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論文

Terahertz absorption spectroscopy of protein-containing reverse micellar solution

村上 洋; 豊田 祐司*; 西 孝樹*; 菜嶋 茂喜*

Chemical Physics Letters, 519-520, p.105 - 109, 2012/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:44.36(Chemistry, Physical)

THz領域にある蛋白質の原子の集団運動である低周波振動運動はその生体機能に重要な役割を果たすと考えられており、中性子非弾性散乱やTHz波分光などにより実験研究が行われてきた。しかし、一つの問題がある。ほとんどが凍結乾燥試料など非水溶液試料を対象にしていることである。一方、フェムト秒レーザーにより発生されたTHz波は、ピコ秒程度のパルス幅を持つことから、ポンプ・プローブTHz分光により、機能発現している過程中の蛋白質の低周波振動運動などを調べることが期待できる。生体中で蛋白質は水溶液中に存在し、酵素反応,フォールディングや変性など大きな構造変化が起こる場合などを調べるときには水溶液中蛋白質を対象にする必要がある。しかし、水によるTHz波の吸収は非常に強く、蛋白質水溶液を透過型THz時間領域分光で測定するのは困難である。われわれはタンパク質水溶液を逆ミセル内に閉じこめ、溶媒のほとんどをTHz波の吸収の低い油にすることにより、溶液中で蛋白質起因の吸収スペクトルを得ることに成功した。

論文

Proton generation and terahertz radiation from a thin-foil target with a high-intensity laser

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Ma, J.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.702 - 705, 2010/09

高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線,高次高調波,テラヘルツ(THz)波などが発生する。特に高エネルギー陽子については、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。本研究では、薄膜ターゲット照射による陽子ビームとTHz波の同時発生について調べた。原子力機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用いて、薄膜ターゲットへの照射実験を行った。その結果、ターゲット裏面方向の陽子とレーザー反射方向のTHz波の同時発生を測定した。また、プリプラズマを抑制することで陽子の高エネルギー化を確認した。

論文

Dependence on chirp rate and spectral resolution of the terahertz field pulse waveform measured by electro-optic detection using a chirped optical pulse and a spectrometer and its effect on terahertz spectroscopy

村上 洋; 清水 広平*; 桂田 雅章; 菜嶋 茂喜*

Journal of Applied Physics, 104(10), p.103111_1 - 103111_7, 2008/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:74.75(Physics, Applied)

Single-shot measurement of a terahertz field pulse waveform by electro-optic sampling using a chirped optical pulse and a spectrometer was demonstrated by Jiang et al. We have performed an experimental and theoretical investigation into the dependence of the waveform thus measured on the chirp rate and spectral resolution. It was found that the waveform exhibits multicyclic behavior at a chirped pulse width of over 10 ps for the monocyclic original terahertz field, while it approaches the monocyclic behavior with decreasing pulse width. Further, broadening of the spectral resolution of the spectrometer gives rise to a monocyclic waveform in the chirp-rate range where the waveform is expected to be multicyclic. The theoretical results were found to be consistent with measured ones. Finally, we examined the spectral bandwidth and resolution of terahertz spectroscopy using this method.

論文

Simultaneous generation of a proton beam and terahertz radiation in high-intensity laser and thin-foil interaction

匂坂 明人; 大道 博行; 菜島 茂喜*; 織茂 聡; 小倉 浩一; 森 道昭; 余語 覚文; Ma, J.-L.; 大東 出; Pirozhkov, A. S.; et al.

Applied Physics B, 90(3-4), p.373 - 377, 2008/03

 被引用回数:57 パーセンタイル:6.89(Optics)

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギーのイオンや電子,X線,テラヘルツ領域の電磁波などが発生する。高エネルギー粒子とテラヘルツ波を同時に発生させることで、粒子単独で発生させた場合とは異なる利用研究が期待される。本研究では、プロトンとテラヘルツ波の同時発生を目的として実験を行った。日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(JLITE-X)を用いて、チタンの薄膜ターゲットに照射した。集光強度は、ビームウエストで$$sim$$2$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$であった。レーザーのプリパルスに対するプロトンとテラヘルツ波発生の依存性を調べた結果、プリパルスを抑制することでプロトンとテラヘルツ波が同時に発生していることがわかった。

