液滴レーザーの開発と液滴表面ダイナミクス解明への応用

本研究は，溶液表面分子の構造とその変化を高速，超高感度に観測することを目的とする。そのため，液滴表面の分子からの発光を液滴共振，回転楕円体ミラーを用いた外部共振器とのカップリングによって２重に増強し，コヒーレント光（レーザー）として取り出す，液滴レーザー技術を開発する。具体的には，（１）回転楕円体ミラーの２つの焦点を光が行き来するような共振器を構築する。（２）回転楕円体のひとつの焦点に懸垂液滴を配置し，レーザーを照射して液滴内共振増強光を作り出す。（３）液滴から発生した光を回転楕円体ミラーにより液滴にフィードバックし，２重の共振増強を実現する。2022年度は，以下の研究成果を得た。（１）回転楕円体ミラー共振器の構築：２つの回転楕円体ミラーを向かい合わせに設置することで、回転楕円体型の外部キャビティーを構築した。片側の回転楕円面ミラー側面に穴を空け，懸垂液滴生成用のキャピラリーを通した。また，さらに２つの穴を空け，液滴蛍光の観察と液滴照明のために用いた。（２）懸垂液滴へのレーザー照射による共振増強光の生成：濃度200 μMのローダミン6G/エチレングリコール溶液をキャピラリー先端からシリンジポンプで押し出し，懸垂液滴とした。液滴の側面にNd:YAGレーザーの第２高調波を照射し，共振増強光を生成した。（３）回転楕円体ミラーによるフィードバックの観測：蛍光は液滴赤道面の両端から放出されていた。これは，放出される蛍光は液滴表面の接線方向に放出されるからである。フィードバックによる液滴蛍光増強を定量的に評価するために，液滴蛍光画像より求めた画像強度での比較を行った。その結果，回転楕円体ミラーキャビティからのフィードバックによって約2.6倍蛍光が増強していることがわかった。

本研究は，溶液表面分子の構造とその変化を高速，超高感度に観測することを目的とする。そのため，液滴表面の分子からの発光を液滴共振，回転楕円体ミラーを用いた外部共振器とのカップリングによって２重に増強し，コヒーレント光（レーザー）として取り出す，液滴レーザー技術を開発する。具体的には，（１）回転楕円体ミラーの２つの焦点を光が行き来するような共振器を構築する。（２）回転楕円体のひとつの焦点に懸垂液滴を配置し，レーザーを照射して液滴内共振増強光を作り出す。（３）液滴から発生した光を回転楕円体ミラーにより液滴にフィードバックし，２重の共振増強を実現する。2022年度は，以下の研究成果を得た。（１）回転楕円体ミラー共振器の構築：２つの回転楕円体ミラーを向かい合わせに設置することで、回転楕円体型の外部キャビティーを構築した。片側の回転楕円面ミラー側面に穴を空け，懸垂液滴生成用のキャピラリーを通した。また，さらに２つの穴を空け，液滴蛍光の観察と液滴照明のために用いた。（２）懸垂液滴へのレーザー照射による共振増強光の生成：濃度200 μMのローダミン6G/エチレングリコール溶液をキャピラリー先端からシリンジポンプで押し出し，懸垂液滴とした。液滴の側面にNd:YAGレーザーの第２高調波を照射し，共振増強光を生成した。（３）回転楕円体ミラーによるフィードバックの観測：蛍光は液滴赤道面の両端から放出されていた。これは，放出される蛍光は液滴表面の接線方向に放出されるからである。フィードバックによる液滴蛍光増強を定量的に評価するために，液滴蛍光画像より求めた画像強度での比較を行った。その結果，回転楕円体ミラーキャビティからのフィードバックによって約2.6倍蛍光が増強していることがわかった。