光周波数コムの計測、通信システムへの応用

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光周波数コムはそのスペクトルの特異性から、計測や通信などの幅広い分野で種々の応用が期待できる。本研究においては、コム間隔が可変で広帯域な光周波数コムの発生技術を開発し、これを利用して膜厚や表面形状を測定するための3次元顕微鏡を開発した。特に、(1)パルスシンセサイザの導入によるコム間隔の可変化と広帯域化が可能なSC光発生技術の開拓、(2)広帯域光コムと2次元イメージセンサの導入による高速、高分解能化を主眼に研究を進めた。具体的には、基本光源となる光周波数コムの発生方法の原理検討および3次元顕微鏡の基本設計を主として実施し、測定分解能の向上、測定の高速化などを実現した。本研究の具体的な成果は次の2項目からなる。(1)光コムの超広帯域化:SC光による光周波数コム発生方法の原理検討を行った。非共振器型周波数コム発生器とパルスシンセサイザによりジッターとチャープの少ない種パルスを生成し、これを高非線形分散シフトファイバに導入して、コム間隔の可変化と広帯域化が可能なSC光発生技術を提案した。200MHzの掃引コム間隔周波数と80nmの帯域を有するSC光コム発生を達成した。(2)3次元顕微鏡の高性能化:3次元顕微鏡の光学系の設計を行い、3次元計測を実現した。特に2次元イメージセンサを導入した、空間光学干渉計の設計と製作を行って30フレーム/秒の速さで3次元計測が可能となった。さらに、SC光を応用した非共振器型の周波数コム光源を提案し、周波数掃引幅を増大させ干渉ピークの次数が低い、高い強度の干渉ピークを用いて測定を実現させた。その結果、測定分解能35μm、到達深度1mm以上を達成した。