電気光学変調器型光周波数コムを用いたデュアルコム分光の開発

摘要

光周波数コムとは高精度な光周波数が正確に一定間隔で並んでいるレーザーであり、任意の光周波数を高精度に測定するための道具として開発されてきた。近年、この光周波数コムを直接分光光源として用いることで、広帯域な吸収スペクトルを高分解能、高精度かつ高感度に測定可能となるダイレクト光周波数コム分光計の研究が盛んに行われている。この方法は、複数の微量な分子を短時間に同定する事が可能で、呼気分析などの微量分子測定に応用が考えられている。　我々は、このダイレクト光周波数コム分光計の一種で２台の繰り返し周波数が異なる光周波数コムを用いてフーリエ分光を行うデュアルコム分光の研究を行った。この方法は、従来のマイケルソン型フーリエ分光器と異なり可動鏡を用いない分光法なので短時間測定が可能である。またこの方法では、今までモードロックレーザーを用いて実現されてきたが、より高感度に測定を行うためには２台のコムの高精度な位相同期が必要となる。そこで、我々は電気光学変調器型光周波数コムを用いることで、２台のコムの高精度な位相同期を不要とし、より簡便で実用的なデュアルコム分光法の提案と実証を行った。この方法を実証するための実験で、初めビート信号の振幅が大きく揺らぐという問題が発生した。これは、２台のコムの光路長の揺らぎに起因することが分かった。この問題を解決するために、回折格子を用いて揺らぎを抑え図１のような光学系でアセチレン分子の吸収スペクトルを測定した。また、この方法とは別に光路長を安定化することで揺らぎを抑える方法も新たに提案し、その実証も行った。