Ultrafast time- and frequency-resolved imaging based on FT spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19015
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: Itakura Ryuji 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 上席研究員 (80334241)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 時間・周波数分解イメージング / フーリエ変換分光 / マルチスケールダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

To develop a method to visualize time-space coupled profiles, we constructed a time- and space-resolved imaging apparatus based on Fourier-transform spectroscopy. Signal light from an object was guided into an interferometer. An image at the object was transferred on a detection plane of a camera with two lenses. By scanning the temporal delay of the interferometer, the interferogram measurement in the time domain at each pixel has been available. Through Fourier transform, the spectrum in the frequency domain can be obtained at each pixel. We constructed a measurement system for imaging a shadowgraph from a side view to monitor the temporal variation of a laser filament in water.

Free Research Field

物理化学、超高速計測

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

様々な動的な現象の実空間の動画撮影が多くのケースで利用されているが、主にマクロな視点で超高速現象を理解することに繋がっている。一方、分光計測はミクロスコピックな視点、すなわち量子レベルの物理を解き明かすことのできる実験手法である。画像計測と分光計測を同時に行うことができれば、マクロとミクロを繋ぐマルチスケールの観測が可能となり、学術的意義は高い。また、極短パルスレーザーによる時間領域の干渉計測は、観測法に時間分解の機能も追加することも可能であり、時間分解マルチスケールダイナミクス計測が実現し、ビッグデータ解析と組み合わせた新しい研究手法の展開が期待される。