Wide diameter range measurement of silicon sphere for mass standard

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Michihata Masaki 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70588855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 哲 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30283724) ; 門屋 祥太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60880234)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Whispering gallery mode / テーパ光ファイバー / 球 / 直径

Outline of Final Research Achievements

The objective of this research was to establish a technique that can measure the diameter of a wide range of silicon sphere from 94 mm to 94 μm in diameter with a relative accuracy of 1.0 × 10^(-6) using the unique measurement principle, in order to construct a traceability system of mass. For this purpose, we have proposed a method using optical resonance phenomenon called Whispering gallery mode (WGM) resonance. In this research project, we improved the measurement uncertainty of this method by estimating the mode number of the WGM and by using the refractive index autocorrection method.

Free Research Field

計測工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

具体的にな成果については、まず「WGM励起光ファイバー直径計測法の確立によるWGM伝搬定数の推定法」を確立した。従来、1 μm以下の細い光ファイバーをその場環境で測定する技術はなく、本研究で、これを確立することができた。また、WGMは広く用いられている技術であるものの、そのモード解析および屈折率の補正方法についての報告例は非常に少ない。本研究では、「近接場光の直接検出によるWGMモード番号の推定」「WGMのモード解析による屈折率補正方法の提案とその手法の検証」を行い、今後のWGM研究における特性理解について貢献することが期待される。