原理説明

光コムの紹介

光コムの研究は、1970年代に古くはさかのぼります。
1990年代以降、日本では東工大における研究が進み、
2005年には関連の研究がノーベル物理学賞(米・独)に選ばれるなど
21世紀の物理学を代表する研究分野となりました。
 
日本においても、2009年に日本の”長さ標準”に選ばれ、
また光時計や各種分光分野の基礎研究が進んでいます。
 
当社は、日本の光コム研究の一翼を担い続けてまいりました。
そして、世界で初めて、本格的に光コムの産業応用を実現いたしました。
基礎研究と産業応用には全く異なる苦労がございますが
日本・世界の産業発展のために、より一層努めてまいります。
 
 
 

原理説明/principle

■光コムの原理

光コム発生器は電気光学結晶(LiNbO3)を用いた光変調器です。入射された光はマイクロ波により外部位相変調されますが、結晶をファブリ・ペロー共振器内に配置することで深い変調がかけられ、1000 本以上のサイドバンド(離散的な光スペクトル)を発生することができます。これら一本一本のサイドバンド間隔はマイクロ波の変調周波数に正確に一致し、構成要素はすべてパッシブなため非常に安定したコムを発生しています。中心周波数は入力光源で決定され、光コムスパンは10THz 以上と非常に広帯域なため、光通信の C バンド(1530-1565nm)をフルカバーします。現在は周波数間隔 6.25GHz(バルク型:800nm帯のみ)、10GHz(導波路型)、25GHz(導波路型) を標準モデルとして販売しています。

 

■ 光コムの干渉計の原理

光コム距離計

光コム距離計は光コム干渉を使用する絶対距離計測装置です。5mの距離(長さ)を1μmの精度で計測します。 光コム干渉(多波長レーザの干渉と同義)を使用するため、既存の距離計のように原点復帰を行う必要が ありません。対象物までの絶対距離を瞬時に測定することが可能です。

レーザ光を用いた非接触測定で長距離測定に対応するため、従来方式では測定の難しい大型建造物・輸送機器の 計測が可能です。その他、対象物の寸法計測や位置決めなどの応用にも適しています。

 

◆ 用途

産業分野:風力発電・大型タービン、宇宙、航空エンジン、発電所、ビル、橋梁、プラント、飛行機、船、鉄道車両等の大型建造物・大型輸送機器
検 査:ヘルスモニタリング
研究開発:リバースエンジニアリング、試作評価


 

■ 光コム多点振動計

◆ 光コム多点振動計の概要

光コム多点振動計は100点の振動情報を同時に測定する多点振動計です。レーザドップラー振動計の原理で測定を行いますが、 光コム干渉を使用するため、既存のスキャニング振動計のようにレーザ光や測定対象をスキャンする必要がありません。 測定の同期を気にせず、複雑に変化する多点の振動情報を短時間に可視化することが可能です。

 

◆ 用途

産業分野:航空・宇宙、自動車、鉄道、船舶、建築物、MEMS製造等
検 査:各種振動体の検査(航空機の翼、エンジン、振動機器、高速回転体等
研究開発:表面波、超音波、多点の変位測定、建造物の振動計測、騒音振動


 

■ 三次元形状測定器

◆ 3D形状測定器の概要(製品詳細ページはこちら

光コム干渉による絶対距離計測を利用する非接触3D形状測定器です。測定対象物の表面形状を マイクロメートル精度で計測します。数ミリメートルでも数メートルでも長さによらず1μmの精度で 測定できることが特長です。大きい物体の形状を高い精度で測定する応用に威力を発揮します。

◆ 用途

産業分野:風力発電、航空・宇宙エンジン、タービン、自動車部品、インペラ
検 査:産業用非破壊検査(製品製造ライン検査、大型部品の形状検査)
研究開発:リバースエンジニアリング、試作評価

光周波数測定

■ 光コムによる光周波数の超高精度測定/

◆ 光周波数測定の原理

光周波数が既知(f0)の安定化光源の光を、OFCGに入れて光コムを発生させ、光周波数が未知(fx)の被測定レーザと重ね合わせます。重ね合わせると被測定レーザに最も近い光コムと干渉し、ビート信号(fb)が発生します。基準となる光コムの間隔は変調周波数(fm)と完全に等しいため、これらの情報を演算して正確に光周波数を測定できます。

◆ 用途:レーザ周波数の安定化、テラヘルツ(THz)波シンセサイザのフェイズロック、分光、各種光計測

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光周波数の超高精度測定




 

