2016 Fiscal Year Research-status Report
ファイバーコムを利用した広波長域・高分解能統合レーザー分光システムの開発と展開
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16K05673
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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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2016-04-01 – 2019-03-31
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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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子のエネルギー準位は、電子・振動・回転の階層構造をなしている。広い周波数範囲にわたって低い分解能で測定したスペクトルでは、電子・振動遷移が観測され、大局的なエネルギー準位構造を理解することができる。また、このスペクトルの1部を高分解能レーザー分光法によって回転線まで分離して測定すると、信号の微小なシフトや広がり、分裂等から、電子励起状態の詳細な構造やダイナミクスを理解することができる。
このように、分子のエネルギー準位構造の総合的な理解のためには、「低分解能・広波長域」と「高分解能・狭波長域」の2つの分光計測が必要である。しかしながら、それぞれが予算・スペース・人員いずれをとっても相応のコストがかかるため、両立が困難であった。
一方、光周波数コムは、広い波長範囲にわたって一定の周波数間隔で並んだ数百万本程度のモードからなるスペクトルをもつ。光周波数コムは広い波長域にわたって多数の周波数安定化されたモードを提供できるため、分光学においては、光周波数コムを高精度な光周波数の目盛として利用するコム参照分光が行われるようになった。
平成28年度は、Erファイバーコムをもとにした可視-赤外光周波数コムを製作した。Erファイバーコムは、極めて安定で堅牢、しかも小型・軽量・可搬なコムである。このコムを光周波数目盛として、既設のレーザー等を統合し、可視から赤外にわたって分子スペクトルの測定が可能な高分解能コム参照レーザー分光システムを製作した。
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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
まず、1.5μm付近にピークを持つErファイバーレーザーを製作し、パルス発振させることによって狭波長域の光周波数コムを製作した。つづいて、このコム光をErドープファイバー光増幅器によって増幅し、高非線形ファイバーを利用して広波長域化を行った。以上のように、赤外域のErドープファイバーコムを製作に成功した。
一方、当初の予定にはなかったことであるが、京都大学より単一モード・チタンサファイア・レーザー、第2高調波発生装置、および超音速分子線レーザー分光装置を譲り受けた。申請時は、単一モードレーザーとしては色素レーザー、分光システムとしてはドップラーフリー2光子吸収分光システムを保有するのみであったが、新たな装置の導入によって当初の予定よりも研究の手法や対象を大幅に広げることができた。具体的には、単一モード色素レーザーの出力できる波長域は、550 - 700 nm程度であるが、単一モード・チタンサファイア・レーザーの導入によって、1000 nmを超える長波長の単一モードレーザー光が得られるようになった。この第2高調波を発生させることによって、当初予定していたヨウ素やナフタレンなどの小さい分子だけでなく、コロネンなどの多環芳香族化合物までを分光計測の対象とすることができるようになった。また、超音速分子線レーザー分光装置を利用した1光子遷移と、ドップラーフリー2光子吸収分光システムによる2光子遷移は励起状態の研究において相補的な関係にあるため、この点から見ても研究対象を大幅に広げることができたといえる。
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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本格的に稼働させる。このErドープファイバー光周波数コムを周波数目盛として利用し、コム参照分光を行う。分光光源として、単一モード色素レーザーを用いて、当初予定していたヨウ素分子やナフタレン分子の分光を行う。また、新たに導入した単一モード・チタンサファイア・レーザーを分光光源として利用して、ペリレンやコロネンなど多環芳香族化合物の分光計測を行う。
上記のコム参照分光は、既設のチタンサファイア光周波数コムを利用しても可能である。Erファイバー光周波数コムを利用した場合とチタンサファイア光周波数コムを利用した場合とを比較し、おのおのに適した用途をあきらかにする。
また、Erチタンサファイア光周波数コムとチタンサファイア光周波数コムとを組み合わせて分光光源として利用することにより、低分解能・広帯域スペクトルの測定を行う。
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| Causes of Carryover |
京都大学より単一モード・チタンサファイア・レーザーと超音速分子線レーザー分光装置を譲り受けた。これらの装置の立ち上げに時間を要したが、これは当初の予定にはなかったことであるため、本助成金を充てることはしなかった。このため、次年度使用額が生じることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度は、これらの譲り受けた装置とErファイバー光周波数コムとを組み合わせた分光システムの製作に本助成金を使用する予定である。これは、申請時の目的に沿うものであり、それを達成するのみでなく、さらに発展させる内容である。
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