龍谷大学大学院 先端理工学研究科の光本 涼さん（博士課程3年／電子情報通信課程 吉井研究室）を筆頭著者として、本学先端理工学部の山本 伸一教授、吉井 一倫講師からなる共同研究チームは、「オープンパス利用のための可搬型光周波数コム」の開発に成功しました。

「光周波数コム（Optical Frequency Comb）」とは、まるで“光の定規”のように極めて正確な間隔で並んだ多数の光の線（周波数）を持つ特殊なレーザー光のことです。この光を使うと、空気中に含まれるガスの種類や濃度を、接触せずに高精度で測定することができます。

今回の一連の研究成果を国際科学雑誌「Optics Continuum」と「Japanese Journal of Applied Physics(JJAP: 日本応用物理学会誌)」において公表しました。

【ポイント】
•   《屋外や車載時でも使える“可搬型光周波数コム”を開発》これまで研究室の中でしか扱えなかった最先端レーザー技術を、外の環境や車載時でも安定して使える小型で持ち運び可能なシステムとして実現。
•    《空気を“そのまま”測る新しい方法》光を大気中に直接通して、二酸化炭素や水などの濃度を非接触で計測。環境を乱さず、現場でそのまま測定できる新しい観測スタイルを提案。
•    《環境・防災・農業など幅広い分野への応用に期待》工場排気や都市の温室効果ガスのモニタリングや、森林・水辺・農地の環境変化の把握など、さまざまな分野で活用が期待される。


【可搬型光周波数コムの概要図】

光周波数コムは時間領域でみると高速で繰り返される超短パルスレーザー。櫛状のスペクトル構造を有することから「光周波数コム」と呼ばれる。光周波数コムは温度や振動などの外乱に弱く、運用は実験室内に限定的であったが、可搬化や車載化が実現すれば実験室外での運用が可能になり応用の幅が飛躍的に拡大する。

開発したシステムは、NALM（非線形増幅ループミラー）型モード同期ファイバレーザーという安定性に優れた光源を採用。重さは約64kg（ケース込み）、動作時間は約17時間（バッテリー駆動可）、最大伝搬距離は90mで、この装置を屋外に設置すれば、空気をサンプリングすることなく、その場で大気中のガス濃度を光で測ることができる。

【実験のイメージ】

瀬田キャンパス1号館4階実験室前の廊下での実験のイメージ。光を屋外へ40m伝搬させて反射鏡で戻す「往復80m」のオープンパス測定を実施した。安定した測定結果となり、可搬型光周波数コムの応用可能性を確認。

琵琶湖湖岸（大津市）での実験のイメージ。アイドリング中の車内に設置した光周波数コムから光源出射部を屋外に出し40m伝搬させて反射鏡で戻すオープンパス測定を実施した。エンジンによる振動下においても安定した測定結果となり、可搬型光周波数コムの車載化を実証。