Diameter measurement of next generation nano optical fiber using destructive interference illumination

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18747
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Michihata Masaki 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70588855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 哲 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30283724) ; 門屋 祥太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60880234)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: ナノファイバー / マイクロファイバー / 干渉照明 / テーパ光ファイバー

Outline of Final Research Achievements

In this study, we proposed a new optical measurement technique to evaluate the diameter of submicrometer fibers using standing wave illumination formed by counter-propagating beams. By actively controlling the spatial phase of the standing wave, the scattered light intensity distribution changed. From the analysis of the changing pattern, the diameter of an optical fiber with a diameter of about 500 nm could be measured with a variation of 30 nm. The measured diameter agreed well with that measured by SEM. These results verify that the accuracy of this method is several tens of nanometers.

Free Research Field

計測工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、その場直径計測する新規光学計測原理を提案し、その原理を確認することで、本手法の有効性を示した。Mie散乱理論を基にした従来の光学計測手法は、光ファイバの直径が光波長以下になると、直径推定は困難となる(計測限界はφ700 nm程度)。我々はこの限界の突破に挑戦する新規計測原理を提案する。2方向から光を照射する定在波照明は、照明光が空間的強度分布を持ち、光強度ゼロの破壊的干渉位置には 散乱光は発生しない。つまり、照明光強度分布を掛け合わせた散乱光強度分布が得られるため、φ700 nm以下でも、直径変化に対する散乱光強度分布の変化が得られ、高精度計測できた。