Development of All Fiber Gas Spectroscopy System Based on Mid-Infrared Tapered Fiber
| Project/Area Number |
19K15463
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
金 磊 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (10825748)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | フッ化物テーパーファイバー / ガスセンシング / 広帯域種光光源 / 中赤外ガス分光 / テーパーファイバー / 光コム |
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| Outline of Research at the Start |
各種分子の強い振動吸収スペクトルがある中赤外域は，科学研究に非常に重要な波長帯であり、世界中で精力的に研究がなされている。本研究では申請者らが中赤外光周波数コムを用いたキャビティーリングダウン分光法(CRDS)をベースして、高分解能安定なオールファイバーガス分光CRDSを実証することを目的とする。中赤外テーパーファイバーを用いることで、エバネッセント光とガス分子の相互作用を利用し、オールファイバーガス分光システムを構築する。テーパーファイバーベースのデザインを実現すれば、研究機関の実験室に限られていた高感度高分解能な中赤外分光法の対象を、一般工場や病院等までに広げることが出来ると期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、石英ガラス材料の中心波長が2um用の光ファイバーおよび中赤外用フッ化物光ファイバーのテーパー加工法を確立した。特に中赤外用光ファイバーである、ZBLANフッ化ジルコニウム(ZrF4)ファイバーとフッ化インジウム(InF3)ファイバーは、通常のファイバーと比較すると、転移点や融点が低いため加工条件が異なる。よって、フィラメント温度とファイバーの引張り速度を検討し、各種の条件とパラメータを最適化した。
ガス分光用中赤外光源を作製するために、1um帯域の広帯域高出力ファイバレーザの開発に成功した。作成したYb添加ファイバレーザは、中心波長 1040nm、 10dB 光スペクトル幅 100nm 以上、平均出力パワー150mW 以上、繰り返し周波数 200MHz、パルス時間幅 3ps の特性を有している。特に種光源における平均出力パワーは、他の研究結果と比較して高出力となっている。
最後に、光ファイバーシミュレーション用ソフトCOMSOLを利用し、中赤外光のテーパーファイバーにおける損失と伝搬特性を解明した。異なるテーパー長やテーパー径を持つファイバーの挿入損失とエバネッセント光の空間分布状況を比較し、計測用の最適なデザインを考案した。そして、加工されたテーパーファイバーを用いて、ガス検出の実験を行い、ガスセンシングの実現に向けて検討した。
今年度の開発の実績に基づき、これからの中赤外オールファイバーガス分光システムの構築が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究計画の目的は、中赤外用テーパーファイバーの製作と伝搬特性の解明である。研究内容は計画通り進み、種光源を試作し、作製したテーパーファイバーを利用し、ガス分光の実験をテストした。
さらに、従来のテーパーファイバーシステムも改善し、加工する際にヒーターの挿入方法およびウォーミングアップをマニュアルからオートへ変更した。これにより、実験用テーパーファイバーは作製がより簡便となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、高精度を持つ1umと2um帯域ファイバー光コムを作って、シードパルスを増幅すると
波長変換の実験を行い、2~3umの中赤外可変光源を実現する。その後は、テーパーファイバーを用いCRDS計測用の高Q値キャビティを構築し、測定用ガスを入れて、出力のリングダウン特性を測定する。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
