2019 Fiscal Year Annual Research Report
多波長テラヘルツパラメトリック発生を用いたシングルピクセルイメージング
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19H02627
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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, 助教 (50824645)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / シングルピクセルイメージング / 非破壊検査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ波帯で利用可能なイメージング技術として、テラヘルツカメラがあるが、感度が低く、依然としてサンプルをラスタースキャンし単一画素検出器でイメージングする手法が広く用いられている。しかし、安定性や、測定時間などの課題が有り、実用的ではない。そこで近年、光に空間的な変調をかけることで単一画素の検出器でも二次元画像を得られるシングルピクセルイメージングが注目されている。本研究では我々独自の波長可変テラヘルツ波光源である光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器(is-TPG)と、シングルピクセルイメージングの手法を組み合わせることで、広いダイナミックレンジを有する高速分光イメージングを目指している。
今年度はシングルピクセルイメージングの検出に用いるテラヘルツ波パラメトリック検出器の高感度化及び、高速波長可変is-TPG実現に向けた外部共振器型半導体レーザー(ECDL)開発を行った。テラヘルツ波パラメトリック検出は、is-TPGとは逆の過程を用いて、テラヘルツ波を近赤外光に波長変換し検出手法であり、高い検出感度を誇る。しかし、信号と同時に発生する広帯域なノイズによって検出感度が制限されていた。そこで本研究では、検出部を多段化することで、ノイズを抑えることに成功し、サブaJレベルの極めて高い検出感度が得られた。他方、高速波長可変is-TPG実現に向けて、注入光源であるECDLの開発から取り組んだ。Digital Micromirror Deviceをリングキャビティ内に設置し波長を変更する方式を新たに開発したところ、安定的に最大6.6kHzもの速いスピードで波長を切り替える事ができ、市販品には無い独創的なECDLを実現した。今後is-TPGに導入し、実際にテラヘルツ波の高速波長切り替え性能を評価していく予定である。
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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
今年度はシングルピクセル分光イメージング実現において重要な検出器の開発、及び高速分光に向けた注入光源開発を行った。検出器の高感度化により最大で12桁以上のダイナミックレンジが得られており、シングルピクセルイメージングに導入した場合でも、分厚い遮蔽物越しでの測定が実現すると考えている。さらに、シングルピクセル分光イメージング実現に向けて、高速で波長を切り替えられるレーザーが必要であるが、市販品に無いため、Digital Micromirror Device を波長フィルタに導入したECDLを独自に開発した。is-TPGの波長可変域全体をカバーする広帯域波長可変性と、最大で6.6kHzものスピードで波長を切り替えられる性能を有するレーザーが実現した。is-TPG用注入光源として最適であり、今後実際にテラヘルツ波発生に用いていく。
以上のように高感度検出器の開発及び、分光イメージングに向けた高速波長可変ECDL開発まで完了しており、現在までの進捗状況は「(2)おおむね順調に進展している。」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度開発したECDLを実際にis-TPGに導入し、テラヘルツ波の高速分光性能を確認する。シングルピクセルイメージングへの導入に向けて励起光パルスと同期して動作するか、安定的にテラヘルツ波が発生するかを観測する。続いてテラヘルツ波変調方法の評価を行う。テラヘルツ波光路上に設置する半導体板の最適化や、半導体板励起用のレーザーの選定、また、銀ナノ粒子インクを用いてマスクを印刷する方式などを比較する。また、同時に測定/解析のプログラムも作成を進める。これら準備が整い次第、まずは簡単な金属サンプルを利用して、シングルピクセルイメージングによる輪郭の取得に挑む。さらに、ダイナミックレンジの高さを活かした、遮蔽物越しのイメージングを行うと共に、複数波長を用いた分光イメージングも目指していく。最終目標は高速分光イメージングだが、まずは測定時間を考慮せず、波長掃引による測定を行い、他システムでは困難である遮蔽物越しの高ダイナミックレンジ、シングルピクセルイメージングを目指していく。
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