2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi isotopologues analysis by mid-infrared frequency comb assisted cavity enhanced laser spectroscopy
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20K15205
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
寺林 稜平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10870272)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レーザー分光 / 同位体分析 / 光周波数コム / 光共振器 / キャビティリングダウン分光 / 放射性核種 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長半減期放射性核種や様々な同位体を含む分子種を、煩雑な前処理や化学分離をすることなく同時に分析可能な手法として、中赤外光周波数コムと高反射率光共振器を利用した高感度レーザー吸収分光法（CRDS法）の開発を行った。研究期間全体で得られた成果は下記の通りである。なお、 主に(3)について最終年度（令和4年度）に実施した。
(1)中赤外半導体レーザーの狭線幅化法開発： 本手法実現のためには、プローブ光源として利用する中赤外半導体レーザーの狭線幅化が不可欠であった。そこで、V字型光共振器を利用した光フィードバック法によるレーザー安定化手法の開発を行った。結果として、100 kHz以下の線幅を達成し、同時に共振器長を掃引することにより、モードホップフリーで10 GHz近い周波数掃を可能とした。
(2)中赤外光周波数コムを用いたレーザー周波数モニタリング・安定化法を開発： 光コムと半導体レーザーを空間的に重ね合わせ、両者のうなり（ビート）信号を取得し、半導体レーザーの発振周波数をモニタリング・安定化する手法を開発した。
(3)複数分子種吸収スペクトル取得実証： (1)と(2)の成果を組み合わせたCRDS装置により、複数分子種吸収スペクトルを取得する実験を行い、二酸化炭素・亜酸化窒素・水分子由来の明瞭な吸収スペクトルを取得することができた。
最後に得られた成果の取りまとめとして、本研究で開発したV字型光共振器フィードバックによる中赤外半導体レーザーの狭線幅化を中心に論文としてまとめ、学術雑誌に投稿（R. Terabayashi, et al., J. Appl. Phys. 132, 083102 (2022). ）した。本研究により、複数分子の中赤外域光吸収を高精度に同時取得する技術の基盤を確立することができ、今後のさらなる発展が期待される。
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