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
Last Updated :2025/02/13

■研究者基本情報

学位

  • 博士(工学), 北海道大学

Researchmap個人ページ

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

  • 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

  • Frequency-modulated continuous-wave laser radar using dual vertical-cavity surface-emitting laser diodes for real-time measurements of distance and radial velocity
    Seiichi Kakuma
    OPTICAL REVIEW, 24, 1, 39, 46, OPTICAL SOC JAPAN, 2017年02月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), A frequency-modulated continuous-wave (FMCW) laser radar capable of real-time displaying the distance to a target object and its radial velocity as their corresponding frequency spectra is developed. The system employs a pair of oppositely frequency-swept verticalcavity surface- emitting laser diodes (VCSELs). This makes possible simultaneous detection of beat signals induced by the increment (up-ramp) and decrement (down-ramp) in laser frequencies. By mixing these two beat signals, their sum and difference frequencies are directly obtained without arithmetic processing such as averaging and subtraction. Results of the test experiments adopting axially moving block gauges as target objects show that both the distance and given velocities are accurately determined from the spectrum of the frequency mixer.
  • High-resolution frequency scanning interferometry with a linearly chirped vertical-cavity surface-emitting laser Diode               
    Seiichi Kakuma
    Proceedings of International symposium on optomechatronic technology 2016, 2016年11月
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Frequency scanning interferometry with nanometer precision using a vertical-cavity surface-emitting laser diode under scanning speed control
    Seiichi Kakuma
    OPTICAL REVIEW, 22, 6, 869, 874, OPTICAL SOC JAPAN, 2015年12月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), Frequency scanning interferometry technique with a nanometer precision using a vertical-cavity surface-emitting laser diode (VCSEL) is presented. Since the frequency scanning of the VCSEL is linearized by the phase-locked-loop technique, the gradient of the interference fringe order can be precisely determined using linear least squares fitting. This enables a length measurement with a precision better than a quarter wavelength, and the absolute fringe number including the integer part at the atomic transition spectrum (rubidium-D-2 line) is accurately determined. The validity of the method is demonstrated by excellent results of block gauge measurement with a root mean square error better than 5 nm.
  • 線形光周波数走査面発光半導体レーザによるブロックゲージ寸法計測
    覚間 誠一
    精密工学会学術講演会講演論文集, 2015, 7, 8, 公益社団法人 精密工学会, 2015年
    日本語, 面発光型半導体レーザを光源とする光周波数走査干渉計によりブロックゲージの寸法の精密測定を行った。干渉縞位相復調値のばらつきの影響を抑えるため、位相復調値から位相勾配をフィティングにより算出して位相のランダム誤差の影響を低減している。呼び寸法からの測定誤差は光波長以下となった。
  • Frequency scanning interferometry immune to length drift using a pair of vertical-cavity surface-emitting laser diodes
    Seiichi Kakuma, Yasuhiko Katase
    OPTICAL REVIEW, 19, 6, 376, 380, OPTICAL SOC JAPAN, 2012年11月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), In laser frequency scanning interferometry for measurements of absolute lengths, a small drift in the measured length during the frequency scan yields an enlarged offset error in the measured result. Although such an error is unavoidable for an on-site interferometric system, methods for solving this problem have not been developed. We propose a frequency scanning interferometric system immune to the dynamic length change employing a pair of vertical-cavity surface-emitting laser diodes whose frequencies are equally scanned in opposite directions. The offset error is canceled by averaging the two phase shifts of the interferograms obtained from the light sources.
  • 半導体レーザ・発光ダイオードを用いた炭鉱抗内用メタンガス濃度測定器の開発
    覚間 誠一
    Journal of the Vacuum Society of Japan, 55, 8, 377, 382, 日本真空協会, 2012年, [招待有り]
