ヘテロダインＴＨｚ－ＣＴ／分光システムの開発

• Project/Area Number: 15J04444
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Optical engineering, Photon science
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 村手 宏輔 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: テラヘルツ波 / 非線形光学 / 分光システム / 分光イメージング / パラメトリック発生 / 広帯域波長可変テラヘルツ光源 / 広帯域波長可変光源

Outline of Annual Research Achievements

昨年までにヘテロダインTHz-CT/分光システムを開発し、実際にプラスチック製品の3D-CT画像や遮蔽物下の分光イメージングを実現したが、is-TPGが波長可変光源ゆえに1パルスで1波長しか出力できず、分光する際に波長を掃引するため、測定時間が長かった。そこで昨年度からis-TPGの多波長化を推し進めており、波長可変を無くすことで、高速測定を目指してきた。今年度は、実際に分光イメージングに導入すると共に、高安定化、極微弱光の検出を目指したテラヘルツ波の高利得増幅装置開発を行った。
is-TPGは励起光と注入光をLiNbO3結晶に入射することでテラヘルツ波を発生する。本研究では、多波長注入光を用い、5波長テラヘルツ波の同時発生を行った。EMS(Express Mail Service)封筒に隠蔽された糖類の分光イメージングを行ったところ、測定時間が従来のis-TPGに比べて5分の1に短縮されたにも関わらず、各試薬の分布の画像化に成功し、大幅な高速化が実現した。
次に、発生するテラヘルツ波をサンプル側とレファレンス側の2ビームに分割して、常時校正を取る方式を導入した。3波長発生時において安定性の向上を確認したところ、パルス間のゆらぎだけでなく、長期的な出力変動も無視することが可能となった。
他方、吸収ロスの大きなサンプルを透過した極微弱テラヘルツ波を検出するために、高利得テラヘルツ波増幅器も開発した。従来のテラヘルツ波増幅器では、雑音成分がパラメトリック利得により増幅されて、極微弱なテラヘルツ波増幅を邪魔していた。それを今回、増幅用結晶を1個から2個に増やし、その間にアイリスを用いて雑音成分のみを空間的に除去することで、所望の成分のみ2個目の結晶で増幅可能となり、-100dB程度減衰した極微弱テラヘルツ波入力に対し、20億倍以上と極めて高い増幅度を得ることが出来た。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ecole de technologie superieure(カナダ)
• [Journal Article] Effective Terahertz Wave Parametric Generation Depending on the Pump Pulse Width Using a LiNbO3 Crystal (2017)
  • Author(s): Nawata Kouji、Hayashi Shinichiro、Ishizuki Hideki、Murate Kousuke、Imayama Kazuki、Takida Yuma、Yahia Vincent、Taira Takunori、Kawase Kodo、Minamide Hiroaki
  • Journal Title: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology Volume: 7 Issue: 5 Pages: 617-620
  • DOI: 10.1109/tthz.2017.2725479
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] テラヘルツ波分光イメージングの応用可能性 (2017)
  • Author(s): 村手宏輔, 加藤三樹矢, 川瀬晃道
  • Journal Title: 日本赤外線学会誌 Volume: 27 Pages: 23-28
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiwavelength terahertz-wave parametric generator for one-pulse spectroscopy (2017)
  • Author(s): K. Murate, S. Hayashi, K. Kawase
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 10 Issue: 3 Pages: 032401-032401
  • DOI: 10.7567/apex.10.032401
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expansion of the tuning range of injection-seeded terahertz-wave parametric generator up to 5 THz (2016)
  • Author(s): K. Murate, S. Hayashi, K. Kawase
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Issue: 8 Pages: 082401-082401
  • DOI: 10.7567/apex.9.082401
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] THz Spectroscopic Imaging of Chemicals Using IS-TPG (2016)
  • Author(s): K. Murate, M. Kato, K. Kawase
  • Journal Title: International Journal of High Speed Electronics and Systems Volume: 25 Issue: 03n04 Pages: 1640016-1640016
  • DOI: 10.1142/s0129156416400164
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-Destructive Inspection of Illicit Drugs Concealed in Mail Envelopes (2016)
  • Author(s): 山崎良, 加藤三樹矢, 村手 宏輔, 今山和樹, 川瀬 晃道
  • Journal Title: Journal of the Japan Society for Precision Engineering Volume: 82 Issue: 3 Pages: 217-220
  • DOI: 10.2493/jjspe.82.217
  • NAID: 130005131180
  • ISSN: 0912-0289, 1882-675X
• [Journal Article] Non-destructive drug inspection in covering materials using a terahertz spectral imaging system with injection-seeded terahertz parametric generation and detection (2016)
  • Author(s): Mikiya Kato, Saroj R. Tripathi, Kosuke Murate, Kazuki Imayama, Kodo Kawase
  • Journal Title: Optics Express Volume: 24 Issue: 6 Pages: 6425-6432
  • DOI: 10.1364/oe.24.006425
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Terahertz wave three-dimensional computed tomography based on injection-seeded terahertz wave parametric emitter and detector (2016)
  • Author(s): Saroj R. Tripathi, Yuya Sugiyama, Kosuke Murate, Kazuki Imayama, Kodo Kawase
