Study of real-time dual-comb spectroscopy in versatile spectral region based on on-chip devices
| Project/Area Number |
22KF0143
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| Project/Area Number (Other) |
21F21363 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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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, 大学院情報理工学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
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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 Research at the Start |
新しい高機能フーリエ分光法として注目されているデュアルコム分光技術を高度化する。コム光源の高繰り返し化によって信号の取得レートを向上させ、高速・広帯域・高感度・高分解能を同時に実現する分光技術を目指す。高繰り返し光源ではパルスあたりのエネルギーが低下するため、コムの制御や応用に必要な非線形光学効果の効率が低くなり、大出力光源を必要とする課題があった。本研究では、導波路型やファイバベースのオンチップ・デバイスを利用し、高精度制御技術を生かして実用的な光源の実現をめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2つの750 MHzの高繰り返しコムを用いて、完全に位相ロックされ、一定の繰り返し周波数差に高精度に制御されたデュアルコムを構築した。まず、Comb1の繰り返し周波数を、低速のキャビティ長フィードバックによってロックした。Comb1とComb2のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を検出し、高精度に位相同期した。次に、狭線幅 CWレーザーとComb 1のモード間のビート信号を検出した。ビート信号は、音響光学周波数シフターとPZTへのフィードバックによって、それぞれ高速制御および低速位相制御を行った。一方、Comb2とCWレーザーの間のビート信号は、可動範囲の異なる短尺PZTと長尺PZTを用いることでそれぞれ高速と低速の位相制御を行った。その結果、ビート信号とキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の安定性は、平均時間 1 秒で 10^-15 レベルが得られた。制御帯域幅は約1kHz が得られた。
次に、構築した系を用いてデュアルコム分光測定を行った。その際に、デジタル位相補正技術をインターフェログラムに適用する手法を開発した。位相補正により、3 つのナイキスト ゾーン (光周波数において180 GHz 範囲) にまたがるエイリアシングされたRF周波数スペクトルを補正する手法を開発し、測定範囲を拡大することに成功した。その結果、アセチレンガスの吸収プロファイルを測定し、HITRAN データベースとの一致を得られた。一方、デジタル位相補正技術を、波長1.5 um の 2つのメカニカル共有コムにも適用した。HCNガスの吸収プロファイルを高精度で測定し、HITRANデータベースとの一致を確認した。
このように、高精度なデュアルコム分光システムを実現した。
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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
2つの高繰り返し750 MHzコムのキャリア・エンベロープ・オフセット周波数と、CWレーザーとのビート信号の、低ノイズRF基準への高精度位相同期に成功した。また、2つのコムは、特定の繰り返し周波数差で位相同期され、デュアルコムシステムの構築を実現した。このシステムを用いて、デジタル位相補正技術を開発し、実際にデュアルコム分光測定に適用したところ、アセチレンとHCNガスの吸収特性を高精度に測定でき、HITRANデータベースと一致する結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、コムの平均パワー向上に取り組む。次に、高非線形ファイバーを使用して、非線形光学効果により、高品位な1 um ~ 1.8 um の波長範囲の光コムを発生する。さらに、その出力を用いて、パルス内差周波発生過程により、出力波長域を中赤外域に変換するとともに、第二高調波発生過程により波長域を可視域に変換し、高品位な広帯域コムを発生する。得られた成果を、論文や国際会議で発表する。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
