マイクロチップで複雑な光ビームを分離する技術を開発(Fingernail-sized chip untangles mixed light)

2026-11-02 スタンフォード大学

米国スタンフォード大学などの研究チームは、複数の光源から発せられた混合光を、それぞれ独立した光ビームに分離する指先サイズの集積フォトニックチップを開発した。通常の電球の光のように位相関係が一定でない非干渉光や、レーザー光が混ざった部分コヒーレント光は、従来の光学装置では成分ごとに分離することが難しかった。今回の技術では、チップ内部の光回路とアルゴリズムを組み合わせ、混合光に含まれる異なるコヒーレンスモードを識別し、それぞれの光を別々の出力経路に導く。実験では、2つおよび3つの赤外レーザー光を混合した光から、互いに統計的に独立した光ビームを取り出すことに成功した。この技術により、従来のカメラでは重なって一つに見える蛍光粒子などを、光の空間的な相関情報から区別できる可能性がある。顕微鏡の高精度化や、遠方銀河・系外惑星の観測、光通信、光センシングなどへの応用が期待されている。
マイクロチップで複雑な光ビームを分離する技術を開発(Fingernail-sized chip untangles mixed light)

Institute of Science and Technology Austria (ISTA)

<関連情報>

論文タイトル Automatic on-chip separation of partially coherent light into its mutually incoherent components

Paul-Alexis Mor, Anne R. Kroo, Carson G. Valdez, Marko Šimić, Aviv Karnieli, Gabriele Cavicchioli, Zhanghao Sun, Vittorio Grimaldi, Shanhui Fan, Olav Solgaard, David A. B. Miller & Charles Roques-Carmes
Nature Photonics  Published:30 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-026-02035-6

Abstract

While partial coherence often degrades interference and information transfer, its correlations can be engineered to enhance imaging and optical information processing. However, approaches based on tomography and numerical reconstruction do not physically separate unknown fields into their coherence modes—that is, their orthogonal and mutually incoherent components. Here we demonstrate the separation of partially coherent light into coherence modes. We use variational processing in layered self-configuring interferometers on a silicon photonic circuit. This process finds the eigenvectors and eigenvalues of the coherency matrix, characterizing the state while leaving it intact and separated after optimization. We show that spatially orthogonal, mutually incoherent beams can be routed to separate outputs even when their intensity profiles overlap. Our experiment separates the two strongest coherence modes from a nine-input sampling of overlapping fields from two independent lasers; operation beyond two modes is verified in a rank-3 experiment. The number of physical components scales linearly with the rank r of the coherency matrix, through r in situ gradient-based optimizations enabled by electronic drive-frequency multiplexing of the phase shifters. We benchmark performance against an on-chip mixture-based tomographic method. These results establish a scalable framework for programmable coherence analysis and control.

0403電子応用
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