物質表面波伝播現象のピコ秒時間分解能2次元リアルタイムイメージング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205014
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松田 理 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30239024)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 友田 基信 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30344485) ; 田村 信一朗 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80109488) ; WRIGHT O. B. 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90281790)
• Keywords: 表面音響波 / ピコ秒レーザー音響法 / リアルタイムイメージング / ポンププローブ測定法 / 分散関係 / 異方性 / 干渉計 / 非破壊検査

Research Abstract

異方性物質における表面フォノンフォーカシング現象のイメージは、音響エネルギー伝達速度の方向依存性を反映した複雑な形状を示し、非常に興味深い。また産業的な観点からは、同イメージング技術は、GHz帯表面音響波デバイス開発において中心的な役割を果たすと期待される。異方性物質におけるMHz-GHz領域の表面フォノンフォーカシング現象の動画的観測を行うことにより、表面音響波の分散関係、複雑なナノスケール構造をもつ試料(表面音響波デバイス)における音響波伝播についての多くの知見が直接的に得られることが期待される。われわれが開発を進めている実時間表面音響波2次元イメージング技術はこのような要求に応えるものである。この技術は超高速光ポンププローブ法と共通光路型干渉計を組み合わせて、ミクロンサイズの点音波源より伝播する表面音響波による表面変位や反射率変化を動画として観測するものである。本研究の目的は、このイメージング技術を発展させ、5GHzまでの表面音響波伝播を観測可能なピコ秒時間分解能・ミクロン空間分解能を持つ汎用技術となし、これによりMHz-GHz表面音響波伝播の物理を解明することである。
本年度は等方性・異方性の透明・不透明試料における表面音響波伝搬の実時間イメージ測定結果から複数の表面音響波モードの分散関係を直接的に取得する解析方法を構築した。新しい不透明基板イメージング方法としては、可動鏡を使うイメージ測定方法を発展させた。応用研究としてはCu多結晶試料表面を伝搬する表面音響波の実時間イメージ測定を行い、結晶粒界通過時の表面波の屈折現象を観測し、FDTD法によるモデル計算と比較した。これは表面波イメージングによる物質の表面および内部構造評価手段の可能性を示唆する。

Research Products

• [Publications] O.Matsuda: "Laser picosecond acoustics in a two-layer structure with oblique probe light incidence"Ultrasonics. (in press). (2004)
• [Publications] Y.Sugawara: "Direct access to the dispersion relations of multiple anisotropic surface acoustic modes by Fourier image analysis"Applied Physics Letters. 83. 1340-1342 (2003)
• [Publications] 菅原 美博: "固体の波紋の観測"超音波テクノ. 15. 47-50 (2003)
• [Publications] 室屋 敏弘: "超短光パルスによる弾性表面波伝播のリアルタイムイメージング"第39回応用物理学会北海道支部学術講演会講演予稿集. 52-52 (2004)
• [Publications] 山崎 大人: "光弾性効果を利用した弾性表面波のイメージング"第39回応用物理学会北海道支部学術講演会講演予稿集. 53-53 (2004)
• [Publications] 菅原 美博: "Cu多結晶粒界における表面音響波伝播の実時間イメージング"日本物理学会講演概要集第4分冊. 第59巻第1号. 940-940 (2004)