    日本語, 研究論文(学術雑誌), A practical method for measuring methane gas concentration in a mine is developed. The method is based on near infrared absorption technique, where a laser diode (LD) and a light emitting diode (LED) are used as light sources. The resolution better than 0.1- is successfully achieved, and the electricity consumption less than 6W, which is about one tenth of that of other current methods using a halogen-lamp.
  • 面発光型半導体レーザ顕微干渉計による微小物体の精密形状計測
    覚間 誠一, 片瀬 康彦
    精密工学会学術講演会講演論文集, 2011, 810, 811, 公益社団法人 精密工学会, 2011年
    面発光型半導体レーザを光源とする波長走査型顕微干渉計を構築した。このシステムでは機械的走査を行わずに微小試料の形状を精密に計測することができる。原子吸収線波長マーカーを用いて干渉次数を決定すれば、ナノメートル精度で試料形状を計測できる。実験では200ミクロン四方の金属立方体を測定試料とした。
  • Resolution Improvement in Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser Diode Interferometry Based on Linear Least-Squares Estimation of Phase Gradients of Phase-Locked Fringes
    Seiichi Kakuma, Yasuhiko Katasey
    OPTICAL REVIEW, 17, 5, 481, 485, OPTICAL SOC JAPAN, 2010年09月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), A frequency scanning interferometer using a vertical-cavity-surface-emitting-laser diode (VCSEL) capable of wide-frequency scanning has been constructed for precise distance measurements. The frequency scanning velocity of the VCSEL has been stabilized by the phase-locked loop technique, which enables us to precisely determine the phase gradient of the scanned interference fringe by linear least-squares fitting. In our test measurements, the absolute lengths from 8 to 14mm have been measured with a resolution of nearly sub-micrometer. Compared with a conventional frequency scanning interferometer using a Fabry-Perot laser diode, the resolution of length measurement has been improved by two orders of magnitude.
  • 1600nm帯VCSELを利用したメタンガス測定
    野田和俊, 覚間誠一
    資源・素材, 2010, 6, 2010年
    日本語, 研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
  • Practical and Sensitive Measurement of Methane Gas Concentration Using a 1.6 mu m Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser Diode
    Seiichi Kakuma, Kazutoshi Noda
    SENSORS AND MATERIALS, 22, 7, 365, 375, MYU, SCIENTIFIC PUBLISHING DIVISION, 2010年, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), Methane (CH4)-based natural gas is increasingly being used as city gas. Since CH4 gas is explosive, accurate and sensitive CH4 gas concentration sensors are required. We have developed practical and sensitive equipment for measuring the methane gas concentration based on infrared (IR) absorption by sweeping light with a 1.6 mu m wavelength emitted from a vertical-cavity-surface-emitting-laser diode (VCSEL). This method can be used to measure the CH4 concentration with a resolution better than 0.1% and is unaffected by the wavelength drift of the light source.
  • 波長走査半導体レーザによる高精度長さ測定
    覚間 誠一, 片瀬 康彦
    光アライアンス, 20, 12, 41, 45, 日本工業出版, 2009年12月, [招待有り]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • 本質安全な高感度メタンガスセンサの開発
    野田和俊, 覚間誠一, 内田景己, 村瀬良治, 大倉均, 丹羽博一, 嶋村清隆
    資源・素材, 2009, 2, 2009年
    日本語, 研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
  • 材料科学計測のためのレーザ干渉精密測長技術
    覚間誠一
    まてりあ, 46, 1, 3, 8, The Japan Institute of Metals and Materials, 2007年01月, [招待有り]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Measurement of Methane Gas Concentration Using a 1600nm Band Infrared LED
    NODA Kazutoshi, OKAJIMA Hideki, KAKUMA Seiichi, UCHIDA Kagemi, WAKIMOTO Yasuo
    ITE Lett Batter New Technol Med, 8, 5, 555, 558, 2007年, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • レーザメタン計を利用した坑内中の微量ガス測定
    野田和俊, 覚間誠一, 岡島秀樹, 内田景己, 村瀬良治, 船木幸治, 脇本靖雄, 大倉均
    資源・素材, 2006, 5, 2006年
    日本語, 研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
  • 1600nm帯LEDを用いたメタンガス濃度センサーの開発
    岡島秀樹, 覚間誠一, 内田景己, 脇本靖雄, 野田和俊
    資源・素材, 2006, 39, 2006年
    日本語
  • Measurement of methane gas concentration using an infrared LED
    H. Okajima, S. Kakuma, K. Uchida, Y. Wakimoto, K. Noda
