【光の波としての性質を使った光干渉技術】
講師：光情報・システム分野 准教授 花山良平
光は電波などと同じ波（電磁波）です。
1mmの千分の1から1万分の1程度の非常に小さな間隔で正確に繰り返されている波が、時にはまっすぐ、時には曲げられたり、縮められたりしながら、空間の中を進んでいきます。
この光の波を詳しく見てあげると、非常に精密な計測などに応用することが可能です。
しかし、光を波として観察しようとした時、非常に困ったことが生じます。
この課題を乗り越え、波としての光の応用を実現する技術が光干渉技術です。
本講義では、光の波としての性質を振り返りながら、光干渉技術の基礎について紹介します。
光産業創成大学院大学 https://www.gpi.ac.jp/
※この動画はWEBキャンパス( https://www.gpi.ac.jp/seminar/webc2022/ )での講演を収録したものです
【書き起こし】(2) 光の波としての性質を使った光干渉技術
(00:11) 皆様こんにちは光市情報システム分野花山 と申します 本日は光鑑賞系のお話をこれから なんとか 45分か50分ぐらいで収めたいと思って おりますがお付き合いいただければと思い ますはい 光の波としての性質を使った光 鑑賞技術というタイトルでお話をさせて いただければと思います 概要ちょっとまとめておきたいと思います レーザー光を使った光の波長を 基準とした 精密計測技術光鑑賞計測のお話をしたいと 思いますここいくつかまたこの後ほど紹介 してまいりたいと思いますが 鑑賞島 鑑賞系で見られるシマシマ模様をいくつか ご紹介しております左はあのニュートン リングと呼ばれるもので よく高校の物理の教科書とかにあるやつ
(01:15) ですねそれからこの辺りは平面の計測した ものレンズを計測したもの最近はレンズも 非球面レンズよく使われますが引け目 レンズを見るとなんかこういう変なシマ シマが見られます 右はこれ動いているものこれあの後ほど 紹介したいと思いますが 位相シフト鑑賞法というもので 干渉島の 位相を精密に 解析しようというそういう技術の動画に なります このしましまがモヤモヤモヤと動いており ますがこの島1本1本が光の波長の程度の 高さの差を表すということになっており ますではそれで話を進めていきたいと思い ますと言いながらまず最初にこのタイトル のとこに戻りますがこれ実はこの後ろの 背景ここに 漢書島が見えております 観書島が見えているんですが 緩衝地まで私も大学のgpiという略称を 使っておりますが
(02:18) gpiという文字を書いているそういう 技術になりますこの右の方にちょっと見え にくいんですが光の 反面と言いますが光を 精密に制御する 技術がございましてそれを使って 干渉島で文字を書いたという例になります この関所まで文字を書くというかそういう 場面の制御技術という話は今日はしない 予定ですが例えばこんなことがこれで できるとこれ質はシマシマが1本1本が 波長程度の高さを表しているというそう いうようなものでこんなことができるよう になってるというお話でなりますでその前 に今日は3月15日ですが先週は3月8日 でした3月8日って実はすごい 我々にとっては大きな記念日なんですが何 の日か皆さんご存知でしょうかこれよく あの講義であればそれぞれ生徒さんに当て ていくんですがだいたいわからないんです けども実は光の速さにちなんだ光の日でし た光の速さ皆さんご存知でしょうか高速光
(03:23) の速さは30万km秒1秒あたり30万 kmでものすごい高速のものであり ますこの30万kmという数字をちょっと 数学っぽく書くと3×10の8乗m 毎秒というそういう数字になりますここの 3と8をもじって3月8日が光の日と呼ば れるようになってます ちなみに地球の半径ご存知でしょうか 6400キロです そこで地球の1周の長さというのは4万 キロになります 昔からよく光は地球を1秒間に7回半回り ますよというお話を聞かれたことあると 思いますが 4万キロの地球一周ぐるりを30万km 毎秒で進むと確かに 脂質28とあと2万キロあまりますので7 回半回ってますねということでこんな ものすごい速さのものが光というものに なりますこれは実は30万kmというのは
