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覺間　誠一 (カクマ　セイイチ)

工学研究院　応用物理学部門　光波動量子物理工学分野助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（工学）, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 半導体レーザ
  • 距離測定
  • 光帰還
  • 波長連続走査
  • ヘテロダイン法
  • 干渉計
  • 複合共振器構造
  • 平渉計
  • 光ビート周波数
  • ヘテロダイン
  • 微小変位測定
  • 微小段差
  • 光周波数
  • 光周波数変調
  • 光印加
  • 天体スペクトル
  • 波長ロックレ-ザダイオ-ド
  • ビート信号
  • 周波数シフト
  • 強制振動子法
  • スペックル
  • バンド内緩和
  • 天体スペックル
  • スペックル干渉
  • 光ファイバセンサ
  • 2重星
  • 分光法
  • 固有値問題
  • 歪センサ
  • 光ビ-トカウント
研究分野
  • ナノテク・材料, 応用物理一般
  • ナノテク・材料, 光工学、光量子科学
  • 自然科学一般, 天文学
  • 情報通信, 計算科学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2010年04月 - 現在
    北海道大学大学院工学研究院, 応用物理学部門, 助教
  • 2007年04月 - 2010年03月
    北海道大学大学院工学研究科, 量子物理工学専攻, 助教
  • 1996年04月 - 2007年03月
    北海道大学大学院工学研究科, 量子物理工学専攻, 助手
  • 1988年04月 - 1996年03月
    北海道大学工学部, 応用物理学科, 助手
学歴
  • 1986年04月 - 1988年03月, 北海道大学大学院工学研究科, 応用物理学専攻, Division of Applied Physics
  • 1982年04月 - 1986年03月, 北海道大学工学部, 応用物理学科, Department of Applied Physics
委員歴
  • 1992年04月 - 1994年03月
    応用物理学会北海道支部, 庶務幹事, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 講演・口頭発表等
■ 主な担当授業
  • 応用物理学実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用物理学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 所属学協会
  • 精密工学会
  • 日本光学会
  • 応用物理学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • レーザ式ガス分析機器における光学ノイズ低減の研究
    2023年11月 - 2025年09月
    覚間誠一
    研究分担者
  • レーザ吸収分光法における高周波変調の効果検証
    2018年04月 - 2023年04月
    覚間誠一
    研究代表者
  • スマートパーティクルセンシングデバイスの開発
    科学研究費助成事業
    2012年04月 - 2015年03月
    野田 和俊; 岩森 暁; 覚間 誠一
    大気中の浮遊粒子状物質（SPM）について水晶振動子を利用した微量天秤測定手法（QCM）を応用して、特別な付加装置を使用することなくSPM を電極表面へ付着させるリアルタイム計測手法を開発した。SPM が付着しやすい高分子膜を検討し、プラズマ重合膜などの利用が可能であることを明らかにした。また、これらの素子を活用して、有効な測定流量と測定時間の関係を明らかにした。吸着したSPMを走査型電子顕微鏡での表面観察とエネルギー分散型X線分析による組成分析で特性を明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 独立行政法人産業技術総合研究所, 24510110
  • 非接触型活性酸素モニター手法の調査と実験的検証
    受託研究（再委託）
    2013年04月 - 2014年03月
    覚間誠一
    研究代表者
  • 微小試料の段差・歪み量を並列測定する光周波数走査顕微干渉システムの開発
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2008年 - 2010年
    覺間 誠一
    平成21年度では、はじめに昨年度の波長走査性能を確認した面発光型半導体レーザ(VCSEL)を2個使用し、それぞれの発振周波数を逆方向に同時走査させる機能を持つ電流駆動回路を設計・製作した。光路揺らぎの影響を除去して長さを安定に測定するにはそれぞれの周波数走査量を合致させる必要があり、昨年度製作したブロックゲージによる基準干渉計を使用した。すなわち本干渉計から出力される干渉縞位相のシフト量が一致するように各電流走査量を調節する。この状態でピエゾ素子を光路中に組み込んだ干渉計(被験長さ10mmを含む)からの2つの干渉縞位相シフト量の平均演算を行ったところ、ピエゾ素子で与えた光路揺らぎの影響が大幅に低減し、安定に長さを測定できることが実証された。これと同時に、両位相シフト量間の差分を取ったところピエゾ素子による光路変動の時間波形が検出され、本研究の目的の一つである物体変形量の検出が基本的には可能であることがわかった。次に手動で行っていた周波数走査幅調節を自動制御で行うことを目的に、位相同期ループ(PLL)技術を応用した電流自動調整回路(1回路)を設計・製作した。本回路の動作試験を行ったところ、基準干渉計の干渉縞位相が外部基準クロックに位相同期されており、良好に動作していることが確認された。本システムによれば干渉縞位相の勾配が時間的に一定になるため、最小自乗フィッティングで求めた勾配...
