双方向動作型デュアルコムファイバレーザーの開発に成功

ポイント

• １台のレーザー共振器から、広い波長帯域と高いコヒーレンスを持ち、繰り返し周波数の異なる２つの光コムを発生するデュアルコムファイバレーザーを開発した。
• このデュアルコムファイバレーザーが発する２つの光コムは、高い相対安定性を持つことから、測定速度、感度、精度、分解能に優れたデュアルコム分光法の実用性や経済性を一層高め、光コムの応用が画期的に進展すると期待される。

ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業において、電気通信大学の美濃島 薫教授、中嶋 善晶特任助教、秦 祐也博士前期課程学生らは、広い波長帯域と高いコヒーレンスを持ち、繰り返し周波数が異なる２つの光コムを発生するデュアルコムファイバレーザーを開発しました。

パルス光の繰り返し周波数が精密に制御された超短パルスレーザーである光周波数コム（光コム）は、周波数標準、高精度分光、高精度マイクロ波発生、天文観測、絶対距離測定などさまざまな分野において必要不可欠なツールになっています。特に光コムを用いた精密分光では、繰り返し周波数が異なる２つの光コムを光源に用いるデュアルコム分光法が提案されています。この方法は、第１の光コム（Ｓｉｇｎａｌ ｃｏｍｂ）に測定対象の原子や分子などの情報を記録し、第２の光コム（Ｌｏｃａｌ ｃｏｍｂ）とのインターフェログラムから分光情報を得るため、広帯域、高速かつ精密にデータを取得できる点が優れています。一方、２つの光コムには高いコヒーレンス性と安定性が要求され、複雑な制御系や信号処理系が必要であるためシステムが高価になり、利用の拡大が進んでいませんでした。

この課題を解決するため、１台のレーザー共振器から２つの光コムを発生可能なデュアルコムファイバレーザーを簡易な構成で実現しました。高性能かつ実用性の高い光コム光源として実績のあるエルビウム添加ファイバを用いたモード同期レーザーを基に、時計回りと反時計回りの両方向に対称的な共振器構成を採用し、モード同期を安定化する光学素子のみを共有しない構成としました。開発したレーザーは、２つの光コムに共通な原因で発生する雑音の抑制効果に優れ、高い相対安定性を備えています。さらに、このレーザーは堅牢かつ小型であるため、実用的で広帯域なデュアルコム分光装置を実現する有力な光コム光源となることが期待されるとともに、材料特性評価、イメージング、センシングなど、多くの分野への活用が期待されます。

本研究成果は、２０１９年２月２０日（米国東部時間）にアメリカ光学会（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）の電子ジャーナル「Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ」で公開されました。