2012 Fiscal Year Annual Research Report
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23685001
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 宗良 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (20373350)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 高強度レーザー光 / 分子配列 / クーロン爆発 / イオン化 |
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| Research Abstract |
昨年度は，一昨年度立ち上げた波長可変色素レーザーを用いて，レーザー評価のための中性NO分子のA-X (0,0)バンドを利用した共鳴多光子イオン化スペクトルの計測をおこなった。スペクトルの計測は上手く行ったが，NOサンプルガスの回転温度が充分冷ない（~ 20 K）問題が生じた。さらなる低温条件（2 K以下）を実現するために，分子を噴射するパルスバルブとレーザーのタイミングの調整，サンプルの背圧を広い範囲で変化させる，パルスバルブの交換，などを行って回転温度が下がらない原因を調べている。
フェムト秒レーザーは，一昨年度作成した光路長をコンピューター制御できるマイケルソン干渉計を用いて，イオン化光とプローブ光をすでに生成できるが，イオン化光とプローブ光の強度および偏光を独立に制御する必要があるため，マイケルソン干渉計の改良を行った。具体的には干渉計の片方の腕に，λ/2波長板，偏光子を入れ強度を制御できるようにし，その後にλ/2波長板を挿入しプローブ光の偏光を回せるようにした。これに伴い，干渉計内のビームスプリッターを無偏光のものに変え，偏光を回転させても出力が変化しないようにした。改良した干渉計が動作することを確認するために，プローブ光で分子配列させ，その後さまざまな偏光のイオン化光を照射してクーロン爆発によって生成したN2の二次元運動量分布を，質量分解運動量画像法を用いて行った。この結果，干渉計が上手く動くことを確認できた。
さらに，イオン化光で生成したイオンの状態分布，特に回転分布を調べるためにはスペクトルから状態分布の情報を引き出す必要があり，そのために必要となるシミュレーションの計算機コードの作成も行った。具体的には，N2+イオンの A2Piu-X2Sg遷移にともなうスペクトルの回転構造をシミュレーションし，またスペクトル強度からポピュレーションを求めるプログラムを作成した。
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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
予定では昨年度に高強度レーザー光で生成したイオンの状態分布を計測する予定であったが，分子の回転温度が冷えない問題がありまだ状態分布の計測までは達成していない。しかし状態分布計測の色素レーザーおよびポンプ光とイオン化光のフェムト秒レーザーといった要素技術はほぼ確立した。
また，スペクトルから分子の状態分布を評価するためには，初期状態分布と遷移確率からスペクトルシミュレーションを行い実験値と比較する必要がある。状態分布を求めるためには遷移確率を知っておく必要がある。そこで，N2+イオンの A2Piu-X2Sg遷移を想定した回転遷移確率（ヘンル・ロンドン因子）を求めた。今回の実験では，イオン化後の状態分布が角運動量の射影成分Mに依存していることが予測されるため，Mを含めたヘンル・ロンドン因子を導出した。これによってスペクトルから状態分布を評価することができるようになった。
現在は回転温度を冷やすことに全力をあげており，まだイオンの状態分布は計測されていないが，この問題が解決することで当初の目的である状態分布の計測をただちに行うことが可能となり，研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，昨年度までに準備した装置を用い，フェムト秒レーザー光で生成したイオンに対して振動・回転状態分布の計測をおこなう。具体的には，高強度フェムト秒レーザー光で生成した１価陽イオンに色素レーザー光を照射し電子励起状態を生成する。その後数十ナノ秒後にフェムト秒レーザー光を再照射することによって，電子励起状態にある１価イオンだけを選択的に２価イオンにする。この時，電子励起状態だけを選択的に２価イオンとし，電子基底状態のイオンは２価イオンとならないように，フェムト秒レーザー強度を適切に調整する。また，イオンを生成するフェムト秒レーザーパルスと２価イオンを生成するフェムト秒レーザーパルスは干渉計により作られるが，２つのパルスの時間遅延は数十ナノ秒と長いため，多重反射を利用した長い光路長をもつ干渉計を作成する。色素レーザー光の波長を掃引しつつ２価イオンの収量を計測する事で，高強度レーザー光により生成したイオンの励起スペクトルが得られる。得られたスペクトルを解析する事で，生成したイオンの状態分布の評価をおこなう。
具体的な対象としては，光電子分光から１価イオンの電子状態分布がすでに知られているアルゴンやキセノンを用いて，本研究で用いる新しい分光法の原理実証をおこなう。その後，光電子分光では内部状態の計測が困難な分子，例えばN2，O2，NOを対象に，イオンの振動・回転状態分布の計測をおこなう。
また回転温度が冷えない問題は，現在のサンプルガスはArをもちいてNO分子を希釈しているが，希釈するガスをHe，Neに変えた測定も早急に行う予定である。
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