2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of All Fiber Gas Spectroscopy System Based on Mid-Infrared Tapered Fiber
| Project/Area Number |
19K15463
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
金 磊 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (10825748)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | オールファイバーキャビティリングダウン / 吸収スペクトル / 中赤外光周波数コム |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度に中赤外用テーパーファイバーの製作及び伝搬特性の解明を完成した。そして、テーパーファイバーの本研究結果に基づいて、キャビティリングダウン法（CRDS）によるオールファイバーガス分光の実験を実施した。
まず、CRDS計測用のオールファイバーキャビティを構築し、ガス分光の測定法を確認した。作製したテーパーファイバーの光伝搬損失を1％以下に抑えたが、ファイバーカプラーなどの損失が数パーセントをキャビティ内含まれたため、自由空間CRDSのような超高Q値キャビティの実現は困難であり、リングダウン時間がマイクロ秒単位からナノ秒単位となった。本問題を解決するために、高速データサンプリング法と有効的なフィッティングアルゴリズムを用いて検証実験を行った。そして、1.5 um帯域の波長可変光源を用いて、高感度フォトダイオードを利用し、オールファイバーキャビテのリングダウン時間を測定した。次は、テーパーファイバーセンシング用のカプセルを作製し、C2H2の吸収スペクトルの測定実験を実施した。昨年度作製したテーパーファイバーの理論上の伝搬特性を検証するために、テーパーファイバーの長さ、直径などのパラメーターを調整して、C2H2のリングダウン時間特性を確認しながら、最適な実験条件を探索した。最後に、新型Tm添加ファイバーレーザーを作って、2-3um帯域の中赤外光周波数コム生成の機構を開発した。今年度は最終的なオールファイバーガス分光計測を実現するために、光源及び検出器の安定性と各種性能向上を目指す。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した「研究実施計画」の通り、研究を進めている：(1) オールファイバーCRDS用のキャビティを構築した；（２）低Q値キャビテのリングダウン時間の測定法を確立した；（３）オールファイバーCRDSシステムで、C2H2の 1.5um帯域の吸収スペクトルを確認した。（４）2－3 um中赤外光周波数コムの作成ために、シード光源としてTm添加ファイバーレーザーを開発してきた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
この測定システムは、安定化させたレーザ光源、エバネッセント場による吸収スペクトルセンサー、リングダウン時間信号の測定とデータ処理の三つの部分で構成されている。テーパファイバの試作・伝搬特性の解明、オールファイバーCRDS測定法はすでに完成したので、今年度超短パルスファイバレーザに基づいた光コム光源とPID制御回路の実現することを目指す。具体的に、高精度を持つ2 um帯域Tm添加ファイバーレーザーを安定させて、シードパルスを増幅すると、高非線形ファイバーに波長シフトをさせて、2-3 umのRamanソリトンタイプ可変光源を実現する。その後は、テーパーファイバーCRDSシステム中に測定用ガスを入れて、出力のリングダウン特性を測定し、最終の分光結果を取る。
|
