High-resolution broadband direct comb spectroscopy

高分辨率宽带直接梳状光谱

• 批准号: 21K04930
• 负责人: 長谷川 太郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04930/
• 关键词: 光周波数コム; 高分解能分光; コム直接分光; 二重共鳴スペクトル; 高速偏光変調

光周波数コムを直接分光の光源とするレーザー分光法(以後コム直接分光)は、広帯域・高精度・高速な赤外分光法である。本研究ではこれらの特徴に加え、さらに「高分解能」の特徴を兼ね備えたコム直接分光法の確立を目指す。2022年度は次の実績が得られた。コム直接分光の方法として、本研究では連続発振レーザーとのヘテロダインでスペクトルを取得する方法を主に想定していた。一方で、別の光周波数コムを準備して2つの光周波数コムのヘテロダインでスペクトルを取得する「デュアルコム分光」の方法も有力な方法である。データ取得時間が長くなる欠点はあるが、広帯域性についてはデュアルコム分光の方が優れている。デュアルコム分光では2台の光周波数コムの位相同期をとる必要がある。この位相同期は、1台の連続発振レーザーを介して行われる。このレーザーの光周波数を高い精度で測定しておくことで、デュアルコム分光でのモード次数決定が可能となる。本研究では、サニャック干渉計を用いて連続発振レーザーの発振周波数を、ルビジウム原子の共鳴周波数に一致させる非常に簡便な方法を開発した。その結果、レーザー周波数を1 MHz以下の不確かさで安定化できた。この結果により、デュアルコム分光でのモード次数決定が可能となった。一方で、連続発振レーザーとのヘテロダインで光周波数コムを使ったメタンの二重共鳴スペクトル測定を試みた。二重共鳴スペクトルはスペクトル線幅が非常に狭いので、高分解能にした光周波数コムを使用する必要がある。メタンの二重共鳴スペクトルの観測には高い信号雑音比(約20000)での測定が必要である。本研究では現状では約10000程度の信号雑音比を達成できた。今後はより測定精度を上げ、二重共鳴スペクトルの観測を行う予定である。

激光光谱法（以下简称梳直接光谱法）利用光学频率梳作为直接光源，是一种宽带、高精度、高速的红外光谱方法。除了这些特点之外，本研究旨在建立一种还具有“高分辨率”特点的梳状直接光谱方法。 2022 财年获得以下结果。作为直接梳状光谱的方法，本研究主要假设采用连续波激光通过外差获取光谱的方法。另一方面，准备另一个光频梳，通过两个光频梳的外差获得光谱的“双梳光谱”也是一种有效的方法。双梳光谱的缺点是数据采集时间较长，但在宽带性能方面具有优势。双梳光谱需要两个光学频率梳的相位同步。这种相位同步是通过单个连续波激光器完成的。通过高精度测量该激光器的光频率，可以使用双梳光谱确定模式阶数。在这项研究中，我们开发了一种非常简单的方法，使用萨格纳克干涉仪将连续波激光器的振荡频率与铷原子的共振频率相匹配。结果，我们能够稳定激光频率，不确定度小于 1 MHz。这一结果使得使用双梳光谱法确定模阶成为可能。另一方面，我们尝试使用连续波激光外差光学频率梳来测量甲烷的双共振光谱。由于双共振光谱的光谱线宽非常窄，因此需要使用高分辨率的光学频率梳。观测甲烷的双共振谱需要高信噪比（大约 20,000）的测量。在这项研究中，我们目前能够达到10000左右的信噪比。未来，我们计划提高测量精度并观测双共振谱。

项目成果

Evaluation of the Sagnac-loop laser frequency stabilization to sub-Doppler spectral lines

萨格纳克环路激光稳频对亚多普勒谱线的评估

• DOI: 10.1364/josab.482223
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of the Optical Society of America B
• 作者: 熊野翔;渡辺大貴;宮本洋子;Taro Hasegawa
• 通讯作者: Taro Hasegawa

光周波数コムの高速偏光変調

光学频率梳的快速偏振调制

• 发表时间: 2021
• 作者: 蔭山大起;長谷川太郎
• 通讯作者: 長谷川太郎

サニャック分光による周波数安定化レーザーの評価

使用萨尼亚克光谱评估稳频激光器

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤 篤;石井昌憲;長谷川太郎
• 通讯作者: 長谷川太郎

Mode spacing multiplication of optical frequency combs without power loss

无功率损耗的光学频率梳模式间距倍增

• DOI: 10.1364/oe.459554
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics Express
• 影响因子: 3.8
• 作者: 石井昌憲;岡本幸三;岡本 創;木村俊義;久保田拓志;今村俊介;境澤大亮;藤平耕一;松本紋子;関山 剛;西澤智明;竹見哲也;宮本佳明;佐藤 篤;沖 理子;佐藤正樹;岩崎 俊樹;Taiki Kageyama and Taro Hasegawa
• 通讯作者: Taiki Kageyama and Taro Hasegawa

パワー損失の無い光周波数コムのモード間隔逓倍化

无功率损耗光频梳模式间距倍增

• 发表时间: 2022
• 作者: 蔭山大起;長谷川太郎
• 通讯作者: 長谷川太郎