2020 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
| Project/Area Number |
19H02627
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
村手 宏輔 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50824645)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| 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 |
|---|
| 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、二次元センサー(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、サンプルを機械的に移動させる必要があることから安定性や、測定時間などの課題が有り、実用的ではない。そこで、近年シングルピクセルイメージングが注目されている。シングルピクセルイメージングとは、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方式で、圧縮センシングと組み合わせることで少ない測定点でも画像を再構成出来る特徴がある。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へのテラヘルツ分光導入に向けて、高速波長切替is-TPGの開発を主に実施し、同時にテラヘルツ波変調用マスクの評価、測定/解析用プログラムの作成を行った。is-TPGは励起光と注入光の2つのレーザーを非線形光学結晶に入射し、その差の周波数に相当するテラヘルツ波を発生する装置だが、2つのレーザーの内、注入光を高速で切り替えることによりテラヘルツ波の高速波長切替を実現した。従来は1波長あたり数百msの測定時間を要していたが、本方式では200msで10波長の測定が可能となり、大幅な時間短縮が可能となった。また、任意の波長を離散的に切り替えることが出来、ターゲットとする試薬に合わせた測定もでき、今後シングルピクセルイメージングと組み合わせることで、実用的な高速分光イメージングが実現すると考えている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シングルピクセル分光イメージングにおいて、多波長発生、高速波長切り替え方式の2つを検討してきたが、今年度はより波長数を増やすことが出来る高速波長切り替え方式を開発した。申請当初目標としていた10波長程度の高速測定が可能となっただけでなく、通常のis-TPGと同等の8桁近いダイナミックレンジを有し、シングルピクセルイメージング用光源としては十分な性能が得られている。また、テラヘルツ波変調用マスクの検討も合わせて行った。Digital Micromirror Device(DMD)を用いて半導体板を励起する方式を想定し、テラヘルツ波の変調度を測定したところ、DMDの損傷しきい値の関係で1桁程度の変調度しか得られなかった。そこで、現在は銀ナノ粒子インクを用いてマスクを印刷する方式や異なる半導体板を用いて変調する方式等を検討している。
以上のように変調用マスクについてはまだ検討する必要がある一方で、目標とする光源が開発できたことから、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。
|
| Strategy for Future Research Activity |
まずは、変調用マスクの選定を優先的に行う。THz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を変更することによりDMDを用いた方式でも高い変調率を目指すとともに、銀ナノ粒子インクを用いてマスクを印刷する方式も試す。マスクをテラヘルツ波光路中に設置し、変調率や安定性、切り替え時間を比較し最適な方法を探る。その後、これまでに作成した測定/解析のプログラムを利用してイメージングを実施する。まずは簡単な金属サンプルを利用して、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。
|
