JP4388334B2 - Photoreaction apparatus and photoreaction control method - Google Patents
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Description
本発明は、パルスレーザ光を対象物に照射することによって光反応を生じさせる光反応装置、及び光反応制御方法に関するものである。 The present invention relates to a photoreaction apparatus that generates a photoreaction by irradiating an object with pulsed laser light, and a photoreaction control method.
従来、パルスレーザ光などの光を対象物に照射し、反応対象物において光と物質との相互作用である光反応を生じさせる光反応装置が用いられている。また、特許文献1には、光反応装置において、レーザ光源から反応対象物へと出射されたパルス光の波形を、好適な反応効率で光反応が生じるようにフィードバック制御することが記載されている。
近年、パルスレーザ光源において、10fs(フェムト秒)以下のパルス時間幅のパルス光の発生が報告されている。このような短い時間領域では、通常考えられている光と物質との相互作用の過程とは異なる現象が観測されるようになってきている。したがって、このようなパルス光を光反応に適用する場合、上記特許文献1のようにパルス光の波形などを制御しても、光反応の反応効率を向上する上では必ずしも充分な効果は得られない。
In recent years, generation of pulsed light having a pulse time width of 10 fs (femtosecond) or less has been reported in a pulsed laser light source. In such a short time region, a phenomenon different from the normally considered process of interaction between light and a substance has been observed. Therefore, when such pulsed light is applied to a photoreaction, even if the waveform of the pulsed light is controlled as in
すなわち、所定波長を有するパルス光は、その強度の時間波形の平方根に対応した包絡線波形(電場振幅波形)内において、波長の周期で振動している電磁波として表現される。これに対して、パルス光の時間幅が短くなると、その包絡線波形内での振動の位相(キャリアエンベロープ位相、以下、CEPという、非特許文献1参照)が、光と物質との相互作用に大きく影響するようになる。このため、レーザ光源から出射されたパルス光の波形をフィードバック制御したとしても、光反応の反応効率を充分に向上することが難しいという問題があった。 That is, the pulsed light having a predetermined wavelength is expressed as an electromagnetic wave oscillating at a wavelength period in an envelope waveform (electric field amplitude waveform) corresponding to the square root of the intensity time waveform. On the other hand, when the time width of the pulsed light is shortened, the phase of vibration within the envelope waveform (carrier envelope phase, hereinafter referred to as CEP, refer to Non-Patent Document 1) causes the interaction between the light and the substance. It will be greatly affected. For this reason, even if the waveform of the pulsed light emitted from the laser light source is feedback-controlled, it is difficult to sufficiently improve the reaction efficiency of the photoreaction.
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、パルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能な光反応装置、及び光反応制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a light capable of sufficiently improving the reaction efficiency of a photoreaction even when pulse light having a short pulse time width is used. It is an object of the present invention to provide a reaction apparatus and a photoreaction control method.
このような目的を達成するために、本発明による光反応装置は、(1)反応対象物に照射される所定波長のパルス光を出射するレーザ光源と、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、(3)反応評価手段による光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段とを備え、反応評価手段は、パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成手段と、反応生成手段で生じた第2の光反応を計測する反応計測手段とを有し、反応計測手段による計測結果、及び反応対象物で生じる光反応と反応生成手段で生じる第2の光反応との相関を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応生成手段は、パルス光が入射したときに波長変換を生じさせる波長変換媒質を有し、反応計測手段は、波長変換媒質によって波長変換された光を検出する光検出器を有して構成されていることを特徴とする。
あるいは、本発明による光反応装置は、(1)反応対象物に照射される所定波長のパルス光を出射するレーザ光源と、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、(3)反応評価手段による光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段とを備え、反応評価手段は、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測手段を有し、反応計測手段による計測結果を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応計測手段は、反応対象物で発生された高次高調波を検出する光検出器を有して構成されていることを特徴とする。
あるいは、本発明による光反応装置は、(1)反応対象物に照射される所定波長のパルス光を出射するレーザ光源と、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、(3)反応評価手段による光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段とを備え、反応評価手段は、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測手段を有し、反応計測手段による計測結果を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応計測手段は、反応対象物で生成された物質を特定し、その生成量を計測する質量分析器を有して構成されていることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the photoreaction apparatus according to the present invention includes (1) a laser light source that emits pulsed light of a predetermined wavelength that is irradiated onto a reaction target, and (2) a reaction target by pulse light. Reaction evaluation means for evaluating the generated photoreaction, (3) control calculation means for calculating the control condition for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means, and (4) the obtained control condition And a light source control means for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the laser light source , and the reaction evaluation means is a reaction that causes the second light reaction to occur by entering the pulsed light. A generation unit and a reaction measurement unit for measuring the second photoreaction generated in the reaction generation unit, and a measurement result by the reaction measurement unit, and a second reaction generated in the reaction target and the photoreaction generated in the reaction object. Phase with photoreaction The reaction generation means has a wavelength conversion medium that causes wavelength conversion when pulsed light is incident, and evaluates the reaction efficiency of the photoreaction generated in the reaction object. It is characterized that you have been configured to have a photodetector for detecting the light whose wavelength is converted by the wavelength converting medium.
Alternatively, the photoreaction apparatus according to the present invention includes (1) a laser light source that emits pulsed light of a predetermined wavelength that is irradiated onto a reaction object, and (2) a reaction evaluation that evaluates a photoreaction that occurs in the reaction object by the pulsed light. Means, (3) control calculation means for calculating a control condition for the laser light source based on the photoreaction evaluation result by the reaction evaluation means, and (4) resonance in the laser light source based on the determined control condition. A light source control means for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the chamber, and the reaction evaluation means has a reaction measurement means for measuring a light reaction occurring in the reaction object, and is measured by the reaction measurement means. With reference to the result, the reaction efficiency of the photoreaction occurring in the reaction object is evaluated, and the reaction measuring means has a light detector that detects high-order harmonics generated in the reaction object. It is configured And wherein the door.
Alternatively, the photoreaction apparatus according to the present invention includes (1) a laser light source that emits pulsed light of a predetermined wavelength that is irradiated onto a reaction object, and (2) a reaction evaluation that evaluates a photoreaction that occurs in the reaction object by the pulsed light. Means, (3) control calculation means for calculating a control condition for the laser light source based on the photoreaction evaluation result by the reaction evaluation means, and (4) resonance in the laser light source based on the determined control condition. A light source control means for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the chamber, and the reaction evaluation means has a reaction measurement means for measuring the photoreaction generated in the reaction object, and is measured by the reaction measurement means. A mass analyzer that refers to the results and evaluates the reaction efficiency of the photoreaction occurring in the reaction object, and the reaction measurement means identifies the substance generated in the reaction object and measures the amount of the generated substance. Have Characterized in that it is configured.
また、本発明による光反応制御方法は、(1)レーザ光源から出射された所定波長のパルス光を反応対象物に照射する光照射ステップと、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、(3)反応評価ステップにおける光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップとを備え、反応評価ステップは、パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成ステップと、反応生成ステップで生じた第2の光反応を計測する反応計測ステップとを有し、反応計測ステップによる計測結果、及び反応対象物で生じる光反応と反応生成ステップで生じる第2の光反応との相関を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応生成ステップにおいて、パルス光が入射したときに波長変換を生じさせる波長変換媒質を用い、反応計測ステップにおいて、波長変換媒質によって波長変換された光を検出することを特徴とする。
あるいは、本発明による光反応制御方法は、(1)レーザ光源から出射された所定波長のパルス光を反応対象物に照射する光照射ステップと、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、(3)反応評価ステップにおける光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップとを備え、反応評価ステップは、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測ステップを有し、反応計測ステップによる計測結果を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応計測ステップにおいて、反応対象物で発生された高次高調波を検出することを特徴とする。
あるいは、本発明による光反応制御方法は、(1)レーザ光源から出射された所定波長のパルス光を反応対象物に照射する光照射ステップと、(2)パルス光によって反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、(3)反応評価ステップにおける光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、(4)求められた制御条件に基づいて、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップとを備え、反応評価ステップは、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測ステップを有し、反応計測ステップによる計測結果を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率を評価するとともに、反応計測ステップにおいて、反応対象物で生成された物質を質量分析器によって特定し、その生成量を計測することを特徴とする。
The photoreaction control method according to the present invention includes (1) a light irradiation step of irradiating a reaction object with pulsed light having a predetermined wavelength emitted from a laser light source, and (2) a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light. A reaction evaluation step for evaluating (3), a control calculation step for calculating a control condition for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, and (4) based on the calculated control condition A light source control step for controlling the relationship between the phase velocity in the resonator and the group velocity in the laser light source , and the reaction evaluation step includes a reaction generation step for causing a second photoreaction upon incidence of pulsed light; And a reaction measurement step for measuring the second photoreaction generated in the reaction generation step, the measurement result in the reaction measurement step, and the photoreaction and reaction occurring in the reaction object. Referring to the correlation with the second photoreaction generated in the synthesis step, the reaction efficiency of the photoreaction occurring in the reaction object is evaluated, and wavelength conversion is performed when pulsed light is incident in the reaction generation step. using the wavelength conversion medium to generate, in a reaction measuring step, characterized that you detect light whose wavelength is converted by the wavelength converting medium.
