2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
16J04286
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
鈴木 良 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
|
| Keywords | 光共振器 / 光周波数コム / 非線形光学 / 共振器オプトメカニクス / デュアルコム分光 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は小型，高繰り返し周波数のデュアルコム分光光源に向けて，シリカ材料微小光共振器から低ノイズのマイクロコムを発生する研究である．マイクロコムとは共振器を介して１周波数入力から発生する多周波数出力の光を指す．28年度は研究計画に沿って１．シリカロッド共振器の作製，マイクロコムの発生とその評価，を行った．また予備実験として２．シリカトロイド共振器を用いてマイクロコム発生と雑音に対する評価，を行った．本年度の主な対外的な実績は２．のシリカトロイド共振器に関連する内容である．
１．28年度の達成課題として「シリカロッド共振器の作製」と「位相同期マイクロコムの発生」がある．前者に関して，所望の共振器サイズを持つ高Q値（高性能）シリカロッド共振器の作製に成功した．共振器のサイズはマイクロコムの繰り返し周波数を決定し，この制御性はマイクロコムの応用では非常に重要な要素である．後者に関して，100 GHzの繰り返し周波数を持つマイクロコムにおいては位相同期したスペクトルを実験的に観測したが，18 GHzのマイクロコムでは観測できていない．ただし，これは共振器の作製条件を更に最適化することで観測可能だと考えられる．
２．シリカトロイド共振器を用いて，マイクロコムの雑音発生要因である共振器オプトメカニクスについて研究を行った．共振器オプトメカニクスは光と共振器構造の振動がエネルギーをやり取りする現象である．これまでの理論・実験結果においては，マイクロコムが安定して発生する条件では共振器オプトメカニクス由来の振動により雑音が生じると考えられていた．本研究ではこれまで別々に研究されていたマイクロコムと共振器オプトメカニクスを世界で初めて詳細に調査し，マイクロコムの安定発生条件においても振動を抑制する方法の提案，また実験的にそれを確認した．本研究結果は学術論文誌に投稿済みである．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画において，28年度の達成課題として１．シリカロッド共振器の作製，２．位相同期マイクロコムの発生，を挙げた．以下に主な進捗状況を記す．
１．作製する微小光共振器は，共振器のサイズに対応する「共振器長」，光の閉じ込め効率「Q値」，屈折率に関連する「共振器分散」の指標で評価を行った．研究計画では，直径８mm・Q値10の７乗オーダー以上・共振モードが1550nm帯で異常分散となる共振器の作製としていた．共振器長に関して，研究計画では直径8 mmの共振器を作製予定であったが，直径3.5 mmに変更した．理由は用いる装置をSSB変調器から位相変調器に変更したためである．Q値に関して，作製した共振器のQ値を評価した結果，Q値10の８乗オーダーという非常に性能の良い共振器が作製できた．共振器分散に関して，シミュレーションによる計算から1550nm帯で異常分散が得られていることを確認した．またマイクロコム発生の実験結果より異常分散が得られていることが確認できた．以上の３点より本研究課題に必要なシリカロッド共振器の作製に成功した．
２．シリカロッド共振器に関して，１．で作製した共振器を用いて18 GHzの繰り返し周波数を持つマイクロコム発生を確認した．その帯域は1540 nmを中心として40 nm程度である．50 mWの１周波数入力光を低周波から高周波に掃引することで共振器内に入力し，共振器内の光パワーを大きくすることでマイクロコムを発生させた．本研究で必要となるマイクロコムの位相同期に関して，18 GHzの繰り返し周波数を持つマイクロコムでは確認できていないが，100 GHzの繰り返し周波数を持つマイクロコム発生においては，位相同期したと考えられるスペクトルが得られている．現在はスペクトル以外の測定により位相同期状態の確認を行っている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究課題に対して必要な成果は１．安定した位相同期マイクロコムの発生，２．単一共振器から２つのマイクロコムの発生，である．
１．重要となるのは「共振器分散」と「熱の安定性」である．進捗状況に記したとおり100 GHzの繰り返し周波数を持つマイクロコムでは位相同期が観察された．一方で18 GHzのマイクロコムでは観測できていないが，これは適切な共振器分散が得られていないためだと考えられる．共振器分散は共振器の断面構造によって制御可能であり，今後は更なる作製条件の最適化を行う．加えて，位相同期したマイクロコム発生の安定性は熱に対する堅牢性に依存する．この問題は研究分野共通の問題となっている．今後の本研究の推進方策として熱的に安定な発生状態を目指し，入力光パワー，共振器構造，光の結合の最適化を行う．これにより長時間の安定した位相同期マイクロコム発生が可能となり，本研究分野における重要なマイルストーンとなることが期待される．
２．研究計画において，TE・TMモードの同時ポンプによる２つのマイクロコム発生を29年度までに観測するとしている．まず実験的にマイクロコムは容易に発生可能となっているため，位相同期していない２つのマイクロコム発生を観測する．その後，片方が位相同期状態である２つのマイクロコムを単一共振器から発生することを目指す．シミュレーションでは，１つのモードのみを考慮する計算モデルが一般的であるのに対し，TE・TMモードの２つのモードを含んだ計算モデルを組み立てる必要がある．また別のアプローチとして単一のロッド材料に２つの共振器を作製し，それぞれから繰り返し周波数のわずかに異なるマイクロコムを考えている．これはレーザプロセスで作製するシリカロッド共振器に適しており，また前述したヒートシンク共振器との相性が良い．TE・TMモードの同時ポンプのアプローチと並行して研究を進める．
|
Research Products
(3 results)
