2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26247068
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
鍋川 康夫 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 専任研究員 (90344051)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アト秒科学 / 量子波束 / ポンプープローブ測定 / 極端紫外光 / イオン化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重水素イオンの振動波束をアト秒パルス列(APT)を用いて実時間観測するために、イオンの速度マップ画像取得観測装置(VMI)分光器の改良を行った。MCP及びフォスファースクリーンに印加するゲート電圧はDCバイアスフリーのパルス電源を製作し、強力な親イオン信号を完全に抑制することに成功した。また画像取得のためのカメラを高速データ転送可能なsCMOSカメラに置き換える事で、レーザー２ショット枚(50Hz)の画像を記録することが可能となった。この改良により、フォスファースクリーンの輝点を2ショット枚に計数するカウンティング計測が実現でき、エネルギー分解能を向上することができた。ターゲットガス導入に用いるパルスガスバルブをソレノイド駆動のものから高速駆動が可能なピエゾ素子駆動のものに変更し、さらに VMIのリペラー電極にパルスガスバルブを取付ける方式を採用する事で、APT集光点でのターゲットガス濃度を図り、実際に信号のS/Nを上げることができた。VMIチェンバーの排気装置も増強し、これまで排気速度が追いつかず実験することのできなかった水素分子についてもVMI計測が可能になった。
また、この装置で得られる水素イオン信号についての理論モデルについての検討も行った。実験ではAPTをシリコンのビームスプリッター２枚を用いて空間的に２分割し、２ビームとなったAPTの時間遅延を掃引しながら重水素または水素イオンのVMIを取得していく。得られたVMI画像を解離によって開放された運動エネルギー(KER)分布に換算し、遅延ーKERの軸を持つ水素または水素イオン信号強度の２次元スペクトログラムを得る。導き出した1光子遷移振幅の理論式から、このスペクトログラムに「周波数分解光学ゲート法(FROG)」を適用出来ることが分かっていたので、スペクトログラムから振動波束を再構築するFROGプログラムを開発した。
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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
VMI装置の改良については、ほぼ計画通りに進めることができた。飛行時間測定(TOF)で観測されていた空間電荷効果が観測出来る程度にまでターゲットガス濃度を上げる事ができたので（実験は空間電荷効果が観測されない濃度に下げて行うが）、イオン観測のためのVMIについては十分な性能が得られている。
（重）水素イオンの遅延ーKERスペクトログラムから振動波束を再構築するFROGアルゴリズムについては、ほぼプログラムは完成しており、実験に伴うノイズの影響や、実験装置のKER分解能の下で再構築が成功するかどうか、等の数値テストを行う段階にある。従って実験データへの適用を予定した当初の研究計画に対しては若干遅れが生じているが、概ね順調な進展であると考える
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定であったFROGアルゴリズムの実験データへの適用を進めていく。得られた結果によって推進方策は異なると考えられる。予想される結果は（i)これまでの常識通り、フランクーコンドンの原理に従い振動波束の振幅は決定されている。(ii)フランクーコンドンの原理だけでは説明できない、何らかの変調が振動波束の振幅に現れる。(i)の結果であった場合は、水素イオンおよび重水素イオン振動波束の実時間測定の新たな研究手法を確立した意義があるので、研究結果をまとめて国際学会・論文誌等に発表する。また下記に示す新たなターゲットについての実験を行っていく。(ii)の結果であった場合は、この結果を説明するための研究を行う必要があり、連携研究者と協力してこれを推進する。
また、これらの作業と平行して、新たなターゲットである窒素分子についても研究を行う。これまでの予備実験に於いて、窒素分子についてもAPTを用いた振動波束の実時間測定が可能であることが分かっている。窒素分子は水素分子よりも複雑な電子状態を取り得るので、複数の電子状態での振動波束が観測されていると考えられ、これを詳しく検証していく作業を行っていく。
なお、当初の予定では電子分光可能なVMIの構築を計画していたが、迷光による電極からのノイズ電子の影響を低減しなければならない事が分かった。ガスバルブをリペラー電極に取り付けた状態でこの問題を解決するには、大きな困難があることが予想される。そこで、まずはイオンにターゲットを絞り、各種分子の APTに対する超高速時間応答の研究を先に進めていく事とした。
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[Presentation] Yusuke Furukawa, Tomoya Okino, Yasuo Nabekawa, Eiji J Takahashi, Kaoru Yamanouchi, Katsum Midorikawai2014
Author(s)
Yusuke Furukawa, Tomoya Okino, Yasuo Nabekawa, Eiji J Takahashi, Kaoru Yamanouchi, Katsum Midorikawai
Organizer
The 13th International Conference on Multiphoton Processes (ICOMP13)
Place of Presentation
Shanghai, China
Year and Date
2014-12-08
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