Alternatively, the photoreaction control method according to the present invention includes (1) a light irradiation step of irradiating a reaction target with pulsed light having a predetermined wavelength emitted from a laser light source, and (2) a photoreaction generated in the reaction target by the pulsed light A reaction evaluation step for evaluating (3), a control calculation step for calculating a control condition for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, and (4) based on the calculated control condition A light source control step for controlling the relationship between the phase velocity in the resonator and the group velocity in the laser light source, and the reaction evaluation step includes a reaction measurement step for measuring a light reaction occurring in the reaction object, Referring to the measurement result in the reaction measurement step, the reaction efficiency of the photoreaction occurring in the reaction object is evaluated, and in the reaction measurement step, the reaction object And detecting the high-order harmonics generated.
Alternatively, the photoreaction control method according to the present invention includes (1) a light irradiation step of irradiating a reaction target with pulsed light having a predetermined wavelength emitted from a laser light source, and (2) a photoreaction generated in the reaction target by the pulsed light. A reaction evaluation step for evaluating (3), a control calculation step for calculating a control condition for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, and (4) based on the calculated control condition A light source control step for controlling the relationship between the phase velocity in the resonator and the group velocity in the laser light source, and the reaction evaluation step includes a reaction measurement step for measuring a light reaction occurring in the reaction object, Referring to the measurement result in the reaction measurement step, the reaction efficiency of the photoreaction occurring in the reaction object is evaluated, and in the reaction measurement step, the reaction object The product material was identified by mass spectrometer, characterized by measuring the production amount.
上記した光反応装置及び光反応制御方法においては、反応対象物での光反応の評価結果を参照し、光反応に用いられるパルスレーザ光の生成条件をレーザ光源の共振器内に対してフィードバック制御している。これにより、パルス光の強度の時間波形のみでなく、パルス光の生成条件を様々に制御することが可能となる。特に、共振器内において位相速度と群速度との関係を制御することにより、後述するように、レーザ光源から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを調整することができる。したがって、パルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。 In the photoreaction apparatus and photoreaction control method described above, feedback control is performed on the generation conditions of the pulsed laser light used for the photoreaction with respect to the resonator of the laser light source with reference to the evaluation result of the photoreaction at the reaction object is doing. This makes it possible to control not only the time waveform of the intensity of the pulsed light but also various conditions for generating the pulsed light. In particular, by controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator, the CEP in the envelope waveform of the pulsed light emitted from the laser light source can be adjusted as will be described later. Therefore, even when pulse light having a short pulse time width is used, the reaction efficiency of the photoreaction can be sufficiently improved.
ここで、光反応装置は、反応評価手段が、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測手段を有することを特徴としても良い。同様に、光反応制御方法は、反応評価ステップが、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測ステップを有することを特徴としても良い。 Here, the photoreaction apparatus may be characterized in that the reaction evaluation unit has a reaction measurement unit that measures a photoreaction generated in the reaction object. Similarly, the photoreaction control method may be characterized in that the reaction evaluation step includes a reaction measurement step for measuring a photoreaction generated in the reaction object.
あるいは、光反応装置は、反応評価手段が、パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成手段と、反応生成手段で生じた第2の光反応を計測する反応計測手段とを有することを特徴としても良い。同様に、光反応制御方法は、反応評価ステップが、パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成ステップと、反応生成ステップで生じた第2の光反応を計測する反応計測ステップとを有することを特徴としても良い。 Alternatively, in the photoreaction apparatus, the reaction evaluation unit includes: a reaction generation unit that causes pulsed light to enter to generate a second photoreaction; and a reaction measurement unit that measures the second photoreaction generated by the reaction generation unit. It may be characterized by having. Similarly, in the photoreaction control method, the reaction evaluation step includes a reaction generation step in which pulse light is incident to cause a second photoreaction, and a reaction measurement step in which the second photoreaction generated in the reaction generation step is measured. It is good also as having.
このように、反応対象物での光反応を直接に計測する構成、及び反応対象物での光反応と相関を有する第2の光反応を計測する構成のいずれにおいても、パルス光によって反応対象物に生じる光反応を好適に評価することができる。 Thus, in any of the configuration for directly measuring the photoreaction at the reaction target and the configuration for measuring the second photoreaction having a correlation with the photoreaction at the reaction target, the reaction target is obtained by pulse light. The photoreaction that occurs in can be suitably evaluated.
ここで、第2の光反応を利用する場合には、光反応装置は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光の一部を分岐して反応生成手段へと導く光分岐手段を備えることが好ましい。同様に、光反応制御方法は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光の一部を分岐して反応生成ステップで用いられる反応生成手段へと導く光分岐ステップを備えることが好ましい。 Here, when the second photoreaction is used, the photoreaction apparatus includes a light branching unit that branches a part of the pulsed light irradiated from the laser light source to the reaction target and guides it to the reaction generation unit. It is preferable to provide. Similarly, the light reaction control method preferably includes a light branching step for branching a part of the pulsed light irradiated from the laser light source to the reaction target and leading to the reaction generating means used in the reaction generating step.
レーザ光源のフィードバック制御方法については、光反応装置は、光源制御手段が、レーザ光源のレーザ媒質に励起エネルギーを供給する励起手段を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御することが好ましい。同様に、光反応制御方法は、光源制御ステップにおいて、レーザ光源のレーザ媒質に励起エネルギーを供給する励起手段を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御することが好ましい。 Regarding the feedback control method of the laser light source, the photoreaction apparatus controls the relationship between the phase velocity and the group velocity by the light source control means controlling the excitation means for supplying excitation energy to the laser medium of the laser light source. Is preferred. Similarly, in the light reaction control method, in the light source control step, it is preferable to control the relationship between the phase velocity and the group velocity by controlling excitation means for supplying excitation energy to the laser medium of the laser light source.
また、光反応装置は、光源制御手段が、レーザ光源における共振器内に設置された波長分散媒質を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御することが好ましい。同様に、光反応制御方法は、光源制御ステップにおいて、レーザ光源における共振器内に設置された波長分散媒質を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御することが好ましい。 In the photoreaction apparatus, it is preferable that the light source control means controls the relationship between the phase velocity and the group velocity by controlling the wavelength dispersion medium installed in the resonator of the laser light source. Similarly, in the light reaction control method, in the light source control step, it is preferable to control the relationship between the phase velocity and the group velocity by controlling the wavelength dispersion medium installed in the resonator of the laser light source.
このように、レーザ光源におけるレーザ発振条件を励起手段や波長分散媒質によって制御することにより、共振器内での位相速度と群速度との関係を好適に制御することができる。 As described above, by controlling the laser oscillation condition in the laser light source by the excitation means or the wavelength dispersion medium, the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator can be suitably controlled.
あるいは、光反応装置は、光源制御手段が、レーザ光源における共振器を構成する主共振器から取り出された光の位相または強度を変調して主共振器内に戻すことによって、位相速度と群速度との関係を制御する構成としても良い。同様に、光反応制御方法は、光源制御ステップにおいて、レーザ光源における共振器を構成する主共振器から取り出された光の位相または強度を変調して主共振器内に戻すことによって、位相速度と群速度との関係を制御することとしても良い。このような構成によっても、共振器内での位相速度と群速度との関係を好適に制御することができる。 Alternatively, in the photoreaction apparatus, the light source control means modulates the phase or intensity of the light extracted from the main resonator constituting the resonator in the laser light source and returns the phase velocity and group velocity to the main resonator. It is good also as a structure which controls the relationship with. Similarly, in the light reaction control method, in the light source control step, the phase velocity and the intensity of the light extracted from the main resonator constituting the resonator in the laser light source are modulated and returned into the main resonator, thereby obtaining the phase velocity and The relationship with the group velocity may be controlled. Even with such a configuration, the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator can be suitably controlled.
また、光反応の具体的な評価方法については、光反応装置は、反応評価手段が、パルス光が入射したときに波長変換を生じさせる媒質と、波長変換された光を検出する検出手段とを有して構成されていることが好ましい。同様に、光反応制御方法は、反応評価ステップにおいて、パルス光が媒質によって波長変換された光を検出することが好ましい。この場合、上記媒質としては、例えば、パルス光が入射することによって高次高調波を発生させる媒質を用いることができる。あるいは、媒質として、パルス光が入射することによってテラヘルツ電磁波を発生させる媒質を用いることができる。また、これら以外の構成によって光反応を評価しても良い。 As for a specific evaluation method of the photoreaction, the photoreaction apparatus includes a medium that causes wavelength conversion when the pulse evaluation light is incident and a detection unit that detects the wavelength-converted light. It is preferable to have it. Similarly, in the light reaction control method, it is preferable to detect light in which pulsed light is wavelength-converted by a medium in the reaction evaluation step. In this case, as the medium, for example, a medium that generates high-order harmonics when pulsed light is incident can be used. Alternatively, a medium that generates terahertz electromagnetic waves when pulsed light is incident can be used as the medium. Moreover, you may evaluate photoreaction by structures other than these.
