2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel fluorescence lifetime measurement method using entangled photon pairs
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20K15237
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
松崎 維信 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70830165)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子もつれ光 / 蛍光寿命 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子もつれ光を光源とすることで、パルスレーザーを用いることなく、蛍光寿命測定という時間分解測定を行うための新しい手法の開発を行なった。
まずはバルク液体を試料として、量子もつれ光を用いて蛍光寿命測定を行うための装置を開発した。光源である量子もつれ光は、深紫外cwレーザーを非線形結晶に照射することで、自発パラメトリック下方変換により発生させた。発生した各々の光子対を光子1つずつに分割したのち、片方の光子はそのまま単一光子検出器で検出した。これに対し、もう片方の光子は試料を光励起するのに用い、その後、試料から放出された蛍光の光子を別の単一光子検出器で検出した。これら2つの単一光子検出器による光子検出の時間差を測定し、そのヒストグラムを作ったところ、期待通りに蛍光減衰曲線が得られた。すなわち、量子もつれ光を光源とする蛍光寿命測定が実現可能であることが示された。
次に、不均一な空間分布を持つ試料に対しても同様の測定が行えるようにするために、量子もつれ光を光源とする蛍光顕微鏡の開発を行なった。この装置では、ピエゾステージを用いることにより試料の任意の位置において量子もつれ光を光源として蛍光寿命測定を行うことができ、量子もつれ光を用いた蛍光寿命イメージングが可能となった。
最後に、本研究で開発した量子もつれ光を光源とする手法との比較のために、パルスレーザーを用いた従来法による蛍光寿命測定も行えるように装置の拡張を行なった。光源としては、波長1030 nmのフェムト秒再生増幅器の第2高調波である、515 nmのフェムト秒パルスを用いた。これを上記の蛍光顕微鏡へと導入することで、全く同じ試料および検出光学系を用いて従来法による蛍光寿命測定も可能となった。これにより、パルスレーザーを用いる従来法と量子もつれ光を用いる本研究で開発した手法の詳細な比較を行うための技術的な基盤が形成された。
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Research Products
(6 results)
