光ビート分光による超高分解能ブリュアン・レイリー散乱法の開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452117
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 堅志郎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 啓司 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (00215584)
• Keywords: ブリュアン散乱 / 光ビート分光 / フォノンスペクトロスコピー / 偏光解消散乱 / レイリー散乱

Research Abstract

最近我々はブリュアン散乱光を光ビート法により分光する試みに世界で初めて成功した。これは古典的なファブリペロー分光計による従来のブリュアン散乱法の分解能を2桁近く高め、測定の精度と信頼性を大幅に向上させる画期的な技術である。ブリュアン散乱法とは、物質中に存在する熱フォノンによる光散乱の検出測定によってフォノンの位相速度と寿命を測定するもので、GHz域の高速音波緩和過程や相転移現象のダイナミクスなどを調べる、非常に重要な物性研究手段である。これによってこれまで測定不可能であったフォノンと分子配向やエントロピー流とのカップリングなど広い時間域にわたる物質中のダイナミックな相互作用が研究できる。本研究の目的は、この方法の周波数帯域および検出感度向上を進め、まったく新しい光散乱測定手法を完成させることである。これによってHzから数10GHz全域にわたる総合的な動的光散乱スペクトロスコピー技術が確立されることになる。
本年度は、光ビート分光ブリュアン散乱法の高感度化と広帯域化を目標に装置の改良を行った。光学系におけるミラーの数などを極力減らすことによって、散乱光と参照光のコヒーレンシを向上させた。その結果、従来散乱光強度が小さく測定できなかった固体試料についてのブリュアンスペクトルを測定することに成功した。また、過冷却状態の液体の高周波フォノン測定を行い、ガラス転移に関する重要な知見を得た。
また、偏光変調によるまったく新しい光ヘテロダイン系を考案、製作した。これによって分散系などこれまで迷光が大きく光散乱測定が困難であった試料でのブリュアン散乱測定が可能となった。この光学系を用いて微小領域内の熱フォノンがトラップされる様子を初めて観察した。

Research Products

• [Publications] H.Kikuchi,K.Sakai,K.Takagi: "Complex propagation of surface waves on soft gels" Phys.Rev.B. 49(in press). (1994)
• [Publications] K.Sakai,K.Takagi: "High frequency measurement of surface elasticity of a soluble monolayer at water surface" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2199-2201 (1993)