広帯域テラヘルツパルス励起によるガス分子FIDの高分解能検出

一昨年度までの研究において、単色光源であるジャイロトロンを用いたFID検出を試みてきたが、条件の最適化の問題などにより、信号検出には至らなかった。そこで、低出力・単色の光源であるアクティブマルチプライヤーチェーンを用いてガス分子を励起した場合のFID強度の最適条件について見積もりを行い、ジャイロトロンを励起光源とした場合のFID検出の可能性について検討を行った。その結果、30 ns程度に短パルス化したジャイロトロンを光源としてガス分子を励起した際の励起可能周波数幅及び出力がガス分子を飽和可能であるとの見積もりを得た。この結果を踏まえ、昨年度はジャイロトロンを光源とした励起によるFID計測を試みたが、結果として、FID信号検出には至らなかった。本原因としてはガス分子から観測可能な100-1000 ns程度のFIDを得るためにはガスの圧力を数Pa程度まで下げる必要があるが、その結果、分子の存在量が低下することにより、発生するFID強度に比べ周囲のジャイロトロンの運転に伴う雑音が大きすぎたこと、ジャイロトロン発振パルス毎の位相がそろわないため、積算が困難で、雑音低減が難しいことが挙げられる。そこで、高強度・広帯域光源であるフェムト秒レーザーと非線形光学結晶を用いた波面傾斜法によりテラヘルツ波を発信させ、ガス分子励起を行い、ショットキーバリアダイオードによるFIDのエンベロープ検出を試みた。本実験では、検出器に到達する励起パルスの強度が強く、検出器の破壊閾値の関係から到達する信号を大きく減衰させる必要が生じ、FID取得に十分な信号強度が得られず、FIDのエンベロープ計測には至らなかった。しかし、信号全体の強度を大きく減衰させた後に、信号検出を行っていることから、励起パルスのみを半導体シャッターなどで減衰させ、信号検出を行うことでFID検出の可能性があると考えている。

一昨年度までの研究において、単色光源であるジャイロトロンを用いたFID検出を試みてきたが、条件の最適化の問題などにより、信号検出には至らなかった。そこで、低出力・単色の光源であるアクティブマルチプライヤーチェーンを用いてガス分子を励起した場合のFID強度の最適条件について見積もりを行い、ジャイロトロンを励起光源とした場合のFID検出の可能性について検討を行った。その結果、30 ns程度に短パルス化したジャイロトロンを光源としてガス分子を励起した際の励起可能周波数幅及び出力がガス分子を飽和可能であるとの見積もりを得た。この結果を踏まえ、昨年度はジャイロトロンを光源とした励起によるFID計測を試みたが、結果として、FID信号検出には至らなかった。本原因としてはガス分子から観測可能な100-1000 ns程度のFIDを得るためにはガスの圧力を数Pa程度まで下げる必要があるが、その結果、分子の存在量が低下することにより、発生するFID強度に比べ周囲のジャイロトロンの運転に伴う雑音が大きすぎたこと、ジャイロトロン発振パルス毎の位相がそろわないため、積算が困難で、雑音低減が難しいことが挙げられる。そこで、高強度・広帯域光源であるフェムト秒レーザーと非線形光学結晶を用いた波面傾斜法によりテラヘルツ波を発信させ、ガス分子励起を行い、ショットキーバリアダイオードによるFIDのエンベロープ検出を試みた。本実験では、検出器に到達する励起パルスの強度が強く、検出器の破壊閾値の関係から到達する信号を大きく減衰させる必要が生じ、FID取得に十分な信号強度が得られず、FIDのエンベロープ計測には至らなかった。しかし、信号全体の強度を大きく減衰させた後に、信号検出を行っていることから、励起パルスのみを半導体シャッターなどで減衰させ、信号検出を行うことでFID検出の可能性があると考えている。