連続チャープ周波数内狭線スキャニング分光法の原理実証

• Project/Area Number: 14750036
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 斎藤 徳人 独立行政法人理化学研究所, 固体光学デバイス研究ユニット, 協力研究員 (90333327)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000); Fiscal Year 2002: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 連続チャープ周波数 / 周波数シフト帰還型レーザー / 電子制御 / 差周波派生 / 高速広帯域波長同調 / 共振器内レーザー吸収分光 / 電子制御レーザー / 音響光学波長可変フィルター / ファブリー・ペロー干渉計

Research Abstract

本研究の目的は、連続チャープ周波数を有する波長可変周波数シフト帰還型レーザーを用い、その波長を電子制御で高速同調しながら、1レーザーシステムで多分子種をリアルタイムに観測できる広汎な分光分析法(FSCS法)の原理実証を行うことであった。
多分子種のリアルタイム観測のためには、波長同調の高速化が必要である。周波数シフト帰還型チタンサファイアレーザーの励起レーザーに10kHz繰り返し速度動作のNd : YAG-SHGレーザーを導入、かつ波長選択素子である音響光学波長可変フィルターの自動制御プログラムを開発し、0.7〜1.0μm領域の任意の波長をパルスのショットごと、つまり100μsごとに切り換えることに成功した。これは、レーザー波長を不連続に切り換える速度として世界で最も高速である。さらに、制御プログラムをレーザー2波長動作にもアップグレードし、レーザーを2波長動作させて実現した差周波発生において発生した中赤外の波長の切り換えを1msまで高速化させることにも成功した。これら高速波長切り換えと、波長同調域が、レーザーのみで0.7〜1.0μm、あるいは差周波発生法を利用すれば3-13μ内の任意の2μm領域を自由に設定して行えることから、この高速広帯域波長同調法は、吸収の波長体の異なる複数の環境物質を同時に観測する上で非常に有用な技術となる。
本研究により周波数シフト帰還型レーザーが、連続チャープスペクトルを有し、波長切り換え速度を最高で100μsまで高速化できたこと、このレーザー自体を分光計測器とできる新しい共振器内レーザー吸収分光法を考案し、実際に0_2、H_2Oの2分子について波長を切り換えながらスペクトル測定が実現できたこと、以上により、多分子をリアルタム観測できる連続チャープ周波数狭線スキャニング分光法の原理実証が完了した。