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微小球共振原理を用いたマイクロスケール3次元形状標準計測の原理確立への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 18K18803
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

道畑 正岐  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70588855)

研究分担者 高橋 哲  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30283724)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードWGM / 光共振器 / 球体 / 直径 / テーパ光ファイバー / Whispering gallery mode / 光共振 / 屈折率 / 標準計測 / 微小球共振 / 微小球 / 直径計測 / モード解析 / テーパファイバー / 伝搬定数
研究成果の概要

本研究では、従来にない全く新規な測定原理を提案・確立し、従来精度を遥かに上回る1 mm以下のマイクロ球径を10 nm以下の測定不確かさで計測・評価可能な標準計測技術の構築を目指している。本研究では、Whispering gallery mode共振を用いて手法を提案している。本研究課題では、直径計測を行いその性能について評価した。構築したシステムを用いて、複数のWGM共振波長を測定し、それらの波長からモード解析を行った。得られたモード番号から直径を見積もった結果、最大のばらつきは7 nm程度であり、非常に高い精度を示すことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Whispering gallery modeは非常に小さくまたQ値の高い共振器が得られるため、例えば、センサーやフィルターなどで非常によく用いられる。一方で3次元共振器のため、非常に多くのモードが立ち、そのモード特性を正確に把握することは容易ではない。我々は、半径モード番号の特定手法お新たに提案し、その有効性を示すことができた。これはWGMを用いた研究において非常に重要性が高いと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] In-Process Diameter Measurement Technique for Micro-Optical Fiber with Standing Wave Illumination2021

    • 著者名/発表者名
      Michihata Masaki、Zheng Zhao、Funaiwa Daiki、Murakami Sojiro、Kadoya Shotaro、Takahashi Satoru
    • 雑誌名

      Nanomanufacturing and Metrology

      巻: 4 号: 1 ページ: 28-36

    • DOI

      10.1007/s41871-020-00081-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] マイクロスケール標準球計測に向けたWhispering gallery mode共振の安定的励起計測システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      MICHIHATA Masaki、KOBAYASHI Yumeki、CHU Bohuai、TAKAMASU Kiyoshi、TAKAHASHI Satoru
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 85 号: 880 ページ: 19-00226-19-00226

    • DOI

      10.1299/transjsme.19-00226

    • NAID

      130007772938

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Radial mode number identification on whispering gallery mode resonances for diameter measurement of microsphere2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yumeki、Michihata Masaki、Zhao Zheng、Chu Bohuai、Takamasu Kiyoshi、Takahashi Satoru
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 30 号: 6 ページ: 065201-065201

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ab1241

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小級の直径計測(第14報) -WGM光強度分布センシングのためのガラスプローブ先端形状の検討-2020

    • 著者名/発表者名
      劉 羽辛,門屋祥太郎,道畑正岐,高橋 哲
    • 学会等名
      2021年度精密工学会学術講演会春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 定在波照明を用いたマイクロ光ファイバのインプロセス直径計測(第3報) -サブマイクロ光ファイバの計測のための測定原理の拡張-2020

    • 著者名/発表者名
      村上宗二郎,門屋祥太郎,道畑正岐,高橋 哲
    • 学会等名
      2021年度精密工学会学術講演会春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小球の直径計測(第13報) -光損失が共振波長に及ぼす影響の検討-2020

    • 著者名/発表者名
      劉 羽辛,門屋祥太郎,道畑正岐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      2020年度精密工学会学術講演会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Sensing near-field light distribution for microsphere measurement based on whispering gallery mode2019

    • 著者名/発表者名
      Bohuai Chu, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      ISMTII2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-process measurement technique of micro-fiber diameter with interfered scattering pattern of two beam irradiation2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata, Zheng Zhao, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      ISMTII2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] System development for microsphere measurement based on whispering gallery mode resonance2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata, Yumeki Kobayashi, Bohuai Chu, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      ISMQC2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical analysis of near-field light intensity of whispering gallery mode on microsphere surface with SNOM probe2019

    • 著者名/発表者名
      Bohuai Chu, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      OPTM2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光共振損失を用いたSPMプローブチップ評価に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      津田信道,儲 博懐,増井周造,道畑正岐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      2020年度精密工学会学術講演会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 定在波照明を用いたマイクロ光ファイバのインプロセス直径計測(第2報) -計測精度改善の検討-2019

    • 著者名/発表者名
      船岩大輝,道畑正岐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      2020年度精密工学会学術講演会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 2光束照明における光散乱検出に基づくマイクロ光ファイバー直径計測の基礎的研究2019

    • 著者名/発表者名
      道畑正岐,趙 正,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      日本機械学会 2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 微小球光共振を用いた形状標準のナノ精度計測2019

    • 著者名/発表者名
      道畑正岐
    • 学会等名
      第153回微小光学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光共振を利用したマイクロ球形状のナノ精度計測2019

    • 著者名/発表者名
      道畑正岐,小林夢輝,趙 正,儲 博懐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      レーザー学会第39回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultra high precision diameter measurement of a microsphere based on whispering gallery mode resonances2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata, Yumeki Kobayashi, Zheng Zhao, Bouhai Chu, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      The 1st JSPE affiliate workshop -Metrology and measurement
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dielectric microsphere measurement using whispering gallery mode resonance2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata
    • 学会等名
      10th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrument (ISPEMI 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement of a microsphere diameter with a picometer resolution using whispering gallery mode resonances2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata
    • 学会等名
      International Symposium on Optoelectronic Technology and Application (OTA 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小球の直径計測(第12報) -共振波長計測安定化に向けた測定装置の高度化-2018

    • 著者名/発表者名
      小林夢輝,儲 博懐,道畑正岐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      2018年度精密工学会学術講演会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Whispering gallery mode 共振を用いたマイクロ球径計測 -比較計測による計測精度評価-2018

    • 著者名/発表者名
      道畑正岐,小林夢輝,儲 博懐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      第12回日本機械学会生産加工・工作機械部門講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小球の直径計測(第11報) -共振波長解析に基づく半径モード番号の推定-2018

    • 著者名/発表者名
      小林夢輝,趙 正,儲 博懐,道畑正岐,高増 潔,高橋 哲
    • 学会等名
      2018年度精密工学会学術講演会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Analyzing tapered fiber - microsphere coupling for diameter measurement of microsphere using whispering gallery mode resonance2018

    • 著者名/発表者名
      Yumeki Kobayashi, Zheng Zhao, Bohuai Chu, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
    • 学会等名
      International Conference on Precision Engineering (ICPE) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2022-01-27  

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