成果報告書詳細
管理番号20140000000538
タイトル平成25年度成果報告書 社会課題対応センサーシステム開発プロジェクト (研究開発成果等の他分野での先導研究) ドレスト光子利用センサーシステムの先導研究
公開日2014/9/30
報告書年度2013 - 2013
委託先名特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構
プロジェクト番号P11006
部署名ロボット・機械システム部
和文要約件名:平成25年度成果報告書 社会課題対応センサーシステム開発プロジェクト(研究開発成果等の他分野での先導研究)「ドレスト光子利用センサーシステムの先導研究」

本プロジェクトでは、社会インフラの監視、保護に係る技術として、特にドレスト光子を使った光センサーシステムについての先導研究を行い、実施計画書に挙げた最終目標を達成するとともに、得られた先導研究結果をもとに、本格研究開発に必要な課題を抽出整理した。以下、各研究開発項目の内容と成果について報告する。1.ニーズに適合した光センサーシステムの設計:社会のニーズに適応した光センサーシステムを調査し、その結果、トンネルなどの内部を走行する機器に搭載した発光、受光素子を組み合わせ、トンネル内壁のキズ、空洞などの形状計測、さらには鉄分、塩素分、水分などの成分分析などを可能とする、各センサー部が満たすべき性能を調査した。そのために既存の光源などを組み合わせ基本的なセンサーシステムを作製して実験を行い、データを取得した。最終成果は次の通りである。(1)Siレーザー・受光素子を用いたレーザー超音波法による光センサーシステムの設計仕様を得た。(2)Si LED・受光素子を用いた赤外線検出法による光センサーシステムの設計仕様を得た。(3)将来開発すべき光センサーシステム像、開発すべき光センサーシステムの技術課題・開発内容と目標、及び、開発される光センサーシステムを適用した場合に期待できる具体的効果を明らかにした。2.光センサーシステム用受発光素子の設計:上記1.の光センサーシステムを構築するのに必要な発光素子と受光素子を開発するための必要な事項について調査した。特に省エネルギー化のためにはシリコン系の材料による素子の開発が必須で、それにはドレスト光子の技術が必要不可欠である事を確認し、その後、シミュレーションによる素子設計、素子製作、性能評価を行った。対象としたのは発光ダイオード、パルスレーザ-などである。最終成果は次の通りである。(1)Siレーザー・受光素子を用いたレーザー超音波法による光センサーシステム用Si受発光素子の設計仕様を得た。(2)Si LED・受光素子を用いた赤外線検出法による光センサーシステム用Si受発光素子の設計仕様を得た。3.周辺光学部品材料の表面平坦化装置の設計:発光素子、受光素子以外の必須素子として、マイクロレンズなどの光学部品がある。これらの散乱損失を低減しシステム用受動部品として十分な性能を発揮させるための表面平坦化技術についても検討した。平坦化の基本的実験を行った結果、十分な素子性能となる見通しが得られた。最終成果は次の通りである。(1)合成石英ガラス基板表面の面粗さ0.1 nmを実現するための平坦化装置の設計仕様を得た。(2)プラスチック表面の面粗さ0.2 nmを実現するための平坦化装置の設計仕様を得た。
英文要約Title:Leading research project for the sensor system using dressed photon(FY2013)Final Report

1. Optical sensor system design using dressed photon:User needs were investigated to clarify the specification and issues to be solved on the optical sensor which could make diagnosis for large constructions (tunnels, bridges, buildings as examples) on an ongoing basis. User’s requirements for the system were non-destructive continuous monitoring, remote sensing, autonomously control and so on. The infrared (IR) optical sensor system using dressed photon (DP) technologies was selected as the most suitable one. The basic experiment was tested to detect an inside exfoliation of concrete by using the IR laser. In the results, it was demonstrated that sensitivity of the system was enough with rather simple IR laser system and also demonstrated that the IR laser was available to detect external exfoliation as well. Based on the investigation and the experiments, we designed the specifications of the laser ultrasonic optical sensor system and the IR optical sensor system. And we discussed about the optimal optical sensor system and the targets to be developed at the next stage. 2. Photodetecting and photoemission devices design using dressed photon for sensor systems:Specifications of the photodetecting and photoemission devices were examined to install them in the optical sensor systems mentioned above. It was confirmed that no devices except Si based devices using DP technologies could satisfy the specifications for such optical sensor systems, especially in view of energy saving. The device structures of photoemitting diodes, pulsed lasers and so on were simulated, evaluated and optimized. We obtained the design specifications of a CW Si-laser and a pulsed Si-laser satisfying the requested specifications for the sensor systems by the laser ultrasonic method. And we obtained the design specifications of a Si-LED array including the optics satisfying the requested specifications for the sensor systems by the infrared detecting method. 3. Optimization of the surface polishing using dressed photon for optical components:The DP polishing method was discussed for the optical components, such as light emitting devices, detectors, micro optics and so on, to reduce their scattering loss and to get them work sufficiently. The DP polishing was performed to the optical components and the process was optimized. As the results, the DP polishing process was optimized for the fused silica substrate with surface roughness as small as 0.1 nm. And the DP polishing process for the plastic (PMMA) substrate with surface roughness as small as 0.2 nm. These results made it possible to install optical components in the optical sensor systems with required higher performances.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る