2022 Fiscal Year Annual Research Report
超高精度多成分微量ガス分析のためのデュアルコム共振器モード分散分光法の開発
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21H01852
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大久保 章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30635800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 祐公子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30357222)
松本 信洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30358048)
下坂 琢哉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (40295473)
稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (70356492)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ガス分析 / 光周波数コム / デュアルコム分光 / 光共振器 / 共振器分散分光 / レーザー強度雑音 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
デュアルコム共振器分散分光に向けて、高い濃度測定精度を維持しながら共振器長を調整できるように工夫したサンプルセル一体型の光共振器を設計し、部材を発注した。ただ、昨年度から続いている真空関連部品の長納期化の影響を受け、年度末の納品となったため、共振器本体部分以外の準備を進めた。光コムと光共振器モードの周波数が一致するように、CWレーザーを介した光共振器の制御方法を検討・決定した。並行して、共振器分光に適した、繰り返し周波数が高めの偏波保持ファイバー型の光コムの製作を開始した。また、通常のデュアルコム分光におけるガススペクトル解析法を精査したところ、濃度測定精度が解析に用いる分子吸収線データベースの中心周波数精度で律速されることが分かり、それをより精度の高い周波数データと置き換えることで精度が向上することが確認できた。この知見は共振器分散分光の解析においても重要と考えられる。
また、高精度標準ガス分析においては、CG-TDCの不安定要因とその対処法について論文にまとめ投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度初めに共振器分散分光に用いるサンプルセル一体型光共振器の部材を発注したが、昨年度から続いている真空関連部品の長納期化の影響を受け、年度末の納品となった。そのため、共振器本体部分以外の準備を進めた。まず、光コムと光共振器モードの周波数が一致するように、CWレーザーを介した光共振器の制御方法を検討・決定した。制御系に必要なCWレーザーと光コムとのビート干渉計をファイバーベースで製作し、高い信号対雑音比でビート信号が得られることを確認した。また、共振器分光に適した、繰り返し周波数が高めの偏波保持ファイバー型の光コムの製作を開始した。繰り返し周波数は現在使用している光コムの2倍の97 MHzとなるように製作し、モード同期、オフセット周波数と繰り返し周波数の位相同期まで実現した。繰り返し周波数が2倍となることで、得られるスペクトルの単位時間当たりの信号対雑音比が2倍になると期待できる。
また、高精度標準ガス分析においては、熱伝導率測定器を用いたガスクロマトグラフィー（CG-TDC）の機械式マスフローコントローラが不調が被測定ガスピークのピーク面積と保持時間が不安定になることが判明した。しかし、その場合もピーク面積は保持時間に比例することが判明し保持時間特性でピーク面積を補正することで高い精度での分析が実現できた。この成果についてまとめ、論文に投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
共振器分散分光用光共振器を組み立て、共振器のフリースペクトラルレンジが光コムの繰り返し周波数の整数倍になるように、共振器長の制御機構を構築する。周波数制御系が完成したら、共振器パラメータ（フリースペクトラルレンジおよびフィネス）の測定とデュアルコム共振器分散分光の原理実証実験を行う。その後、CH4/N2 1000 μmol/molの標準ガスをサンプルに用いて測定を行い、濃度測定感度と精度を評価する。
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