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MAIL INTERVIEW

メールインタビュー

東京大学

所属機関名

東京大学大学院理学系研究科附属 超高速強光子場科学研究センター
Center for ultrafast intense laser science, school of science, the University of Tokyo

 

VirtualLabに関心をお持ちいただいたきっかけ

展示会での営業

 

導入の決め手

自分が数値計算するより高度な計算が可能だと感じたから
I felt that it was possible to perform more advanced simulation than I could do with numerical calculations using python or IGOR software.

 

VirtualLabを使用された人数

1名。

 

使用頻度

約1か月間集中して使用。

 

VirtualLabを使用された研究テーマ

「高パワーレーザー共振器の設計と熱、機械効果の解析」

 

研究テーマに対する評価結果

我々は、レーザー加工と分光計測への応用を目的とした高パワー高繰返しフェムト秒レーザー発振器の開発のために、イッテルビウム固体結晶をレーザー媒質とした共振器を設計して、その実装を行いました。レーザー共振器から発生したパルスは、1秒あたり2x108 個程度のサブピコ秒パルスを発生した結果、40 kW以上のピークパワーを達成しています。今回用いたレーザー媒質は、ファイバー結合したレーザーダイオードを用いて励起しましたが、レーザー媒質における非線形光学効果が予想以上に強かったため、設計した共振器の構成を調整した結果、1ピコ秒以下のパルス幅のモード同期レーザーパルスを得ることが出来ました。今後、レーザー共振器内にピエゾ素子によって高速駆動するミラーを設置して、光検出器で測定したレーザー繰返し信号を基準周波数と比較して同調するようにフィードバックすることによって共振器の周波数安定化を試みて、分光計測への応用を展開する予定です。

 

下記内容に関する評価結果と所感

「高パワーレーザー共振器の設計と熱、機械効果の解析」
単純な共振器の解析までようやく出来たというところで、ソフトウェアの使い方を理解するのが難しいと感じた。レーザー共振器の光学設計ができれば良いと考えていたが、大型で複雑な共振器のビーム伝搬をこのソフトウェアで設計するのは難しいと感じた。また、ベースとなる光学設計ソフトでは、レーザー共振器内でのパルス幅の変化や非線形光学効果によるビーム径の変化などは現時点でシミュレーションすることは難しく(もしくは非常に大きな計算コストを用意する必要があり)、現実のレーザー共振器の設計に耐えうるものではないと感じた。
それに対しては、チュートリアルの数を増やして、いろいろなサンプル例を閲覧できると大変ありがたい。個々のレーザー媒質に関する主要なデータをソフトウェア上に持っていてくれるとありがたい。現時点で何が出来て何が出来ないのかよくわからない状態で使っていたため苦労した。

 

上記の解析で苦労された点と上手くいかなかった点

このテーマに適用するには、ソフトウェアの使い方に慣れるための時間が必要だと感じた。単純な系についての解析方法は理解することができたが、共振器の光学素子の配置が自分の直感と異なっており、目的の共振器の光学系を配置すること自体、非常に難しいと感じた。本来は、共振器内の光による光学素子や機械部品の温度変化が与える影響について知見を得たいと思っていたが、そこまで実装する方法を理解するに至らなかった。

 

上記以外でVirtualLabを用いて解析された内容とその結果

「フェムト秒レーザーパルスの伝搬解析」
入力のフェムト秒パルス波形が、分散媒質中でどのように変化するかについてシミュレーションを行なった。単純な系であったが、結果は予測された通りに得られた。

 

使用される中で感じられたVirtualLabの良いところ

ポテンシャルが非常に高いこと。ただ、使いこなすのが難しい。最適化など有用なツールが付いていること。

 

使用される中で感じられたVirtualLabで改善が必要なところ

3Dビューでの光学系の配置を見ながら、光学系を動かせると良いように感じた。多くの光学系が平面内に配置されることを考えると、2Dビューがリアルタイムで見えるだけでも構わない。

 

今後VirtualLabに期待されること

個人が使いこなすことは簡単ではないと思う。ユーザーを多くして、ユーザーコミュニティーが新たなアプリケーションを提供し合って、チュートリアルを増やすことによって、多くにユーザーがこのソフトのポテンシャルをフルに利用できるようになるのではないかと思う。

東京工業大学

所属機関(大学名)と研究室名

東京工業大学・小山研究室

 

VirtualLabに関心をお持ちいただいたきっかけ

YouTubeでDOEに関する内容を確認したこと。

 

導入の決め手

DOEに関する研究を進めやすいため。

 

VirtualLabを使用された人数

1名。

 

使用頻度

約1か月間集中して使用。

 

VirtualLabを使用された研究テーマ

「広い範囲を掃引できるビームスキャナ」

 

