Project/Area Number |
22K05026
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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Research Institution | Gakushuin University |
Principal Investigator |
河野 淳也 学習院大学, 理学部, 教授 (90557753)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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Keywords | 液滴レーザー / 共振増強 / 回転楕円体ミラー / 外部共振器 |
Outline of Research at the Start |
本研究では,液滴内で共振増強した光を外部共振器と同期し,2重の増強を経た直進性のあるレーザー光を得る。そのシステムを用いて,微弱ラマン散乱光の増幅と検出による微量分子の高速,高感度検出法を確立する。まず,色素溶液などの高利得液滴を用いて2重共振増強液滴レーザーを開発する。その技術を用いて液滴表面の反応過程をミリ秒の分解能で観測する。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究は,溶液表面分子の構造とその変化を高速,超高感度に観測することを目的とする。そのため,液滴表面の分子からの発光を液滴共振,回転楕円体ミラーを用いた外部共振器とのカップリングによって2重に増強し,コヒーレント光(レーザー)として取り出す,液滴レーザー技術を開発する。具体的には,(1)回転楕円体ミラーの2つの焦点を光が行き来するような共振器を構築する。(2)回転楕円体のひとつの焦点に懸垂液滴を配置し,レーザーを照射して液滴内共振増強光を作り出す。(3)液滴から発生した光を回転楕円体ミラーにより液滴にフィードバックし,2重の共振増強を実現する。2022年度は,以下の研究成果を得た。 (1)回転楕円体ミラー共振器の構築:2つの回転楕円体ミラーを向かい合わせに設置することで、回転楕円体型の外部キャビティーを構築した。片側の回転楕円面ミラー側面に穴を空け,懸垂液滴生成用のキャピラリーを通した。また,さらに2つの穴を空け,液滴蛍光の観察と液滴照明のために用いた。 (2)懸垂液滴へのレーザー照射による共振増強光の生成:濃度200 μMのローダミン6G/エチレングリコール溶液をキャピラリー先端からシリンジポンプで押し出し,懸垂液滴とした。液滴の側面にNd:YAGレーザーの第2高調波を照射し,共振増強光を生成した。 (3)回転楕円体ミラーによるフィードバックの観測:蛍光は液滴赤道面の両端から放出されていた。これは,放出される蛍光は液滴表面の接線方向に放出されるからである。フィードバックによる液滴蛍光増強を定量的に評価するために,液滴蛍光画像より求めた画像強度での比較を行った。その結果,回転楕円体ミラーキャビティからのフィードバックによって約2.6倍蛍光が増強していることがわかった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
回転楕円体ミラーで構築した共振器の中で懸垂液滴にレーザー光を照射し,液滴共振増強蛍光を発生させることに成功した。また,共振器に空けた穴を通して,蛍光画像をレーザーショットごとに測定することができた。一方,その画像を用いて回転楕円体ミラーキャビティからのフィードバックの効果を定量したが,蛍光の増強は現在のところ約2.6倍にとどまっている。
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Strategy for Future Research Activity |
(1)蛍光スペクトルによる外部共振増強効果の定量:懸垂液滴による共振増強蛍光のスペクトルを測定する。スペクトル測定は,光ファイバーを用いて蛍光をCCD分光器へ導入して行う。回転楕円体ミラーの有無によるスペクトルの形状と強度の違いから外部共振増強効果の定量を行う。 (2)懸垂液滴から発生する共振増強蛍光の角度分布測定:懸垂液滴による共振増強蛍光を観測したところ,異方性があることを発見した。蛍光が発生する方向にフィードバック光学系を配置することにより,より高効率の共振器を設置できる可能性があるため,蛍光の角度分布を精密に測定する。 (3)蛍光異方性を利用した外部共振器の設計:蛍光が発生している方向にミラーを配置する。また,その1方向にはレンズと回折格子からなるフィードバック光学系を配置し,リトロー型共振器を構成してレーザー光を取り出す。
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