2018 Fiscal Year Annual Research Report
Recording and reconstruction of motion picture of polarization of a femtosecond light pulse propagating microscopic field and its application to observation of ultrafast phenomena
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17H01062
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
粟辻 安浩 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (80293984)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光工学・光量子科学 / 可視化 / ホログラフィー / 光伝播 / 偏光 / 高速度撮影 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度に設計した伝播するフェムト秒光パルスの拡大動画像の記録光学系を構築し，構築した光学系を用いて，伝播する偏光の様子の拡大動画像記録と観察を実証した．
透過軸が0°，45°，90°，135°の4枚の直線偏光フィルムを組み合わせた偏光フィルタアレイを作製し，構築した記録光学系の参照光の光路中に導入することで，参照光パルスに上から順に0°，45°，90°，135°の直線偏光の空間分布を与えられるように構成した．フェムト秒光パルスの偏光伝播の拡大像を記録するために，乾板の前に導入する拡大光学系を構築した．この光学系は顕微領域での光の振舞いの観察の第一歩として焦点距離が16.6mmの顕微鏡対物レンズと焦点距離が100mmの凸レンズを用い，倍率6.0となるように構築した．中心波長522nm，時間幅178fsの光パルスを発するレーザーを用いてホログラムを記録した．
ホログラムの再生時に波長515nmのLD励起固体レーザーを用いてホログラムの再生照明光とし，参照光パルスと同じ角度でホログラムに斜入射させた．このレーザーから発する光を，構築した拡大光学系の対物レンズ，凸レンズによって広げ，乾板に対して参照光と同じ方向からホログラムを照明した．再生像の撮影にはディジタルカメラを用い，乾板を水平移動させながら動画を撮影した．また，4方向の偏光情報が乾板上に空間分割多重記録されているので，観察する偏光成分ごとにカメラの高さを変えて撮影することで0°，45°，90°，135°の4方向の偏光成分ごとの動画像を観察した．構築したシステムにより記録したホログラムから，4つの偏光成分ごとの伝播する光パルスの拡大像の動画像を観察できた．実験で得られた拡大率は6.0倍であり，設計通りの拡大率が得られていることを確認し，所望の結果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題であるフェムト秒光パルスの偏光伝播の顕微動画像記録と観察の基本となるフェムト秒光パルスの偏光伝播の拡大像記録と観察の実証に成功した．
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．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，前年度に構築した記録実験光学系にたいしてディジタルカメラを用いて伝播するフェムト秒光パルスの拡大動画像を記録し，コンピューターでその動画像を再構成する光学系の設計ならびに再生ソフトウェアを作成する．
設計する光学系では，ホログラムの記録にはイメージセンサーを用いる．前年度に構築した光学系においてホログラムの記録に用いる乾板は，1mmあたり数千本の干渉縞が記録できる解像力を持つ，一方，イメージセンサーの場合は，1画素のサイズが数マイクロメートルと大きいため前年度構築した光学系をそのまま利用するとホログラムの細かい干渉縞が記録できないという問題がある．そこで，イメージセンサーでもホログラムを記録できるように，参照光がイメージセンサーを照明する最適の角度を設計し，設計で得られた角度で参照光を照明できるような光学系を設計・構築する．
本研究の提案技術では，伝播するフェムト秒光パルスの拡大動画像の記録可能時間は，ホログラムを記録するメディアの一辺の長さに比例する．イメージセンサーの一辺の長さは10mm～20mm程度とホログラム乾板に比べて数分の一から十分の一と短く，動画像記録可能時間が極端に短くなるという問題がある．そこで，この動画記録可能時間を延ばす方法を試験する．記録可能時間を延ばす方法として，回折格子を用いて参照光のパルス面を参照光の伝播方向に対して傾けて，参照光パルスがイメージセンサーを横切るのに要する時間を延ばすことで実現する．これらの光学系の構築にはその構築に必要な光学素子を高精度に位置合わせと波面の高精度補正を行う．
研究協力者としてホログラフィー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 角江助教，産業技術総合研究所 夏鵬研究員と議論ならびに助言を受けながら研究を進める．
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| Remarks |
日刊工業新聞 2019年 4月9日版 第一面見出，および科学技術・大学欄トップ記事(第21面)にて紹介「複数の光振動 同時に記録動画像で観察 超高速イメージング技術 京都工芸繊維大が開発」．
日刊工業新聞2019年 4月9日版のホームページにて紹介「複数の光振動、同時に記録・動画で観察 京都工繊大が技術開発」
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