2015 Fiscal Year Research-status Report
分子構造分析を目指したファイバーレーザー励起中赤外光によるリアルタイム分光
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15K04699
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| Research Institution | Saitama Medical University |
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Principal Investigator |
鈴木 将之 埼玉医科大学, 医学部, 准教授 (60622371)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ybファイバーレーザー / 中赤外光生成 / 光パラメトリック増幅 / 超光速分光 / アップコンバージョン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、Ybファイバーレーザーを励起源とした高出力、広帯域中赤外光源の開発と中赤外光スペクトルをリアルタイムで計測できるアップコンバージョン分光システム開発を進め、蛋白質の構造解析を目指した分光研究へ展開することである。
加齢黄斑変性症は網膜細胞の変性に起因することが知られているが、それらの病態の機序については十分には解明されていない。ごく最近、加齢黄斑変性症の病態において、生体内に存在しないアミロイドβ（Amyloidβ:Aβ）が存在することが報告された。これはアミロイド前駆体蛋白質（Amyloid precursor protein: APP）の構造変化による可能性が指摘されているが、その発現は明確となっていない。そこでAPPとAβの吸収分光やポンププローブ分光を行い、その構造解析を通してAβ化の要因を明確化できれば病態の新たな治療法の手がかりとなると考えた。
光を用いた分光法の利点は、試料を非破壊かつin vivo、リアルタイムで分析することができる点である。これにより同一試料における経治時的変化の追跡が可能となるため、例えば薬剤投与による長期変化を知ることができる。しかしこの中赤外域においては高感度の検出器と高性能の光源が存在しかったため、Aβ分光研究は大きく進んでいない。そこで周波数混合を利用して中赤外光と近赤外光のアップコンバージョンにより可視光に変換することで、リアルタイムで中赤外光スペクトル再構築することが可能と考えた。
前述の研究背景に基づき本研究計画では、Yb添加ファイバーレーザーを励起源として広帯域中赤外光生成し、これを用いたアップコンバージョン分光システムの開発し、APPとAβの吸収分光スペクトル計測とポンププローブ分光研究へ展開を図る。
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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
初年度はYbファイバーを用いたレーザーシステムの開発を進め、出力1.6W、パルス幅80fs、繰り返し80MHzを得ることに成功した。このとき入射パルスの分散を制御することでパルス幅を大幅に短縮することができた。これは増幅器内において自己相似パルス伝搬によるものと考えられる。つぎに中赤外光を生成するための光パラメトリック増幅における波長1250nmのシード光生成を行った。非線形ファイバーを用いて波長1250nmの光を生成することに成功した。さらにシステムの簡易化を目的として非線形ファイバーとシングルモードファイバーの融着に取り組んだ。その結果、透過率70%の融着に成功した。そして次年度に予定している中赤外光のスペクトルを計測するための分光システムにおける分光器部分の構築も進めた。可視光スペクトルを回折格子と像転送光学系にてCMOSラインセンサー上に結像し、得られる分光スペクトルから中赤外光のスペクトルを再構築できるシステムの開発を行った。最後に、次年度に進める予定のSFGおよびOPAのための励起源となる出力4W級ファイバーレーザーの初期的な開発も進め、出力3W、パルス幅200fsを得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は①SFGおよびOPAのための励起源となる出力4W級ファイバーレーザーの開発、②SFGによるアイドラー中赤外光生成、③中赤外光の周波数領域のOPA開発を進める予定である。①に関しては波長975nm、出力9WのLDとポンプコンバナー、光アイソレーター、Y-DCFを用いてシステムの構築を進める。一部、初年度に初期的な増幅試験を前倒しで実施しており、当初の目標を得る見込みを得ている。今年度は、長さ20mのシングルモードファイバーを用いて、パルス伸長したのちにダブルクラッドファイバーを用いて波長1040nmの光を増幅する。シード光には前年度開発したYbファイバーレーザーの圧縮する前のピコ秒レーザーを用いて、励起源スペクトルの狭帯域化に取り組む。周波数混合において変換効率を向上させるためには、狭帯域スペクトルの励起源が望まれるため、狭帯域のバンドパスフィルターを用いる。②関しては、波長1040nmの光を励起光そして波長1250nmの光を信号光として、AgGaS2の結晶に入射して差周波生成により波長6000nmの中赤外光生成を行う。当初の予定通り、光学系の選定を進めたのちに計測系を準備して、実験を進めて行く予定である。③に関しては、AgGaS2の結晶を用いて②で生成した波長6000nmの光を広帯域増幅する。特に広帯域増幅を実現するために信号光を回折格子で分光して集光レンズで結晶上に像転送して、周波数領域でOPAを実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
光学部品を一括購入したことにより、当初の予想より低価格で必要とする光学素子を導入することができたため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額が生じたため、当初の予定よりも大型の光学素子を導入して光学調整の機能性を向上させることで研究を円滑に進める。
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Research Products
(4 results)
