コヒーレンスホログラフィー:コヒーレンス場の新ホログラフィー技術の基礎と応用

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360034
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 武田 光夫 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (00114926)
• 連携研究者: 宮本 洋子 電気通信大学, 電気通信学部, 助教 (50281655)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: コヒーレンス / ホログラフィー / 位相特異点 / Vortex

研究概要

3次元物体をランダムな光波動場の空間コヒーレンス関数として再生するコヒーレンスホログラフィーの新原理を提案し,実験によりその有効性を実証した.コヒーレンスホログラムを計算機合成することにより,3次元空間コヒーレンス関数を自由に制御・シンセシスする技術を実現した.この新機能を用いた新しい工学的応用として波長分散のない3次元形状計測の可能性を実証した.また,基礎科学面ではコヒーレンス関数に位相特異点をもつコヒーレンス渦場を生成し,コヒーレンス場の運動量や角運動量などコヒーレンス場の力学的性質を解明した.

研究成果

• [雑誌論文] Coherence and polarization of electromagnetic beams modulated by random phase screens and their changes through complex ABCD optical systems (2008)
  • 著者名/発表者名: S. G. Hanson, W. Wang, M. L. Jakobsen, M. Takeda
  • 雑誌名: J.Opt.Soc.Am.A Vol. 25, No. 9 ページ: 2338-2346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constellation of phase singularities in a specklelike pattern for optical vortex metrology applied to biological kinematic analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, Y. Qiao, R. Ishijima, T. Yokozeki, D. Honda, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 雑誌名: Optics Express Vol. 16, No. 18 ページ: 13908-13917
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光渦応用計測 : ランダム光渦場の位相特異点を用いた新センシング技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武田光夫
  • 雑誌名: 光技術コンタクト Vol. 46, No. 6 ページ: 253-257
• [雑誌論文] Separation of spin and orbital angular coherence momenta in the second-order coherence theory of vector electromagnetic fields (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 雑誌名: Opt.Lett Vol. 32, No. 18 ページ: 2656-2658
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poincare sphere representation for the anisotropy of phase singulrities and its applications to optical vortex metrology for fluid mechanical analysis (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. R. Dennis, R. Ishijima, T. Yokozeki, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 雑誌名: Opt.Express Vol. 15, No. 17 ページ: 11008-11019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion-free optical coherence depth sensing with a spatial frequency comb generated by an angular spectrum modulator (2006)
  • 著者名/発表者名: Z. Duan, Y. Miyamoto, M. Takeda
  • 雑誌名: Opt.Express Vol. 14, No. 25, ページ: 12109-12121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical vortex metrology based on the core structures of phase singularities in Laguerre-Gauss transform of a speckle pattern (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, T. Yokozeki, R. Ishi jima, S. G. Hanson, M. Takeda,
  • 雑誌名: Opt.Express Vol. 14, No. 22, ページ: 10195-10206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex amplitude correlations of dynamic laser speckle in complex ABCD optical systems, (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 雑誌名: J.Opt.Soc.Am.A Vol. 23, No. 9 ページ: 2198-2207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear and angular coherence momenta in the classical second-order coherence theory of vector electromagnetic fields (2006)
  • 著者名/発表者名: Wang, M. Takeda
  • 雑誌名: Opt.Lett. Vol. 31, No. 17 ページ: 2520-2522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherence Current, Coherence Vortex, and Conservation Law of Coherence (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 雑誌名: Physical Review Letters Vol. 96 ページ: 223904-1, 22394-4
  • 査読あり
• [学会発表] Coherence dynamics, coherence topology, and singular optical coherence (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: International Topical Meeting on Information Photonics 2008
  • 発表場所: Awaji, Japan
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] Optical vortex metrology : Displacement and flow measurements with phase singularities (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, S. G. Hansaon
  • 学会等名: Japan Taiwan Bilateral Science and Technology Symposium, Frontiers in Functional Optics
  • 発表場所: Utsunomiya, Japan
  • 年月日: 2008-11-11
• [学会発表] Coherence holography using Sagnac radial shearing interferometer with geometric phase shift (2008)
  • 著者名/発表者名: D. N. Naik, T. Ezawa, Y. Miyamoto, M. Takeda
  • 学会等名: Japan Taiwan Bilateral Science and Technology Symposium, Frontiers in Functional Optics
  • 発表場所: Utsunomiya, Japan
  • 年月日: 2008-11-11
• [学会発表] 光渦応用計測 : ランダム光渦場の位相特異点を用いた新センシング技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武田光夫, Wei Wang, Steen G. Hanson, 宮本洋子
  • 学会等名: 日本光学会
  • 発表場所: Optics and Photonics Japan
  • 年月日: 2008-11-06