論文

Intense femto-second laser-driven X-ray source coupled with multiple directional quantum beams for applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 余語 覚文; 森 道昭; Li, Z.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

X-Ray Lasers 2006; Springer Proceedings in Physics, Vol.115, p.595 - 605, 2007/00

現在、関西光科学研究所に設置されている超短パルス高強度レーザーを用いた量子ビーム発生実験を行っている。すなわちレーザーを厚さ数ミクロンの薄膜に照射することにより、プロトン,X線,テラヘルツ波,電子線が発生する。これらは時間同期がきちんととれており、時間幅も1ピコ秒以下であり、するどい指向性を有し輝度も高い。これらを組合せることにより、極めて新しいポンプ-プローブ計測等が可能になると考えられる。これら研究の現状と今後の方向について報告する。

口頭

光ポンプ・テラヘルツプローブ分光システムの開発; テラヘルツ波時間波形のシングルショット計測

清水 広平; 桂田 雅章; 村上 洋; 菜島 茂喜*; 細田 誠*

no journal, , 

テラヘルツ(THz)領域に存在する蛋白質の低周波振動は蛋白質の機能に関係するのではないかと考えられており、現在、さまざまな蛋白質を対象に中性子非弾性散乱測定が行われている。しかしこれらの測定は熱平衡状態にある蛋白質を対象としており、実際に生体機能を果たしている蛋白質を対象にするものではない。そこでわれわれはTHz波パルスを用いた光ポンプ・THz プローブ分光システムを開発し、蛋白質の機能研究などに応用することを目的とし研究を行っている。光ポンプ・THz プローブ分光に従来のTHz-TDSを適用した場合、測定に膨大な時間を要することになり、さらに光励起に対して測定の繰り返し周期内で初期状態に戻らない試料の測定は困難となる。そこでZhangらが提案した方法を用いてチャープパルスを用いたTHz波シングルショット分光システムの開発を実施したので報告する。従来の時間領域測定(delay scan)により得られるTHz波時間波形はほぼモノサイクルであるのに対して、シングルショット検出では数サイクルのパルス波形が得られた。この結果を数値計算により再現できることを示した。

口頭

超短パルス高強度レーザーを用いたプロトンとテラヘルツ波の同時発生

匂坂 明人; 大道 博行; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 森 道昭; 余語 覚文; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギーのイオンや電子,X線,テラヘルツ領域の電磁波などが発生する。高エネルギー粒子とテラヘルツ波を同時に発生させることで、粒子単独で発生させた場合とは異なる利用研究が期待される。本研究では、プロトンとテラヘルツ波の同時発生を目的として実験を行った。日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(JLITE-X)を用いて、チタンの薄膜ターゲットに照射した。集光強度は、ビームウエストで2$$sim$$3$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$であった。プロトン計測と同時にレーザーのプリパルスにより生成されるプリフォームドプラズマを干渉計測により測定した。プリフォームドプラズマサイズに対するプロトン発生の依存性を調べた結果、プリフォームドプラズマを抑制することでプロトンの発生量が大きく変化することがわかった。そして、プロトン発生に最適なプリフォームドプラズマ条件において、テラヘルツ波の発生していることがわかった。講演では、得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

口頭

テラヘルツ波パルスを用いたポンプ・プローブ分光装置の開発と溶液系への応用,2

清水 広平; 桂田 雅章; 村上 洋; 菜嶋 茂喜*; 細田 誠*

no journal, , 

本研究の目的はテラヘルツ波パルスを用いて、光ポンプ-テラヘルツプローブ分光システムを開発し、非平衡状態にある溶液や蛋白質などの低周波振動状態の時間変化を測定し、化学反応や生体機能の機構を調べることである。そのために、THz波スペクトルのシングルショット検出を目指し、チャープパルスを用いたマルチチャンネル検出システムの開発を行った。今回の発表では、(1)蛋白質ミオグロビン及びDNA薄膜についてテラヘルツ領域の吸収スペクトル信号を得るための試料条件探索,(2)試料の機能状態変化前後のスペクトル変化測定,(3)吸収スペクトル測定の信号・雑音比を改善するために実施したテラヘルツ波ダブルビーム計測装置の開発について報告する。

口頭

Generation of high-energy proton and electromagnetic waves with a high-intensity laser

