光共振性能に及ぼすサブサーフェスダメージの影響解明による高Ｑ値微小光共振器の開発

通过阐明次表面损伤对光学谐振性能的影响开发高 Q 值微型光学谐振器

• 批准号: 16J03359
• 负责人: 水本 由達
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J03359/
• 关键词: 微小光共振器; 超精密切削; 単結晶蛍石; 結晶異方性; サブサーフェスダメージ; 超精密加工

本研究では単結晶蛍石の超精密加工における加工特性解析，サブサーフェスダメージの低減ならびに除去法の開発に取り組み，従来の性能を超える微小光共振器開発を目的としている．最終年度である平成29年度は当初の計画通り，１サブサーフェスダメージと光の共振現象の関連性解析２微小光共振器性能の最適化に取り組んだ．１に関しては，サブサーフェスダメージ除去のため，切削加工した蛍石側面に対し前年度用いたナノオーダ非接触研磨法であるノズル型EEM(Elastic Emission Machining)を施し，被削材加工面下の材料転位状態を観察した．切削加工後の加工表面下には10～30nmほどのダメージ層が存在するのに対し，研磨した加工表面下にはほとんどダメージ層がなかった．これはEEMにより，材料表面下にダメージが除去されたことを示唆している．また切削により作製した微小光共振器に対しEEMを施したところ，切削加工後には10の6乗オーダだった共振性能(Q値)が7乗へと向上した．EEMにより加工表面の切削痕及びサブサーフェスダメージを除去したことで，光の表面散乱損失，材料吸収損失が低減されたと考えられる．２に関しては，共振器部分の形状を変えることで，共振性能の形状依存性について実験的に評価した．具体的には共振器断面形状を三角形型，台形型，円形型と変えて共振性能を測定したところ，Q値は10の5乗から6乗のオーダで変化し，三角型にした際に最も共振性能が高くなった．これは断面形状を三角形にすることで共振器先端が鋭利になり，光が共振器の内側に閉じこもることで表面性状の影響を受けにくくなるからであると推察される．以上，2年間を通して，当初の目的である光共振性能に及ぼすサブサーフェスダメージの影響を明らかにし，微小光共振器を高Q値できる可能性を確認できた．

This study is aimed at analyzing the machining characteristics of ultra-precision machining of single crystal diamond, selecting the optimal composition of the development of ultra-precision micro-optical resonator, and improving the performance of ultra-precision micro-optical resonator. Final year: 29 year: 1st year: 1st year (Elastic Emission Machining) is applied, and the material position state under the machined surface of the cut material is observed. After machining, there is a layer of 10~30nm under the machined surface, and there is a layer of 10 ~ 30 nm under the machined surface. EEM is a material that can be removed from the surface. EEM is applied to the micro-optical resonator. After machining, the resonance performance (Q value) of the micro-optical resonator is changed from 7 to 7.EEM is applied to the cutting mark and the absorption loss of the surface of the micro-optical resonator. The shape dependence of resonance performance is evaluated. Specific resonator cross-section shape triangle type, platform type, circle type and resonance performance measurement, Q value 10 and 5 and change, triangle type and resonance performance measurement. The shape of the cross section is triangular. The tip of the resonator is sharp. The light is inside the resonator. The surface properties are affected. Over the past two years, the optical resonance performance of the original purpose and the influence of the optical resonator have been confirmed.

项目成果

Evaluation of shape dependency of CaF2 optical micro-cavity on cavity performance, manufactured by using ultra-precision cylindrical turning

使用超精密外圆车削制造的 CaF2 光学微腔形状对腔性能的依赖性评估

• 发表时间: 2017
• 作者: Yuta Mizumoto;Hiroi Kangawa;Hiroki Itobe;Mika Fuchida;Takasumi Tanabe;Yasuhiro Kakinuma
• 通讯作者: Yasuhiro Kakinuma

微小光共振器のためのEEM加工特性評価

微型光学谐振器的EEM加工特性评估

• 发表时间: 2017
• 作者: Hikaru Amano;Yuta Mizumoto;Yoshinori Takei;Satoru Egawa;Hidekazu Mimura;Yasuhiro Kakinuma;天野光，水本由達，武井良憲，江川悟，三村秀和，柿沼康弘
• 通讯作者: 天野光，水本由達，武井良憲，江川悟，三村秀和，柿沼康弘

Bi-material crystalline whispering gallery mode microcavity structure for thermo-opto-mechanical stabilization

• DOI: 10.1063/1.4952405
• 发表时间: 2016-05
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Hiroki Itobe;Yosuke Nakagawa;Yuta Mizumoto;H. Kangawa;Y. Kakinuma;T. Tanabe

Influence of Nose Radius on Surface Integrity in Ultra-precision Cylindrical Turning of Single-crystal Calcium Fluoride☆

单晶氟化钙超精密外圆车削刀尖半径对表面完整性的影响☆

• DOI: 10.1016/j.procir.2016.02.075
• 发表时间: 2016
• 期刊: Procedia CIRP
• 作者: Yuta Mizumoto;H. Kangawa;Yosuke Nakagawa;Hiroki Itobe;T. Tanabe;Y. Kakinuma
• 通讯作者: Y. Kakinuma

Influence of crystal anisotropy on subsurface damage in ultra-precision cylindrical turning of CaF2

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2017.01.017
• 发表时间: 2017-07
• 期刊: Precision Engineering-journal of The International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology
• 影响因子: 3.6
• 作者: Yuta Mizumoto;H. Kangawa;Hiroki Itobe;T. Tanabe;Y. Kakinuma