周波数・時間同時分解フェムト秒実時間イメージング分光装置の開発

具有频率和时间分辨率的飞秒实时成像光谱仪的研制

• 批准号: 14654050
• 负责人: 武田 淳
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14654050/
• 关键词: イメージング分光装置; フェムト秒; 実時間; 生体系試料; 光誘起現象; 光カー効果

多数の光パルス照射により劣化する、いわゆる光照射に弱い生体系試料などの動的過程の研究に有用なフェムト秒領域の時間分解能を持つ周波数・時間情報を同時計測できるイメージング分光装置の開発を行った。本分光装置の原理は、フェムト秒再生増幅レーザから発生した励起光とプローブ白色光を角度をつけて線状に試料に集光し、試料の右端と左端で光路差をつけることにより光遅延時間を発生させ、試料通過後のプローブ白色光を2次元CCD検出器付分光器の入射スリット上に平行に集光し分光することで、測定物質の吸収変化の周波数及び光応答時間特性を同時にマッピングするというものである。励起光とプローブ白色光の角度を約20度とし、1300x1340ピクセルの2次元CCD検出器を用いて光学系・検出器系を立ち上げ、生体系試料の1つであるベータカロチンの過渡吸収変化の周波数-時間応答特性を実時間で測定した。その結果、420-650nmの波長領域、〜5ピコ秒の時間領域の幅広い範囲の過渡吸収変化の波長・時間特性が、時間分解能〜300フェムト秒でわずか1〜2分間の露光時間で同時にマッピングできることがわかった。この測定時間は、データを各遅延時間ごとに繰り返し測定する従来のポンプ-プローブ分光法に比べ1/100程度である。このため、レーザの長期的な安定性の維持や長時間のレーザ照射による試料の劣化など従来の手法が抱える問題点を一切気にすることなく、光誘起現象の動的過程の測定が可能であることがわかった。この装置の有効性・汎用性が確立すれば、生体系材料・有機系材料の光機能性の評価に絶大な威力を発揮するものと思われる。またこの装置を活用する各種光誘起現象の探索を行い、有機ラジカル結晶の光誘起磁気相転移およびワイドギャップ半導体の励起子モット転移のダイナミクスを明らかにした。

我们正在开发一种成像光谱仪，可以在飞秒范围内以时间分辨率同时测量频率和时间信息，这对于研究对光照射敏感并被多个光脉冲降解的生物样品等动态过程非常有用。该光谱仪的原理是将飞秒再生放大激光器产生的激发光和探测白光以线性方式以一定角度聚焦到样品上，并在样品的左右端之间产生光程差，从而增加了生成样本的光学延迟时间。探头发出的白光穿过探头后，平行聚焦在配备有二维CCD探测器的光谱仪的入口狭缝上并进行光谱分析，从而同时绘制出吸收变化的频率和光学响应时间特性。待测物质。激发光和探测白光之间的角度设置为大约20度，使用1300x1340像素的二维CCD探测器设置光学和探测器系统，实时测量频率-时间响应特性。因此，可以在约 300 飞秒的时间分辨率和仅1到2分钟我明白了。该测量时间比传统泵浦探针光谱法短约 1/100 倍，传统泵浦探针光谱法在每个延迟时间重复测量数据。这使得测量光致现象的动态过程成为可能，而不必担心传统方法的问题，例如保持激光的长期稳定性以及由于长期激光照射而导致的样品降解。我发现了一些问题。 。一旦该设备的有效性和多功能性得到证实，它将在评估生物和有机材料的光学功能方面发挥巨大作用。我们还利用该器件探索了各种光致现象，并阐明了有机自由基晶体中光致磁相变和宽禁带半导体中激子莫特跃迁的动力学。

项目成果

J.Takeda, M.Imae, O.Hanado, S.Kurita, M.Furuya, K.Ohno, T.Kodaira: "Photoinduced Magnetic Phase Transition in an Organic Radical 1,3,5-Ytiyhia-2,4,6-Triazapentalenyl at Room Temperature"Chem.Phys.Lett.. 378. 456-462 (2003)

J.Takeda、M.Imae、O.Hanado、S.Kurita、M.Furuya、K.Ohno、T.Kodaira：“有机自由基 1,3,5-Ytiyhia-2,4,6 中的光诱导磁相变

J.Takeda: "Femtosecond Dynamics of Photoexcited High Density Carriers in ZnO Epitaxial Thin Films"Nonlinear Optics. 29. 521-527 (2002)

J.Takeda：“ZnO 外延薄膜中光激发高密度载流子的飞秒动力学”非线性光学。

K.Takagi, Y.Toshine, J.Takeda, S.Kurita, Y.F.Chen, T.Yao: "Evolution of Electron-Hole Plasma and Excitons in ZnO Epitaxial Thin Films Studied by Femtosecond Spectroscopy"Nonlinear Optics. 29. 427-433 (2002)

K.Takagi、Y.Toshine、J.Takeda、S.Kurita、Y.F.Chen、T.Yao：“飞秒光谱研究的 ZnO 外延薄膜中电子空穴等离子体和激子的演化”非线性光学。

N.Furukawa, J.Takeda: "Ultrafast Internal Conversion of All-trans-β-carotene Studied by Femtosecond Spectroscopy"Nonlinear Optics. 29. 579-585 (2002)

N.Furukawa，J.Takeda：“通过飞秒光谱研究的全反式-β-胡萝卜素的超快内转换”非线性光学。29. 579-585 (2002)

M.Furuya, K.Ohno, T.Morisato, Y.Kawazoe, J.Takeda: "Band Structure Calculation of TTTA Crystal"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 28. 911-914 (2003)

M.Furuya、K.Ohno、T.Morisato、Y.Kawazoe、J.Takeda：“TTTA 晶体的能带结构计算”Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 28. 911-914 (2003)