Development of dual-comb cavity mode dispersion spectroscopy for high precision multi-component trace gas analysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01852
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Okubo Sho 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光周波数コム / デュアルコム分光 / 光共振器 / ガス分析

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated a fully frequency-based spectroscopic method that combines cavity mode dispersion spectroscopy and dual-comb spectroscopy for high-precision gas analysis. To achieve this, we developed a sample-cell-integrated optical cavity, precisely controlling the frequencies to ensure that the cavity free spectral range (FSR) is an integer multiple of the comb mode spacing. The resulting spectrum exhibits minimal background components without any special corrections, leading to significantly improved accuracy in gas concentration measurements through spectral analysis.

Free Research Field

光計測、分子分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

気候変動の予測や、プラント排気ガスのリアルタイム分析など、高感度・高精度かつ高速な分光ガス濃度測定が求められている。通常の分光ガス濃度測定では光強度揺らぎの影響で精度が制限されるが、完全周波数ベースの共振器モード分散光をデュアルコム分光で実現することで、光強度揺らぎの影響を受けないバックグラウンドフリーのスペクトルが得られることが実証された。これらの成果により、多成分ガス分析の精度が向上し、上述の応用のさらなる発展が期待できる。