超高安定化した光周波数コムを基準とする多原子分子の精密レーザー分光

分子の物理的・化学的性質はエネルギー準位構造に反映されるので，エネルギー準位を精密に測定することは，その分子の本質を見極めることに他ならない。これまで，レーザー分光計測の精度と分解能を向上させる努力が続けられ，比較的小さい多原子分子の高分解能レーザー分光が可能となった。本研究では，光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させて相対精度10のマイナス12乗を達成し，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。このように，究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。令和4年度は，分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅狭窄化および周波数安定化のための参照共振器の製作，および，このレーザーの周波数を精確に測定するための光周波数コムの設計を行った。分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅は，これまで，平均時間ミリ秒程度で500 kHz，秒程度で数MHzであったが，本研究で製作した参照共振器を使用することによって，秒程度の平均時間でも周波数線幅を数10kHzとすることに成功した。さらに，この狭線幅を保ったまま，数GHzの範囲にわたってレーザー周波数を連続的に掃引することに成功した。光周波数コムについては，設計および仮組みまで行った。

分子の物理的・化学的性質はエネルギー準位構造に反映されるので，エネルギー準位を精密に測定することは，その分子の本質を見極めることに他ならない。これまで，レーザー分光計測の精度と分解能を向上させる努力が続けられ，比較的小さい多原子分子の高分解能レーザー分光が可能となった。本研究では，光格子時計で安定化された光周波数コムを周波数の目盛とし，高安定化共振器で安定化された分光レーザーを用いた精密レーザー分子分光システムを開発する。周波数精度を2桁改善させて相対精度10のマイナス12乗を達成し，生命の起源や星間分子の進化に深く関わる多環芳香族化合物など，従来の分光法では測定できなかった大きな分子の精密計測を行う。このように，究極の周波数精度での超高分解能レーザー分光法を確立し，励起分子の詳細な構造やダイナミクスの解明を実現する。令和4年度は，分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅狭窄化および周波数安定化のための参照共振器の製作，および，このレーザーの周波数を精確に測定するための光周波数コムの設計を行った。分光用Ti:Sapphireレーザーの周波数線幅は，これまで，平均時間ミリ秒程度で500 kHz，秒程度で数MHzであったが，本研究で製作した参照共振器を使用することによって，秒程度の平均時間でも周波数線幅を数10kHzとすることに成功した。さらに，この狭線幅を保ったまま，数GHzの範囲にわたってレーザー周波数を連続的に掃引することに成功した。光周波数コムについては，設計および仮組みまで行った。