Study on potential energy surface for gas-phase vibrational strong coupling by IR spectroscopy and cavity-QED theory

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本研究は、振動ポラリトンの生成と赤外分光プローブを気相中で行うことを目的としている。これを達成するために、(1)共振器特性の実験検証、(2)微小共振器を搭載したガスセルの開発、(3)振動ポラリトンに由来するラビ分裂を観測するための赤外レーザーシステムの立ち上げの二つを計画した。(1)共振器のレーザー透過特性を調査する目的で、可視ダイオードレーザーを用いた干渉計実験を行った。透過前後のレーザー光強度比はおよそ1%であった。この値は、共振器フィネスに基づく自由スペクトル領域と共振器モードの線幅、そしてレーザーの発振線幅から理論的に得られた強度比にほぼ一致した。この結果を通じて、赤外領域で振動強結合を達成するための必要条件がより明確になった。さらに共振器の隙間からレーザー光を入射するときのレンズ条件の検証も行い、共振器のエッジに短焦点で入射する方法が最適であることがわかった。(2)セル作成の前段階としてピエゾ駆動型のオープン微小共振器を作成した。CaF2基板に金コートした反射率99%の鏡を2枚作成し、これらをピエゾ駆動型並進ステージに固定したミラーホルダに装着した。ガスセル開発は設計段階である。共振器用の鏡と同径の円筒型セルとすることで、赤外プローブのためのレーザー進行方向に不要なガスが滞留しない工夫を施すことにした。(3)赤外OPO/OPAシステムの立ち上げは、本来は製作者が米国から渡日して行う必要があるほど熟練した技術が必要であるが、コロナ禍による往来の困難さに伴い私たちが手探りで立ち上げざるを得ない状況となってしまった。しかしながら、製作者との質疑応答や同モデルのシステムを所有する国内研究者との対話を通じて、令和4年度末までにOPO/OPAシステムが使用できる目処が立った。