High-resolution broadband direct comb spectroscopy
| Project/Area Number |
21K04930
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
長谷川 太郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (80289305)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
|
|---|
| Keywords | 光周波数コム / 高分解能分光 / コム直接分光 / 二重共鳴スペクトル / 高速偏光変調 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
周波数コム(以後コム)を直接分光の光源とするレーザー分光法は、広帯域・高精度・高速な赤外分光法である。本研究では、これらの特徴に加え、さらに「高分解能」の特徴を兼ね備えた分光法の確立を目指す。高分解能な分光法により、従来は測定できなかった共鳴する光周波数の範囲が非常に狭い気体分子の吸収を高速に観測することができ、共鳴する光の周波数の精密測定が可能となる。
本研究では、環境リモートセンシングを目指したメタン分子の高速高分解能分光を行う。また、高い分解能を維持したまま広帯域化する分光法を開発する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
光周波数コムを直接分光の光源とするレーザー分光法(以後コム直接分光)は、広帯域・高精度・高速な赤外分光法である。本研究ではこれらの特徴に加え、さらに「高分解能」の特徴を兼ね備えたコム直接分光法の確立を目指す。2022年度は次の実績が得られた。
コム直接分光の方法として、本研究では連続発振レーザーとのヘテロダインでスペクトルを取得する方法を主に想定していた。一方で、別の光周波数コムを準備して2つの光周波数コムのヘテロダインでスペクトルを取得する「デュアルコム分光」の方法も有力な方法である。データ取得時間が長くなる欠点はあるが、広帯域性についてはデュアルコム分光の方が優れている。デュアルコム分光では2台の光周波数コムの位相同期をとる必要がある。この位相同期は、1台の連続発振レーザーを介して行われる。このレーザーの光周波数を高い精度で測定しておくことで、デュアルコム分光でのモード次数決定が可能となる。本研究では、サニャック干渉計を用いて連続発振レーザーの発振周波数を、ルビジウム原子の共鳴周波数に一致させる非常に簡便な方法を開発した。その結果、レーザー周波数を1 MHz以下の不確かさで安定化できた。この結果により、デュアルコム分光でのモード次数決定が可能となった。
一方で、連続発振レーザーとのヘテロダインで光周波数コムを使ったメタンの二重共鳴スペクトル測定を試みた。二重共鳴スペクトルはスペクトル線幅が非常に狭いので、高分解能にした光周波数コムを使用する必要がある。メタンの二重共鳴スペクトルの観測には高い信号雑音比(約20000)での測定が必要である。本研究では現状では約10000程度の信号雑音比を達成できた。今後はより測定精度を上げ、二重共鳴スペクトルの観測を行う予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
デュアルコム分光の実現に向けて、順調に準備が進んでいる。
二重共鳴スペクトルについてはまだ観測に至っていないが、信号雑音比をもう少し向上させれば観測できると期待できる。二重共鳴のポンプ光を高速に位相変調すれば、信号雑音比を向上できると期待している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
デュアルコム分光について、2台の光周波数コム・1台の連続発振レーザーの周波数を同時に安定化する。また、連続発振レーザーについてはルビジウムの共鳴波長付近に安定化し、光周波数コムのモード次数決定を確実にする。デュアルコム分光のデモンストレーションとして、リング型光共振器を使用する予定である。
メタンの二重共鳴スペクトル観測について、信号雑音比の向上を目指す。具体的には、ポンプ光である中赤外光の位相変調を行う。従来は、光チョッパーによるポンプ光のオン‐オフを繰り返すことで二重共鳴の吸収スペクトルを観測していた。光チョッパーでの光オン‐オフは数秒に1回程度の繰り返しなので、遅いノイズ成分を取り除けなかった。今後はより高速(数100 kHz程度)で変調して、遅いノイズ成分も十分取り除き、信号雑音強度比の向上を目指す。
|
Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