研究テーマに対する評価結果

我々はソリッドステート式LiDARで超広角、高解像度を実現するため、1D DOEを実装した対向方向伝播ビームスキャナを提案、実証しました。6mmの対向方向伝播スキャナを作製し、対称な視野角8.7°~ 61.4°、-61.8°~ -8.7°の7個のスポットを生成するDOEを用いました。右、左発光スキャナのビーム強度の変動はそれぞれ、35%と38%です。約0.0023°の狭いビーム発散角のおかげで、1D ビーム走査で4,000点を超える記録的な解像度を得ました。2mmの対向方向伝播ビームスキャナを併用することで、-8.7°~8.7°の視野角を補うこともできました。また、視野角を123°まで強化しました。視野角の間隔をより簡単に埋められるように、PL波長を増やすことやディップ波長を減少させることを含めてウエハー構造の変更方法も議論しました。2Dビーム走査でそのアプリケーションの展望を説明しました。視野角 (ϕ×θ) >35°× 123°、60,000点を超える総解像度が予想されます。波長可変の種光源を用いてスキャナの積分可能性についても示しています。完全に電動かつ超小型スキャナモジュールを実現するための前途有望な道を提示しました。


We proposed and demonstrated the counter-propagation beam scanners equipped with 1D DOE to realize ultra-large field of view and high-resolutions for solid-state LiDARs. We fabricated 6mm-long counter-propagation scanners and used a 7-spot DOE to cover symmetrical FOV of 8.7° to 61.4° and -61.8° to -8.7°. The beam intensity fluctuation of right- and left-emitting scanner is 35% and 38% respectively. Thanks to the narrow beam divergence of around 0.023°, we obtained the record resolution points of over 4,000 in 1D beam scanning. Through cooperating with 2mm-long counter-propagation beam scanner, the FOV gap from -8.7° to 8.7° could be covered. It also further enhanced the total FOV to 123°. The wafer structure modification method including increasing the PL wavelength and reducing the dip wavelength was also discussed to cover the FOV gap more conveniently. Besides the prospective of its application in 2D beam scanning was illustrated. The FOV (ϕ×θ) of >35°× 123°and the total resolution number of >60,000 could be expected. We also showed about the scanners’ integrability with a tunable seed laser source. It offered a promising path to realize absolutely electrically-driven and ultra-compact scanner module.

 

申請書に記載いただいた下記解析希望内容に関する評価結果と所感

「DOE 設計と回折パターンのシミュレーション」
シミュレーションソフトウェアを使用して、DOE の事例を設計しました。また、その回折パターンもシミュレーションしました。DOE を通過することで、単一スポットを元の入力光と同じスポットサイズの三つのスポットに分岐させることができます。このレポートで述べている実験でもこの三つのスポットに分岐させる DOE を適用しています。この DOE を用いて近軸のシミュレーションを行えば、良好な結果を得られると思います。しかし、この DOE を非近軸アプリケーションのテストで使用すると、シミュレーションに非常に多くの時間とメモリーを要します。特に入射角を変更すると、メモリー消費量が大きくなり過ぎてシミュレーションすることができませんでした。そして、データを観測する方法は少し複雑です。もっとエクセルデータのようにしたほうが良いと思うし、そうすれば、他のプログラミングソフトウェアに簡単に挿入することができると思います。


「DOE design and diffracted pattern simulation」
By using the simulation software, an example of DOE was designed. Its diffracted pattern was also simulated. Through the DOE, a single spot could be split to three spots with same spot size as original input light spot. In the experiment described in this report also applies this 3-spot DOE. We use the DOE to do the near axis simulation, it could give good result. However, when we used the DOE to test non-paraxial application, it takes much long time and much memory to do the simulation. Especially, when the incident angle was changed, the memory cost is getting too large to be simulated. And the data observation method is a little complex. It should more like excel data and could be easily inserted to other programming software.

 

上記の解析で苦労された点と上手くいかなかった点

今回シミュレーションしたい光源は、sizeが1mmから5um、ビーム広がりが0.05°から20°です。ソフトウェア内に搭載されている光源のなかで、上記のような光源がなさそうでした。光源からopticsへの入射角度の調整が難しかったです。

 

使用される中で感じられたVirtualLabの良いところ

操作ガイダンスがあること。テクニカルサポートに丁寧な答えをもらえること。

 

使用される中で感じられたVirtualLabで改善が必要なところ

Ray tracingに関する機能をもっと開発したほうがいいと感じました。

PAPER

論文

日本大学

"GdFeCo フェリ磁性合金薄膜における全光型磁化反転の電気的検出と電流制御"

笠谷雄一, 吉川大貴, 塚本新

電気学会研究会資料(マグネティックス研究会), 2021(MAG-21-099)

 

技術資料