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赤外マルチファイバー技術と先端分光技術の融合で惑星展開を目指す小型赤外分光器開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K18640
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

笠羽 康正  東北大学, 理学研究科, 教授 (10295529)

研究分担者 平原 靖大  名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (30252224)
中川 広務  東北大学, 理学研究科, 准教授 (30463772)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード赤外ファイバー / 赤外分光 / レーザー分光 / ヘテロダイン分光 / フーリエ分光
研究開始時の研究の概要

赤外ファイバー技術を多様な需要に対応できる複数赤外分光技術と結合させ、宇宙機・飛翔体搭載にも耐えうる自由度の高い小型・高安定・高耐久の赤外計測器を実現する。
ファイバーオプティクスは可視光域で光学系の簡素化・低コスト化を生み、安定性・運用性を向上させ、光分析の応用を拡げた。この革新は大気・結晶・生命に関わる物質・分子の吸収帯をより多く含む赤外域でこそ必要である。近赤外域・中間赤外域でマルチファイバー技術を確立し、レーザー・ヘテロダイン・グレーティング・フーリエ分光技術との結合で、次世代小型赤外分光の標準技術とし、リソースが限定される可搬型探査と多分野のガス・固体・生体計測に波及効果を秘める。

研究成果の概要

赤外ファイバー技術を多様な需要に対応できる複数赤外分光技術と結合させ、宇宙機・飛翔体搭載にも耐えうる、自由度の高い小型・高安定・高耐久の赤外計測器の基盤技術を実現した。この成果は、大気・地質・生命物質の情報を多く含むこの波長域で、リソースが極めて限定される着陸機・ローバーや気球・航空機・ドローン等を含む、未来の「可搬型探査」に破壊的なブレークスルーをもたらしうる。急激に小型化が進む3つの赤外分光技術、レーザー分光・ヘテロダイン分光・フーリエ分光技術と結合し、多様な波長範囲・分解能要求に対応したバックエンド側分光手段の選択枝を包含可能できる、次世代赤外分光の技術基盤として確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

赤外ファイバー技術を多様な需要に対応できる複数赤外分光技術と結合させ、宇宙機・飛翔体搭載にも耐えうる、自由度の高い小型・高安定・高耐久の赤外計測器の基盤技術を実現した。この成果は、大気・地質・生命物質の情報を多く含むこの波長域で、リソースが極めて限定される着陸機・ローバーや気球・航空機・ドローン等を含む、未来の「可搬型探査」に破壊的なブレークスルーをもたらしうる。急激に小型化が進む3つの赤外分光技術、レーザー分光・ヘテロダイン分光・フーリエ分光技術と結合し、多様な波長範囲・分解能要求に対応したバックエンド側分光手段の選択枝を包含可能できる、次世代赤外分光の技術基盤として確立した。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (26件)

  • [雑誌論文] Mid-infrared imaging spectroscopic measurements of C2H4 frost simulating the outer solar system environments2024

    • 著者名/発表者名
      Koga Ryoichi、Negishi Shohei、Zhao Biao、Li Yuan、Ito Fumiyuki、Kasaba Yasumasa、Hirahara Yasuhiro
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 76 号: 1 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1186/s40623-024-01976-y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] UV irradiation and infrared observation of sulfur dioxide clusters and solids at cryogenic temperature2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Fumiyuki、Koga Ryoichi、Negishi Shohei、Hirahara Yasuhiro
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 829 ページ: 140742-140742

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2023.140742

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mid-infrared laser heterodyne spectrometer by hollow optical fiber and its newly designed coupler2023

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Hiromu, Tsukada Satoki, Katagiri Takashi, Kasaba Yasumasa, Murata Isao, Hirahara Yasuhiro, Matsuura Yuji, Yamazaki Atsushi
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 62 号: 6 ページ: A31-A31

    • DOI

      10.1364/ao.475426

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulations of the spectral resolving power of a compact space-borne immersion-echelle spectrometer using mid-infrared wave tracing2022

    • 著者名/発表者名
      Itoh Satoshi、Ishihara Daisuke、Wada Takehiko、Nakagawa Takao、Oyabu Shinki、Kaneda Hidehiro、Hirahara Yasuhiro、consortium the SMI
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 8 号: 02 ページ: 025004-025004

