Development of a real-time trace-gas analysis method based on cavity-enhanced Raman spectroscopy

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本研究では、共振器増強ラマン分光に基づいた、新しい多成分リアルタイムガス分析法の開発を目的として研究を進めている。2年目の研究では、共振器増強ラマン分光法の励起光（Ti:Sapphireレーザー、811 nm）とプローブ光（半導体レーザー、852 nm）として、波長の異なる2つのレーザー光の共振安定化に取り組んだ。（1）Dither locking法を用いた半導体レーザー光の共振安定化　出力されたレーザー光に250 kHzで変調をかけ、共振器からの反射光を復調することによって誤差信号を発生させた。さらに、この誤差信号を用いて、半導体レーザー周波数をフィードバック制御した。その上で、ゲインと積分に関わるパラメータを最適化することで、安定した共振状態を達成した。その結果、共振時間を10分以上に向上させ、共振器出力光パワーの揺らぎ幅も15 mWほどに抑制した。（2）PDH法を用いた半導体レーザー光の共振安定化　本実験では、２種類のサーボA、Bを用いて、フィードバック制御を行った。サーボAではDither locking法の時と同様にパラメータの最適化を行い、サーボBでも積分周波数と比例ゲインの２つのパラメータを最適化した。これらの結果、Dither locking法を用いた際よりもより安定した共振状態を実現することが出来た。（3）Ti : sapphireレーザーの共振安定化　PDH法によって、Ti : sapphireレーザー結合時の、共振状態フィードバック制御を行った。また、本実験では、レーザー周波数ではなく共振器長を変化させることで、共振安定化を行った。この時も、半導体レーザーの時と同様にパラメータの最適化を行うことで、安定した共振状態の維持を達成した。しかしながら、共振器出力光パワーの揺らぎ幅は±2 mW以下と非常に安定していた一方、共振時間は5分ほどしか維持することが出来なかった。