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旋光性を有する螺旋状ファイバ回折格子の開発とそのキラリティーセンサーへの創出

研究課題

研究課題/領域番号 23K22816
補助金の研究課題番号 22H01546 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関静岡大学

研究代表者

李 洪譜  静岡大学, 工学部, 教授 (90362186)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
キーワード螺旋状ファイバ回折格子 / 旋光性 / 円二色性 / キラティーセンサー / ファイバセンサー
研究開始時の研究の概要

円二色性の測定技術は、キラル構造を有する化学・生体分子キラリティー(即ち右旋性か或いは左旋性か)の識別及びその立体構造の解析にとって不可欠な方法である。本研究では、「通常の光ファイバは旋光性を持たない」という常識を打破し、細線化した光ファイバを用いて、巨大旋光性を有する螺旋状ナノ・マイクロファイバ回折格子を開発し、そして小型・簡便・迅速・安価、超高感度性を有する全ファイバ系化学・バイオキラリティーセンサーへの創出を検討する。

研究実績の概要

本研究では、細線化したファイバを用いて、巨大旋光性を有する螺旋状ファイバ回折格子(HLPG)を開発し、そして小型・簡便・迅速・安価、かつ超高感度性を有する全ファイバ系キラリティー化学・バイオセンサーの実現を目指す。過去1年間の研究実績は以下のである。
1). HLPGに巨大旋光性(円二色性)を有する発生機構を明らかにした。ここで、HLPG中に円二色性有する起因は光子のスピンと角運動量モードとの強い相互作用であること、即ちフォトニックスピンホール効果 (PSHE)を実験的に検証した。更に、これまでに報告されている PSHE は空間領域または波数領域で測定され、波長領域でPSHE の直接観察は行っていない、我々はHLPGを使用し、波長領域における強化されたPSHE を初めて観察出来た。該当する成果は既に纏められ、関連学会誌に投稿した。
2). 細線化した4モードファイバを用いて、広帯域且つ1次・ 2 次・3次軌道角運動量モードを有するHLPGを提案し、作製を成功した。
3). 螺旋状ファイバ回折格子(HLPG)による多チャンネル(102チャンネル)OAMモード変換器を試作した。
4). HLPGによる軌道角運動量干渉計の試作及びその温度・歪みセンサーへの応用を成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

R5年の研究目標は以下であった。
1). 提案するHLPGの最適化、即ちHLPGによる化学・バイオキラリティーセンサーを実現するため、 (400-1100 nm)波長領域に動作出来るHLPGの開発及びそれに対応する細線化したファイバの最適化を行い。
2). 異なる次数の光渦モードを有するHLPGの理論解析及びその新しい製作法の開発、具体的に3次以上OAMモードを有するHLPGを提案し、その方法の妥当性と実用性について検討する。
R5年度の研究実績により、上記の目標にほぼ達成したことを分かる。

今後の研究の推進方策

1). 強く円二色性を有するHLPGの理論解析及びその新しい製作法の開発
細線化したHLPGを用いて、その円二色性と回折格子のピッチに対する依存性を調べ、その提案の有効性を明らかにする。ここで、通常のHLPGと異なり、提案したHLPGの直径は小さく、その固有モード(光渦モード)の主な部分はHLPGの物理的な境界外にエバネッセント波として伝搬するので、HLPGの周辺に置いたキラル生体のキラリティー(左旋性か右旋性か)による左円偏光及び右円偏光の吸収が異なる。更に、HLPGの固有モードは光渦モードであり、使用されている光渦モードの次数が高いほど、その光子スピン(偏光)との相互作用が強くなり、得られた円二色性の測定信号が大きくなる。
2). HLPGによる化学・バイオキラリティーセンサーの実験検証及び評価
細線化したHLPGを用いて、その通過する光渦モードを有するエバネッセント波が測定対象(キラル構造を有する生体、化学大分子等)との相互作用で生ずる光吸収変化から,透過光の円二色性信号の測定結果によって、検知対象のキラリティーの判定が可能である。具体的、HLPGによるキラル構造を有する生体、化学大分子等の光学活性を測定する。一方、従来のファイバ回折格子と同様に、提案したHLPGの円二色性スペクトルのシフト量によって、検知対象の濃度を測定出来る。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 16件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Full C- and L-Band Covered Second-Order OAM Mode Generator Based on a Thinned Helical Long-Period Fiber Grating2024

