Investigating the shape of reactive potential energy surfaces using ultrafast coherent vibrational spectroscopy

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本研究課題は振動コヒーレンスをプローブとする先端的な超高速分光法を開発・駆使することで、反応性電子励起状態のポテンシャルエネルギー曲面形状に関する情報を実験的に取得し、化学反応を決定づける電子・構造ダイナミクスを明らかにすることを目的としている。本年度はまず、極限的な時間分解能による超高速分光を実現するための極短パルス光源の開発に取り組んだ。Yb:KGWレーザー再生増幅器を用い、自己位相変調や光パラメトリック増幅などの様々な非線形光学過程を用いることで、紫外-近赤外領域（300 - 1400 nm）において波長可変な広帯域光を発生させた。その出力のパルス幅は、可変形鏡をフーリエ面に配置したパルス整形器などを用いることにより圧縮し、上記のいずれの波長領域においてもサブ10 fsパルス光を得ることが可能となった。また、最短パルスとして可視-近赤外4.5 fsパルスを得た。続いて、これらのパルスを用い、サブ10 fs時間分解能を有する時間分解吸収・ラマン分光装置を構築した。パルス間の遅延時間をnm精度で精密掃引するためのピエゾリニアステージを導入し、レーザー繰り返し周波数と同期してシングルショットでパルスのスペクトルと強度測定を行うための高速ラインカメラシステム、低ノイズ高速フォトダイオードシステムを構築した。また、計測と並行してデータ解析を行える利点があることから、これまで全ての装置の制御と計測をデータ処理ソフトウェアIgorにより行ってきたが、プログラム開発にかける時間を節約するため、これらを全てLabViewに置き換えた。以上に加え、実験室環境および用いる光学素子・マウントの最適化により、世界最高性能を有する時間分解吸収・ラマン分光装置を完成させることができた。