  • Journal Title: Optics Express Volume: 24 Issue: 6 Pages: 6433-6440
  • DOI: 10.1364/oe.24.006433
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 光注入型テラヘルツ波パラメトリック光源の開発とその応用 (2015)
  • Author(s): 村手宏輔, 林伸一郎, 縄田耕二, 南出泰亜, 川瀬晃道
  • Journal Title: フォトニクスニュース Volume: 1 Pages: 33-38
• [Journal Article] High power terahertz wave generation via non-linear optical processes (2015)
  • Author(s): Saroj R. Tripathi, Kosuke Murate, Kodo Kawase
  • Journal Title: Asian Journal of Physics Volume: 24 Pages: 363-368
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極微弱光の高利得テラヘルツ波パラメトリック増幅 (2018)
  • Author(s): 村手宏輔, 前田一樹, 郭昀倬, 川瀬晃道
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 多波長同時テラヘルツ波パラメトリック波長変換による1パルス分光システム (2017)
  • Author(s): 村手宏輔, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 神奈川
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 2波長発振テラヘルツ波パラメトリック光源の開発 (2017)
  • Author(s): 村手宏輔, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第37回年次大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2017-01-07
• [Presentation] Simultaneous Generation and Detection of Multi-wavelength Terahertz Waves by Parametric Wavelength Conversion (2017)
  • Author(s): K. Murate, K. Maeda, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: The 6th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS’17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiwavelength THz Wave Generation From THz Parametric Generator (2017)
  • Author(s): K. Murate, K. Maeda, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: Nonlinear Optics 2017 (NLO 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] One Pulse Spectroscopic System Using Multiwavelength is-TPG (2017)
  • Author(s): K. Murate, K. Maeda, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: The 42st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High dynamic range spectroscopic system using terahertz parametric generator (2017)
  • Author(s): K. Murate, K. Maeda, K. Kawase
  • Organizer: Terahertz Science and Technology The Mansion Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] テラヘルツ波パラメトリック光源の多波長発振における不安定性 (2016)
  • Author(s): 村手宏輔, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 二期第7回（第20回）「レーザーのカオス・ノイズダイナミックスとその応用」研究会
  • Place of Presentation: 官公労共済会八重山会館, 沖縄
  • Year and Date: 2016-11-21
• [Presentation] THz spectroscopic imaging of chemicals using is-TPG (2016)
  • Author(s): K. Kawase, M. Kato, K. Murate
  • Organizer: 5th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE TeraTech-2016)
  • Place of Presentation: Sakura Hall, Tohoku University, Japan
  • Year and Date: 2016-10-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Two‐wavelength Generation From Injection-seeded Terahertz-wave Parametric Generator (2016)
  • Author(s): K. Murate, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: The 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • Place of Presentation: Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pharmaceutical Tablet Inspection With Injection‐seeded Terahertz Parametric Generation Technique (2016)
  • Author(s): M. Mohara, K. Shimura, K. Aiko, N. Shiramizu, K. Murate, K. Kawase
  • Organizer: The 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • Place of Presentation: Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] THz Spectroscopic Imaging Of Concealed Chemicals Using Is‐TPG (2016)
  • Author(s): M. Kato, K. Murate, K. Kawase
  • Organizer: The 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • Place of Presentation: Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2波長発振テラヘルツ波パラメトリック光源の開発 (2016)
  • Author(s): 村手宏輔, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 第34回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 野沢温泉スパリーナ, 長野
  • Year and Date: 2016-09-08
