Development of transient absorption spectroscopy under the transmission condition through the scattering media

• Project Area: Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance
• Project/Area Number: 21H05594
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 太田 薫 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 学術研究員 (30397822)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: 波面制御法 / 超短パルス光 / 透過行列 / 過渡吸収法 / 時間分解分光法 / 過渡吸収分光法

Outline of Research at the Start

光学的に不透明な媒質をレーザーなどのコヒーレント光が透過する際には、多重散乱が起こりある特定の場所に光を効率よく集光することが非常に困難となる。本研究課題では、超短パルス光の波面制御法を応用した時間分解過渡吸収法の開発を目的とする。時間分解過渡吸収法ではポンプ光とプローブ光の2色の異なるパルス光を用いる必要がある。ここでは、プローブ光の波面制御を行わずに、ポンプ光の波面制御のみで過渡吸収信号を観測する手法を開発する。このため、連続発振光を用いた場合と変わらない計測で非線形光学信号を制御することが可能となる。本研究課題を通して、時間分解分光法への応用という新たな方向性を開拓することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

光学的に不透明な媒質をレーザーなどのコヒーレント光が透過する際には、多重散乱が起こりある特定の場所に光を効率よく集光することが非常に困難となる。本研究課題では、散乱体透過条件下における超短パルス光の波面制御法を応用した時間分解過渡吸収法の開発を目的としている。ここでは、プローブ光の波面制御を行わずに、ポンプ光の波面制御のみで非線形光学信号を観測する手法を開発する。特に、透過行列（Transmission Matrix）の要素を決定する計測において、ポンプ光のみを用いるため、光学的には線形過程を用いた測定と等価になる。本研究課題では、まず波長800 nmの超短パルス光の散乱体透過後の透過行列の測定を行った。透過行列の位相共役を計算することにより、散乱体透過後のサンプルのある1点に超短パルス光を集光することができた。過渡吸収測定におけるプローブ光には、800 nmの超短パルス光によって生成される白色光を用いた。過渡吸収信号の検出では、プローブ光を散乱体を通さずにサンプルにデフォーカスした条件下での測定を試みた。光学チョッパーを用いて、ポンプ光を変調することにより、過渡吸収成分のみを感度良く抽出することができた。現在、ポンプ光とプローブ光を同軸にした光学系にして、2つの光が散乱体を透過した条件下での測定を検討している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Physical Properties and Low-Frequency Polarizability Anisotropy and Dipole Responses of Phosphonium Bis(fluorosulfonyl)amide Ionic Liquids with Pentyl, Ethoxyethyl, or 2-(Ethylthio)ethyl Group (2023)
  • Author(s): Ando Masatoshi、Ohta Kaoru、Ishida Tateki、Koido Ryohei、Shirota Hideaki
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 127 Issue: 2 Pages: 542-556
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c07466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Slow spectral diffusion of the NO stretching mode of [RuCl₅(NO)]^2? in D₂O studied by 2D-IR spectroscopy and molecular dynamics simulations (2023)
  • Author(s): Fujii Yuki、Aikawa Kyoko、Tayama Jumpei、Banno Motohiro、Ohta Kaoru、Tominaga Keisuke
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 158 Issue: 13 Pages: 134510-134510
  • DOI: 10.1063/5.0139133
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic Structures, Dynamics, and Spin Configuration of the Charge Carriers in Organic Photovoltaic Solar Cells Studied by Advanced Time-Resolved Spectroscopic Methods (2022)
  • Author(s): Ohta Kaoru、Tominaga Keisuke、Ikoma Tadaaki、Kobori Yasuhiro、Yamada Hiroko
  • Journal Title: Langmuir Volume: 38 Issue: 24 Pages: 7365-7382
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c00290
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonpolymer Organic Solar Cells: Microscopic Phonon Control to Suppress Nonradiative Voltage Loss via Charge-Separated State (2022)
  • Author(s): Nagatomo Takaaki、Vats Ajendra K.、Matsuo Kyohei、Oyama Shinya、Okamoto Naoya、Suzuki Mitsuharu、Koganezawa Tomoyuki、Fuki Masaaki、Masuo Sadahiro、Ohta Kaoru、Yamada Hiroko、Kobori Yasuhiro
  • Journal Title: ACS Physical Chemistry Au Volume: 3 Issue: 2 Pages: 207-221
  • DOI: 10.1021/acsphyschemau.2c00049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Charge carrier dynamics in bulk heterojunction organic thin films studied by time-resolved terahertz spectroscopy (2023)
  • Author(s): Kaoru Ohta, Hiroko Yamada, and Keisuke Tominaga
  • Organizer: pLED International Symposium 2023: Exploring Invisible Light Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 紫外光ポンプ光THz波プローブによる励起子‐フォノン相互作用の解明 (2023)
  • Author(s): 太田 薫
  • Organizer: 2022年度福井大学遠赤外領域開発研究センター共同研究成果報告会
• [Presentation] Time-Reversal Focusing of Ultrashort Pulses through Thin Scattering Media with a Combination of Wavefront and Pulse Shaping Techniques (2022)
  • Author(s): Kaoru Ohta
  • Organizer: OPIE2022, Sensing and Imaging through Scattering and Fluctuating Field in Biology, Telecommunication, and Astronomy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing Charge Carrier Dynamics in Porphyrin-Based Bulk Heterojunction Thin Films with Time-Resolved Terahertz Spectroscopy (2022)
  • Author(s): Kaoru Ohta, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada, and Keisuke Tominaga
  • Organizer: 241st ECS Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 散乱体透過条件下での超短パルス光の時間反転波面制御 (2022)
  • Author(s): 太田 薫
  • Organizer: 神戸大学次世代光散乱イメージング科学研究センターキックオフシンポジウム
• [Presentation] 時間分解テラヘルツ分光法で観るポルフィリン系有機薄膜太陽電池の電荷キャリアダイナミクス (2022)
  • Author(s): 太田 薫、鈴木 充朗、山田 容子、富永 圭介
  • Organizer: 2022年 光化学討論会
• [Presentation] 散乱体透過条件下での超短パルス光の時間反転波面制御法の開発と応用に向けた展開 (2022)
  • Author(s): 太田 薫
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2022
  • Invited