    • DOI

      10.1117/1.jatis.8.2.025004

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Infrared Absorption and Its Sources of CdZnTe at Cryogenic Temperature2022

    • 著者名/発表者名
      Maeshima Hiroshi、Matsumoto Kosei、Hirahara Yasuhiro、Nakagawa Takao、Koga Ryoichi、Hanamura Yusuke、Wada Takehiko、Nagase Koichi、Oyabu Shinki、Suzuki Toyoaki、Kokusho Takuma、Kaneda Hidehiro、Ishikawa Daichi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 51 号: 2 ページ: 564-576

    • DOI

      10.1007/s11664-021-09361-1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ファイバとファイバカプラを用いた惑星大気観測用中間赤外ヘテロダイン分光器の開発2024

    • 著者名/発表者名
      大畑元, 中川広務, 笠羽康正, 村田功, 片桐崇史, 松浦祐司, 平原靖大, 山﨑敦
    • 学会等名
      惑星圏シンポジウム2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 太陽系外縁天体環境を想定したN2O低温固体の中間赤外線イメージング分光2024

    • 著者名/発表者名
      高間大輝,古賀亮一,根岸昌平,平原靖大,笹子宏史,李源,趙彪,伊藤文之
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: 中間赤外線用イマージョン・グレーティング材料の極低温中間赤外線透過率測定装置の開発2024

    • 著者名/発表者名
      李源,古賀亮一,平原靖大,榎木谷海,松原英雄,中川貴雄,和田武彦
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS 中間赤外線高分散分光器: イマージョン・グレーティングの特性評価のための量子カスケードレーザーの開発2024

    • 著者名/発表者名
      生駒開,平原靖大,笹子宏史,李源,趙彪,古賀亮一,中川貴雄,榎木谷海,松原英雄
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] イマージョン・グレーティング材料の屈折率評価用の2DFT-IR分光器の開発2024

    • 著者名/発表者名
      趙彪,古賀亮一,平原靖大,笹子宏史,根岸昌平,李源,笠羽康正,中川貴雄,松原英雄,榎木谷海, 和田武彦
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: 中間赤外線用イマージョン・グレーティング材料の極低温中間赤外線屈折率測定装置の開発2024

    • 著者名/発表者名
      榎木谷海,松原英雄,中川貴雄,平原靖大,古賀亮一,李源,趙彪,生駒開,高間大輝,笹子宏史,和田武彦
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mid-infrared imaging spectroscopy of solid SO2 simulating the environment of Jupiter's moon Io2023

    • 著者名/発表者名
      Negishi, S., R. Koga, B. Zhao, Y. Hirahara, Y. Li, F. Ito, Y. Kasaba
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Development of mid-IR heterodyne spectrometer with fibers and a fiber coupler for the observation of planetary atmospheres2023

    • 著者名/発表者名
      Ohata, H., H. Nakagawa, T. Katagiri, Y. Kasaba, I. Murata, Y. Hirahara, Y. Matsuura, A. Yamazaki
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 外惑星環境を模擬したSO2とC2H4霜の紫外線照射実験及び中間赤外イメージング測定2023

    • 著者名/発表者名
      古賀亮一,根岸昌平,趙彪,李源,伊藤文之,今井正尭,笠羽康正,平原靖大
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: イマージョン・グレーティングの開発2023

    • 著者名/発表者名
      中川貴雄, 松原英雄, 鈴木仁研, 榎木谷海, 平原靖大, 古賀亮一, 李源, 趙彪, 根岸昌平,金田英宏,和田武彦,中岡俊裕,細畠拓也,海老塚昇,山形豊, 野津翔太, 野村英子
    • 学会等名
      日本天文学会2023年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: イマージョン・グレーティング材料の透過率の精密測定2023

    • 著者名/発表者名
      李源,古賀亮一,趙彪,高間大輝,平原靖大,榎木谷海,松原英雄,中川貴雄,和田武彦
    • 学会等名
      日本天文学会2023年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: イマージョン・グレーティング材料の光学特性評価のための2DFT-IR分光器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      趙彪,古賀亮一,平原靖大,根岸昌平,李源,高間大輝,伊藤文之,笠羽康正,中川貴雄,榎木谷海,松原英雄,和田武彦
    • 学会等名
      日本天文学会2023年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: イマージョン・グレーティング材料の極低温・中間赤外線屈折率測定装置の開発2023

