偏光イメージングセンサーの開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24655171
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 下間 靖彦 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40378807)
• キーワード: 超短パルスレーザー / 偏光 / 複屈折 / 欠陥制御 / 石英ガラス / ナノ構造 / 自己組織化 / イメージング

研究概要

本研究で開発する偏光イメージングセンサーは、透過偏光方向が4方向で異なる偏光子アレイを石英ガラスに作り込む必要がある。このため、フェムト秒レーザーを石英ガラス内部に集光する際に自己組織化的に形成される酸素欠陥から成るナノ周期構造（幅20 nm、周期間隔200 nm）が発現する構造性複屈折を利用する。構造性複屈折の位相差は、照射レーザーの諸条件（パルスエネルギー、描画速度、繰り返し周波数等）に依存する。特に、可視光領域で偏光子アレイとして機能させるためには、例えば波長546 nmの光に対して273 nm以上の位相差を発現させる必要がある。このため、フェムト秒ダブルパルスと石英ガラスとの相互作用について評価した。特に、ダブルパルス間の遅延時間と繰り返し周波数がナノ周期構造由来の位相差に及ぼす影響を調査した。集光部に誘起される複屈折は、遅延時間、繰り返し周波数に依存し、同一のパルスエネルギーにおいても、遅延時間10 ps、繰り返し周波数50 kHzのときに最大となることを突き止めた。このような複屈折を最大にする条件は、励起される自己束縛励起子（STE）の形成ダイナミックス（寿命：～ 600 ps）が影響しており、さらに、熱蓄積による集光部内での酸素欠陥の拡散および形成・消滅の結果として、最適な繰り返し周波数条件（50 kHz）があることを明らかにした。最終的に、10μm×10 μmのサイズの偏光子をアレイ状に10×10個作製し、偏光イメージングセンサーとして機能することを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Hologram design for holographic laser machining inside transparent materials (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, N. Fukuda, Y. Shimotsuma, K.Hirao, K. Miura
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: Vol. 8607 ページ: 86070V-1-8
  • DOI: 10.1117/12.2003829
• [雑誌論文] Photoinduced luminescent carbon nanostructures with ultra-broadly tailored size ranges (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Tan, Y. Yamada, S. Zhou, Y. Shimotsuma,K. Miura, J. Qiu
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: Vol. 5 ページ: 12092-12097
  • DOI: 10.1039/c3nr04392d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multilayer aberration correction for depth-independent three-dimensional crystal growth in glass by femtosecond laser heating (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Stone, H. Jain, V. Dierolf, M. Sakakura,Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: Vol. 30 ページ: 1234-1240
  • DOI: 10.1364/JOSAB.30.001234
  • 査読あり
• [雑誌論文] A driveless read system for permanently recorded data in fused silica (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, M. Shiozawa, E. Tatsu, S.Kimura, M. Umeda, T. Mine, Y.Shimotsuma, M. Sakakura, M. Nakabayashi,K. Miura, K. Watanabe
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol. 52 ページ: 09LA02-1-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.09LA02
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous multi-bit recording in fused silica for permanent storage (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Shiozawa, T. Watanabe, E. Tatsu, M.Umeda, T. Mine, Y. Shimotsuma, M.Sakakura, M. Nakabayashi, K. Miura, K.Watanabe
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol. 52 ページ: 09LA01-1-4
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.09LA01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of laser induced-cracks inside a LiF single crystal by fs laser irradiation at multiple points (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, Y. Ishiguro, N. Fukuda, Y.Shimotsuma, K. Miura
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol. 21 ページ: 26921-26928
  • DOI: 10.1364/OE.21.026921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape control of elemental distributions inside a glass by simultaneous femtosecond laser irradiation at multiple spots (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Kurita, M. Shimizu, K.Yoshimura, Y. Shimotsuma, N. Fukuda, K.Hirao, K. Miura
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: Vol. 38 ページ: 4939-4942
  • DOI: 10.1364/OL.38.004939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of transient stress distributions for controlling femtosecond laser-induced cracks inside a single crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, Y. Ishiguro, Y. Shimotsuma, N.Fukuda, K. Miura
  • 雑誌名: Applied physics A 巻: Vol. 114 ページ: 261-265
  • DOI: 10.1007/s00339-013-8142-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of UV irradiation on photoluminescence of carbon dots (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Tan, S. Zhou, Y. Shimotsuma, K. Miura,J. Qiu
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: Vol. 4 ページ: 213-219
  • DOI: 10.1364/OME.4.000213
  • 査読あり
• [雑誌論文] White emission of Yb2+:fluoride glasses efficiently excited with near-UV light (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, K. Kasuga, Y. Kubota, N. Nishimura, H. Kawamoto, K. Miyauchi, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21 ページ: 22043-22052
  • DOI: 10.1364/OE.21.022043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple synthesis of ultra-small nanodiamonds with tunable size and photoluminescence (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Tan, S. Zhou, B. Xu, P. Chen, Y. Shimotsuma, K. Miura, J. Qiu
  • 雑誌名: Carbon 巻: 62 ページ: 374-381
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2013.06.019
  • 査読あり
• [学会発表] 超短パルスレーザー加工に関する最新の研究紹介 (2013)
  • 著者名/発表者名: 下間靖彦
  • 学会等名: 精密工学会 生産自動化専門委員会
  • 発表場所: 中央大学
  • 年月日: 20131025-20131025
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond-laser nanostructuring in glass (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, T. Asai, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: LAMP 2013
  • 発表場所: 新潟ときメッセ
  • 年月日: 20130723-20130726
• [学会発表] Nanoparticle synthesis by femtosecond laser ablation in liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Yamada, M. Sakakura, K. Hirao, K. Miura
  • 学会等名: CLEO-PR & OECC/PS 2013
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 20130630-20130704
• [学会発表] フェムト秒レーザーを利用した液相レーザーアブレーションによる機能性ナノ粒子の合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 下間靖彦
  • 学会等名: 日本化学会 新領域「液相高密度エネルギーナノ反応場」第4回研究会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 20130531-20130531
  • 招待講演
• [学会発表] Photoinduced self-assembly of nanostructure in glass (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma
  • 学会等名: Cargese 2013
  • 年月日: 2013-04-16
  • 招待講演