超高安定化した光周波数コムを基準とする多原子分子の精密レーザー分光
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22K05044
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
御園 雅俊 福岡大学, 理学部, 教授 (40314471)
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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: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 光周波数コム / 高分解能レーザー分光 / 分子スペクトル / 励起分子 |
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| Outline of Research at the Start |
究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。
光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させ，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子の物理的・化学的性質はエネルギー準位構造に反映されるので，エネルギー準位を精密に測定することは，その分子の本質を見極めることに他ならない。これまで，レーザー分光計測の精度と分解能を向上させる努力が続けられ，比較的小さい多原子分子の高分解能レーザー分光が可能となった。
本研究では，光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させて相対精度10のマイナス12乗を達成し，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。このように，究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。
令和4年度は，分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅狭窄化および周波数安定化のための参照共振器の製作，および，このレーザーの周波数を精確に測定するための光周波数コムの設計を行った。分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅は，これまで，平均時間ミリ秒程度で500 kHz，秒程度で数MHzであったが，本研究で製作した参照共振器を使用することによって，秒程度の平均時間でも周波数線幅を数10kHzとすることに成功した。さらに，この狭線幅を保ったまま，数GHzの範囲にわたってレーザー周波数を連続的に掃引することに成功した。光周波数コムについては，設計および仮組みまで行った。
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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
これまで，分光光源として用いる単一モードレーザーの周波数安定化と制御は，既製品に付属した参照共振器の共鳴周波数にレーザー共振器をロックすることによって行ってきた。しかしながら，付属の参照共振器は機械的な安定度に限界があり，制御用の電子回路の設計も十分とは言い難く，これらが単一モードレーザーの周波数安定度を制限していた。本申請研究において，これらを新たに製作した。
新たに製作した参照共振器は，共振器筒の両端に高反射率ミラーを取り付けたFabry-Perot型の光共振器である。共振器筒は温度変化による熱膨張を最小限に抑えるためゼロインバーを用いて製作した。両端の鏡のうち1枚をストロークの長いピエゾ素子に取り付けて，レーザー周波数を広範囲で制御できるようにした。また，安定化および制御のための電子回路も新たに製作した。
並行して，光周波数コムの設計を行った。本研究においては，工数と予算を地方大の小研究室において実現可能な水準に抑えるため，可能な限り枯れた技術を利用することとし，モード同期には非線形偏波回転を採用した。高速制御を可能とするため，共振器内に電気光学変調器を組み込む構成とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
Erドープファイバー光周波数コムを製作し，本格的に稼働させる。光周波数コムの周波数基準としては光格子時計を使用する。この光周波数コムを周波数目盛として利用し、本研究で製作した参照共振器によって周波数安定化を行ったTi:Sapphireレーザーの周波数を精密に測定する。Ti:Sapphireレーザーを使用した多環芳香族化合物の分光計測には高度な技術が必要であるため，その前段階として，まずはヨウ素分子の遷移周波数の精密測定を行う。ヨウ素分子は可視全域に強い吸収を持つため，これまで何度も周波数アトラスが製作されるなど，分光学においては実用的な周波数基準として利用されている。また，この吸収線は超微細構造を持つため，分子内の相互作用に関する基礎研究の対象として活発な研究が行われているものである。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