また、光反応装置は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光を波形整形する光波形整形器を備える構成としても良い。同様に、光反応制御方法は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光を波形整形する光波形整形ステップを備えることとしても良い。これにより、最適なCEPの条件下でパルス光の時間波形を制御して、光反応の反応効率をさらに向上することができる。 In addition, the photoreaction apparatus may include an optical waveform shaper that shapes the waveform of pulsed light emitted from the laser light source to the reaction target. Similarly, the photoreaction control method may include an optical waveform shaping step for shaping the pulsed light emitted from the laser light source to the reaction object. Thereby, the time waveform of pulsed light can be controlled under the optimal CEP conditions, and the reaction efficiency of the photoreaction can be further improved.
この場合、光反応装置は、制御演算手段が、反応評価手段による光反応の評価結果に基づいて、光波形整形器に対する制御条件を演算して求めるとともに、求められた制御条件に基づいて、光波形整形器におけるパルス光の波形を制御する光波形整形器制御手段を備えることが好ましい。同様に、光反応制御方法は、制御演算ステップにおいて、反応評価ステップにおける光反応の評価結果に基づいて、光波形整形ステップで用いられる光波形整形器に対する制御条件を演算して求めるとともに、求められた制御条件に基づいて、光波形整形器におけるパルス光の波形を制御する光波形整形器制御ステップを備えることが好ましい。 In this case, in the photoreaction apparatus, the control calculation means calculates and obtains the control condition for the optical waveform shaper based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means, and based on the obtained control condition, It is preferable to include optical waveform shaper control means for controlling the waveform of the pulsed light in the waveform shaper. Similarly, in the control calculation step, the optical reaction control method is obtained by calculating control conditions for the optical waveform shaper used in the optical waveform shaping step based on the evaluation result of the optical reaction in the reaction evaluation step. It is preferable to provide an optical waveform shaper control step for controlling the waveform of the pulsed light in the optical waveform shaper based on the control conditions.
また、光反応装置は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光を増幅する光増幅器を備える構成としても良い。同様に、光反応制御方法は、レーザ光源から反応対象物へと照射されるパルス光を増幅する光増幅ステップを備えることとしても良い。これにより、最適なCEPの条件下でパルス光のエネルギーを制御して、光反応の反応効率をさらに向上することができる。 In addition, the photoreaction apparatus may be configured to include an optical amplifier that amplifies pulsed light emitted from the laser light source to the reaction target. Similarly, the optical reaction control method may include an optical amplification step for amplifying pulsed light emitted from the laser light source to the reaction target. Thereby, the energy of pulsed light can be controlled under the optimal CEP conditions, and the reaction efficiency of the photoreaction can be further improved.
この場合、光反応装置は、制御演算手段が、反応評価手段による光反応の評価結果に基づいて、光増幅器に対する制御条件を演算して求めるとともに、求められた制御条件に基づいて、光増幅器におけるパルス光の増幅を制御する光増幅器制御手段を備えることが好ましい。同様に、光反応制御方法は、制御演算ステップにおいて、反応評価ステップにおける光反応の評価結果に基づいて、光増幅ステップで用いられる光増幅器に対する制御条件を演算して求めるとともに、求められた制御条件に基づいて、光増幅器におけるパルス光の増幅を制御する光増幅器制御ステップを備えることが好ましい。 In this case, in the photoreaction apparatus, the control calculation means calculates and obtains the control condition for the optical amplifier based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means, and in the optical amplifier based on the obtained control condition. It is preferable to provide optical amplifier control means for controlling amplification of pulsed light. Similarly, the photoreaction control method calculates and obtains control conditions for the optical amplifier used in the optical amplification step based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step in the control calculation step. Based on the above, it is preferable to provide an optical amplifier control step for controlling amplification of the pulsed light in the optical amplifier.
本発明による光反応装置、及び光反応制御方法によれば、レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係をフィードバック制御することにより、パルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。 According to the photoreaction apparatus and the photoreaction control method of the present invention, when pulse light with a short pulse time width is used by feedback control of the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the laser light source Even so, the reaction efficiency of the photoreaction can be sufficiently improved.
以下、図面とともに本発明による光反応装置、及び光反応制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。 Hereinafter, preferred embodiments of a photoreaction apparatus and a photoreaction control method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
図1は、本発明による光反応装置の第1実施形態の構成を示すブロック図である。光反応装置1Aは、反応対象物に対して所定波長のパルスレーザ光を照射することによって、反応対象物において光と物質との相互作用である光反応を生じさせる装置である。本実施形態による光反応装置1Aは、レーザ光源10、励起装置19、反応評価部20、制御演算装置30、及び光源制御装置35を備えている。また、ここでは、パルスレーザ光が照射される反応対象物は反応チャンバS内に配置されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the photoreaction apparatus according to the present invention. The photoreaction apparatus 1A is an apparatus that generates a photoreaction that is an interaction between light and a substance in a reaction object by irradiating the reaction object with a pulse laser beam having a predetermined wavelength. The
レーザ光源10は、反応チャンバS内の反応対象物に照射される所定波長、所定時間幅のパルス光を出射するパルスレーザ光源である。このレーザ光源10は、レーザ動作に用いられるレーザ媒質11と、レーザ媒質11を挟んで配置されて共振器を構成している反射ミラー12、13とを有している。ここでは、反射ミラー12は全反射ミラー、反射ミラー13は出力ミラーとして機能する一部透過ミラーとなっている。また、図1においては、レーザ光源10の共振器内でレーザ媒質11と出力ミラー13との間に、波長分散媒質14が設置されている。
The
また、レーザ光源10のレーザ媒質11に対して、レーザ動作に必要な励起エネルギーを供給する励起装置19が設置されている。レーザ媒質11への励起エネルギーは、例えば、励起光、電流、放電などの手段によって供給され、好ましくは、レーザ媒質11に対して励起光を供給する励起光源が励起装置19として用いられる。
In addition, an
レーザ光源10から出力ミラー13を介して出力されたパルスレーザ光は、反応チャンバSへと照射される。反応チャンバSにおいては、その内部に配置された反応対象物にパルス光が入射することによって光反応が発生する。この光反応の反応効率は、パルス光の強度(またはエネルギー)や時間波形(包絡線波形)などの影響を受ける。さらに、パルス時間幅が充分に短い(例えば10fs以下)パルス光を用いた場合、パルス光の包絡線波形内での振動のキャリアエンベロープ位相(CEP)が光反応の反応効率に大きく影響する。
The pulse laser beam output from the
パルス光によって光反応が発生する反応チャンバS内の反応対象物に対し、反応評価部20が設置されている。反応評価部20は、レーザ光源10からのパルスレーザ光によって反応チャンバS内の反応対象物に生じる光反応を評価する評価手段である。図1の構成においては、この反応評価部20は、反応対象物で生じた光反応を計測する反応計測装置21を有している。反応評価部20は、反応計測装置21による計測結果を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率等の反応条件を評価する。
A
レーザ光源10でのレーザ動作におけるパルスレーザ光の生成条件は、制御演算装置30、及び光源制御装置35によって制御されている。制御演算装置30には、反応評価部20による光反応の評価結果が入力されている。制御演算装置30は、この評価結果に基づき、所望の光反応の反応効率等を考慮して、充分な反応効率が得られるようにレーザ光源10に対するフィードバック制御条件を演算して求める。
The generation conditions of the pulsed laser light in the laser operation with the
制御演算装置30で求められたレーザ光源10の制御条件は、光源制御装置35へと入力される。光源制御装置35は、制御演算装置30から入力された制御条件に基づいて、レーザ光源10でのレーザ発振条件を制御する。特に、本光反応装置1Aにおいては、光源制御装置35は、上記の制御条件に基づいて、ミラー12、13から構成されたレーザ光源10における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する。
The control conditions of the
図1に示した光反応装置1Aにおける光反応制御方法について説明する。まず、励起装置19からレーザ媒質11に対して励起エネルギーを供給することによってレーザ光源10をレーザ動作させる。そして、レーザ光源10から出射された所定波長のパルスレーザ光を反応チャンバS内の反応対象物に照射する(光照射ステップ)。このとき、反応対象物において、パルス光の入射に起因する光反応が発生する。
A photoreaction control method in the photoreaction apparatus 1A shown in FIG. 1 will be described. First, the
次に、反応評価部20において、反応計測装置21によって反応対象物で生じた光反応について計測を行い(反応計測ステップ)、その計測結果を参照して反応対象物に発生している光反応を評価する(反応評価ステップ)。制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源10に対する好適な制御条件を演算して求める(制御演算ステップ)。そして、光源制御装置35は、求められた制御条件に基づいて、レーザ光源10における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する(光源制御ステップ)。これにより、レーザ光源10から出射されるパルス光におけるCEPが制御され、光反応の反応効率が所望の効率に保持される。
Next, in the
上記実施形態による光反応装置及び光反応制御方法の効果について説明する。 The effects of the photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the above embodiment will be described.
