2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H02123
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
O・B Wright 北海道大学, 工学研究院, 教授 (90281790)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30239024)
友田 基信 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30344485)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 物理計測・制御 / GHz超音波 / 断層撮影法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、GHz超音波コンピューター断層撮影法（超音波CT）の分野を確立し、非侵襲の音響内部イメージングをナノスケールまで拡張することである。生体細胞などの液中の透明固体物質を試料とし、弾性率と屈折率の３次元マッピングを目標としたサブマイクロメートルスケールの空間分解能をもつ液体ピコ秒超音波CTと、固体内部構造をナノメートル分解能でイメージングすることを目標とした固体ピコ秒超音波CTの両方を実現する。
本年度は以下の研究を行った。
1. 高開口数の液浸対物レンズを用いた液体ピコ秒超音波CT法の実証実験：フェムト秒レーザーを用いた液体ピコ秒超音波CTシステムを構築し、液体中のガラス構造を試料として、ピコ秒超音波CT法により試料中の縦波音速と屈折率の深さ方向のマッピングを行った。この実験により物理量の精度と入射角範囲の関係などが判明した。
2. 新たな配置による液体ピコ秒超音波CT法の実証実験：透明で直角の出ている試料ホルダーを使い、プローブ光を側面から入射すると、層状に屈折率が分布していると仮定できる試料に対しては、１つの入射角だけで音速のマッピングができることを新たに考案した。この配置において本当に正しい音速が求められるのかの実証実験を行い、実現可能なことを実証した。
3. 固体ピコ秒超音波CTの実験：円柱状の試料に対して、アルコリズム開発のために超音波シミュレーションを行った。更に内部に欠陥として空洞が空いてあり、直径数マイクロメートルの石英ガラス試料を作製した。また、内部にポリスチレン球が埋め込まれた厚み数マイクロメートルのチタニウムの板状の試料を考案し作製した。CT実験の検証用に内部構造となるポリスチレン球の位置は試料作製時に画像に記録してある。
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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
1. 液体ピコ秒超音波CT法については、無機試料を使いある程度の精度で測れる見通しがついた。さらに音速分布だけを独立に測る事ができる新たな方法を考案した。この新手法は生体試料の硬さ分布測定への応用において、試料ホルダや試料準備の面の制約が大きくなるが、屈折率による誤差の伝播がなく、より短時間で測る事ができるという大きなメリットがある手法である。
2. 固体ピコ秒超音波CT法については、シミュレーション、試料準備、新しいレーザーを用いた計測システムの構築といった面において精力的に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 液体ピコ秒超音波CTについては、当初予定していた差動距離が短く油浸の超高開口数の対物レンズを使わずとも、水浸の高開口数の対物レンズでも測定可能な入射角度範囲は小さくなるが実用上は屈折率や音速の決定精度に影響を与えずに使用できることが分かった。今年度は、生体試料への応用に向けて研究を進める。新配置の液体ピコ秒超音波法についても最適な試料ホルダーを考案し、屈折率や音速が分布している試料を使ったデモンストレーション実験を行う。
2. 固体ピコ秒超音波CTについては、測定装置がほぼ出来上がったので、実際の試料を使い測定をし、その結果を使って内部構造を明らかにし測定精度などについて検討していく。
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[Presentation] Time-resolved two-dimensional imaging of gigahertz surface acoustic waves at arbitrary frequencies with an asynchronous pulsed-optical probing2016
Author(s)
Osamu Matsuda, Hirofumi Shono, Shun Kato, Shogo Kaneko, Sylvain Mezil, Motonobu Tomoda, and Oliver B. Wright
Organizer
Osamu Matsuda, Hirofumi Shono, Shun Kato, Shogo Kaneko, Sylvain Mezil, Motonobu Tomoda, and Oliver B. Wright 5th International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing (LU2016)
Place of Presentation
Linz, Austria
Year and Date
2016-07-04 – 2016-07-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Watching waves confined in phononic cavities2016
Author(s)
Oliver Wright, Paul Otsuka, Sylvain Mezil, Osamu Matsuda, Motonobu Tomoda, Ryota Chinbe, Shogo Kaneko, Kenji Ishikawa, Kazuki Chonan, Yukihiro Tanaka, Sihan Kim, Heonsu Jeon, Thomas Dehoux, Masazumi Fujiwara, Shigeki Takeuchi, Istvan Veres, Sam H. Lee, and Vitalyi Gusev
Organizer
5th International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing (LU2016)
Place of Presentation
Linz, Austria
Year and Date
2016-07-04 – 2016-07-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Surface acoustic mode imaging of a microsphere-based metamaterial2016
Author(s)
Paul H. Otsuka, Sylvain Mezil, Vitalyi Gusev, Osamu Matsuda, Motonobu Tomoda, Tian Gian, Nicholas Boechler, Alex A. Maznev, Nicholas Fang, and Oliver B. Wright
Organizer
5th International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing (LU2016)
Place of Presentation
Linz, Austria
Year and Date
2016-07-04 – 2016-07-08
Int'l Joint Research
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