2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Y-band solid-state astro-comb with long-term stability for exoplanet search
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20K05357
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉岡 孝高 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70451804)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フェムト秒光周波数コム / 天文コム / 系外惑星探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自作の超高繰り返し(1.6 GHz)モード同期チタンサファイアレーザーをベースにした光周波数コムについて、高標高の天文台における低い気圧や気温の変化に対応し長期安定動作を実現するため、レーザー格納容器とレーザー結晶の温度制御機構を組み合わせたセットアップを構築した。その上で、本セットアップがフェムト秒光周波数コムとして正しく動作することを確認し、平均パワーやスペクトル等の性能に関する長期安定性の確認を開始した。なお、オフセット周波数はルビジウム原子時計を基準として発生した高周波源に対して安定化した。繰り返し周波数については、コムの1本の光周波数と、ルビジウムの電子遷移に対して安定化した単一縦モード半導体レーザーの光周波数とを比較することによって安定化した。
また、これまでに、繰り返し周波数約1.6 GHzの光周波数コムのうち、535-550 nmのスペクトル成分に対して最適な分散設計となるようなファブリーペロー共振器によってモードフィルタリングを施し、43 GHzの繰り返し周波数のコンパクトな可搬天文コムを実現してきた。これを岡山天体物理観測所188cm望遠鏡に搬送し、高分散分光器(HIDES)を用いて観測して視線速度変化観測のための校正光源としての性能評価を実施した。この結果、現状の比較的狭帯域な天文コムとファイバー入射分光器の組み合わせの場合、視線速度の精度として1.4 m/sを達成可能であることが分かった。この実験をもとに、より広帯域な天文コムとして動作させ視線速度の精度向上を実現するために必要な、チャープミラーの性能要求値や、天文台の分光器に光を導くマルチモードファイバーに起因する、モーダルノイズの影響等について議論を行った。これらの結果についてまとめ、論文出版を行った。
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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
当初計画では、超高繰り返しモード同期チタンサファイアレーザーをベースにした光周波数コムについて長期安定動作を実現可能なセットアップを構築し、その性能評価を進めることとしていた。また、オフセット周波数はRb原子時計に同期した高周波発振器に位相同期し、繰り返し周波数は、周波数コムの縦モードのうち1本を、87RbのD2線の飽和吸収を基準に安定化する事で、光周波数領域において線幅10 kHz程度の光周波数コムを実現することを計画していた。
本年度はこれらをいずれも達成し、順調に進捗しているものと考えている。また、実際に天文台に装置を移設し実地での運転試験を行った結果と議論を論文にまとめ、本研究が目的とするYバンドで確実に広帯域な天文コムとして動作させるための設計指針を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で構築した、長期安定動作が期待されるコンパクトな天文コムの性能評価および最適化を引き続き進めるとともに、ここまでに蓄積した知見に基づいてYバンドに最適化されたモードフィルタリング共振器のための、分散補償ミラーの製作を進める。
なお、ここまでは超高繰り返し光周波数コムの高精度な縦モードの安定化のために、原子の電子遷移に安定化した単一縦モード半導体レーザーと光周波数コムとの間のヘテロダインビートの取得を行うことで、光周波数領域における短期安定度が高い配置となっていた。一方で、実際の系外惑星探査実験においては観測の積算時間が長く、これほどの狭い光周波数の線幅は必ずしも必要ではないことが判明しており、オフセット周波数と同様に繰り返し周波数も、国際周波数標準を基準にRF周波数領域において安定化を行えば十分な性能となる可能性がある。RF領域において安定化を施す方が、長期的な光周波数コムの安定運用の実現のためには技術的により容易となるため、積極的にシステムの変更を施していく予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度に製作を予定している特注広帯域低分散ミラーの検討を進める中で、想定より価格が高くなる可能性が生じている。そこで、年度内の使用額を抑えることとした。
未使用額は本ミラー製作の経費に充てることとしたい。
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Research Products
(3 results)
