2016 Fiscal Year Annual Research Report
High-sensitive ultrasonic sensor using phononic crystal
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26630147
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩本 敏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40359667)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フォノニック結晶 / 弾性波 / 光弾性効果 / 音響共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波を用いた計測技術において、その検出感度の向上は重要な課題である。本研究では、弾性率が周期的に変調されたフォノニック結晶に形成した共振器において超音波（弾性波）が強く局在することを利用して光弾性効果を増強することで、その検出感度の向上に向けた基盤技術研究を進めた。
まず材料の異方性を利用したフォノニック結晶共振器構造を検討し、提案方式により光弾性効果の増強が可能であることを数値的に示した。しかしながら、その作製は必ずしも容易ではないため、実現可能性の高い構造を検討した。その結果、同じ材料で構成されるが、断面積の異なる２つのブロックで単位セルを構成する擬似一次元フォノニック結晶が有望であることを見出した。その知見を踏まえ、融解石英からなら構造を設計・作製し、その弾性波特性および光弾性変調抑制に関する基礎評価を行い、共振器に共鳴した弾性波励振を行うことで大きな光弾性変調が実現できることを示した。光弾性変調の効率は共振器を用いることで、数倍からまた、共振器を囲むフォノニック結晶の周期数依存性および投入する弾性波の周波数依存性を調べ、周期数が大きいほど周波数応答は鋭くなるとともに大きな変調効果が達成できることを明らかにした。これは、周期数の増大にともない共振器モードのQ値が増加し、弾性波の閉じ込め効果がより有効に働くことを示す結果である。また、研究を進めるなかで、検討してきた擬似一次元フォノニック結晶は、その構造パラメータによって、トポロジカルな特徴の異なるバンド構造をもつことが明らかになり、その特性を利用した共振器構造が実現できることを示した。
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