High-resolution detection of free induction decay from gas molecules using broadband terahertz pulse excitation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Furuya Takashi 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教 (20401953)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: テラヘルツ / 高分解能 / 自由誘導減衰

Outline of Final Research Achievements

In general terahertz time-domain spectroscopy, broadband terahertz pulses emitted from a photoconductive antenna are detected by a photoconductive antenna. In this study, gas molecules are excited with similar broadband terahertz pulses, and the free-induction decay emitted from the gas molecules is down-converted to several hundred MHz by a mixer and directly detected by a sampling oscilloscope. This method enables a longer measurement time window than conventional methods and improves the frequency resolution by more than one order of magnitude compared to conventional time-domain spectroscopy.

Free Research Field

テラヘルツ分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

テラヘルツ時間領域分光法では、広帯域分光が可能であるため、品質管理を含めた幅広い分野への応用が期待されている。一方で、周波数分解能は数HGz程度と高くない。星間分子の静止周波数などを測定するためのガス分光では測定周波数数百GHzの領域で少なくとも数百kHz程度の高分解能が求められる。本研究では、広帯域テラヘルツパルスを励起光源として、検出手法を変更することにより、測定帯域は1GHz程度と狭くなるが、分解能数百kHzの分光手法を実現した。また、本手法では分子からの放射を直接測定可能であることから、時間領域分光で難しかったリアルタイム計測が可能となった。