2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on digital frontier photonic sensing based on omnipotent fiber lasers
Project/Area Number |
18H05238
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
山下 真司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40239968)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
セット ジ・イヨン 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20530827)
石榑 崇明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00291162)
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Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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Keywords | 光ファイバレーザ / 光計測 / デジタル信号処理 / 短パルスレーザ / 波長可変レーザ |
Outline of Annual Research Achievements |
可飽和吸収素子(SA)に関しては、モスキート法によりシングルモードCNT添加導波路SAを作製し、安定した単パルス発振を実現するとともに、四光波混合にも成功した。一方、導波路SAを光ファイバモジュール化する手法を確立した。また、偏波維持(PM)光ファイバテーパファイバの実現に成功し、全PMモード同期ファイバレーザに応用した。さらに、CNT@BNNT、合成ダイヤモンド、およびマクロベンド光ファイバを用いた新規なモード同期デバイスを実現した。 オムニポテントファイバレーザに関しては、波長2μmでの双方向受動モード同期に成功するとともに、自己発振波長掃引を初めて見出した。また中赤外波長領域においてグラフェンが高い光非線形特性を持つことを明らかにした。波長1μmにおいても分散の最適化によりレーザ単体から超広帯域スペクトルのパルス発生に成功した。さらに、双方向のみならず、2波長および2偏波でも同時発振受動モード同期を実現した。波長掃引光源については、波長掃引と回折格子の分散とを組み合わせることで非機械的なビームスキャニングが可能であることを示した。 デジタルフロンティア光計測に関しては、デジタルコヒーレント方式を分散チューニング波長掃引OCTシステムに適用することにより、位相不確定性から生じる問題を除去できることを示した。さらに、圧縮センシングの適用を提案し、実証した。また、多光子顕微鏡およびSRS顕微鏡についての共同研究も進めている。LIDAR/3次元計測については、AMCW3次元レーザスキャナに新しい手法、2周波数振幅変調、高速偏波スクランブリング、ベッセルビーム光学系を導入することでシステムの大幅な性能改善を実現した。LIDARにおける光超短パルスのタイミング抽出を行う新しいデジタル信号処理手法を提案し、疑似ランダム信号で変調された超短パルス列の復元に成功した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記した通り、本研究では当初の研究計画で予定していた研究の順調な進展があるのみならず、一部では想定以上に研究が進展しており、それらに加えて下記のような多数の予見しない新たな展開にもつながっている。 1.モスキート法CNT添加導波路を用いた4光波混合(FWM)によるアイドラ光の生成 2.新規なモード同期デバイス:CNT@BNNT、合成ダイヤモンド、およびマクロベンド光ファイバ 3.CNT@BNNTを用いた短共振器・高繰り返しFPモード同期ファイバレーザ 4.自己発振波長掃引双方向ファイバレーザ 5.2波長/2偏波同時発振受動モード同期ファイバレーザ 6.分散チューニングレーザと回折格子による非機械的なビームスキャニング 7.圧縮センシング(CS)を分散チューニング波長掃引OCTシステムに適用 8.AMCW3次元レーザスキャナのスペックルの偏波依存性から被測定物の素材の分類の可能性を発見 9.TOF LIDARのための光サンプリングのタイミング抽出を行う新しいデジタル信号処理手法を考案 これらの本研究に関する昨年度の研究成果は、10件の学会誌論文、31件の国際会議発表、20件の国内学会発表として発表済あるいは発表予定である。その他に、国際会議で招待講演4件を行っており、本研究の注目度は極めて高いものと考えている。このように、本研究は当初の研究計画で予定していた研究の順調な進展があるのみならず、想定を超える多数の研究の進展と多数の予見しない新たな展開があり、期待以上の成果が見込まれると確信している。
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Strategy for Future Research Activity |
導波路型SAに関しては、これまでに確立した作製手法、モジュール化技術をもとに、最適なSAモジュールを実現する。PM光ファイバSAについても最適化を進めるとともに、CNT@BNNT、合成ダイヤモンド、およびマクロベンド光ファイバを用いた新規なSAについてもさらなる研究を進める。グラフェン装荷導波路を微小リング光共振器との組み合わせにより光非線形性を増大させて光コム発生を目指す。 オムニポテントファイバレーザについては、CNT@BNNTを利用した短共振器モード同期ファイバレーザのさらなる高出力化・高繰り返し化を進めるとともに、高希土類ドープガラス導波路による高繰り返しモード同期チップレーザを実現する。また、従来の波長1.5μmだけでなく、波長1μm帯および波長2μm以上の中赤外波長への展開を図る。モード同期方式として、グラフェンSA/光変調器および励起光変調方式を検討する。デュアルコムモード同期ファイバレーザについては、双方向のみならず、2波長および2偏波モード同期ファイバレーザの研究を更に進める。広帯域光周波数コムについても、超広帯域モード同期YDFLをシードとした超広帯域SC光周波数コムの実現を目指す。 デジタルフロンティア光計測については、分散チューニング波長掃引OCTシステムへ偏波ダイバーシティを加えることで、複屈折特性の計測を可能するとともに、圧縮センシングのさらなる高度化に取り組む。また、超広帯域SC光周波数コム/デュアルコムを利用したガス・環境センシングの研究を進める。AMCW3次元レーザスキャナに関するこれまでの研究成果を統合し、メートル級の測距距離と高い分解能を併せ持つシステムを完成させ、実用化を推進する。さらにスペックルの偏波依存性から被測定物の素材を分類する検討を進め、深層学習などのデジタル処理技術の導入も検討する。
