Development of optical line generator using Arago-spot which is smaller than the laser spot

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21015
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: TSUJI Ryusuke 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40188537)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: アラゴスポット / 直線発生 / 位置計測

Outline of Final Research Achievements

The Arago-spot is a bright spot created in the shadow behind the sphere by irradiating a laser beam onto the sphere, where the diameter of the bright spot can be smaller than the diameter of a normal laser beam. The diameter of the Arago-spot is inversely proportional to the diameter of the sphere, proportional to the laser wavelength, and proportional to the distance from the sphere to the observation point. The intensity of the Arago-spot becomes smaller when the diffraction angle of the laser light is large.
From the above, we obtained a design guideline for a optical line generator using the Arago-spot. It is also shown that the Arago-spot can be used for orbit control of a fuel sphere in laser fusion because it can measure the position of the sphere with high accuracy.

Free Research Field

応用物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、一般のレーザー光による直線発生装置のスポットよりも一桁以上スポット径を小さくできるアラゴスポットを利用した直線発生装置を考案し、スポット径と装置の各種の物理量（レーザー波長、球体の球径、球体から測定点までの距離）の関係性を明らかにした。またアラゴスポットの光強度を大きくする方法等を考案した。
本研究の成果により、大型装置の高精度の設置および大型構造物の建設や保守において、設置誤差を極力減らす設置や建設および高精度のメインテナンスを行うための基礎となる、高精度な直線の発生を行えるようになった。