■ 光周波数カウンタ

弊社では光コムによる光周波数の超高精度測定システムを一筐体化し、光周波数カウンタとして販売しています。この装置により、国家標準に匹敵する光周波数測定装置が研究室・実験室で簡単にご利用になれます。

◆ 測定例:光源の発信周波数の精密測定

光源の発振周波数のゆらぎがマイクロ波信号の状態で確認可能。従来方式では見えない光源の動作が確認できます。

アニメーション・動画入りMF-5802Aインタラクティブ・カタログ



テラヘルツ(THz)波発生のためのフェイズロックシステム

■ 光コムによるテラヘルツ(THz)周波数シンセサイザ

◆ テラヘルツ(THz波)フェイズロックの原理

光コム発生器はコムの間隔が極めて安定であるため、正確な”光のものさし”になります。このものさしを使って二つのレーザ周波数(ν0)と(ν1)の差周波数(νTHz)をマイクロ波(fm)に位相同期します。この原理によりフェイズロックされた安定なテラヘルツ(THz)波を発生させることができます。


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テラヘルツ(THz)周波数シンセサイザ

システム例

論文一覧/ Publication List

  1. T.Kanemura, H.Kondo, T.Furukawa, Y.Hirakawa, E.Hoashi, S.Yoshihashi, H.Horiike and E.Wakai "Measurement of Li target thickness in the EVEDA Li Test Loop", Fusion Engineering and Design, Vol.98-99, pp.1991-1997 (2015)
  2. 今井一宏, 興梠元伸 "変調型光コムを用いた精密距離計測器",  レーザー研究 Vol.42, No.9 (2014)
  3. T.Kanemura, H.Kondo, E.Hoashi, S.Y.Suzuki, N.Yamaoka, H.Horiike, T.Furukawa, Y.Hirakawa and E.Wakai "Evaluation of applicability of laser-based distance meter to measure Li-jet thickness for IFMIF/EVEDA project", Fusion Engineering and Design, Vol.89, Issues.7-8, pp.1642-1647 (2014)
  4. 今井一宏, 興梠元伸 "飛行時間(TOF)計測の性能を飛躍的に向上させる光コム干渉技術",  計測と制御 第50巻 第2号 2月号 (2011)
  5. 今井一宏 "高精度リアルタイム測長(長さ、形状計測)を可能とした光コム技術", 防衛技術ジャーナル May (2009)
  6. S.Xiao, L.Hollberg, N.R.Newbury and S.A.Diddams. "Toward a low-jitter 10GHz pulsed source with an optical frequency comb generator", Optics Express, Vol.16, No.12 (2008)
  7. M.Kourogi, Y.Kawamura, Y.Yasuno, H.Oyaizu, H.Miyao, K.Imai. "Programmable High speed (~1MHz) Vernier-mode-locked Frequency-Swept Laser for OCT imaging", Proceedings of SPIE BiOS, Vol.6847, 68470Z (2008)
  8. Z.Jiang, D.E.Leaird, C.Huang, H.Miao, M.Kourogi, K.Imai and A.M.Weiner. "Spectral Line-by-Line Pulse Shaping on an Optical Frequency Comb Generator", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.43, No.12, pp.1163-1174 (2007)
  9. M.Kourogi, K.Imai and B.Widiyatmoko. "Advances in Electro-Optic Modulator based Frequency Combs", Proceedings of LEOS2005 Summer Topical Meeting, WB2.1 (2005)
  10. K.Imai, B.Widiyatmoko and M.Kourogi. "High finesse waveguide cavity optical frequency comb generator", Proceedings of ECOC2004, We4.P.044 (2004)
  11. S.J. Lee, B.Widiyatmoko, M.Kourogi and M.Ohtsu. " Ultrahigh Scanning Speed Optical Coherence Tomography.", Japan Journal of Applied Physics, Vol.40 (2001) pp. L878-L880
  12. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, K.Imai and M.Ohtsu "Generation of Expanded Optical Frequency Combs", Book Editor by A.N Luiten, " Frequency Measurements and Control", Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001, pp 315-335
  13. Th.Udem, J.Reichert, T.W.Hansch, and M.Kourogi. "Absolute Optical Frequency Measurement of the Cesium D2 Line", Phys. Rev. A 62, 031801 (2000)
  14. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, K.Imai and M.Ohtsu, "Continuous tuning of an electrically tunable external cavity semiconductor laser.", Optics letters Vol 15, No 16, pp. 1165-1167 August 2000
  15. A.Onae, K.Okumura, J.Yoda, K.Nakagawa, A.Yamaguchi, M.Kourogi, K.Imai and B.Widiyatmoko, "Towards an accurate frequency standard at 1.5 um based on acetylene overtone transition" Conference on Precision Electromagnetic measurement" (IEEE Trans Instrumentation and measurement, Vol.48, No.2, April 1999)
  16. K.Imai, M.Kourogi, B.Widiyatmoko and M.Ohtsu, "12 THz frequency difference measurement and noise analysis of an optical frequency comb in optical fiber", IEEE.J.Quantum Electronics , Vol 35, NO:4, April 1999
