2018 Fiscal Year Research-status Report
Highly sensitive coherent spectroscopy in condensed matters by plasma photonics with IV elements
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17K05084
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| Research Institution | Osaka Dental University |
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Principal Investigator |
松原 英一 大阪歯科大学, 歯学部, 講師 (10421992)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 赤外分光 / 超広帯域検出 / テラヘルツ / 非線形光学 / ダイヤモンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、短冊状のダイヤモンド単結晶に超広帯域赤外光、および時間幅約10fsの可視-近赤外プローブパルスを入射し、パルス毎に極性が変わる疑似DC高電場を印加することで電場誘起第二高調波を発生させ、これを光電子増倍管で検出することにより赤外電場波形を測定する。前年度で6uJのプローブ光エネルギーで、空気の場合の約6倍の信号強度を得るという、原理実証となる実験結果が得られたことを受けて、当該年度では、まずダイヤモンドの研磨精度を向上させることにより、ダイヤモンド結晶中での屈折によるビーム伝搬方向の変化を抑制することができた。また最大1.4 uJのプローブ光エネルギーで、1-150 THz、75 nJの微弱なプローブ光エネルギーで1-80THzの周波数帯域の信号を観測した。およそ0.05-5uJの領域で空気とダイヤモンドを使用した際の感度を比較したところ、ダイヤモンドを使って空気の場合の100倍近い感度増強が確認された。
次に、コヒーレント長を計算で評価することにより、本研究で理想的なダイヤモンド結晶の厚みが約50umであることを明らかにした。そこで、薄い基板を用意し、電極構造を作ることで、電場強度のさらなる増強が可能であると考えた。厚さ50umの基板を得ることは従来の技術では容易ではないため、まず厚さ200umの基板を用意し、その表面に、フェムト秒チタンサファイアレーザー光を用いたレーザー加工により、電極パターンを描画することを試みた。レーザー光強度、基板の掃引速度を最適化することにより、20～30umの深さをもった電極パターンを約100um程度のギャップ長で作ることに成功した。バルクの場合、厚さが500umであったので、5倍の電場増強が可能な計算となる。これによって、ダイヤモンド結晶中での電場強度が5倍になり、赤外電場検出感度の向上が期待できる。
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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
前年度に原理実証といえる実験結果を得たことを受けて、超広帯域でその効果を実証し、さらに検出感度向上のための有効策を考案し、その順調に作業が進んでいるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、レーザー加工で作製した電極の絶縁性能を評価し、赤外電場検出の感度向上の効果を検証する。また、印加できる電圧を増強し、検出感度と周波数帯域の改善を図る。
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| Causes of Carryover |
ダイヤモンド基板の耐久性が予想よりもよく、購入の回数を少なくすることができた。また、年度中に所属機関の異動が決まったことから、異動後に購入した方が良いものが生じたため、次年度に繰り越した。
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[Presentation] Mass Spectrometry for The Organic Solids Using an Intense THz Free Electron Laser Pulse2018
Author(s)
Masaya Nagai, Eiichi Matsubara, Masaaki Ashida, Masanori Fuyuki, Keigo Kawase, Akinori Irizawa, Goro Isoyama, Jun Aoki, Michisato Toyoda
Organizer
The 43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
Int'l Joint Research
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