• [Presentation] THz spectroscopic imaging of chemicals hidden in thick envelopes (2016)
  • Author(s): K. Murate, R. Yamazaki, M. Kato, K. Kawase
  • Organizer: Energy, Materials and Nanotechnology Meeting on Terahertz 2016
  • Place of Presentation: San Sebastian, Spain
  • Year and Date: 2016-05-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Non-destructive THz imaging of chemicals using is-TPG (2016)
  • Author(s): K. Kawase, M. Kato, K. Murate
  • Organizer: 5th EOS Topical Meeting on Terahertz Science & Technology (TST 2016)
  • Place of Presentation: Hotel Palatinus, Pecs, Hungary
  • Year and Date: 2016-05-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] THz spectroscopic imaging of chemicals through thicker obstacles (2016)
  • Author(s): K. Kawase, M. Kato, R. Yamazaki, K. Murate
  • Organizer: SPIE DCS Conference Terahertz Physics, Devices, and Systems X
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
  • Year and Date: 2016-04-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High efficiency THz generation using MgO:LiNbO3 crystal (2016)
  • Author(s): K. Murate, K. Imayama, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: Energy, Materials and Nanotechnology Meeting on Optelectronics 2016
  • Place of Presentation: Phuket, Thailand
  • Year and Date: 2016-04-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器の 2 波長発生 (2016)
  • Author(s): 村手宏輔, 今山和樹, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学, 東京
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 広帯域波長可変光注入型THz波パラメトリック光源の開発 (2016)
  • Author(s): 村手宏輔, 今山和樹, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: レーザー学会学術講演会 第36回年次大会
  • Place of Presentation: 名城大学, 名古屋
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] 光注入型THzパラメトリック発生器の周波数可変上限の拡大 (2015)
  • Author(s): 村手宏輔, 今山和樹, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 電子情報通信学会電子デバイス研究会「ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム」
  • Place of Presentation: 東北大学， 仙台
  • Year and Date: 2015-12-21
• [Presentation] テラヘルツパラメトリック発生器の周波数可変域の拡大（依頼講演） (2015)
  • Author(s): 村手宏輔, 今山和樹, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 応用物理学会・テラヘルツ電磁波技術研究会 第 1 回研究討論会 /テラヘルツテクノロジーフォーラム 第 1 回テラテク技術セミナー「テラヘルツ領域の計測・標準と産業応用可能性」
  • Place of Presentation: 徳島大学，徳島
  • Year and Date: 2015-10-06
• [Presentation] 結晶傾斜によるTHz波パラメトリック光源の広帯域化 (2015)
  • Author(s): 村手宏輔, 今山和樹, 林伸一郎, 川瀬晃道
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場, 名古屋
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Tunability Enhancement Of Injection-seeded THz Parametric Generator (2015)
  • Author(s): K. Murate, K. Imayama, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: The 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015)
  • Place of Presentation: The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China
  • Year and Date: 2015-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wider tunability of an injection-seeded THz parametric generator (2015)
  • Author(s): K. Murate, K. Imayama, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: Nonlinear Optics 2015 (NLO 2015)
  • Place of Presentation: Kaua'i Marriott Resort on Kalapaki Beach, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of widely tunable THz parametric source (2015)
  • Author(s): K. Murate, K. Imayama, S. Hayashi, K. Kawase
  • Organizer: Joint Symposium of The 3rd International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2015) and The 6th International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 6)
  • Place of Presentation: Okinawa Institute of Science and Technology, Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Book] Fundamental and Applied Problems of Terahertz Devices and Technologies (2017)
  • Author(s): K. Murate, M. Kato, K. Kawase
  • Total Pages: 128
  • Publisher: World Scientific Publishing