ポンプ-プローブ分光法

ポンプ-プローブ分光法

ポンプ-プローブ分光法は、ピコ秒からアト秒という極めて短い時間領域で起こる現象を研究するための基盤となる技術であり、特に光化学分野で広く用いられています。この手法は、超短パルスレーザーを用いた過渡吸収分光法の一種であり、化学反応が進行する過程をリアルタイムで観測することを可能にします。

原理

ポンプ-プローブ分光法では、ポンプ光と呼ばれる光パルスで物質を励起し、その後にプローブ光と呼ばれる別の光パルスを用いて物質の状態を観測します。ポンプ光とプローブ光の両方に非常に短いパルス光を用いることで、時間分解能をフェムト秒（1000兆分の1秒）オーダーまで高めることができます。プローブ光を照射するタイミングを変化させることで、光反応の開始から終了までの過程、すなわち過渡的な化学種（反応中間体など）の生成や消失を追跡することができます。また、照射タイミングを固定することで、反応中間体の電子状態を詳細に観測することも可能です。

ポンプ-プローブ分光法は、反応の瞬間を切り取って観測できる点において高く評価されています。この手法自体は1949年にジョージ・ポーターらによって導入されましたが、当時はマイクロ秒（100万分の1秒）単位の時間分解能しかありませんでした。1960年にレーザーが発明され、その後の発展によってフェムト秒単位という、より高い時間分解能が得られるようになりました。

ポンプ光とプローブ光のパルス幅を短くしたり、波長を変換したりするためには、超短パルスレーザーの非線形光学効果が利用されます。これにより時間分解能が向上しています。また、プローブ光の発生には、光パラメトリック効果が用いられることもあります。

関連事項

超高速レーザー分光法
フェムト秒化学
レーザー
コヒーレント分光：非線形光学現象を利用した分光法（フォトンエコー分光法、コヒーレントラマン分光法など）の総称。
アハメッド・ズウェイル：フェムト秒分光学を用いた化学反応の遷移状態の研究により、1999年にノーベル化学賞を受賞。
ジョージ・ポーター：超短時間エネルギーパルスによる高速化学反応の研究により、1967年にノーベル化学賞を受賞。

参考文献

* 東京大学 濵口研究室HP (http://hamalab.com/index.html) (2014年12月24日閲覧)

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