最先端非線形光学を駆使したテラヘルツ波発生・検出の新技術開拓
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22H00212
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川瀬 晃道 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00296013)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,470,000 (Direct Cost: ¥31,900,000、Indirect Cost: ¥9,570,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | テラヘルツ波 / 非線形光学 / パラメトリック / パラメトリック発振 / 分光 |
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| Outline of Research at the Start |
非線形光学効果を用いたTHz波技術は発展を続けており、さらなる進化をもたらすには革新的なレーザー技術が必須となるが、μ-chip Nd:YAGレーザーは次世代を切り開く新型励起光源であり、それを活用した非線形光学効果の開拓はTHz技術に新展開をもたらすものである。本研究では、μ-chip Nd:YAGレーザーを励起光として導入し最先端非線形光学を駆使したテラヘルツ波発生・検出の新技術を開拓する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
非線形光学効果を用いたTHz波発生は世界的に発展を続けているが、未だ遅れている実用化を実現するためには、発生・検出技術のさらなる進化が不可欠である。マイクロチップ（μ-chip）レーザーは小型高輝度かつis-TPGに最適なパルス幅を有する励起光であり、それを活かした非線形光学効果の開拓はTHz波技術に新展開をもたらすものである。本研究は、革新的新技術の提案により既存のTHz波発生／検出の限界を突破し、世界最高のダイナミックレンジを有する小型THz分光装置およびリアルタイム分光システムの実現を達成目標とする。その目的に沿って、高次ストークス光を用いたカスケード型高強度THz波発生について研究した。LiNbO3結晶をμ-chipレーザーで高強度励起すると高次ストークス光まで発生することを確認した。 カスケードプロセスで発生したTHz波を効率よく取り出すことで出力向上を得た。さらに高強度励起により、各次ストークス光が飽和し、パラメトリック利得の食い合いが起きない安定したTHzパルス発生が得られた。また、注入光をパルス化することで、変換効率の増大および、THz波発生に要する相互作用長の大幅な短縮が得られた。すなわち、既存is-TPGによるTHz波発生にはLiNbO3結晶長が数十㎜必要であるが、パラメトリック波長変換が結晶の前部で集中的に起きるため結晶長もわずか数㎜で足り、高次ストークス光も数mm以内のほぼ同一位置で発生した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は、高次ストークス光を用いたカスケード型高強度THz波発生について研究した。令和4年9月までにLiNbO3結晶をμ-chipレーザーで高強度励起すると高次ストークス光まで発生することを確認し、カスケードプロセスで発生したTHz波を効率よく取り出すことで出力向上を得た。令和4年12月までに、高強度励起により各次ストークス光が飽和し、パラメトリック利得の食い合いが起きない安定したTHzパルス発生が得られた。令和5年2月までに、注入光をパルス化することで変換効率の増大および、THz波発生に要する相互作用長の大幅な短縮が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
究極的励起光により、安定した高次ストークス光が強力に発生できるため、２つのLiNbO3結晶を高出力μ-chipレーザーで強励起し、それぞれの結晶に対して注入光を入射すると、複数波長の高次ストークス光が強力かつ安定に発生する。これらの光の組み合わせにより差周波光混合で発生できるTHz波はちょうど実用上重要な1-2 THzあたりをカバーする。半導体レーザーの2波長を変えることで、任意の多波長を差周波発生可能である。次に、PCCPM法は申請者らが発案した非線形光導波路とSiプリズムカプラーを用いたチェレンコフ型位相整合によるTHz波発生方式であり、非線形結晶中での位相整合や吸収を考慮せず、任意の励起光波長間の差周波光混合でTHz波を発生可能とするものである。そこで、究極的励起光により強力かつ安定に発生する高次ストークス光を非線形光導波路に入射し、多波長THz波の高効率な発光を実現する。MgO:LiNbO3導波路とノンドープLiNbO3基板を貼り合わせることで，MgO:LiNbO3導波路中を励起光が導波する。バルクLiNbO3結晶と異なり、導波路結晶全体からTHz波発生することから、効果的な励起光とTHz波の相互作用が得られることになる。 なお、SiプリズムカプラーとLiNbO3導波路との間に薄いPETフィルムを挟んでいるのは、励起光を導波路中に閉じ込めつつ、THz波のみをSiプリズムに結合するための我々の保有する特許である。非線形光導波路を用いることで、LiNbO3結晶中のTHz波の吸収ロスも無視できるため、吸収係数の大きい高周波側の発生も容易となる。あるいは、LiNbO3結晶よりも光損傷閾値の高いLiTaO3結晶を用いることも視野に入れている。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
