GEMINI｜高スループットFT分光・時間分解蛍光分光用干渉計

高スループットで広帯域スペクトルを取得するFT（フーリエ変換）分光用干渉計

NIREOS GEMINIは、特許技術TWINS（Translating-Wedge-based Identical pulses eNcoding System）を採用した、コンパクトなフーリエ変換（FT）分光用干渉計です。
入力された光を2つの光レプリカに分け、その間の時間遅延を高精度に掃引することで得られる干渉信号をフーリエ変換し、光のスペクトルを取得します。
一般的な分光器ではグレーティングや入力・出力スリットを使用していますが、光のロスがあるためスループットを犠牲にしがちです。
一方、Genimiではグレーティングや入力・出力スリットはなく、高い光スループットと広いスペクトル帯域を両立しています。蛍光などの微弱光測定をはじめ、時間分解蛍光分光（TRES）、励起・蛍光マッピング（EEM）、Raman、Pump-Probeなど、さまざまな分光システムに組み込むことができます。
また、GEMINIは既存の分光・蛍光測定系に追加して簡単に使用できることも大きな特長です。

GEMINIの主な特長

• 高スループット：グレーティングを使用しないFT方式
• 広帯域：標準400～2300 nm、オプションで250～3500 nmなどに対応
• 可変スペクトル分解能：測定条件に応じて分解能を設定
• 高い安定性・再現性：共通光路型のコンパクトな干渉計
• コンパクト・軽量：176 × 44 × 54.5 mm、約500 g
• 既存システムへ組み込み可能：サンプルと検出器の間などに追加して使用可能
• 時間分解蛍光分光に対応：TCSPCと組み合わせてTRESを構築可能

GEMINIは「分光器」ではなく「分光機能を追加する干渉計」

既存の光学系にGEMINIを追加してスペクトル情報を取得

GEMINIは、一般的な分光器のように単体ですべての測定を完結させる装置ではありません。既存の光学系・検出器にGEMINIを組み込むことで、入力光のスペクトル情報を取得するための干渉計です。
例えば蛍光測定では、《試料 → GEMINI → 検出器》のように配置することで、検出器で取得した光にスペクトル情報を付加できます。
特にTRES（Time-Resolved Emission Spectroscopy時間分解発光分光）では、《パルスレーザー → 試料 → GEMINI → SPAD/PMT → TCSPC》という構成にすることで、時間情報とスペクトル情報を組み合わせた蛍光測定が可能になります。

グレーティング・スリットを使わないFT分光

一般的なモノクロメータでは、グレーティングやスリットによって特定の波長成分を選択します。一方、GEMINIはフーリエ変換型の分光方式を採用し、入力光の干渉信号を取得してスペクトルを算出します。入力・出力スリットやグレーティングを使用しないため、微弱な光を扱う測定に適した高スループットを実現します。NIREOSは蛍光測定において、単一光子レベルの感度を含む高感度測定例を示しています。
※測定感度や測定時間は、光学系、検出器、試料、積算時間、設定するスペクトル分解能などの条件によって異なります。

主な用途

GEMINIはさまざまな分光システムに組み込むことができます。蛍光材料、半導体、ナノ材料、分子などから発生する発光のスペクトル測定など、微弱な発光をできるだけ多く検出したい場合に、高スループットFT分光の特長を活かせます。

時間分解蛍光分光（TRES）｜Time-Resolved Emission Spectroscopy

蛍光寿命測定にスペクトル情報を加え、「どの波長の光が、どの時間スケールで発生・減衰しているか」を測定します。GEMINIをTCSPCシステムと組み合わせることで、時間軸 × 波長軸の情報を取得できます。通常の蛍光寿命測定では、蛍光強度が時間とともにどのように減衰するかを測定しますが、複数の発光成分やエネルギー緩和過程を含む試料では、発光スペクトルそのものが時間とともに変化する場合があります。TRESでは、時間情報 ＋ スペクトル情報を組み合わせることで、蛍光のダイナミクスをより詳細に評価できます。GEMINIはスペクトル情報を、TCSPCは時間情報を担い、両者を組み合わせることで時間・波長分解された蛍光測定を実現します。

PicoQuant社 TCSPC一覧

励起・蛍光マッピング（EEM）｜Excitation-Emission Matrix

励起波長と蛍光波長の関係を2次元的に取得する測定です。GEMINIを使用したEEMでは、励起光側で複数の波長を同時に利用することで、従来方式とは異なる測定アプローチが可能です。スペクトル分解能はソフトウェアから設定でき、測定時間と分解能のバランスを調整できます。

過渡吸収分光／Pump-Probe

GEMINIは広帯域のPump-Probe測定にも利用できます。単一の検出器と組み合わせて広いスペクトル領域の過渡信号を取得する構成が可能で、材料の超高速ダイナミクス評価などに利用されています。

コヒーレントラマン分光（SRS）

GEMINIをRaman測定系に組み込むことで、広帯域のRamanスペクトル取得に利用できます。NIREOSではGEMINIを用いたCoherent Raman Spectroscopyの研究例も公開されています。

量子光学・単一光子分光

GEMINIは、微弱光・単一光子レベルの分光測定にも応用されています。単一光子検出器やTCSPCなどと組み合わせることで、量子光源や単一光子のスペクトル・時間特性評価への応用が可能です。

NIREOS_GEMINI Brochure（日本語）
NIREOS_GEMINI Brochure（英語）

動作原理

共通光路型のコンパクトな干渉計

GEMINIはTWINS技術をベースとした共通光路型の干渉計です。2つの光レプリカ間の相対遅延を高い精度で制御することで、高い安定性と再現性を実現しています。特に微弱光測定では、長時間の積算が必要になる場合があります。そのような測定において、干渉計の高い安定性は重要な要素となります。

干渉計動作原理

モノクロメーターとの違い