2014 Fiscal Year Annual Research Report
超高感度テラヘルツヘテロダインＣＴおよび分光イメージングの実現
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25220606
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川瀬 晃道 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00296013)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南出 泰亜 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (10322687)
林 伸一郎 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 上級研究員 (70360188)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 非線形分光 / イメージング / 分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は今年度、近赤外検出素子であるフォトディテクターあるいはCCDカメラを用いて、ダイナミックレンジ10桁（SN比10桁）の性能を有する光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムの開発に成功した。
このシステムの検出方式はコヒーレントなテラヘルツ波のみに感度を有するため、測定ターゲット中を直線的に透過した成分のみを計測し、散乱光は計測しないという、理想的な高精細イメージングが可能となる。 本研究では、この方式の長所を活用した透過型CTおよび分光イメージングを実現し、例えば、プラスチック製品やセラミクス製品内部の欠陥検査、小包や厚手の郵便物内に隠された禁止薬物や爆薬検出、調剤薬局での処方箋ミス検出、などの社会的ニーズに応え得るシステムを実現するための基盤技術開発を進めた。
今年度は、名古屋大学において、透過型テラヘルツヘテロダインCTを構築し、プラスチック製品などの内部構造の画像化を達成した。 理化学研究所においては、従来の0.6THzを超える0.4THzの低周波域におけるテラヘルツ波パラメトリック発生に成功した。 名古屋大学においては従来の2.8THzを大幅に超える4.7THzまでの発生に成功しており、理化学研究所の成果と併せて0.4THz～4.7THzという超広帯域化に成功した。この成果も、テラヘルツ波CTの性能向上に大きく寄与するものと期待される。
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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
光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムを用いた超高感度テラヘルツ分光イメージングシステムの実現に関する計画については、初年度に立ち上げた超高感度テラヘルツ分光システムに基づき、主成分分析法を用いた分光イメージング系を構築した。具体的には、スキャンステージ系を導入し、テラヘルツ周波数を変化させマルチスペクトル画像を計測し、ターゲット物質のスペクトルの行列可、主成分分析によるターゲット試薬の画像抽出、に沿って進めた。また、実際に、試薬類を厚手のEMS封筒やカバン・衣服に隠して分光イメージング測定実験を名古屋税関職員の監修の下で試みた。
光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムを用いた超高感度テラヘルツヘテロダインCTシステムの実現に関する計画については、テラヘルツヘテロダインCTシステムを構築した。まずは、波長固定で、空間分解能、散乱光除去性能、テラヘルツ波の回り込みの影響、などを確認した。さらに、簡易な近赤外検出器を用いてダイナミックレンジ10桁を確認し、実用性の高さを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
THzヘテロダインCTと分光イメージング技術との組み合わせで、特定の試薬ターゲットのみの空間分布を可視化する。過去に我々と企業で共同開発した3D分光イメージングシステムによる糖の空間分布計測において、問題点はTDSを用いたことによる遮蔽物の散乱の影響であった。 今回提案のヘテロダインCT方式により、遮蔽物の散乱影響を受けにくい3D分光イメージングをダイナミックレンジ10桁で実現する。
本システムのさらなる性能向上の可能性を探求するために、現在用いているパルス幅420ピコ秒の励起レーザーを、30ピコ秒程度のパルス幅のレーザーに変更することで、励起光強度が10倍程度となり、発振閾値が大きく低下し、変換効率を向上させる。さらに励起レーザー出力への要求値が大きく低減することが期待される。 なお、短パルス化に伴いフーリエ限界の発振線幅は30GHz程度まで拡大すると考えられるが、主なターゲットとなる試薬の吸収スペクトル線幅は100GHz程度あるので、実用性は損なわれない。
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[Journal Article] Highly sensitive electro-optic sampling of terahertz waves using field enhancement in a tapered waveguide structure2014
Author(s)
S. Tsuzuki, D. Takeshima, T. Sakon, T. Kinoshita, T. Nagase, K. Kurihara, K. Yamamoto, F. Kuwashima, T. Furuya, E. Estacio, K. Kawase, M. Bakunov, M. Tani
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 7
Pages: 112401
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Terahertz wave parametric amplifier (Invited)2015
Author(s)
K. Kawase, K. Murate, S. Hayashi, S.R. Tripathi
Organizer
The sixth international workshop on Optical Terahertz Science and Technology (OTST 2015)
Place of Presentation
The Catamaran Resort Hotel, San Diego, USA
Year and Date
2015-03-08 – 2015-03-13
Invited
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