    文部科学省, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 北海道大学, 競争的資金, 20560030
  • 積分球式ガスセルを用いるメタンガスセンサの低濃度ユニット開発
    受託研究
    2007年08月 - 2008年03月
    覚間誠一
    研究代表者
  • 赤外線LEDを用いるメタンガスセンサーの低濃度ユニット試験・製作
    受託研究
    2005年04月 - 2007年02月
    覚間誠一
    研究代表者
  • 高感度簡易型可燃性ガス測定手法の開発
    北海道ガス大学助成制度
    2005年04月 - 2006年03月
    覚間誠一
    北海道ガス株式会社, 研究代表者
  • 二周波数差検出による距離測定用合成波長干渉計の開発
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1998年 - 1999年
    覚間 誠一
    本研究の目的は、長さ測定のための従来の干渉縞位相復調法によるレーザ干渉法に新たに零位法方式を導入して、干渉縞強度が最大値を維持するように2台のレーザ(半導体レーザ)の発振周波数をロックし、測定長さを2つのレーザ光の差周波数として高感度に検出することにある。本年度では、2台の波長780nm半導体レーザに周波数変調を与えながら干渉縞強度を位相敏感検波することにより干渉縞微分信号を得て、前年度で手動で行っていた干渉縞強度ピークへの周波数同調操作を自動制御で行い、光周波数差情報を安定に得る実験を行った。干渉計光路差を1mまでの範囲内で変えながら光周波数差を測定した結果、およそ3ないし4桁の精度で長さを決定できることが実証できた。またこのとき半導体レーザ周波数の揺らぎ幅は約100kHz以内であり、周波数ロックシステムの動作状態はほぼ期待通りの性能で動作していることも確認できた。この有効桁数を増加させるためには、1次の縞次数周波数間隔の周波数差ではなく、より拡大した次数差間の周波数差を測定する方法が有効である。そこで本研究では周波数測定システムの測定可能な範囲内においてこの方法を試行し、次数拡大が長さ測定の精度向上にとって有効であることを確認した。すなわち本研究で提案された方法を実験的に検証するという所期の目標は十分に達成できたと考えられる。さらにこの手法を効果的に実現するためには、光周...
    文部科学省, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 10750041
  • 複合共振器型半導体レーザを用いた微小変位測定法の開発
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1995年 - 1995年
    覚間 誠一
    本研究の目的は、通常は干渉計測に有害であるとされる半導体レーザへの光帰還効果に着目し、逆に本効果を積極的に利用することで100分の1波長以下の非常に微小な測定対象物体の移動を高精度、高安定かつ容易に計測する新しい方法の開発にある。まず測定の基本原理となる半導体レーザに反射鏡により光帰還を行った時の発振スペクトル変化の特性について実験を行った結果、発振周波数の決定条件が帰還光の位相に依存し、反射鏡とレーザ出射端面とで形成される複合共振器の共振周波数で発振周波数が決定されていること、 および発振スペクトル幅にも光帰還により狭窄化効果が生じることを確認した。特に後者では、光帰還時のスペクトル幅は自由発振時の約10〜100分の1にまで減少することがわかり、発振周波数変化をヘテロダインビ-トから求める際により有利な条件を与える。次に本手法の変位検出システムとしての性能を検証すべく、反射鏡位置を電歪素子にて微小に移動させ、同時に生じる発振周波数変化を局部発振半導体レーザとの光ビ-ト周波数から測定したところ、反射鏡移動に比例して発振周波数が線形にシフトし、変位量を周波数変化として検出できることが確認された。ただしその分解能、精度の制限要因は本手法の場合、使用する半導体レーザ自体のもつ周波数ドリフト、および帰還光路内の空気揺らぎによる周波数変動の2つに大別され、特に前者は長時間の観測時間内の...
