2023 Fiscal Year Research-status Report
液滴レーザーの開発と液滴表面ダイナミクス解明への応用
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22K05026
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| Research Institution | Gakushuin University |
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Principal Investigator |
河野 淳也 学習院大学, 理学部, 教授 (90557753)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 液滴レーザー / 共振増強 / 角度分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，溶液表面分子の構造とその変化を高速，超高感度に観測することを目的とする。そのため，液滴表面の分子からの発光を液滴共振，回転楕円体ミラーを用いた外部共振器とのカップリングによって２重に増強し，コヒーレント光（レーザー）として取り出す，液滴レーザー技術を開発する。2022年度までに回転楕円体ミラーによるフィードバック光学系の構築と基本性能の測定を行い，フィードバックによる液滴蛍光の2.6倍の増強を確認した。一方，回転楕円体ミラーによるフィードバック光は十分な集束が得られないことも新たに判明した。そこで，2023年度は液滴蛍光の角度分布を測定し，レンズとミラーによるフィードバック光学系を設計した。具体的には，以下の研究成果を得た。
（１）懸垂液滴蛍光の角度分布測定：フォトダイオードを用いた小型光検出器を設計・制作した。その検出器を懸垂液滴の回りに回転できるようにステージ上に設置した。液滴蛍光の強度をレーザー照射方向との角度を変えながら測定した。その結果，直径0.6 mmの懸垂液滴においては，90°おきに蛍光が強くなる角度が存在することがわかった。
（２）レンズ・ミラーによる外部共振器の構築：レーザー照射方向に対して90°おきにレンズ・ミラーによるフィードバック光学系を３つ設置し，外部共振器を構築した。レーザー照射方向にはフィードバック光学系が設置できないため，観測光学系と30°の角度をなす方向からレーザー光を照射する設計とした。
（３）外部共振器によるフィードバックの観測：濃度200 μMのローダミン6G/エチレングリコール溶液をキャピラリー先端からシリンジポンプで押し出し，懸垂液滴とした。液滴の側面にNd:YAGレーザーの第２高調波を照射し，共振増強光を生成した。蛍光画像の観測から，外部共振器によるフィードバックによる増強が観測できた。
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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
３方にレンズ・ミラーを配置して構築した共振器の中で懸垂液滴にレーザー光を照射し，液滴共振増強蛍光を発生させることに成功した。また，共振器によるフィードバックによる蛍光の増強が観測できた。しかし，蛍光の増強は現在のところ約1.1倍にとどまっており，レーザー発振を観測するには至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）外部共振器の最適化：前年度に開発した外部共振器について，光学素子の配置，位置調整を精密化し，高効率化を目指す。
（２）液滴レーザー用の微小液滴ノズルの開発：懸垂液滴よりも小さなサイズの液滴によるレーザー開発を念頭に，液滴ノズルの開発を行う。必要性能としては，（１）レーザーとの同期，（２）共振器への導入を可能にするための先端の先鋭化，（３）ノズル詰まり対策のための交換容易性がある。これらを実現するため，キャピラリー先端を加工して液滴噴出孔を作成し，それをピエゾ駆動することによる液滴ノズルを設計・開発する。
（３）自作液滴ノズルを組み込んだ液滴レーザーの設計：自作ノズルからにレーザーを照射したときの蛍光の角度分布を測定し，最適な外部共振器を設計する。その共振器を用いて液滴レーザーの開発を目指す。
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| Causes of Carryover |
必要額が予算と完全には一致しなかった。
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