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2015 Fiscal Year Annual Research Report

ヘテロダインTHz-CT/分光システムの開発

Research Project

Project/Area Number 15J04444
Research InstitutionNagoya 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
Keywordsテラヘルツ波 / 広帯域波長可変光源 / 分光イメージング / 非線形光学
Outline of Annual Research Achievements

透過性、直進性、試薬類に指紋スペクトルを有するなど優れた特徴を有するテラヘルツ(THz)波だが、未だに実用的な測定システムが無い。そこで私はTHz波の実用化を目指し、これまでにダイナミックレンジ7桁という優れた性能を有する光注入型THzパラメトリック発生検出システムの開発に成功した。さらにこのシステムの検出方式はコヒーレントなTHz波のみに感度を有するため、測定ターゲット中を直線的に透過した成分のみを計測し、散乱光は計測しないという、理想的な高精細イメージングが可能となる。本研究では、この新方式の長所を活用した透過型CTおよび分光イメージングを実現し、プラスチック製品やセラミクス製品内部の欠陥検査、小包や厚手の郵便物内に隠された禁止薬物や爆薬検出、調剤薬局での処方箋ミス検出などのTHz波に求められる様々な社会的ニーズに応え得るシステムを実現することを目的とする。
その目的のもと、平成27年度はヘテロダインTHz-CT/分光システムの開発において最も重要である、テラヘルツ波光源の光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器(is-TPG)のさらなる高性能化として波長可変域の拡大を目指した。テラヘルツ波発生用結晶配置から根本的に見直すことで、結果として従来では難しかった3THzよりも高い周波数まで出力できるようになり、0.6-5THzと実に1桁の波長可変性を実現した。また、ヘテロダインTHz-CT/分光システムのデモンストレーションとしてis-TPGを用いたイメージング系を構築し、遮蔽物下の分光イメージング実験や単一波長での三次元テラヘルツ波CT測定を行った。従来では難しかった厚手の遮蔽物下の試薬同定に成功し、さらに単一波長ではあるが、プラスチック製品の内部欠陥を三次元でイメージング出来た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

is-TPGの出力はここ数年で大幅に拡大した一方で波長可変域は0.6-3THzで、これまで15年以上改善されておらず、ヘテロダインTHz-CT/分光システム含め、今後の応用を考えるとその拡大は急務であった。そこで、平成27年度はテラヘルツ波光源の高性能化を目指して研究を行い、0.6-5THzと実に1桁の波長可変性を実現した。また、既にイメージング測定も行っており、二次元での分光イメージング、三次元でのCT測定なども、まだ改善の余地は残っているものの画像取得が出来、概ね順調に研究は進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は本システムのさらなる高性能化として測定時間の短縮を目指す。is-TPGは波長可変域光源ゆえに1パルスで1波長の測定しか出来ず、測定時間が長くなるといった問題があった。CTなどのイメージング測定では、単一波長でさえ時間がかかり、波長も振ったイメージングは測定時間の関係で難しかった。そこで、多波長発振化を行い、1パルスでの広帯域分光実現を目指している。具体的にはis-TPGに用いるシード光を多波長なものを用いてテラヘルツ波も多波長発振化する。ただ、この際に各波長間で利得の食い合いが起き、テラヘルツ波が不安定になる事が予想される。いかに安定的な多波長なテラヘルツ波を発生できるかが本研究の鍵となる。
多波長発振が実現した後は、その光源を用いてヘテロダインCT/分光システムを構築し、測定時間、解像度、透過性などの評価を行い、測定システムとしての実用化を目指す。

  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Non-destructive drug inspection in covering materials using a terahertz spectral imaging system with injection-seeded terahertz parametric generation and detection2016

    • Author(s)
      Mikiya Kato, Saroj R. Tripathi, Kosuke Murate, Kazuki Imayama, Kodo Kawase
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 24 Pages: 6425-6432

    • DOI

      10.1364/OE.24.006425

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz wave three-dimensional computed tomography based on injection-seeded terahertz wave parametric emitter and detector2016

    • Author(s)
      Saroj R. Tripathi, Yuya Sugiyama, Kosuke Murate, Kazuki Imayama, Kodo Kawase
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 24 Pages: 6433-6440

    • DOI

      10.1364/OE.24.006433

    • Peer Reviewed
  • [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 processes2015

    • Author(s)
      Saroj R. Tripathi, Kosuke Murate, Kodo Kawase
    • Journal Title

      Asian Journal of Physics

      Volume: 24 Pages: 363-368

    • Peer Reviewed
  • [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 – 2016-03-22
  • [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 – 2016-01-11
  • [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 – 2015-12-22
  • [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 – 2015-10-07
  • [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 – 2015-09-16
  • [Presentation] Tunability Enhancement Of Injection-seeded THz Parametric Generator2015

    • 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 – 2015-08-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wider tunability of an injection-seeded THz parametric generator2015

    • 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 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of widely tunable THz parametric source2015

    • 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 – 2015-07-04
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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