3次元共焦点型光メモリの開発

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05044097
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 河田 聡 大阪大学, 工学部, 教授 (30144439)
• 研究分担者: 川田 善正 大阪大学, 工学部, 助手 (70221900) ; 南 慶一郎 大阪大学, 工学部, 助手 (00221606) ; TONY Wilson オックスフォード大学, 教授
• キーワード: 光メモリ / 3次元 / 共焦点 / フォトポリマー / 収差 / 位相差光学系

研究概要

フォトリフラクティブ材料内に、共焦点光学系によってレーザービームを集光し、その材料の屈折率を変化させたときの、3次元屈折率分布を解析した。まず、共焦点光学系によって作られるビームスポットの3次元強度分布を理論的に求め、数値計算によって形状と大きさを求めた。この結果から、理論的には、面内では1ミクロン間隔、層間隔では2〜3ミクロン間隔でビットデータの書き込みが可能であることがわかった。また、ホログラフィに用いられているフォトポリマーと、フォトリフラクティブ結晶LiNbO_3に、アルゴンレーザーで屈折率分布を形成し、その形状を位相差顕微鏡によって観察し、数値計算結果との比較を行なった。以上の結果から、本研究の光メモリが、ミクロンオーダーの間隔で記録の3次元書き込みが可能であることを確かめた。
形成された3次元屈折率分布を測定する光学系として、位相差光学系、共焦点位相差光学系、透過型共焦点光学系を検討した。各光学系の3次元結像特性を光学的装置関数の計算によって求めた。また、散乱光の影響の検討や実験的な比較を行なった。その結果、共焦点位相差光学系が最も適していることがわかった。
多層の記録を扱うと、深い層に対して結像するときに収差が生じ、光軸方向の分解能が低下するという問題点があることが明らかになった。そこで、この収差の影響を数値解析によって求め、主に球面収差によるものであることを明らかにした。また、収差を軽減する方法として、光源と検出器前面のピンホール位置の移動を考案した。最適な移動量を数値計算によって求め、本方法の有効性を実験によって確認した。

研究成果

• [文献書誌] S.Kawata,T.Tanaka,Y.Hashimoto,Y.Kawata: "Three-dimensional Confocal Optical Memory Using Photorefractive Material" Proc.Soc.Photo-Opt.Instrum.Eng.2042. (1993)
• [文献書誌] F.Reinholz and T.Wilson: "The Image of Thick Phase Edges in Confocal Scanning Microscopes" Optik. 95. 43-46 (1993)
• [文献書誌] T.Wilson and J.B.Tan: "Three Dimensional Image Reconstruction in Conventional and Confocal Microscopy" Bioimaging. 1. 176-184 (1993)
• [文献書誌] C.Sheppard,M.Gu,Y.Kawata,S.Kawata: "Three-dimensional Transfer Functions for High-aperture Systems" J.Opt.Soc.Am.A. 11. 593-598 (1994)
• [文献書誌] Y.Kawata and S.Kawata: "Speckle-free Image Amplification by Two-wave Coupling in Photorefractive Crystal" Appl.Opt.32. 730-736 (1993)
• [文献書誌] S.Kawata: "The Optical Computed Tomography Microscope,Advances in Optical and Electron Microscopy VoL.14" Academic Press, 35 (1994)