宇宙デブリ除去のための位相共役光を用いた光エネルギー伝送

• Project/Area Number: 13J04508
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川上 言美 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 位相共役光 / 無線光伝送 / 自動追尾 / 無線光エネルギー伝送 / 宇宙デブリ除去 / 四光波混合 / 飽和利得 / 宇宙デブリ / レーザーアブレーション / 時間反転波 / 体積ホログラム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は位相共役光の自動捕捉・追尾・光集光作用を利用して微小宇宙デブリや小型飛行機などの移動体への光エネルギー伝送を行うことを目的としている．平成26年度まではファブリ・ペロー共振器型Nd:YAG位相共役鏡を組み立て，その基本的性能や位相共役光の波面補正能力等の主に標的の捕捉と光集光能力を実験により検証してきた．
平成27年度は対象物体を3次元的に捕捉・集光する能力を調べるとともに等速度で奥行き方向に移動する物体に対する追尾能力を確かめた．まず前者に対しては，点光源を用いて奥行き方向の集光位置を確かめ，位相共役光が点光源の位置に確かに集光することを確かめた．これにより，前年度に行った接線方向の捕捉実験と合わせて，3次元的な捕捉・集光能力が確かめられた．
移動体の追尾実験については，対象物体が移動することで発生するドップラーシフトの影響で媒質中の干渉縞が移動することが予測される．この場合，干渉縞の明暗にしたがって形成される利得回折格子が消去されて位相共役光出力が低下することが懸念された．この問題に対し，本研究では干渉縞の明暗反転時間よりパルス幅の短い光を用いることで利得回折格子が維持され位相共役光出力の低下を防ぐことが可能であることを実験と計算により確かめた．実験では明暗反転時間をまたぐようなパルス幅の短い光と長い光を用いて位相共役光出力の挙動を調べ，パルス幅18nsの短パルスの場合は標的速度が80mm/sでも位相共役光出力が一定に保たれることを確かめた．また計算ではレート方程式から導いたシミュレーションにより移動体のスピードに対しその移動体を追跡するために必要なパルス幅の目安を得ることに成功し，例として国際宇宙ステーションへの無線光伝送や微小宇宙デブリ除去を行うのに必要なパルス幅を導いた．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 微小宇宙デブリ除去技術のための飽和利得による位相共役光発生 (2015)
  • Author(s): 川上言美，岡村秀樹，内田成明，小紫公也
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 43 Pages: 628-632
  • NAID: 130007957106
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simultaneous optical tracking of multiple targets in a field of view greater than 20° (2015)
  • Author(s): Kotomi Kawakami, Hideki Okamura, and Kimiya Komurasaki
  • Journal Title: Optics Express Volume: 23 Issue: 8 Pages: 9777-9783
  • DOI: 10.1364/oe.23.009777
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optical phase conjugation by four-wave mixing in Nd:YAG laser oscillator for optical energy transfer to a remote target (2015)
  • Author(s): Kotomi Kawakami, Hideki Okamura, and Kimiya Komurasaki
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 117 Issue: 8 Pages: 083106-083106
  • DOI: 10.1063/1.4913595
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 微小宇宙デブリ除去のための飽和利得四光波混合の基礎研究 (2014)
  • Author(s): 川上言美，内田成明，岡村秀樹，小紫公也
  • Journal Title: プラズマ応用科学 Volume: 22 Pages: 43-46
  • NAID: 40020374580
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optical phase conjugation for small space debris removal (2015)
  • Author(s): Kotomi Kawakami, Shigeaki Uchida, Hideki Okamura and Kimiya Komurasaki
  • Organizer: 30th International Symposium on Space Technology and Science (ISTS)
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-04 – 2015-07-10
• [Presentation] Optical phase conjugation for small space debris removal (2015)
  • Author(s): Kotomi Kawakami, Shigeaki Uchida, Hideki Okamura, and Kimiya Komurasaki
  • Organizer: 30th International Symposium on Space Technology and Science (ISTS)
  • Place of Presentation: Kobe-Hyogo, Japan
  • Year and Date: 2015-07-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 位相共役光を用いた無線光エネルギー伝送 (2015)
  • Author(s): 川上言美，小紫公也
  • Organizer: 第３４回宇宙エネルギーシンポジウムプログラム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 無線光エネルギ―伝送を目的としたNd:YAGレーザー共振器中での位相共役光発生 (2015)
  • Author(s): 川上言美，岡村秀樹，内田成明，小紫公也
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学高輪校舎（東京都港区高輪）
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [Presentation] Phase Conjugate Light Generation for Space Debris Removal (2014)
  • Author(s): Kotomi Kawakami, Shigeaki Uchida, Hideki Okamura and Kimiya Komurasaki
  • Organizer: 2014 International High Power Laser Ablation and Beamed Energy Propulsion (HPLA/BEP) Symposium
  • Place of Presentation: Santa Fe (United States of America)
  • Year and Date: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [Presentation] 高出力位相共役光を用いた宇宙デブリ除去技術の基礎研究 (2013)
  • Author(s): 川上 言美
  • Organizer: 第57回 宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 鳥取県米子市 米子コンベンションセンター
  • Year and Date: 2013-10-10
• [Remarks] Welcome to Kotomi Kawakami’s Website !
  • URL: http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/members/kawakami/kotomikawakami/AboutMe.html