2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on digital frontier photonic sensing based on omnipotent fiber lasers
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18H05238
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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) |
石榑 崇明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00291162)
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)
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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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
導波路型可飽和吸収素子(SA)に関しては、シングルモード導波路の低損失化手法を確立した上で、グラフェン添加導波路のコア・クラッド双方に添加し光波との相互作用を高めることで、ほぼ100％に近い再現性にて波長1550nm帯でのモード同期発振を行えるようになった。また、導波路とSMFとの接着固定方法を確立し、ファイバ一体型の導波路モジュール化したSAにより長時間の安定したモード同期発振を可能とした。さらなる変換効率向上のためのテーパ型コア導波路作製に成功した。
オムニポテントファイバレーザに関しては、低V値の光ファイバコイルの偏波依存損失(PDL)を利用した全ファイバ型モード同期ファイバレーザを実現するとともに、Lyot型光ファイバフィルタを利用して波長可変かつ２波長で同時発振可能なCNTモード同期ファイバレーザを実現した。さらに、全て偏波維持(PM)光ファイバで構成された２偏波同時発振CNTモード同期ファイバレーザを初めて実現した。また、波長1μmにおいて、超広帯域スペクトルが発生可能なモード同期ファイバレーザについてシミュレーションと実験の両面から詳細に検討した。これらに加え、分散チューニング波長掃引光源をAMCWレーザスキャナに適用するための実験的な検討を進めた。
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信号処理を分散チューニングレーザの性能分析にも適用することで構成最適化への新たな知見が得られた。さらに凹凸波形により分散チューニングレーザを掃引することでSS-OCTに圧縮センシングが適用できることを初めて示した。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。さらに、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。
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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新たな展開にもつながっている。
１．モスキート法によるシングルモード導波路の低損失化 ２．モスキート法CNT添加導波路作製法を用いた4光波混合による波長変換効率の向上 ３．CNT, グラフェン添加導波路型SAモジュールの実現による受動モード同期発振の長期安定化 ４．低V値光ファイバコイルによる全ファイバ型モード同期ファイバレーザ ５．２偏波同時発振全PMファイバ CNTモード同期レーザ ６．超広帯域スペクトルが発生可能なモード同期ファイバレーザ ７．分散チューニングSS-OCTへのデジタルコヒーレント信号処理の適用と圧縮センシングによる性能向上 ８．AMCW３次元レーザスキャナに新しい手法を導入することでシステムの大幅な性能改善を実現
これらの本研究に関する昨年度の研究成果は、12件の学会誌論文、15件の国際会議発表、11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、招待講演3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CNT／グラフェンSAに関しては、ポリマー光導波路デバイスにおいて、グラフェン添加導波路による多波長域（１μｍ帯および２μｍ帯）でのモード同期レーザ実現を目指す。また、CNT添加導波路に対してテーパ型コア構造を導入して高効率FWMの実現を目指す。また、CNT@BNNTやマクロベンド光ファイバを始めとする新規なモード同期デバイスについてもさらなる研究を進め、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。グラフェン装荷SiおよびSiN導波路の試作に向けて国際共同研究を進めてその実現を目指す。
オムニポテントファイバレーザについては、高繰り返しモード同期チップレーザを実現する。波長2.8μm帯や3.5μm帯のモード同期EDFレーザの実現に向けた国際共同研究を研究協力者と進める。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、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、その高出力化・高安定化を図る。また、分散チューニング能動モード同期ファイバレーザと回折格子の分散とを組み合わせた非機械的ビームスキャニングについての３次元光計測システムを完成させる。
デジタルフロンティア光計測については、デジタルコヒーレント分散チューニング波長掃引OCTシステムの信号処理部分に圧縮センシングなどの高度なデジタル信号処理を取り入れることで、さらなる高性能化に取り組む。また、超広帯域SC光周波数コム／デュアルコムとテーパファイバを用いたガス・環境センシング、および多光子顕微鏡・SRS顕微鏡の研究をさらに推進する。３次元光計測システムに関しては、2周波AMCW３次元レーザスキャナに偏波スクランブルとベッセルビームを取り入れることでさらなる高性能化を実現するのみならず、スペックルの偏波依存性をデジタル処理することで被測定物の素材を分類する技術の適用範囲を拡大する。
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Research Products
(38 results)
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[Presentation] Real-time Observation of Soliton Build-up and Collision Dynamics in Switchable Dual-wavelength Mode-locked Fiber Laser2020
Author(s)
H. Zhao, Y. Zhu, F. Xiang, X. Sun, L. Jin, S. Y. Set, and S. Yamashita
Organizer
Asia Communications and Photonics Conference/International Conference on Information Photonics and Optical Communications (ACP/IPOC), paper M4A.72, Beijing, China, October 2020.
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), paper C8.A_3, Sydney, Australia, 2-6 August 2020.
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 on Lasers and Electro-Optics (CLEO), SW3R.3, San Jose, May 2020.
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, 11352-51, Strasbourg, France, Apr. 2020.
Int'l Joint Research
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