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Study on Laser Trapping Probe for Measuring Fine Machined 3-D Form with High Aspect Ratio

用于测量高深宽比精加工 3D 形状的激光捕获探针研究

基本信息

批准号：
13450057
负责人：
TAKAYA Yasuhiro
金额：
$ 7.87万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13450057/
关键词：
Micropart Nano-CMM Micro-probe Laser trapping Optical fiber Silica particle Vibro-probe Radiation pressure 大気中トラップ

项目摘要

We propose a new probing technique for the nano-CMM (Coordinate Measuring Machine) which makes it possible to measure a fine machined 3D form with high aspect ratio. The micro-particle optically trapped at the tip of sharpened optical fiber with the diameter of micrometer order and the length of millimeter order is used as the laser trapping probe.Fundamental studies to establish such a micro-probe technique are carried out based on Finite Difference Time Domain (FDTD) simulations of radiation field at the tip of sharpened optical fiber. Moreover, in order to check basic properties for the micro-probe, the forced vibration technique of a micro-particle is developed.Main results of this study are summarized as follows ;(1) The simulation system based on FDTD method is developed. This system makes it possible to analyse radiation pressure for a small dielectric particle illuminated by the infrared laser light traveling in the optical fiber of which tip is sharpened in the cone shape with … More the tip radius of less than 1 μm.(2) The simulation results make it clear that the force of 0.52 pN/mW is exerted on a silica particle of 5 μm in diameter illuminated by the infrared laser light coming out from the sharpened optical fiber with cone angle of 36 degree. It is possible to sustain a small dielectric particle at the tip of the optical fiber by radiation pressure in air.(3) We propose the new forced vibration technique to investigate fundamental properties as a positional detection probe. The optical system with the modulated Laser Diode (LD) and the Acousto-Optic Deflector (AOD) device is developed. Using the modulated LD laser light, vibration is given to a particle by radiation pressure exerted on it. The AOD device is used for wiggling a particle in lateral direction.(4) We measured a spring constant of the laser trapping probe, which is an important dynamical parameter as a probe for the nano-CMM, using the new forced vibration technique. Resonant frequency of 823 Hz to 870 Hz are obtained from fitting curves for amplitude and phase response with taking account of a spring-damper model. Then the spring constant of 1.4x10^<-5> N/m to 1.6x10^<-5> N/m is determined from the resonant frequency. Less

我们提出了一种新的探测技术的纳米坐标测量机（坐标测量机），使其能够测量一个精细加工的三维形状与高的纵横比。采用直径为微米量级、长度为毫米量级的削尖光纤尖端光捕获的微小粒子作为激光捕获探针，基于削尖光纤尖端辐射场的时域有限差分（FDTD）模拟，对建立这种微探针技术进行了基础研究。此外，为了检验微探针的基本性能，本文还发展了微粒子受迫振动技术，主要研究成果如下：（1）开发了基于FDTD方法的微探针仿真系统。该系统可以分析在光纤中传播的红外激光照射的小电介质粒子的辐射压力，光纤的尖端被削尖成锥形， ...更多信息针尖半径小于1 μm。(2)模拟结果表明，由锥角为36 °的削尖光纤发出的红外激光照射直径为5 μm的石英颗粒，其所受的力为0.52pN/mW。可以通过空气中的辐射压力在光纤尖端维持小的介电颗粒。(3)我们提出了新的强迫振动技术，调查的基本性质作为一个位置检测探头。研制了一套由调制半导体激光器（LD）和声光偏转器（AOD）组成的光学系统。利用调制后的LD激光，通过施加在颗粒上的辐射压力使颗粒产生振动，利用声光偏转器实现颗粒的横向摆动。(4)采用新的强迫振动技术测量了纳米三坐标测量机测头的一个重要动力学参数--激光陷阱测头的弹簧常数。通过考虑弹簧-阻尼器模型对幅值和相位响应曲线进行拟合，得到了823 Hz ~ 870 Hz的谐振频率。然后从谐振频率确定1.4x10^<-5>N/m至1.6x10^<-5>N/m的弹簧常数。少

项目成果

期刊论文数量（34）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

西川正俊, 三好隆志, 高谷裕浩, 高橋哲: "強制振動型レーザトラッピングによる位置検出プローブの応答特性"精密工学会2002年度関西地方定期学術講演会講演論文. 97-98 (2002)

Masatoshi Nishikawa、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“使用强制振动激光捕获的位置检测探针的响应特性”日本精密工程学会2002年关西地区定期学术会议的演讲论文97-98（2002）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

上北将広, 三好隆志, 高谷裕浩, 高橋哲: "レーザトラッピングによるナノCMMプローブに関する研究(第9報)-輪帯ビームプロファイルの検討"2001年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集(大阪). 630-630 (2001)

Masahiro Kamikita、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“使用激光捕获的纳米 CMM 探针研究（第 9 次报告）- 环形光束轮廓的检查”2001 年日本精密工程学会秋季会议学术会议（大阪）会议记录。 630-630 (2001)

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发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

上北将広, 三好隆志, 高谷裕浩, 高橋哲: "レーザトラッピングによるナノCMMプローブに関する研究(第10報)-強制振動型プローブの提案-"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集(東京). 719-719 (2002)

Masahiro Kamikita、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“使用激光捕获的纳米 CMM 探针研究（第 10 次报告）- 强制振动型探针的提案 -”2002 年精密工程学会春季会议学术演讲论文集（东京）719。 -719 (2002)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

上北将広, 三好隆志, 高谷裕浩, 高橋哲: "レーザトラッピングによるナノCMMプローブに関する研究(第10報)-強制振動型プローブの提案-"2002年度精密工学界春季大会学術講演界講演論文集. 東京(発表予定). (2002)

Masahiro Kamikita、Takashi Miyoshi、Hirohiro Takatani、Satoshi Takahashi：“利用激光捕获的纳米 CMM 探针研究（第 10 次报告）- 强制振动型探针的提案 -”2002 年精密工程学会春季会议学术演讲论文集（即将发表）。）（2002）。