Development of coherent infrared sensing technique by diamond nano-micro photonics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05372
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Asahikawa National College of Technology
• Principal Investigator: Matsubara Eiichi 旭川工業高等専門学校, 人文理数総合科, 准教授 (10421992)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 非線形光学 / 超光速分光 / テラヘルツ / 赤外分光 / ダイヤモンド / プラズマ

Outline of Final Research Achievements

In the present study, we aimed the development of coherent infrared sensing technique using diamond microstructures. Especially we focused on the transformation from gas to solid in nonlinear media. First, we summarized the result of coherent detection using diamond and published it in Applied Physics Express. Second, we employed the multiplate compression to produce 20-fs driving pulses for the two-color excitation of air plasma emitting ultrabroadband coherent infrared pulses. Compared with the ordinal hollow fiber compression, the required energy of the laser was reduced by one-fourth.

Free Research Field

量子エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

赤外分光は、化学物質の同定に有用であるばかりでなく、その制御にも使用することで、従来になかったデバイスの開発をもたらす重要な技術の一つである。
空気プラズマを使った広帯域赤外パルスによる物質の分光分析が行われているが、高強度のレーザー光が必要であることや、気体による高次の非線形性を利用しているため、安定性が不十分であるという問題点があった。
本研究では、プラズマ励起用のパルス光を発生させる過程と、電場検出を行う過程の2点において、気体でなく固体を使うことで、必要なレーザー光の強度を1/4以下に減らすことができた。本研究成果は赤外発生の媒質も固体化した全固体赤外分光技術の実現に向けて重要といえる。