    2006 SICE-ICASE INTERNATIONAL JOINT CONFERENCE, VOLS 1-13, 5986, +, IEEE, 2006年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), This paper describes a simple method to measure methane (CH4) gas concentration using an infrared LED (wavelength=1.6 mu m). Recently, CH4 based natural gas is increasingly being used for city gas. However, CH4 gas is hazardous to gas explosion, so that accurate and convenient concentration sensors of CH4 are required. We have developed an infrared absorption system for measurement of CH4 gas concentration. Our method is simpler and more user-friendly than existing measurement methods. The gas concentration is associated with the absorption, the optical path length and the absorption intensity. CH4 molecule has absorption bands in the infrared region (near 1.3 mu m, 1.6 mu m, 3.3 mu m and 7.6 mu m) and the infrared LED can access the CH4 absorption band in the wavelength region of 1.6 mu m. For the purpose of development of concentration sensor of CH4 gas, examination about the sensing property of absorption of CH4 by the difference of its concentration is performed, and it reports briefly.
  • 水晶振動子の金属電極を利用した簡易湿度測定
    伊藤 洋樹, 大塲 良次, 覚間 誠一
    日本設備管理学会誌, 17, 2, 86, 90, 日本設備管理学会, 2005年09月, [査読有り]
    日本語
  • The Development of a Thin Metal Film Electrode for a Quartz Crystal Microbalance for Improved Sensitivity in the Measurement of Humidity
    NODA Kazutoshi, ITOH Hiroki, KAKUMA Seiichi
    ITE Lett Batter New Technol Med, 6, 3, 219, 222, 2005年06月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • LEDを利用した赤外線式メタンガス測定法の一考察
    野田和俊, 岡島秀樹, 覚間誠一
    資源・素材, 2005, 25, 2005年
    日本語, 研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
  • Measurement of methane gas concentration by detecting absorption at 1300 nm using a laser diode wavelength-sweep technique
    K Noda, M Takahashi, R Ohba, S Kakuma
    OPTICAL ENGINEERING, 44, 1, 014301.1-014301.6, SPIE-INT SOCIETY OPTICAL ENGINEERING, 2005年01月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), We develop a simple piece of equipment for measuring methane (CH4) gas concentration based on IR absorption by sweeping the wavelength of light emitted from a laser diode (LD). The principle of IR absorption enables the selective measurement of CH4 gas by detecting an absorption line that appears around 1300 nm in the specific absorption spectrum of CH4. Our method is simpler and more user-friendly than existing measurement methods that involve a measurement system equipped with a cell filled with a known concentration of CH4 gas and a lock-in amplifier. The results of measurements using 220- and 660-mm measurement cells show that CH4 gas concentration is proportional to absorbance within a concentration range of 5 to 90 vol %. It is also found that our measurement system can selectively measure only the concentration of CH4 in city gas, which is composed of a mixture of flammable gases. Moreover, a simple technique for removing humidity using silica gel and calcium chloride reduces the influence of relative humidity. These results represent performance superior to other CH4 measurement methods currently in use. (C) 2005 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.
  • Atomic transition spectra markers for accurate frequency-modulated continuous-wave laser distance-meter
    S Kakuma, R Ohba
    OPTICS COMMUNICATIONS, 239, 4-6, 445, 454, ELSEVIER SCIENCE BV, 2004年09月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), Atomic transition spectra are adopted to improve accuracy of a laser distance-meter based on frequency-modulated continuous-wave technique. A pair of lines in hyperfine structure of rubidium (Rb)-D-2, atomic absorption spectrum are employed as stable frequency markers to calibrate the frequency sweep span of the measuring laser. To locate spectral peaks, the third derivative of the absorption signals taken by frequency scanning the laser is numerically gained using the sampled Lamb-dip profiles. The effectiveness and the utility of the present method are demonstrated by excellent results of block gauge length measurements. In spite of a sweep span (similar to7 GHz) which is much narrower than that of a distance-meter system employing a wide-tunable external cavity laser diode, a relative error of 2.8 x 10(-4) (sigma = 28 mum) at 100 mm is obtained. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • Detection of humidity by Quartz Crystal Microbalance method using thin metal base
