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2013 年度 実績報告書

球内周回光伝搬モード観測によるマイクロ球形状のスキャンレス計測

研究課題

研究課題/領域番号 24656102
研究機関大阪大学

研究代表者

道畑 正岐  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70588855)

研究分担者 高谷 裕浩  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70243178)
林 照剛  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00334011)
キーワードWGM / マイクロ球 / マイクロCMM / テーパファイバ
研究概要

本研究は、マイクロ球の直径をWhispering gallery mode (WGM) という光伝搬モードを応用し計測する新しい原理を提案するものであり、本研究課題では、その原理の基本的検証を行った。以下に得られた結果をまとめる。
1) テーパ型ファイバを用いたWGMの励起と計測のシステムを構築した。
2) マイクロ球として用いられるガラス球やルビー球においてWGMの励起が可能であることを確認した。
3) シミュレーションを用いて光ファイバからマイクロ球への光の結合効率を解析した。各モードの種類に対して、モード数をパラメータとして計算した結果、各モードにおいて最も光が外周に集中する際のモード数(Fundamental WGM, FWGM)が最も結合効率が高いことが分かった。
4) それを用いてFWGMのみを励起させるため、あえて結合効率を下げるため光ファイバをマイクロ球から離して光結合を行った。結果、FWGMと思われるモードのみが励起可能であった。
5) 限定的にマイクロ球内で励起されたWGMを用いて90μm程度のマイクロ球の直径を計測した結果、分解能は1nm以下、測定の再現性(ばらつき)は±1nm以下であることが分かった。測定の正確さに関しては検証出来ておらず、今後の課題となるが、数10μmの球を1nmのバラツキで測定可能な極めて精密に測定可能であることが分かった。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Measurement of stylus-probe sphere diameter for micro-CMM based on spectral fingerprint of whispering gallery mode2014

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata, Ayano Fukui, Terutake Hayashi, Yasuhiro Takaya
    • 雑誌名

      CIRP Annals - Manufacturing Technology

      巻: 55 ページ: (in press)

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2014.02.002

    • 査読あり
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小球の直径計測 (第2報) -WGM波長スペクトルを用いた球径の推定方法-2014

    • 著者名/発表者名
      道畑正岐,足立 篤,林 照剛,高谷裕浩
    • 学会等名
      2014年度精密工学会学術講演会春季大会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20140318-20140320
  • [学会発表] Optimization of coupling condition in distance between the sphere and the tapered fiber for diameter measurement of microsphere by using WGM resonance2013

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Adachi, Masaki Michihata, Terutake Hayashi, Yasuhiro Takaya
    • 学会等名
      International Symposium on Optomechatronic Technologies (ISOT2013)
    • 発表場所
      Jeju island, South Korea
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] WGM共振を利用した微小球の直径計測 (第1報) -結合条件が共振ピークに与える影響-2013

    • 著者名/発表者名
      足立篤,道畑正岐,林 照剛,高谷裕浩
    • 学会等名
      2013年度精密工学会学術講演会秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      20130912-20130914
  • [学会発表] Fundamental verification of diameter measurement of a micro-CMM probe by using whispering gallery mode resonance2013

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata, Ryosuke Gake, Terutake Hayashi, Yasuhiro Takaya
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII)
    • 発表場所
      Aachen/Braunschweig, Germany
    • 年月日
      20130701-20130705
  • [学会発表] Laser trapping and whispering gallery mode for micro-scale metrology

    • 著者名/発表者名
      Masaki Michihata
    • 学会等名
      NPL seminar
    • 発表場所
      National physical laboratory, Teddington, UK
    • 招待講演
  • [図書] Progress in Optomechatronic Technologies "chapter 4"2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Adachi, Masaki Michihata, Terutake Hayashi, Yasuhiro Takaya
    • 総ページ数
      205
    • 出版者
      Springer International Publishing

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公開日: 2015-05-28  

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