有機非線形結晶を用いた電気光学効果による超高速電界計測

• 研究課題/領域番号: 24560535
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 冨澤 宏光 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (40344395)
• 連携研究者: 松川 健 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 助教 (60580876)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 非線形光学 / 有機非線形光学結晶 / 電気光学効果 / 電気光学サンプリング / 電子ビームバンチング / 高速応答 / 単結晶成長 / テラヘルツ / 電場応答 / 結晶成長

研究成果の概要

従来の無機材料と比較して、π電子に起因する極めて大きな非線形性と超高速応答性を併せ持つ有機非線形光学結晶DASTを用いて、超短パルス電子ビームバンチングの電気光学（E-O）効果計測に取り組んだ。
溶液法による結晶成長の最適化による結晶品質の向上や、ダイモンド切削による超精密形状加工技術の開発、オフラインE-O計測評価システムを用いたDAST結晶のE-O特性詳細評価などを行った。その結果、他の非線形光学素子に比較して、DAST結晶が最も優れたE-O特性を有していることを実証し、実際に加速器において、DAST結晶を用いて世界で初めてフェムト秒スケールの電子ビームバンチングの計測に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Diffraction-limited real-time terahertz imaging by optical frequency up-conversion in a DAST crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuzhen Fan, Feng Qi, Takashi Notake, Kouji Nawata, Yuma Takida, Takeshi Matsukawa, and Hiroaki Minamide
  • 雑誌名: Optics Express, 巻: 23 号: 6 ページ: 7611-7618
  • DOI: 10.1364/oe.23.007611
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An ultra-broadband frequency-domain terahertz measurement system based on frequency conversion via DAST crystal with an optimized phase-matching condition (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Qi, Shuzhen Fan, Takashi Notake, Kouji Nawata, Takeshi Matsukawa, Yuma Takida and Hiroaki Minamide
  • 雑誌名: Laser Phys. Lett., 巻: 11 号: 8 ページ: 085403-085403
  • DOI: 10.1088/1612-2011/11/8/085403
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Terahertz-wave generation from 4-dimethylamino-N’-methyl-4’-stilbazolium p-bromobenzenesulfonate crystal: Effect of halogen substitution in a counter benzenesulfonate of stilbazolium derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Matsukawa, Takashi Notake, Kouji Nawata, Shunsuke Inada, Shuji Okada, and Hiroaki Minamide
  • 雑誌名: Opt. Mater. 巻: 36 ページ: 1995-1999
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高出力テラヘルツ波光源の最先端と広がる応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 巻: 97 ページ: 924-930
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kilowatt-peak terahertz-wave generation and sub-femtojoule terahertz-wave pulse detection based on nonlinear optical wavelength-conversion at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Minamide, S. Hayashi, K. Nawata, T. Taira, J. Shikata, and K. Kawase
  • 雑誌名: J. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: vol.35 号: 1 ページ: 25-37
  • DOI: 10.1007/s10762-013-0041-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] 10 aJ-level detection of ns pulse below 10 THz by frequency upconversion detection via DAST crystal : more than a 4 K bolometer (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Qi, S. Fan, T. Notake, K. Nawata, T. Matsukawa, Y. Takida, and H. Minamide
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: Vol.39 号: 5 ページ: 1294-1297
  • DOI: 10.1364/ol.39.001294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz-wave generation from 4-dimethylamino-N'-methyl-4'-stilbazolium p-bromobenzenesulfonate crystal: Effect of halogen substitution in a counter benzenesulfonate of stilbazolium derivatives Optical Materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Matsukawa, Takashi Notake, Kouji Nawata, Shunsuke Inada, Shuji Okada, Hiroaki Minamide
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time terahertz wave imaging by nonlinear optical frequency up-conversion in a 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Fan, F. Qi, T. Notake, K. Nawata, T. Matsukawa, Y. Takida, and H. Minamide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.104 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4868134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pump-beam-induced optical damage depended on repetition frequency and pulse width in 4-dimethylamino-N’-methyl-4’-stilbazolium tosylate crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsukawa, K. Nawata, T. Notake, F. Qi, H. Kawamata, and H. Minamide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4813602
