ワンパルス高速テラヘルツ分光システムの開発

• 研究課題/領域番号: 18H03887
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分30:応用物理工学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 川瀬 晃道 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00296013)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円); 2021年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2020年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2019年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: テラヘルツ波 / パラメトリック / 非線形光学 / 分光 / パラメトリック発振 / テラヘルツ工学 / テラヘルツ / テラヘルツ分光 / テラヘルツ光学

研究成果の概要

郵便物に隠された禁止薬物や、薬局で手渡される処方薬を、開封することなくチェックできる技術は、我々が開発している光注入型テラヘルツ波(THz波)パラメトリック発生器（is-TPG）のみである。しかしながら、従来のis-TPG技術では、波長を掃引して分光するため、長い検査時間、およびパルス毎の出力ゆらぎが課題であった。本研究では、これまでの予備実験による成果を高いレベルで融合し、多波長を同時発生するワンパルス高速テラヘルツ分光システムを開発し、従前より期待されているリアルタイムでの郵便物検査や処方薬検査、および医薬錠剤・粉末の製造過程での全数検査等を可能とした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

is-TPGを用いたTHz分光器は、これまで不可能であった減衰が大きい厚手の遮蔽物内に隠された試薬の分光や、硬質プラスチック製品の3次元CTなども実現してきた。しかしながら、is-TPGは波長可変光源のため、ワンパルス毎に1波長しか出力できず、分光の際に波長を変える必要があり、測定時間が長くかかる。また、パルス毎の出力ゆらぎによって測定値がばらつくため、多数パルスの平均化を要する。このため、実用上求められる高速なリアルタイム測定が困難であった。本研究ではそのような課題を克服し、実用性の優れたテラヘルツ分光システムを実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Application of Machine Learning to Terahertz Spectroscopic Imaging of Reagents Hidden by Thick Shielding Materials? (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, H. Kanai, and K. Kawase
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 11 号: 6 ページ: 620-625
  • DOI: 10.1109/tthz.2021.3094128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the crystal phase and microstructure of pottery bodies on the transmission characteristics of terahertz waves (2021)
  • 著者名/発表者名: S.Niijima,H.Taniguchi,H.Matsuda,H.Noritsugu,K. Murate, K. Kawase
  • 雑誌名: Journal of Asian Ceramic Societies 巻: - 号: 2 ページ: 443-451
  • DOI: 10.1080/21870764.2021.1889454
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-power ASE-free fast wavelength-switchable external cavity diode laser (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Mine, K. Kawase, K. Murate
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 60 号: 7 ページ: 1953-1957
  • DOI: 10.1364/ao.416033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time wide dynamic range spectrometer using a rapidly wavelength-switchable terahertz parametric source (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Mine, K. Kawase and K. Murate
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 46 号: 11 ページ: 2618-2621
  • DOI: 10.1364/ol.423985
  • NAID: 120007175355
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly sensitive multi-stage terahertz parametric detector (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, K. Kawase, and K. Murate
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 45 号: 14 ページ: 3905-3908
  • DOI: 10.1364/ol.394975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear optical process of second-order nonlinear optical susceptibility 133 in an organic nonlinear optical crystal (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Takeya, T. Kamei, K. Kawase, and H. Uchida
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 45 号: 19 ページ: 5348-5351
  • DOI: 10.1364/ol.400235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of sublimation of ice using terahertz spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Matsumura, K. Kawase, K. Takeya
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 7 号: 9 ページ: 192083-192083
  • DOI: 10.1098/rsos.192083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz tag identifiable through shielding materials using machine learning (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuhashi, K. Murate, S. Niijima, T. Horiuchi, and K. Kawase
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 号: 3 ページ: 3517-3527
  • DOI: 10.1364/oe.384195
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Six billion-fold amplification via a two-stage terahertz parametric amplifier (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, H. Sakai, and K. Kawase
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 10 号: 2 ページ: 200-203
  • DOI: 10.1109/tthz.2020.2964832
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多波長テラヘルツパラメトリック発生器によるリアルタイム分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 村手宏輔, 川瀬晃道
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 47 ページ: 11-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] ,Antireflection coating on organic nonlinear optical crystals using soft materials (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Uchida, C. Koyama, T. Takagi, P. Wang, T. Kamei, K. Kawase, K. Takeya
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 115 号: 23 ページ: 231107-231107
  • DOI: 10.1063/1.5126462
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical evaluation of Cytop, an amorphous fluoropolymer, in the terahertz frequency across a wide temperature range (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Takeya, Y. Ikegami, K. Matsumura, K. Kawase, H. Uchida
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 4 ページ: 042004-042004
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0716
  • NAID: 210000135651
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perspective: Terahertz wave parametric generator and its applications (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Kawase
  • 雑誌名: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 124 号: 16 ページ: 160901-160901
  • DOI: 10.1063/1.5050079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pump wavelength-independent broadband terahertz generation from a nonlinear optical crystal (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Takeya, K. Okimura, K. Oota, K. Kawase, and H. Uchida
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 43 号: 17 ページ: 4100-4103
  • DOI: 10.1364/ol.43.004100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Cycle Terahertz Pulse Generation from OH1 Crystal via Cherenkov Phase Matching (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchida Hirohisa、Oota Kengo、Okimura Koutarou、Kawase Kodo、Takeya Kei
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 39 号: 6 ページ: 509-513
  • DOI: 10.1007/s10762-018-0481-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Nonlinear Optical Single-Crystalline Thin Film Grown by Physical Vapor Deposition for Terahertz Generation (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Uchida, R. Yamazaki, K. Oota, K. Okimura, T. Minami, K. Takeya, and K. Kawase
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design 巻: 18 号: 7 ページ: 4029-4036
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.8b00388
