Optical manipulation by sub-cycle mid-Infrared pulsed lasers

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14555
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: Kudo Tetsuhiro 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (20768270)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光マニピュレーション / 中赤外レーザー / 分子選別 / 赤外分光 / 光ピンセット

Outline of Final Research Achievements

We conducted novel optical manipulation experiments using radiation forces with a mid-infrared laser source. Despite altering our initial plans that used an ultra-short pulse laser, we achieved two main results. First, we discovered a mechanism for optically transporting specific materials selectively by using a mid-infrared quantum cascade laser to excite certain molecular vibrations. This result paves the way for chromatography based on molecular structures. Second, we proposed a technique for opto-thermal trapping through solvent heating using a mid-infrared fiber laser. In our method, simply irradiating a laser into a water solution allows for the local concentration of microparticles.

Free Research Field

レーザー物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

クロマトグラフィーや電気泳動等の技術は、生体分子や化学薬品などを選別するために非常に重要な技術であり、様々な領域において利用されている。本研究では、レーザーの輻射力を利用することで、特定の分子構造を有する物質のみを選択的に光操作できることを世界で初めて示した。本中核と成る発見を更に展開、発展させることで赤外吸収スペクトルに応じた光クロマトグラフィーが可能になると期待される。