• [学会発表] Coherence holography and time-space analogy in coherence functions (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto
  • 学会等名: Proc. International Symposium to Commemorate the 60th Anniversary of the Invention of Holography
  • 発表場所: Springfield, USA
  • 年月日: 2008-10-28
• [学会発表] Coherence holography and spatial frequency comb for 3-D coherence imaging and coherence vortex generation (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto, J. Rosen
  • 学会等名: Best of Topicals in Frontiers in Optics (FiO)/Laser Science XXIV (LS) Conference
  • 発表場所: Rochester, USA
  • 年月日: 2008-10-22
• [学会発表] Coherence holography and 3-D coherence synthesis for dispersion-free spatial frequency tomography and profilometery (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto
  • 学会等名: Photon 08
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2008-08-27
• [学会発表] Birth and evolution of orbital angular coherence momentum associated with coherence vortex (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: Photon 08
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2008-08-27
• [学会発表] Diagnosis of polarization speckle based on frequency-multiplex Fourier transform method (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Photon 08
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2008-08-27
• [学会発表] Coherence holography and singular optical coherence, (Eds. A. A. S. Awwal, K. M. Iftekharuddin, Proc. of SPIE) (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang
  • 学会等名: Optics and Photonics for Information Processing II
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2008-08-13
• [学会発表] Experimental investigation of the singular phenomena in statistical optical fields, (Ed. K. Creath, Proc. of SPIE) (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: The Nature of Light : Light in Nature II
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2008-08-11
• [学会発表] The spatial degree of polarization and the first-order statistical properties of polarization speckle, (Eds. J. Schmit, K. Creath, C. E. Towers, Proc. of SPIE) (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Interferometry XIV : Techniques and Analysis
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2008-08-11
• [学会発表] Pseudo Stokes vector correlation for micro-displacement measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, R. Ishijima, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: International Conference on Full-field Measurement Techniques and Their Applications in Experimental Solid Mechanics
  • 発表場所: Loughborough, UK
  • 年月日: 2008-07-20
• [学会発表] Optical vortex metrology for nano and bio measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: The Rank Prized Fund Mini-symposium on optical aspects of non-destructive testing
  • 発表場所: Grasmere, UK
  • 年月日: 2008-05-10
• [学会発表] Coherence Holography and Spatial Frequency Comb for 3-D Coherence maging (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto, J. Rosen
  • 学会等名: OSA Topical Meeting on Digital Holography
  • 発表場所: St. Petersburg, USA
  • 年月日: 2008-03-16
• [学会発表] Vortex sheets in optical and coherence fields, (D. L. Andrews, E. J. Galvez, G. Nienhuis, Eds., Proc. SPIE) (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, K. Chiba, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Complex Light and Optical Forces II
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2008-01-20
• [学会発表] Optical vortex metrology : are phase singularities foes or friends in optical metrology? (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, S. G. Hanson, Y. Miyamoto
  • 学会等名: 8th International Conference on Correlation Optics, (Proc. SPIE)
  • 発表場所: Chernivtsi, Ukraine
  • 年月日: 2007-09-18
• [学会発表] Coherence vortex with orbital angular coherence momentum and wave-particle duality in correlation function, (C. Roychoudhuri, A. F. Kracklauer, and K. Creath, Eds., Proc. SPIE) (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: The Nature of Light : Light in Nature I
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2007-08-05
• [学会発表] The spatial structures of pseudophase singularities in the analytic signal representation of a speckle pattern and their application to biological kinematic analysis (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, Y. Qiao, R. Ishijima, T. Yokozeki, D. Honda, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: International Conference on Experimental Mechanics
  • 発表場所: Alexandroupolis, Greece
  • 年月日: 2007-07-22
