| 研究課題/領域番号 |
19K04510
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
古屋 岳 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教 (20401953)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 低出力励起 / 自由誘導減衰 / ガス分子 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度は、過去にシングルパスのセルを用いてFID計測を試みた狭帯域・高出力光源であるジャイロトロンと、一昨年度に制作した折り返し付きのガスセルとを組み合わせることにより、ガス分子との相互作用長を長くすることで、より効率的なFIDの発生を試みた。しかしながら、ジャイロトロンは立ち上げごとに発振周波数が数十MHz程度変動するため、今回の実験においては、分子の吸収線の周波数に発振周波数を合わせこむことができず、FIDの検出には至らなかった。
そこで、ガス分子からのFIDの発生条件を所有の実験系において正確に見積もり、ジャイロトロンや広帯域テラヘルツパルスを用いた実験で求められる条件を見積もることとした。単色光源であるバージニアダイオード社製のアクティブマルチプライヤーチェーン（75 - 110 GHz）を光源として使用し、折り返し付きのガスセルと組み合わせることで、アセトニトリルからのFID計測を行い、パルス幅や励起パルスの出力を変化させることで、FIDの発生効率や発生時間、励起周波数と吸収線の周波数のずれによるFIDの強度変化などについての知見を得た。その結果、出力100 MW程度の光源でも単色であればパルス幅50 ns程度でFID強度が飽和することを確認した。これらの結果を2021年度物理学会北陸支部定例学術講演会にて報告した。また、FIDの飽和条件をもとに、ジャイロトロンを用いた場合の励起パルスに求められるパルス幅は飽和条件でおおよそ30 nsと見積もられた。この時の励起パルスの周波数成分は33 MHzと見積もられることから、本条件での実験を行えばジャイロトロンの立ち上げごとの周波数変化に対応が可能と考えられる。また、信号強度は低下するが、飽和条件以下のパルスを用いることで励起周波数範囲の拡大が可能であることから、上述の条件にてFIDの計測を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
一昨年度からガスセルを折り返すことにより、相互作用長を長くとることで、FIDの発生効率の向上を試みてきた。一方、通常のテラヘルツ時間領域分光法に使用する広帯域テラヘルツパルスによるFID信号検出ではレーザーの繰り返し周波数を外部からの電気信号に同期するシステムを用いた信号積算による感度向上を試みたが、レーザーのタイミングジッタが大きいため、FIDの位相が揺らぐため、得られるIFも位相が安定しないことから積算による感度向上が難しいことが確認された。そこで、波面傾斜法による高強度テラヘルツパルスを励起光源としたシングルショットでのFID計測も試みたが、これまでにFIDの計測には至っていない。この結果は波面傾斜法において、光学系の最適化などによる、より高い励起テラヘルツパルス発生が必要であることを示唆している。また、狭帯域・高出力光源であるジャイロトロンを励起光源として、折り返し付きのセルの組み合わせによるFID計測を試みたが、ジャイロトロンの発振周波数とガスの吸収線の周波数の合わせ込みが不十分であったため、計測には至らなかった。一方で、低出力励起によるガス分子からのFID計測を行ったところ、明瞭なFID信号が取得でき、そこで得られた発生条件からジャイロトロンを用いた場合のFID検出の可能性について検討を行い、信号取得の可能性があることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、昨年度行った低出力光源を用いたガス分子からのFID発生で得られた最適なサンプルガス圧力、パルス幅、励起出力などの諸条件をもとに、ジャイロトロンを励起光源とした際のサンプルガス圧力や励起パルス幅を最適化すると共に、ジャイロトロンに用いる主磁場の調整により励起パルスの発振周波数と分子の吸収線の周波数の合わせ込みを行うことで実験系の最適化を図る。これらの最適化を行った後、ジャイロトロンを励起光源としたガス分子からのFID計測を試みる。また、広帯域パルスによる分子からのFID計測に関しても、波面傾斜法による高強度テラヘルツパルス発生において、使用する光学系の最適化をすることにより、現状よりピーク強度の高いテラヘルツ波発生を実現するとともに、同光源を用いたガス分子からのFID取得を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度が最終年度であったが、実験の進捗が遅れたため、予定していた学会などへの参加を見送った。また、これに伴い、研究期間を1年間延長することとした。そのため、最終年度に学会にて研究成果を発表するための予算として繰越額が発生した。
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