Development of a new high-speed imaging system using ozone gas lense

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14552
• 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: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Michine Yurina 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 特任助教 (00873358)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光学素子 / 高強度レーザー / イメージング / 集光光学素子 / レンズ / オゾン / 回折光学素子 / ガス光学素子

Outline of Final Research Achievements

We conducted research and development to apply the gas medium (ozone mixed gas) lens we are developing for imaging purposes, such as high-speed photography and multi-focus imaging. In imaging, high NA lenses with short focal lengths and large areas are required to ensure sufficient light and field of view. In this study, we developed a sub-nanosecond ultraviolet laser light source for creating short focal length lenses, generated refractive index modulation structures, and developed a triple-structure gas flow path to expand the gas region area for larger lenses. Additionally, we developed a computational code to determine the optimal laser injection conditions for the gas lens. These achievements have completed the proof-of-concept tests for the development and creation of high NA gas lenses.

Free Research Field

光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Society 5.0に代表されるように次世代のマン-マシンインターフェースとして多焦点、多次元対応の新しいカメラ、光学レンズの開発が進められている一方で、サブマイクロ秒からナノ秒の高速現象の撮影技術に関しては、70年以上前に開発されたフレーミングカメラやストリークカメラといった技術が現在でも使用されている。そのような技術に対して、本研究で開発した気体レンズで行うことにより、高速度撮影・多点焦点、多波長、多時刻対応の、全く新しい概念のイメージングシステムが構成できるようになる。気体レンズの収差は、縞構造パターンを照射することだけで修正することは容易であり、理想的なレンズを作ることも期待される。