これまでの研究テーマ

光共振器を吸収セルとした近赤外非線形分光

近年、高反射率低損失のミラーを作る技術の進歩により極めて高フィネスの光共振器がつくれるようになった。 我々はこの光共振器を高振動励起分子の非線形分光に応用している。

半導体レーザーは光通信等の応用を目指した開発が進んでおり、高性能なものが手に入る。 半導体レーザーは振幅雑音が小さく、微弱な分子振動のオーバートーン遷移の観測に適している。 しかし、一般的な半導体レーザーの出力は数mW程度と小さいため、 遷移双極子モーメントの小さいオーバートーン遷移で飽和吸収分光などの非線形分光を行うには不十分である。 そこで、高フィネスのファブリペロー型光共振器を吸収セルに用いることにより、セル内の光パワーを100倍以上に高めた結果、 メタン分子2ν3振動バンドでの飽和吸収分光が可能となった1,2。 　

スペクトル幅の狭い分子や原子の吸収スペクトルは精度の良い周波数標準として用いられる。 下図はメタン分子2ν3振動遷移の絶対周波数測定装置である。 絶対周波数を測定する際、しばしば用いられるのが、すでに絶対周波数が測定されている吸収線を基準とし、基準の吸収線との差周波数を精密に測定する方法である。 ここではアセチレン分子の1.54μmの吸収線との差周波数が測定された。 二つの吸収線の周波数差は12THz近くもあるが、Optical Frequency Comb Generator*により、非常に精度よく測定することができた。

*Optical Frequency Comb Generatorは、非常に大きい差周波数を正確に測定するための装置である。 この装置は、非常に効率の高い周波数変調を行うことにより、高次のサイドバンド光を発生させる。 一方の光（下図の場合ECLD1）に高次サイドバンド光を発生させ、これと他方の光（ECLD2）とのビート周波数を測定する。

Fig.１は2台の外部共振器型半導体レーザーをメタンの2つの飽和吸収線（ラムディップ）にそれぞれ周波数安定化し、 2台のレーザーのビート周波数を測定した実験装置である。この手法により、遷移の差周波数を40kHzの精度で測定した3。

参考文献

  1. K. Suzumura and H. Sasada, "Observation of saturation spectrum of the 2ν3 band of methane," Japanese Journal of Applied Physics, 34(12A), L1620-L1621 (1995).
  2. H. Sasada, K. Suzumura, and C. Ishibashi, "Coriolis-dependent Stark effect of the 2ν3 band of methane observed by saturated absorption spectroscopy," Journal of Chemical Physics, 105(20), 9027-9034(1996).
  3. K. Suzumura, C. Ishibashi, and H. Sasada, "Precise frequency-difference measurement between the 1.66-μm transitions of methane," Optics Letters, 22(17), 1356-1358 (1997).
  4. C. Ishibashi and H. Sasada, "Highly sensitive cavity-enhanced sub-Doppler spectroscopy of a molecular overtone band with a 1.66-μm tunable diode laser," Japanese Journal of Applied Physics, 38(2A), 920-922 (1999).
  5. C. Ishibashi, M. Kourogi, K. Imai, B. Widiyatmoko, A. Onae, and H. Sasada, "Absolute frequency measurement of the saturated absorption lines of methane in the 1.66-μm region," Optics Communications, 161, 223-226 (1999).
  6. C. Ishibashi and H. Sasada,"Near-infrared laser spectrometer with sub-Doppler resolution, high-sensitivity, and wide tunability: A case study in the 1.65-μm region of CH3I spectrum," Journal of Molecular Spectroscopy, 2000, 147-149 (2000).
  7. C. Ishibashi, R. Saneto and H. Sasada, "Infrared radio-frequency double-resonance spectroscopy of molecular vibrational-overtone bands using a Fabry-Perot cavity-absorption cell," Journal of the Optical Society of America B, 18, 1019-1030 (2001).