テラヘルツ時間領域分光による匂いセンサーの研究

• Project/Area Number: 17656025
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北原 英明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特任研究員 (20397649)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷 正彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教授 (00346181)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: テラヘルツ時間領域分光 / 分子分光 / 香料

Research Abstract

食品や香料などの匂い分子の検出をTHz時間領域分光法により行うのが最終的な目的である。昨年度の実験結果をふまえ、本年度は分光器の感度分解能向上ならびに分子測定を行った。
1.分光器の改良
分光システムの感度分解能改善を行うため、分光器のプローブ光の遅延時間を今までの倍になるよう遅延ラインへミラーを増設した。これにより分解能は250MHzとなり、現状の真空ポンプによる到達圧力の範囲で観測される吸収線幅に対しては十分な能力を持つに至った。また、放射/検出素子は感度を向上させるため、帯域幅を犠牲にして出力の大きいボウタイ型のアンテナに変更した。利用できる帯域は1THz以下となるが100GHz以下の領域でも十分な放射強度があり分子量の大きな分子の回転モードに対しても対応が可能となった。昨年同様、励起用レーザーは波長800nm、繰返し周波数80MHz、パルス幅100fsのチタンサファイアレーザーを用いた。吸収セル付の真空槽内に系を収め、真空引きにはドライ真空ポンプを用いて測定系に存在する水蒸気の影響を排除できるようにした。到達圧力は最小で1.4paである。分光可能な帯域は0.02THz〜1THzとなった。プローブ光の遅延ラインには300mmの自動ステージを用いた。遅延ラインに2回プローブ光を通す事によりトータルの遅延距離は1200mmとなっている。
2.分子分光の実験
香水の原料として使われているゲラニオールと、食品の香料として使われているバニリンを測定対象として実験を試みた。この結果、いずれの物質においても不純物として含まれる水の吸収線が観測されたのみで、物質由来の吸収線を観測できなかった。長時間の積算実験を複数回行い100GHz以下の領域を精査したが、同様に吸収線の観測に至らず、この周波数領域に吸収線が存在しない事が判明した。昨年度の測定で行った市販のコーヒー粉からの放出気体も再測定した。前回は水の吸収線以外に由来不明の二つの吸収線を観測したが、今回の測定では再現しなかった。これは気体分子の吸収線が非常に細い事が原因であると考えられる。従って、パルス分光ではなくPhoto mixing法などを用いた、より分解能の高いシステムを用いることで測定できる可能性を示せたと考えられる。