    文部科学省, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 07750068
  • 光印加による半導体レーザ光周波数の高速変調
    科学研究費補助金(一般研究(B))
    1994年 - 1995年
    大場 良次; 覚間 誠一
    本研究は、光印加による半導体レーザ光周波数変復調方式について、理論的に予想されるキャリアのバンド内緩和による超高周波域での変調機構について、その新しい光周波数変調方式の上限周波数を実験的に明らかにすることを目的とする平成6、7年度に亘る2か年計画の研究である。具体的には、連続的に発振する半導体レーザの活性層に外部から数100GHzあるいはそれ以上の周波数の電磁波(サブミリ波〜遠赤外光)ないし、極短光パルスを照射することにより、活性層の屈折率を変えてレーザ共振器の光路長を変化させて波長を変調する、新しい光周波数変調方式の上限周波数を実験的に明らかにする。まず計画初年度の平成6年度では研究計画に従い、光印加方式による半導体レーザ光周波数変調の上限周波数を実験的に明らかにするための方法を考案して実験システムを設計した。次に、現有の光学実験設備と新たに購入したパルス駆動半導体レーザとを用いて、実験システムを構築した。このような実験システムの構築に並行して、光印加による半導体レーザ光周波数の変調現象を利用したいくつかの実験を実施し、得られた結果の一部については学術雑誌あるいは学術講演等により公表した。計画最終年度の平成7年度には、連続発振する半導体レーザの活性層にパルス幅ns以下の光パルスを照射したときの半導体レーザの発振周波数のシフトを、先に構築した実験システムにより、新たに考案した...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 06452136
  • 超大規模行列に対する固有値解析アルゴリズムの開発とそのパッケージ化
    科学研究費補助金(試験研究(B))
    1993年 - 1995年
    矢久保 考介; 中山 恒義; 覚間 誠一; 水野 誠司; 高野 元宏; 矢久保 考介
    理学・工学における多くの問題は、行列の固有値問題を数値的に解くことに帰着できる。最近の計算機ハードウェアの急速な進歩とはうらはらに、超大規模行列の固有値計算を実行するアルゴリズム(ソフトウェア)開発には大きな進展が見られないのが現状である。本研究は、10^7×10^7を越える超大規模行列の固有値解析を可能とする新しいアルゴリズムを開発し、そのアルゴリズムが様々な分野に対応できるようにパッケージ化することを目的とするものである。このアルゴリズムは、最近我々によってフラクタル系の格子振動問題などを解析するために開発された数値計算法を基礎としている。本研究では、この方法の一般性に着目し、一般的な複素エルミート行列の固有値解析に利用できるようにアルゴリズムの拡張・改良を行った。また大規模系の動的相関関数の計算アルゴリズムも開発した。本研究で開発されたパッケージ・プログラムは、ハードウェアの新しい流れである並列処理機構に極めて適していることを実証した。このことは、扱う行列が大規模であっても、スーパーコンピュータを利用することで超高速で精度の高い結果を得ることができることを意味している。本研究の成果は、固有値問題や相関関数の一般性から考えて、理学・工学で広く用いられることになろう。
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 05555026
  • 光周波数追従式干渉形光ファイバセンサの開発
    科学研究費補助金(試験研究(B))
    1993年 - 1993年
    大場 良次; 覚間 誠一