(04:31) お分かりになると思いますがだいたいの値 なんですけどもおおよその値なんですが 正確には実は29万9792km 毎秒 という値になります これ実は ちょうどこの値ですこの後ろ小数点以下 続きません ちょうどこの値になります と言いますのも かつて長さの基準1Mというのはご存知の 方も多いと思いますがこちら地球の1周の 長さこれを4万キロにしましょうという ところから1mの長さというものを決めて いたんですがなかなか地球のじゃあ一瞬の 長さは正確に測りましょうとなかなか測れ ないということでより正確なしかも安定し た 値で1mを決められないかと 議論した結果長さの定義をこの光の 速さで使って定義しましょうということに なりました長さの定義現在の定義こうなっ ていますMは真空中の光の速さを 29979に458
(05:37) メートル毎秒定めることによって定義さ れる ということで決まっておりますので光の速 さ ちょうどこの値 ぴったりになります実は私どもの 学長滝口と申しますが車自家用車の距離が 29万キロを超えたと今年中ぐらいには この距離に行くんじゃないかとそうなると 皆でお祝いしようと 密かに企んでいるところですがそう考える とそんなに非常に長いんだけども 頑張れば車で30年ぐらい走れば車その 学長のものは30年も走ってないようです けども 届く距離だそれを1秒間で光は行ってるよ というそういうような話になっております ちなみにを続けますがこの3月8日が光の 日というのは実は日本だけの定義になり ます世界では実は5月16日が国際光の日 という人に定められておりましてこれは実 はレーザーを発明された日ということに なってますなので光の日の話は日本だけに
(06:43) 届いておいていただければというふうに 思います でその光なんですが 波でございます光にこういう繰り返し正確 に繰り返すような波にやってますちょっと だけあのこの 業界用語をご紹介しますがこの長さ光の波 の長さのこと波長をラムだと通常呼びます だいたい数百ナノメートル1万分の1ミリ 程度になります でこの 繰り返しの速さですね 振動数をNewとだいたい呼ばれます ギリシャ文字をNewと呼ばれますこれは だいたい数百テラヘルツ1秒間に数百超回 振動するようなそういうレベルの速さの ものになります この 波長ラムダとNewを 振動数を掛け合わせると長さと1秒間に 振動する回数つまり時間の逆数なので 速さになるんですがこれがちょうど先ほど の高速の値になっているというそういう 関係になってございますこれはよく いろいろなところで光関係のところでよく
(07:47) 出てくるものですが光の波長についてお さらいをしてみたいと思います課長ですが だいたいこれ人によってこの橋の数字を いろいろ適当にごまかしてるんですけども だいたい400nmから700nmという ところが人間が目で見ることができる光り 可視光と呼ばれる領域になります これちょっとあの小学生向けに使ったつけ たものですけど長さ707mとかといって もなかなか分かりにくいんですがだいたい 食品用ラップが10ミクロですのであの ペラペラの食品ラップあの中に10個以上 入るようなそんな非常に短いものになり ます ちなみに光先ほどの周波数で表現しますと 400nmが 750thzぐらい707mが 430thzぐらいというそういう 寺という領域の現象になっております この光の波実は非常に細かいんですがそれ
(08:53) がほぼ 永遠とも言えるような感じにずっと 繰り返して 伝わっていきますそこでこの光の波長を いろいろな基準に使おうということが 昔からよく行われております例えばこう いうことを言うことが可能ですつまり メモリ間隔光の波長をメモリと捉えると メモリ間隔が107m程度それが100m とか場合によったらキロというオーダーで 続くようなそんな物差しとして使うことが 可能なんだと これが光の波長を基準にした 計測技術と言っているものになります 砂のメートル長さ100mというと10の 9乗のダイナミックレンジつまり一番最初 メモリーに対する 幅が10の9乗倍あると あの30cmのものさしだと1mmに対し て300mmですから300 倍のダイナミックレンジになるわけです けどそれよりははるかに大きな広い範囲の 測定を精密に行うことができるものさしだ