図1に示した光反応装置1A、及び上記した光反応制御方法においては、反応チャンバS内の反応対象物に発生している光反応の評価結果を参照し、光反応に用いられるパルスレーザ光の生成条件をレーザ光源10の共振器内においてフィードバック制御している。これにより、レーザ光源から出射された後にパルス光の波形を制御する場合等に比べて、パルス光の強度の時間波形の平方根に相当する包絡線波形のみでなく、パルス光の生成条件及び特性等を様々に制御することが可能となる。特に、ミラー12、13から構成される共振器内において、上記のように光の位相速度と群速度との関係を制御することにより、レーザ光源10から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを所望の効率を実現するCEPに調整することができる。
In the photoreaction apparatus 1A shown in FIG. 1 and the photoreaction control method described above, the pulse laser beam used for the photoreaction is referred to by referring to the evaluation result of the photoreaction occurring in the reaction object in the reaction chamber S. Are controlled by feedback in the resonator of the
図2は、レーザ光源から出射されるパルス光の包絡線波形内での振動の位相であるキャリアエンベロープ位相(CEP)について示す図である。ここで、図2(a)は、包絡線波形のピークの時刻と、包絡線波形内における光の波長の周期での振動のピークの時刻とが一致している場合のパルス光の時間波形を示すグラフである。また、図2(b)は、包絡線波形のピークの時刻と、包絡線波形内での振動のピークの時刻とが電場の位相に換算して90°ずれている場合のパルス光の時間波形を示すグラフである。また、これらのグラフにおいて、横軸は時間t(相対値)を示し、縦軸は光の電場振幅E(相対値)を示している。 FIG. 2 is a diagram showing a carrier envelope phase (CEP) that is a phase of vibration within an envelope waveform of pulsed light emitted from a laser light source. Here, FIG. 2A shows the time waveform of the pulse light when the time of the peak of the envelope waveform and the time of the peak of vibration in the period of the wavelength of light in the envelope waveform match. It is a graph to show. FIG. 2B shows the time waveform of the pulsed light when the time of the peak of the envelope waveform and the time of the peak of vibration in the envelope waveform are shifted by 90 ° in terms of the phase of the electric field. It is a graph which shows. In these graphs, the horizontal axis represents time t (relative value), and the vertical axis represents light electric field amplitude E (relative value).
これらのグラフに示すように、レーザ光源10からのパルス光の電磁波(実線)は、包絡線波形(破線)内で振動する波形として表現される。パルスレーザ光のパルス時間幅が長い(例えば10fs以上)時間領域では、パルス光と物質との相互作用を考える上で包絡線波形内での振動の位相は問題とはならない。一方、パルスレーザ光のパルス時間幅が短くなってくると(例えば10fs以下)、パルス光の包絡線波形のピーク位置と、包絡線波形内での振動の位相であるCEPとが一致している場合(図2(a)参照)に、位相がずれている場合(図2(b)参照)よりも効率良く光反応が生じる現象が存在する。これは、非線形効果が介在する光反応において顕著である。
As shown in these graphs, the electromagnetic wave (solid line) of the pulsed light from the
CEPが制御されていない状態においては、超短パルスレーザ光源から出射されるパルス光では、時間的に連続したパルス光毎にCEPがシフトする。したがって、このようなパルスレーザ光を光反応に適用すると、あるパルス光では反応効率が高く、別のパルス光では反応効率が低くなるというような現象が起こり、それらの平均として光反応の反応効率を評価すると、反応効率は充分に向上されているとは言えない。このようなCEPのずれの発生は、レーザ光源の共振器内での位相速度と群速度とのミスマッチングによるものと考えられている(D. J. Jones et al., "Carrier-Envelope Phase Control of Femtosecond Mode-Locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis", SCIENCE Vol.288, p.635 (2000) 参照)。 In a state where the CEP is not controlled, in the pulsed light emitted from the ultrashort pulse laser light source, the CEP is shifted for each temporally continuous pulsed light. Therefore, when such a pulsed laser beam is applied to a photoreaction, a phenomenon occurs in which the reaction efficiency is high for one pulsed light and the reaction efficiency is low for another pulsed light. When it is evaluated, it cannot be said that the reaction efficiency is sufficiently improved. The occurrence of such CEP deviation is considered to be caused by mismatching between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the laser light source (DJ Jones et al., “Carrier-Envelope Phase Control of Femtosecond Mode -Locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis ", SCIENCE Vol.288, p.635 (2000)).
また、例えば特許文献1に記載された光反応装置では、上記したようにレーザ光源から出射されたパルス光の波形をフィードバック制御している。しかしながら、このような制御方法では、共振器外に取り出されたパルス光における各波長間の位相関係等を調整することはできるが、CEPの調整を行うことはできない。すなわち、パルス光のCEPは共振器内でのレーザ発振機構に依存しているため、共振器外に出射されたパルス光のフィードバック制御によってはCEPは調整できない。
For example, in the photoreaction apparatus described in
これに対して、図1に示した光反応装置1Aでは、レーザ光源10の共振器内において位相速度と群速度との関係をフィードバック制御している。これにより、レーザ光源10から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを好適に制御することができるので、したがって、パルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。
On the other hand, in the photoreaction device 1A shown in FIG. 1, the relationship between the phase velocity and the group velocity is feedback controlled in the resonator of the
ここで、制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づいてレーザ光源10に対する好適な制御条件を演算して求めるが、その演算方法については、例えば、あらかじめ与えられた関係式等を用いた簡単な演算によって一意的に制御条件を決定する方法を用いることができる。
Here, the control
また、一般には、光反応の効率は反応物質固有の多くのパラメータが複雑に寄与しているため、簡単に演算によって一意的に制御条件を決定することは困難な場合が多い。その場合、制御演算装置30では、シミュレーテッドアニーリング法(焼き鈍し法)や遺伝子的アルゴリズムを用いて少しずつ励起光のパラメータを変化させていき、反応効率が所望の方向に増加、または減少した際にそのときの励起光のパラメータを確率的に採用していくことによって、最適な条件に近づけるという手法を用いることができる。
In general, since many parameters unique to the reactants contribute to the efficiency of the photoreaction, it is often difficult to determine the control conditions uniquely by simple calculation. In that case, the control
なお、非特許文献1には、パルス光のCEPを計測し、その計測値が所定の値となるようにレーザ光源をフィードバック制御することが記載されている。しかしながら、このような構成では、CEPを計測するためにその装置構成が大掛りとなる。また、パルス光を光反応に適用することを考えると、どのようなCEPのパルス光が所望の光反応に好適であるかは必ずしも明らかではない。これに対して、上記したように、反応評価部20による反応対象物に生じる光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源10から出射されるパルス光のCEPをフィードバック制御する構成によれば、光反応の種類などに応じて、その反応効率を効果的に高くすることができる。
光源制御装置35によるレーザ光源10の共振器内での位相速度と群速度との関係の制御方法について説明する。
A method for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the
位相速度と群速度との関係の制御方法としては、具体的には、レーザ媒質11に励起エネルギーを供給する励起装置19を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御する構成を用いることができる。すなわち、レーザ媒質11自体は本来非線形光学効果を有しているため、レーザ光の発振状態によって共振器内での波長分散などのパラメータが変化する。したがって、励起装置19から供給される励起エネルギー量を調整することにより、レーザ光源10の共振器内での位相速度と群速度とのマッチングを実現して、レーザ光源10から出射されるパルス光のCEPを制御することができる。
As a method for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity, specifically, a configuration in which the relationship between the phase velocity and the group velocity is controlled by controlling the
また、反射ミラー12、出力ミラー13からなるレーザ光源10の共振器内に設置された波長分散媒質14を制御することによって、位相速度と群速度との関係を制御する構成を用いても良い。例えば、図1に示した構成において、レーザ光源10の共振器内に設置された波長分散媒質14は、本来のレーザ発振動作においては直接の寄与を及ぼすものではないが、このような分散媒質14を共振器内に設置し、その分散を光源制御装置35によって調整することにより、レーザ光源10の共振器内での位相速度と群速度とのマッチングを実現して、パルス光のCEPを制御することができる。ただし、このような分散媒質14については、不要であれば共振器内に設置しない構成としても良い。
Further, a configuration in which the relationship between the phase velocity and the group velocity is controlled by controlling the
あるいは、レーザ光源10の共振器(主共振器)から取り出された光の位相または強度を変調して共振器内に戻すことによって、位相速度と群速度との関係を制御する構成を用いることも可能である。この場合、共振器を主共振器と副共振器とから構成し、主共振器から取り出された光を副共振器において変調する構成とすることが好ましい。
Alternatively, it is also possible to use a configuration in which the relationship between the phase velocity and the group velocity is controlled by modulating the phase or intensity of light extracted from the resonator (main resonator) of the
図3(a)〜(c)は、図1に示した光反応装置に用いられるレーザ光源の変形例を示す図である。図3(a)に示すレーザ光源10aは、レーザ媒質11と、レーザ媒質11を挟んで配置されて主共振器を構成している反射ミラー12、出力ミラー13とを有している。また、反射ミラー12が一部透過ミラーとなっており、反射ミラー12と全反射ミラー15とによって副共振器が構成されている。そして、この副共振器内において、反射ミラー12と全反射ミラー15との間に、分散制御機構として機能する光変調素子16が設置されている。
3A to 3C are diagrams showing modifications of the laser light source used in the photoreaction apparatus shown in FIG. A
このように、光の位相または強度を変調する光変調素子16を副共振器内に設置し、その変調特性を光源制御装置35によって調整することにより、レーザ光源10aの共振器内での位相速度と群速度とのマッチングを実現して、パルス光のCEPを制御することができる。また、レーザ光源10aでの共振器を二重共振器構造とし、光変調素子16を主共振器内ではなく副共振器内に設けることにより、レーザ発振の閾値などの発振特性への影響を抑えつつ、光の変調によるCEPの制御を実現することができる。
As described above, the
図3(a)に示した光変調素子16の具体的な構成の一例を図3(b)に示す。この例では、光透過性の媒質であってかつ波長に対して分散特性を有するくさび形状のプリズム16aを光変調素子16として、2個のプリズム16aを対向させて配置する。そして、副共振器内の光路に対してこれらのプリズム16aを出し入れすることによって、光がプリズム16a内を通過する光路長を調整して、その変調特性を制御する。また、光変調素子としては、これ以外にも様々なものを用いることができる。
An example of a specific configuration of the
図3(c)は、レーザ光源の他の変形例を示す図である。図3(c)に示すレーザ光源10bは、レーザ媒質11と、レーザ媒質11を挟んで配置されて主共振器を構成している反射ミラー12、出力ミラー13とを有している。また、反射ミラー12が一部透過ミラーとなっており、反射ミラー12と反射型の空間光変調器17とによって副共振器が構成されている。
FIG. 3C is a diagram showing another modification of the laser light source. A
副共振器内の光路上には、波長分解素子としてプリズム18が設置されている。主共振器から反射ミラー12を通過してプリズム18で波長分解された光は、波長成分毎に反射型光変調器17上の異なる位置に入射する。また、光変調器17では、その各位置での位相変調量が光源制御装置35によって制御されている。このような構成によっても、光の変調及びその制御を実現することができる。なお、光変調器として透過型のものを用い、別に反射ミラーを設置することによって副共振器を構成しても良い。
A
また、共振器内での光の変調については、位相変調ではなく強度変調としても良い。すなわち、レーザ光源の共振器内での発振はレーザ媒質を介在した非線形光学効果によるものである。したがって、例えば光変調素子によって強度変調を行うと、位相同期の条件にも変化を生じることとなり、パルス光のCEPを制御することが可能となる。 Further, the light modulation in the resonator may be intensity modulation instead of phase modulation. That is, the oscillation in the resonator of the laser light source is due to the nonlinear optical effect through the laser medium. Therefore, for example, when intensity modulation is performed by an optical modulation element, the phase synchronization condition also changes, and the CEP of the pulsed light can be controlled.