    半導体レーザの光周波数を光ファイバで構成される千渉計のセンシング腕の光路長にロックすることにより、その光路長変化をディジタル的に精密に計測することにより、従来の千渉計測では困難であった静的ないし極低周波の歪を検出する原理に基づく光周波数追従式干渉形光ファイバ歪センサの原型モデルを設計し、その期待精度、安定性限界を理論的に検討した。さらに、提案した動作原理の妥当性を実証するために実験を行った。すなわち、2台の独立な半導体レーザを用いて、まず一方のレーザの光周波数をセンシング用光ファイバの光路長にロックしてその変化に追従させ、次にその光を、波長安定化したもう一方のレーザ光と混合して、混合光の強度中に発生するビート信号をマイクロ波周波数カウンタを用いて計数することにより、センシング用レーザの光周波数の変化をきわめて精密に決定することに成功し、動作原理の妥当性を実証した。さらに、同センサの原型モデルを実際に製作し、その特性測定を実施した。これらの成果の一部は、既に専門学術図書、各術雑誌、国際会議、学術講演会等で公表している。本研究で開発された新しい千渉形OFSの原理は、種々のOFSに応用が可能である。今後は差し当たり、民間等との共同研究により、石油精製業等の装置産業の工場配管網の故障診断、予防保全を目的として、分布型歪センサを開発する計画である。
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 05555018
  • 天体スペックル分光カメラの開発
    科学研究費補助金(試験研究(B))
    1992年 - 1993年
    馬場 直志; 磯部 〓三; 覚間 誠一; 三浦 則明
    地上からの天体観測においても、高空間分解能の分光を可能とする天体スペックル分光カメラの開発に成功した。本装置を国立天文台岡山天体物理観測所188cm望遠鏡に取り付けて観測を行い、以下の成果が得られた。1.単位星であるαPerとγCasを観測し、Hα近傍のスペクトル再生を達成した。特に、αPerのスペクトル・プロファイルを従来のスリット分光によるプロシオンのプロファイルと比較し、Hα吸収線に関し整合性があることを示した。すなわち、従来のスリット分光法で行われてきたスペクトルの定量解析が、スペックル分光法によっても十分可能であることを明らかにした。2.角距離で0.26秒離れている2重星ADS12973のスペクトルを分離再生し、それらのHα吸収線が両星の相対位置に相応してシフトしていることを示した。すなわち、天体の対物スペクトルが高空間分解能で得られることを明確に示した。3.Be星として知られているφAndのスペックル分光より、主星にはHαの輝線が見られるものの、主星から0.53秒角離れている伴星にはHαの吸収線があることを見い出した。このことは、天体をポイントバイポイントで、異なったスペクトル分布を再生できることを明瞭に示している。今後の定常的観測により、更に多くの新しい知見が得られるものと思われる。暗い天体へのスペックル分光の適用には、光子計数型検出器が不可欠で、早期に光子計数...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 04554002
  • 光周波数追従式干渉形光ファイバセンサの開発
    科学研究費補助金(試験研究(B))
    1990年 - 1990年
    大場 良次; 覚間 誠一; 植平 一郎
    干渉形光ファイバセンサ(OFS)では、被測定量の変化を光ファイバで構成される干渉計ア-ムの光路長の変化に変えて、干渉計で検出する。干渉計を用いる計測法においては、通常、測定値が干渉縞の移動量で与えられるので、その分解能は1/10干渉縞程度に制限される。このような干渉形のセンサで分解能を上げるためには、1以下の干渉縞の移動を高精度かつ高安定に計測する新しい方法の開発が不可避である。本研究では、干渉計における信号光と参照光の位相差が常に一定になるように、光源の光の波長(光周波数)を追従させながらその周波数を計測する新しい方法の原理を実証し、精度および安定度の限界を明らかにし、実用的な干渉形OFSの新しい方式を確立することを目的として、以下の各項を実施した。1.光周波数追従式干渉形光ファイバセンサの原型モデルの設計、2.同センサの期待精度、安定性限界の理論的検討、3.光周波数追従式干渉型光ファイバセンサの動作原理の実証、4.同センサの原型モデルの製作、5.原型モデルによる特性測定の実施。その結果、(1)光周波数追従式光ファイバセンサが原理的に可能であること、(2)期待精度は例えば〜cmの変位に対して8ないし9桁で、サブナノメ-タの分解能が容易に達成できること、が理論的・実験的に確認できた。これらの結果の一部については、学会で既に発表済みであり、また、本研究の取りまとめを今秋英国で開...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 02555006
