| Project/Area Number |
23K17885
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
宮本 克彦 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20375158)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 誠吾 東北大学, 理学研究科, 助教 (70435634)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
|
|---|
| Keywords | テラヘルツ / アップコンバージョン / 軌道角運動量 / トポロジカルチャージ保存則 / 光渦 / トポロジカルチャージ |
|---|
| Outline of Research at the Start |
トポロジカルチャージ保存則に基づき，これまで実現できなかったテラヘルツ周波数帯域における軌道角運動量の可視化を，本研究の目的とする。テラヘルツ波帯では検出器の制限に加え，波面変調素子が乏しく，光渦の応用が制限されている。本研究では，テラヘルツ波がもつ波面の情報を全てアップコンバージョン光へと転写し，テラヘルツ光渦の波面を高精度に計測し軌道角運動量分解測定に挑戦する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，テラヘルツ領域における軌道角運動量分解測定を目標に，非線形アップコンバージョン過程を介したテラヘルツ光検出を行うことである。近年、近赤外域の波面および位相情報をテラヘルツ領域に転写することで、周波数可変なテラヘルツ光渦の発生に研究代表者は成功している。この逆課程である非線形アップコンバージョンを介して、テラヘルツ光渦がもつ軌道角運動量を近赤外域へと逆転写できれば，超高感度テラヘルツ検出やテラヘルツ光渦多重伝送などへの応用が拓かれ，将来的にテラヘルツ光量子検出への展開が期待できる。
研究初年度である本年度は，テラヘルツガウス光を用いたアップコンバージョン過程において室温下でのテラヘルツ光検出を目的とした。高い非線形光学効果と広い位相整合許容幅を併せ持つ有機非線形光学結晶を用いることで，テラヘルツ光を近赤外光に高効率変換することが可能であった。また，入力するテラヘルツ光強度に対して，アップコンバージョン光の応答を確認し，比較用の極低温検出器に比べ高感度でテラヘルツ光検出が可能であった。さらに，観測したアップコンバージョン光の空間強度分布はガウシアンビームに近い形状を示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非線形アップコンバージョン過程によるテラヘルツ光検出の実験には，有機非線形光学結晶4-N,N-dimethylamino-4’-N’-methylstilbazolium tosylate: DASTを検出用の結晶として用いた。独自に開発した周波数可変単色テラヘルツ光源（周波数4 THz，スペクトル線幅 ～ 0.1 THz)とλ1=1504 nmの近赤外光を，空間的にも時間的にも重ね合わせDAST結晶に同軸に入射することで，アップコンバージョン過程を介したテラヘルツ光検出を試みた。テラヘルツ光を遮蔽しλ1 = 1504 nm光のみを入射した場合に対して，4 THzのテラヘルツ光を入射した際，和周波に対応する 1.474 nmと差周波に対応する1.535 nmのスペクトル特性を示した。回折格子によって励起光と検出光を空間分離し，光スペクトラムアナライザーにて波長計測を行った。また，検出光の空間強度分布をInGaAsカメラを用いて観測したところガウシアンビームに近い形状を示し，周波数4 THzのテラヘルツ光を室温下にて計測することができた。また，従来の極低温検出によるテラヘルツ光検出に比べ高感度に検出できることを確認し，近赤外光への変換効率は ~ 10^(-8) 程度であった。また，予備的な実験として入力するλ1の近赤外光を光渦とした場合，検出光に波面情報が転写され，アップコンバージョンの前後において，トポロジカルチャージ保存則が成り立っていることも確認できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
有機非線形光学結晶DASTを用いたアップコンバージョン検出により，極低温検出器より高感度であることを実証できたことから，次年度は検出限界を含めた検出感度の定量化を図る。さらに，用いているDAST結晶の特性から広帯域なテラヘルツ光検出が可能であり，コヒーレンス長から見積もられる変換効率と比較し周波数特性についても議論する。さらに，テラヘルツ光渦がもつ波面情報を近赤外光であるアップコンバージョン光に転写させる。テラヘルツ光渦のアップコンバージョン検出を行い，その波面情報を計測することで，軌道角運動量のモード検出に取り組む予定である。
|
