2018 Fiscal Year Annual Research Report
Hyper-spectral Imaging of THz Wave on a Single-shot Basis
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17K19080
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
神成 文彦 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40204804)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / フェムト秒レーザー / 超高速バーストイメージング / 電気光学効果サンプリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非線形光学結晶におけるフェムト秒レーザーパルス励起光整流効果で発生させたテラヘルツ波パルスを用い、テラヘルツ波帯域シングルショット2次元超高速イメージング法(THz-SF-STAMP法)の原理実証実験を行った。テラヘルツ波パルスによる2次元EO効果を近赤外チャープパルスでプローブすることで、テラヘルツ波プローブの時空間情報を近赤外のスペクトルイメージに転写することで単一ショットバーストイメージングが可能になることを実験によってはじめて明らかにした。
実験は、GaAs半導体試料にフェムト秒レーザパルスによる高速なキャリア励起を行い、その時空間的なキャリア吸収をテラヘルツ波パルスでイメージングした。フェムト秒レーザパルス(中心波長800 nm，パルス幅50 fs)を励起光源として用い、波面傾斜法で中心周波数1 THz近傍のテラヘルツ波パルスを発生した。このテラヘルツ波パルスで半導体試料の像をEOサンプリング用のZnTe結晶上に結像させた。周波数チャープフェムト秒レーザパルスを用いてEOサンプリングすることで時空間的テラヘルツ波像をプローブ光の異なる周波数帯に転写し，SF-STAMP光学系を用いて波長帯毎に分離したイメージをCCDカメラの異なる位置に結像させることで、テラヘルツ波の時間分解像を取得した。
GaAsウェハに角度をつけてポンプ光を入射することで、空間的にフォトキャリア励起時間差を生じさせ、テラヘルツ波吸収が起きる範囲が時間とともに空間的に広がる様子を撮影し、フレーム間隔220 fsで12枚のバーストイメージを単一ショットで計測することに成功した。
本方式では、フレーム間隔は周波数チャープ量で可変であり、全体の時間窓はチャープパルスのパルス幅で決まる。
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