Multi synthesized wavelength digital holography using coherent cascade link

• Project/Area Number: 18K04981
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 山際 将具 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任研究員 (90800467)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: デジタルホログラフィ / 光周波数コム / 光干渉計測 / 3次元イメージング / 高精度形状計測 / 位相計測 / 光計測

Outline of Annual Research Achievements

デジタル・ホログラフィー（DH）は、精密機器の表面形状測定に広く用いられているが、測定可能な最大凹凸は波長(nm)オーダーに制限される。本研究では、多数の光周波数モードが櫛の歯状に並んだ光周波数コムに対して高速モード抽出を行い、広いダイナミックレンジで高速に合成波長を生成することで、mmオーダーの凹凸をnmの精度でリアルタイムに計測可能なコヒーレント・カスケード・リンク形マルチ合成波長DHを提案している。
前年度までは、まずは提案手法を実現するための光コムシンセサイザーの開発を行った。光コムシンセサイザーは、光周波数コム光源と２次元波長分散素子、そして空間光変調器を組み合わせた、任意光コムモード操作システムである。これにより、高速モード抽出による合成波長生成を可能にする。本研究では、変調器型光周波数コム光源と、VIPAと呼ばれる１次元波長分散素子及び回折格子を組み合わせた2次元波長分散素子、液晶空間光変調器で高速並列モード操作を実現させた。また、開発した光コムシンセサイザーとDHを組み合わせた、コヒーレント・カスケード・リンク形マルチ合成波長DHシステムを構築し、原理確認実験として段差計測を行った。前年度までの研究成果については、解説論文１本を執筆し、４件の学会発表を行った。
最終年度では、前年度までに実現できなかったnmオーダー精度での段差計測を実現するために、より広帯域な光周波数コム光源を用いて、コヒーレント・カスケード・リンク形マルチ合成波長DHシステムの再構築を行い、段差計測を実行した。その結果、数10nmオーダーの精度で段差計測を行うことに成功した。研究成果については、国際会議で１件発表した。
今回の研究ではリアルタイム計測まで行うことができなかったが、より高速動作可能な空間光変調器と光検出器を同期することができれば、高精度リアルタイム計測を実現できる。

Research Products

• [Journal Article] モード操作GHz光コムを用いたマルチ合成波長デジタルホログラフィ (2019)
  • Author(s): 山際 将具, 南川 丈夫, 諸橋 功, 山本 裕紹, 安井 武史
  • Journal Title: 光技術コンタクト Volume: 57 Pages: 24-31
• [Presentation] ード操作光コムを用いたカスケードリンク型マルチ合成波長デジタル・ホログラフィの高速化（4）~高精度計測~ (2019)
  • Author(s): 山際 将具, 南川 丈夫, 諸橋 功, 山本 裕紹, 安井 武史
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Cascade-Linked Multi-Synthetic-Wavelength Digital Holography Using Line-by-Line Spectral Shaping Optical Frequency Comb (2019)
  • Author(s): Masatomo Yamagiwa, Takeo Minamikawa, Isao Morohashi, Norihiko Sekine, Iwao Hosako, Hirotsugu Yamamoto, and Takeshi Yasui
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] モード操作光コムを用いたカスケードリンク型マルチ合成波長デジタル・ホログラフィの高速化（4）-高精度計測- (2019)
  • Author(s): 山際 将具, 南川 丈夫, 諸橋 功, 山本 裕紹, 安井 武史
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Cascade-Linked Multi-Synthetic-Wavelength Digital Holography Using Line-by-Line Spectral Shaping OpticalFrequency Comb (2019)
  • Author(s): M. Yamagiwa, T. Minamikawa, I. Morohashi, N. Sekine, I. Hosako, H. Yamamoto, and T. Yasui
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] モード操作光コムを用いたカスケードリンク型マルチ合成波長デジタル・ホログラフィの高速化（3）-高速スイッチング合成波長を用いた広ダイナミックレンジ形状計測- (2018)
  • Author(s): 山際 将具, 南川 丈夫, 諸橋 功, 関根 徳彦, 寳迫 巌, 山本 裕紹, 安井 武史
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] モード操作光コムを用いたマルチ合成波長デジタルホログラフィによる形状計測 (2018)
  • Author(s): 山際 将具, 南川 丈夫, 諸橋 功, 関根 徳彦, 寳迫 巌, 山本 裕紹, 安井 武史
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2018
• [Remarks] 徳島大学 安井/南川研究室
  • URL: https://femto.me.tokushima-u.ac.jp/index.html