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

利用相消干涉照明建立下一代超细光纤直径纳米精度测量原理

基本信息

批准号：
22K18747
负责人：
道畑正岐
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

作为下一代光学整合电路的一部分，直径小于几μm的超细光纤表现出非线性光学效应，引起了人们的注意。直径管理对于正确证明超细光纤的设计性能很重要，但是没有符合要求的测量方法。因此，在这项研究中，我们提出了一种新的原理，即使用光学方法测量下一代超细光纤（直径为100 nm至几μm）的直径（直径为100 nm至几毫米），使用光学方法在10 nm的准确性下，旨在验证和评估测量原则。基于MIE散射理论的常规光学测量方法当光纤的直径低于光学波长（测量极限约为φ700nm）时，很难估计直径。我们提出了一种新的测量原则，该原则挑战我们打破了这一限制。在从两个方向上辐射光的常规照明中，照明灯具有空间强度分布，并且在零光强度为零的破坏性干扰位置不会出现散射的光。换句话说，由于散射的光强度分布是通过乘以照明的光强度分布获得的，即使它是φ700nm或更少，因此可以相对于直径变化获得散射的光强度分布，从而可以进行高精度测量。今年，我们构建了一个测量系统，通过实验验证了测量原理，证明了其有效性，在直径约为500 nm的纤维上测量了其有效性，并确认了其测量性能。