高次機能ナノチューブファイバレーザー光源の開発と先端光計測技術への展開

• Project/Area Number: 20H00350
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 西澤 典彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30273288)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 周 英 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80738071) ; 北島 将太朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80850544) ; 榊原 陽一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (40357091) ; 山中 真仁 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90648221)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000); Fiscal Year 2023: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2022: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2021: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2020: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
• Keywords: 高機能レーザー / 超短パルス / 応用光学・量子光工学 / ファイバレーザー / 光周波数コム / 光断層計測・OCT / 高性能レーザー

Outline of Research at the Start

超短パルスファイバレーザーは，最も安定で実用的，且つポテンシャルの高い超短パルス光源であり，光周波数コムやバイオイメージング，レーザー加工等のレーザー応用技術に広く活用されて来ている．今後，レーザーおよびその応用技術の進展のためには，更なる高機能光源の開発や新たな展開が不可欠である．本研究では，これまでの申請者の研究を更に発展させ，カーボンナノチューブ等を用いた高次機能超短パルスファイバレーザー光源の開発と先端光計測技術への展開を行う．

Outline of Annual Research Achievements

1. Tm-Ho超短パルスファイバレーザーを用いた波長2um帯広帯域光源の開発とOCTイメージング
これまでに開発してきた単層カーボンナノチューブを用いたTm-Ho超短パルスファイバレーザーの高度化を進めた．更に，出力をTm添加ファイバ増幅器で増幅し，長波長側に波長シフトをさせたソリトンパルスを高非線形ファイバに結合し，波長2um帯における広帯域光（スーパーコンティニューム光，通称SC光）の生成に成功した．次に，開発した波長2um帯のSC光源を，新長波長用の光断層計測(通称OCT)システムに導入し，波長2um帯における光断層イメージングを行った．さらに人指の皮下組織や歯等について，断層イメージングを行い，他波長のシステムでの結果と比較し波長依存性を解析した．その結果，水分含量の少ないサンプルでは低散乱性のため高侵達化が確認された．また人指の皮下組織において，汗腺が背景雑音を抑え，高コントラストに見えることを確認した．
2. 全偏波保持ファイバレーザーを用いた高速デュアルコム分光システムの開発
これまでに開発してきた全偏波保持ファイバレーザーを用いたデュアルコムシステムにおいて，安定なcw-LDと二つのコム出力が生成するビート信号を安定化することで二つのコムの位相同期を図り，安定なデュアルコム分光計測を実現した．開発したシステムを用いてHCNやCH4の高感度で高分解能な吸収分光計測を高速に行うことができた．また，平均化処理によって信号対雑音比を大きく向上することができた．
3. 本研究の検討・総括
研究期間全体における本研究の内容を検討し，本研究の総括を行った．

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Tunable quasi-supercontinuum generation in a 1.7 um spectral band for spectral domain optical coherence tomography (2023)
  • Author(s): Yign Chen, Masahito Yamanaka, and Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: Optics Continuum Volume: 2 Issue: 9 Pages: 1941-1949
  • DOI: 10.1364/optcon.498160
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Speckle-Reduced OpticaCoherence Tomography Using a Tunable Quasi-Supercontinuum Source (2023)
  • Author(s): Yign Chen, Masahito Yamanaka, and Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: Photonics Volume: 10 Issue: 12 Pages: 1338-1338
  • DOI: 10.3390/photonics10121338
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Advancement of All Polarization-Maintaining Dual-Comb Using Two Figure-9 Fiber Lasers (2023)
  • Author(s): RyuichiroUsui, Kohei Kato, Kwangyun Jung, Shotaro Kitajima, and Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: ALPS2023 Volume: ALPSp2-39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High resolution and low speckle OCT imaging using quasi-supercontinuum laser source (2023)
  • Author(s): Ying Chen, Shotaro Kitajima, Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: APLS(The 12th Asia-Pacific Laser Symposium) Volume: GW1-03
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mid-Infrared Optical Pulse Generation Using Ultrashort Tm-Ho Fiber Laser and Single-Mode ZBLAN Fiber (2023)
  • Author(s): Jingzhe Zhang, Keisuke Fukazawa, Norihiko Nishizawa, Shotaro Kitajima, Rongjie Zhang, Takeshi Saito, Yin Zhou, Yuichi Sakakibara
  • Journal Title: ALPS2023 Volume: ALPSｐ2-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dispersion-managed Tm-Ho co-doped ultrashort pulse fiber laser using single-walled carbon nanotube and spectral filter (2022)
  • Author(s): K. Fukazawa, Y. Zhou, S. Kitajima, T. Saito, Y. Sakakibara, N. Nishizawa
  • Journal Title: Applied Science Volume: 12 Issue: 23 Pages: 12369-12369
  • DOI: 10.3390/app122312369
