| 研究課題/領域番号 |
22K05044
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 福岡大学 |
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研究代表者 |
御園 雅俊 福岡大学, 理学部, 教授 (40314471)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 光周波数コム / 高分解能レーザー分光 / 分子スペクトル / 励起分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。
光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させ，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。
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| 研究実績の概要 |
分子の物理的・化学的性質はエネルギー準位構造に反映されるので，エネルギー準位を精密に測定することは，その分子の本質を見極めることに他ならない。これまで，レーザー分光計測の精度と分解能を向上させる努力が続けられ，比較的小さい多原子分子の高分解能レーザー分光が可能となった。
本研究では，光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させて相対精度10のマイナス12乗を達成し，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。このように，究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。
令和5年度は，前年度に続いて，分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅狭窄化および周波数安定化のための参照共振器の製作，および，このレーザーの周波数を精確に測定するための光周波数コムの設計を行った。前年度に達成した狭線幅と広周波数範囲の掃引を安定に行うためのエレクトロニクスとプログラムを作製した。光周波数コムについては，レーザー共振器と光増幅器の製作を行った。さらに，このような高分解能分光における光周波数の基準となる，ヨウ素分子の高分解能スペクトルを測定するためのシステムを構築する準備を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまで，分光光源として用いる単一モードレーザーの周波数安定化と制御は，既製品に付属した参照共振器の共鳴周波数にレーザー共振器をロックすることによって行ってきた。しかしながら，付属の参照共振器は機械的な安定度に限界があり，制御用の電子回路の設計も十分とは言い難く，これらが単一モードレーザーの周波数安定度を制限していた。本申請研究において，昨年度4年度までに安定かつロングストロークなFabry-Perot型光共振器を作製した。令和5年度は，この光共振器をより安定かつ再現性良く制御するためのエレクトロニクスとプログラムを作製した。
並行して，光周波数コムの設計を行った。本研究においては，工数と予算を地方大の小研究室において実現可能な水準に抑えるため，可能な限り枯れた技術を利用することとし，モード同期には非線形偏波回転を採用した。この光コムのための光増幅器を作製した。
さらに，このような高分解能分光における光周波数の基準となる，ヨウ素分子の高分解能スペクトルを測定するためのシステムを構築する準備を行った。532 nm帯においては，狭線幅Nd3+:YAGレーザーを用いて，ヨウ素分子のModulation Transfer分光システムを製作し，信号を確認した。また，560 nmから600 nm程度の広い波長域にわたって，狭線幅色素レーザーとTi:Sapphire光周波数コムを組み合わせたヨウ素分子のModulation Transfer分光システムを製作する準備を進めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
Erドープファイバー光周波数コムを製作し，本格的に稼働させる。光周波数コムの周波数基準としては光格子時計を使用する。この光周波数コムを周波数目盛として利用し、本研究で製作した参照共振器によって周波数安定化を行ったTi:Sapphireレーザーの周波数を精密に測定する。同時に，絶対周波数決定のためにヨウ素分子のModulation Transferスペクトルも測定する。この測定には，532 nm帯付近（および第2高調波がこの波長となる赤外域）ではより周波数精度の高いNd3+:YAGレーザーを用いたシステムを利用し，それ以外の波長帯では色素レーザーを用いたシステムを利用する。システムの動作実証として，まずはヨウ素分子の遷移周波数の精密測定を行う。ヨウ素分子は可視全域に強い吸収を持つため，これまで何度も周波数アトラスが製作されるなど，分光学においては実用的な周波数基準として利用されている。また，この吸収線は超微細構造を持つため，分子内の相互作用に関する基礎研究の対象として活発な研究が行われているものである。
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