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[Journal Article] Short-cavity mode-locking laser using SWCNT@BNNT with 1D van der Waals heterostructure as saturable absorber2020
Author(s)
Z. Zhang, P. Yuan, S. Yokokawa, Y. Zheng, A. Anisimov, E. I. Kauppinen, R. Xiang, L. Jin, S. Y. Set, S. Maruyama, and S. Yamashita
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Journal Title
Optics Letters
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] All-polarization-maintaining erbium-doped mode-locked fiber lasers using CNT-coated PANDA microfiber2020
Author(s)
L. Jin, F. Xiang, Y. Sugiura, Y. Zhu, A. Ding, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Pacific-Rim Conference of Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2020), Sydney, Australia, 2-6 August, 2020, submitted.
Int'l Joint Research
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[Presentation] All-fiber mode-locked laser by employing bend-induced polarization dependent loss in low-V-number fiber2020
Author(s)
Y. Huang, H. Jiang, Z. Zhao, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Pacific-Rim Conference of Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2020), Sydney, Australia, 2-6 August, 2020, submitted.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Amplitude-modulated continuous-wave light detection and ranging with Bessel beamforming2020
Author(s)
C. Zhang, S. Liu, Z. Zhang, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Conference of Lasers and Electro-optics (CLEO) 2020, San Jose, CA, no.AF3M.2, 10-15 May 2020, to be presented.
Int'l Joint Research
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[Presentation] All-polarization-maintaining dual-wavelength mode-locked fiber laser based on macro-bending loss tuning2020
Author(s)
Y. Zhu, Z. Cui, X. Sun, H. Jiang, H. Zhao, L. Jin, S. Yamashita, and S. Y. Set
Organizer
Conference of Lasers and Electro-optics (CLEO) 2020, San Jose, CA, no.SW3R.3, 10-15 May 2020, to be presented.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Comprehensive ranging disambiguation for amplitude-modulated continuous wave laser scanner2020
Author(s)
C. Zhang, S. Liu, Z. Zhang, N. Hayashi, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
SPIE Photonics Europe, no.11352-51, Strasburg, France, 29 Mar. - 2 Apr. 2020.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Amplitude-modulated continuous-wave laser scanner employing adaptive gain control for avoidance of receiver saturation2020
Author(s)
C. Zhang, S. Liu, Z. Zhang, F. Xiang, N. Hayashi, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
SPIE Photonics West OPTO, 11287-8, San Francisco, CA, 1-6 Feb. 2020.
