OIST,低コスト低消費電力で光コムを発生

縄科学技術大学院大学(OIST)と米ワシントン大学は共同研究で,可視光スペクトルの中に光コムを作り出す方法を開発した(ニュースリリース)。

これは,3つの異なった波長を入射することで4つ目の波長を作り出す四光波混合と,低コストで電力消費の少ないマイクロバブル共振器(MBR)を組み合わせすることで実現した。MBRは,ウィスパリングギャラリー・モード共振装置(WGMR)の一種で,WGMRを用いて四光波混合を発生させるこれまでの方法では,赤外領域の光コムを作製することしかできなかった。

しかし今回の研究では,デバイス内の標的波長を可視領域へと移行させることで,人間の目にも見える「可視光ものさし」の作製に成功した。MBRは,診断用CTスキャンなど,高精度測定を必須とし,可視光コムの利用が最も期待される医療科学分野において極めて有用なデバイスとなる可能性があるという。

可視光コムの作製には,現在フェムト秒レーザー機器や他の大型モード同期レーザー機器を使用しているが,導入には広い設置場所と膨大な電力消費を伴う。非線形光学現象を発生させるには,共振器内を循環している光ビームの強度を上げなくてはならないが,今回提案された省エネかつ超小型のMBRレーザー装置では,共振器のサイズが小さいため,少量の光を入射するだけで高い循環光強度を得ることができる。

MBRの中核技術となるのが古典的なウィスパリングギャラリーと呼ばれる音響効果。今回の研究では,MBR内で光を壁伝いに「跳ね返す」ことで,ウィスパリングギャラリーと同様の現象を光学的に再現した。研究チームは,壁の厚さが,1.4ミクロン,全体の直径が120ミクロンのMBRを作製し,これを用いて,765㎚の赤い中心周波数をもつ可視光コムの作製に成功した。この波長分布は,予測していた結果と完全に一致した。

作製したMBRは,細いガラス毛細管を直径数十ミクロンまで先細りさせ,一方の穴をふさいだ菅の中にガスを送り込む。二酸化炭素レーザーでガラス管の一部分を熱すると,毛細管内のガス圧と,溶解したガラス表面張力との均衡により細かい泡を形成する。柔軟性に欠けた従来の共振器とは異なり,新型素子では細部にわたって壁の厚さを精密に制御することができる。これにより,共振器の中心周波数を可視領域に調整することが可能になったという。

同大は,今後極限まで共振器の壁を薄くし,青色の低波長から赤外領域まで測定可能な波長領域を広げたいとする。今回の研究成果は,市販の光コムに取って代わる省エネかつ低コストの軽量型計測器を研究者に提供できる可能性を示すものだとしている。

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