研究内容

ダブルヘテロダイン偏光干渉による高ダイナミックレンジ光計測

研究概要

干渉縞の位相変化を用いた1mm厚の測定
Opt. Continuum 1, 2453-2459 (2022).

光計測は、測定対象を破壊することなく、高精度かつ高速に材料の厚さ等を測定可能であることから、様々な産業分野において使用されています。しかし、既存の光計測手法においては、測定可能な厚さの範囲に限りがあるため、測定対象の厚さに応じて適切な光計測手法を選択する必要があります。

本研究では、ナノメートル（10−9 m）からミリメートル（10−3 m）までの厚さを１つの機器で光干渉計測可能になる「ダブルヘテロダイン偏光干渉計測」という手法を提案し、本手法を実現するために実験および理論の両アプローチから研究を進めています。さらに、2次元の表面プロファイル測定への拡張や、液晶材料をはじめとする光学異方性材料の測定、反射基板上サンプルの膜厚測定なども現在検討しています。本手法の詳細については、以下の論文をご参照ください。

主な成果

  1. T. Tanaka, and K. Kawai, “Theoretical proposal of high dynamic range surface profile measurement by amplitude modulated wave interference,” Jpn. J. Appl. Phys. 64(9), 09SP08 (8 pages) (2025).
    2. DOI: 10.35848/1347-4065/adfd66
  2. F. Wakabayashi, and K. Kawai, “High dynamic range thickness measurement by double heterodyne interferometory,” Optics Continuum 1, 2453-2459 (2022).
    DOI: 10.1364/OPTCON.470640
  3. 独立行政法人日本学術振興会 科学研究費 若手研究（2022年-2025年）
    ４光束ダブルヘテロダイン干渉による高ダイナミックレンジ厚さ測定
    詳細はこちら（KAKENデータベース）をご覧ください。
  4. 公益財団法人ひょうご科学技術協会　研究助成 (2024年-2025年)
    ３次元高ダイナミックレンジ形状計測を実現するダブルヘテロダイン同軸干渉計
    詳細はこちら（ひょうご科学技術協会）をご覧ください。

光機能性材料を用いた光波の高度伝搬制御デバイス

研究概要

温度による波長別伝搬方向・振幅制御
Appl. Opt. 55, 6269-6274 (2016).

光は、色・明るさ・伝搬方向・偏光状態などの様々なパラメータを有しています。これらのパラメータをコントロールできるのが「光学素子」であり、レンズ・ミラー・プリズム・フィルター・回折格子など多岐にわたります。カメラや医療機器などの光学機器において、使用する光学素子の数が増加すると、機器の大型化や素子での光反射・光吸収による光損失の増加が大きな問題となります。

本研究では、液晶などの光学異方性を有する光機能性材料を用いた回折光学素子を形成し、光の伝搬方向・色・明るさ・偏光などを1つの素子で同時に制御可能な光デバイスを創製しています。本素子は、光の伝搬特性を印加電圧や温度制御によって外部から高精度で制御可能です。また、素子の小型化や大面積化などにも幅広く対応可能です。本素子の詳細については、以下の論文をご参照ください。

主な成果

  1. K. Kawai et al., “Dynamic control of diffraction angle and separation properties of wavelength and polarization by quaternary liquid crystal grating,” Appl. Opt. 58, 4234-4240 (2020).
    DOI: 10.1364/AO.58.004234
  2. K. Kawai et al., “Tunable dichroic polarization beam splitter created by one-step holographic photoalignment using four-beam polarization interferometry,” J. Appl. Phys. 121, 013102 (2017).
    DOI: 10.1063/1.4972981
  3. K. Kawai et al., “Design and fabrication of a tunable wavelength-selective polarization grating,” Appl. Opt. 55, 6269-6274 (2016).
    DOI: 10.1364/AO.55.006269
  4. K. Kawai et al., “Three-dimensionally modulated anisotropic structure for diffractive optical elements created by one-step three-beam polarization holographic photoalignment,” J. Appl. Phys. 119, 123102 (2016).
    DOI: 10.1063/1.4944810
  5. K. Kawai et al., “Holographic binary grating liquid crystal cells fabricated by one-step exposure of photocrosslinkable polymer liquid crystalline alignment substrates to a polarization interference ultraviolet beam,” Appl. Opt. 54, 6010-6018 (2015).
    DOI: 10.1364/AO.54.006010
  6. 独立行政法人日本学術振興会 科学研究費 特別研究員奨励費（2015年-2018年）
    高度液晶光配向技術を用いた三次元異方性フォトニック光学素子の形成
    詳細はこちら（KAKENデータベース）をご覧ください。