光ミキシングを用いたテラヘルツ波リアルタイムイメージングシステムの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205011
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷内 哲夫 東北大学, 多元物質科学, 助教授 (80260446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 四方 潤一 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (50302237)
• Keywords: テラヘルツ波 / 非線形光学効果 / 光パラメトリック発振器

Research Abstract

本年度は,テラヘルツ(THz)波イメージングに必要なTHz波光源の高出力化と和周波発生(SFG)によるTHz波検出に関する基礎研究を行った。
(1)THz波光源の高出力化
巨大非線形光学効果を有する有機DAST結晶と半導体レーザー励起光パラメトリック発振器(OPO)とを組み合わせた差周波発生(DFG)によるコヒーレントTHz波発生において,結晶厚0.2〜0.4mmの比較的薄い良質のDAST結晶と,新たに開発した2ケのKTP結晶を角度チューニングする2波長OPOを用いることにより,2〜20THz(波長150μm〜15μm)の超広帯域周波数可変THz波発生を確認した。DAST結晶の高品質化により光ダメージを低減した結果,4.3THzにおいてピークパワー110mW,11.6THzにおいて400mWと従来の10倍以上の高出力化を実現した。これらのTHz波信号は,室温動作の小型焦電素子(DTGS)により検出可能であり,現在有機機能物質および生体物質等のTHz波分光およびイメージングシステム実現の見通しを得ることができた。特に本方式は,コリニア位相整合によるDFGであるために,THz波は入射光波と同一方向に出射し周波数による出射角度変化はなく,またDAST結晶は固定でOPO共振器内のKTP結晶の角度を5°程度回転させるだけで2〜20THzまで周波数制御が可能である点が大きなメリットである。
(2)SFGによるTHz波検出
THz波と光波のSFGにより光学的にTHz波検出が可能である。本研究では,SFG材料として,DAST, GaP, GaAsおよびZnTe結晶等の非線形光学結晶のSFG位相整合特性を理論的に解明し,THz波リアルタイムイメージングの方式およびデバイスの基本設計を行った。

Research Products

• [Publications] 谷内哲夫: "非線形光学効果を用いた広帯域波長可変テラヘルツ電磁波放射"レーザー研究. 30・7. 365-369 (2002)
• [Publications] J.Shikata: "Fourier-transform spectrometer with a terahertz-wave parametric generation"Jpn. J. Appl. Phys. 41・1. 134-138 (2002)
• [Publications] T.Taniuchi: "Widely tunable THz-wave generation in DAST crystal by nonlinear"Conference on Lasers and Electro-Optic, CtuC5. 148-149 (2002)
• [Publications] 谷内 哲夫: "非線形光学効果を用いたテラヘルツ波発生技術"応用光学. 7. 12-17 (2002)
• [Publications] 谷内 哲夫: "有機DAST結晶を用いた超広帯域周波数可変テラヘルツ波発生"第50回応用物理学関係連合講演会,29a-YQ-5. 3. (2003)