| 研究課題/領域番号 |
21K04923
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
兵頭 政春 金沢大学, 機械工学系, 教授 (30359088)
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| 研究分担者 |
張 贇 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (00508830)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 2モード発振レーザー / 複屈折性結晶 / 直交偏光 / 2モード発振レーザ / 2波長レーザー / マイクロチップレーザー / 位相変調 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代光ファイバ無線通信の実現のためには高周波のミリ波信号を光学的に生成し，光ファイバを用いて安定に伝送する技術の開発が急務であるが，超高周波の光変調器の開発が困難であるためその研究開発が世界的に遅れている．本研究課題では，光変調器が不要な方法として2種類の波長で同時に発振するマイクロチップレーザーの出力光を混合して超高周波のミリ波を生成する技術に着目し，光学的に生成したミリ波に位相変調を付加する新しい技術の研究開発を行う．
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| 研究実績の概要 |
2つの縦モードで同時に発振する2モード発振マイクロチップレーザの出力光を用いた次世代ファイバ無線のための位相変調技術を開発するため，前年度までに，レーザ光を長さ17 mmのLiNbO3複屈折性結晶に導入することにより，2つのモード光がほぼ完全な直交偏光状態に変換できることを実証し，位相変調器の仕様としての温度変化の許容量を決定するため，実験装置各部における偏光状態の詳細な数値シミュレーションを行い，ミリ波のパワー効率と偏光楕円の楕円率の観点からミリ波の変調効率への影響を検討し，温度変化の許容量として偏光軸の回転角に換算して±0.9°以下に制御する必要があることなどを明らかにしてきた．偏光軸の回転角を±0.9°以下に保つためには結晶温度を±0.0025℃以下になるように安定化する必要があるが，そのためにエアシールドを自作して結晶の温度変化をペルチエ素子に直接フィードバックすることにより結晶の温度を±0.01℃以下に安定化することに成功したが，目標とする安定度はまだ実現できていなかった．
本年度は，結晶の温度安定度の目標を達成するため，エアシールド内の制御系を二重の負帰還制御系となるよう改良した．具体的には，第1の制御系でフィンの温度を積分制御で±0.01℃に保ちつつ，第2の制御系を用いて結晶の温度変化を第1の制御系の設定温度にフィードバックして比例制御する構成とした．これにより，フィンの温度の過剰な急変を抑制することが可能になり，目標を約4倍上回る±0.00063℃の温度安定度を達成した．
今後は，レーザ光の偏光状態の安定度を確認しつつ，位相変調を効果的に付加する技術を開発していく予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
複屈折性結晶を通過させたレーザ光の偏光状態における温度変化の影響を調査し，LiNbO3結晶の電気光学効果や温度制御によって偏光状態を一定に保つ能動的制御技術を開発することは概ね達成しており，昨年度は当初計画にはなかった位相変調器の仕様としての温度変化の許容量を明らかにした上，負帰還制御系がナイキスト周波数よりも低い周波数で発振に至る原因を明らかにしたことで学術的に有用な成果が得られた一方，変調効率の-3dB帯域幅などの性能評価指数については着手に至っておらず，位相変調器としての性能評価にも着手できていない．さらに，2024年1月1日に発生した能登半島地震により，光学系のアライメントが大きく損傷し，実験装置の一部が破損したことから，予定していたいくつかの実験を延期することを余儀なくされた．以上を総合して現状において研究はやや遅れていると評価せざるをえない状況である．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までに，複屈折性結晶の温度制御によって出力光の偏光状態を一定に保つ能動的制御技術の開発に成功したが，複屈折性結晶の電気光学効果を用いて透過光の偏光状態の変動を負帰還制御する技術については，高電圧増幅器の出力電圧の制限などにより，室温の急激な変化や大きなドリフトには対応できていなかった．
そこで今後は，室温の急激な変化や大きなドリフトに対しても所望の偏光状態を長時間持続できるようにするため，サーボモーターを用いて波長板を機械的に回転させることによってホールドレンジを拡大し，偏光状態を長時間持続できるようにするための研究を行う．また，偏光状態の負帰還制御の制御帯域を向上させるため，制御装置を増設してそれらの役割を最適化することにより，制御の高速化を試みる．これらにより，制御帯域を現状の5倍以上に拡大することをめざす．さらに，複屈折性結晶内をレーザ光を往復させる構成に拡張した上で偏光状態の安定性を評価するとともに位相変調器としての基本性能を評価する実験を行う．
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