2021 Fiscal Year Annual Research Report
Single-shot ultrafast burst imaging in infrared band by quantum illumination scheme
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19H02632
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / 量子イメージング / 超高速イメージング / 光パラメトリック下降変換 / 中赤外光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，量子イルミネーション法に申請者のオリジナル手法である単一ショットコマ撮り超高速イメージング法(STAMP)を組み合わせることで、CCDカメラでは計測できない中赤外域における超高速イメージング（量子STAMP）の実現をめざしたものである。装置は，2段のフェムト秒レーザー励起光パラメトリック下降変換(SPDC)、発生したシグナル光パルス間の干渉、およびSF-STAMP光学系から成る。
本量子イメージング法は、単一光子対が必要ではないことはすでに理論解析から明らかにしている。初段のSPDCにおいて位相が揺らいだ熱放射状態相当の非コヒーレントな光子群を発生する必要がある。SPDCをこの領域で動作させた場合、光子発生は励起光に線形に増加し、1kHz、30mW励起において、結晶の損傷閾値から1パルスでは約が25個が上限であった。EM-CCDカメラで検出可能な光子数ではあるが、単一ショットでのイメージングには十分ではないため、計測は0.1秒間、100パルスで実施した。
初段SPDCで発生したアイドラ光の断面を一部遮り、2段目のSPDCにシードとして入射させ、初段と2段目のシグナル光の遅延を調整して干渉させたところ、アイドラ光の空間強度プロファイルに対応した空間干渉縞が発生し、本手法の原理をパルス光ではじめて実証できた。
アイドラ光が高速に変化する試料を透過し、シグナル光の干渉パターンをSTAMP光学系でスペクトル分解イメージ計測すれば、中赤外超高速バーストイメージングが完成する。ただし、光子発生レートが低いため、STAMP光学系のスループット、およびEM-CCDカメラの感度から、単一ショットでの計測は実現できなかった。重ね撮り計測は可能であるが、高速に変化する試料（今回はフェムト秒誘起CS2溶液のカー効果）の再現性が確保できず、鮮明な重ね撮りイメージの取得には至っていない。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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