2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study of real-time dual-comb spectroscopy in versatile spectral region based on on-chip devices
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21F21363
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
美濃島 薫 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20358112)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TIAN HAOCHEN 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2021-11-18 – 2024-03-31
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| Keywords | Optical frequency comb / High repetition rate / Fiber laser / Carrier envelope offset / Supercontinuum / Dual-comb |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高繰り返し750MHz Ybファイバコムにおいて、高SNRで効率的なキャリアエンベロープオフセット周波数ビート信号の検出を実現した。まず、レーザー発振器からの光パルスを増幅し、コヒーレントなスーパーコンティニューム光を発生した。マルチモード光励起の偏波保持型Ybドープファイバ増幅器を用いることで、パワースケーリングを実現するとともに、増幅パルスの環境安定性を向上させた。9Wのマルチモードポンプ，ポンプコンバイナ，ダブルクラッドYbファイバから構成されている。Ybファイバコムからの光パルスのパワーは300mWから1Wに増幅され、対応するパルスエネルギーは0.4nJから1.3nJに増加した。増幅されたパルスは、さらにグレーティングペアを用いてフーリエ変換限界まで圧縮し、ピークパワーを増加させた。パルス圧縮後のパルス幅は120fsで、10kWのピークパワーに相当する。圧縮の効率は80%以上である。フォトニック結晶ファイバに入力し、高効率かつ高コヒーレンスな波長650 nmから1300 nmのオクターブ帯域に広がったスーパーコンティニューム光を発生させた。このスーパーコンティニューム光を用いて、750MHzの光周波数コムにおけるキャリアエンベロープオフセット周波数ビートをシリコンアバランシェ光検出器で検出した。ビート信号のSNRは100 kHz RBWで30 dB以上である。テーパー付きフォトニクス結晶ファイバと導波路型の非線形光学結晶PPLNについて、異なるタイプの組み合わせをいくつか試した。最終的に、ビート信号を検出し、そのSN比と位相雑音を測定した。フリーランの位相雑音パワースペクトル密度は、オフセット周波数100kHzで-50dBC/Hz、オフセット周波数1kHzで-10kHz dBcとなり、低雑音な信号が得られた。
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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
高繰り返し750MHzのYbファイバコムの制御性の向上のために、本年度の目標であった、光コムのキャリアエンベロープオフセットビート信号の検出に必要な1オクターブに及ぶコヒーレントな広帯域光を発生させることができた。テーパー型の光ファイバや導波路型結晶の検討を行うと同時に偏波保持ファイバ光学系を導入し、高効率かつ環境安定性を向上させた。また、発生効率を向上させるため、パルスのチャープ補償を行ってパルス幅を圧縮し、パルスのピーク高強度化を行った。最終的に、キャリアエンベロープオフセットビート信号の検出を行うことができ、そのSN比や位相ノイズの測定評価を行うところまで進捗した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の手順で研究を推進する。
まず、発生させたキャリアエンベロープ信号を低ノイズマイクロ波周波数基準へ位相同期する。次に、750MHzコムと狭線幅CWレーザー間のビート信号を検出する。低ノイズマイクロ波周波数基準へのコムとCWレーザー間のビート信号の位相同期を行う。さらに、ある繰り返し周波数の差でデュアルコムシステムを構築する。そして、完全位相同期後の近赤外波長域における2つのコム間の相互干渉の評価し、デュアルコム分光システムとしての性能を評価する。
これらの成果を、国際会議・学術誌に発表する。
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