generated when the light is applied to the medium. Propagation control system.
を特徴とする請求項１又は２に記載の波動の誘起・伝播制御システム。 The wave induction / propagation control system according to claim 1, wherein the wave as a spin wave is controlled.
前記光が媒体に向けて照射されることにより当該媒体中に誘起され伝播する波動の関数を検出する少なくとも１つの波動検出器とを備え、
前記スポット形状変更手段は、前記波動検出器により検出される波動の関数を、前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御すること
を特徴とする波動のスイッチング制御デバイス。
Spot shape changing means for changing the spot shape of light;
At least one wave detector for detecting a function of a wave induced and propagated in the medium when the light is irradiated toward the medium;
The spot shape changing means changes the spot shape of the light irradiated on the medium to a wave function detected by the wave detector, and performs a Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the light spot. A wave switching control device characterized by being controlled based on the following formula (1).
を特徴とする請求項５に記載の波動のスイッチング制御デバイス。 The wave switching control device according to claim 5, wherein the wave is induced by an interaction between the light and a magnetic material serving as the medium, which is generated when the light is applied to the medium.
を特徴とする請求項５に記載の波動のスイッチング制御デバイス。 6. The wave switching control according to claim 5, wherein the wave as an elastic wave is controlled by an interaction between the light and an elastic body as the medium, which is generated when the medium is irradiated with the light. device.
を特徴とする請求項５又は６に記載の波動のスイッチング制御デバイス。 The wave switching control device according to claim 5 or 6, wherein the wave as a spin wave is controlled.
前記波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御する第２工程とを有すること
を特徴とする波動の誘起・伝播制御方法。
A first step of irradiating the medium with the light emitted from the light source via spot shape changing means for changing the spot shape of the light to induce and propagate a wave in the medium;
Using the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the spot of the light by changing the spot shape of the light irradiated to the medium by the spot shape changing means as the wave function, the following equation (1) And a second step of controlling based on the wave induction and propagation control method.
前記波動の関数を、前記スポット形状変更手段により前記媒体に照射した光のスポット形状を変化させて、当該光のスポットにおける当該光の空間的強度分布のフーリエ変換を利用して下記（１）式に基づいて制御する第２工程と、
前記波動の関数を少なくとも１つの波動検出器に検出させる第３工程とを有すること
を特徴とする波動のスイッチング制御方法。
A first step of irradiating the medium with light via spot shape changing means for changing the spot shape of the light to induce and propagate a wave in the medium;
Using the Fourier transform of the spatial intensity distribution of the light at the spot of the light by changing the spot shape of the light irradiated to the medium by the spot shape changing means as the wave function, the following equation (1) A second step of controlling based on
And a third step of causing at least one wave detector to detect the function of the wave.
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