シンクロトロン放射光（SR）とは、上の左図のように光速近くまで加速された電子線の軌道を磁場で曲げた際に生じる指向性の高い光であり、かつX線から赤外線まで広い波長範囲にわたる白色光です。磁場を発生する磁石を円状にたくさん並べて電子を周回させる「電子蓄積リング」とよばれる大がかりな実験装置を使って、それぞれの磁石から発生するSRを使って様々な実験をやろうというのが放射光施設です。例えば私たちが実験を行っている大型放射光施設SPring-8（上の右図の写真、播磨科学公園都市）では円周1.4 kmにわたって48台の偏向電磁石が置かれています。SPring-8を周回している電子線の加速エネルギーは8 GeV (8×109 eV）で、世界の放射光施設の中であり、加速エネルギー、リングの大きさ共に世界最大の放射光施設です。日本には他にも極端紫外光実験施設UVSOR（愛知県岡崎市・分子科学研究所）、Photon Factory（つくばKEK）、さらに立命館大学、広島大学、佐賀大学にも放射光施設が稼働しており、世界的に見てもSR大国であると言えます。世界的にも米国、ヨーロッパを中心として数多くのSR施設が稼働しています。その中でも特に大型で加速エネルギーが高い施設はSPring-8の他に米国のAPS(Advanced Photon Source）、ヨーロッパ連合（場所はフランス）のESRF（Europian Synchrotron Radiation Facility）です。

SRの最大の利点は高輝度性、つまり光源の実質的サイズが小さく指向性も高いため、試料上の微小な領域に大きな光強度を集中できる点にあります。このため例えばX線回折による結晶構造解析ではごく微量の結晶（タンパク質の構造解析など）でも質の高いデータが得られます。また毛髪に付着したわずかなヒ素など、ごく微量の特定物質をX線蛍光などで検出できる利点もあります。さらにX線、真空紫外領域では他に白色光源そのものが存在しないため、この白色性もSRの大きな利点です。

このSRの高輝度性を赤外線領域で活用しようというのが、赤外SRを用いた研究です。そこで従来の赤外光源である熱光源とSRを比較してみましょう。熱光源からは非常に強い赤外線が出ると言いましたが、これは光源全体から発せられる光を考えた場合のことです。実際熱光源に手をかざすと非常に暖かく（熱く）感じますが、この場合は直径1cm, 長さ5cm程度の熱光源全体（かざした手に向かい合っている部分）からの黒体輻射が手によって検知されています。（間の空気を通して熱伝導しているわけではありません！）しかし例えばレンズや凹面鏡を使って試料上の1 mm四方の領域に熱光源からの赤外線を集光する場合、棒状の光源全体の光を1 mm四方に集中することは不可能で、下の右図のように光源の前に絞りを置いて、光源のサイズを小さくする必要があります。熱光源からの黒体輻射は全体としては強くても、このような微小面積当たりにすると非常に弱くなります。また放射の指向性も低いです。これらをまとめて「輝度が低い」といいます。

一方の赤外SRでは、元々細い電子ビームから発生する赤外線であるため、光源の実質的なサイズは小さいです。また放射光の特長の一つとして、光の指向性がとても高いです。ですから発生する赤外線の全強度は熱光源よりもずっと小さいのですが（赤外放射光に手をかざしても暖かくとも何ともありません）、微小な試料上に絞った際には、その光が当たっている場所での単位面積当たりの光強度が非常に大きくなる、そういう光源です。これを「輝度が高い」光源とよびますが、平たく言えば「絞ってナンボの光源」ということです。これを表したのが上の左図で、右図の熱光源との違いは明らかです。

次に理論的に熱光源と放射光の輝度、つまり光源の単位面積あたりから、単位立体角へ放射される光の強度を計算した結果を以下に示します。（Y. Ikemoto et al., Opt. Commun. 285 (2012) 2212-2217より）

この計算ではSPring-8のパラメーター、つまり加速エネルギー8 GeV,　磁場で曲げられる電子線の曲率半径40 mを用いています。横軸のcm-1は波数で、波長との関係は1000 cm^-1=10 μm, 10000 cm^-1=1 μmです。赤外放射光の輝度は波長1-10 μmの中赤外領域で熱光源の100倍以上高いことが判ります。

実際の赤外SRを用いた実験では、この高輝度性を有効に利用するため、赤外専用に設計された顕微鏡を使う場合が多いです。（赤外顕微鏡と通常の光学顕微鏡の最も大きな違いは、赤外顕微鏡ではレンズを使わず、すべての光学系を鏡だけで構成することです。）下の図はSPring-8の赤外ビームラインBL43IRにおいて、赤外顕微鏡を使って試料位置での光強度の２次元分布を調べた結果です。比較のため、分光器に内蔵されている熱光源の光を、同じ条件で測定しています。

この図より、SPring-8の顕微分光装置では、確かに赤外放射光が熱光源に比べて単位面積当たり100倍以上の光強度を与えていることが判ります。

このような高輝度な放射光を用いて行われている赤外分光実験としては、以下のような例があります。

・微小な試料の測定：微小な単結晶の試料、毛髪や繊維のような試料、など。物性物理で対象となる物質では、微小な結晶しか育成できない場合も多く、そのような場合に赤外放射光による顕微分光が役立ちます。

・試料の空間分解測定（顕微測定）：試料内部の異なる領域のスペクトルを区別して測定する）：これが放射光を用いた顕微赤外分光の最もポピュラーな応用です。基礎研究では多結晶試料のうち特定の単一ドメインだけを測定するなど。あるいは微小な試料面だけを測定するなど。産業応用における分析だと、例えばICチップ内に付着した異物の分析や同定、あるいは層状デバイスの界面での分子振動のスペクトルから、その界面の質を評価するなど。他にも色々考えられます。

・試料空間が制限された条件での測定：例えば高圧発生セルに封入された試料の赤外分光など。これは私たちが現在最も力を入れている測定法です。また超電導磁石のボアに置かれた試料の測定など。

・信号強度が微弱な対象での赤外分光：近接場分光や表面吸着分子の振動分光などは元来信号強度が非常に弱いため、放射光の高輝度性が利用できる対象です。私たちもSPring-8の高輝度赤外放射光による近接場分光を推進しています。（下の（６）を参照にして下さい）