ここで、レーザ光源の共振器内に波長分散媒質を配置することによる位相制御について具体的に説明しておく。図4は、波長分散媒質の例としてBK7ガラスの屈折率特性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は光の波長λ(nm)を示し、縦軸は波長に依存した屈折率n(λ)を示している。 Here, the phase control by arranging the wavelength dispersion medium in the resonator of the laser light source will be specifically described. FIG. 4 is a graph showing the refractive index characteristics of BK7 glass as an example of the wavelength dispersion medium. In this graph, the horizontal axis represents the light wavelength λ (nm), and the vertical axis represents the wavelength-dependent refractive index n (λ).
このように波長に依存した屈折率n(λ)を有する媒質に対し、位相速度は光波が媒質を伝搬する速度であるから、c/n(λ)で表される。ここで、cは光速度である。これに対して、群速度はパルス光のエネルギーが移動する速度である。この群速度は、真空中のように屈折率が波長に依存しない空間を伝搬する場合には光速度cと一致するが、波長に依存した屈折率n(λ)を有する媒質中を伝搬する場合には一般に群速度は遅くなり、パルス光の中心波長をλ0としてc/{n(λ0)−λ0(dn(λ)/dλ)λ0}で表されるようになる。 For a medium having a refractive index n (λ) depending on the wavelength as described above, the phase velocity is a velocity at which a light wave propagates through the medium, and is represented by c / n (λ). Here, c is the speed of light. On the other hand, the group velocity is the velocity at which the energy of pulsed light moves. This group velocity coincides with the light velocity c when propagating in a space whose refractive index does not depend on the wavelength as in vacuum, but when propagating in a medium having a refractive index n (λ) depending on the wavelength. in general the group velocity becomes slower, so represented by c / a center wavelength of the pulsed light as λ 0 {n (λ 0) -λ 0 (dn (λ) / dλ) λ0} to.
上記の式からわかるように、媒質における屈折率の波長依存性が大きいほど、位相速度と群速度との違いが大きくなることがわかる。例えば、図4に示した屈折率特性を有するBK7ガラスでは、その媒質中での位相速度は波長λ=800nmにおいて1.986×108(m)であるのに対して、群速度は1.965×108(m)である。また、これらに起因する遅延時間差は媒質中での光の伝搬距離に依存するため、媒質中での光路長を長くするほど遅延時間差が広がることとなる。レーザ共振器においては、光波の伝搬速度に影響を与えるものとしてはレーザ媒質の屈折率、反射ミラーの波長分散など様々な要因が考えられるが、共振器内に波長分散媒質を配置し、その光路上での厚さを調整することにより、レーザ媒質の屈折率等の他の要因をも含めて、全体として位相速度と群速度との遅延時間差を調整することができる。 As can be seen from the above equation, the greater the wavelength dependency of the refractive index in the medium, the greater the difference between the phase velocity and the group velocity. For example, in the BK7 glass having the refractive index characteristic shown in FIG. 4, the phase velocity in the medium is 1.986 × 10 8 (m) at the wavelength λ = 800 nm, whereas the group velocity is 1. 965 × 10 8 (m). Further, since the delay time difference due to these depends on the propagation distance of light in the medium, the delay time difference becomes wider as the optical path length in the medium becomes longer. In a laser resonator, various factors such as the refractive index of the laser medium and the chromatic dispersion of the reflection mirror can be considered as factors that affect the propagation speed of the light wave. By adjusting the thickness on the road, it is possible to adjust the delay time difference between the phase velocity and the group velocity as a whole, including other factors such as the refractive index of the laser medium.
次に、反応評価部20の反応計測装置21による光反応の計測方法について説明する。
Next, a method for measuring a photoreaction by the
図5は、反応評価部20の構成の一例を示すブロック図である。図5に示す反応評価部20では、X線分光器21a及びX線検出器21bによって反応計測装置21が構成されている。例えば、光反応の反応対象物として、反応チャンバSに封入された希ガスであるAr(アルゴン)ガスを考える。このArガスに対して、例えば波長800nm近傍のパルス光を照射すると、パルス光に対して多光子過程によって高次高調波が発生する。この高次高調波は、10次以上(例えば13〜19次)でX線波長領域の光である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the
したがって、反応チャンバSから出射される特定波長の光(X線)をX線分光器21a及びX線検出器21bによって選択的に検出することにより、反応チャンバS内のArガスにおいて発生している光反応を計測して評価することができる。また、光反応に用いられるパルス光のCEPは、反応対象物において高効率で発生する高次高調波の次数に大きく影響する。したがって、X線波長領域の高次高調波をX線分光器21aで分光して特定次数の光の発生効率を観測することにより、パルス光のCEPを評価することができる。なお、X線波長領域の光を計測する構成としては、X線分光器を設置せずにX線検出器のみを用いる構成としても良い。また、X線検出器(光検出器)としては、パルスレーザ光の波長に対する感度が充分に小さいものを用いることが好ましい。
Therefore, light (X-rays) having a specific wavelength emitted from the reaction chamber S is selectively detected by the X-ray spectrometer 21a and the
図6は、反応評価部20の構成の他の例を示すブロック図である。図6に示す反応評価部20では、質量分析器21cによって反応計測装置21が構成されている。例えば、光反応の反応対象物として、反応チャンバSに封入された化学物質を考え、この化学物質にパルスレーザ光を照射した場合に光反応によって複数種類の物質が生成される可能性があるものとする。この場合、それらの複数種類の物質のうちで特定の物質の生成効率を計測することによって、光反応を評価することができる。図6に示した構成では、反応チャンバS内で光反応によって生成された物質を質量分析器21cによって特定し、その生成量等を計測して光反応を評価する。また、反応評価部20の反応計測装置21としては、図5、図6に示した構成以外にも、様々な構成を用いることができる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating another example of the configuration of the
図7は、本発明による光反応装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光反応装置1Bは、レーザ光源10、励起装置19、反応評価部20、制御演算装置30、及び光源制御装置35を備えている。これらのうち、レーザ光源10、励起装置19、制御演算装置30、及び光源制御装置35の構成については、図1に示したものと同様である。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the photoreaction apparatus according to the present invention. The
レーザ光源10からのパルス光によって光反応が発生する反応チャンバS内の反応対象物に対し、反応評価部20が設置されている。また、図7の構成においては、レーザ光源10の出力ミラー13と反応チャンバSとの間の光路上の所定位置に、レーザ光源10から出射されたパルスレーザ光の一部を所定の分岐比で分岐する光分岐ミラー22が設置されている。本実施形態における反応評価部20は、この光分岐ミラー22に対応して、反応生成装置23と、反応計測装置24とを有している。
A
光分岐ミラー22によって分岐されたパルス光は、反応評価部20の反応生成装置23に入射され、反応生成装置23においてパルス光によって第2の光反応が生じる。反応計測装置24は、この反応生成装置23で生じた第2の光反応を計測する。反応評価部20は、反応計測装置24による計測結果、及び反応チャンバS内の反応対象物で生じる光反応と反応生成装置23で生じる第2の光反応との相関を参照して、反応対象物に発生している光反応の反応効率等の反応条件を評価する。
The pulsed light branched by the
図7に示した光反応装置1Bにおける光反応制御方法について説明する。まず、励起装置19からレーザ媒質11に対して励起エネルギーを供給することによってレーザ光源10をレーザ動作させる。そして、レーザ光源10から出射された所定波長のパルスレーザ光を反応チャンバS内の反応対象物に照射する(光照射ステップ)。このとき、反応対象物において、パルス光の入射に起因する光反応が発生する。また、レーザ光源10から反応チャンバSに向けて出射されたパルス光の一部が光分岐ミラー22で分岐されて、反応評価部20の反応生成装置23へと導かれる(光分岐ステップ)。そして、反応生成装置23において、光分岐ミラー22から入射したパルス光による第2の光反応が生じる(反応生成ステップ)。
A photoreaction control method in the
次に、反応評価部20において、反応計測装置24によって反応生成装置23で生じた光反応について計測を行い(反応計測ステップ)、その計測結果を参照して反応チャンバS内の反応対象物に発生している光反応を評価する(反応評価ステップ)。制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づいて、レーザ光源10に対する好適な制御条件を演算して求める(制御演算ステップ)。そして、光源制御装置35は、求められた制御条件に基づいて、レーザ光源10における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する(光源制御ステップ)。これにより、レーザ光源10から出射されるパルス光におけるCEPが制御され、光反応の反応効率が所望の効率に保持される。
Next, in the
上記実施形態による光反応装置及び光反応制御方法の効果について説明する。 The effects of the photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the above embodiment will be described.
