マイクロ光ファイバーを用いた微小気泡・液滴計測の高精度化と医療計測への展開

利用微型光纤提高微气泡和液滴测量的精度及其在医学测量中的应用

基本信息

批准号：
13J02476
负责人：
水嶋祐基
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

エネルギー・環境問題に加えて，わが国では後期高齢者の増加に伴う医療へのニーズがますます高まることが想定される中，計測の機能・精度・実用に対する要求はより増していく．これら要求を満たすため，これまで開発してきた気泡・液滴計測用光ファイバープローブ（以下OFP）に流速測定・分光測定・温度測定・集光の機能を選択的に付与可能な多機能型マイクロOFPを提案することを本研究の目的とする．当該年度において，フェムト秒パルスレーザー（以下FPL）による非熱的マイクロプロセスの物理的作用について実験を行った．透明材料とみなした水，アセトン，エタノール各液体中にFPLを集光照射，集光点での非線形光学現象を高時空間分解計測（<1 [ps], <10 [μm/pixels]）した．すると，FPLの照射直後（<400 [ps]）にFPL集光部でフィラメント状の影（FPLの非線形光学領域，約100 [μm]）が観察された．このフィラメント長さはFPLのパルスエネルギーと液体のイオン化傾向（バンドギャップ）に依存して決定される，「加工深さ」である．すなわちFPL導波路の電離度が加工精度と密接に関わっていることが証明された．上記結果を踏まえて，FPL加工を施した新規OFP（Fs-TOP）による気液検出精度を大幅に向上させた．すなわち，OFP加工を行う雰囲気を空気中，水中とした場合のFs-TOPの性能について比較検討した結果，水中で加工した場合の方が気液検出の不確かさが空気中の場合の2倍ほど改善されることが明らかになった．これは空気の粒子密度やイオン化傾向が水よりも低く，フィラメント長が短くなることで熱溜り（プルーム）が形成，加工部の微細な焦げつきがセンシングの不確かさを生んだことによる．以上の成果はいずれも世界初の試みであり，FPLの物理現象から実用スケールの加工法に至るまでを分野横断的に研究した．

除了能源和环境问题外，随着日本老年人数量的增加，对医疗服务的需求将增加，对测量功能，准确性和实际使用的需求将增加。为了满足这些要求，这项研究的目的是提出一个多功能的微OFP，可以为光纤维探针（OFP）提供流速，光谱，温度和光收集的功能，以测量已经开发到现在已经开发的气泡和下降（以下简称为OFP）。在今年，我们使用飞秒脉冲激光器（以下称为FPL）进行了实验对非热微景的物理效应。将FPL收集到被认为是透明材料的水，丙酮和乙醇的每种液体中，并且在聚焦点处的非线性光学现象以高时空分辨率（<1 [PS]，<10 [μm/pixels]）测量。然后，在用FPL（<400 [ps]）照射后，在FPL光冷凝截面上观察到类似细丝的阴影（FPL的非线性光学区域，大约100 [μm]）。该细丝长度是根据FPL的脉冲能量和液体电离趋势（带隙）确定的“加工深度”。换句话说，已经证明，FPL波导的电离程度与处理精度密切相关。考虑到上述结果，使用FPL处理的新OFP（FS-TOP）的气体液体检测精度已得到显着提高。换句话说，当OFP处理的大气是空气或水时，我们比较并检查了FS-TOP的性能，发现气液检测的不确定性在水中加工时的改善是水中的两倍。这是因为空气的颗粒密度和电离趋势低于水的颗粒密度和电离趋势，并且灯丝长度变短，导致热量池（羽毛）（羽毛），并且加工部分的细燃烧会在感应中产生不确定性。以上所有结果都是世界上的首次尝试，我们对FPL的物理现象进行了跨学科研究，以实用规模处理方法。