Study of real-time dual-comb spectroscopy in versatile spectral region based on on-chip devices

2つの750 MHzの高繰り返しコムを用いて、完全に位相ロックされ、一定の繰り返し周波数差に高精度に制御されたデュアルコムを構築した。まず、Comb1の繰り返し周波数を、低速のキャビティ長フィードバックによってロックした。Comb1とComb2のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を検出し、高精度に位相同期した。次に、狭線幅 CWレーザーとComb 1のモード間のビート信号を検出した。ビート信号は、音響光学周波数シフターとPZTへのフィードバックによって、それぞれ高速制御および低速位相制御を行った。一方、Comb2とCWレーザーの間のビート信号は、可動範囲の異なる短尺PZTと長尺PZTを用いることでそれぞれ高速と低速の位相制御を行った。その結果、ビート信号とキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の安定性は、平均時間 1 秒で 10^-15 レベルが得られた。制御帯域幅は約1kHz が得られた。次に、構築した系を用いてデュアルコム分光測定を行った。その際に、デジタル位相補正技術をインターフェログラムに適用する手法を開発した。位相補正により、3 つのナイキスト ゾーン (光周波数において180 GHz 範囲) にまたがるエイリアシングされたRF周波数スペクトルを補正する手法を開発し、測定範囲を拡大することに成功した。その結果、アセチレンガスの吸収プロファイルを測定し、HITRAN データベースとの一致を得られた。一方、デジタル位相補正技術を、波長1.5 um の 2つのメカニカル共有コムにも適用した。HCNガスの吸収プロファイルを高精度で測定し、HITRANデータベースとの一致を確認した。このように、高精度なデュアルコム分光システムを実現した。

2つの750 MHzの高繰り返しコムを用いて、完全に位相ロックされ、一定の繰り返し周波数差に高精度に制御されたデュアルコムを構築した。まず、Comb1の繰り返し周波数を、低速のキャビティ長フィードバックによってロックした。Comb1とComb2のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を検出し、高精度に位相同期した。次に、狭線幅 CWレーザーとComb 1のモード間のビート信号を検出した。ビート信号は、音響光学周波数シフターとPZTへのフィードバックによって、それぞれ高速制御および低速位相制御を行った。一方、Comb2とCWレーザーの間のビート信号は、可動範囲の異なる短尺PZTと長尺PZTを用いることでそれぞれ高速と低速の位相制御を行った。その結果、ビート信号とキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の安定性は、平均時間 1 秒で 10^-15 レベルが得られた。制御帯域幅は約1kHz が得られた。次に、構築した系を用いてデュアルコム分光測定を行った。その際に、デジタル位相補正技術をインターフェログラムに適用する手法を開発した。位相補正により、3 つのナイキスト ゾーン (光周波数において180 GHz 範囲) にまたがるエイリアシングされたRF周波数スペクトルを補正する手法を開発し、測定範囲を拡大することに成功した。その結果、アセチレンガスの吸収プロファイルを測定し、HITRAN データベースとの一致を得られた。一方、デジタル位相補正技術を、波長1.5 um の 2つのメカニカル共有コムにも適用した。HCNガスの吸収プロファイルを高精度で測定し、HITRANデータベースとの一致を確認した。このように、高精度なデュアルコム分光システムを実現した。