2023 Fiscal Year Annual Research Report
広帯域テラヘルツパルス励起によるガス分子FIDの高分解能検出
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19K04510
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
古屋 岳 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教 (20401953)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 広帯域パルス / 光駆動半導体シャッター / 高分解能分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本事業では、テラヘルツ時間領域分光法における重要な課題の一つである周波数分解能向上についての研究を行った。テラヘルツ時間領域分光法では、光伝導アンテナなどから放射する広帯域テラヘルツパルスを測定対象に照射し、吸収による励起パルス強度変化や、その後、励起されたサンプルから放射される自由誘導減衰を観測するが、一般的に時間領域分光法では測定時間窓が機械式時間遅延によって制限されるため、分解能向上に限界がある。そこで、分解能向上のために、一般的な時間領域分光法で用いられる光伝導アンテナや電気工学サンプリングではなく、励起分子からの自由誘導減衰をミキサーにより中間周波まで周波数を下げ、オシロスコープで直接検出することにより、時間波形を取得、フーリエ変換により周波数スペクトル取得を試みることとした。
一般的なテラヘルツ時間領域分光法で使用される励起パルスはピーク強度こそ高いものの、パルス幅が1 ps程度であるため、ガス分子を十分に励起するには不十分である。そこで、本研究では高強度テラヘルツパルスが発生可能な波面傾斜法を用いるが、信号検出に使用するミキサーは高強度の電磁波により容易に損傷することから、高強度の励起パルスを直接入射することができない。この課題解決のために、ガリウムヒ素基板にレーザー光を照射することで、電磁波の透過と反射を制御する、光駆動半導体シャッター分光システムに組み込むことで、励起パルスのみを反射させ、直後の自由誘導減衰信号を効率的にミキサーに入力することにより、高感度での信号検出を試みた。その結果、これまでの高分解能時間領域分光法における周波数確度4 MHz,サンプリング間隔数MHzに対し、サンプリング間隔500 kHzの高分解能な信号取得が可能であることを実証した。
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