Thermodynamic temperature determination by thermal radiation heterodyne detection using an optical frequency comb
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21K18915
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
清水 祐公子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30357222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入松川 知也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (00828056)
大久保 章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30635800)
稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (70356492)
柏木 謙 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10509730)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 熱力学温度 / 光周波数コム / インコヒーレントヘテロダイン / デュアルコム分光 / 熱放射 / ヘテロダイン検出 |
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| Outline of Research at the Start |
放射温度計は広く社会で利用されているが、その温度指示の根拠は国際温度目盛に基づく。一方で国際単位系SIの定義が改定され、熱力学温度の単位はボツルマン定数による普遍的な定義に移行し、プランクの放射公式の重要性が極めて高くなった。本申請は熱放射の温度をプランクの放射法則から直接算出することを目的とする。正確な周波数測定が可能な光周波数コムを横軸、レーザーヘテロダイン法により高感度検出した熱放射信号を縦軸とし、プランクの放射公式から熱力学温度を算出する。
これによりSIの新定義に従った熱力学温度が現示でき、校正不要な放射温度計を構築できれば、計量標準のみならず温度測定技術の向上にも大きく貢献できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光周波数コム（光コム）を用いて、インコヒーレント光をヘテロダイン検出する方法を開発する。
インコヒーレント光として、黒体からの熱放射を多波長で広帯域観測し、その多数の周波数および信号強度の情報からプランクの放射公式を再現し、温度の新定義に基づいた熱力学温度を決定することである。
インコヒーレント光とレーザー光とのビート信号を得るために、ファイバー光学系で局発光と信号光を結合させる光学設計および製作をおこなった。さらに、信号光と局発光とを結合する各光学系パートを組み上げた。また、本研究の最終目標は、黒体からの微弱な熱放射を高いSN比でヘテロダイン検出することにある。ヘテロダイン検出のための局発光としては光コムを想定しており、検証実験により、微弱光検出のためには光コムの強度安定化が必須であることがわかった。そのため、偏波保持型の光コムの製作も行った。偏波保持化により、周囲の環境変化による偏光状態の変動によって広帯域化した光コムのスペクトルの長期的な変化を回避させることができ、スペクトルのSNの劣化を防ぐことが可能となった。さらにインコヒーレント光とレーザー光のヘテロダイン干渉を行うための干渉計を構築した。本光学系ではシングルモードファイバを用いることで空間コヒーレンスの整った光だけを取り出し、後に続く系で時間コヒーレンスが備わった光だけをコムレーザーとヘテロダイン干渉させることで電気的に検出できるようなシステムとした。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
