2022 Fiscal Year Research-status Report

破壊的干渉照明を用いた次世代極細光ファイバ直径のナノ精度計測原理の確立

Research Project

Project/Area Number	22K18747
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	道畑正岐東京大学, 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, 先端科学技術研究センター, 教授 (30283724) 門屋祥太郎東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (60880234)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2024-03-31
Keywords	光ファイバ / Mie散乱 / 直径計測
Outline of Annual Research Achievements	次世代光集積回路の一部として、非線形光学効果を発現する直径数μm以下の極細光ファイバが注目されている。その極細光ファイバの設計性能を正しく発揮するためには直径管理が重要であるが、要求を満たす計測手法は存在しない。そこで、本研究では、光学手法による次世代極細光ファイバ (直径100 nm~数μm)の直径を10 nm以下の精度でその場計測する新規原理を提案し、その計測原理の実験検証および精度評価を目的とする。Mie散乱理論を基にした従来の光学計測手法は、光ファイバの直径が光波長以下になると、直径推定は困難となる(計測限界はφ700nm程度)。我々はこの限界の突破に挑戦する新規計測原理を提案する。 2方向から光を照射する定在波照明は、照明光が空間的強度分布を持ち、光強度ゼロの破壊的干渉位置には散乱光は発生しない。つまり、照明光強度分布を掛け合わせた散乱光強度分布が得られるため、φ700 nm以下でも、直径変化に対する散乱光強度分布の変化が得られ、高精度計測できる。本年度は、計測システムの構築し、計測原理を実験的に検証し、その有効性を示し、直径500 nm程度のファイバに対して計測行い、その計測性能について確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度は理論的検証および装置設計・試作を計画していた。理論的、解析的に計測原理について確認し、その原理の有効性を示すことができた。また、計測システムを構築し、計測理論との整合性を確認することができた。
Strategy for Future Research Activity	今後は、試作装置を用いて、極細光ファイバ計測原理を実験的に検証する。極細光ファイバ計測において最も懸念すべきは、周辺空気揺らぎである。まず、空気揺らぎを抑えるための囲いを施した状態で、測定原理検証およびSEM測定との比較による計測精度評価を行う。次に、空気擾乱による定在波位相揺らぎがあるその場環境下での測定に挑戦する。
Causes of Carryover	測定サンプルの光ファイバーの納品が予定よりかかるため、その間に一度、計画を練り直し、ホルダ（固定方法）や設置の仕方などを再検討していたため。これまでのシステムは構築できているが、今後は新しいシステムを導入する予定である。