図7に示した光反応装置1B、及び上記した光反応制御方法においては、図1に示した光反応装置1Aと同様に、レーザ光源10の共振器内において光の位相速度と群速度との関係を制御することにより、レーザ光源10から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを好適に制御することができる。これにより、CEPが反応効率に影響するほどパルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。
In the
また、本実施形態においては、反応対象物での光反応ではなく、この光反応と相関を有する反応生成装置23での第2の光反応を計測することによって光反応を評価している。このような構成によっても、反応対象物での光反応を直接に計測する図1に示した構成と同様に、レーザ光源10からのパルス光によって反応対象物に生じる光反応を好適に評価することができる。
Further, in the present embodiment, the photoreaction is evaluated by measuring the second photoreaction in the
また、図7のように反応生成装置23を用いて光反応を評価する構成では、光分岐ミラー22などの光分岐手段によってパルス光の一部を分岐して光反応の計測に用いることが好ましい。あるいは、反応チャンバSを透過したパルス光を用いる構成とすることも可能である。また、両者の光路を随時切り換える構成とすることも可能である。
Moreover, in the structure which evaluates a photoreaction using the reaction production |
次に、反応評価部20の反応生成装置23及び反応計測装置24による光反応の計測方法について説明する。
Next, a photoreaction measurement method by the
反応生成装置23における第2の光反応を計測する図7の光反応装置1Bにおいても、図1の光反応装置1Aに関して説明した図5、図6と同様の構成を反応評価部20に適用することができる。
In the
図5に示した構成を図7の反応評価部20に適用する場合には、反応生成装置23を、Arガス等が封入された反応チャンバから構成する。また、反応計測装置24を、X線分光器及びX線検出器から構成する。このような構成において、光分岐ミラー22で分岐されたパルス光を反応生成装置23に照射するとX線波長領域の高次高調波が発生する。そして、この高次高調波を反応計測装置24のX線分光器及びX線検出器で検出することにより、反応生成装置23で発生している光反応、さらに反応チャンバS内の反応対象物で発生している光反応を評価することができる。
When the configuration shown in FIG. 5 is applied to the
また、図6に示した構成を適用する場合には、反応生成装置23を、化学物質が封入された反応チャンバから構成する。また、反応計測装置24を、質量分析器から構成する。このような構成において、光分岐ミラー22で分岐されたパルス光を反応生成装置23に照射することによって生成された物質を反応計測装置24の質量分析器によって特定し、その生成量等を計測することにより、反応生成装置23で発生している光反応、さらに反応チャンバS内の反応対象物で発生している光反応を評価することができる。また、これら以外にも、様々な構成を用いることができる。
When the configuration shown in FIG. 6 is applied, the
図8は、反応評価部20の構成の他の例を示すブロック図である。図8に示す反応評価部20では、波長変換媒質23aによって反応生成装置23が構成されるとともに、光検出器24aによって反応計測装置24が構成されている。波長変換媒質23aは、レーザ光源10からの所定波長のパルス光が入射したときに波長変換を生じさせる媒質である。そして、波長変換された光を光検出器24aで検出することにより、光反応を評価することができる。図5に示した構成を反応生成装置23及び反応計測装置24に適用した構成は、図8における波長変換に多光子過程による高次高調波を利用した例である。また、これ以外にも、様々な波長変換過程を利用することが可能である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating another example of the configuration of the
図9は、反応評価部20の構成の他の例を示すブロック図である。図9に示す構成は、図8に示した構成の他の例である。この反応評価部20では、テラヘルツ波(THz波)生成器23bによって反応生成装置23が構成されるとともに、テラヘルツ波検出器24bによって反応計測装置24が構成されている。テラヘルツ波生成器23bは、レーザ光源10からの所定波長のパルス光が入射したときにテラヘルツ電磁波を発生させるものである。そして、生成されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出器24bで検出することにより、光反応を評価することができる。この場合、パルス光のCEPを評価するためのパラメータとしては、テラヘルツ波の振幅、位相、偏光などが挙げられる。また、テラヘルツ波生成器23b、及びテラヘルツ波検出器24bとしては、例えば、EO結晶、スイッチ素子、半導体結晶などを用いることができる。
FIG. 9 is a block diagram illustrating another example of the configuration of the
なお、これらの例のように波長変換媒質を用いてパルス光のCEPを評価する構成においては、反応計測装置に用いられる検出器が波長変換媒質を含む構成としても良い。 In addition, in the structure which evaluates CEP of pulsed light using a wavelength conversion medium like these examples, it is good also as a structure in which the detector used for a reaction measuring device contains a wavelength conversion medium.
図10は、本発明による光反応装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光反応装置1Cは、レーザ光源10、励起装置19、反応生成装置23と反応計測装置24とを有する反応評価部20、制御演算装置30、光源制御装置35、光波形整形器41、及び光波形整形器制御装置36を備えている。これらのうち、レーザ光源10、励起装置19、反応評価部20、及び光源制御装置35の構成については、図7に示したものと同様である。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment of the photoreaction device according to the present invention. 1 C of photoreaction apparatuses by this embodiment are the
本実施形態においては、レーザ光源10の出力ミラー13と反応チャンバSとの間の光路上に、レーザ光源10から出射されたパルスレーザ光を波形整形する光波形整形器41が設置されている。
In the present embodiment, an
光波形整形器41におけるパルスレーザ光の波形整形条件は、制御演算装置30、及び光波形整形器制御装置36によって制御されている。すなわち、制御演算装置30は、レーザ光源10と併せて、光波形整形器41をも制御している。制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づき、所望の光反応の反応効率等を考慮して、充分な反応効率が得られるように光波形整形器41に対するフィードバック制御条件を演算して求める。
The waveform shaping condition of the pulse laser beam in the
制御演算装置30で求められた光波形整形器41の制御条件は、光波形整形器制御装置36へと入力される。光波形整形器制御装置36は、制御演算装置30から入力された制御条件に基づいて、光波形整形器41でのパルス光の波形整形条件を制御する。このように、レーザ光源10の外部に光波形整形器41を付加することにより、CEPの制御と並行してパルス光の波形が制御される。
The control condition of the
上記実施形態による光反応装置及び光反応制御方法の効果について説明する。 The effects of the photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the above embodiment will be described.
