GEMINI-2D｜2次元電子分光（2DES）用 超安定フェムト秒干渉計

フェムト秒レーザーを用いた2次元電子分光を、シンプルかつ高安定に

GEMINI-2Dは、フェムト秒レーザーパルスから位相ロックされた2つのパルスを生成し、その相対的な時間遅延を高精度に制御します。既存のPump-Probe分光システムにGEMINI-2Dを組み込むことで、2次元電子分光（2D ES）測定へ拡張できます。2D ESでは、励起周波数と検出周波数の相関を2次元スペクトルとして取得することで、通常の1次元分光では重なって見える電子遷移や、エネルギー移動・状態間の結合などを解析できます。

GEMINI-2Dの特徴

GEMINI-2Dの原理は、NIREOSが採用する特許技術TWINSをベースとした共通光路型の干渉計です。2つの超短パルス間の遅延を変化させながらも、光学系を通過する材料の総厚を一定に保つ構造により、パルスの到達時間および分散を安定して維持します。
この特性により、試料との非線形光学相互作用より前に干渉計を配置する必要がある2DESに適しています。

位相ロックされた2つのフェムト秒パルスを生成

GEMINI-2Dは、入射したフェムト秒パルスから2つの位相ロックされたパルスを生成します。その間隔（コヒーレンス時間）を高精度に制御しながら試料へ照射することで、2DESに必要な干渉性の高いパルスシーケンスを構成します。

既存のPump-Probeシステムを2DESへ拡張

GEMINI-2DをPump-Probe分光装置のPumpビーム側に配置することで、既存システムを2DES測定系へ拡張します。GEMINI-2Dが2本のPumpパルスを生成し、試料からの非線形光学応答を時間・周波数領域で測定することで、2次元電子スペクトルを取得します。
 
詳細は以下の論文もご参照ください。
Phase-locked pulses for two-dimensional spectroscopy by a birefringent delay line

2次元電子分光（2DES）とは？

2次元電子分光は、超高速な電子状態のダイナミクスを調べるための非線形光学分光法です。通常の吸収・蛍光・Pump-Probe分光では、主として1つの周波数軸でスペクトルを観察します。一方、2DESでは、励起周波数 × 検出周波数の2次元スペクトルを取得します。これにより、スペクトル上で重なっている複数の電子遷移を分離したり、異なる状態間の結合やエネルギー移動を解析したりすることが可能になります。

アプリケーション

• 超高速電子ダイナミクス：フェムト秒～ピコ秒領域で進行する電子状態の変化を2次元スペクトルとして追跡します。
• エネルギー移動・励起子ダイナミクス：複数の電子状態・励起状態間の相関を2Dスペクトルのクロスピークとして観察できます。
• 半導体・ペロブスカイト：キャリア緩和、電子・正孔ダイナミクス、励起子相互作用などの超高速現象の研究に利用されています。
• 光合成・分子系：光合成系など複数の電子状態が相互作用する複雑な系において、励起エネルギー移動や状態間の結合を解析できます。

NIREOS GEMINI-2D Brochure（日本語）
NIREOS GEMINI-2D Brochure（英語）