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2012 年度 実績報告書

マイクロステップ光学素子を用いた1ショット広帯域実時間イメージング分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23241034
研究機関横浜国立大学

研究代表者

武田 淳  横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (60202165)

研究分担者 北島 正弘  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 教授 (00343830)
菊地 あづさ  横浜国立大学, 工学研究院, 助教 (30452048)
片山 郁文  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (80432532)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワードシングルショット / イメージング / エシェロン / フェムト秒 / 光構造変化 / 光化学反応
研究概要

本研究では、温度制御したナノプロセッシング技術により、0.2μm以下の加工精度で1μmオーダーのステップ構造を持つ階段状光学素子(反射型エシェロン)を作製する。これをプローブ光の遅延時間発生光学素子として用いることにより、極微量・極微小サンプルの(不可逆)光反応のダイナミクスや光劣化を伴う有機分子の励起状態間のエネルギー移動を可視化する①高時間分解能、②スポット集光、③広帯域、④時間・波長2次元同時検出すべてを満たす世界唯一の1ショット広帯域実時間イメージング分光法を開発する。また、この分光手法を駆使し、高密度励起下における微小有機結晶の非線形不可逆光応答(絶縁体-金属相転移や光誘起相転移)や紫外線吸収剤の光劣化過程、フォノンポラリトン伝播のダイナミクスの時間・周波数特性を広帯域で1ショット検出する。
本年度は、昨年度開発した可視域で動作する1ショット実時間イメージング分光法を駆使し、(1)ポリジアセチレン薄膜の過渡吸収過程及び(2)強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の可視化を行った。(1)では、ポリジアセチレンの不可逆なA相~B相間の光誘起相転移をシングルショットで検出することに成功し、相転移に要する時間が~3ピコ秒であることを見出した。また、(2)ではマイケルソン干渉計型のダブルパルス励起と組み合わせることでフォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の可視化に成功した。一方、本分光技術のターゲットの1つである紫外線吸収剤の光劣化の原因の1つが三重項エネルギー移動であることをESRおよび時間分解りん光スペクトル測定により実験的に明らかにした。また、分光技術の開発においては、反射型エシェロンと電気光学(EO)検出をテラヘルツ分光光学系に組み込むことにより、0.6kV/cmという比較的弱い強度のテラヘルツ電場波形を高感度でシングルショット検出することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初予定していたように、2年目までに、超精密階段状光学素子を用いることにより、可視域~紫外域の広帯域で動作する1ショット実時間イメージング分光手法を構築することができた。また、これを駆使して、光劣化する生体系試料(ベータカロテン)の内部転換過程や光誘起相転移物質(ポリジアセチレン薄膜)の不可逆な相転移の過渡現象をシングルショット検出することに成功した(論文準備中)。したがって、当初実施計画は極めて順調に遂行できている。
一方、波形整形した励起パルス(マイケルソン干渉型のダブルパルス励起)を組み合わせることで、励振した強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御とその可視化に成功した(論文準備中)。強誘電体のフォノンポラリトンは高強度テラヘルツ波発生にも利用されており、本研究の成果はその理解と更なる高強度テラヘルツ波発生原理の構築に役立つ可能性がある。また、我々は開発した反射型エシェロンと電気光学(EO)検出法を組み込んだ新たなテラヘルツイメージング分光法を構築し、0.6kV/cmという弱い強度のテラヘルツ電場波形を高感度でシングルショット検出することにも成功した(論文準備中)。更に予備的ではあるが、高強度テラヘルツによる半金属薄膜の非線形吸収飽和過程も観測できており、物性測定への応用も視野に入ってきた。これらの成果は、我々が構築中の世界唯一のシングルショットイメージング分光技術が可視~紫外領域のみならずテラヘルツ領域でも有効に動作すること、物質のコヒーレント制御のリアルタイム観測に有用であることを示すものであり、当初の計画以上に研究が進展していることを示している。

今後の研究の推進方策

可視域~紫外域のシングルショット分光研究においては、ポリジアセチレン薄膜の光誘起相転移過程の他に光記録材料である高品位GST(GeSbTe)の光構造変化、紫外線吸収剤の光分解の過渡応答測定を行い、これらの光反応の解明を行う。また、強誘電体フォノンポラリトン伝播のコヒーレント制御の研究においては、フォノンポラリトンの伝播制御を通した新規の高強度テラヘルツ波発生技術を模索する。テラヘルツ領域のシングルショット分光研究においては、半金属薄膜の非線形吸収飽和の他に一次元パイエルス絶縁体の絶縁体・金属相転移の過渡応答計測を行う。

  • 研究成果

    (41件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Excited States of Menthyl Anthranilate: UV-A Absorber2013

    • 著者名/発表者名
      A. Kikuchi, K. Shibata, R. Kumasaka and M. Yagi
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol. Sci.