• [学会発表] Optical vortex metrology : Displacement measurements with phase singularities, (AIP Conference Proceedings) (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, S. G. Hanson, Y. Miyamoto
  • 学会等名: Sixth Euro-American Workshop on Information Optics
  • 発表場所: Reykjavik, Iceland
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] Decomposition of total anugular coherence momentum in vectorial coherence theory of electromagnetic field, (AIP Conference Proceedings) (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: 6th Intenational Workshop on Information Optics, WIO'07
  • 発表場所: Reykjavick, Iceland
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] Fluid mechanics measurement based on the anisotropic core structure of pseudophase singularities in analytic signal representation of speckle patternm, (W. Osten, C. Gorecki, and E. L. Novak Eds., Proc. of SPIE) (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. R. Dennis, R. Ishijima, T. Yokozeki, A. Matsuda, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection V
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2007-06-19
• [学会発表] Coherence holography : Priniciple and applications (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto
  • 学会等名: Extended Abstract, Workshop on Random Electromagnetic Fields
  • 発表場所: Orland, USA
  • 年月日: 2007-05-23
• [学会発表] Spatial coherence profilometry, (Eds. M. Miler, D. Senderakova, and M. Hrabovsky, Proc. of SPIE) (2007)
  • 著者名/発表者名: P. Pavelcek, Z. Duan, M. Takeda
  • 学会等名: 15th Czech-Polish-Slovak Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics
  • 発表場所: Bruno, Czeck
  • 年月日: 2007-04-20
• [学会発表] Coherence Holography : Principle and Applications, (P. Slangen, C. Cerruti, Eds., Proc. SPIE) (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto
  • 学会等名: Speckle06 : Speckles, From Grains to Flowers
  • 発表場所: Nimes, France
  • 年月日: 20069010
• [学会発表] Coherence Holography and Spatial Frequency Comb : Control and Synthesis of Spatial Coherence Function for Dispersion-free Photonic Sensing (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Takeda, W. Wang, Z. Duan, Y. Miyamoto
  • 学会等名: 8th International Conference on Optoelectronics, Fiber Optics and Photonics. Photonics 2006
  • 発表場所: Hvderabad. India
  • 年月日: 2006-12-08
• [学会発表] Coherence Momentum in Second-Order Vectorial Coherence Theory of Stationary Electromagnetic Fields (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: Frontiers in Optics 2006, OSA Annual Meeting
  • 発表場所: Rochester, USA
  • 年月日: 2006-10-20
• [学会発表] Experimental observation of the evolution of the fractional topological phase for a coherence function (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, Z. Duan, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Frontiers in Optics 2006, OSA Annual Meeting
  • 発表場所: Rochester, USA
  • 年月日: 2006-10-20
• [学会発表] Absolute speckle interferometry with an angular-spectrum-tunable source, (P. Slangen, C. Cerruti, Eds., Proc. SPIE) (2006)
  • 著者名/発表者名: Z. Duan, W. Wang, A. Yamada, Y. Miyamoto, M. Takeda
  • 学会等名: Speckle06 : Speckles, From Grains to Flowers
  • 発表場所: Nimes, France
  • 年月日: 2006-09-10
• [学会発表] Sub-pixel speckle displacement measurement by using optical vortex metrology, (P. Slangen, C. Cerruti, Eds., Proc. SPIE) (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, T. Yokozeki, R. Ishijima, A. Wada, S. G. Hanson, Y. Miyamoto, M. Takeda
  • 学会等名: Speckle06 : Speckles, From Grains to Flowers
  • 発表場所: Nimes, France
  • 年月日: 2006-09-10
• [学会発表] Nanometric displacement measurement using phase singularities in Laguerre-Gauss transform of speckle pattern, (K. Creath and J. Schmit, Eds., Proc. SPIE) (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, T. Yokozeki, R. Ishijima, S. G. Hanson, M. Takeda
  • 学会等名: Interferometry XIII : Techniques and Analysis
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2006-08-08
• [学会発表] Coherence current : contrast flow in coherence function, (K. Creath Ed., Proc. SPIE) (2006)
  • 著者名/発表者名: W. Wang, M. Takeda
  • 学会等名: The Nature of Light : Light in Nature
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2006-08-08
• [産業財産権] 変位検出方法, 及び, 変位検出装置, 変位検出プログラム, 並びに, 特徴点マッチング処理方法, 特徴点マッチングプログラム (2007)
  • 発明者名: 武田光夫, 王偉, 横関友亮, 石島玲華, チャオユー
  • 産業財産権番号: PCT/JP2007/51095
  • 出願年月日: 2007-01-24
• [産業財産権] ポイントマッチングアルゴリズムを用いた変位変形検出装置 (2006)
  • 発明者名: 武田光夫, 王偉, 横関友亮, 石島玲華, チャオユー
  • 産業財産権番号: 2006-303238
  • 出願年月日: 2006-11-08
• [産業財産権] 位相特異点検出方法, 及び, 位相特異点検出装置, 並びに, プログラム (2006)
  • 発明者名: 武田光夫, 王偉, 横関友亮, 石島玲華
  • 産業財産権番号: 2006-117103
  • 出願年月日: 2006-04-20