2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15J04444
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
村手 宏輔 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 非線形光学 / 分光システム / 広帯域波長可変テラヘルツ光源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までにヘテロダインTHz-CT/分光システムで用い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）の波長可変域の拡大を行い、実際にプラスチック製品の3D-CT画像や遮蔽物下の分光イメージングを実現した。しかし、それら測定には時間がかかるといった問題があった。これまで測定時間が長かった大きな要因として、is-TPGが波長可変光源ゆえに1パルスで1波長しか出力できず、分光する際に波長を掃引する必要があったことが挙げられる。今回そのis-TPGのテラヘルツ波発生方式を見直し、多波長同時出力を実現し、波長を変える必要をなくした。本方式により1パルスで即座に分光が終了し、リアルタイムでの測定が実現し、従来に比べて格段に測定時間が短縮される。
is-TPGは励起光と注入光の2つのレーザーを結晶に入力して単一波長テラヘルツ波を発生する。その注入光を多波長化することによってテラヘルツ波の多波長化を行った。今回用いた注入光は2台のECLDを半導体増幅器に入力し、その内部での4光波混合によって2波長以上の光を生成し、多波長テラヘルツ波発生を実現した。発生したテラヘルツ波は検出用のもう一つの結晶に励起光をとともに入力し、近赤外検出光を発生しビームプロファイラで検出した。この時、位相整合条件により波長毎に発生角が異なるので、多波長テラヘルツ波でも、各波長を分離して検出可能だ。
4波長の同時発生及び検出を実現し、最大で6桁程度のダイナミックレンジが確認できた。次に本システムを用いて糖類の分光を行ったところ、各試薬を挿入すると同時に吸収スペクトルを観測出来、多波長テラヘルツ波により1パルスでの分光が実現した。本研究は現段階では3～４波長程度であるが、今後さらなる多波長化を行い、実用化を目指していく予定だ。
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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
昨年までに、光源の広帯域化を行い、実際にその光源を用いたヘテロダインTHz-CTや、分光イメージングのデモンストレーションを実現した。しかし、依然として問題が残っており、今年度はその問題点の一つである測定時間の改善を行った。従来では波長可変光源ゆえに測定の際に波長を変化させる必要があったが、多波長発生といった新たな方式を導入することにより、波長を変える必要がなくなり、測定時間の大幅な短縮可能性を示すことが出来た。試薬類も1パルスで分光が実現し、リアルタムで識別が出来ている。
本研究の実現において、測定時間短縮は重要な課題であり、今年度はおおむね順調に研究は進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は多波長テラヘルツ波発生を用いてTHz-CT/分光イメージングシステムの実用的な測定を目指す。現在4波長までの発生であるが、それを10波長程度まで増やして、より正確な試薬同定を行う。また、ダイナミックレンジも現状では赤外検出器の前のNDフィルターを調整することで6桁を得られているが、測定時間に制約が出てしまうため、NDフィルター調整不要で高いダイナミックレンジが得られるように装置の改善を行う。さらに、安定性の向上といった課題も残っている。こちらの問題はリファレンス信号を常に取得して、パルス間でのゆらぎを無視した測定を目指す。
これら改善により、最終目的であるTHz-CT/分光イメージングを高速かつ正確に測定できるようにし、実用化を目指していく。
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[Presentation] THz spectroscopic imaging of chemicals using is-TPG2016
Author(s)
K. Kawase, M. Kato, K. Murate
Organizer
5th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE TeraTech-2016)
Place of Presentation
Sakura Hall, Tohoku University, Japan
Year and Date
2016-10-31 – 2016-11-04
Int'l Joint Research / Invited
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