| Project/Area Number |
24K21237
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
安井 武史 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (70314408)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南川 丈夫 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (10637193)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2026: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2025: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 光コム / シングルピクセルイメージング / デュアル光コム / 分光偏光解析 / 次元変換 / 時間分解イメージング / デュアル光コム分光 |
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| Outline of Research at the Start |
「見る」ことは「知る」ための基本であり、最先端イメージングが新しいイノベーションを創出する。高速イメージングは、様々なダイナミクスの研究に重要であるが、未だ到達できていない超高速現象の暗黒領域『アト秒』が存在する。ここを切り拓くためには、既存概念に囚われない新奇な取り組みが必要である。本研究では、時間分解能=光パルス幅という制約に縛られない超高速ストロボグラフを実現するため、光周波数コムに波長/時間変換を適用し、時間軸と波長軸が１対１対応した時間変換光コムを創成し『時間の物差し』として利用することにより、超高速現象の暗黒領域に切り込むことを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、超高速ストロボ・イメージングの実現に向け、シングルピクセルイメージング（SPI）の基礎検討を行った。SPIは、空間光変調器で連続的なパターン光をサンプルに照射し、各パターンに対応した出力信号を単一の光検出器で取得することで、全体の画像を再構成する技術であり、従来の面検出器に比べて高速性・広帯域性・コスト効率に優れる。本研究では、SPIにおける空間光変調パターンの違いが画質や測定効率に与える影響を系統的に評価した。ランダムパターンは汎用性が高い一方でノイズ耐性に課題があり、フーリエパターンは周波数特性の再現性に優れるがパターン数が多くなる傾向がある。これに対し、アダマールパターンはノイズに強く、少ないパターン数でも高精度な画像再構成が可能であることから、CNR（コントラストノイズ比）やMTF（変調伝達関数）の面でも最も優れた結果を示した。
次に、我々がこれまでに研究を行ってきたデュアル光コム分光偏光解析法にSPIを統合し、システムを構築してその有用性を検証した。デュアル光コム分光法は、高分解能・高確度・広スペクトル範囲を備え、光振幅と光位相を同時にスペクトル計測できる点が特長である。さらに、デュアル光コム分光偏光解析法においては、光振幅比と光位相差のスペクトルを同時取得できるため、偏光変調が不要であり、高速化と装置の簡素化に貢献する。今回構築したデュアル光コム分光偏光解析SPI装置により、光振幅比および光位相差のスペクトル分解イメージの取得に成功し、本手法が高精度な時間分解偏光イメージングの新しい手法として有望であることを実証した。本成果は、今後の展開に向けた重要なステップとなる。
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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
本研究では、超高速ストロボ・イメージングの実現に向けて、まずシングルピクセルイメージング（SPI）の基礎検討を実施し、空間光変調パターンの違いが画質や測定効率に与える影響を系統的に評価した。その結果、アダマールパターンが最も高いCNRおよびMTFを示し、少ないパターン数でも高精度な画像再構成が可能であることを明らかにした。また、既開発のデュアル光コム分光偏光解析法にSPIを統合した新たな装置を構築し、光振幅比および光位相差のスペクトル分解イメージの取得に成功した。これらの成果は、今後の研究展開に向けた重要な技術的進展であり、研究は概ね計画通りに進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
シングルピクセルイメージング（SPI）については、前年度に開発したデュアル光コム分光偏光解析SPIシステムに対し、定量的な特性評価と最適化を行う。具体的には、実際のサンプルへの適用を通じて、その有用性を実証するとともに、イメージ取得速度の向上に向けた測定・再構成プロセスの高速化手法を検討する。
時間変換光コムについては、光ファイバーや回折格子を用いた光周波数チャーピングによって時間変換光コムを生成し、その光学系の最適化と基礎特性評価を行う。また、得られた時間変換光コムに対してデュアル光コム分光を適用し、時間波形再構成に関する基礎的な実証実験を実施する。さらに、競合技術であるタイムストレッチ技術との比較検討を行い、本手法の優位性を明確化する。
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