(09:58) ということになりますで非常に大きなもの まで測れますので例えばこれ小さいもので 言うとこれは先ほど紹介しましたレンズの 計測になりますがこういうものの非常に 微小な凹凸から 果てはこれは 銀河ちょっとこれは先ほどのご紹介した 可視光ではなくて電波を使ったものです けども南米にあるアロマ電波望遠鏡という やつで撮った 画像だそうですがそういう銀河を見ると いうのは宇宙規模のものまで 鑑賞系が使われているそういう技術になっ ております先ほど レーザーはいつまでも繰り返しますよと いう話をしましたがこれは 理想的なお話でありまして実際にはそんな に無限に続く無限の流す続くわけではあり ません 業界用語で言いますとコヒーレンシーと いう表現をします2人の過干渉性という ことを言いますが光の純度あるいは ということになりますこのコヒーレンシー という用語は一般用語で言うと一貫性と
(11:04) いう用語があるんですがつまり 波の端から端まで一貫して同じ正確な波が 繰り返されているそういう性質のことを 言うんですけどもそれがどこまで続いて いるかというのがコーヒー年始になります レーザーというのはもしかすると単一の 波長のものなんだということは聞かれた ことあるかもしれませんがとはいえわずか に 波長の広がりを持ってますこれはあの物理 的な限界でもって 波長の広がりを持っていますのでちょっと だけわずかに短い波長とかわずかに長い 波長も 含んでおりますそれがどの程度の広がり まで許されるのかというのがこの コヒーレンシーというものになりますが これ例えば イメージしていただくためにこんなものを 持ってきましたこの赤の 波は一番上のもので言うと左から右まで 20回を繰り返してます下のメモリこれ あの 任意の単位ですけど100下のメモリで 言うとこの100で180になるように なってます
(12:07) ところがこの一番上のものと一番下のもの では波長が5%わずか5%だけ違うんです けども5%も違ったら実は20個先右端の 方では ちょうどこれ山と山があってるんですけど もこれ一番下の波はまだ19個しか入って ません20 波先では人波の差がつくようなこんなこと になってしまうとこれを全部ガサッと 足し合わせていくとこのあたりはもう波と は言い難いようなそういうものになってき ますこれであればこの状況であればまあ せいぜいこの辺一番上で言うと15並み ぐらいのところまでしか単一波長とは言え ないよねというのがコーヒー電子という 考え方になりますとはいえこんなに20代 とかそれぐらいで 収まることはありません レーザーを使いますとこれが数十センチ からあるいは数百メートルというのは長い 距離まで同じ波だと 捉えることが可能になってきます そこでこれを基準にしたいろいろな精密 計測技術が使われているということになり
(13:11) ますではどういうものが光干渉でと行わ れるか一番皆様にイメージしていただき やすい光干渉技術シャボン玉になります シャボン玉シャボン玉ちょっと 厚さを持ってるわけですがこの 膜の表面で反射 するものそれから 膜の 表面を通り越えて中の内側で反射する光の 成分それが実は存在しますこの2つがここ に出てきたところで強め合ったり弱めあっ たりするということが起きましてこの強め は弱めの関係を調べればシャボン玉の膜の 厚さを調べることができるこのシャボン玉 の膜の色を調べることで厚さを知ることが できるこれがキャリカンこれまさに光干渉 計測技術になります これは 針金で作った枠にシャボン膜を貼ったもの ですけどもこれであるともう明らかに 分かり わかるわけですこれ
(14:15) ちょうど上下に立てたものですからきっと 重力で上の方が薄くてだんだん下に行く ほど熱くなってるだろうなという 想像がつくわけですけども一番上あたり 青色に見えておりますということは ちょうど青色先ほど407mぐらいだと 言いましたがこの表面と 利面との差が行って帰っての距離で 407mぐらいつまり 厚さで言うと207mぐらいだろうなと いうことがこれを見ただけでわかるわけ です でもう少し下に行くとだんだん重力で下の 方に垂れ下がった垂れ下がるという表現 おかしいですね下の方に駅が集まってきて 非常に幕が厚くなってきてこの辺りまで 来ると 赤色なので 600から707ぐらいが行って帰ってに なると 厚さとしては300nmぐらいだろうなと いうことが光干渉の知識を得るとこの絵を 見るだけでわかるようになるということに
(15:18) なります ちょっと他も他にもう一つ 冠書島の例をお見せしたいと思いますが ここに今私 アクリルの板を持ってきましたこれあの 普通のアクリルの板ですあの 有名なDIYのお店で買ってきたもので こちらは 透明になってますこちらは黒くなってます これを今重ねたものをちょっとカメラで見 ていただきたいと思い これ見えますでしょうかこれ 板を重ねてるんですが重ねるとここの上と 下の隙間のところの空気の厚さがありまし てそこで干渉が起きますでその厚さを ちょっと押してやると 厚さが縮まったり広がったりしてこのシマ シマ模様が見えてくるこんな風にして実は 光 干渉技術というのは光 干渉現象は割と世の中に身近にあるものな んだということであります
