2014 Fiscal Year Annual Research Report
光電子とイオン内部状態の相関計測に基づく超高速光イオン化コヒーレント制御
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26288013
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
板倉 隆二 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (80334241)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超高速光イオン化 / コヒーレント制御 / 光電子光イオン相関計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光電子と生成イオンの内部状態との相関に着目し、イオン化におけるコヒーレンスについて詳細を明らかにし、高効率かつ選択性の高いコヒーレント制御の実現を目指すものである。平成２６年度の実績は以下のようにまとめられる。
1. 理論・数値計算： 超高速多チャンネルイオン化におけるイオンのコヒーレンスに関する理論を定式化し、希ガスのイオン化によって生成するスピン軌道分裂２準位に数値シミュレーションを行った。その結果、イオン化によって分離する光電子と生成イオンの相関を観測することがコヒーレンスを考慮するうえで重要であることを示した。（J. Phys. B 誌にて公表）
2. レーザー光源の整備： 既存の自作チタン・サファイア再生増幅器および3パス増幅器の改良を行い、空間モード、エネルギー安定性、ポインティング安定性について大きな改善が得られ、また、プレパルスも大幅に抑えることができ、高品質なフェムト秒レーザーパルスが利用可能となった。また、プローブ光源として高次高調波による真空紫外パルス発生を行い、プラズマミラーを用いた独自のパルス波形計測法を開発した。（Opt. Express 誌にて公表）
3. 光電子運動量・イオン同時計測： 強レーザー場中のメタノールの光電子と光イオンの３次元運動量を同時計測し、光電子と解離イオンのエネルギー相関だけでは判別が困難な反応経路についても放出角度の相関を観測することによって分離が可能であることを示した。特に、分子座標系における光電子角度分布をエネルギーおよび反応チャンネル毎に分離することで解離性イオン化反応の詳細を知ることが可能となった。ポンプ・プローブ実験に向けた装置の改良についても、これまで検出効率の低かったイオン用の検出器の感度を向上させるためのメッシュ電極板を設計・製作し、設置・調整作業を進めている。
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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
計画初年度である本年度は、研究の基盤となる理論を整理し、原子を例とした実際の系における数値シミュレーションも行った上で論文の形にまとめることが出来た。また、予定通りフェムト秒レーザーのアップグレードを行い、本実験へのレーザーパルス供給が可能となった。２年目以降に実験時間を十分に確保できる目処がついた。本研究で行う実験の最終段にあたる計測装置についても、改造前に、角度分布の情報が有効な系としてメタノール分子の解離性イオン化について十分なデータを取得することができた。検出効率の向上のための改造部品の製作・設置も進んでおり、当初の計画通りに順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に整備した光源および光電子・イオン内部状態相関計測装置を用いて、測定試験を行い、装置の最適化調整を行った後、長時間にわたるデータ積算を行う。水素、窒素、酸素、一酸化炭素などの2原子分子や希ガス原子を最初の実験対象として、データ取得を試みる。
分子については、直線偏光超短パルスレーザーを用いて中性から1価イオンへイオン化を誘起した後、１価イオンの振動波束を別のパルスで1価から2価へとさらにイオン化させ、クーロン爆発イメージングを行う。2つのレーザーパルスの遅延時間を変えながらデータ積算を行い、時間分解測定を行う。ここでは、クーロン爆発による解離イオンの運動量の大きさが原子間距離を反映する。フェムト秒時間スケールの振動ダイナミクスの他に、ピコ秒スケールの分子配列に関してもクーロン爆発の角度分布の変化として1価イオンの回転波束と光電子の相関計測を行う。
真空紫外パルスについてもプローブ光として使える可能性が出てきたので試験を行う予定である
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| Causes of Carryover |
約３０万円の次年度使用額が生じた理由は以下の２点である。
１）研究補助員の雇用が、優秀な人材を確保するため採用手続きに時間をかけた結果、採用時期が研究開始から３か月経った７月からとなってしまい、当初の予定より２ヶ月遅れたこと。
２）外国出張の航空券が予想より安価であり、かつ、滞在費を国際会議主催者に負担してもらえたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
従来より予定してる研究補助員の雇用や旅費に加え、２年目からは装置の改良・立ち上げから実験データの取得作業に移行していくため、光学部品、試料ガスなど消耗品にかかる費用負担が予定以上に大きくなるため、その分に充てる。また、真空ポンプの修理費用にも充てる予定である。
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