質量標準トレーサビリティ体系のための超高精度・広範囲なシリコン球体計測
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20H02040
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
道畑 正岐 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70588855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 哲 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30283724)
門屋 祥太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60880234)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 伝搬定数 / 光ファイバー / 近接場 / Whispering gallery mode / 光共振 / ビート周波数 / WGM共振 / 球体 / 屈折率 / 自律校正 / Goos-Haenchenシフト / 偏光 / SNOM / 有限要素解析 / 近接場プローブ / 定在波 / テーパ光ファイバ |
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| Outline of Research at the Start |
質量の基準となる高精度な計測原理を構築するため、直径94 mmから94 μmのシリコン球の計測が求められている。本研究では、球の中を周回共振する光の伝搬形態であるWGMという光学現象を用いて計測する原理を提案している。球の円周長を測定し、そこからシリコン球の直径を計測する。円周長は共振する光波長の倍数で正確に求められる。この倍数を正確に求めること、球の屈折率を測定することで、超高精度なシリコン球の計測原理確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目的は、直径94 mmから94 μmのシリコン単結晶球体の直径を10のマイナス6乗の不確かさで計測する技術の確立であり、その実現のため、本年度は球体屈折率の自律的補正法による屈折率測定手法の確立を目指し研究を行なった。
本年は、自律的補正に必須となるモード番号推定に関する研究を行なった。モード番号を推定するためには、励起されたWGMの伝搬定数を把握することが非常に重要である。励起されるWGMの伝搬定数は当然、入射光に依存する。そこでWGMを励起するために用いる細径の光ファイバーの直径を計測し、伝搬定数を求めるシステムの構築を行なった。具体的には、光ファイバー外部に形成される電磁場のピッチを測定することで伝搬定数が推定可能である。その電場分布を近接場プローブによりセンシングし、ピッチは近接場プローブの移動量を光学変位計で計測することで行なった。そのピッチを細径の光ファイバーの条件より理論的に導出した分散方程式を用いて直径に変換することができる。実際に測定を行った結果、直径500 nm程度の光ファイバーの直径を数十nmの精度で計測可能であり、これによって、十分伝搬定数を推定可能であることを確認した。これを用いてモードを推定した結果、妥当な値を得ることができ、本手法を発展させることでWGMを用いた直径推定における測定不確かさを定量的に評価できる可能性があることを示すことができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
