2018 Fiscal Year Research-status Report
微小球共振原理を用いたマイクロスケール3次元形状標準計測の原理確立への挑戦
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18K18803
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
道畑 正岐 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (70588855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 哲 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30283724)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | Whispering gallery mode / 光共振 / 微小球 / 直径計測 / モード解析 / テーパファイバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、直径1mm以下のマイクロ球の直径を10nmの精度で計測することを目的としている。そのための手法として、Whispering gallery mode共振を用いた手法を提案している。本手法は、球円周の測定を基にした直径計測手法である。球表面に沿って伝搬する光の波長の整数倍が光路長となり、屈折率を乗算することで円周長が推定できる。本研究課題では、まずこの整数倍となるモード番号の推定を行った。励起されるWGMはモード番号によって共振波長が異なる、つまり、光の伝搬定数が異なる。一方で、光供給する光ファイバー内の伝搬定数は一定である。そこでまず、数値解析により、伝搬定数が一致する条件でのWGMが最も強く励起されることを確認した。これによって、光ファイバーの伝搬定数を求めることで、対応するWGM共振のモード番号を限定できた。光ファイバー伝搬定数の推定不確かさと球直径が未知であることに起因する不確かさによって一意には決定できていないが、最終的にはフィッティングにより計測が可能であった。これを実験的に検証し、その成果をMeasurement Science and Technology誌に投稿し、受諾された。本手法で推定したものは、横モードであり、球内部に広がる伝搬モードであるため、外部からの測定は難しい。一方で、縦モードは球表面に沿って広がるため外部からでも原理的に計測が可能である。そこでSNOMプローブを用いて縦モード番号の直性計測を試みる。そのための数値解析を行った。SNOMプローブでSN比を高く測定しようと思うと、プローブの存在がWGM共振の外乱となり共振状態が乱れる。そこでその最適条件を検討した結果、プローブと球の適切なギャップが存在することが明らかになった。この成果は2019 OPIC@横浜で発表予定である。また、今後は実験装置を構築し、モード番号の計測を試みる。
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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
WGMの励起計測システムを発展させ、極めて安定にWGM共振波長を測定可能となった。それによって、スペクトル解析の精度が飛躍的に向上した。これによって、半径モード番号を特定可能という大きな成果を得ることができた。これを利用することで今後の屈折率補正や形状計測への大きなステップとなる。また、SNOMプローブによるモード番号の計測特性についてを行い、興味深い成果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、屈折率の補正を行い、超精密な球の直径計測を実施することを予定している。また、得られた計測結果に対する不確かさの解析および、他の手法との比較計測により本計測手法の精度確認を行うことを予定している。
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| Causes of Carryover |
テーパファイバーの加工機を今年度中に導入予定であったが、メーカーとの調整の結果、来年度に持ち越しとなったため。
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Research Products
(9 results)
