2023 Fiscal Year Annual Research Report
High-resolution broadband direct comb spectroscopy
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21K04930
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
長谷川 太郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (80289305)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光周波数コム / 高分解能分光 / ヘテロダイン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光周波数コムを直接分光の光源とするレーザー分光法(以後コム直接分光)は、広帯域・高精度・高速な赤外分光法である。本研究ではこれらの特徴に加え、さらに「高分解能」の特徴を兼ね備えたコム直接分光法の確立を目指す。本研究で以下の成果が得られた。
非線形分光などで現れる非常に細い線幅のスペクトル(線幅1 MHz以下)をコム直接分光で観測するため、260 kHz程度の分解能を160 kHzの分解能まで性能向上できた。メタン分子の近赤外線領域における二重共鳴分光のスペクトル線を観測できると期待される。
今までは、広帯域性を犠牲にした高速・高精度な測定法であるコム直接分光法(コム-CWヘテロダイン分光)を行っていた。2021年度には、広帯域コム直接分光の1つであるデュアルコム分光を行う準備を行った。2台の光周波数コムのキャリアエンベロープオフセット周波数を測定し、それを安定化した。
デュアルコム分光での測定時間を短くするため、光周波数コムのモード間隔を広くする手法を新たに開発した。この手法において必要な基礎的な技術として、高速偏光制御の手法も確立した。これらの実績により、100 MHzのモード間隔の光周波数コムを4倍の400 MHzに広げることができた。また、この方法は実験セットアップが複雑になるという欠点があったが、高調波モード同期の手法を使えばより簡便で同等の光周波数コムが得られることを示した。
デュアルコム分光では2台の光周波数コムを位相同期する必要がある。これは、1台の連続発振レーザーを介して行われる。このレーザーの光周波数を高い精度で安定化する必要がある。本研究では、サニャック干渉計を用いて連続発振レーザーの発振周波数を、ルビジウム原子の共鳴周波数に一致させる非常に簡便な方法を開発した。その結果、レーザー周波数を1 MHz以下の不確かさで安定化できた。
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