Whispering gallery mode resonance based​ sphere measurement

This study proposes a new method of measuring the micro-sphere based on the analysis of whispering gallery modes (WGMs). WGM is a light propagation mode in a sphere. A whispering gallery light wave (standing wave) is generated on the circumference of the sphere. Different WGMs will be excited in the sphere depending on the incident wavelength, resulting in a wavelength spectral fingerprint that is related to the sphere shape (diameter, distortion). For example, the diameter of the micro-sphere (φ200 μm) could be determined as accurately as 5 nm. 

Y. Kobayashi, M. Michihata, et. al.: “Radial mode number identification on whispering gallery mode resonances for diameter measurement of microsphere”, Measurement Science and Technology, vol.30, no.6 (2019) 065201.

doi: https://doi.org/10.1088/1361-6501/ab1241

​M. Michihata, et. al.: “Measurement of stylus-probe sphere diameter for micro-CMM based on spectral fingerprint of whispering gallery mode”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, vol.63, no.1 (2014) pp.469-472. 

​doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.02.002

この研究では、Whispering gallery mode(WGM)を用いてマイクロ球の形状や直径を計測する原理の確立を目指しています。WGMとは、球内を伝搬する光のモードの1つで、下図のように球の円周上を伝搬します。波長が円周長と一致すると共鳴し、定在波が発生します。このWGMが発生する光の波長を測定・解析することで、球の形に関する情報を取得できます。例えば、現在、約200 μm程度の球の直径を5 nm程度のばらつきで測定可能です。

道畑正岐 他：マイクロスケール標準球計測に向けたWhispering gallery mode共振の安定的励起計測システムの開発，日本機械学会論文集, vol.85, no.880（2019）19-00226

doi: https://doi.org/10.1299/transjsme.19-00226

道畑正岐 他, Whispering Gallery Mode共振を用いたマイクロ球の直径計測，精密工学会誌, vol.84, no.1 (2018) pp.77-84.
doi: https://doi.org/10.2493/jjspe.84.77​