2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of breath analysis by dual comb spectroscopy with a free running CW semiconductor laser
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16H04379
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
西川 正 東京電機大学, 工学部, 教授 (20374069)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石澤 淳 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (30393797)
日達 研一 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (60564276)
鈴木 将之 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (60622371)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光周波数コム / デュアルコム分光 / 電気光学変調器 / 呼気分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に、デュアルEOMコム分光法を用いたシアン化水素とアセチレンガス吸収線スペクトルの測定には成功していたが、EOMコム光源のモード間隔25 GHzの補間の為にシード光として用いた半導体レーザー波長を250 MHzステップでシフトさせながら取得した100個のスペクトルを手動で重ね合わせる必要があり作業に要する時間は1時間以上に及んでおり、呼気診断における即時検査の障害となっていた。そこで、このスペクトル補間を自動で行う手法の開発を行った、デュアルEOMコム分光におけるダウンコンバートしたRF 領域スペクトルの中心周波数は、シードレーザーの光周波数にはよらずAOMの駆動周波数と等しくなる。そこで、半導体レーザーの波長をシフトしながらそのシフト量に同期させてAOM 駆動周波数をスキャンし、光周波数コム間の干渉時間波形信号を高速フォトディテクターで受けて記録することで、フーリエ変換後のダウンコンバートスペクトルは、光周波数コムの25 GHzのモード間が自動的に補間されたものとなる。本自動補間手法の開発により、シアン化水素とアセチレンガスの0.8 THz帯域に渡る吸収線スペクトルをシングルショットのわずか9.3 msの計測時間で取得する事に成功した。本成果はCLEO2019国際会議で発表を行った。
開発した自動補間法を用いて、実際に腎臓病のバイオマーカーであるアンモニアの測定を行った。その結果、光路長80 cm、圧力740 Torr、濃度300 ppmのガスセル中のアンモニアの吸収線を測定し識別する事に成功した。呼気分析に適用する為にはもっと測定感度を高める必要があるが、ガスセルの光路長を20倍にし、使用しているシードレーザー波長を現在の1548 nmと比較してアンモニアの吸収係数が5倍となる1515 nmに替える事で、3 ppm程度の感度での測定が可能になる事を示せた。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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