2018 Fiscal Year Research-status Report
Ultrafast digital holography using a chirped pulse
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18K04983
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
唐澤 直樹 千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (00337099)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | デジタルホログラフィー / 超高速現象 / 超短光パルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は超高速現象の時間的発展を正確にとらえるための新提案手法であるチャープパルスを用いたデジタルホログラフィーの実験的検証を行うことである。本手法において超短光パルス光源からチャープパルスと超短光パルス列を生成する。そしてそれらの干渉信号を光センサー上に多重記録する。この手法を用いると比較的単純な光学系によりピコ秒程度の時間間隔で複数の３次元波面情報を記録・再生できることが数値計算的検討により可能であることが確認されている。
本年度はチャープパルスデジタルホログラフィーの実験的検証を目指し、そのための光学系を試作し実験を行った。そのため、繰り返し周波数73 MHzのレーザーから単一のパルスを抜き出すためのパルスピッカー、ホログラム記録用の高速CMOSセンサー、チャープパルス発生用の高屈折率ガラスブロック、複数パルス発生に用いる干渉計用の光学素子や光学部品を入手し、実験系を試作した。実験ではパルス幅35フェムト秒の超短光パルスを二つのパルスに分割し、一方をガラスブロックに透過させてチャープパルスの参照光を発生させた。他方のパルスは干渉計を用いてさらにそれらを3.67ピコ秒の遅延時間を持つ二つのパルスに分割してこれらを試料に通して物体光とした。今回は画像化のための試料としては静止したスリット及びレンズを用いた。これらの参照光と物体光をオフアキシス配置でCMOSセンサー上で干渉させ、取得した干渉画像をコンピュータで解析してそれぞれの物体光に対応する振幅画像および位相画像が独立に得られるかを検証した。初期的な実験ではパルスピッカーを用いずに多数の同一なパルスの平均干渉画像を用いたが、正しく二つの時刻での振幅位相画像が得られた。その後の実験ではパルスピッカーを用いてシングルショットでの画像取得を試み、その場合も正しく二つの時刻での振幅位相画像が得られることを実証した。
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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
本研究代表者はチャープパルスを用いたデジタルホログラフィーの提案を行い、この手法を用いることによりピコ秒程度の時間間隔で複数の３次元波面情報を記録・再生できることを数値計算的検討で示していた。
今回実験系を試作して実際に実験を行うことにより、静止物体の場合に提案された手法を用いて3.67ピコ秒間隔の振幅位相画像が実際に得られることを実証した。さらにパルスピッカーを用いてシングルショットパルスを用いても同じ時間間隔の振幅位相画像が取得できることを実証した。これにより少なくとも静止物体における提案手法の原理検証に関してはその目的を達成していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回行ったチャープパルスデジタルホログラフィーの実験的検証においては3.67ピコ秒の時間間隔において2枚の振幅位相画像がシングルショットで得られることが実証できた。しかし今回用いた画像用試料はスリットとレンズから成る静止物体であった。そこで今後は光学系の改良と並行して、実際の超高速現象の画像取得を試みる予定である。現在想定している超高速現象としては超短光パルスと物質の相互作用によって生じるアブレーション等があげられる。この現象の画像を取得するためには画像化に適した超高速現象の選定およびそのための光学系および画像拡大のための光学系の試作が必要となる。また超高速現象の起きるタイミングと画像取得のタイミングを同期する等の工夫が必要となる。このためには光学センサーの露光時間制御に加えて機械的なシャッターを用いることが必要となると考えられる。そこでこれらについて検討し、実験を進めていく予定である。さらに現時点では物体光は二つのパルスから成っているため二つの時刻の現象しか記録することができない。そこでそのパルス数を増加してより多数の時刻での画像取得を行うこと等も考慮する。
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| Causes of Carryover |
実験に用いる光学部品の選定等に関して昨年度に時点で未確定のものがあったため、当初予定していた金額より51408円未使用となっている。これは本年度計画している実験のための光学部品の購入等に有効利用する予定である。
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Research Products
(6 results)
