時間伸張分光法に基づく超高速温度測定システムの開発

基于时间拉伸光谱的超快温度测量系统的研制

• 批准号: 21K14558
• 负责人: 入松川 知也
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14558/
• 关键词: 時間伸張分光; 高速温度計測; 光周波数コム; 温度計測; 光コム

本研究は時間伸張分散フーリエ分光法(Time Stretch Dispersive Fourier Transform Spectroscopy,TS-DFTS)によるシングルショット分光測定に基づく高速な温度計測システムの開発を目指す。TS-DFTSは、超短パルスレーザーを分散性媒質に透過させることにより、周波数軸情報を時間軸へ変換できることを利用したシングルショット分光法である。これによって原理的に超短パルスレーザーの繰返し周波数(frep)の時間分解能で測定が行え、高速な温度測定が可能となる。本研究では超短パルスレーザーとしてファイバー型の光コムを利用し、1 MHz程度の高速測定を目指す。また,光コムを二台利用することで広帯域なスペクトルを高分解能に測定可能なデュアルコム分光法と同時測定可能な測定系を構築し、TS-DFTS・デュアルコムの両手法で測定されたスペクトルから高精度に温度を決定する手法を開発する。本研究では、まず偏波保持型光コムを２台開発しデュアルコム分光計として動作させ室温におけるアセチレン分子の吸収スペクトルを測定した。デュアルコム分光によるスペクトルからは、測定時間30秒程度でフィッティングエラー0.5 ℃程度の精度が得られた。次に、光コムの片方を光源とし、約25 kmのシングルモードファイバ(SMF)を分散媒質としてTS-DFTSの測定系の構築を行った。得られたTS-DFTSスペクトルは、予め光スペアナによって測定されたスペクトル形状と一致していることを実証した。しかし、frep(約70 MHz)と、SMFの長さの関係により、周波数分解能が十分でななく、アセチレン分子の吸収線の観察には至らなかった。そこで、SMF長の最適化と強度変調器を用いてfrepの低減を行い、frep~1 MHzでの測定が可能であることを確認した。

This study aims to provide guidance for the development of high speed temperature measurement systems in Time stretch Dispersive Fourier Transform spectroscopy (TS-DFTS). TS-DFTS is an ultra-short wavelength dispersive medium. It can be transmitted through a Timeline and can be used as a spectroscopic method. The time decomposition of the frequency of return cycles (frep) in the ultra-short range can be used to measure the temperature at high speed. This study aims at ultra-short wavelength measurement and high-speed measurement at 1 MHz. In addition, the method for determining temperature with high accuracy was developed by constructing a system for simultaneous determination of the possibility of high resolution spectroscopy and simultaneous determination of the possibility of high resolution spectroscopy using two optical sensors. In this study, the absorption properties of the molecules at room temperature were measured by two open-circuit spectrometers. The measurement time is about 30 seconds, and the accuracy is about 0.5 ℃. The measurement system of TS-DFTS was constructed by using SMF as dispersion medium. The result is that there is no difference between the number of cases and the number of cases. The frequency, frep(about 70 MHz), SMF's long-term relationship, frequency decomposition energy, and molecular absorption line detection are all very important. SMF length optimization and intensity modulation are possible with frep reduction and frep~1 MHz measurement.