ツインビーム光源による新たな非線形ラマン分光法の開発~低コスト・小型な高分解能ラマン計測装置へ~

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2025-06-09 京都大学

京都大学電子工学専攻の衞藤雄二郎准教授(当時)らの研究グループは、慶應義塾大学と共同で、新たな非線形ラマン分光法を開発しました。本手法は、従来必要だった高価なフェムト秒レーザー複数台の代わりに、チャープ構造を持つ単一のナノ秒ツインビーム光源でスペクトルフォーカシングを実現するもので、装置の低コスト化・小型化を可能にします。これにより、次世代の高分解能・高性能な分子構造解析装置への応用が期待されます。本成果は、量子光源技術の実用化を背景に、革新的な計測技術として注目されており、2025年6月6日付で国際学術誌「Physical Review Applied」に掲載されました。

ツインビーム光源による新たな非線形ラマン分光法の開発~低コスト・小型な高分解能ラマン計測装置へ~
チャープ構造を持つツインビームによる非線形ラマン分光のイメージ図

<関連情報>

高輝度な相関のあるツインビームによるスペクトルフォーカシング コヒーレント・アンチス トークスラマン散乱 Spectral-focusing coherent anti-Stokes Raman scattering driven by bright correlated twin beams

Yujiro Eto, Mutsuo Nuriya, and Hideaki Kano
Physical Review Applied  Published: 6 June, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/7pvj-3dqt

Abstract

An understanding of the interaction between bright correlated twin beams and matter is important for expanding the applications of optical quantum technology. In particular, it is worthwhile to clarify the advantages of twin-beam correlation in spectroscopic applications, since twin-beam sources that use parametric down-conversion have a wide range of wavelength tunability. Here, we theoretically and experimentally demonstrate that the spectral-focusing technique used in coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) can be implemented by twin beams without the use of ultrashort-pulse lasers. In typical spectral focusing using ultrashort pulses, spectral resolution is improved by narrowing the instantaneous frequency width due to frequency chirping. Similarly, we show theoretically that the formation of a chirp structure within the temporal correlation of twin beams produces an effect similar to typical spectral focusing. To experimentally demonstrate twin-beam spectral focusing, CARS spectroscopy of polyethylene is performed when the time delay between the chirped twin beams is set within the correlation width or it is set outside the correlation width. We observe that the spectral resolution is improved when the correlation is effective. By comparing with theoretical simulations, we confirm that the improvement is caused by frequency chirping.

0403電子応用
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