2012 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロステップ光学素子を用いた１ショット広帯域実時間イメージング分光法の開発
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23241034
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
武田 淳 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (60202165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北島 正弘 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 教授 (00343830)
菊地 あづさ 横浜国立大学, 工学研究院, 助教 (30452048)
片山 郁文 横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (80432532)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | シングルショット / イメージング / エシェロン / フェムト秒 / 光構造変化 / 光化学反応 |
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| Research Abstract |
本研究では、温度制御したナノプロセッシング技術により、0.2μm以下の加工精度で1μmオーダーのステップ構造を持つ階段状光学素子（反射型エシェロン）を作製する。これをプローブ光の遅延時間発生光学素子として用いることにより、極微量・極微小サンプルの（不可逆）光反応のダイナミクスや光劣化を伴う有機分子の励起状態間のエネルギー移動を可視化する①高時間分解能、②スポット集光、③広帯域、④時間・波長2次元同時検出すべてを満たす世界唯一の1ショット広帯域実時間イメージング分光法を開発する。また、この分光手法を駆使し、高密度励起下における微小有機結晶の非線形不可逆光応答（絶縁体-金属相転移や光誘起相転移）や紫外線吸収剤の光劣化過程、フォノンポラリトン伝播のダイナミクスの時間・周波数特性を広帯域で1ショット検出する。
本年度は、昨年度開発した可視域で動作する1ショット実時間イメージング分光法を駆使し、（1）ポリジアセチレン薄膜の過渡吸収過程及び（2）強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の可視化を行った。（1）では、ポリジアセチレンの不可逆なA相～B相間の光誘起相転移をシングルショットで検出することに成功し、相転移に要する時間が～3ピコ秒であることを見出した。また、（2）ではマイケルソン干渉計型のダブルパルス励起と組み合わせることでフォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の可視化に成功した。一方、本分光技術のターゲットの1つである紫外線吸収剤の光劣化の原因の1つが三重項エネルギー移動であることをESRおよび時間分解りん光スペクトル測定により実験的に明らかにした。また、分光技術の開発においては、反射型エシェロンと電気光学（EO）検出をテラヘルツ分光光学系に組み込むことにより、0.6kV/cmという比較的弱い強度のテラヘルツ電場波形を高感度でシングルショット検出することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたように、2年目までに、超精密階段状光学素子を用いることにより、可視域～紫外域の広帯域で動作する1ショット実時間イメージング分光手法を構築することができた。また、これを駆使して、光劣化する生体系試料（ベータカロテン）の内部転換過程や光誘起相転移物質（ポリジアセチレン薄膜）の不可逆な相転移の過渡現象をシングルショット検出することに成功した（論文準備中）。したがって、当初実施計画は極めて順調に遂行できている。
一方、波形整形した励起パルス（マイケルソン干渉型のダブルパルス励起）を組み合わせることで、励振した強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御とその可視化に成功した（論文準備中）。強誘電体のフォノンポラリトンは高強度テラヘルツ波発生にも利用されており、本研究の成果はその理解と更なる高強度テラヘルツ波発生原理の構築に役立つ可能性がある。また、我々は開発した反射型エシェロンと電気光学（EO）検出法を組み込んだ新たなテラヘルツイメージング分光法を構築し、0.6kV/cmという弱い強度のテラヘルツ電場波形を高感度でシングルショット検出することにも成功した（論文準備中）。更に予備的ではあるが、高強度テラヘルツによる半金属薄膜の非線形吸収飽和過程も観測できており、物性測定への応用も視野に入ってきた。これらの成果は、我々が構築中の世界唯一のシングルショットイメージング分光技術が可視～紫外領域のみならずテラヘルツ領域でも有効に動作すること、物質のコヒーレント制御のリアルタイム観測に有用であることを示すものであり、当初の計画以上に研究が進展していることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
可視域～紫外域のシングルショット分光研究においては、ポリジアセチレン薄膜の光誘起相転移過程の他に光記録材料である高品位GST（GeSbTe）の光構造変化、紫外線吸収剤の光分解の過渡応答測定を行い、これらの光反応の解明を行う。また、強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の研究においては、フォノンポラリトンの伝播制御を通した新規の高強度テラヘルツ波発生技術を模索する。テラヘルツ領域のシングルショット分光研究においては、半金属薄膜の非線形吸収飽和の他に一次元パイエルス絶縁体の絶縁体・金属相転移の過渡応答計測を行う。
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