    H Ito, S Kakuma, R Ohba, K Noda
    SICE 2004 ANNUAL CONFERENCE, VOLS 1-3, 635, 639, SOC INSTRUMENT CONTROL ENGINEERS JAPAN, 2004年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), The sensitive humidity sensor by Quartz Crystal Microbalance (QCM) using thin metal base is presented. A humidity change is detected by an oscillation frequency change depending on the mass of the absorbed H2O molecules. As a basic characteristic, the sensitivities of platinum base was 2.56%/Hz in relative humidity range from 20 to 25%RH (20 degrees C), and 0.36%/Hz in relative humidity range from 80 to 85%RH (20 degrees C). Thus we conclude that platinum base is suitable material for a practical humidity sensor.
  • Improved Uncertainty of Optical Frequency Domain Reflectometry Based Length Measurement by Linearizing the Frequency Chirping of a Laser Diode
    Seiichi Kakuma, Kohhei Ohmura, Ryoji Ohba
    Optical Review, 10, 4, 182, 184, Optical Society of Japan, 2003年, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), Length resolution of optical-frequency-domain-reflectometry (OFDR) is improved by reducing the chirping fluctuation of a laser diode. The fluctuation is detected as the frequency deviation of a beat signal from a reference interferometer, which is used as the control signal for servo-control of the laser diode (LD) drive current. As a result of the effective chirping stabilization, chirping span limited-resolution is achieved. In addition, use of a block gauge as the path difference of the reference interferometer enables the OFDR system to improve accuracy of the length as well as the resolution.
  • Practical Accurate Optical Ranging Based on Polarization Self Modulation of a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Diode
    Seiichi Kakuma, Ryoji Ohba
    Optical Review, 10, 6, 511, 513, Optical Society of Japan, 2003年, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), A self-mixing type range finder is proposed using the polarization self modulation phenomenon of a vertical-cavity surface-emitting laser diode, in which the polarization mode switches between two inherent modes of the laser diode. The length to be measured is determined from the switching frequency, the accuracy of which is quite excellent with a relative error of less than 10 ppm. Experimental results prove that the present method is feasible as a practical and highly accurate ranging technique.
  • 光位相同期ループ干渉法--光周波数測定による長さ計測 (特集 フィードバック干渉計)
    覚間 誠一, 大場 良次
    光技術コンタクト, 39, 8, 493, 500, 日本オプトメカトロニクス協会, 2001年08月, [招待有り]
    日本語
  • Influence of unparallel grating planes in Talbot interferometry with cross gratings of different spatial frequencies in two directions
    Q Liu, S Kakuma, R Ohba
    APPLIED OPTICS, 39, 16, 2653, 2657, OPTICAL SOC AMER, 2000年06月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), The effects of an arbitrary small inclination between two cross gratings on the moire fringes in Talbot interferometry are discussed when the frequencies of the grating differ in two perpendicular directions. We show that the small angles, alpha and beta, by which the beam-splitter cross grating is rotated around the two axes parallel to the two perpendicular line directions of the cross grating, have a greater influence on the moire fringes with cross gratings than that with one-dimensional gratings. A simple and practical detection method for the angles between the two unparallel grating planes in Talbot interferometry is also proposed. The theoretical analyses are proved by experimental results. (C) 2000 Optical Society of America OCIS codes: 120.1880, 120.3180, 120.4120.
  • Effects of unparallel grating planes in Talbot interferometry. II
    Q Liu, R Ohba, S Kakuma
