エバネッセント場による光の圧力を用いたマイクロ軸受け機構の開発

• Project/Area Number: 08750078
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 中野 隆志 大阪府立大学, 工学部, 助手 (90254432)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 光の圧力 / エバネッセント場 / 光導波路 / マイクロマシン

Research Abstract

本研究では、エバネッセント場による光の圧力を用いたマイクロ軸受け機構の開発を目的としている。提案では、光ファイバを軸に、ド-ナッツ上の軸受けを構成する考えであったが、解析が難しく、四方を平板型の光導波路で囲んだ内部に物体を浮上させる場合について、光導波路の結合理論を用いてシミュレーションを行った。一方向で物体を浮上させる場合、物体に働く光の圧力と物体と導波路の距離の関係は、ピーク値を持つカーブになるが、物体の厚さや導波路の伝搬モードによって、そのピーク位置が移動することが分かった。これから、四方から物体に光の圧力を働かせた場合、最初に物体と各導波路の距離が圧力がピークになる位置で固定されていれば、物体の中心がずれても、距離の増減方向でカーブの傾きがほぼ等しいため、ずれた位置で固定されることが分かった。また、力と距離の関係から、初期位置がピーク位置より遠い場合、物体が中心からずれても、元に戻る方向に力が作用することが分かった。よって、中心位置に固定することは難しいが、提案する装置が、軸受けとして働くことが分かった。また、導波路の伝搬モードを2つにして力の働くピーク位送を2つにし、初期位置をその中間にすれば、どちらにずれても働く力は一定になり、軸受けとして働くことが分かった。
シミュレーション結果をもとに、CVD装置を用いて実験に用いる光導波路の製作と実験を試みたが、これまでのところ、本方法の有効性を実験で確かめるには至らなかった。これは、導波路に予想以上の厚さの均一性が要求され、製作した光導波路では光を十分結合できないためと考えている。しかしながら、測定、観察装置は構成できたので、今後、導波路の製作法に工夫を加えてより均一な導波路を製作し、提案した方法の有効性を確認する予定である。また、シミュレーションの結果については、現在、論文を投稿する準備を行っている。