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2023 年度 実績報告書

フェムト秒光パルス伝搬の超高時間分解能かつ長時間動画像観測・計測技術の創成と応用

研究課題

研究課題/領域番号 23H01422
配分区分補助金
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

粟辻 安浩  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (80293984)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワード計測工学 / 可視化 / ホログラフィ / 光伝播 / 高速度イメージング / 超高速イメージング
研究実績の概要

フェムト秒光パルスが伝搬する様子の超高時間分解能かつ長時間動画像観測・計測技術を実現するための光学系の設計と構築を行った.構築した光学系ではフェムト秒光パルスを用いてホログラムを記録する.フェムト秒光パルスが伝搬する様子の動画像を長時間観測・計測するために,ホログラムを上下に2分し,それに合わせて参照光パルスも2分する.一方の参照光パルスで一方のホログラム区域を記録し,他方の参照光パルスには適切な遅延時間を設けて他方のホログラム区域を記録するという動作に基づくことで動画の記録時間を延長する.
伝搬するフェムト秒光パルスの動画像の記録時間を延長させるために,従来の光の動画像を記録する従来の光学系に対して,その光学系内で参照光パルスを2分させた.この2つの参照光パルス間で,第1参照光パルスがホログラムを通過した後に第2参照光パルスがホログラムを通過するように遅延光学系を構築した. 2つの参照光パルスで記録する2つのホログラムが同一空間に重畳しないように,2つの参照光光パルスを互いに直交する直線偏光とした.さらに,ホログラムの上下に対応させて,参照光光路中に2×1の偏光板アレイを設定した.この光学系でホログラムを記録し,記録したホログラムをレーザ光で照明し再生した.第1参照光パルスで記録されたホログラム各部分からは動画の前半部分,第2参照光パルスで記録されたホログラムの各部分からは動画の後半部分を観察し,それらの動画像を合成することにより,動画像観測・計測可能時間を倍増できることを確認した.

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

本研究課題であるフェムト秒光パルス伝搬の超高時間分解能かつ長時間動画像観測・計測技術を実現するための光学系の設計と構築ができた.また,構築したシステムにおいて,フェムト秒光パルス伝搬の記録時間倍増に成功した.以上の成果が得られていることにより,本研究課題はおおむね順調に進展していると判断できる.

今後の研究の推進方策

2023年度までに構成したシステムでは,フェムト秒光パルス伝搬の動画像記録可能時間倍増を可能にした.本年度は,従来のフェムト秒光パルス伝搬の動画像記録技術に対して,より高い時間分解能の動画像記録を実現するための技術を検討する.時間分解能の向上のために,2023年度に構築したシステムにおいて,第1参照光パルスがホログラムを通過した後に第2参照光パルスがホログラムを通過するような遅延光学系において,適切な遅延時間を設定する.適切な遅延時間を設定することで,従来の方法に比べて時間分解能を向上できると考えられる.この適切な時間が未だ明らかになっていないので,その方法を検討する.次に,本方法を模擬する計算機シミュレーションプログラムを作成し,本方法の有効性を確認する.さらに,本方法を実証するためのシステムを設計・構築する.ただし,適切な遅延時間の設定のためには,本システムの光学系を構成する光学素子の高精度な配置・調整が必要になる.この配置・調整を実現するための方法を考案・検討する.
研究協力者としてホログラフィの記録について高度な知識を持つ(株)久保田ホログラム工房 久保田敏弘博士,神戸大学 的場修教授,千葉大学 角江崇准教授,産業技術総合研究所 夏鵬主任研究員,京都工芸繊維大学 Sudheesh Kumar Rajput博士研究員,広島大学 井上智好特別研究員と議論ならびに助言を受けながら研究を進める.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うちオープンアクセス 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Generation of arbitrary vector vortex beams on a higher-order Poincar? sphere using a double-exposure polarization-multiplexed hologram2024

    • 著者名/発表者名
      Kumar Singh Sumit、Notte Shun、Yamaguchi Ryuki、Kinashi Kenji、Tsutsumi Naoto、Sakai Wataru、Awatsuji Yasuhiro、Jessie Jackin Boaz
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 49 ページ: 1053~1053

    • DOI

      10.1364/OL.510177

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging techniques for comprehensive understanding of scattering and fluctuation fields2023

