透明および散乱媒質の位相・群屈折率と厚さ同時精密測定装置の試作

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555009
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 春名 正光 大阪大学, 医学部, 教授 (20029333)
• 研究分担者: 紙中 伸征 九州松下電器(株)デバイス部門, デバイス研究所, 所長(研究職) ; 近江 雅人 大阪大学, 医学部, 助手 (60273645) ; 伊東 一良 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80113520)
• キーワード: 位相屈折率 / 群屈折率 / 低コヒーレンス光干渉 / 屈折率と厚さ同時測定 / 薄膜の屈折率測定

研究概要

本年度は、前年度で試作したSLD低コヒーレンス光干渉による位相・群屈折率と厚さ同時測定装置を薄板/膜サンプルへ適用し、測定精度の実験的検証を行った。新たにステージ制御と干渉縞の包絡線検波によるn、t同時測定の自動化を行った。また、測定波長域の拡大と散乱媒質(生体組織)に適用するための干渉信号検出系の改良を行った。
1. 低コヒーレンス干渉計と微動ステージを融合した測定系を用いて、波長分散に基づく媒質の位相屈折率と群屈折率の分離測定を提案し、厚さ1mm以上の透明板において測定精度<0.2%が得られた。この実験結果をもとに、40×50cm^2の光学ブレッドボード上に微小光学部品とクローズドループ制御微動ステージを搭載して小型測定系を試作した。
2. ステージ制御と干渉縞の包絡線検波によるn、tの自動測定を行った。波長分散の補正項を用いたn_p、t同時測定、特殊サンプルホルダを用いたn_p、n_g、t同時測定手法において約3分以内の測定が可能になった。
3. 上述の干渉計に新たに分散補償と反復走査法を取り入ることで、厚さ10μm以下の薄板/膜の屈折率と厚さ同時測定が可能になった。厚さ〜1mm、1μm/stepのステージで精度<0.2%、厚さ〜20μm、0.1μm/stepのステージで精度<1.0%が得られた。
4. 測定精度の向上と測定波長域の拡大を図るために、SLDより波長幅の広いLEDを光源とする低コヒーレンス干渉光学系を検討し、その基礎特性を評価した。
5. 散乱媒質については、まず生体組織のin vitro測定を行った。とくにヒト歯牙、爪等の硬組織を薄板研磨加工して測定を行い、本手法の有効性を実証した(厚さ100μmで精度<1.0%)。

研究成果

• [文献書誌] 丸山英樹: "低コヒーレンス光干渉による屈折率と厚さ同時測定-屈折率波長分散を考慮した精密測定と樹脂硬化度の評価-" 電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会. OPE97-539. 25-30 (1998)
• [文献書誌] 春名正光: "低コヒーレンス光干渉による屈折率と厚さ同時測定" 応用物理学会 光波センシング技術研究会. LST21-21,No.21. 145-152 (1998)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Simultaneous measurement of the phase and group indics and the thickness of transparent plates by low coherence interferometry" Optics Letters. Vol.23,No.12. 966-968 (1998)
• [文献書誌] Toshio Kurobori: "Origin of the F-aggregate Centers in BaFX(X=Cl,Br)Single Crystals" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37,No.7A. L812-L815 (1998)
• [文献書誌] 中村光男: "生体レーザアブレーションのナノ秒時間ゲート分光-装置の構成・性能と診断応用-" 電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会. OPE98-126. 67-72 (1998)
• [文献書誌] Shogo Inoue: "A Low-Coherence Interferometer Systems for Simultaneous Measurement of Refractive Index and Thickness Ranging from 20um to a few millimeters" Proc.Int′l Conf.Optical Fiber Sensors(OFS-13). Paper Tu4-6(to be presented). (1999)
• [文献書誌] 近江雅人: "低コヒーレンス光干渉による生体組織の屈折率と厚さ測定" 医用電子と生体工学. BME,37-1(掲載予定). (1999)
• [文献書誌] Hideki Maruyama: "A practical measurement system for determination of refractive index and thickness using the low coherence interferometry" 1999 Int′l Conf.Opt.Eng.for Sensing and Nanotech.(ICOSN′99). Paper3740-06(to be presented). (1999)
• [文献書誌] Masamitsu Haruna: "Low-Coherence Interferometry for simultaneous measurement of refractive Index and thickness" The 3rd Pacific Rim Conf.Lasers and Electro-Optics(CLEO/PR′99). Invited(September). (1999)
• [文献書誌] Toshio Kurobori: "Determination of the Optical Constants of the Photostimulable BaFCl:Eu^<2+> and KCl:Eu^<2+> Crystals" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.38,No.2A. 901-904 (1999)