2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-repetition optical pulse source by miroresonator
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19H00873
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
田邉 孝純 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40393805)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 微小光共振器 / 光周波数コム / 光エレクトロニクス / 非線形工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光源開発に必要不可欠なMgF2微小光共振器の作製において，切削条件の改良によって，切削して作製した微小光共振器でのQ値のさらなる向上を目指しQ値>10の7条を達成した．精密加工を用いることで形状を任意に設計できるのようになったので，2次分散と4次分散の符号を逆転させるように素子を設計・作製することで，所望の波長でパラメトリック発振光を得ることに成功した．具体的にはシグナル光とアイドラー光を100 nmを遥かに離れる波長で発生させることに成功した．また，この素子は超広帯域な波長域をカバーできる．
MgF2微小光共振器を用いて変調不安定性コムと呼ばれる状態での光コムを発生し，高い光の変換効率を実現した．またソリトンコムの発生を達成し，PDHロックによるフィードバック系を構築して，ソリトンコムを安定化させた．
同様な実験を，光集積性に優れるSiNマイクロリング共振器でも行い，MgF2共振器との比較検討することで，マイクロコム発生に関する物理の理解を進めた．
一方で，エルビウム添加背景光フリー超高繰り返し自励光パルス源開発においては，昨年までにErドープ共振器でのCW発振が実現できたが，共振器サイズを大きくする必要があることが明らかとなったので，繰り返し周波数が数10GHz～100 GHzのマイクロ共振器を作製できる技術を開発した．具体的には共振器を大きくしようとすると，膜厚が相対的に薄くなり，素子を作製中に歪みの影響を受けて歪みやすくなってしまう．そこで，厚い膜厚が作製可能なゾルゲルプロセスの条件を明らかにすることで，その課題を克服した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
年度はじめに計画した，切削加工による微小光共振器の作製と非線形実験に成功しており，その成果は光科学関連の主要な論文誌であるOpticaに掲載され，報道発表を行い複数報道掲載もされた．
また，これまでは光コム自体の研究であったところ，ソリトンコムを発生した上で，それを伝送実験に用いるなど，集積光周波数コム光源自体の研究から利用の研究へと展開できた．その観点において重要な年度であった言える．
以上より，研究は当初計画した通り順調に進んでいると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，集積光コムを用いた光通信応用の研究を推進する．特に集積光コムは光通信応用において多波長光源のキーデバイスとなり得る．光周波数コムのプラットフォームとして，シリコンナイトライド共振器とMgF2微小光共振器はそれぞれ異なるQ値，異なる集積性，異なる非線形性を有するなど，異なる特性を持っている．その特性が各々光通信応用においてどのようなメリットとデメリットに結びつくのかについて明らかにする．
また，光コムの状態としてMIコム，チューリングパタンコム，ソリトンコムと様々な状態を取るので，それらが，どのように光通信特性に影響を与えるかについても明らかにする．
また，マイクロコムの周波数チューニングのチューニングギアを増やすべく，MgF2共振器においては，ピエゾアクチュエータを集積して共振周波数の電圧制御を可能とする．それによって，マイクロコムの高度な制御を実現させる．
最後に，エルビウム添加共振器による自励発振パルスレーザに関しては，カーボンナノチューブの微小光共振器への装荷を実現させる．
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