Theoretical study of fluid controlled by optical force and heating

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15196
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Osaka University (2021-2022); Osaka Prefecture University (2020)
• Principal Investigator: Tamura Mamoru 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (30793583)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光圧 / 光発熱 / 流体 / 数値計算 / 光渦 / レーザー加工

Outline of Final Research Achievements

This work aims to develop a theoretical framework to control the fluid with optical force and heating and achieve the guiding principles for applications. Combining the calculation method of computational fluid dynamics and electromagnetism to evaluate the time evolution of fluid driven by optical force, the mass transport phenomena on the azopolymer and molten metal were discussed. Furthermore, using the calculation method of laser processing in the thermo-fluid dynamics, it was clarified that the Marangoni effect originating from the ring-shaped intensity distribution could contribute to the production of protrusion on the processing with the optical vortex pulse.

Free Research Field

光工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では特に、自由界面を持つ流体を光圧や光熱で駆動する状況に関し、その理論解析の手法論を構築し、アゾポリマーや光渦によるレーザー加工など、過去に報告されてきた実験に対応する結果を得るとともに、その駆動機構の解明にも成功した。構築した手法論に基づき、今後、特定の実験系に限らず、流体の光操作の可能性をより広範に探索可能である。これは、新奇光操作技術の発見・新分野の拡大に繋がり、ひいては光を用いたナノ加工や、生体物質の選別や検出など、様々な応用技術への波及効果が期待される。