    • 著者名/発表者名
      榎木谷海,松原英雄,中川貴雄,平原靖大,古賀亮一,李源,高間大輝,和田武彦,山口遼大,田中颯
    • 学会等名
      日本天文学会2023年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GREX-PLUS中間赤外線高分散分光器: CdZnTeイマージョン・グレーティングの加工法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      細畠拓也,海老塚昇,山形豊,中川貴雄,松原英雄,榎木谷海,李源,平原靖大,井上昭雄
    • 学会等名
      日本天文学会2023年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ファイバーとファイバーカップラーを用いた惑星大気観測用中間赤外ヘテロダイン分光器の開発2023

    • 著者名/発表者名
      大畑 元, 中川 広務, 笠羽 康正, 村田 功, 片桐 崇史, 平原 靖大, 松浦 祐司, 山崎 敦
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会2023年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 中間赤外分光イメージングによる木星衛星イオ環境を模擬した低温二酸化硫黄固体の変性実験2023

    • 著者名/発表者名
      根岸昌平, 古賀亮一, 趙彪, 李源, 髙間大輝, 平原靖大, 伊藤文之, 笠羽康正
    • 学会等名
      日本惑星科学会 2023 年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 木星衛星イオ環境を模擬した低温二酸化硫黄固体の変性と中間赤外線分光イメージング測定2023

    • 著者名/発表者名
      根岸昌平,古賀亮一,趙 彪,李源,高間大輝,平原靖大,伊藤文之,笠羽康正
    • 学会等名
      第23回分子分光研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 極低温でのSO2固体への紫外光照射実験と赤外測定(2)計算化学的アプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤文之,根岸昌平,古賀亮一,平原靖大
    • 学会等名
      第23回分子分光研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 外惑星環境を模擬したSO2とC2H4の凝縮実験及びin-situ中間赤外イメージング分光測定2023

    • 著者名/発表者名
      古賀亮一, 根岸昌平, 李源, 趙彪, 伊藤文之, 今井正尭, 笠羽康正, 平原靖大
    • 学会等名
      第24回惑星圏研究会(SPS2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 木星衛星イオの表面環境を模擬した低温 SO2霜の赤外分光イメージング2022

    • 著者名/発表者名
      根岸 昌平、古賀 亮一、趙 彪、平原 靖大、李 源、伊藤 文之、笠羽 康正
    • 学会等名
      日本惑星科学会 2022年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 遠赤外線2次元フーリエ分光器(2D FT-FIR)光学系の開発2022

    • 著者名/発表者名
      趙彪, 古賀亮一, 平原靖大, 根岸昌平, 李源, 伊藤文之,笠羽康正, 松原英雄
    • 学会等名
      天文学会 2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] イオ表面環境を模擬した低温SO2霜の2D FT-MIR分光装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      根岸 昌平、古賀 亮一、趙 彪、平原 靖大、李 源、伊藤 文之、笠羽 康正、山崎 敦
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 塚田 悟輝、中川 広務、村田 功、平原 靖大、笠羽 康正、片桐 崇史、松浦 祐司、山崎 敦2022

    • 著者名/発表者名
      中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発2022

    • 著者名/発表者名
      塚田悟輝, 中川広務, 村田功, 平原靖大, 笠羽康正, 片桐崇史, 松浦祐司, 山崎敦, 宮本明歩
    • 学会等名
      惑星圏シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] イオ表面環境を模擬した低温SO2微粒子の2D FT-MidIR分光装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      根岸昌平, 古賀亮一, 趙彪, 平原靖大, 李源, 伊藤文之, 笠羽康正, 山崎敦
    • 学会等名
      惑星圏シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 中空光ファイバを用いた太陽系内探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発2021

    • 著者名/発表者名
      塚田 悟輝, 中川広務, 村田功, 平原靖大, 笠羽康正, 片桐崇史, 松浦祐司, 宮本明歩, 山崎敦
    • 学会等名
      惑星科学会 2021年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2025-01-30  

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