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tm-Ho Co-doped Fiber Pulse Laser for Application in Mid-infrared Pulse Generation (2022)
  • Author(s): Jingzhe Zhang, Keisuke Fukazawa, Ying Zhou, Shotaro Kitajima, Takeshi Saito, Youichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: ALPS2022 Volume: ALPSp-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectral Control of Dispersion Managed, Highly-Efficient Tm-Ho co-doped Ultrashort Pulse Fiber Laser at 2 um Using SWNT (2022)
  • Author(s): Keisuke Fukazawa, Ying Zhou, Shotaro Kitajima, Takeshi Saito, Yoichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: ALPS2022 Volume: ALPS3-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of spectral peaking in optical fibers (2021)
  • Author(s): Nishizawa Norihiko、Yamanaka Masahito
  • Journal Title: Optics Express Volume: 29 Issue: 26 Pages: 42876-42876
  • DOI: 10.1364/oe.446074
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of Spectral Peaking in Coherent Supercontinuum Generation (2021)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa and Masahito Yamanaka
  • Journal Title: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2021 Volume: Sth5A.4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and stability evaluation of all polarization-maintaining optical frequency comb based on Figure9 type fiber laser (2021)
  • Author(s): Kohei Kato, Hayato Suga, Masahito Yamanaka, and Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS) 2021 Volume: ALPS-Poster-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Supercontinuum Laser Source at 2 μm Wavelength Using Tm-Ho co-doped Ultrashort Pulse Fiber Laser and OCT Imaging (2021)
  • Author(s): Junya Yamamoto, Masahito Yamanaka, Ying Zhou, Takeshi Saitoh, Youichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Journal Title: Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS) 2021 Volume: ALPS-3-03
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dispersion-managed, high-power, Tm-doped ultrashort pulse fiber laser using single-wall-carbon-nanotube polyimide film (2021)
  • Author(s): Watanabe Kenta、Zhou Ying、Sakakibara Youichi、Saito Takeshi、Nishizawa Norihiko
  • Journal Title: OSA Continuum Volume: 4 Issue: 1 Pages: 137-137
  • DOI: 10.1364/osac.412358
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Periodical spectral peaking on optical pulses in optical fibers (2020)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa and Masahito Yamanaka
  • Journal Title: Optica Volume: 7 Issue: 9 Pages: 1089-1092
  • DOI: 10.1364/optica.398388
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dependence of ultrahigh resolution optical coherence tomography using supercontinuum (2020)
  • Author(s): Nishizawa Norihiko、Yamanaka Masahito、Kawagoe Hiroyuki、Matsushima Miyoko、Mori Kensaku、Kawabe Tsutomu
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 11234 Pages: 1123406-1123406
  • DOI: 10.1117/12.2555913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wavelength dependence of ultrahigh resolution optical coherence tomography using supercontinuum for deep imaging (2020)
  • Author(s): Nishizawa Norihiko、Yamanaka Masahito
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 11521 Pages: 115207-115207
  • DOI: 10.1117/12.2573216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生体応用に向けた広帯域中赤外コム (2020)
  • Author(s): 西澤 典彦, 金 磊, Volker Sonnenschein, 寺林 稜平, 富田 英夫, 山中 真仁, 吉田 賢二, 二宮 真一, 井口 哲夫
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 48 Pages: 286-290
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ファイバレーザーコムの進展 (2020)
  • Author(s): 西澤典彦
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 Volume: 103 Pages: 1089-1096
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Figure-9レーザーを用いた全偏波保持デュアルコムの開発 (2024)
  • Author(s): 臼井 隆一郎、加藤 耕平、Jung Kwangyun、寺林 稜平、北島 将太朗、西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第44回年次大会