匂坂 明人; 大道 博行; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.-L.; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 森 道昭; 西内 満美子; 河内 哲哉; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギーのイオンや電子,X線,高次高調波,テラヘルツ領域の電磁波などが発生する。このうち、高エネルギーイオンは、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。そして、高エネルギー陽子とテラヘルツ波又は高次高調波を同時に発生させることで、陽子単独で発生させた場合とは異なる利用研究が期待される。高エネルギー陽子とテラヘルツ波の同時発生実験では、日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(JLITE-X)を用いて、厚さ5$$mu$$mのチタンの薄膜ターゲットに照射した。メインパルス直前にある自然放出光の増幅パルスの時間幅を制御することで、高エネルギー陽子とテラヘルツ波の同時発生を確認した。また、高エネルギー陽子と高次高調波の同時発生実験では、電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザーを用いて、厚さ7.5$$mu$$mのポリイミドの薄膜ターゲットに照射した。ターゲット照射位置をレーザーのビームウエスト位置からずらして行くことで、高エネルギー陽子と紫外高次高調波の同時発生を観測した。

口頭

逆ミセルを用いたタンパク質水溶液のテラヘルツ分光

豊田 祐司; 西 孝樹; 村上 洋; 菜嶋 茂喜*; 細田 誠*

no journal, , 

タンパク質はテラヘルツ(THz)波領域に原子集団の協同的運動に起因する低周波振動を示し、タンパク質の生体機能に役割を果たすと考えられている。水溶液試料では、水からの背景信号が大きく、タンパク質起因の信号を得ることが困難なために、凍結乾燥試料を対象にTHz分光や中性子非弾性散乱により測定されてきた。しかし、タンパク質は水溶液中で機能を果たすために、水溶液を対象にした測定が必要である。そこで、われわれはタンパク質ミオグロビン逆ミセルを調整し、THz分光を行った。逆ミセル溶液では逆ミセル中に水溶液が存在でき、溶媒はTHz波の吸収が小さい油であるため、タンパク質起因の信号が得られることが期待できる。測定はTHz時間領域分光法を用い、ダブルセル測定装置の開発とともにデータの統計的解析を実施することでデータの信頼性を向上させた。講演では逆ミセルを用いることによりTHz領域で得られたタンパク質の吸収スペクトルが得られることを示すとともに解析結果を議論する。

口頭

薄膜ターゲットを用いた高エネルギー陽子とテラヘルツ波の発生

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 余語 覚文; 大東 出; 西内 満美子; 森 道昭; 菜嶋 茂喜*; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギーのイオンや電子,X線,高次高調波,テラヘルツ(THz)波などが発生する。薄膜ターゲットを用いた高エネルギー粒子と電磁波の同時発生により、粒子単独で発生させた場合とは異なる利用研究が期待される。本研究では、プロトンとTHz波の同時発生を目的として実験を行った。韓国の光州科学技術院(GIST)設置のチタンサファイアレーザーを用いて、ポリイミドの薄膜ターゲット(厚さ7.5$$mu$$m)に照射した。レーザーの集光強度は、ビームウエストで$$sim$$1.5$$times$$10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$であった。ビームウエスト位置に対してターゲット位置を変え、プロトンとTHz波の発生量を調べた。その結果、ターゲット位置に依存して、プロトンとTHz波の発生量が大きく変化することがわかった。講演では、得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

口頭

高強度レーザー・プラズマ相互作用により発生する長波長電磁放射の観測

神門 正城; 菜嶋 茂喜*; Pirozhkov, A. S.; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Bulanov, S. V.

no journal, , 

400mJ-1J, 30fsのレーザーパルスをヘリウムガスターゲットに10$$^{19}$$W/cm$$^2$$に集光し、THz領域の電磁放射をDTGS検出器を用いて計測を行った。レーザープラズマ相互作用では、さまざまな機構によりTHz領域の電磁波が生成されると考えられているが、われわれは、レーザー光がプラズマ中でエネルギーを消耗する領域で生成されるソリトンと呼ばれる機構からの放射に着目している。プローブ光を用いた計測では、ソリトン構造と思われる構造を観測した。レーザー集高強度向上とコントランスと向上に伴い、ノイズ放射も増大しており、この分離状況について報告する。

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