1.5 ㎛の 3 倍波を⽤いたヨウ素安定化光源
武者研究室
１．研究背景1610429 趙叡讚とが保障されている。そのため前述の飽和⽇本の上空を通る軌道を持つ⼈⼯衛星を吸収線と光周波数コムの縦モードを同期す複数組み合わせた衛星システムのことを準ることで光周波数コムを安定に動作させる

天頂衛星システムと呼ぶ。現在は次世代準ことができる。光周波数コムの間隔は⼀定

天頂測位衛星システムの開発が⾏われておであるために、その間隔を検出するとビーり、特に我々の研究室では測位衛星の⾼精ト周波数として現れる。そのビート周波数度化のために安定なマイクロ波の基準の開が今回⽬指している約 50MHz となってい発について研究をしている。

る。

現在、マイクロ波の基準として⽤いられつまり、数百テラヘルツの⾼安定な光のている Rb (ルビジウム)原⼦時計はその安周波数安定度（ヨウ素によるもの）を保った定度が10!"# となっている。我々はこれよりまま、マイクロ波が縦モード間のビートと!"$さらに安定度の⾼い、10の安定度を持つして検出することができるのである。私は光周波数基準を開発している。さらに⾼い

このうち、周波数基準のためにヨウ素安定安定度を得るためにヨウ素の飽和吸収線を化レーザーについて研究を⾏っている。

光周波数コムにロックをすることによって安定度の⾼い光領域の光をダウンコンバー

２．研究⽬的トし、そこからビート周波数を取って安定

これまでは宇宙重⼒波検出器計画なマイクロ波を⽣成しようとしている。こ（DECIGO 計画）のために 1030nm の Fiberのことについて少し説明を加える。

DFB Laser から第２次⾼調波 515nm を⽣

ヨウ素の飽和吸収線とは飽和吸収分光か成し、ヨウ素の飽和吸収線にロックをかけら得られる吸収線である。ヨウ素分⼦に光て研究を進めてきた。しかし、ファイバーを照射すると、ある速度成分を持つ分⼦のDFB Laser の 1030nm の光は 1.5 ㎛ ECLD

み励起が起こり、その分⼦らが励起を仕切

より変調周波数 200kHz 付近での強度雑⾳ってしまうと吸収しなくなり、光が透過すが⼤きく、線幅は太いという問題点がある。

る現象が起きる。この際に現れるのが飽和

それに光周波数コムは 1.5 ㎛を中⼼波⻑と吸収線であり、後でヨウ素安定化レーザーして広がっているため、Fiber DFB Laser での安定化に⽤いられる。飽和吸収線は⾃然ロックをかけてもそのビート周波数が弱い固有のものであり、外乱に強く影響されに⽋点がある。しかし、1.5 ㎛ ECLD を⽤いくいという特徴を持っている。

た場合、THG 結晶を⽤いれば 515nm の光

光周波数コムとは周波数軸上に並んだ縦が⽣成され、これまでと同じヨウ素の飽和モードであり、各々の縦モードの間隔は変吸収線に同期できながら、光周波数コムの化するが、その間隔だけは等しいというこ中⼼波⻑に近くビート信号が⼗分取れる利点がある。
このような理由から 1.5 ㎛ ECLD20GHz 以上取れている。図 2 に⽰しているを⽤いることにした。

緑線が今回ヨウ素の飽和収線であり、モードホップをしないような温度設定が必要である。この実験結果はもし将来異なるヨウ素の飽和吸収線で研究を⾏う時に活⽤することができる。

図 1．ECLD と Fiber DFB Laser の⽐較
本研究では中⼼波⻑ 1.545 ㎛の市販(RIO社)の ECLD を⽤いた。この光源は導波路

図 2．温度による波⻑制御特性型外部共振器レーザーとして、平⾯導波路にブラック反射鏡が取り付けられているた次は 1.5 ㎛ ECLD の線幅の測定を⾏なっめ、より細くノイズの少ないレーザーが発た。線幅は周波数の短期安定度と関係のあ振されるようになっている。スペックシーるパラメータとして、レーザー周波数の揺ト上にもデータは書いてあるが、今後ヨウれを表す。

