ピコ秒時間分解赤外分光法の開発と励起状態ダイナミクスへの応用

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本年度の研究計画は、理学部スペクトル化学研究センターに新設されたピコ秒レーザーシステムを用いてピコ秒の時間幅で指紋波数領域まで波長可変な赤外光源を開発し、更にこの光源を用いてピコ秒時間分解赤外分光システムを作ることであった。まず赤外光源についてであるが、繰り返し率1KHzの、Nd:YLF再生増幅器から得られる波長1053nmの光と増幅された同期励起色素レーザーの光を、CaF_2結晶中で四光波混合することにより、長波長側は1170cm^<-1>程度までのピコ秒赤外光が、吸収測定に十分な強度で、安定に発生可能であることを確認した。この長波長側の限界はCaF_2の屈折率分散から計算される理論値と極めてよく一致し、また位相整合角も計算値とよい一致を見た。短波長側の発生は色素レーザーの波長範囲の関係で1400cm^<-1>程度までしか調べていないが、用いる色素を適切に交換することにより近赤外域まで可能と思われる。なお、1053nmの光と色素レーザーの光をCaF_2に入射する際、両者のタイミングを一致させるため1053nmの光に数メートルの光学遅延を置く必要があり、このため二つの光のビーム拡がりが大幅に異なり混合がうまく行かないという問題が生じた。これを回避するため、レンズ系を用いてビームの横モードマッチングをとることが重要であることが判明した。繰り返し率10Hzのシステムについては、色素増幅器がまだ立ち上げを終了しておらず、実験を行っていない。得られた光源を用いた時間分解赤外分光システムの開発については、本研究予算で励起光変調用の光学チョッパー等を購入してシステムを組んだが、現在までのところ過渡赤外吸収スペクトルを得るまでには至っていない。しかし、今後試料部分や励起方法の工夫等を重ねることにより、近い将来に過渡赤外吸収スペクトルを得ることができると考えており、更にピコ秒のタイムスケールで時間分解測定も可能になるものと期待している。