Int'l Joint Research
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[Presentation] PDMSを用いた微小光共振器へのCNTのコーティングと可飽和吸収特性2020
Author(s)
今村陸, 石田蘭丸, 長島圭吾, 藤井瞬, セットジイヨン, 山下真司, 田邉孝純
Organizer
応用物理学会春季学術講演会, 上智大学四谷キャンパス, 東京, no.12p-B415-12, 2020年3月12-15日.
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[Presentation] Real-time observation of soliton build-up dynamics in switchable dual-wavelength mode-locked fiber2020
Author(s)
Hengwei Zhao, Yuanjun Zhu, Fulin Xiang, Xiangnan Sun, Lei Jin, Sze Yun Set, and Shinji Yamashita
Organizer
応用物理学会春季学術講演会, 上智大学四谷キャンパス, 東京, no.14a-PB3-7, 2020年3月12-15日.
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[Presentation] Nonlinear properties of Graphene patterned Si waveguides for fiber lasers2020
Author(s)
Bingchang Wu, Zhenyi Luo, Ting-Hui Xiao, Lei Jin, Keisuke Goda, Sze Y Set, and Shinji Yamashita
Organizer
応用物理学会春季学術講演会, 上智大学四谷キャンパス, 東京, no.14p-PB3-3, 2020年3月12-15日.
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[Presentation] Short length Lyot-filter utilized in dual-wavelength and wavelength tunable mode-locked fiber laser generation2019
Author(s)
Y. Zhu, X. Sun, H. Jiang, T. Shirahata, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Asia Communications and Photonics (ACP) Conference, Chengdu, China, no.M4B.3, 2-5 Nov. 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Recovery of defocused 3D data for focusing-optics-based amplitude-modulated continuous-wave laser scanner2019
Author(s)
C. Zhang, S. Liu, Z. Zhang, F. Xiang, N. Hayashi, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
SPIE Future Sensing Technologies 2019, Tokyo, Japan, no.11197-27, 13-14 Nov. 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-optical-power durable saturable absorber SWCNT-BNNT2019
Author(s)
P. Yuan, Z. Zhang, S. Yokokawa, Y. Zheng, L. Jin, S. Y. Set, S. Maruyama and S. Yamashita
Organizer
Nano Korea 2019, Seoul, South Korea, no.O1902_0314, 2-5 July 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] High power tolerant SWCNT-BNNT saturable absorber for laser mode-locking2019
Author(s)
P. Yuan, Z. Zhang, S. Yokokawa, Y. Zheng, L. Jin, S. Y. Set, S. Maruyama and S. Yamashita
Organizer
Conference of Lasers and Electro-optics (CLEO) 2019, San Jose, CA, no.SF3O.4, 5-10 May 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Multiple-wavelength Q-switched fiber laser using synthetic single-crystal diamond saturable absorber2019
Author(s)
Z. Zhang, Y. Zhu, P. Yuan, H. Jiang, Z. Zhao, F. Xiang, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Conference of Lasers and Electro-optics (CLEO) 2019, San Jose, CA, no.SF3O.1, 5-10 May 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Correlation-domain distributed temperature sensing based on enhanced forward Brillouin scattering2019
Author(s)
N. Hayashi, Y. Mizuno, K. Nakamura, C. Zhang, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2019, San Jose, CA, no.AF1K.5, 5-10 May 2019.
Int'l Joint Research
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[Presentation] All-fiber dual-wavelength mode-locked laser by using low-birefringence Lyot-filter and carbon nanotube2019
Author(s)
Y. Zhu, F. Xiang, P. Yuan, N. Hayashi, C. Zhang, L. Jin, S. Y. Set and S. Yamashita
Organizer
Conference on Laser and Electro-Optics (CLEO) 2019, San Jose, CA, no.STu3L.5, 5-10 May 2019.
Int'l Joint Research
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