2022 Fiscal Year Annual Research Report
光周波数コムの次元変換で実現する次世代XYZ3軸「絶対」位置極高精度計測への挑戦
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21J20652
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 遼 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 光周波数コム / フェムト秒レーザ / 共焦点光学系 / サーフェスエンコーダ / 精密計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，不等ピッチ2軸格子の分光次元変換作用をもとに，光コムからXY2軸位置コムを創出し，これまでに構築しているZ位置コムと融合することで，従来は困難であった国家標準に直結した形態で信頼性が保証された極高精度多軸「絶対」位置検出を実現することが本研究の目的である．
まず，XY位置コムとの融合に向け，これまでに開発しているZ絶対位置コム光学系に対してレーザオートコリメーション法の原理を新たに導入し，測定面傾斜角に影響を受けないZ位置計測の実現を検討する．その後，「不等ピッチ」2軸格子の分光作用により計測点のXY軸絶対位置情報を±1次反射回折光デジタル光周波数に次元変換し差動検出するとともに，±1次光で生成する光干渉信号を用いてXY2軸絶対位置を極高感度検出する，XY絶対位置コム光学系を構築する．最後に，上記2つの光学系を組み合わせてXYZ3軸「絶対」位置コムを構築し，その性能を実験的に明らかにする．
計画2年目となる令和4年度は，当初の計画とおり，昨年度に構築を行った光ファイバーベースの光コム光源を用いたZ絶対位置コムプロトタイプ光学系の設計および構築を行った．プロトタイプ光学系を用いた基礎特性評価を実施し，測定面傾斜角が対象物光軸Z位置測定に与える影響を定量的に評価した．さらに，測定面傾斜角によらず対象物光軸Z位置を高精度に測定可能な新たな原理として，Z位置コムに採用している共焦点光学系の検出器を非線形光学現象である第二次高調波発生(ＳＨＧ)媒体であるBBO結晶へ変更したSHG共焦点光学系を開発した．また，XY絶対位置コムを創出するために，ファイバー内干渉光学系から空間干渉光学系へと変更を行うことで，絶対値平面位置計測の実現可能性を検討した．
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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
当初計画どおりに光ファイバーベース光周波数コムを光源に用いたZ位置絶対位置コムのロバスト性確保のためにオートコリメーション法を導入したプロトタイプ光学系の実験的評価が進んでいること，さらにはXY絶対位置コムを創出に向けた空間干渉光学系光学系の実験的評価が進んでいることから，おおむね順調に進んでいるものと判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
実施計画のとおりに実施する予定である．計画3年目となる令和5年度は，令和4年度に構築を進めた光ファイバーベースの光コム光源を用いたZ位置絶対コム光学系のおよびXY絶対位置コム光学系の改良を進める．さらにXYZ絶対位置コム創出に向けて，Z位置絶対コム光学系とXY絶対位置コム光学系を一体化させたXYZ絶対位置コム光学系に向けて試作プロトタイプ光学系の設計・施策を行いその基礎特性評価を行う．
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