      巻: 12 ページ: 246-253

    • DOI

      10.11039/c2pp25190f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoexcited Singlet and Triplet States of a UV Absorber Ethylhexyl Methoxycrylene2013

    • 著者名/発表者名
      A. Kikuchi, Y. Hata, R. Kumasaka, Y. Nanbu and M. Yagi
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol.

      巻: 89 ページ: 523-528

    • DOI

      10.1111/php.12017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron-Phonon Coupling and Defect Scatterings in Ar+-ion Implanted Graphite2013

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 雑誌名

      J. Cer. Soc. Jpn.

      巻: 121 ページ: 291-294

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.291

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resonant Enhancement of Coherent Phonons in Carbon Nanotubes Observed with Sub-10fs Time Resolution2013

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      巻: 41 ページ: 04028: pp. 1-3

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134104028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast Measurements of Coherent Vibrations in Benzenethiol Monolayer Film2013

    • 著者名/発表者名
      K. Shudo
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      巻: 41 ページ: 05013: pp. 1-3

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134105013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast Quasiparticle Dynamics of FeTe0.75Se0.25 Superconductor2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kabasawa
    • 雑誌名

      Ultrafast Phenomena XVIII, EPJ Web of Conferences

      巻: 41 ページ: 03009: pp. 1-3

    • DOI

      10.1051/epjconf/20134103009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Studies of the Excited States of UV-B Absorber (4-Methoxybenzylidene)camphor2013

    • 著者名/発表者名
      A. Kikuchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 117 ページ: 1413-1419

    • DOI

      10.1021/jp3071772

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新規UV-B吸収剤:ジオクチルメトキシベンジリデンマロネートの設計とUV-A吸収剤光安定化効果2013

    • 著者名/発表者名
      N. Oguchi-Fujiyama
    • 雑誌名

      日本化粧品技術者会誌

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Metallic States in Ultrathin Bi(001) Films Studied with Terahertz Time-Domain Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yokota
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 100 ページ: 251605: pp.1-5

    • DOI

      10.1063/1.4729149

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence Dynamics due to Biexcitons and Exciton-Exciton Scattering in Layered-Type Semiconductor PbI22012

    • 著者名/発表者名
      M. Ando
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B.

      巻: 86 ページ: 155206: pp.1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.86.155206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence Dynamics in CuCl Thin Films under High-Dense One- and Two-Photon Excitations2012

    • 著者名/発表者名
      M. Ando
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi (c)

      巻: 9 ページ: 2493-2496

    • DOI

      10.1002/pssc.201200278

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Shot Time-Frequency Imaging of Ultrafast Laser Pulses and Phonon-Polariton Propagation in Ferroelectric Materials2012

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda
    • 雑誌名

      The Review of Laser Engineering

      巻: 40 ページ: 598-602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photophysical Properties of Dioctyl 4-Methoxybenzylidenemalonate: UV-B Absorber2012

    • 著者名/発表者名
      N. Oguchi-Fujiyama
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol. Sci.

      巻: 11 ページ: 1528-1535

    • DOI

      10.1039/c2pp25101a

    • 査読あり
  • [学会発表] シングルショットでのTHz波観察2013

    • 著者名/発表者名
      南康夫
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
    • 年月日
      20130327-20130330
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブにおけるコヒーレントフォノンの共鳴効果2013

    • 著者名/発表者名
      片山郁文
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 強誘電体LiNbO3におけるフォノンポラリトン波束伝播の実時間イメージングとコヒーレント制御2013

    • 著者名/発表者名
      武田 淳
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 紫外線吸収剤ジオクチルヒドロキシジメトキシベンジリデンマロネートの光励起状態2013

    • 著者名/発表者名
      平本祐也
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] 紫外線吸収剤ベンゾトリアゾール誘導体の光励起状態2013