    • 著者名/発表者名
      O. Matoba, Y. Awatsuji
    • 雑誌名

      JSAP Review

      巻: 2023 ページ: 230303~230303

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Recent Advances in Imaging of Light Propagation with Light-in-Flight Recording by Holography2023

    • 著者名/発表者名
      Inoue Tomoyoshi、Kakue Takashi、Nishio Kenzo、Kubota Toshihiro、Matoba Osamu、Awatsuji Yasuhiro
    • 雑誌名

      Ultrafast Science

      巻: 3 ページ: 0043

    • DOI

      10.34133/ultrafastscience.0043

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 散乱場中を伝播する超短光パルスの超高速イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      井上智好, 角江 崇, 的場 修, 粟辻安浩
    • 雑誌名

      オプトニューズ

      巻: 18 ページ: 9-12

  • [雑誌論文] 光の偏光が超高速で伝播する様子のスローモーション観察可能な超高速イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      井上智好, 佐々木みか, 松中敦志, 角江 崇, 的場 修, 西尾謙三, 粟辻安浩
    • 雑誌名

      光技術コンタクト

      巻: 62 ページ: 23-30

  • [学会発表] Light-in-flight ホログラフィにおける回折格子の導入による物体照明光パルスの記録面での掃引速度の調整2024

    • 著者名/発表者名
      山田涼聖, 粟辻安浩
    • 学会等名
      日本光学会 情報フォトニクス研究グループ 第22回関西学生研究論文講演会
  • [学会発表] High-speed 3-D / Ultrafast imaging by holography2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Awatsuji, T. Inoue, T. Kakue, O. Matoba
    • 学会等名
      EMBO | The Company of Biologists Workshop 'Trans-Scale Biology' using exotic non-model organisms, Satellite Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Relation between frame rate and incident angle of light pulse to image sensor in digital light-in-flight recording by holography2023

    • 著者名/発表者名
      R. Yamaguchi, T. Inoue, A, Tsuji, K, Nishio, T. Kubota, S. K. Rajput, Y. Awatsuji
    • 学会等名
      Optica Imaging and Applied Optics Congress 2023 (3D, COSI, DH, FLatOptics, IS, pcAOP)
    • 国際学会
  • [学会発表] Light-in-flight ホログラフィーにおける物体光パルスと参照光パルスのそれぞれが記録材料上を異なる速度で掃引する場合の再生像の計算機シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      山口隆貴, 井上智好, 角江 崇, Sudheesh K Rajput, 西尾謙三, 久保田敏弘, 粟辻安浩
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2023
  • [学会発表] ディジタルlight-in-flight ホログラフィック顕微鏡法を用いた玉ねぎの単一細胞内部を伝播する超短光パルスの動画像記録2023

    • 著者名/発表者名
      山口隆貴, Sudheesh K Rajput, 辻明日香, 井上智好, 的場 修, 玉田洋介, 西尾謙三, 久保田敏弘, 粟辻安浩
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2023
  • [学会発表] ホログラフィック乾板を用いた微小時間差の有する2 つのそれぞれの光パルス伝播の4つの異なる直線偏光成分のシングルショット動画像記録2023

    • 著者名/発表者名
      山口隆貴, 井上智好, Sudheesh K Rajput, 西尾謙三, 久保田敏弘, 粟辻安浩
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2023
  • [学会発表] 超短パルスレーザーを用いたディジタルホログラフィーによる光伝播の動画像記録2023

    • 著者名/発表者名
      粟辻安浩, 井上智好, 山口隆貴, Sudheesh K. Rajput, 西尾謙三, 角江 崇, 久保田敏弘, 玉田洋介, 的場 修
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2023
    • 招待講演
  • [学会発表] ホログラフィック高速度イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      粟辻安浩
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物単一細胞内部を伝播する超短光パルスの動画像記録2023

    • 著者名/発表者名
      山口隆貴, Sudheesh K Rajput, 辻明日香, 井上智好, 的場 修, 玉田洋介, 西尾謙三, 久保田敏弘, 粟辻安浩
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023
  • [備考] 粟辻安浩のホームページ

    • URL

      http://www.cis.kit.ac.jp/~awatsuji/index-j.html

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公開日: 2024-12-25  

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