素安定化レーザー研究に⽤いるために詳細なデータが必要であったため研究を⾏うことにした。
研究は 1.5 ㎛ ECLD の特性評価とその３倍波(515nm)の特性評価で⼤きく２項⽬に分けて⾏った。
図 3．ECLD の特性測定の光学系

３．1.5 ㎛ ECLD の特性評価

図３のように２台の ECLD を⽤い、光学光源の波⻑は温度で⼤きく変えることが系を組み、60MHz (任意に設定した値)にロできる。
そのため、２台の ECLD を⽤意し、ックをかけて測定を⾏なった。その結果をそれぞれ光源内部の温度を変えながら波⻑

図４に⽰す。

計を⽤いて測定を⾏った。全体的に波⻑は1.5 ㎛ ECLD の場合、３dB 線幅が４温度を上げるにつれてモードホッピングをkHz 以下となり、Fiber DFB Laser よりも繰り返しながら伸びていくことが分かる。

線幅が細いことが分かる。したがって、最⼤同調範囲は２台とも 50GHz 以上で、モECLD を⽤いた場合、短期周波数何程度のードホップなしで連続掃引可能範囲は向上が期待される。

図 5．OPEN LOOP (G×A)の伝達関数測定
図 4．ビート周波数の⽐較
最後に ECLD の電圧制御特性について調べた。外部から電圧を与えることで中の半導体の電流が変えられ、周波数の制御が可能となるためである。図 3 で 2 台の RIOからヒートを取り、60MHz の周波数にオ

図 6．図５の伝達特性を持つ等価回路フセットロックをかけた。
次にロックをした状態で、a のところに新たに信号を⼊れ、その Output の結果をOPEN LOOP で測定し、系全体の応答を測定した。
その結果、図 5 のような ECLD の周波数応答が得られた。緑線は位相、⾚線は利得を表している。今度はこの周波数応答に基

図 7．RIO (A 部分)の周波数応答づいて、シミュレーションを⾏い、等価回路を組んだ。その結果を図 6 に⽰す。
今回 G の部分(Servo 部分)は我々が製作

４．1.5 ㎛ ECLD の３倍波(515nm)の特性評価した回路のため、既知である。したがっ1.5 ㎛ ECLD に THG 結晶を⽤いて 3 倍て、G を割ってあげることで ECLD の応波を出したが、結晶の構造から基本波と２答が分かるようになる。その結果を図７に倍波が混ざっていることが観測からわかっ⽰す。

た。３倍波のみ必要なため、ダイクロイッ

今回⽤いた ECLD は 10kHz で 1 次、クミラー、ローパスフィルターおよびバン30kHz で２次の応答を持つことが⽰されてドパスフィルターを⽤いて図 8 のように他いる。の成分をカットした。その結果、出⼒がどの程度変わってくるか、波⻑変換効率はどこまで得られるかなど測定を⾏う必要があった。

図 10．⼊⼒パワーvs. 最適温度
図 8．３倍波の測定光学系
測定結果から THG 結晶の温度より出⼒は図９で⽰すように sinc 関数のような振る舞いをすることが分かる。

図 11．シミュレーション結果
この光線を使い、ヨウ素の飽和吸収線にロックをかけ得られた周波数弁別信号を図12 に⽰す。

図 9．THG 結晶の温度整合
スペックシート上では 50.9℃付近で最適な温度を持つと出ているが、⼊⼒パワーによって出⼒最適温度は 50.3℃まで下がるこ

図 12．３倍波で得られた周波数弁別信号とが分かる。THG 結晶を通して倍波を得４．まとめ

るには温度制御に気を付けなければならなヨウ素安定化レーザー開発のために先⾏い。(図 10)

研究として 1.5 ㎛ ECLD を⽤いて ECLD と最後に THG 結晶の構造は四⾓の導波路３倍波の特性について研究を⾏なった。になっていたので、円形に整形して⾃由空その結果から、以前まで使ってきた同じヨ間のヨウ素に照射する必要がある。また可ウ素の飽和吸収線に同期することができた。

搬にして作業するために、横モードを測定

今後は精度の⾼いヨウ素安定化レーザーのしシミュレーションを⾏なった。(図 11)

開発について研究をする予定である。