  • 査読あり
• [学会発表] 有機非線形光学結晶DAST及びBNAを用いたE-O変調に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野竹 孝志，縄田 耕二，瀧田 佑馬，時実 悠，岡安 雄一，富澤 宏光，南出 泰亜
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川）、日本
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-13
• [学会発表] 二波長光注入型光パラメトリック発生を励起光に用いたサブテラヘルツ波発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 時実悠，三宅良宜，范書振，縄田耕二，野竹孝志，瀧田佑馬，林伸一郎，南出泰亜
  • 学会等名: 第2回理化学研究所－情報通信研究機構合同テラヘルツ研究交流会
  • 発表場所: 東北大学（仙台）、日本
  • 年月日: 2015-02-09 – 2015-02-10
• [学会発表] 電波と光波の境界、テラヘルツ電磁波領域を拓く (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 千葉大学大学院融合科学研究科セミナー
  • 発表場所: 千葉大学（千葉）、日本
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] Real-time terahertz-wave imaging using nonlinear up-conversion detection (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide, Feng Qi, and Shuzhen Fan
  • 学会等名: The Fifth International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • 発表場所: Martinique, France
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Real-Time Terahertz Imaging By Optical Frequency Up-Conversion in a DAST Crystal with Sub-mm Resolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuzhen Fan, Feng Qi, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: 理研シンポジウム
  • 発表場所: 仙台産業プラザ（仙台）、日本
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-26
• [学会発表] 新テラヘルツ光応用を切り開く非線形光学テラヘルツ光発生/検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 理研と親しむ会
  • 発表場所: 如水会館（東京）、日本
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] 非線形光学波長変換による波長可変テラヘルツ光源と高感度検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: レーザー学会技術専門委員会
  • 発表場所: 宮古島（沖縄）、日本
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [学会発表] 最先端非線形光学を基礎とした高強度テラヘルツ波光源の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 第24回先端光量子アライアンスセミナー
  • 発表場所: 理研（和光）、日本
  • 年月日: 2014-09-05
• [学会発表] バンチ内6D位相空間電荷密度分布の実時間計測可能な非破壊モニター開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光, 富樫格, 松原伸一, 伊達伸, 出羽英紀, 谷内努, 鈴木伸介, 岡安雄一, 下崎義人, 柳田謙一, 深見健司, 増田剛正, 清道明男, 黒田隆之助, 平義隆, 大和田成起, 小川奏, 南出泰亜, 野竹孝志
  • 学会等名: 第11回日本加速器学会年会
  • 発表場所: リンクステーションホール青森（青森）、日本
  • 年月日: 2014-08-12
• [学会発表] 有機ポッケルス EO 結晶を用いた電子バンチ電荷分布測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡安雄一，小川奏，松原伸一，冨澤宏光，南出泰亜，野竹孝志，松川健
  • 学会等名: 第11回日本加速器学会年会
  • 発表場所: リンクステーションホール青森（青森）、日本
  • 年月日: 2014-08-12
• [学会発表] Real-Time Terahertz Imaging By Optical Frequency Up-Conversion in a DAST Crystal with Sub-mm Resolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuzhen Fan, Feng Qi, Takashi Notake, Kouji Nawata, Yuma Takida, Takeshi Matsukawa, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: OIST Univ. (Okinawa）, JAPAN
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] Study on THz E-O modulation using Organic Nonlinear Materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Notake, Kouji Nawata, Shuzhen Fan, Yuma Takida, Yu Tokizane and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: OIST Univ. (Okinawa), Japan
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] マイクロチップレーザーによる高出力THz波発生 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 第９回レーザー学会「マイクロ固体フォトニクス」専門委員会
  • 発表場所: 分子研（岡崎）、日本
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] An ultra-broadband coherent THz measurement system based on frequency conversion via DAST crystal with optimized phase matching condition (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Qi, Shuzhen Fan, Takashi Notake, Kouji Nawata, Takeshi Matsukawa, Yuma Takida, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Global Symposium on Millimeter Waves
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [学会発表] 10 aJ-level sensing of ns THz pulse by frequency upconversion detection below 10 THz (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Qi, Shuzhen Fan, Kouji Nawata, Takeshi Notake, Takashi Matsukawa, Yuma Takida, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: SPIE Sensing Technology+Applications
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2014-05-05 – 2014-05-09
