光領域差動利得信号生成技術の開拓と半透明サンプルの高速低雑音計測への応用

より微弱な信号をより速く、より正確に検出できれば、これまで見落としてきた現象が明らかになり、新たな学問展開につながる。全光領域における差動増幅技術が確立できれば、低パワーの高速信号を高い信号対雑音比で捉えられるようになる。この技術は汎用性が高く、分光計測、形状計測等における高時間分解能化、高感度化につながり、その波及効果は工業分野、生体医用計測分野をはじめとする様々な学問分野におよぶ。本研究課題は以上のような考えのもとで着想した挑戦的な課題である。2022年度は、当初の着想に従い、光ファイバ中で生じる非線形現象の一つである誘導ブリルアン散乱現象において、単一周波数の入射光によって生成される性質の相反するスペクトルである「利得スペクトル(BGS)」と「損失スペクトル(BLS)」を利用した手法について、実験系の構築と原理確認実験を進めた。具体的には、スペクトル成分が二周波からなる光信号について、それぞれの周波数成分について一方はBGSにより光信号の増幅、他方はBLSにより光信号の減衰を行ったのち、両者を合成した光信号の評価を行った。実験では、光信号をBGSのみで増幅させた場合およびBLSのみで減衰させた場合と提案手法の比較をあわせて行った。更に、光ファイバに温度変化がある場合についての検証を行った。以上の検討の結果、提案手法では、他の2つの場合と比較して雑音が少なく光信号の安定性が増すことが明らかになり、提案手法の妥当性が確認できた。

より微弱な信号をより速く、より正確に検出できれば、これまで見落としてきた現象が明らかになり、新たな学問展開につながる。全光領域における差動増幅技術が確立できれば、低パワーの高速信号を高い信号対雑音比で捉えられるようになる。この技術は汎用性が高く、分光計測、形状計測等における高時間分解能化、高感度化につながり、その波及効果は工業分野、生体医用計測分野をはじめとする様々な学問分野におよぶ。本研究課題は以上のような考えのもとで着想した挑戦的な課題である。2022年度は、当初の着想に従い、光ファイバ中で生じる非線形現象の一つである誘導ブリルアン散乱現象において、単一周波数の入射光によって生成される性質の相反するスペクトルである「利得スペクトル(BGS)」と「損失スペクトル(BLS)」を利用した手法について、実験系の構築と原理確認実験を進めた。具体的には、スペクトル成分が二周波からなる光信号について、それぞれの周波数成分について一方はBGSにより光信号の増幅、他方はBLSにより光信号の減衰を行ったのち、両者を合成した光信号の評価を行った。実験では、光信号をBGSのみで増幅させた場合およびBLSのみで減衰させた場合と提案手法の比較をあわせて行った。更に、光ファイバに温度変化がある場合についての検証を行った。以上の検討の結果、提案手法では、他の2つの場合と比較して雑音が少なく光信号の安定性が増すことが明らかになり、提案手法の妥当性が確認できた。