レンズを使わずに光を集束・発散させる新しい物理効果を実証 (Focusing and Defocusing Light Without a Lens)

2026-01-29 ハーバード大学

ハーバード大学工学応用科学部(SEAS)の研究チームは、従来のレンズを用いずに光を集光・発散させる新しい光制御手法を開発した。本研究では、時間的に変調された材料特性を利用し、光波の進行そのものを操作することで、レンズと同等の集光・拡散効果を実現している。空間的な曲率を持つガラスや金属構造を必要としないため、極めて薄く軽量な光学システムの構築が可能となる。この技術は、フォトニック回路や集積光学、量子光学デバイスなどへの応用が期待され、将来的にはスマートフォンのカメラやAR/VR、光通信システムの小型化・高性能化につながる可能性がある。本成果は、光学設計の概念を根本から拡張するものであり、次世代光制御技術の基盤を提供する。

レンズを使わずに光を集束・発散させる新しい物理効果を実証 (Focusing and Defocusing Light Without a Lens)
Illustration of the spatially structured self-imaging phenomenon known as the Montgomery effect. The color palette corresponds to the phase profile of the light, revealing the helical wavefront of light with orbital angular momentum, re-appearing over propagation. Image credit: Joshua Mornhinweg

<関連情報>

自由空間における空間構造化されたモンゴメリ効果の観測 Observation of the spatially structured Montgomery effect in free space

Murat Yessenov, Luca Sacchi, Alfonso Palmieri, Layton A. Hall, Ayman F. Abouraddy, and Federico Capasso
Optica  Published: January 23, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.582198

Abstract

Talbot effect is a lens-less self-imaging phenomenon with a wide range of applications in optics. A lesser-known yet potentially more versatile Montgomery effect generalizes self-imaging to aperiodic structures. We report the first, to our knowledge, direct observation of the spatially structured Montgomery effect in free space. Using a dynamic optical hologram to discretize radial spatial frequencies, we demonstrate self-imaging at distances ranging from 30 to 100 mm. Our method independently controls the focal spot size and self-imaging period, enabling dynamic three-dimensional light patterns. We also show the arbitrary tunability of the transverse profile by demonstrating revivals of Laguerre–Gaussian, Hermite–Gaussian, Ince–Gaussian modes, and Airy beams. These findings open opportunities for multi-plane microscopy, optical atom traps, and quantum atomic systems.

0403電子応用
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