  17. B.Widiyatmoko, M.Kourogi, and M.Ohtsu, " Linking of two optical frequency comb by heterodyne optical phase locking", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, NO 4. April 1999
  18. B.Widiyatmoko, M.Kourogi, K.Imai and M.Ohtsu, " Second harmonics generation of optical frequency comb at 1.55um using periodically poled lithium niobate", Opt.Lett. Vol 24, No5, March 1, 1999
  19. K.Imai, Y.Zhao, M.Kourogi , B.Widiyatmoko and M.Ohtsu, "Accuracy of optical frequency comb generation in optical fiber" Opt.Lett . Vol 24. No.4, February 15,1999
  20. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, K.Imai and M.Ohtsu, "Accurate relative frequency cancellation between two independent lasers" Opt.Lett. Vol 24, No1, pp.16-18 January 1, 1999
  21. C. Ishibashi, M.Kourogi, K.Imai, B.Widiyatmoko, A.Onae and H.Sasada "Absolute frequency measurement of the saturated absorption lines of methane at the 1.66 um region, Optics communications Vol.161, pp 223-226 (1999)
  22. T.Udem, A.Huber, J.Reichert, B.Gross, M.Prevedelli, M.Weitz, M.Kourogi and T.W. Hansch."Phase-Coherent Frequency Measurement of the Hydrogen 1S-2S Transition", Proceedings of the XIII International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS’97), Z.J.Wang, Z.M.Zhang and Y.Z.Wang eds., World Scientific, Singapore (1998)
  23. A.Huber, Th.Udem, B.Gross, J.Reichert, M.Kourogi, K.Pachucki, M.Weitz and T.W. Hansch. "Hydrogen-Deuterium 1S-2S Isotope Shift and the Structure of the Deuteron", Phys. Rev. Lett., 80, 468 (1998)
  24. K.Imai, M.Kourogi, and M.Ohtsu, " 30-THz span optical frequency comb generation by self-phase modulation in optical fiber.", IEEE.Journal. Q.Electron. Vol. 34, No. 1, pp. 54-60, 1998
  25. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, and M.Ohtsu," 3.17 THz Frequency Difference measurement between lasers using two optical frequency comb generator", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, NO 4. April 1996
  26. T. Saitoh, M. Kourogi, and M.Ohtsu. " Expansion of span-width of an optical frequency comb using a higher harmonic wave modulation.", IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 8, No. 6. pp.1379-1381, 1996
  27. M.Kourogi, T. Enami, and M.Ohtsu. " A coupled-cavity monolithic optical frequency comb generator.", IEEE Photon.Techol. Lett., Vol. 8, No. 12. Pp 1698-1700, 1996
  28. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, T.Takeuchi, and M.Ohtsu, "Limit of optical frequency comb generation due to material dispersion", IEEE.J.Quantum Electronics Vol 31, NO.12, December 1995
  29. T.Kanemura, H.Kondo, E.Hoashi, S.Y.Suzuki, N.Yamaoka, H.Horiike, T.Furukawa, Y.Hirakawa and E.Wakai "Evaluation of applicability of laser-based distance meter to measure Li-jet thickness for IFMIF/EVEDA project", Fusion Engineering and Design, Vol.89, Issues.7-8, pp.1642-1647 (2014)
  30. M.Kourogi, B.Widiyatmoko, T.Enami, and M.Ohtsu, "Study on the development of Optical Frequency Difference Measurement using Optical frequency comb generator". Technical report of IEICE, OPE94-114,LQE93-93 (1995) ( in Japanese)
  31. M.Kourogi, T.Enami, M.Ohtsu: " Monolithic optical frequency comb generator". IEEE Photon Technol Lett, Vol 6, No 2, pp 214-217 (1994)
  32. M.Kourogi, K. Nakagawa, and M.Ohtsu, " Wide span optical frequency comb generator for accurate optical frequency difference measurement.", IEEE J. Quantum Electronics, Vol. 29 No. 10. pp 2693-2701, 1993