図10に示した光反応装置1C、及び上記した光反応制御方法においては、図1に示した光反応装置1A及び図7に示した光反応装置1Bと同様に、レーザ光源10の共振器内において光の位相速度と群速度との関係を制御することにより、レーザ光源10から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを好適に制御することができる。これにより、CEPが反応効率に影響するほどパルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。さらに、光波形整形器41においてパルス光の波形整形を行うことにより、最適なCEPの条件下でパルス光の時間波形を制御して、光反応の反応効率をさらに向上することができる。
In the photoreaction device 1C shown in FIG. 10 and the photoreaction control method described above, in the resonator of the
パルス光のCEPの制御を行うことは、図2(a)及び(b)に示した時間波形をフーリエ変換した周波数空間で考えると、その各周波数成分に対して位相の定数オフセットを制御することと等価であり、強度時間波形そのものは変化しない。これに対して、外部の光波形整形器41を用いて各周波数成分の位相項や振幅を並行して制御することにより、CEPと併せてパルス光の時間波形の制御を行うことができる。
Controlling the CEP of pulsed light is to control the constant offset of the phase for each frequency component when considering the time space shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) in the frequency space obtained by Fourier transform. The intensity time waveform itself does not change. On the other hand, by controlling the phase term and amplitude of each frequency component in parallel using the external
このような光波形整形器41としては、例えば、図11に示す構成のものを用いることができる。この光波形整形器41は、レーザ光源10側から順に回折格子41a、レンズ41b、空間光変調器41c、レンズ41d、及び回折格子41eを備えている。このような構成において、レーザ光源10から出射されたパルスレーザ光は、回折格子41aなどの分光手段によって一度周波数分解された後、SLMなどの空間光変調器41cで各周波数成分に対して振幅や位相変調が行われる。そして、空間光変調器41cで変調された光は、回折格子41eなどの分光手段によって再び同軸に戻されて、波形整形されたパルス光となる。なお、振幅変調を行う際には、偏光子や検光子、アパーチャ等を適宜付加すると良い。
As such an
図12は、本発明による光反応装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光反応装置1Dは、レーザ光源10、励起装置19、反応生成装置23と反応計測装置24とを有する反応評価部20、制御演算装置30、光源制御装置35、光波形整形器41、光増幅器42、光波形整形器制御装置36、及び光増幅器制御装置37を備えている。これらのうち、レーザ光源10、励起装置19、反応評価部20、及び光源制御装置35の構成については、図7に示したものと同様である。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the photoreaction device according to the present invention. The
本実施形態においては、レーザ光源10の出力ミラー13と反応チャンバSとの間の光路上に、レーザ光源10から出射されたパルスレーザ光を増幅する光増幅器42と、レーザ光源10から出射されたパルスレーザ光を波形整形する光波形整形器41とがこの順で設置されている。
In the present embodiment, an
光波形整形器41におけるパルスレーザ光の波形整形条件は、制御演算装置30、及び光波形整形器制御装置36によって制御されている。また、光増幅器42におけるパルスレーザ光の増幅条件は、制御演算装置30、及び光増幅器制御装置37によって制御されている。すなわち、制御演算装置30は、レーザ光源10と併せて、光波形整形器41及び光増幅器42をも制御している。
The waveform shaping condition of the pulse laser beam in the
制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づき、所望の光反応の反応効率等を考慮して、充分な反応効率が得られるように光波形整形器41に対するフィードバック制御条件を演算して求める。同様に、制御演算装置30は、反応評価部20による光反応の評価結果に基づき、所望の光反応の反応効率等を考慮して、充分な反応効率が得られるように光増幅器42に対するフィードバック制御条件を演算して求める。
The control
制御演算装置30で求められた光波形整形器41の制御条件は、光波形整形器制御装置36へと入力される。光波形整形器制御装置36は、制御演算装置30から入力された制御条件に基づいて、光波形整形器41でのパルス光の波形整形条件を制御する。このように、レーザ光源10の外部に光波形整形器41を付加することにより、CEPの制御と並行してパルス光の波形が制御される。
The control condition of the
また、制御演算装置30で求められた光増幅器42の制御条件は、光増幅器制御装置37へと入力される。光増幅器制御装置37は、制御演算装置30から入力された制御条件に基づいて、光増幅器42でのパルス光の増幅条件を制御する。このように、レーザ光源10の外部に光増幅器42を付加することにより、CEPの制御と並行してパルス光のエネルギーが制御される。
Further, the control condition of the
上記実施形態による光反応装置及び光反応制御方法の効果について説明する。 The effects of the photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the above embodiment will be described.
図12に示した光反応装置1D、及び上記した光反応制御方法においては、図1に示した光反応装置1A及び図7に示した光反応装置1Bと同様に、レーザ光源10の共振器内において光の位相速度と群速度との関係を制御することにより、レーザ光源10から出射されるパルス光の包絡線波形内でのCEPを好適に制御することができる。これにより、CEPが反応効率に影響するほどパルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能となる。さらに、光波形整形器41においてパルス光の波形整形を行うことにより、最適なCEPの条件下でパルス光の時間波形を制御して、光反応の反応効率をさらに向上することができる。さらに、光増幅器42においてパルス光の増幅を行うことにより、最適なCEPの条件下でパルス光のエネルギーを制御して、光反応の反応効率をさらに向上することができる。
In the
このような光増幅器42では、一般的に、以下に述べるチャープパルスアンプと呼ばれる構成が用いられる。図13は、光増幅器に用いられる分散光学系の一例を示す構成図である。この分散光学系43は、回折格子43a、43b、及び反射ミラー43cを備えている。このような分散光学系43を用い、回折格子43a、43bなどの分散素子によってパルス光に分散を与えてパルス光の幅を広げる。その後、幅が広げられたパルス光を光増幅素子に入射して単一パルス当たりのエネルギーを増幅する。そして、増幅された光に対して、回折格子などの分散素子によって先に与えた分散と逆符号の分散を与えて、再度短パルス光に圧縮する。このような分散光学系を用いることで、光増幅素子内でのエネルギーの飽和や光学素子のダメージを回避することができる。ただし、このような分散光学系については、不要であれば設けなくても良い。
Such an
なお、図10、図12にそれぞれ示した実施形態において、パルス光に分散を与える場合には、分散素子として複数の回折格子を用いることが多い。このとき、回折格子を配置する際の角度の精度が、得られるパルス光の品質に大きく寄与することが知られている。具体的には、回折格子等の配置角度が数マイクロラジアンのずれを起こすことにより、図14(a)に示すように、空間的に広がりを有するパルス光のパルス面(パルス光の空間分布)51と、パルス光の伝搬方向とが直交状態からずれるという現象が起きる。この状態のパルス光をレンズ52により集光すると、集光点53において空間的、及び時間的に小さな領域にパルス光のエネルギーを集中させることができない。
In each of the embodiments shown in FIGS. 10 and 12, when dispersion is applied to the pulsed light, a plurality of diffraction gratings are often used as the dispersion element. At this time, it is known that the accuracy of the angle when arranging the diffraction grating greatly contributes to the quality of the obtained pulsed light. Specifically, when the arrangement angle of the diffraction grating or the like is shifted by several microradians, as shown in FIG. 14A, the pulse surface of the pulsed light having a spatial spread (spatial distribution of the pulsed light) The phenomenon that 51 and the propagation direction of pulsed light deviate from an orthogonal state occurs. When the pulsed light in this state is condensed by the
このため、上記構成の光反応装置における制御演算装置30は、光波形整形器41や光増幅器42の内部にある分散素子の角度のアライメントについても同時に制御を行うことが好ましい。このような制御を行うことにより、図14(b)に示すように、パルス光のパルス面61と、パルス光の伝搬方向とが直交した状態にパルス光の伝搬状態を調整することができる。これにより、レンズ62による集光の結果、集光点63において空間的、及び時間的に集光した際にパルス光のエネルギーを充分に集中させることができる。ただし、光波形整形器41や光増幅器42での分散媒質のアライメントは、短期的に変動が生じることは少ないので、必ずしも常時制御を行わなくても良い。
For this reason, it is preferable that the control
本発明による光反応装置、及び光反応制御方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、反応評価部20における光反応の評価方法や、光源制御装置35によるレーザ光源10の制御方法等については、上記した例以外にも様々な方法を用いて良い。また、制御演算装置30において求められるレーザ光源10の制御条件については、具体的な反応対象物、光反応、及びその光反応とパルス光のCEPとの相関等の情報を参照して設定することが好ましい。
The photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various modifications are possible. For example, various methods other than the above-described examples may be used for the photoreaction evaluation method in the
また、図10、図12に示した実施形態では、反応評価部20が反応生成装置23及び反応計測装置24を有する図7の構成に対して光波形整形器41、光増幅器42等を付加しているが、反応評価部20が反応計測装置21を有する図1の構成に対して光波形整形器41、光増幅器42等を付加する構成としても良い。また、図12に示した実施形態において、光増幅器42及び光波形整形器41を配置する順序は逆であっても良く、また、光増幅器42のみを設置する構成としても良い。
In the embodiment shown in FIGS. 10 and 12, the
本発明による光反応装置、及び光反応制御方法は、パルス光でのCEPを制御することにより、パルス時間幅が短いパルス光を用いた場合であっても、光反応の反応効率を充分に向上することが可能な装置及び方法として利用可能である。 The photoreaction apparatus and the photoreaction control method according to the present invention sufficiently improve the reaction efficiency of photoreaction by controlling CEP with pulsed light even when pulsed light having a short pulse time width is used. It can be used as an apparatus and method that can be used.
