2018 Fiscal Year Research-status Report
黒体放射の起源とする高励起状態間エネルギー緩和過程の研究
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17K05763
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
築山 光一 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 教授 (20188519)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 黒体放射 / 自然放射増幅 / 誘導放射 / 電子励起状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はハロゲン分子（ヨウ素）を対象分子とし、電子励起状態間緩和過程における自然放射増幅過程(ASE)の重要性を評価した。ASEは反転分布を形成した媒質からの自然放射光が誘導放射過程によって増幅される光学過程であり、反転分布密度がある臨界値を超えた条件でのみ発振する。ヨウ素分子のf 0g+(3P0)状態からD 0u+(3P2)状態へのASEを対象とし、励起光とは別の3本目のレーザー光を導入することにより、それら電子状態間における反転分布を解消するASE緩和過程の制御を行った。
1, 2本目のレーザー光をそれぞれB 0u+(vB = 15, JB = 78) ← X 0g+(vX = 0, JX = 79)、f 0g+(3P2)(vf = 0, Jf = 79) ← B 0u+(vB = 15, JB = 78) 遷移の波長に固定し、f 0g+(3P2)状態への励起を達成した。さらに時間的に同期を取ったレーザー光の波長をD 0u+(3P2)(vD = 0, JD = 78) ← B 0u+(vB = 15, JB = 78) 遷移の波長に固定し、f 0g+(3P0) (vf = 0, Jf = 79) → D 0u+(3P2) (vD = 0, JD = 78)のみ反転分布を抑制してASE分散スペクトルを第3のレーザー光導入前後にて測定した。その結果、反転分布を抑制したf 0g+(3P0) (vf = 0, Jf = 79) →D 0u+(3P2) (vD = 0, JD = 78) (R78ブランチ)の積分強度が、第3のレーザー光導入後では明らかに減少していることが確認された。この実験事実は、我々が観測している赤外発光が蛍光ではなくASEであることを証明しており、ASEによる占有数の操作が可能であることを示している。
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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
本年度は対象分子を一酸化窒素からヨウ素分子へ変更した。その主な理由は、遠赤外検出器（ボロメーター）の不具合により、一酸化窒素の高い主量子数を有する電子励起状態からの自然放射増幅光の直接検出が困難となったためである。
ヨウ素分子ではすでに自然放射増幅光の分光学的帰属は確定しているため、反転分布密度の制御による自然放射増幅光のON/OFFを目的としそれを達成した。より単純な系を実現するため、原子系（希ガスXe）の高励起リュードベリ状態を二光子レーザー励起で生成し、その準位からの中赤外自然放射増幅光の確認に成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度である2019年度は、二種類の化学種を対象とした研究を展開する。まず、2019年度前半にはI2分子のイオン対状態と呼ばれる一連の電子励起状態のうち、基底状態から54000 cm-1程度のエネルギー領域に存在する2g (1D2)状態を対象とする。この2g (1D2)状態のエネルギー的近傍(~227 cm-1)には同一解離限界に相関する2u (1D2)状態が存在しており、これらの電子状態間の遷移双極子モーメントは非常に大きな値を持つことが予想される。したがって、これら電子状態間の遠赤外誘導放射過程が期待されるため、まずはその観測を行う予定である。遠赤外領域の発光の観測と相補的に、紫外蛍光の測定や、その時間分解波形の速度論的解析を行い、黒体輻射が誘起する誘導放射過程の定量的な解析を行う。さらに、2019年度後半にはXe原子の高Rydberg状態をターゲットとした研究を展開する。Xe原子の高Rydberg状態は遠紫外光の二光子吸収により、容易に生成が可能であり、周辺準位の状態密度が非常に高いために、黒体輻射トリガーの誘導放射過程のみならず、黒体輻射の吸収による占有数移動過程を観測できると期待される。遠紫外光の二光子吸収からの黒体輻射の吸収に次いで、第二の紫外レーザー光による強制的な誘導放出を利用することで、黒体輻射の吸収過程の時間スケールを観測し、その速度論的な取り扱いから黒体輻射の関わるエネルギー緩和過程を詳細に解明する。
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| Causes of Carryover |
現在までの進捗状況に記載のごとく、遠赤外検出器（ボロメーター）の不具合により、一酸化窒素の高い主量子数を有する電子励起状態からの自然放射増幅光の直接検出が困難となったため、対象分子を一酸化窒素からヨウ素分子と変更した。そのため遠赤外光検出のために必要な消耗品（光学部品等）の購入を控えた。
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