Molecular laser isotope separation without tunable lasers; Isotope-selective ionization of N isotopologues using femtosecond laser-induced molecular alignment

波長可変レーザー不要の分子レーザー同位体分離; フェムト秒レーザーによる分子整列を利用したN同位体分子の選択的イオン化

赤木 浩; 笠嶋 辰也*; 熊田 高之   ; 板倉 隆二; 横山 淳; 長谷川 宗良*; 大島 康裕*

Akagi, Hiroshi; Kasajima, Tatsuya*; Kumada, Takayuki; Itakura, Ryuji; Yokoyama, Atsushi; Hasegawa, Hirokazu*; Oshima, Yasuhiro*

フェムト秒パルスレーザーによる分子回転制御を利用した、波長可変レーザー不要の同位体分離を提案し、N分子に対して実証した。真空チャンバー内で直線偏光・短パルスレーザーをNとNの混合ガスに対して照射し、回転コヒーレンス状態を生成する。その後、一方の同位体分子の軸が揃う時刻に、再度、直線偏光・短パルスレーザー光を照射することで、選択的にイオン化した。各同位体のイオン生成量を2つのパルス間の遅延時間を走査しながら測定した結果、その比が0.85-1.22と変化した。さらに、4つのパルスを共通の回転周期(127.5ps)間隔で照射して同位体分子の回転コヒーレンス状態を形成することで、イオン収量比I(N)/I(N)は0.49-2.00の範囲で変化し、1パルスによる分子整列を用いた結果より変動幅を大きくすることに成功した。

We propose a laser isotope separation method without tunable lasers, and demonstrate isotope selective ionization of nitrogen isotopologues. This method is based on molecular alignment and angular dependent ionization. A non-resonant femtosecond (fs) laser pulse with a linear polarization creates rotational wave packets in the isotopologues. These wave packets periodically exhibit aligned and antialigned distributions at specific time delays. At a specific time delay when one isotopologue is aligned and the other one is anti-aligned, another non-resonant linearly-polarized fs laser pulse (ionization pulse) ionizes the aligned isotopologue preferentially via the non-resonant multiphoton ionization, because of angular dependence of the N ionization probability. The ion yield ratio R [= I(N) / I(N)] depends on the time delay, ranging from 0.68 to 1.41.