光コム分光温度計によるSIの新定義に基づく温度標準の構築

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02610
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 清水 祐公子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30357222)
• 研究分担者: 入松川 知也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (00828056) ; 中野 享 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (20357643) ; 浦野 千春 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30356589) ; 大久保 章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30635800) ; 稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (70356492)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 気体温度計測 / 温度標準 / 熱力学温度 / デュアルコム分光 / 光周波数コム / 分子分光

研究実績の概要

本研究の目的は、我々が提案した回転状態分布温度計測（Rotational-state Distribution Thermometry：RDT）により、熱力学温度測定システムを世界に先駆けて構築し、新しい温度の定義に基づいた熱力学温度を決定し、実用的な温度標準として確立することである。
これまでにデュアルコム分光を用いた気体分子の吸収分光に基づく、新しい温度計測法(RDT)を提案し、室温で1 Kを切る精度で熱力学温度を計測する技術を確立してきた。本研究では、RDT法を高精度化することを目的とし研究を進めた。本手法は光コムの強度スペクトルを利用し温度を求めるため、スペクトル強度（縦軸）の高安定性が必須である。一方で光コムは、これまでスペクトル強度が長期的に安定していないという課題があり、これは世界的にも解決できていなかった。今回、コサイン類似度という指標を導入することでコムの長期安定度を世界で初めて検証することで、光コムを用いた熱力学温度の測定を支える最も重要な要素技術を確立した。長期的に安定している光周波数コムを使うことで、温度決定の標準偏差が√Nで落ちていることが示され、光周波数コムのスペクトル強度の安定性が測定の不確かさの抑制に寄与していることを確認した。現時点では、温度決定の際のモデル式によるフィッティングエラーは0.2 ℃程度である。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] デュアルコム分光による非接触かつ高精度な気体の温度計測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水祐公子、稲場肇、大久保章
  • 雑誌名: 光技術コンタクト 巻: 60 ページ: 39
• [雑誌論文] Cosine similarity for quantitatively evaluating the degree of change in optical frequency comb spectra (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Irimatsugawa, Y. Shimizu, S. Okubo and H. Inaba
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 29 ページ: 35613-35622
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光を用いた非接触・高精度な気体温度測定 ー分子の運動を新たな光源「光周波数コム」ではかるー (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水祐公子、稲場肇、大久保章、入松川知也
  • 雑誌名: 自動車技術 巻: 75 ページ: 82-88
• [学会発表] コサイン類似度を用いた光コムのスペクトル安定性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 入松川 知也、清水祐公子、大久保章、稲場肇
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会