1A、1B、1C、1D…光反応装置、10…パルスレーザ光源、11…レーザ媒質、12…反射ミラー、13…出力ミラー、14…波長分散媒質、15…反射ミラー、16…光変調素子、17…光変調器、18…プリズム、19…励起装置、20…反応評価部、21…反応計測装置、22…光分岐ミラー、23…反応生成装置、24…反応計測装置、30…制御演算装置、35…光源制御装置、36…光波形整形器制御装置、37…光増幅器制御装置、41…光波形整形器、42…光増幅器、43…分散光学系。
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、
前記反応評価手段による前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段と
を備え、
前記反応評価手段は、前記パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成手段と、前記反応生成手段で生じた前記第2の光反応を計測する反応計測手段とを有し、前記反応計測手段による計測結果、及び前記反応対象物で生じる前記光反応と前記反応生成手段で生じる前記第2の光反応との相関を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、
前記反応生成手段は、前記パルス光が入射したときに波長変換を生じさせる波長変換媒質を有し、前記反応計測手段は、前記波長変換媒質によって波長変換された光を検出する光検出器を有して構成されていることを特徴とする光反応装置。 A laser light source that emits pulsed light of a predetermined wavelength that is irradiated to the reaction object;
A reaction evaluation means for evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
Control calculation means for calculating and obtaining control conditions for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means;
A light source control means for controlling a relationship between a phase velocity and a group velocity in a resonator in the laser light source based on the obtained control condition ;
The reaction evaluation unit includes a reaction generation unit that causes the pulsed light to enter to generate a second photoreaction, and a reaction measurement unit that measures the second photoreaction generated by the reaction generation unit, The light generated in the reaction object with reference to the measurement result by the reaction measurement means and the correlation between the photoreaction generated in the reaction object and the second photoreaction generated in the reaction generation means While evaluating the reaction efficiency of the reaction,
The reaction generation means has a wavelength conversion medium that causes wavelength conversion when the pulsed light is incident, and the reaction measurement means has a photodetector that detects light converted by the wavelength conversion medium. photoreaction and wherein that you have been configured.
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、 A reaction evaluation means for evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
前記反応評価手段による前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、 Control calculation means for calculating and obtaining control conditions for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means;
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段と Light source control means for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the laser light source based on the obtained control condition;
を備え、With
前記反応評価手段は、前記反応対象物で生じた前記光反応を計測する反応計測手段を有し、前記反応計測手段による計測結果を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、 The reaction evaluation unit includes a reaction measurement unit that measures the photoreaction generated in the reaction object, and refers to a measurement result by the reaction measurement unit, and the photoreaction occurring in the reaction object. While evaluating the reaction efficiency of
前記反応計測手段は、前記反応対象物で発生された高次高調波を検出する光検出器を有して構成されていることを特徴とする光反応装置。 The photoreaction apparatus characterized in that the reaction measuring means includes a photodetector for detecting high-order harmonics generated in the reaction object.
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価手段と、 A reaction evaluation means for evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
前記反応評価手段による前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、 Control calculation means for calculating and obtaining control conditions for the laser light source based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means;
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御手段と Light source control means for controlling the relationship between the phase velocity and the group velocity in the resonator of the laser light source based on the obtained control condition;
を備え、With
前記反応評価手段は、前記反応対象物で生じた前記光反応を計測する反応計測手段を有し、前記反応計測手段による計測結果を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、 The reaction evaluation unit includes a reaction measurement unit that measures the photoreaction generated in the reaction object, and refers to a measurement result by the reaction measurement unit, and the photoreaction occurring in the reaction object. While evaluating the reaction efficiency of
前記反応計測手段は、前記反応対象物で生成された物質を特定し、その生成量を計測する質量分析器を有して構成されていることを特徴とする光反応装置。 The photoreaction apparatus characterized in that the reaction measurement means includes a mass analyzer that identifies a substance produced by the reaction object and measures the amount produced.
求められた前記制御条件に基づいて、前記光波形整形器における前記パルス光の波形を制御する光波形整形器制御手段を備えることを特徴とする請求項10記載の光反応装置。 The control calculation means calculates and obtains a control condition for the optical waveform shaper based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means,
The photoreaction apparatus according to claim 10 , further comprising: an optical waveform shaper control unit that controls a waveform of the pulsed light in the optical waveform shaper based on the obtained control condition.
求められた前記制御条件に基づいて、前記光増幅器における前記パルス光の増幅を制御する光増幅器制御手段を備えることを特徴とする請求項12記載の光反応装置。 The control calculation means calculates and obtains a control condition for the optical amplifier based on the evaluation result of the photoreaction by the reaction evaluation means,
13. The photoreaction apparatus according to claim 12 , further comprising optical amplifier control means for controlling amplification of the pulsed light in the optical amplifier based on the obtained control condition.
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、
前記反応評価ステップにおける前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップと
を備え、
前記反応評価ステップは、前記パルス光を入射して第2の光反応を生じさせる反応生成ステップと、前記反応生成ステップで生じた前記第2の光反応を計測する反応計測ステップとを有し、前記反応計測ステップによる計測結果、及び前記反応対象物で生じる前記光反応と前記反応生成ステップで生じる前記第2の光反応との相関を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、
前記反応生成ステップにおいて、前記パルス光が入射したときに波長変換を生じさせる波長変換媒質を用い、前記反応計測ステップにおいて、前記波長変換媒質によって波長変換された光を検出することを特徴とする光反応制御方法。 A light irradiation step of irradiating a reaction object with pulsed light of a predetermined wavelength emitted from a laser light source;
A reaction evaluation step of evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
Based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, a control calculation step for calculating and obtaining a control condition for the laser light source;
A light source control step for controlling a relationship between a phase velocity and a group velocity in a resonator in the laser light source based on the obtained control condition ;
The reaction evaluation step includes a reaction generation step in which the pulsed light is incident to generate a second photoreaction, and a reaction measurement step in which the second photoreaction generated in the reaction generation step is measured. The light generated in the reaction target with reference to the measurement result in the reaction measurement step and the correlation between the photoreaction generated in the reaction target and the second photoreaction generated in the reaction generation step. While evaluating the reaction efficiency of the reaction,
In Reaction generating step, using the wavelength conversion medium to generate a wavelength conversion when the pulsed light is incident, in the reaction measurement step, characterized that you detect light whose wavelength is converted by the wavelength converting medium Photoreaction control method.
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、 A reaction evaluation step of evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
前記反応評価ステップにおける前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、 Based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, a control calculation step for calculating and obtaining a control condition for the laser light source;
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップと A light source control step for controlling the relationship between the phase velocity in the resonator and the group velocity in the laser light source based on the obtained control condition;
を備え、With
前記反応評価ステップは、前記反応対象物で生じた前記光反応を計測する反応計測ステップを有し、前記反応計測ステップによる計測結果を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、 The reaction evaluation step includes a reaction measurement step for measuring the photoreaction generated in the reaction object, and the photoreaction occurring in the reaction object with reference to a measurement result in the reaction measurement step. While evaluating the reaction efficiency of
前記反応計測ステップにおいて、前記反応対象物で発生された高次高調波を検出することを特徴とする光反応制御方法。 In the reaction measurement step, a high-order harmonic generated in the reaction object is detected.
前記パルス光によって前記反応対象物に生じる光反応を評価する反応評価ステップと、 A reaction evaluation step of evaluating a photoreaction generated in the reaction object by the pulsed light;
前記反応評価ステップにおける前記光反応の評価結果に基づいて、前記レーザ光源に対する制御条件を演算して求める制御演算ステップと、 Based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, a control calculation step for calculating and obtaining a control condition for the laser light source;
求められた前記制御条件に基づいて、前記レーザ光源における共振器内での位相速度と群速度との関係を制御する光源制御ステップと A light source control step for controlling the relationship between the phase velocity in the resonator and the group velocity in the laser light source based on the obtained control condition;
を備え、With
前記反応評価ステップは、前記反応対象物で生じた前記光反応を計測する反応計測ステップを有し、前記反応計測ステップによる計測結果を参照して、前記反応対象物に発生している前記光反応の反応効率を評価するとともに、 The reaction evaluation step includes a reaction measurement step for measuring the photoreaction generated in the reaction object, and the photoreaction occurring in the reaction object with reference to a measurement result in the reaction measurement step. While evaluating the reaction efficiency of
前記反応計測ステップにおいて、前記反応対象物で生成された物質を質量分析器によって特定し、その生成量を計測することを特徴とする光反応制御方法。 In the reaction measurement step, a substance generated by the reaction object is specified by a mass spectrometer, and the amount of the generated substance is measured.
求められた前記制御条件に基づいて、前記光波形整形器における前記パルス光の波形を制御する光波形整形器制御ステップを備えることを特徴とする請求項23記載の光反応制御方法。 In the control calculation step, based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, the control condition for the optical waveform shaper used in the optical waveform shaping step is calculated and obtained,
The optical reaction control method according to claim 23 , further comprising: an optical waveform shaper control step for controlling a waveform of the pulsed light in the optical waveform shaper based on the obtained control condition.
求められた前記制御条件に基づいて、前記光増幅器における前記パルス光の増幅を制御する光増幅器制御ステップを備えることを特徴とする請求項25記載の光反応制御方法。 In the control calculation step, based on the evaluation result of the photoreaction in the reaction evaluation step, the control condition for the optical amplifier used in the optical amplification step is calculated and obtained,
26. The optical reaction control method according to claim 25 , further comprising an optical amplifier control step for controlling amplification of the pulsed light in the optical amplifier based on the obtained control condition.
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