2021 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、曲げ・分岐構造を含む低損失シングルモード導波路の最適構造を明らかにし、その作製手法を確立した上で、CNTならびにグラフェン添加コアポリマー導波路ともにモード同期発振を実現、さらに低閾値化に成功した。また、CNTコア添加ポリマー光導波路を用いた四光波混合による波長変換素子に関してCNT添加最適濃度を見出し、実際に高波長変換効率を実現した。
オムニポテントファイバレーザに関しては、波長1μmのYbドープファイバレーザの分散を調整することで、スーパーモード雑音が低減された安定な高調波モード同期の実現に成功し、最高で15次（繰り返し2.5GHz）まで上げられることを示すとともに、これが導波音響波型ブリルアン散乱(GAWBS)と関連することを初めて見出した。また、単層CNT(SWCNT)を窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)で巻いたSWCNT@BNNTが普通のCNTと同等の可飽和吸収特性を示すとともに、BNNTにより光ダメージ耐性が非常に高いことを示し、短共振器高繰り返しモード同期ファイバレーザにおいて高い励起光パワーに耐えられることを示した。さらに、新しいデュアルコム偏波維持ファイバレーザとして非相反偏波アイソレータを用いる構成を提案し、両周りかつ直交偏波デュアルコムを初めて実現した。
デジタルフロンティア光計測に関しては、AMCW３次元レーザスキャナに新しく提案した光学系でのベッセル・ガウシアンビームフォーミングを導入することで測定レンジの拡大に成功した。また、分散チューニングレーザ以外の掃引光源にもこれまでに開発したデジタル信号処理を適用することでSS-OCTの分解能向上に成功した。さらに、分散チューニングレーザと回折格子を用いた機械的掃引不要なAMCWレーザスキャナを提案し、10kHzの掃引速度でcmレベルの分解能を実現した。
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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．シングルモード導波路の低損失化構造設計及びCNT・グラフェン添加濃度の最適化及びモスキート法による導波路作製法の確立 ２．CNT添加コア導波路を用いた4光波混合による波長変換効率の向上、非線形屈折率の定量化 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．分散調整とGAWBSによる安定な高調波モード同期の実現 ５．SWCNT@BNNTを用いた短共振器高繰り返しモード同期ファイバレーザ ６．非相反偏波アイソレータによる新しいデュアルコム偏波維持ファイバレーザ ７．ベッセル・ガウシアンビームフォーミングによるAMCW３次元レーザスキャナのレンジ拡大 ８．分散チューニングレーザと回折格子を用いた機械的掃引不要なAMCWレーザスキャナ
これらの本研究に関する昨年度の研究成果は、11件の学会誌論文、12件の国際会議発表、15件の国内学会発表として発表済または発表予定であり、また特許も3件申請しており、著書も１篇発刊予定である。発表の中には招待講演5件も含まれており、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、これまでに得られたCNT添加導波路の最適作製条件をもとに可飽和吸収導波路素子、波長変換導波路素子を作製する工程で光ファイバと一体成形したモジュール化し、短パルスレーザ並びに波長変換素子の実用化の可能性を検証する。SWCNT@BNNTなどについても、新しい波長帯への展開をさらに進める。
オムニポテントファイバレーザについては、デュアルコムモード同期ファイバレーザについて昨年度までの成果を発展させ、双方向、２波長および２偏波モード同期ファイバレーザを完成させ、センシングに応用する。また、上記CNT／グラフェンSAを用いた広い波長帯でのモード同期ファイバ／チップレーザの研究をさらに進展させる。同時に、昨年度に見出したGAWBSによる受動高調波モード同期法の研究を進展させ、安定な高繰り返しモード同期ファイバレーザの実現を目指す。分散チューニング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も、さらなる精度の向上を図り、実用化に結びつける。
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システムのデジタル信号処理部分に圧縮センシングなどの新しい手法を取り入れて高性能化に取り組むと同時に、他の掃引光源へと適用範囲を広げ、OCTだけでなくライダーなど一般の３次元計測への活用を行う。同時に、これまで進めてきた2周波AMCW３次元レーザスキャナについても高度なデジタル信号処理の採用による高性能化と高機能化を進展させて実用化につなげるとともに、上記の分散チューニング能動モード同期ファイバレーザによる非機械的ビームスキャニングでも同様の高度なデジタル信号処理を導入する。また、昨年度から進めているドップラーライダーの研究もデジタル信号処理の部分を中心に研究を行い、完成を目指す。
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[Presentation] Laser Mode-locking using SWCNT@BNNT with 1D van der Waals Heterostructure as a Saturable Absorber with a High Optical Damage Threshold2021
Author(s)
Z. Zhang, X. Sun, P. Yuan, S. Yokokawa, Y. Zheng, H. Jiang, L. Jin, A. S. Anisimov, E. I. Kauppinen, R. Xiang, S. Maruyama, S. Yamashita, and S. Y. Set
Organizer
応用物理学会秋季学術講演会
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