| 研究課題/領域番号 |
18K04969
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
高田 和正 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (20359590)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ブリルアングレーティング / 音響フォノン / 光干渉 / 光強度変調器 / 光リフレクトメトリー |
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| 研究実績の概要 |
（１）音響フォノンの過渡特性を利用したS/Nの改善：前年度に続き光スイッチング条件の最適化を行い、ブリルアングレーティングを測定する際のS/Nの改善を行った。立ち上がり時間が100ピコ秒以下の２チャンネル高速パルス発信器で２台のＬＮ光変調器を駆動した。それぞれのチャンネルから発生する電気パルスの時間幅、電圧、オフセット電圧そして遅延時間を微調整することにより、リニアスケールでS/N＝12を実現した。この状態で、ポンプ光とプローブ光のパワーを２倍にしたが、これ以上の改善は不可能であった。
他社製のレーザ駆動電源でポンプ光発生用のDFBレーザを駆動したところ、駆動電源によってS/Nは6～12の範囲で変化することが分かった。そこでレーザ光周波数の変動スペクトルを測定したところ、光周波数は電源周波数やその高調波、そして電源に設置されたファンの回転によって変調されていることが判明した。このため、ポンプ光の周波数変調によって測定用ファイバに誘起されるブリルアングレーティングの位相も変調されてしまい、その結果S/Nが劣化したとの結論に達した。
（２）偏波ダイバーシティを利用したS/Nの改善：空間分解能30μｍの低コヒーレンス光リフレクトメトリーにおけるS/Nは、偏波ダイバーシティを通過してバランス回路に入射するポンプ光の漏れ光と干渉計で使用する局発光とのビート雑音で決定されることを理論的・実験的に証明した。測定用ファイバに入射させる前にポンプ光を偏光子に通過させて予め消光比を50dBまで高めておく方法を採用することによって、ビート雑音を20dB以上低減できることが分かった。その結果、ブリルアングレーティングのRF周波数依存性を5～6時間で測定できるようになり、光部品の歪分布（ブリルアンスペクトル分布）を30μｍの空間分解能で測定することに成功した。
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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
研究開始当初、ブリルアングレーティングをベースにしたコヒーレントFMCWリフレクトメトリーのS/Nは、漏れポンプ光と局発光とのビート雑音によって制限されていると考えていた。今回の実験によって、ポンプ光周波数の周波数変動がS/N劣化の主要因であることが判明したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目的であるS/N＝60を実現するためにポンプ光の周波数に許される最大変動量を理論的に導出する。コヒーレントFMCWリフレクトメトリーでは、プローブ光の周波数を掃引して得られるビート信号をフーリエ変換した後にその絶対値の２乗を計算して、ブリルアングレーティングの長手分布を求める。ポンプ光の周波数が変動すると、フーリエ変換の被積分項が時間変動することから、フーリエ変換項の絶対値の２乗にも変動する項が現れ、これがブリルアングレーティングを導出する際の雑音となる。そこで、被積分項をポンプ光の周波数偏移に関して２次の項まで展開した後にフーリエ変換・絶対値の２乗の演算を行い、その主要項からブリルアングレーティングの真の値、１次項から分散をそれぞれ計算してS/Nを導出するとともに、２次項から分散の補正値を計算してS/Nの誤差を求める。
S/Nの理論的検討を踏まえ、レーザ注入電流の変動成分を理論値レベルまで低減してS/Nの向上を図る。周波数変動を低減するためには、注入電流中の変調成分を低減することが不可欠である。市販の駆動電源ではレーザの強度変調を目的として注入電流用増幅器の帯域が50ｋHz程度まで広帯域化されており、注入電流に電源周波数とその高調波成分が容易に混入してしまうと考えられる。そこで、現在使用しているレーザ駆動電源の注入電流回路に50Hzカットオフのパッシブ型ローパスフィルターを直列に接続して変動成分を低減する。また、電流の変調成分を完全に除去することを目的として、サージカット及び逆バイアス防止用のダイオードと可変抵抗のみを備えた電池駆動のレーザ駆動電源を自作する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
年度末において、実験を遂行する上で必要な消耗品類（ファイバパッチコード、ファイバ端面を清掃するクリーナーや光ファイバ等）を購入するために次年度の予算の一部を前倒し請求したが、コロナ禍による社会的混乱により、製造元である中国の（複数の）会社が製品出荷を停止したために、購入できなくなったことが原因である。代理店によれば、当該会社は再開されつつあり、今後、これらの消耗品を順次購入できるものと期待している。
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