(16:26) はい これが光干渉の ざっくりとしたイメージになりますが今 実際にあのシマシマ先ほどは色のついた シマシマを見ていただきましたがこういう シマシマで持ってこの 厚さのさだとかを調べていくものであり ますそこでこのシマシマのことを 観賞島と 我々は呼んでいるものです 文字にしますと規則正しく繰り返す光の波 を 複数重ねた時にそれぞれの一層のズレに よって 視覚的に発生する島模様なんだということ になりますこれと右側白黒になってます けどもだいたいあの 鑑賞系を使う時ってレーザーを使って単一 波長でありますので例えば赤だったり緑 だったりなんですがどうせあの単一なので もう白黒でいいだろうとだいたいは白黒で 表現されますこの左のものだけは自然の 照明で撮った ニュートンリングですので色がついてます もう少し 観賞島について見てみたいと思います 例えばどういうところで使われるかという
(17:32) ことにでございます平面がどれぐらい平面 なのかを知りたいんだというような時に 干渉計が使われます先ほど プラスチックアクリルの板を重ねました けどこれはほとんど見た目は平面なんです けども重ねるとちょっとわずかにこう 隙間が出るあるいは場合によってはホコリ とかを噛んでいることによって 隙間にちょっとムラが出るそのわずかな 隙間を 鑑賞島を使って調べることができるという ような技術になります それが例えば非常に正確な平面だと分かっ ているガラス板とちょっともしかしたら なだらかなうねりがありそうだという 板を重ねてここの隙間にできる 鑑賞島を調べてやるということをすると この下のガラス板の平面図を調べることが できるというのがよく使われている平面の 干渉 計測技術ということになっております ちょっとこれ理想的な平面というのがこの
(18:37) 辺りになると 哲学的なことになってどうやったらそんな に綺麗な理想の平面が得られるのかな 大きな疑問なんですがちょっとそのあたり になると 講義でお話ししてないようになりますので もし興味ある方はご入学あるいは科目利子 等でご検討いただければというふうに思い ますさてそれで今なだらかな 凹凸と紹介しましただいたいナノメートル オーダーの凹凸になりますそれがどれ ぐらいなのかちょっと実感を持って いただきたいと思います今直径100mm ぐらいの領域に30nmぐらいのなだらか な凹凸があると 仮定しましょうそれがどれぐらいなのかと いうところを考えてみたいと思います ちなみに30nmというと波長大赤色の 波長が600nmぐらいですからそれの 1/20ぐらいよくこういう光学部品とか をレンズだとかを買ってくるとその制度と して 波長の何分の1ぐらいの制度ですよという ことが性能として表記されてますこの
(19:41) 1/20ラムダ波長の1/20ぐらいの 精度の面ですよというレンズは市販品の中 では良い方の割と高級なぐらいなレンズに なりますのでこれがじゃあどれぐらいかと いうことを 比例で 投影してみますすると例えばこれぐらいに なります100mmの領域を10キロ ちょうど 私も大学あの浜名湖の 湖岸にありますが 浜名湖がだいたい10キロぐらいな 10kgの円ぐらいにはなります1周する と40キロぐらいのマラソンコースが できるそうなんですがだいたい直径10 キロぐらいの 円の中に3mmぐらいの凹凸があるこれが この1/20だと言ってるもののイメージ になります ものすごい 精密な 技術になります これ よく日本全体で言うとあの関東平野が 引き合いに出されることがあるんですが 関東平野だいたい100キロぐらいあり
(20:44) ますのではっきり100キロの中のゴルフ ボールという表現をよくされますちょっと ローカル色を出して浜名湖にしていました はいさらに 追加でもう少しこの 課長基準にしたナノメートルオーダーの 技術で イメージをしていただきたいと思います 地球の丸みが実は見えるんですよというお 話です 兄弟出てきております地球の半径6400 キロです今この地上に半径64cmつまり 直径で120cmぐらいの 円を書いたとしましょうその 円の中地球の9の上に円を書きますので その真ん中ちょっと膨らむはずですねその 膨らみがどれぐらいなのかということを 考えてみたいと思います これ青色地球と思ってくださいここに半径 64cmの円を書いているとその断面を見 ていますが 地球の半径は6400キロですこうやって 書きますともうこれは
