2017 Fiscal Year Annual Research Report
光波パルス時間制御によるフォノンポラリトン波長変換極限と強電界テラヘルツ波発生
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17H01282
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
南出 泰亜 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (10322687)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀧田 佑馬 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 基礎科学特別研究員 (50714820)
縄田 耕二 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 研究員 (90586405)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 非線形光学 / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高強度電界波長可変テラヘルツ波発生に向けたテラヘルツ波－光学・音響フォノンモード結合の学理探求と新規物理現象やテラヘルツ波応用を開拓するための光源開発を目的としている。研究初年度は研究計画の通り、非線形光学結晶中のフォノンポラリトンからテラヘルツ波を発生させるために必要な励起条件に関して検討を行い、実際に励起光源の設計を行った。
フォノンポラリトンを介した波長変換における光―テラヘルツ波波長変換ではテラヘルツ波と光学・音響フォノンモード結合が波長変換効率に大きな影響を与えることが分かっている。これまでの研究により、ニオブ酸リチウム結晶を用いたテラヘルツ波パラメトリック発生においてサブナノ秒励起パルスを用いることによって変換効率の向上し、具体的には500ps以下の励起パルス幅で高効率波長変換可能である。上記を踏まえニオブ酸リチウム結晶における高効率変換のための励起条件から逆算した励起エネルギー、励起密度、励起パルス幅、を実現する既存の光源は一般的に入手できず独自に開発する必要があると分かったため、光増幅器の設計、光源設計、波長変換部の設計などを行った。
また、マルチサイクルテラヘルツ波における電界計測の原理検証には、従来技術では時間ジッターが大きく、外部機器との同期は困難であることが分かった。そこで、従来の受動Ｑスイッチ光源より2桁以上時間ジッターの小さい、利得スイッチ光源を用いたテラヘルツ波光源の構成に関して設計を行った。
波長変換極限において高強度電場の発生方法を探る目的において高出力励起光源構築が必須である。今年度は、実験に必要な性能を満たす設計が得られた。
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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
当初計画の通り励起光源の設計、具体的にはニオブ酸リチウム結晶における高効率変換のための励起条件から逆算した励起エネルギー、励起密度、励起パルス幅、を実現するために光増幅器の設計、光源設計、波長変換部の設計、などを行った。また、マルチサイクルテラヘルツ波における電界計測の原理検証に向け利得スイッチ光源を用いた励起光源の設計も行った。上記のように計画通り進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、実際に励起光源の構築を行い、本研究の目的に向けた高強度励起光源を開発し整備する。一方、高強度励起光によって非線形光学結晶の組成や品質によって光学的特性が変化することが考えられ、また非線形結晶を冷却した効率向上においてはフォノンモードのダンピングの抑制効果が期待される。これらは実地検証においてテラヘルツ波領域での屈折率変化やフォノンモードの周波数シフトによるテラヘルツ波発生の影響から判断できるため実施する。後者に関して具体的には、コングルエント組成またはストイキオメトリック組成のニオブ酸リチウム結晶を用いて、冷却効果によるフォノンモードのダンピング抑制、フォノンモード周波数シフト、素材の屈折率変化による位相整合条件の変化などテラヘルツ波―光・音響フォノン結合に関して明らかにし、高強度電界テラヘルツ波発生に向けて推進していく。
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[Presentation] High-speed response of asymmetric-dual-grating-gate plasmonic THz detector2017
Author(s)
T. Hosotani, F. Kasuya, M. Suzuki, T. Suemitsu, T. Otsuji, Y. Takida, H. Ito, H. Minamide, T. Ishibashi, M. Shimizu, and A. Satou
Organizer
6th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE TeraTech-2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-repetition-rate, widely tunable, injection-seeded terahertz-wave parametric generator,2017
Author(s)
Y. Moriguchi, K. Nawata, Y. Takida, Y. Tokizane, S. Nagano, T. Eno, K. Kumagai, and H. Minamide
Organizer
42nd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2017)
Int'l Joint Research
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