• [学会発表] THz Light: Light Our Life (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Qi, Shuzhen Fan, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: BIT's 3rd Annual Conference and EXPO of Analytix 2014
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2014-04-25 – 2014-04-28
• [学会発表] Real-time THz imaging by difference frequency generation in a DAST crystal at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Fan, F. Qi, T. Notake, K. Nawata, T. Matsukawa, Y. Takida, and H. Minamide
  • 学会等名: The 3rd Advanced Lasers and Photon Sources
  • 発表場所: Pacific yokohama (Kanagawa),Japan
  • 年月日: 2014-04-24
• [学会発表] High-peak-power Terahertz-wave generation and sensitive detection using second nonlinear optical effect (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Photonics Europe
  • 発表場所: Brussels, Belgium
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
  • 招待講演
• [学会発表] Room temperature terahertz wave imaging at 60 fps by frequency up-conversion in DAST crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuzhen Fan, Feng Qi, Takashi Notake, Kouji Nawata, Takeshi Matsukawa, Yuma Takida, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Photonics West 2014
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] 非線形光学効果によるテラヘルツ波発生検出技術開発の最先端 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟県新潟市
  • 招待講演
• [学会発表] Design of sub-THz-wave generation based on DAST-DFG pumped by injection-seeded OPG (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Miyake, Kouji Nawata, Masatsugu Yamashita, Atsushi Sato and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: International workshop on Optical Terahertz Science and Technology (OTST 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Frequency up-conversion detection of THz waves by DAST-DFG: approaching more than 4K bolometer (2013)
  • 著者名/発表者名: Feng Qi, Koji Nawata, Takashi Notake, Hiroshi Kawamata, Takeshi Matsukawa and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: International workshop on Optical Terahertz Science and Technology (OTST 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Ultra-widely tunable DFG THz-wave source using organic DAST and BNA crystals pumped by a dual-wavelength β-BaB2O4 optical parametric oscillator (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Notake , Koji Nawata, Takeshi Matsukawa, Feng Qi, Hiroshi Kawamata and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: The Advanced Lasers & Photon Sources Conference (ALPS'13)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [学会発表] Study of efficient optical parametric generation in KTP crystal as pump source for DAST-DFG (2013)
  • 著者名/発表者名: Kouji Nawata, Yoshiki Miyake, Shin’ichiro HAYASHI, Takashi Notake, Hiroshi Kawamata, Takeshi Matsukawa, Feng Qi, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: The Conference on Lasers and Electro Optics (CLEO:2013)
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] Intense Terahertz-wave Generation and Sensitive Detection Using Nonlinear Optical Effect (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR 2013)
  • 発表場所: kyoto, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient wavelength-conversion between terahertz wave and infrared light using nonlinear optical susceptibility (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Application (MTSA 2013)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a single-crystalline stilbazolium derivative with halogenated benzenesulfonate for terahertz-wave generation (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Matsukawa, Shunsuke Inada, Shuji Okada, and Hiroaki Minamide
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Lasers, Scintillators and Non-Linear Optical Materials (ISLOM-6)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Terahertz‐Wave Detection using Nonlinear Optical Up‐Conversion by DAST (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide, Feng Qi, Shuzhen Fan
  • 学会等名: 21st International Conference on Applied Electromagnetics and Communications (ICECom 2013)