(21:47) 比例相似計算をすればいいだけの話になっ て実は比較的簡単にこの高さHというのは 求めることができますこの 直径対ここの円の半径というのがだいたい 円の半径対高さの比になっていると でこれをガサガサガサと計算していくと この高さ実は32nm先ほどの1/20 ぐらいなんですそれぐらいは 鑑賞系であれば 十分に見ることができる数字ですので地球 の丸みすら見えるようなそういう技術なん だということが言えます ただし先ほど少し言及しましたこれぐらい のものを見ようとすると120cmの非常 に正確な平面をつくまず作る必要があり ますそれはどう作るのかというのは大きな 問題になりますただしこのオーダーとして はそれぐらいの技術なんだということが 言えるかと思いますこれ先ほども写真をお 見せしました
(22:49) ニュートンリングという現象になります これでもってもう少し 干渉島のイメージをつかんでいただきたい と思いますがシャボン玉と同じようなこと が起きます ニュートンリングというのはこの平面の ミラーの上に 凸レンズを重ねてこのシマシマを見ること で 凸レンズの性能を見てやりましょうという そういう 検査方法ですがここのミラーと 凸面のところの間で 干渉が起きますこの空気の間隙がどれ ぐらいかということを知ることができる わけですがこの高さが波長の整数倍 あるいは整数倍+ 0.5/2というところで 弱を強め合うが起きてしましまが見えます よというのがこのニュートンリングになり ますただしこれ今 ちらっと嘘をついてきましたこの整数倍で あれば強め合うというのは実はそうです逆 でしたと言いますのはちょっとここの ところで 屈折率が 反射のところで若干このガラスから空気に 出る反射と空気からガラスに入るところで
(23:55) の反射でちょっと現象が異なってきますの で 位相が反転するという現象 波の並々が反転するという現象が起きまし て実はこの整数倍のところが読みあって 整数倍+半波庁というところが詰め合う いずれにせよこのしましまが同心円状の シマシマが見えるというのがこの ニュートンリングになります ということはもう自然に使ってしまって おりますが 移送光の位相というものをご紹介したいと 思います 波の山谷のどのあたりにいるのかを表す 指標になります角度の単位でラジアンを 使って表しますつまり一周すると2π ラジアン 波で言うと 波が大きくなって小さくなって戻るとこれ で2πラジアン 移送が2πラジアン進んだということが 言えますで 位相というのはこれ角度なので実は無次元 の量なんですが 各ここに 波長をかけることでちょうど2πラジアン
(24:59) 進んだところが1波長に相当しますので 波長をかけることで長さの次元の量にする ことができます そこで先ほど例えばシャボン玉の厚さとか を 波長を使って ちょうど18兆分ぐらいだから200nm ですねというようなことが言えるように なるわけです さて少しずつ 鑑賞系の方に入っていきますが 鑑賞系の領域ではハメンという概念が出て きます光の破面はある瞬間の 位相が等しい点の集まりということになり ます 並々がこうずっと束になってこう進んで いってますのでそれが 位相が揃っているというところがハメに なりまして平行コースで言うと実はハメ ンっていうのは平行にこうスーッと進んで いきます ところがこれが何らかの影響で 邪魔する何かがあっただとか 凸凹な面で反射したということでこの スーッとまっすぐの平面で進んでいってる 場面が乱されてしまうことがありますその
(26:03) 見出されたものがみなされたまま進行して いったものをこの右の方で見てやればここ で何が起こってどういう見なされ方をした のかということを知ることができるこれが 干渉現象になります若干この本当にこの 見出された面は平行に行く 完全に平行に行くわけじゃないんですけど もだいたい平行に行くところでその先の ところでその見なされた場面を知ることで 形を図りましょうという技術になります 通常光干渉系はこういう構成で レーザーは使いますその先にちょっと スペシャルフィルターという特殊なといっ てもただのピンホールなんですが買って光 をきれいにしてやってレンズを使って平行 な光を作ってあります でそれをこのハーフミラーで2つに分けて 片方を指すように当てて片方をその 基準の平面を作る 参照ミラーと呼ばれるものに当てて帰って きたもの同士をここで 島を作ってやるという構成を取ります なんでこんな綺麗なに