    • 著者名/発表者名
      Huang xinyue、Lu Huali、Chen yu、Wang yutao、Kong Zheng、Hao Hui、zhao hua、Wang Peng、Wang Xin、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 32 号: 11 ページ: 18717-18726

    • DOI

      10.1364/oe.525436

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature-insensitive high-sensitivity refractive index sensor based on a thinned helical fiber grating with an intermediate period2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Heng、Chen Yu、Huang Xinyue、Wang Yutao、Zhang Wenjian、Lu Huali、Ni Xiaoqi、Hao Hui、Zhao Hua、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 32 号: 1 ページ: 599-608

    • DOI

      10.1364/oe.512477

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cross-Sensitivity-Free Highly Sensitive Torsion and Strain Sensor Based on Concatenated DTP-Customizable Helical Fiber Gratings2023

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Tang Chengfeng、Huang Shuai、Qu Zengxin、Zhao Yong、Li Hongpu
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 23 号: 22 ページ: 27423-27430

    • DOI

      10.1109/jsen.2023.3323153

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mode-Coupling and Propagation in a Deeply-Tapered Few-Period Long-Period Fiber Grating2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Meng、Zhu Chengliang、Li Hongpu
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 35 号: 22 ページ: 1223-1226

    • DOI

      10.1109/lpt.2023.3313552

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Probe-type all-fiber tiny-displacement sensor based on orbital-angular-momentum interferometry2023

    • 著者名/発表者名
      Zhao Hua、Guo Chenji、Xu Jiayang、Lu Huali、Hao Hui、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 48 号: 20 ページ: 5209-5209

    • DOI

      10.1364/ol.503817

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Recognition of the orbital-angular-momentum spectrum for hybrid modes existing in a few-mode fiber via a deep learning method2023

    • 著者名/発表者名
      Zhao Hua、Xu Jiannan、Hao Yuanyuan、Xu Jiayang、Lu Huali、Hao Hui、Zhao Ting、Li Pengfei、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 31 号: 19 ページ: 30627-30638

    • DOI

      10.1364/oe.501065

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Deeply-Tapered Ultrashort Long-Period Fiber Grating and Its Application to Ultrasensitive Transverse-Load Sensor2023

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Huang Shuai、Meng Xinyue、Zhao Yong、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: 41 号: 18 ページ: 6108-6115

    • DOI

      10.1109/jlt.2023.3275589

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Full C-band covered and DWDM channelized high channel-count all-fiber orbital-angular-momentum mode generator based on the fiber gratings2023

    • 著者名/発表者名
      Meng Zhang、Mochzuki Naruya、Oiwa Shiryu、Zhao Hua、Wang Peng、Zhu Chengliang、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 31 号: 18 ページ: 28734-28746

    • DOI

      10.1364/oe.494946

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Miniature Temperature-Independent Curvature Sensor Based on a Phase-Shifted Long-Period Fiber Grating Using Deep Tapering2023

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Huang Shuai、Tang Chengfeng、Yang Gang、Zhao Yong、Li Hongpu
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 23 号: 13 ページ: 14174-14181

    • DOI

      10.1109/jsen.2023.3279127

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Power-Interrogated Torsion and Strain Sensor Based on a Helical Long-Period Fiber Grating Written in a Thinned Four-Mode Fiber2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Zhen、Zhang Heng、Gao Kaiyue、Wu Jinxin、Hao Hui、Zhao Hua、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Quantum Electronics

      巻: 59 号: 3 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/jqe.2023.3262812