    APPLIED OPTICS, 39, 13, 2084, 2090, OPTICAL SOC AMER, 2000年05月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), The properties of the moire fringes in Talbot interferometry are analyzed for a small inclined angle beta between the two grating planes, which is produced by rotation of the beam splitter grating about the axis perpendicular to the lines of the sating. Theoretical analyses indicate that the tilt angle of the resultant moire fringes is less sensitive to beta than when the small inclined angle is formed by rotation of the beam splitter grating about the axis parallel to the lines direction of the grating as described earlier [Appl. Opt. 38, 4111 (1999)] and that contrast of the moire fringes decreases with an increase in beta or in the spatial frequency of the grating and may result in impaired measurement accuracy. The validity of the theoretical analyses is illustrated by experiments. (C) 2000 Optical Society of America.
  • Mode switching oscillation of an external cavity laser diode and its application to length measurement
    S Kakuma, J Hoshii, R Ohba
    APPLICATIONS OF PHOTONIC TECHNOLOGY 3, 3491, 891, 896, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 1998年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), An external cavity laser diode system is proposed for a double mode light source, in which the oscillation mode can also alternately switch between TE- and TM-modes. An external cavity laser diode system is implemented to oscillate periodically switching between a TE- and a TM-mode in the identical frequency. The system is applied to length measurement. Accuracy of the measurement is quite excellent with the relative error of +/- 0.0100 %, and proves that the present method is one of highly accurate practical non-contact length measuring means. In the present paper, we present both its principle and results of the experiments.
  • Active heterodyne interferometric displacement measurement using optical feedback effects of laser diodes
    N Takahashi, S Kakuma, R Ohba
    OPTICAL ENGINEERING, 35, 3, 802, 807, SPIE-SOC PHOTOPTICAL INSTRUMENTATION ENGINEERS, 1996年03月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), A novel method is presented for precision displacement measurement based on active heterodyne interferometry. A pair of laser diodes, each of which is equipped with an external cavity, are used as light sources. A small displacement of a piezoelectric transducer, which carries the reflecting mirror of the external cavity, causes lasing frequency shift due to optical feedback on the laser diode. Detection of the optical frequency shift is accomplished by a heterodyne arrangement. Direct counting of the heterodyne beat frequency enables precise measurement of a dynamic displacement without any complex numerical calculation. Excellent performance of the presented method is illustrated by experimental results on the measurement for small displacement with an accuracy of +/-5 nm and a time resolution of 33 ms. (C) 1996 Society of Photo-Optical instrumentation Engineers.
  • Fast frequency shift of laser diode by optical short pulse irradiation               
    R. Ohba, S. Rahardjo, S. Kakuma, N. Takahashi, T. Suzuki, T. Tanaka
    Application s of Photonic Technology 2, (G. A. Lampropoulos and R. A. Lessard eds.), 69, 74, 1996年, [査読有り]
    英語
  • Precision displacement measurement by active heterodyne interferometry using optical feedback effects of laser diode
    N Takahashi, S Kakuma, R Ohba
    17TH CONGRESS OF THE INTERNATIONAL COMMISSION FOR OPTICS: OPTICS FOR SCIENCE AND NEW TECHNOLOGY, PTS 1 AND 2, 2778, 1151, 1152, SPIE - INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 1996年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • FREQUENCY CONTROL OF A LASER-DIODE BY A PHOTOTHERMAL EFFECT AND ITS APPLICATION TO FREQUENCY STABILIZATION
    S KAKUMA, K MISHIMA, R OHBA
    OPTICAL ENGINEERING, 33, 9, 2992, 2996, SOC PHOTO-OPT INSTRUM ENG, 1994年09月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), The frequency of an AlGaAs laser diode (LD) was controlled by using a photothermal effect. If intensity-modulated light from a heating LD is focused on the active domain of another LD, a heat spot changes the effective cavity length of the LD and thus modulates the lasting frequency. For frequency stabilization, frequency shift is detected by a Fabry-Perot etalon, and it is compensated for by controlling the intensity of the heating LD via a proportional-integral-derivative controller. The highest stability obtained is 2.6 x 10(-11) (tau = 10 s), which is an improvement of 2 to 3 orders of magnitude over the free-running state. In this method, the concurrent intensity modulation is much smaller than in the current modulation method.
