フォトニック結晶を用いた高帯域フェムト秒顕微分光法の研究

利用光子晶体的高波段飞秒显微光谱研究

基本信息

批准号：
16651052
负责人：
玉井尚登
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

従来の増幅しない繰り返し80MHzのフェムト秒Ti:Sapphireレーザーの代わりに,繰り返し可変でピーク強度の高いCavity dump機能を有するTi:Sapphireレーザーを光源として,共焦点顕微過渡吸収システムを構築した。これにより,従来不可能であった,数ns以上の寿命を持つ成分の解析が可能となっただけでなく,これまで高い繰り返しによる熱効果によって起こっていた試料ダメージを防ぐことが出来るようになった。さらに,ピーク強度が従来より数十倍上がったことにより,フォトニック結晶の長さを短くすることが出来た。これによりシステムの時間分解能も従来の0.9psから0.3psと良くなった。また,顕微過渡吸収分光法の空間分解能は約800nmであった。共焦点顕微過渡吸収分光システムの応用例として,α-ペリレン微結晶の過渡吸収スペクトルを測定し,640nm付近に吸収ピークを持つことを明らかにした。このスペクトルは溶液中の2分子で相互作用したエキシマーの過渡吸収とも異なっており,結晶中で強く相互作用した自己束縛励起子に由来するものである。さらにその生成過程は約2psであった。さらに,金の微粒子やロッド等のナノ構造体を用いてその2光子発光を測定した。この発光は500-700nmの範囲において、非常にブロードなスペクトルを示した。また、スペクトルの形状は金ナノ構造体の形状にわずかに依存した。さらに,その発光寿命を測定したところ,単一金ナノ微粒子と単一金ナノロッドで異なっており,ナノロッドの寿命(5〜7ps)はナノ微粒子の寿命(〜50ps)よりとても短いことが明らかになった。これは光励起されたプラズモンの緩和機構の違いによるものであると考えられる。金ナノ構造体の過渡吸収ダイナミクスも測定し,数psの緩和過程があることを示した。

采用具有可变重复性和高峰值强度的空腔转储功能的钛宝石激光器作为光源，代替重复频率为80 MHz且无放大的传统飞秒钛宝石激光器，构建了共焦显微瞬态吸收系统。这不仅使得分析寿命超过几纳秒的组件成为可能，这在以前是不可能的，而且还可以防止以前由于高重复率导致的热效应而发生的样品损坏。此外，由于峰值强度比传统的峰值强度增加了数十倍，因此可以缩短光子晶体的长度。结果，系统的时间分辨率从0.9 ps提高到0.3 ps。此外，显微瞬态吸收光谱的空间分辨率约为800 nm。作为共焦显微瞬态吸收光谱系统的应用实例，我们测量了α-苝微晶的瞬态吸收光谱，发现其在640 nm附近有一个吸收峰。该光谱不同于溶液中两个分子之间的准分子相互作用的瞬态吸收，并且源自晶体中强烈相互作用的自束缚激子。此外，生成过程约为2 ps。此外，我们使用金颗粒和棒等纳米结构测量了双光子发射。该发射在 500-700 nm 范围内显示出非常宽的光谱。此外，光谱的形状稍微依赖于金纳米结构的形状。此外，当我们测量它们的发光寿命时，我们发现单个金纳米颗粒和单个金纳米棒的发光寿命不同，纳米棒的发光寿命（5-7 ps）比纳米颗粒（~50 ps）短得多。。这被认为是由于光激发等离子体激元的弛豫机制的差异造成的。还测量了金纳米结构的瞬态吸收动力学，结果表明存在几个皮秒的弛豫过程。