2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K06293
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
大森 達也 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60302527)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 弾性表面波 / 非線形 / 可視化 / 高周波素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高周波帯弾性波素子における非線形応答の発生や伝搬の様子を可視化することで，その発生メカニズムや周波数特性など素子性能に与える影響を直感的に理解し，さらにはその抑圧を中心とする制御方法を検討することを目的としている。この研究目的に際して，2017年度は以下に示す3点について重点的検討を行った。
まず，可視化装置に対する実用的な周波数掃引機能を実装した。これは，前年度に行った可視化装置の自動運転機能を拡張し，取得データの高機能後処理プログラムを作成するなどにより実現に至った。この成果により，観察周波数の変化により伝搬姿態が変化する様子を，その周波数特性と対応させながら，一目で観察できる動画を生成することに成功した。また，非線形振動の検出を容易にするため，干渉光出力を検出するO/Eコンバータを見直しを始めた。
次に，可視化装置における自動焦点補正機能について原理的な実験と，これを実装する方法について基礎的検討を行った。微弱信号の可視化や周波数掃引を伴う観察など条件によっては，観察開始から終了まで数十時間を要する場合，環境温度の変化などにより時間経過とともに生じる焦点ズレのため，検出感度や空間分解能の低下が起こる問題があった。この問題に対して，干渉光出力の直流成分強度に着目した自動焦点補正機能の実現について検討を行い，その技術的な基礎を確立した。
最後に，IMD3(Two-tone third-order intermodulation distortion)について，複素振幅応答の測定方法を検討した。特に，位相測定で必要となる基準信号の生成について，被測定素子に高周波電力を供給する増幅器の非線形性を逆利用する方法を考案し，簡素な測定系でもIMD3の複素振幅測定が可能であることを示した。この手法を可視化システムに応用し，IMD3の可視化を行う方法についての検討を開始した。
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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
まず，弾性振動可視化システムに対する周波数掃引機能の実装を通して，可視化システムの完全自動運転を可能にした上で，長時間にわたる連続測定の際の問題を解決する自動焦点補正機能の原理実験に成功した。特に，自動焦点補正機能については，極めて微弱な非線形応答を長時間かけて測定する際に対しても極めて有効であると考えられる。これらの成果のうち，特に自動運転機能を含む周波数掃引機能の実装に関して，２０１７年度に米国で開催された超音波国際会議において採択され講演がなされた。また同年度に千葉大学で開催された第7回次世代移動体通信用超音波デバイスに関する国際シンポジウムにおいて招待講演として発表された。これらにより，非線形応答の可視化に対する準備が一定程度の進歩を見たと判断できる。
次に，新たにIMD3の複素振幅測定について，従来とは異なる参照信号の生成方法を提案し，その実現性を立証することに成功している。ここで提案した手法は，極めてシンプルな測定系で実用的なIMD3の位相測定を可能とするものであり，可視化システムに組み込んでIMD3の可視化を可能にするものと考えている。これにより，新たな非線形性観察に対する知見が得られたと判断できる。
以上のように２０１７年度の研究により，観察の自動化と新たにIMD3測定の基礎実験を成功した一方で，可視化システムのダイナミックレンジ向上に関する検討はO/Eコンバータ変更を行ったものの，その評価途中であり２０１８年度についてはこの点について早期の評価を行い，実用的な非線形応答の可視化について検討を継続する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題に関する２０１６，１７年度の研究成果により，高周波帯弾性波素子における非線形応答を可視化する上で必要な要素技術について，一定程度の準備が出来たと考えている。本研究課題最終年度にあたる２０１８年度は，これらの要素技術を最大限活用し，実用的な非線形応答可視化システムの構築と応用を行う予定である。
具体的には，２０１７年度から引き続き行っている，可視化システムのダイナミックレンジ向上を実現し，より実用的に微小な非線形応答を検出するため，特に干渉光検出のためのO/E変換器変更に対する評価を先行する予定である。また，信号検出系の再見直しを行い，不要信号の漏れ等を低減するための最適化を進める。これと平行して，非線形複素信号を検出するため，可視化システムに対するクロスドメインアナライザの組込みを計画している。この際，ダイナミックレンジ不足が問題となる場合には，従前から使用しているロックインアンプとの併用を考えている。更に，観察の結果得られた可視化像の表示方法について，データ処理用ソフトウェアの開発を行う予定である。
また，ここで得られた知見を元に，これまでに提案されている高周波帯弾性波素子における非線形応答発生メカニズムに関する理論を，実験結果と照合することで実証し，さらに非線形信号制御に関する検討を行うことを視野に入れている。
最後に，これらの検討結果を過去の研究成果のまとめとともに，国内外の会議における講演および論文として公開することを予定している。
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| Causes of Carryover |
本年度はIMD3の測定について原理実験を優先したため、その測定可能性が確認されるまでの間、短期借用のクロスドメインアナライザ（無償）にて実験を行った。この検討により提案手法での測定が可能であることを確認したため、本格的な可視化装置への組み込みを２０１８年度に行うことを予定している。
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