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本研究は、ナノテクノロジを支援するため、メートル定義に直結するピコメートル分解能の測長法の開発を目指すものである。高フィネスの光共振器の共鳴を利用して、共振器長の変化を基準周波数安定化レーザ(長さ標準)とのビート信号の周波数変化として捉え、この校正・検証を結晶格子の格子間隔で行うものである。以下の事項を行った。
(1)光共振器・測定システムの試作
光共振器・測定装置の設計を行った。共振器の片方のミラーを高剛性の平行ばね型ステージに載せ、その駆動にはピエゾアクチュエータを採用した。フィネスが100〜400と1000の共振器ミラーを採用した。共鳴光を発する光源として周波数可変半導体レーザを採用した。共振器ミラーの共鳴情報をロックイン検出で得るためのマイクロ波ミキサ、マイクロ波フィルタから成る回路を試作した。ビート信号を得、記録する回路・ソフトウェアを開発した。
(2)光共振器共鳴フィードバック実験
上記で試作したシステムを用い、半導体レーザの周波数を光共振器の共鳴周波数に一致させるフィードバック回路・ソフトウェアを試作した。また、このとき光共振器の一端をピエゾアクチュエータで動かし、共振器長変化に伴う共鳴周波数のシフトを、基準レーザとのビート信号で捉え、レーザ干渉測長機などとの変位測定と比較した。0.1ナノメートル程度の分解能が得られること確認した。
(3)超高フィネス光共振器の設計
フィネスが5000程度となる光共振器を設計した。0.03ナノメートルの分解能を期待している。
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