2021 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 |
微小光共振器を用いた光周波数コム発生に用いるMgF2微小光共振器の切削加工における，限界切込み深さについて詳細に調査を行った．特に結晶の方位面依存性について調査を行った．この成果は国際学術誌にて発表した．
MgF2微小光共振器を用いてソリトンコムを生成することに昨年度成功していたので，ソリトンコムを用いた応用開拓研究に進展させた．その一つの具体例としてDWDM光伝送に取り組んだ．DWDM光伝送では，送伝送容量1.4TBpsが実現できることを実験的に示した．
また，SiNマイクロリングでもソリトンコムの生成に成功した．熱が発生するよりも前にソリトンモードロックに必要な波長離調状態を実現させる必要があることが知られているので，SSB変調器を用いて高速に光波長を掃引した．それでSiNマイクロリング共振器でもソリトンコムを生成し，SiNマイクロリングとMgF2共振器によるソリトンコムの比較検討を行った．その結果，いくつかの重要な知見が導き出された．例えば，DWDM応用に必要な10GHz間隔でのコム生成にはMgF2共振器が有利であるが，高いSNを実現するために必要な1チャネル毎のパワーはSiNマイクロリングの方が有利である．検討を詳細に行い，光伝送，LiDAR，分光などの応用でどのプラットフォームによるマイクロコムを用いればよいかの指針となる知見を明らかにした．
Er添加微小光共振器を用いた自励発振によるパルス光源開発に関しては，前年度までに得られた実験データを詳細に分析し，さらに非線形シュレディンガー方程式を用いて得られた実験パラメータに基づいて，モードロックレーザの実現可能性について調査を行った．この成果は国際学術誌にて発表した．本年度はさらに，可飽和吸収領域と利得領域を分離することが可能な結合共振器系を用いて，モードロックの条件を緩和させることができるか検討した．
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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
MgF2微小光共振器とSiNリング共振器それぞれでソリトンコムやその他の状態のコムを自由に生成できるようになった．つまりコムを自由に生成できるようになったので，本年度は，コム自体の研究からその応用研究へと発展させることができた年であると言える．本研究課題では，基礎から発展に向けた展開をにらんでおり，その観点においておおむね順調に進展していると言える．
加えて，エルビウムドープマイクロ共振器による自励発振は，結合共振器などの新たな系を見出し，現実的なパラメータでパルス発振が可能である見通しが立ちつつあり，その点においても，高繰り返しパルス光源開発に向けて着実に研究が進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きMgF2微小光共振器とSiNリング共振器の応用研究に取り組む．特にMgF2微小光共振器は熱光学係数が小さいため，熱揺らぎに起因する様々な雑音が小さいことがわかっており，それを用いれば，非常にノイズの低いマイクロコムを生成することができる．そのためには，高安定レーザと組み合わせる必要があるが，技術的にはレーザ側を波長掃引するのではなく，共振器側の共振波長を調整する必要ある．本年度はその研究に重点的に取り組む．
また，エルビウム添加微小光共振器は，結合共振器を用いてどの程度の性能が出るかをさらに詳細に調査し，高繰り返し光パルス光源開発を進める．また，関連研究として，ソリトン結晶と呼ばれる状態を，可飽和吸収を持ちいて創り出し，高パワー，高繰り返し光源を実現させる．
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