2017 Fiscal Year Research-status Report

シンクロロック法を用いた二次元フーリエ分光装置の開発と多粒子間相互作用の研究

Research Project

Project/Area Number	16K05399
Research Institution	Joetsu University of Education
Principal Investigator	小川佳宏上越教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (50372462)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	2次元フーリエ分光 / フーリエ分光 / 四光波混合
Outline of Annual Research Achievements	二次元NMR法のアナロジーとして近年盛んに研究されている二次元フーリエ分光法は、優れた測定手法にも関わらず、その実験の難しさから物性領域においてそれほど研究が行われていない。本研究の目的は、シンクロロック法を用いることで、容易に高精度で行える二次元フーリエ分光測定法を確立することである。二次元フーリエ分光測定では，相対位相の決まった光パルス列を試料に照射する。今回行ったシンクロロック法では，音響光学素子を用いて周波数ラベリングを行うことで光パルス列の制御を行った。干渉計からの光パルス列の一部をロックインアンプの参照信号とすることで，干渉計の揺れの影響を受けずに，信号光の電場振幅と位相を直接測定することが出来る。本年度は，この技術を応用することで，可視光領域でのフーリエ分光測定の検証実験を行った。フーリエ分光測定を行う装置は赤外領域ではFTIRとして市販されており，高分解能のスペクトルを得るために広く利用されている。しかしながら，可視光領域では波長が短いことから干渉計を精密に制御することが難しく，フーリエ分光測定は困難であることが知られている。そこで，シンクロロック法を用いることで干渉計の揺れの影響を受けずに容易に可視光領域でフーリエ分光測定を行えることを実験的に確かめた。試料としてRb原子ガスを用い，D1・D2遷移のスペクトルを測定することが出来た。また，強度スペクトルの他に位相スペクトルを測定することも可能であり，ガスセルの石英の群速度分散も正しく測定できることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初計画では，共焦点顕微鏡を作成し単一の半導体量子ドットにおいて二次元フーリエ分光測定を行う予定であった。しかしながら，シンクロロック法を用いることで，可視光領域においてフーリエ分光測定を容易に行えることが分かったことから，こちらの実証実験を優先して実施した。フーリエ分光測定はFTIR装置によって広く利用されている方法であり，干渉計の揺れの影響を受けずに容易に可視光領域で測定することができるようになれば，応用上の利点が大きいと考えられる。
Strategy for Future Research Activity	これまで研究を続けてきたことで，シンクロロック法を用いることで干渉測定が容易になることと，信号の振幅と位相を同時に直接測定出来ることの利点を活かすことが重要であることが分かった。今後の研究の推進策としては，線形の透過光信号や三次の非線形信号だけでなく，発光や光電流などを測定することで，シンクロロック法の有用性を追求していくものとする。