  • FREQUENCY STABILIZATION OF A LASER-DIODE BY PHOTOTHERMAL FEEDBACK ON ACTIVE LAYER DOMAIN
    S KAKUMA, K MISHIMA, R OHBA
    16TH CONGRESS OF THE INTERNATIONAL COMMISSION FOR OPTICS : OPTICS AS A KEY TO HIGH TECHNOLOGY, PTS 1 AND 2, 1983, 10, 11, SPIE - INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 1993年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • 横磁場を用いた安定化レーザーの周波数安定度とResettability
    田中 敬一, 覚間 誠一
    計測自動制御学会論文集, 27, 3, 263, 267, The Society of Instrument and Control Engineers, 1991年
    Frequency stability and resettability of two stabilized 633nm He-Ne lasers are measured. The lasers are trial manufactures by a domestic production company. The laser is set in transverse magnetic field and generates intramode beat, the frequency of which is used for stabilizing the laser by thermal control. It has a quartz oscillator as a frequency standard. An iodine stabilized 633nm He-Ne laser is used as an sbsolute standard of optical frequencies. Beat frequency between the standard and test lasers are measured by a frequency counter. Each of the two test lasers shows frequency fluctuation of 1MHz peak to peak and frequency stability is estimated to be 2×10-9 for 6 to 8hrs measurements. For one of them the frequency monotonically decreased up to 35MHz during repeated mesurements for 3 months. The two test lasers showed a frequency difference of about 70MHz each other.
  • SUBNANOMETER SENSING BY A WAVE-LENGTH LOCKED LASER DIODE
    R OHBA, UEHIRA, I, S KAKUMA
    SENSORS, 263, 268, ADAM HILGER LTD, 1991年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • INTERFEROMETRIC DETERMINATION OF A STATIC OPTICAL-PATH DIFFERENCE USING A FREQUENCY SWEPT LASER DIODE
    R OHBA, UEHIRA, I, S KAKUMA
    MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, 1, 6, 500, 504, IOP PUBLISHING LTD, 1990年06月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Frequency stability of simple commercial he-ne laser for practical length standard
    Keiichi Tanaka, Seiichi Kakuma
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 813, 311, 312, 1987年01月01日, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), Very rapid development of micro-electronics and optics, which stems from computer engineering or optical communication technology, has activate people, who engage in laser metrology or nanometer technology. Recently, several simple commercial wavelength stabilized gas lasers have been developed and widely used for scientific research and production engineering. Under the present situation, some people, who are developing stabilized lasers or using a length measuring laser interferometer, seriously feel necessity of absolute wavelength calibration of their stabilized lasers or to own their wavelength standards. © 1987 SPIE.

その他活動・業績

講演・口頭発表等

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

  • 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, 基盤研究(C), 北海道大学, 競争的資金, 20560030
  • 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, 奨励研究(A), 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
    覺間 誠一, 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, 奨励研究(A), 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, 一般研究(B), 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, 試験研究(B), 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, 試験研究(B), 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, 試験研究(B), 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, 試験研究(B), 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, 一般研究(B), 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, 一般研究(C), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 01540208

産業財産権