| Project/Area Number |
23K03279
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
伊藤 宙陛 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (60724127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
三沢 和彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80251396)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | フェムト秒レーザー / レーザー位相制御 / レーザー波形整形 / 流体制御 / エネルギー伝送 / 位相制御 |
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| Outline of Research at the Start |
代表者がこれまで独自開発したレーザーパルス波形整形技術はレーザーの時間波形を自在に設計でき、非常に狭い空間に高密度エネルギー状態を生成する特長を持つ。本研究課題はこの技術を最大限利用し、いかに効率よく溶媒の運動エネルギーに変換できるか挑戦することである。光‐運動エネルギー変換効率を追求し汎用性を広げることで、生体医用やロボティクスなどの実用に近い応用分野に対してワイヤレスな運動エネルギーの超精密分配という新しい概念を導入することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は代表者が独自開発したレーザー波形整形技術の持つ、エネルギー高密度状態を空間に生成できる特長を最大限に利用し、いかに効率よく溶媒の運動エネルギーに変換できるか挑戦する試みである。
本研究においてはフェムト秒パルスレーザー（fsレーザー）により生じる多光子励起に着目した．多光子励起はレーザーの集光点においてのみ発生させることができ，高い空間分解能と3次元的配置が可能となるばかりでなく，その急激な熱勾配により運動エネルギー変換効率の大幅な向上が期待できる．
初年度の成果としてfsレーザーをアセトン溶液で満たした光学セルに集光し、その集光点に発生する気泡とその周りに発生する対流をハイスピードカメラで観察するための光学系を構築した。その光学系を使用し、同エネルギーのfsレーザーと連続波レーザーにおいて発生する気泡の成長速度を比較した結果、溶液の吸収スペクトルによってはfsレーザーの方が多光子励起による吸収により効率が改善することが示された。その結果は2023年9月に開催された第84回応用物理学会秋季学術講演会にて「3次元的な運動エネルギー分配へ向けた2光子励起による気泡の発生」として内山雄暉, 本間聡, 伊藤宙陛が発表した。
さらに多光子吸収により発生したマイクロスケールの熱分布によって、気泡周りにマランゴニ対流が発生し、気泡の移動する軌道が精密に制御されることを発見したので、論文や学会にて公表する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画当初は気泡の爆発的な膨張を想定し、運動エネルギーの変換を想定していたが、レーザーパワーの問題で実現するのが困難であることが判明した。しかし同時に、レーザーパルスを集光した際に生成されるマイクロスケールの熱勾配がマランゴニ対流として運動エネルギーに効率よくかつ制御性良く変換されることを見出した。この熱勾配はフェムト秒レーザーの引き起こす多光子励起を利用することでより急勾配、高空間分解能が実現される可能性がありまだ誰も踏み込んでいない領域である。これらの原理実証を急ピッチで進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
フェムト秒レーザーを用いた多光子励起によるより精密かつ高効率な気泡や対流の運動制御の原理実証を第一優先で進めていく。
研究代表者の運営する山梨大学工学部の本間・伊藤研究室所属の学部生および大学院生を研究協力者として本研究課題を推進する。
うち１名はマランゴニ対流と光の伝搬解析の数値シミュレーションを連動させて、対流の精密制御の原理の裏付けを実施する。
もう１名はこの原理をもとにどのように社会に応用できるか検討を進め、その応用実験を実施する方針である。
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