(27:06) 波がというのは進んでいくと言えるのかと いうところですが ちらっと触れましたけどもホイヘンスの 原理と呼ばれるものが知られていますこれ はある瞬間のハメン位相が揃った面です けどもから新しい新たな球面上の救命篇が 発生すると考えてその9面の無数の救命派 の崩落線ここで言うとこの先っぽの面です けどここが新たな羽目になっていくこう いう風にして光というのは進行していくん ですよということが知られていますこれが ホイヘンスの原理と呼ばれるものですこれ はあの平面だけに限らず 球面でも同様ですこの右側の救命波真ん中 からこう球面上にふわーっと広がっていく 場面があったとした時にやはりある瞬間の 9面の破面上に新たな小さな 救命波を作ってやってその先っぽの 崩落面が次の羽目になっていてどんどん 進んでいくということが行われています
(28:11) つまりこれ実は 破面の進行方向とハメンというのは必ず 垂直になる直行するということが言える わけです 同様にもう一つ お知らせしようと思う 原理がございます フェルマーの原理と呼ばれる原理が光の 業界ではございます フェルマーの最終定理で有名なフェルマー さんですけどもある点Aから点bに進む光 は光学的な距離が最短となる経路を通るん ですよそういうことが知られています つまりこのAからBに光が至るときこんな でたらめな経路を通るのではなくてもう まっすぐズドンといきますよというのが フェルマーの定理になります これは例えば 反射の法則を考えると分かりやすいんです がこのAからBに至るときにここの鏡を 反射していくとまっすぐ行くんであれば こう行けばいいんですけども 鏡を反射していく場合はどういうところが 最短になるかと考えるとこれはこのAを鏡
(29:17) で打つ反対側に持ってきてやって ダッシュからBに直線を引いてやると ちょうどそこが最短距離になりますよと つまりこういうことになります これ今ここがあのこことここが同じ角度な のでこことここが同じ角度になってここと ここは同じ角度になるつまりこの 垂線に対して同じ角度で2倍の角度の方向 に向かって反射するよといういわゆる反射 の法則が ちょうど成り立つ関係になるということに なります レンズを使ったような高額系でも同様な ことが起きますただしこの反射の法則の 場合は 幾何学的な距離で 差し支えなかったんですがここに書きまし た光学的な距離というものを使うことに なります このレンズで言うとこの真ん中の方とこの 薄い 斜めに行ったもの明らかにこの外側を通る 方が遠いんですが 光学的にはこれは同じ距離になりますと 言いますのもレンズのガラスの屈折率が
(30:23) 1.5ぐらいだいたいありますのでこの 真ん中のレンズが厚いところを通るとより 長い距離を通ったことに相当する逆に端の 方の薄いところを通ると 遠回りしたように見えて実はあまり進んで いないということが起きましてこれら実は この前半とレンズの中と後半を 足し合わせるとこの全てのコードは同じ 距離になりますよということになります ここで重要なのは同じ距離ですので同時に 到着しますよつまり 位相も同じで到着しますよということが 言えるわけですこれが 反面光の反面がどう進んでいくかという イメージになっていくんですが 反面は進行方向とハメて垂直になってます よそこで光1点から出発した光が他の一点 に到着するときに必ずこうまず9面で進ん でいって何か平行にされると平面になって そこでまたレンズで 絞られると救命になってこう進んでいく こういうことが 起こってきますまっすぐな反面はそのまま
(31:26) 進んでいくとまっすぐと平面だったり 球面だったりしますがそのまま進んでいく ところが何らかの影響で見出されたりした 場合にはその見出されたまま進みますので その見なされた波を調べることで途中の 経路の情報が得られるんだということに なります これで何か計測ができそうなんですけど大 問題が一つあります 狩りの振動というのが早すぎて直接観測 できないという大問題があります例えば音 なんかはもしかすると 科学館なんかでこう スチレンの玉とかがパイプに入ったところ で音がバーっとなると震えてるとこと震え てないとこっての見えますよというのを 実験を見られたことあるかもしれませんが 光はなかなかそんなことを あの実験はそうか天才肌だったら見えなく はないまあいいやとにかく光の 波というのは早すぎて直接観測できない わけですが最初の方に触れました赤色の光 で500テラヘルツというものすごい高速 で振動を繰り返してます そこでどうするかというところで同じ波長 の光を持ってきてそれに対して進んでいる
