Development of terahertz-cavity enhanced spectroscopy system

• Project/Area Number: 17K05599
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: Nashima Shigeki 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90347485)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: テラヘルツ波 / エンハンスメント共振器 / テラヘルツ時間領域分光法 / キャビティ増強吸収分光法 / テラヘルツ－キャビティエンハンスト分光 / 分光センシング / 増強効果 / フェムト秒レーザー / エンハンスメント共振 / 高繰り返し周期フェムト秒レーザー / 時間領域分光法

Outline of Final Research Achievements

We have developed terahertz-time domain spectroscopy (THz-TDS) system using enhancement cavity. We observed temporal waveforms of 7th-round-trip THz pulses under the asynchronous cavity condition. We also found that maximum effective absorption length of the THz-TDS with enhancement cavity was over 20 at 0.29 THz. These results were expected the applicability of this technique to cavity-enhanced THz-time domain spectroscopy for trace chemical substance.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

共振器で閉じ込められたテラヘルツ波（電磁波）は増強されるだけでなく，同じ光路を何往復もすることから伝搬中の媒質との相互作用が増える為，分光センシングにも応用することができる．この技術を用いて光の領域では，高感度なレーザー吸収分光法として近年利用が進められている．しかしながら，テラヘルツ波領域では未だこの様な分光技術は確立されていない．指紋スペクトルや低エネルギー領域の特徴的な吸収がTHz波領域では見られることから，本研究の技術が確立されれば微量な分子分光や生化学反応などが求められる学術的な研究や同位体分析や呼気検査などの分光センシングへの応用が期待される．

Research Products

• [Journal Article] リング型共振器によるInAsから発生したテラヘルツ波の増強 (2018)
  • Author(s): 三山恭弘，村岡勇宜，中川慶一，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Journal Title: 日本赤外線学会誌 Volume: 28 Pages: 83-90
  • NAID: 40021653013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ウィスパリングギャラリーモード共振器を用いたテラヘルツ時間領域全反射減衰分光 (2019)
  • Author(s): 岡田大河，中川 慶一，三山 恭弘，植村 祥伍，菜嶋 茂喜
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] WGM共振器を用いたテラヘルツATR法の高感度化 (2019)
  • Author(s): 岡田大河，中川慶一，三山恭弘，植村祥伍，菜嶋茂喜
  • Organizer: 第28回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] 内部型エンハンスメント共振器によるテラヘルツ波の増強 (2018)
  • Author(s): 三山恭弘，植村祥伍，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 外部型エンハンスメント共振器によるテラヘルツ波の増強 (2018)
  • Author(s): 植村祥伍，村岡勇宜，中川慶一，三山恭弘，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] エンハスメト共振器を用いたテラヘルツ分光の高感度化 (2018)
  • Author(s): 植村祥伍，村岡勇宜，中川慶一，三山恭弘，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: レーザー学会研究会
• [Presentation] リングキャビティによるInAsから発生したテラヘルツ波の増強 (2018)
  • Author(s): 三山恭弘，村岡勇宜，中川慶一，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] リング型共振器によるInAsから発生したテラヘルツ波の増強 (2018)
  • Author(s): 三山恭弘，村岡勇宜，中川慶一，菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: 第27回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] テラヘルツ波における外部型エンハンスメント共振器の作製と評価 (2018)
  • Author(s): 植村祥伍，村岡勇宣,三山恭弘,中川慶一,菜嶋茂喜，瀧田佑馬，熊谷寛
  • Organizer: 第27回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] 全反射プリズムを用いたウィスパリングギャラリーモードとの結合効率 (2018)
  • Author(s): 中川慶一，三山恭弘，村岡勇宜，菜嶋茂喜
  • Organizer: 第27回日本赤外線学会研究発表会
• [Remarks] 電子情報系専攻の岡田大河君が 第28回日本赤外線学会研究発表会で優秀発表賞を受賞しました
  • URL: https://www.eng.osaka-cu.ac.jp/news/research-prize/2019/11/18/2698/
• [Remarks] 第8回（令和元年度）優秀発表賞（2名）第28回研究発表会（令和元年11月15日） 於 福井大学
  • URL: http://www.jsir.org/wp/?page_id=1727
• [Remarks] 電子情報系専攻の三山恭弘君が第27回日本赤外線学会研究発表会で優秀発表賞を受賞しました
  • URL: https://www.eng.osaka-cu.ac.jp/news/research-prize/2017/10/30/1944/
• [Remarks] 第3回（平成29年度）日本赤外線学会学会誌論文賞
  • URL: http://www.jsir.org/wp/?page_id=5787