広帯域紫外コヒーレント光源を用いた高性能質量分析法の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24685012
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 財津 慎一 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60423521)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 紫外レーザー / 環境分析 / 超短パルスレーザー / 波長変換 / 質量分析器

Research Abstract

1．昨年度に構築した非線形光学結晶を利用した波長変換装置からの第2高調波(400 nm)と基本光(800 nm)を空間的・時間的に重ねあわせるための遅延装置を含んだ光学系を構築した。これらのビームをアルゴンガスを充填したステンレス製セルに集光し、相互位相変調を観測することによって遅延を最適化し、アルゴンガスを媒質とした四光波混合過程による第3高調波(266 nm)光を発生させた。発生した第3高調波のスペクトルは260 nmから270 nm に渡って広帯域化されていた。また、アルゴン圧力が0.4 atm において最大強度が得られることを明らかにした。
2．波長変換装置からの第3高調波(266 nm)と第2高調波を空間的・時間的に重ねあわせるための遅延装置を含んだ光学系を構築し、遅延時間を最適化した後にアルゴンガス中に集光した。アルゴンガスを媒質とした四光波混合過程を誘起し、第4高調波(200 nm)を発生させた。第4高調波の波長幅は0.93nmであり、これはフーリエ限界幅として63.5 fs に相当する広帯域光であった。また、第4高調波強度のアルゴン圧力依存性を測定し、0.7 atm において最大強度が得られることを明らかにした。
3．第3高調波と基本光の四光波混合による真空紫外光(160 nm)を観測するための真空紫外光測定計を設計・構築した。大気中の酸素分子による真空紫外光の吸収減衰を抑制するために、窒素置換可能なプラスティック製チャンバーを作成し、真空紫外光に対応した分光光度計と真空紫外光導入光学系を組み込んだ。重水素ランプからの放射を計測することによって、160nmまでの真空紫外光が測定可能であることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定では、本年度に波長変換された紫外レーザーによって質量分析を実施し、最適なレーザーイオン化条件を決定する予定であったが、予算の都合上、質量分析器の準備が進めることができず、真空紫外光の計測光学系の構築に注力した。しかしながら、TATP(過酸化アセトン)のレーザーイオン化に関しては、深紫外超短パルスレーザー(266nm)によって実施されており、これらを考慮し、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

現状、残りの予算では、質量分析計の構築には不十分であると予想されるので、本研究で実現した真空紫外超短パルス光源を適用する質量分析計をどのように調達するかが、目的を達成するための課題となる。研究代表者の所属する研究室には、他研究者の管理する質量分析計があるので、了承を得た後にそれを借用することも検討する。また、新しい質量分析計を実現するためのこれまでにない真空紫外光源の開発を継続し、位相整合条件の最適化や分子位相変調法を適用した新しい方法によって、高性能真空紫外コヒーレント光源の実現を目指す。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度に質量分析計を準備する際に、装置の更新などのために発生する費用が必要なため。
質量分析計のフランジの改良、および真空紫外光導入・計測系の光学素子の調達に使用する予定である。