    • 著者名/発表者名
      杉山一翔
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] 有機系紫外線吸収剤からの一重項酸素の光増感生成2013

    • 著者名/発表者名
      熊坂亮
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] UV-AおよびUV-B領域に吸収帯を有する新規紫外線吸収剤の合成と光励起状態2013

    • 著者名/発表者名
      南部祐一
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] Terahertz Coherent Synchrotron Radiation Probed with Electro-Optic Sampling Method2013

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 学会等名
      The 72nd Okazaki Conference
    • 発表場所
      Okazaki
    • 年月日
      20130108-20130110
  • [学会発表] 強誘電体LiNbO3フォノンポラリトン伝播のシングルショット時間・周波数イメージングとそのコヒーレント制御2012

    • 著者名/発表者名
      池谷優樹
    • 学会等名
      第23回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      20121207-20121208
  • [学会発表] 反射型エシェロンを用いたテラヘルツ電場波形のシングルショット測定2012

    • 著者名/発表者名
      林勇輔
    • 学会等名
      第23回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      20121207-20121208
  • [学会発表] 反射型エシェロンを用いた広帯域シングルショットポンプ・プローブイメージング分光2012

    • 著者名/発表者名
      八巻専元
    • 学会等名
      第23回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      20121207-20121208
  • [学会発表] UV-A吸収剤吸収剤アントラニル酸メンチルの励起状態と緩和過程2012

    • 著者名/発表者名
      菊地あづさ
    • 学会等名
      電子スピンサイエンス学会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      20121101-20121103
  • [学会発表] コヒーレントフォノン分光法によるグラフェンの超高速ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      佐藤健次
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] ベンゼンにおけるコヒーレント振動の温度依存性2012

    • 著者名/発表者名
      土井幸司郎
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] 反射型エシェロンを用いた広帯域ポンプ・プローブイメージング分光II2012

    • 著者名/発表者名
      八巻専元
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] 一次元ハロゲン架橋白金錯体の広帯域THz分光2012

    • 著者名/発表者名
      大島拓也
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] 紫外線吸収剤ベンゾフェノン-3およびベンゾフェノン-6のりん光増強現象2012

    • 著者名/発表者名
      熊坂亮
    • 学会等名
      光化学討論会2012
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス
    • 年月日
      20120912-20120914
  • [学会発表] UV-B吸収剤Dioctyl 4-Methoxybenzylidenemalonateの励起状態と光安定性2012

    • 著者名/発表者名
      小口希
    • 学会等名
      光化学討論会2012
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス
    • 年月日
      20120912-20120914
  • [学会発表] Resonant Enhancement of Coherent Phonons in Carbon Nanotubes Observed with Sub-10fs Time Resolution2012

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 学会等名
      Ultrafast Phenomena XVIII
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Ultrafast Measurements of Coherent Vibrations in Benzenethiol Monolayer Film2012

    • 著者名/発表者名
      K. Shudo
    • 学会等名
      Ultrafast Phenomena XVIII
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Ultrafast Quasiparticle Dynamics of FeTe0.75Se0.25 Superconductor2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Kabasawa
    • 学会等名
      Ultrafast Phenomena XVIII
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] THz Coherent Phonons in Graphene on Silicon2012

    • 著者名/発表者名
      M. Suemitsu
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 2012)
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      20120704-20120705
    • 招待講演
  • [学会発表] Electron-phonon Coupling and Dephasing of Coherent Phonons in Ar+-ion Implanted Graphite2012

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 学会等名
      6th International Conference on Science and Technology for Advanced Ceramics
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120626-20120628
  • [学会発表] Photoluminescence Dynamics in CuCl Thin Films under High-Dense One- and Two-Photon Excitations2012

    • 著者名/発表者名
      J. Takeda
    • 学会等名
      5th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA 2012)
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20120603-20120607
  • [学会発表] Coherent Phonon Dynamics in Graphene on Silicon2012

    • 著者名/発表者名
      I. Katayama
    • 学会等名
      5th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA 2012)
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20120603-20120607
  • [備考] 武田・片山・南研究室

    • URL

      http://www.ultrafast.ynu.ac.jp

  • [備考] YNU研究拠点:光ナノ計測研究拠点

    • URL

      http://www.laser-nanoscience.ynu.ac.jp/ja/

  • [備考] 八木・菊地研究室

    • URL

      http://www.chem.ynu.ac.jp/lab/yagilab/index.html

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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