Optical generation and detection of GHz-THz acoustic waves in 1- and 2-dimensional nano-scale periodic structures and their application

一维和二维纳米级周期性结构中GHz-THz声波的光学产生和检测及其应用

• 批准号: 22K04938
• 负责人: 松田 理
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04938/
• 关键词: ピコ秒レーザー音響法; ブリルアン振動; 2次元グレーティング構造; せん断音響波; 縦波音響波; 音速; 時間分解測定; ナノスケール周期構造; 超音波

透明媒質中を伝播するGHz周波数領域の超音波パルスによって単色光が散乱されると、散乱光にブリルアン振動と呼ばれる時間的な強度変調が生じる。本研究では、ブリルアン振動を用いた高度な音響・光物性評価を簡便に行う手法を開発することを目的とする。その基礎をなすものは、ナノスケール周期構造を用いたピコ秒レーザー音響法である。特にグレーティング構造(1次元周期構造)に加えてドット配列などの2次元周期構造を用いることで、生成・検出される音響波の自由度(縦波・横波の別、偏極方向など)を大きく拡大することが期待される。今年度は2次元周期構造による等方性固体試料の測定を行った。等方性透明固体試料(石英ガラス)の表面にサブミクロンスケールの2次元AuおよびAl周期構造を形成した試料を作製し、ピコ秒レーザー音響法測定を行った。グレーティング構造を用いない従来の測定では、多くの場合、試料および測定の対称性のために縦波音響波のみが生成・検出可能であった。これに対して横波(せん断)音響波の観測には、縦波音響波の 測定のみでは知りえない弾性テンソル成分を評価できる、一般にせん断音響波は縦波音響波より遅いので同じ周波数で比較すると波長が短くなる、などの利点がある。申請者は1次元金属グレーティング構造によってせん断音響波が生成・検出が可能であることを、適切な入射角を持つ斜め入射プローブ光学系を用いて実験的に既に示しているが、この方法では試料の保持角度の条件が厳しく測定は難度の高いものであった。これに対して2次元周期構造を用いることで、単純な光学配置であっても実効的に自由度の高い斜め入射光学系に相当する測定が可能となり、せん断音響波の検出が簡便になると期待される。入射光と回折光が反平行になる光学配置において、適切な偏光をもちいることでせん断音響波の検出が可能であることを実験的に示した。

Transparent medium を 伝 sowing す る GHz frequency number field の ultrasound パ ル ス に よ っ て 単 light が scattered さ れ る と, scattered light に ブ リ ル ア ン vibration と shout ば れ る time な intensity variations of adjustable が raw じ る. This study で は, ブ リ ル ア ン を vibration with い た highly な audio, light physical review 価 を simple line に う gimmick を open 発 す る こ と を purpose と す る. The そ そ foundation をなす をなす <s:1> <s:1> をなす をなす をなす をなす である, ナノスケ ナノスケ, <s:1>, を period construction を, レ たピコ seconds レ, ザ, ザ sound method である. , に グ レ ー テ ィ ン グ tectonic cycle structure (1 yuan) に plus え て ド ッ ト match column な ど の を 2 dimensional cycle structure with い る こ と で, generate 検 out さ れ る sound wave の degrees of freedom (縦 wave, shear wave の don't, partial pole direction な ど) を big き く company, big す る こ と が expect さ れ る. This year, the <s:1> determination of <s:1> two-dimensional periodic structure による isotropic solid samples was carried out を and った. Isotropic transparent solid sample (quartz ガ ラ ス) の surface に サ ブ ミ ク ロ ン ス ケ ー ル の 2 yuan Au お よ び を Al cycle structure formation し た sample を as し, ピ コ seconds レ ー ザ ー acoustics method line を っ た. を グ レ ー テ ィ ン グ structure with い な い 従 の determination of で は, multiple く の occasions, try お よ び determination の said sex seaborne の た め に 縦 Boeing ring wave の み が generated · 検 makes possible で あ っ た. こ れ に し seaborne て shear wave (せ ん) sound wave の 観 measuring に は, determination of 縦 Boeing ring wave の の み で は know り え な い 弾 sex テ ン ソ ル composition を review 価 で き る, general に せ ん broken sound wave は 縦 Boeing ring wave よ り 遅 い の で compared to じ cycle count で す る と short wavelength が く な る, な ど の tartness が あ る. Applicants は 1 dimensional metal グ レ ー テ ィ ン グ tectonic に よ っ て せ ん, sound wave が generated 検, broken out が may で あ る こ と を, appropriate な incidence Angle を hold つ obliquely incident plane め プ ロ ー ブ を department of light with い て be 験 に に shown both し て い る が, こ の way で は sample の が Angle の conditions 厳 し く determination は difficulty の high い も の で あ っ た. こ れ に し seaborne て を 2 dimensional cycle structure with い る こ と で, pure な 単 optical configuration で あ っ て も be sharper に high degrees of freedom の い inclined め に department of incident light is quite す る determination が may と な り, せ ん broken sound wave の 検 out simple が に な る と expect さ れ る. Parallel to the incident light refraction が と back against に な る optical configuration に お い て, appropriate な polarization を も ち い る こ と で せ ん broken sound wave の 検 out が may で あ る こ と を be 験 に し in た.

项目成果

Le Mans Universite(フランス)

勒芒大学（法国）

Detection of GHz shear acoustic waves in picosecond laser ultrasonics assisted by two-dimensional metallic diffraction gratings

二维金属衍射光栅辅助皮秒激光超声中 GHz 剪切声波的检测

• 发表时间: 2022
• 作者: Kouji Momiyama;Motonobu Tomoda;Hayato Takeda;and Osamu Matsuda
• 通讯作者: and Osamu Matsuda