  • 発表場所: Dubrovnik, Croatia
  • 招待講演
• [学会発表] 高出力テラヘルツ波発生に向けたスチルバゾリウム誘導体単結晶の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松川健
  • 学会等名: 電子情報通信学会 POC研究会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
• [学会発表] 非線形光学波長変換による最先端テラヘルツ波発生および検出技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 招待講演
• [学会発表] The First Demonstration of EOS 3D-BCD Monitor to Maximize 3D-Overlapping for HHG-Seeded FEL (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa, T. Togashi, K. Ogawa, H. Tanaka, M. Yabashi, S. Matsubara, Y. Okayasu, and T. Ishikawa
  • 学会等名: the 2nd International Beam Instrumentation Conference (IBIC2013)
  • 発表場所: Oxford, UK
  • 招待講演
• [学会発表] EOS-locked seeding system toward FT-limited XFEL pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa
  • 学会等名: The High Brightness Electron Beams 2013: Toward to a fifth generation light source (HBEB 2013)
  • 発表場所: San Juan, Puerto Rico
  • 招待講演
• [学会発表] The operation status and future plans of SACLA accelerator (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa
  • 学会等名: The 6th Workshop on FEL Science, “New Horizon of XFEL science”
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Stable Operation of HHG-Seeded EUV-FEL at the SCSS Test Accelerator (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa, T. Hara, T. Ishikawa, K. Ogawa, H. Tanaka, T. Tanaka, T. Togashi, K. Togawa, M. Yabashi, M. Aoyama, K. Yamakawa, A. Iwasaki, S. Owada, T. Sato, K. Yamanouchi, S. Matsubara, Y. Okayasu, T. Watanabe, E. J. Takahashi, M. Aoyama, A. Iwasaki, S. Owada, H. Minamide, T. Matsukaw
  • 学会等名: the 35th International Free Electron Laser Conference
  • 発表場所: Manhattan, USA
• [学会発表] Development of cutting-edge terahertz-wave source and detection using a nonlinear optical effect (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: RIKEN Metamaterials Symposium 2012
  • 発表場所: Wako, Jaan
  • 招待講演
• [学会発表] テラヘルツ波の発生と検出 -テラヘルツ波と光波の間を自在に変換- (2013)
  • 著者名/発表者名: 南出泰亜
  • 学会等名: 学術講演会
  • 発表場所: 福島県、日本大学
  • 招待講演
• [学会発表] Ultra-broadband Terahertz generation and detection using a nonlinear optical effect (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide, Hiromasa Ito
  • 学会等名: Laser Seminer
  • 発表場所: ETH Zurich, Switzerland
  • 招待講演
• [学会発表] Terahertz-wave generation and detection using organic nonlinear optical crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) THz Seminar
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Tunable and high peak-power Terahertz-wave generation using nonlinear optical wavelength-conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) THz Seminar
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] High peak-power, tunable terahertz-wave generation and sensitive detection using nonlinear optical wavelength-conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Minamide
  • 学会等名: 2012 THz workshop
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] High-power and Tunable Terahertz-wave Generation and Sensitive Detection by using Nonlinear Parametric Conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin'ichiro Hayashi, Koji Nawata, Kodo Kawase, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: 37th International conference on infrared, millimeter and terahertz waves (IRMMW-THz 2012)
  • 発表場所: University of Wollongong, Australia
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient frequency conversion between light and terahertz waves (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, S. Hayashi, H. Minamide
  • 学会等名: 50 Years of Nonlinear Optics, International Symposium
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 招待講演
• [学会発表] Highly efficient THz-wave parametric generation and detection (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kawase, S. Hayashi H. Minamide
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 有機非線形光学結晶の光損傷下での繰り返し周波数及びパルス幅依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松川健, 縄田 耕二, 野竹 孝志, 祁 峰, 川俣 大志, 南出 泰亜
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛県、愛媛大学