(32:31) か遅れているかを調べましょうということ が行われますその調べたい光とそれと同じ 波長をの光と重ね合わせてお互いに影響さ せ合うことによって調べるということで光 干渉計測という技術が使われているという のがやっとたどり着きました光鑑賞系の 基本になります これあのこの光が早すぎて直接観測でき ないというのが問題ですので実はこの光が 直接観測できるようになりましたらこの光 干渉技術というのは不要になりますなので そんな技術ができて欲しいと思いつつでき ないで欲しいなと思っているところですが まあちょっとなかなか500テラヘルスな のは非常に早いので難しいかなというふう にまだまだ難しいかなと思っております ちょっとだけ 算数の話をしたいと思いますが今 めちゃくちゃ早くてわからないよと言い ましたけども光の振動キャリアは電磁波 ですので電場の振動ちょっと難しい数学 ですがこんな数式で表されますこの
(33:36) エクスポネンシャルというのでここに 虚数Iが入ってるの実はご存知の方ご存知 と思いますがコサインとかサインを 組み合わせたもので 並々になるんですけどもその電場2つの光 が 互いに干渉するというのはこの電場が 足し合わせされるということを意味します のでそういう計算をガサガサガサとして いくと実は光環境系というのはこの cosやらされる並々をここに光の通って きた距離の差をコサインにかけることで 繰り返しの明暗が行われる起きるという ことが起きてるんですよというのが数学的 な光観賞の取り扱いになります これあの実はこの並々を取り扱うとcos sincostanの世界になるんですが こういう関和公式和席公式というのをご 記憶かもしれません 鑑賞形というのは実はこの関和公式その ものになってますと言いますのはこの
(34:41) コサインで見ますと cosの波とcosの波を掛け合わせる ことによって足したものと引いたものが出 てきますよと いうのがこのセキュア方式の使い方なん ですけども先ほどの電場の振動というのを 見ていただきますとここのところに最初に ご紹介したNewではなくてFという形で 周波数を書いていますがこの 差を取るという 操作をすることによってこの 周波数の成分がここで消えてしまいます つまりものすごく高速に振動していたと いう現象を同じ 波を重ね合わせることによってその ものすごい高速を止めることができた いうのがこの 鑑賞技術の 算数としての表現になりますそしてこう いうことでやっとこの鑑賞島が見えるよう になったと 測りたい光というのがこちらにあってそれ と重ね合わせるための 参照となる光をこちらで作り出すとそれを
(35:47) 重ね合わせることでこのシマシマが見え ますよとこれは最初に今ご紹介したように ハメンの乱れ 仮面の乱れのことをつまり位相の乱れ 位相の年内の村ですのでこれを位相分布と 呼ぶこと呼んでおります これはこの通ってきた途中の経路光が通っ てきた途中の経路の長さの分布を表すもの になりますこれをよく 我々 厚労調査の分という風に表現しますそう いう光が通ってきた経路の 村を知るものが 干渉計測技術になります主な干渉計例えば こんなものがございます先ほどご紹介した この十字バッテンの形のしたものは マイケルソン鑑賞系とよく言われますが トワイマングリーン鑑賞系とも呼ばれる 技術になりますあるいはこういうフィズを 鑑賞系というタイプそれからマッハ フェンダー鑑賞系というタイプいろんな ものが知られますがいずれもまず最初に レーザー光があってそれを2つに分けて
(36:53) 片方だけ何か 測定したいものに当てるありがとう通す その後で2つを合わせてここで 干渉を見るというまず光を2つに分けて 元に戻すということになっております この後 観賞島をどう解析していくかというところ を少し飛ばしてそこのところを本当はご 紹介したかったところではあるんですが ちょっと実例を最後にご紹介していきたい と思いますと言いながらその位相の感謝状 の解析のところをざっと通していきますと これをシマシマを一掃シフト法という方法 で 解析していまいきますこの 乱れた反面を 基準の光を少しずつずらしながらどういう 光が 理想の 差を光の比較していくということを行い ますそうするとこのシマシマ模様が ほとんど同じなんだけどちょっとずつこの 明暗が異なるという4枚の画像が取れます この4枚の画像を2番目と4番目の差それ
