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Development of Ho:LuLiF laser pumped by Tm:fiber laser

Research Project

Project/Area Number 22K04978
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionNational Institute of Information and Communications Technology

Principal Investigator

青木 誠  国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (40744652)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords固体レーザ / パルスレーザ / 差分吸収ライダー / 水蒸気 / 二酸化炭素 / Ho:LuLiF / Tmファイバーレーザ / ライダー / リモートセンシング
Outline of Research at the Start

我々が日常社会生活を営むうえで、気象情報は最も重要な要素の一つである。近年、増加している極端気象に対する的確な防災減災対応のためにも、より多くの精度の高い気象データが求められている。レーザ光を用いたレーダーであるライダーは、このような多種多様な気象情報(風、水蒸気、温度、気体成分、大気微粒子など)を、広範囲に亘って高時間高空間分解能で取得することが可能な手段として有望視されている。本研究課題では、効率的かつ取り扱いが容易かつこのライダー観測に適したHo:LuLiF結晶を用いた次世代のTmファイバーレーザ端面励起パルスレーザの研究及びそれを用いたライダー装置の開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度に開発した伝導冷却型のレーザ励起モジュールに、調達したHo:LuLiFレーザロッド(a軸カット、Hoドープ率4%、長さ40 mm、直径4 mm)を組み込み、Ho:LuLiFレーザの発振実験を実施した。レーザモジュール単体での発振試験では、最大で平均出力9.24 W(30.8 mJ, 300 Hz)のQスイッチ出力が得られた。また、同様の条件で発振させた既存のHo:YLFレーザと比較した結果、約10%の出力の向上が確認できた。レーザ発振器内に複数個レーザモジュールを設置して出力の増加を図った結果、目標としてた平均出力を超える15.4 W(51.3mJ, 300Hz)のQスイッチ出力を得ることができた。
HITRANデータベースを用いてHo:LuLiFレーザのπ偏光発振波長である2053 nm付近の大気分子の吸収特性を明らかにし、観測に用いる波長を決定した。2053 nm付近には、水蒸気と二酸化炭素の吸収線が存在しているため、これらの気体の差分吸収観測が可能である。観測波長としては、それぞれ2053.338 nmと2053.180 nmを選択した。これらの波長は吸収断面積が大きく、その温度依存性や気圧依存性が極めて小さいことから、特に鉛直方向の観測に適している。風観測波長としては、大気透過率が高く水蒸気の差分吸収観測をした際に二酸化炭素の吸収の混入の影響を抑えられる2053.074 nmを選択した。
上記の研究に加えて、Ho:LuLiFレーザの発振波長を各観測に適した任意の波長に制御する手法の開発を実施した。複数のシード光源を切り替えてパルスレーザに光注入同期して波長を制御するための光スイッチシステムや、大気からの散乱光をヘテロダイン検波・AD変換した後に観測波長ごとに信号処理を行う信号処理装置の開発を行い、差分吸収計測の準備を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Ho:LuLiFレーザの開発に関しては、目標としてた平均出力を超える15.4 W(51.3mJ, 300Hz)のQスイッチ出力を得ることができ、順調に進捗した。HITRANデータベースを用いてHo:LuLiFレーザの発振波長付近の大気分子の吸収特性を明らかにし、観測に用いる波長を決定することができた。水蒸気と二酸化炭素の差分吸収計測を実施するために必要な光スイッチシステムや信号処理装置の準備も予定通りに進捗した。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題を当初研究計画通りに遂行する。2024年度には、Hoレーザを送受光の光学系や信号処理系を整備したライダー装置用の観測コンテナに移植搬入して、観測試験を実施する予定である。多種多様な気象情報を広範囲に亘って高時間高空間分解能で取得することが可能な差分吸収ライダー技術を実証する予定である。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 大気環境情報のレーザーセンシング技術2024

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Journal Title

      月刊OPTRONICS

      Volume: 43 Pages: 130-134

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 水蒸気の流れを捉える差分吸収ライダーの研究開発2023

    • Author(s)
      岩井宏徳、青木誠
    • Journal Title

      電波技術協会報 FORN

      Volume: 354 Pages: 42-45

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Evaluation of a coherent 2-μm differential absorption lidar for water vapor and radial wind velocity measurements2023

    • Author(s)
      Hironori Iwai and Makoto Aoki
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 31 Issue: 9 Pages: 13817-13836

    • DOI

      10.1364/oe.485608

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レーザセンシングで使われるレーザの基礎2023

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第41回レーザセンシングシンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 2μm帯コヒーレントライダーの要素技術開発 その32023

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第41回レーザセンシングシンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 大気環境情報のレーザーセンシング技術2023

    • Author(s)
      青木誠
    • Organizer
      情報通信研究機構 新技術説明会 2023(NICT/JST共催)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 2μm帯水蒸気ライダーのためのシードレーザー開発2023

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第32回(2023年度)日本赤外線学会研究発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 2μm帯コヒーレントライダーの要素技術開発 その22022

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第40回レーザセンシングシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 2μm帯コヒーレントライダーのためのレーザー開発2022

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第31回日本赤外線学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 2μm帯コヒーレントライダーのためのシードレーザー開発2022

    • Author(s)
      青木誠、岩井宏徳
    • Organizer
      第20回赤外放射応用関連学会等年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 水蒸気の流れを捉える差分吸収ライダーの開発に成功

    • URL

      https://www.nict.go.jp/press/2023/04/25-1.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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