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the sintering properties of pottery bodies using terahertz time-domain spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Niijima, M. Shoyama, K. Murakami and Kodo Kawase
  • 雑誌名: Journal of Asian Ceramic Societies 巻: 6 ページ: 37-42
  • NAID: 40021447686
  • 査読あり
• [学会発表] Wide Dynamic Range Imaging System Using Three-stage Terahertz Parametric Detector (Keynote) (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Nagase, K. Kawase
  • 学会等名: 46th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a High Signal to Noise Ratio Terahertz-wave Parametric Generator (Keynote) (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Mine, K. Kawase, K. Murate
  • 学会等名: 46th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a Terahertz Parametric Generator/Detector for Nondestructive Testing (Invited) (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Kawase
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of terahertz parametric generator for real-time measurement (invited) (2021)
  • 著者名/発表者名: K.Murate, and K. Kawase
  • 学会等名: 9th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE TeraTech-2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高感度テラヘルツ波パラメトリック検出および分光イメージングに関して (招待講演) (2021)
  • 著者名/発表者名: 川瀬晃道, 村手宏輔
  • 学会等名: 第20回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Injection-seeded THz parametric generator, detector, and applications (Invited) (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase and K. Murate
  • 学会等名: Instruments Research and Development Establishment (IRDE), Diamond Jubilee Lecture Series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Injection-seeded THz parametric generation and detection with 125dB dynamic range (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, K. Murate
  • 学会等名: The 3rd Fraunhofer Photonic Research Cooperation Workshop at Optics & Photonics International Exhibition 2021 (OPIE ’21)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Injection-seeded THz parametric generator, detector, and application (Invited) (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Kawase
  • 学会等名: SPIE Optical Engineering + Applications 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-brightness THz source with wide tunability (Invited) (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Kawase
  • 学会等名: OSA High-brightness Sources and Light-driven Interactions Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高速測定に向けたテラヘルツパラメトリック光源の開発 (招待講演) (2020)
  • 著者名/発表者名: 村手宏輔, 川瀬晃道
  • 学会等名: テラヘルツ科学の最先端VII
  • 招待講演
• [学会発表] Detection of drugs using is-TPG system (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, K. Murate
  • 学会等名: International Workshop onTHz Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] One shot detection of drugs hidden in envelopes using multiwavelength is-TPG (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Kawase
  • 学会等名: SPIE Conference SI106 Next-Generation Spectroscopic Technologies XII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Terahertz wave parametric amplification using LiNbO3 crystal pumped by the microchip Nd:YAG laser (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, H. Sakai, Y. Guo, K. Kawase
  • 学会等名: The 7th Laser Ignition and Giant-microphotonics Conference (LIC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High gain Terahertz wave parametric amplifier using LiNbO3 crystal (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, Y. Guo, H. Sakai, K. Kawase
  • 学会等名: The 7th Advanced Electromagnetics Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Low Noise And High Gain Terahertz Parametric Amplifier (keynote) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, H. Sakai, Y. Guo, K. Kawase
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Terahertz Tag Identifiable Through Shielding Material (keynote) (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Mitsuhashi, T. Horiuchi, K. Murate, K. Kawase
  • 学会等名: 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Highly Sensitive THz Detection using is-TPG (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, H. Sakai, K. Murate
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultra-sensitive THz parametric detection (Invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, H. Sakai, K. Murate
  • 学会等名: International Conference on Optics and Optoelectronics (ICOL-2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Extremely weak terahertz wave amplification using terahertz parametric amplifier (invited) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, H. Sakai, K. Kawase
  • 学会等名: The 11st Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS11)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The applications of terahertz parametric sources (Invited) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, and K. Murate
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Ultrafast Phenomena and Terahertz Waves (ISUPTW2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] THz spectrometer using injection-seeded parametric generator (Invited) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, Y. Guo, K. Maeda, and K. Murate
  • 学会等名: 11th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi wavelength injection-seeded THz parametric generator (Invited) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, K. Maeda, Y. Guo and K. Kawase
  • 学会等名: The 6th Advanced Electromagnetics Symposium (AES 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi wavelength THz source for one-pulse spectroscopy (Invited) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, Y. Guo, K. Maeda and K. Murate
  • 学会等名: 7th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE Tera-Tech 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi wavelength is-TPG for one-shot spectroscopy (Plenary) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, K. Murate
  • 学会等名: International Conference on Microwave & THz Technologies, and Wireless Communications (IRPhE 2018), TH-6, Arthurs Aghveran Resort, Aghveran, Armenia (Sept. 19-21, 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi wavelength injection-seeded THz parametric system (Invited) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Murate, and K. Kawase
  • 学会等名: 3rd International Conference on Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Detection and Applications (TERA 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] テラヘルツ波産業創成の課題と展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村手宏輔, 川瀬晃道
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: シーエムシー出版刊, 東京
  • ISBN: 9784781316628