2021 Fiscal Year Research-status Report
Thermodynamic temperature determination by thermal radiation heterodyne detection using an optical frequency comb
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21K18915
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入松川 知也 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, 研究員 (00828056)
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)
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)
柏木 謙 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 (10509730)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱力学温度 / 光周波数コム / インコヒーレントヘテロダイン / デュアルコム分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光周波数コム（光コム）を用いて安定化したレーザー光を局部発振光として、インコヒーレント光をヘテロダイン検出する方法を開発する。インコヒーレント光として、黒体からの熱放射を多波長で広帯域観測し、その多数の周波数および信号強度の情報からプランクの放射公式を再現し、温度の新定義に基づいた熱力学温度を決定することである。
インコヒーレント光とレーザー光とのビート信号を得るために、昨年度はファイバー光学系で局発光と信号光を結合させる光学設計をおこなった。信号光としては、最終的には黒体の熱放射を予定しているが、まずは、ビート信号を確実に取り出せる光学系を構築するにあたり、黒体の替わりに、大幅に輝度の高い自然光であるレーザーアドレッシングの放電球（LDLS光源）を用いる設計をおこなった。
LDLS光源を局発光とした光学系の設計をおこない、信号光と局発光とを結合する各光学系パートを組み上げた。LDLS光源は放電による熱ではなく、集光したレーザーのため、スポットは極小であり、エテンデューの特性によりファイバー結合効率が極めて低くなることを回避できる予定である。
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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
進捗は以下の状況である。ファイバー光学系で局発光と信号光を結合させる光学設計をおこなった。当初は信号光として黒体からの熱放射を予定したが、初期段階としてまずはビートを確実に観測するための光学系を組み上げることとした。信号光としては高輝度なLDLS光源を検討し、その光と局発光としての光コムとのビート検出のための光学系の設計に変更した。
また、局発光としては光コム1台を予定していたが、実際のLDLS光源に対応させ、コムを2台同時に照射し、インコヒーレント光とコム１、インコヒーレント光とコム２のビート検出をそれぞれ検出し、それらを掛け合わせて相関をとる、つまり両シグナルを掛け合わせそのスペクトルをフーリエ変換し、もとの光周波数軸上の信号として回復させる方式の設計を行い、各光学系パートを組み上げた。ただし、コロナ情勢の影響により、光学素子の入手に遅れが生じ、光学系を一体化させた系の構築が、当初の予定よりやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は各光学系パートの組み上げを行ったため、今年度は、実際にLDLS光源と2台の光コムをファイバー結合させ、それらを一体化させる。その後、光学系の調整をおこないながら、LDLS光源と光コムとのビート信号を観測し、さらに、信号に対する感度評価を行う。
また、信号光をLDLS光源から黒体の熱放射に代え、それをシングルモードファイバーに入れるためのファイバー結合光学系について設計する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は100円のため、誤差の範囲である。
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