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Helical Long-Period Fiber Grating-Based OAM Interferometer and Its Application to Fiber Sensing2023

    • 著者名/発表者名
      Guo Chenji、Xu Jiayang、Xu Jiannan、Lu Huali、Hao Hui、Zhao Hua、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: 41 号: 8 ページ: 2572-2577

    • DOI

      10.1109/jlt.2023.3234409

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultra-Wideband OAM Mode Generator Based on a Helical Grating Written in a Graded-Index Few-Mode Fiber2023

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Piao Qingxia、Wang Lei、Bing Zhenhao、Zhao Yong、Zhao Hua、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: 41 号: 5 ページ: 1533-1538

    • DOI

      10.1109/jlt.2022.3222654

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Orbital-angular-momentum beams-based Fizeau interferometer using the advanced azimuthal-phase-demodulation method2022

    • 著者名/発表者名
      Lu Huali、Huang Xunhua、Guo Chenji、Xu Jiayang、Xu Jiannan、Hao Hui、Zhao Hua、Tang Wanchun、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 121 号: 24 ページ: 241102-241102

    • DOI

      10.1063/5.0122253

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultra-broad edge filter based on a periodically twisted graded-index fiber and its application to a power-interrogated temperature sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Piao Qingxia、Zhao Yong、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 号: 19 ページ: 34776-34776

    • DOI

      10.1364/oe.470470

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesizing the complex orbital-angular-momentum spectrum of hybrid modes existed in a few-mode fiber2022

    • 著者名/発表者名
      Hao Yuanyuan、Guo Chenji、Huang Xunhua、Xu Jiannan、Lu Huali、Zhao Hua、Wang Peng、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 号: 15 ページ: 26286-26286

    • DOI

      10.1364/oe.463608

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase-Inserted Fiber Gratings and Their Applications to Optical Filtering, Optical Signal Processing, and Optical Sensing: Review2022

    • 著者名/発表者名
      Zhu Chengliang、Wang Lei、Li Hongpu
    • 雑誌名

      Photonics

      巻: 9 号: 4 ページ: 271-271

    • DOI

      10.3390/photonics9040271

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Band-selectable and bandwidth-enhanced flat-top filter based on helical long-period fiber grating2024

    • 著者名/発表者名
      Zhang Meng, Shiryu Oiwa, and Hongpu Li
    • 学会等名
      IEICE Society Conference 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Recent advance on multichannel helical long-period fiber grating and its application to high channel-count all-fiber OAM mode generator,2023

    • 著者名/発表者名
      H. Li
    • 学会等名
      ICOCN2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] HLPG-Based Bandwidth-Enhanced Flat-Top Filter and Its Application to OAM Mode Converter2023

    • 著者名/発表者名
      M. Zhang, T. Suzuki, H. Zhao, C. Zhu, P. Wang, and H. Li
    • 学会等名
      OECC 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] All-fiber orbital-angular-momentum beam-based interferometer using long-period fiber gratings2023

    • 著者名/発表者名
      H. Zhao, C. Guo, J. Xu, J. Xu, H. Lu, H. Hao, P. Wang, and H. Li
    • 学会等名
      Optica Design and Fabrication Congress 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 螺旋状ファイバ回折格子によるフラットトップフィルターとその広帯域OAMモード変換器への応用2023

    • 著者名/発表者名
      望月成哉、大岩志瑠、孟章、李 洪譜
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 少数モードファイバによる螺旋状ファイバ回折格子の作成及びその高次数OAMモード変換器への応用2023

    • 著者名/発表者名
      久保凌、渡邊寛人、孟章、李 洪譜
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] DWDM channelized all-fiber OAM mode generator based on the helical long-period fiber gratings2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Meng, Naruya Mochzuki, Shiryu Oiwa, and Hongpu Li
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 螺旋状ファイバ回折格子による広帯域OAMモード変換器の開発2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木大河、久保凌、孟章、李 洪譜
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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