(38:02) から1番目と3番目の差を取ってその 割り算をしてアークタンジェントつまり tanの逆関数ですが通してやると それぞれの位相の分布が分かりますよと いうのが 位相シフト法になりますただし移送という のはマイナスパイからπで計算されて しまいますのでそれをなだらかに接続する とリソース接続という操作をすることに よってこの 場面がこういうものだったなということを 知ることができるようになります というところで プレイ紹介を最後にさせてしたいと思い ますこれは最初にお見せしたモヤモヤと島 が動いてる例なんですけどこれはちょっと 特殊な技術を使ってまして 移送シフトなんですが 波長を変えるという技術を使っています 課長操作高原という レーザーの波長ちょっとだけ制御を動かす ことができるそういうレーザーがござい ましてそうすると位相シフト 位相を変えるということと同じ 操作が同じ作用が得られます そこで一層シフトと同じように
(39:09) 緩衝磁場がこう動いていくということをし てこれをすることによって これ実はあの光学結晶と光学ガラスを 重ね合わせたような形状資料なんですが これの表面の形とこの間の面の形それから 一層目の光学結晶の厚さの村とを同時に 測るというそういう技術になりますそんな ことも可能になりますよとまたこれは ちょっと 先ほどの2つに分けるということを言って ました3勝目を使って 片方参照光にするということにしまして 言いましたがそうではなくて調べようと する場面自体をただしちょっとそれを横 ずらししてそれを比較対象にしようという シェアリング鑑賞という技術になります これでもいろいろなレンズの形とかを測る ようなことができましてと上の方がその シェアリング鑑賞という技術で使った 図った例ですけどもこういうちょっとこれ は 粗悪と言いますか不良品のレンズを測った 例なんですが
(40:13) シマシマがこうなんか 綺麗じゃないですけどもそれがどういう形 だったかということを調べることもできる とこれは 双曲面レンズを測った例ですけどもこんな 形にこれで言うとその球面からの差が出て くるんですが 球面を図ることもできます これはちょっと特殊な例になりますけども 先ほど 位相が乱される 反面が見出される原因を場面が乱されれば 何でも測れますよというお話をしました その平行な光がこう反面がこう進んでいっ てる真ん中のところでこれは何だったかな 超高強度レーザー レーザーを使った実験をしてここに プラズマを発生させてやるということをし た時の現象です プラズマなんかをするとそこのところの 屈折率が急激に変わってそこで破面が 大きく乱されますが 乱されるんですけどもそれを鑑賞計測した という 例になりまして プラズマの密度を測るというようなことに も
(41:14) 応用可能ですそのようなことで 反射面の 凸凹を 精密に測るだとかこう何かを通してその 投資した何かの性質だとか ムラとかを測るということでしかもそれを 波長オーダーで測れるんだというのがこの 光干渉技術でございました ということで最後まとめてみたいと思い ます光のナミはメモリ間隔が数百メートル 程度長さが数メートルのものさしとして 使えるそういう計測の基準になるものなん ですよでただしそれを使うためには光干渉 技術というものが必要になります 光の面というのは光の進行方向にこう進ん でいってますがその反面が見られる 理想分布が生じるということでそれを 調べることでいろいろな計測が 応用できますそれを調べる時には 位相シフト校など精密に 解析する技術がたくさん今今日は忙しかっ たご紹介しませんでしたが他にもいくつか の方法がございますこの位相の村を
(42:20) 精密に知ることは可能になっておりますの でいろいろな精密な計測に 応用可能だということでもし何かこんな ものもしかしてこの場面で測れないのかと いうのはご質問ですとかご要望ございまし たらお気軽にお問い合わせいただければと いうふうに思います今日のお話以上ですお 付き合いいただきましてどうもありがとう ございました
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