超広帯域ベクトル光の単一ショット分光偏光検出による環境・産業用高感度光センシング

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02157
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 東口 武史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
• 研究分担者: 坂上 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 主幹研究員 (80546333) ; 若山 俊隆 埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 超広帯域光 / ベクトルビーム / 偏光解析 / 粒径分布 / 複屈折

研究実績の概要

超広帯域ベクトル光変換法と単一ショット偏光検出法を駆使し，新しい分光偏光計測法を実証することで従来にないハイブリッド計測法を開拓することをめざしている．
環境の清浄化への対策を施す過程で大気汚染物質の粒径分布と粒子種の環境計測が重要である．従来はこれらを独立に計測しているが，マルチ波長での分光偏光計測はできていない．また，フレキシブル基板や透明電極を計測し，複屈折位相差計測による欠陥検出で品質管理し，省資源化することが必要であるものの，従来は単色計測で，精度も5 mradしかなく，マルチ波長では未達成である．さらに，超広帯域ベクトル光はマルチ波長でかつ空間的に異なる偏光を同時にもつため，ビーム径よりも小さい空間領域における偏光変化を高感度・高分解で計測することが期待できる．
時間変化や偶発的な現象を独自の超広帯域ベクトル光と偏光検出技術で高感度・高分解能で単一ショット計測できるか，物理的・工学的に妥当かどうか，環境計測や産業計測のセンシング技術に有効かどうかを調べている．S/N比やスループットを向上するため，光源の高出力化，超広帯域光の高出力化，ベクトル光の高品質化を進めた．特に，超広帯域光の出力とスペクトルを安定化することにした．
2021年度の成果は以下の通りである．(1) 可視光スペクトルの短波長域を拡大した．(2) 可視光領域の超広帯域光の出力を100 mW級に高出力化した．(3) 超広帯域光源のスペクトルを安定化した．(4) ガスセルの反射率を向上するため，超広帯域スペクトルにできるだけ対応する波長域のミラーを用いて，ヘリオットセルを構築した．

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

超広帯域光のベクトル光変換も順調に進んでおり，一部の実験結果は，当初よりも進んでいる項目もあるため，この区分にした．

今後の研究の推進方策

本研究の当初の目的としたことは概ね達成した．さらに研究を進めるため，以下の研究を進める予定である．
(1) 複屈折位相差を5 mrad以下にするため，超広帯域ベクトル光の出力を100 mW級にして，S/N比を向上する．
(2) ヘリオットセルでの粒径分布測定，分子種同定まで進んだことから，密度・感度を評価する．

研究成果

• [雑誌論文] Independent contribution of optical attenuation length in ultrafast laser-induced structural change (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsunori Shibuya, Kazuyuki Sakaue, Hiroshi Ogawa, Daisuke Satoh, Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Masahito Tanaka, Masakazu Washio, Takeshi Higashiguchi, Masaharu Nishikino, Akira Kon, Yuya Kubota, Yuichi Inubushi, Shigeki Owada, Yohei Kobayashi, and Ryunosuke Kuroda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 29 ページ: 33121-33133
  • DOI: 10.1364/OE.432130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Birefringence mapping of optical material by use of supercontinuum vector beams (2021)
  • 著者名/発表者名: Juri Ogawa, Misaki Shoji, Ryo Kageyama, Toshitaka Wakayama, and Takeshi Higashiguchi
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 11908 ページ: 119080Q-1-4
  • DOI: 10.1117/12.2601123
• [学会発表] Birefringence mapping of optical material by use of supercontinuum vector beams (2021)
  • 著者名/発表者名: Juri Ogawa, Misaki Shoji, Ryo Kageyama, Toshitaka Wakayama, and Takeshi Higashiguchi
  • 学会等名: Photomask Japan 2021 (PMJ2021)