  • 光印加による半導体レ-ザ光周波数変調
    科学研究費補助金(一般研究(B))
    1989年 - 1990年
    大場 良次; 覚間 誠一; 植平 一郎
    本研究は、連続的に発振する半導体レ-ザの活性層に外部から強度変調されたバンドギャップ光を照射することにより、活性層の屈折率を変えてレ-ザ共振器の光路長を変化させ、波長を変調する新しい光周波数変調方式の基本的特性を明らかにすることを目的とする、平成元、2年度継続の研究である。平成元年度には、(1)光印加変調現象の理論解析と、(2)実験システムの設計・構築と、それによる基礎実験を実施した。その結果、理論的にはキャリアのバンド内緩和機構により〜10^<13>Hz程度の変調が可能であるとの予測が得られた。また実験システムの設計・構築を完了し、それにより半導体レ-ザ光周波数光印加変調の予備実験を実施して、光印加による周波数変調現象を実際に確認した。平成2年度には、(1)前年度に完成した実験システムを用いて、光印加による光周波数変調実験を引き続き実施して理論解析の結果と対比しつつその限界を見極める。また、(2)半導体レ-ザ光周波数光印加変調方式の特性と性能限界を予測する。さらに、(3)本方式を応用するコヒ-レント光通信システムの基礎実験や、本方式に基づくセンサ原理の開発を行う、の3点を目的として研究を実施した。その結果、半導体レ-ザ材料屈折率の光照射による変化に関して、その変調光強度依存性ついて検討を加え、その機構が〜100kHz以下では光熱作用に、〜GHz以下ではキャリアのプラズマ効果...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 01460079
  • 高空間分解能天体分光システムの開発
    科学研究費補助金(一般研究(C))
    1989年 - 1990年
    馬場 直志; 三浦 則明; 三浦 則明; 磯部 〓三; 覚間 誠一; 馬場 直志
    地上から通常の天体観測法では、大気ゆらぎのために天体像は劣化し、高空間分解能で分光を行うことは難しかった。本研究では、大気ゆらぎがあっても望遠鏡の回折限界情報を得る方法の一つである、スペックル天体干渉法の技術を、低分数分光に適用し、高空間分解能で天体の対物プリズムスペクトルを抽出することを目的とした。1990年2月に、岡山天体物理観測所188cm望遠鏡に、我々が開発したスペックル分光カメラを取り付けて観測を行った。このとき、点状星であるζーTauを観測し、この星のデ-タ解析から、分散スペックル像より対物プリズムスペクトルの抽出を行った。このことは、大気によって乱れた低分数スペクトルを、適切なデ-タ処理で再生可能なことを示唆している。また、2重星であるADS16836の観測デ-タ解析より、主星および伴星のスペクトルを分離抽出できることを示した。これは、高空間分解能で、天体のスペクトル情報が得られるということを意味しており、本研究の目的の大部分が達成できたといってよい。1990年11月の観測では、分散素子としてプリズムの代りに、ロンキ-グレ-ティングを用いることも行った。これはイメ-ジワンダ-によるスペクトル再生の誤差を抑制するためであった。しかし、天候不順のため、有意な比較検討できるまでには至らなかった。以上の他に、デ-タ解析アルゴリズムの改善を行い、shiftーandーadd...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 01540208
■ 産業財産権