• [Presentation] Dual comb spectroscopy measurement using all-olarization maintaining single-cavity SWNT mode-locked dual-comb fiber laser (2024)
  • Author(s): Yifei Zhu, Shotaro Kitajima, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Ultrashort Pulse Fiber Lasers for Deep Tissue Imaging (2023)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa
  • Organizer: CLEO2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Highly functional ultrashort pulse fiber lasers using nonlinear fiber effects and their applications (2023)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa
  • Organizer: Advanced Fiber Laser (AFL) Conference 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Advancement of All Polarization-Maintaining Dual-Comb Using Two Figure-9 Fiber Lasers (2023)
  • Author(s): Ryuichiro Usui, Kohei Kato, Kwangyun Jung, Shotaro Kitajima, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: ALPS2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Real-time, high-resolution OCT using broadband supercontinuum light in the 800 nm wavelength band (2023)
  • Author(s): Tomiki Saibara, Shotaro Kitajima, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: ALPS2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mid-Infrared Optical Pulse Generation Using Ultrashort Tm-Ho Fiber Laser and Single-Mode ZBLAN Fiber (2023)
  • Author(s): Jingzhe Zhang, Keisuke Fukazawa, Norihiko Nishizawa, Shotaro Kitajima, Rongjie Zhang, Takeshi Saito, Yin Zhou,
  • Organizer: ALPS2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High resolution and low speckle OCT imaging using quasi-supercontinuum laser source (2023)
  • Author(s): Ying Chen, Shotaro Kitajima, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: APLS(The 12th Asia-Pacific Laser Symposium)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of optical coherence tomography in 2 um wavelength region using an all-fiberized ultrashort Tm-Ho co-doped fiber laser (2023)
  • Author(s): RONGJIE ZHANG, Junya Yamamoto, Futa Osaki, Shotaro Kitajima, Ying Zhou, Takeshi Saito, Yuichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: APLS(The 12th Asia-Pacific Laser Symposium)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Figure-9ファイバレーザーを用いた全偏波保持デュアルコムの開発 (2023)
  • Author(s): 臼井 隆一郎, 加藤 耕平, Jung Kwangyun, 寺林 稜平, 北島 将太朗, 西澤 典彦
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 波長2um帯光源を用いたTD-OCTの特性評価と他波長帯との比較 (2023)
  • Author(s): 尾崎 楓太, 張 栄捷, 北島 将太朗, 山中 真仁, 齋藤 毅, 周 英, 榊原 陽，西澤 典彦
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 2波長ポンププローブ系による単層カーボンナノチューブフィルムの2波長相互可飽和吸収特性測定 (2023)
  • Author(s): 髙田翔平, 深澤 啓介, 北島 将太朗, 周 英, 榊原 陽一，斎藤 毅, 西澤 典彦
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 全偏波保持Er添加散逸性ソリトンモード同期デュアルコムファイバレーザーの開発と評価 (2023)
  • Author(s): 水津 慶一郎, 北島 将太朗, 榊原 陽一, 面田 恵美子, 片浦 弘道, 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブを用いたTm-Ho超短パルスファイバレーザーの高度化 (2023)
  • Author(s): 深澤 啓介、 北島 将太朗、 斎藤 毅、 周 英、 榊原 陽一、 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
• [Presentation] Mid-infrared Pulse Laser Source Based on Tm-Ho Co-doped Fiber Laser Pumped ZBLAN Fiber (2023)
  • Author(s): 張 敬哲、 深澤 啓介、 北島 将太朗、 周 英、 齋藤 毅、 榊原 陽一、 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブを用いた全偏波保持散逸性ソリトンモード同期Er添加デュアルコムファイバレーザーの開発と評価 (2023)
  • Author(s): 水津 慶一郎、 北島 将太郎、 榊原 陽一、 面田 恵美子、 片浦 弘道、 西澤 典彦
  • Organizer: 2023年第70回応用物理学会 春季学術講演会
• [Presentation] 高機能超短パルスファイバ レーザー光源の開発と応用 (2022)
  • Author(s): 西澤 典彦, 北島 将太朗
  • Organizer: 電子情報通信学会 光ファイバ応用技術研究会（OFT）
  • Invited
• [Presentation] ファイバーレーザー事はじめ (2022)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Organizer: OPIE2022 レーザー特別セミナー
  • Invited
• [Presentation] Spectral Control of Dispersion Managed, Highly-Efficient Tm-Ho co-doped Ultrashort Pulse Fiber Laser at 2 um Using SWNT (2022)
  • Author(s): Keisuke Fukazawa, Ying Zhou, Shotaro Kitajima, Takeshi Saito, Yoichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: ALPS2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tm-Ho Co-doped Fiber Pulse Laser for Application in Mid-infrared Pulse Generation (2022)
