概要

　紫外～可視～近赤外に渡る波長可変フェムト秒光源による時間分解分光と非線型分光を行います。標題にある「超高速領域」とは、フェムト秒（１秒の千兆分の１）からピコ秒（１秒の１兆分の１）領域を指します。この領域での分光は、半導体や有機物質内の電子の動きや、原子間の振動の研究に適しています。超高速領域よりも遅い（1秒の数十億分の１程度）現象は、ストリークカメラという装置を用いて発光の時間分解が可能です。しかし、超高速領域になると、電子装置では測定不可能になります。この場合、２本の超短光パルスに時間差（フェムト秒からピコ秒）をつけて試料に照射し、その時間差の関数として試料からの応答を測定するという方法（これを非線形分光と呼びます）を取る必要があります。具体的には図に示すような、ポンプ・プローブ法（DT：Differential transmission）や四光波混合法（FWM:　Four-Wave Mixing）を用いています。

応用例

研究室では、以下の物質に対して上記の分光を応用し、物質内の電子の動きや光学応答を調べています。

• 窒化物半導体、酸化物半導体、ワイドギャップ半導体
• 半導体のナノ構造
• 光触媒機能を持つ二酸化チタン
• 無機と有機を複合したハイブリッド物質

詳細は研究室のHPを参照してください。http://soliton.ph.sophia.ac.jp/EmaLabWeb/top.html

今後の発展性

発光デバイスや全光学デバイスでは、光キャリアのダイナミクスや非線形光学効果が重要になります。そのようなデバイスの基礎特性の評価を詳細に行います。また、単なる評価に留まらず、新規物性の開発につながる研究を行います。特にナノ構造では、フォトニック効果や光局在効果を巧みに利用した発光デバイスや太陽電池などへの応用が考えられます。

研究設備

光源：モード同期チタンサファイアレーザー、再生増幅器、パラメトリック発振器、パラメトリック増幅器、ファイバーレーザーなど
測定装置：光マルチチャンネルアナライザ、ストリークカメラなど

共同研究・外部機

新規な材料や、新規な構造を持つ物質が開発された場合、光学特性の評価やそこに潜む物理の解明をお手伝いします。特に、光応答を細かい時間分解能で測定しますので、応答速度の評価やキャリアダイナミクスの解明に威力を発揮します。

関連特許・論文等

M. Kujiraoka, et al., “Optical Rabi oscillations in a quantum dot ensemble”, Appl. Phys. Express 3, 092801 (2010).
H. Takagi, et al., “Influence of the image charge effect on excitonic energy structure in organic-inorganic multiple quantum well crystals”, Phys. Rev. B 87, 125421(2013).
特許登録「超高速光波形測定法」登録日：2000年8月25日（特許3102811）