光周波数コムを利用した超高分解能レーザー分光
基本的な分子の分光学的性質を研究することは、分子構造や化学反応素過程の基礎研究だけでなく、環境問題や生命科学、天文学、材料科学などの基礎としても極めて重要です。
分子の電子励起状態間の相互作用や反応のダイナミクスは、励起準位のごくわずかなシフトや広がり、分裂等として現れるため、従来の分解能の低い分光法では観測することができません。このため、超高分解能レーザー分光によってこれらを精密に計測する必要があります。
この精密な分光計測において重要となるのが、優れた精度を持つ光周波数の目盛です。当研究室では、光周波数コムをこの目盛として、超高分解能レーザー分光の研究を行っています。
frepの間隔で、周波数ゼロまで伸ばしていったときのオフセットをfCEOと呼びます。このfCEO とfrepを安定化すれば、光周波数コムは、等しい間隔でモードが並んだ、光周波数の目盛として使うことができます。
モード間隔frepの"rep"は、repetition rate（繰り返し周波数）の略、オフセット周波数fCEOの"CEO"は、Carrier Envelope Offset の頭文字をとったものです。
中央の銀色の筒がサンプルセル、それを挟むように立っている二つの黒いマウントの中にミラーが取り付けられており、ファブリー・ペロー型光共振器を構成しています。右向きに進む光と、左向きに進む光のドップラーシフトは、大きさが等しく符号が反対なので、これらの光子を一つずつ吸収するとドップラー効果の影響を相殺することができます。
最上段（黄）と二段目（緑）は光周波数コムによる光周波数の目盛。三段目はRef. 1のデータから作図したヨウ素分子の飽和吸収スペクトル。最下段は当研究室で測定したヨウ素分子の飽和吸収スペクトル。
[1] H. Kato, et al., Doppler-Free High Resolution Spectral Atlas of Iodine Molecule 15 000 to 19 000 cm-1, JSPS, (2000).