Vol.7 No.2 2014
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研究論文:通信の大容量化に対応する「長さ」の国家標準(稲場ほか)−76−Synthesiology Vol.7 No.2(2014)測定器物の性能を正しく評価できているとは限らない。特定標準器と特定二次標準器が同じ不確かさを持つ場合、校正結果の不確かさはそれぞれの2倍になってしまう。すると、本来特定標準器と同じ不確かさであるはずのものが、実際よりも低い能力であると見積もられてしまう。そのような不確かさの劣化を避けるため、周波数比較を行って正常範囲にあれば、国家標準と同等であるとして、特定標準器と同じ不確かさであるとする運用が行われていた。さらに、ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザー同士の比較においては、周波数差ゼロでは計測できないため、4本の吸収線にレーザーをそれぞれロックして計6組の差周波数測定により本来の差周波数を推定する方法(マトリックス法)が採られており、校正には手間と時間を要した。その上、ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーは振動や音に敏感であり、産総研の装置はその点強化されているが、それでもややデリケートである。我々の開発したファイバーコムはこれらの課題をすべて解決する。光コムの基準周波数は国際原子時に同期した周波数標準であり、定期的な校正は必要ない。本質的にマイクロ波周波数合成系(図3中の「frep制御」の部分に含まれる)の不具合くらいしか値がずれる心配はなく、それも測定時に検知できるので、群管理は不要である。不確かさは特定二次標準器の1/300であるため、校正結果はおよそ完全に被校正器物の性能を示す。そのため周波数値と校正の不確かさを校正証明書に明記できるようになった。さらに、ロック時の堅牢性も高く、1週間程度連続で動作させることは容易であるとともに、被校正器物の校正では、本来ロックすべき吸収線にロックされたレーザーの周波数値を測れば良く、手間と時間が大幅に圧縮された。かつて数日を要していた校正作業も、2009年7月の国家標準変更後は、半日から1日で終了している。5.3 安定化レーザーの国際比較国際的な同等性確認も重要である。各国の標準研究所が持つ安定化レーザーの同等性を確認するために、一同に持ち寄って国際比較を行う必要がある。これまでは、国際度量衡局の研究者が可搬型のヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーを各地域に持ち運び、そこで集まった地域各国のヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーと周波数比較を行っていた。これにより、世界中のヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーの同等性を確認してきた。しかし、国際度量衡局の業務内容の見直しにより、安定化レーザーの新たな国際比較制度(CCL-K11)が2007年から始まり、国際比較は各地域の計量標準組織ごとに行われることになった。まず全体を仕切るパイロット・ラボがあり、次にAPMP等大小9つに分かれる各地域の地域計量組織に対し、地域を仕切る「ノード・ラボ」を設置する。ノード・ラボは光コムを用いて、ヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーの周波数測定を定期的に行う。各国の標準研究所は地域のノード・ラボにレーザーを持って集まり、周波数を測定して同等性を確認する。ノード・ラボ間の周波数計測の同等性は、ノード・ラボが維持する協定世界時、および光コムのCMC登録によって担保される。APMP地域では2010年時点で日本、中国、韓国、シンガポール、オーストラリアが光コムを保有しており、うち数カ国はファイバーコムを保有しているが、日本以外は市販化された装置を購入したものであり、産総研は製作から行うなど関連技術の高さが評価され、APMPのノード・ラボとなっている。2010年4月に産総研で行われたヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーの国際比較は、我々のファイバーコムの威力を示す象徴的なイベントであった。アジア・オセアニア地区内の8ヶ国の標準研が633 nmヨウ素安定化ヘリウムネオンレーザーをノード・ラボである産総研に持ち寄り、開発されたファイバーコムを利※特定標準器ユーザー長さ用波長633 nmよう素※安定化ヘリウムネオンレーザー2009年7月に変更国際原子時(SI秒)ユーザーユーザー1.5 µm(Cバンド)安定化レーザー532 nmよう素安定化レーザー633 nmよう素安定化He-Neレーザー532 nmよう素安定化Nd:YAGレーザー光周波数コム装置※国際的整合性633 nmよう素安定化He-Neレーザー特定二次標準器国際比較ユーザーユーザーユーザー波長1.55 µm帯の安定化レーザー1542 nmアセチレン安定化レーザー532 nmよう素安定化Nd:YAGレーザー国家標準図7 新旧長さ計測のトレーサビリティ体系(SI~特定二次標準器)光周波数コムを国家標準に据えることにより、すべての波長域でシンプルなトレーサビリティ体系を実現している。

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