難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,1; リトロー型外部共振器半導体レーザーの製作

Development of frequency stabilized laser system for long-lived isotope analysis, 1; Development of Littrow configuration extended cavity diode laser

宮部 昌文   ; 小田 晃一*; 大場 正規 ; 加藤 政明; 若井田 育夫  ; 渡部 和男

Miyabe, Masabumi; Oda, Koichi*; Oba, Masaki; Kato, Masaaki; Wakaida, Ikuo; Watanabe, Kazuo

多くの難分析核種が含まれる放射性廃棄物の分析方法の開発は、廃棄物のクリアランスの制度化に向けて、今後重要になることが予想される。本研究では、こうした難分析核種の分析に多段階共鳴イオン化質量分析法を適用することを目指して、その光源となる波長可変,外部共振器半導体レーザーを設計,製作した。これに半導体の種類や内部構造が異なる、青紫,赤色,赤外の各半導体レーザー素子を組み込み、発振波長や出力パワーの動作電流や動作温度による変化など、レーザーを動作,制御するための基本的な発振特性を調べた。また、回折格子の回折効率や駆動電流の電流補償量などを調整して、安定した単一縦モード発振を得る方法を確立した。これにより、いずれのレーザー素子でも、約100GHzの範囲で、モードホップの無い連続波長掃引を実現した。また、製作したレーザーを用いてネオンやルビジウム,カルシウム原子のドップラーフリー分光を行い、レーザーの発振幅を評価したほか、同位体シフトや超微細構造分裂幅の測定により、本レーザーが分光分析に必要な性能を有することを確認した。

In nuclear waste materials there are various radionuclides to which standard analytical techniques are difficult to be applied. We are developing an analytical technique where such nuclides are analyzed using multi-step resonance ionization mass spectrometry. In this study, we have developed an external cavity diode laser applicable to the analysis. The wavelength and output power dependence on injection current and temperature were investigated for various types of laser diodes. Based on the data, we have obtained a suitable condition to operate the ECDL in stable single-mode oscillation, so that a continuous scanning range of about 100 GHz was realized. Additionaly, to evaluate the bandwidth of the developed ECDL, we have performed Doppler-free spectroscopy. The reasonable agreement of the measured isotope shift and HFS splitting with the reported values demonstrated that the developed ECDL is applicable to a precise laser spectroscopy as well as a laser trace analysis.