  • Author(s): Jingzhe Zhang, Keisuke Fukazawa, Ying Zhou, Shotaro Kitajima, Takeshi Saito, Youichi Sakakibara, Norihiko Nishizawa
  • Organizer: ALPS2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ファイバレーザー技術の新展開 (2022)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブを用いた全偏波保持散逸性ソリトンモード同期Er 添加デュアルコムファイバレーザーの開発 (2022)
  • Author(s): 水津 慶一郎, 北島 将太朗, 榊原 陽一，面田恵美子, 片浦 弘道, 西澤 典彦
  • Organizer: 第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブフィルムの可飽和吸収特性測定 (2022)
  • Author(s): 深澤 啓介, 高田 翔平, 北島 将太朗, 周 英, 榊原 陽一, 齋藤 毅, 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 中部支部 若手研究発表会
• [Presentation] Figure-9ファイバレーザーを用いた全偏波保持型光周波数コムの開発と特性評価 (2022)
  • Author(s): 加藤 耕平、 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第42回年次大会
• [Presentation] 複屈折インライン型スペクトルフィルタを用いたTm-Ho共添加SWNT超短パルスファイバレーザーの発振制御 (2022)
  • Author(s): 深澤 啓介、 山本 純也、 周 英、 榊原 陽一、 齋藤 毅、 西澤 典彦
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第42回年次大会
• [Presentation] Development and Applications of Highly Functional Ultrashort Pulse Fiber Lasers (2021)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa
  • Organizer: Frontier of Nonlinear Optics and Nonlinear Optical Spectroscopy, Annual Meeting of the Spectroscopical Society of Japan 2021
  • Invited
• [Presentation] ファイバーレーザーの基礎 (2021)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Organizer: 光とレーザーの科学技術フェア2021
  • Invited
• [Presentation] Highly functional ultrashort pulse fiber lasers using nonlinear fiber effects and their applications (2021)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa
  • Organizer: The third “International Advanced Fiber Laser Conference(AFL 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 複屈折ファイバによるインラインスペクトルフィルタを用いたTm-Ho 共添加SWNT超短パルスファイバレーザーのスペクトル制御 (2021)
  • Author(s): 深澤 啓介, 山本 純也, 周 英, 榊原 陽一, 齋藤 毅, 西澤 典彦
  • Organizer: 第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] Tm-Ho共添加超短パルスファイバレーザーによる広帯域光源を用いた波長2μm帯光コヒーレンストモグラフィ (2021)
  • Author(s): 山本 純也， 山中 真仁， 深澤 啓介， 周 英， 齋藤 毅， 榊原 陽一， 西澤 典彦
  • Organizer: ＯＰＪ(Optics & Photonics Japan)2021
• [Presentation] スーパーコンティニューム生成におけるスペクトルピークの特性 (2021)
  • Author(s): 西澤典彦，山中真仁
  • Organizer: 第68回 応用物理学会 春季学術講演会
• [Presentation] Wavelength dependence of ultrahigh resolution optical coherence tomography using supercontinuum for deep imaging (2020)
  • Author(s): Norihiko Nishizawa and Masahito Yamanaka
  • Organizer: OPIC2020, BISC2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 1.6-1.7 um Wavelength Tunable, All-Polarization Maintaining, Dual-Comb Fiber Laser with Single Wall Carbon Nanotube for Dual Comb Spectroscopy (2020)
  • Author(s): N. Nishizawa, Y. Kanehara, M. Yamanaka, R. Terabayashi, E. Omoda, H. Kataura, Y. Sakakibara
  • Organizer: CLEO2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光ファイバにおけるパルス光の周期的なスペクトルピークの生成 (2020)
  • Author(s): 西澤 典彦、 山中 真仁
  • Organizer: 第81回応用物理学会 秋季学術講演会
• [Presentation] 高機能超短パルスファイバレーザー光源の開発と応用 (2020)
  • Author(s): 西澤典彦
  • Organizer: 第27回レーザー夏の学校
  • Invited
• [Presentation] ファイバーレーザーの進展 (2020)
  • Author(s): 西澤典彦
  • Organizer: 第3回 光材料・応用技術研究会
  • Invited
• [Presentation] Er添加 Figure-9 ファイバレーザーを用いた全偏波保持ファイバレーザーコムの開発 (2020)
  • Author(s): 西澤典彦，菅颯人，加藤耕平，山中真仁
  • Organizer: ＯＰＪ(Optics & Photonics Japan)2020
• [Book] 光と物質の量子相互作用ハンドブック ~第4編量子相互作用とデバイス, 第3章ファイバ増幅器・レーザー～~ (2023)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Total Pages: 933
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860438265
• [Book] 次世代高速光通信に対応する光回路実装, デバイスの開発 ～超短パルスファイバー レーザー光源の開発と光通信波長帯における極短パルス生成～ (2022)
  • Author(s): 西澤 典彦
  • Total Pages: 628
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861049019
• [Remarks]
  • URL: https://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/
• [Remarks] 名古屋大学電子工学専攻・西澤研究室
  • URL: https://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/optelelab/