可搬型,広帯域波長分散型テラヘルツ分光器の開発

• 研究課題/領域番号: 25286075
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 縄田 耕二 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 基礎科学特別研究員 (90586405)
• 連携研究者: 南出 泰亜 理化学研究所, 光量子工学研究領域テラヘルツ光源研究チーム, リームリーダー (10322687)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2013年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 非線形光学波長変換 / 差周波発生 / 近赤外レーザー / テラヘルツ波 / 光学素子・装置・材料 / 非線形光学 / レーザー / テラヘルツ

研究成果の概要

本研究では波長分散型テラヘルツ波分光器のために差周波発生を利用した広帯域周波数可変テラヘルツ波光源とテラヘルツ波アップコンバージョン検出を行った。
差周波テラヘルツ波発生におけるテラヘルツ波周波数領域の広帯域化を光注入方式によって図り、0.3THzから4THzまでの広帯域周波数可変テラヘルツ波発生を実現した。分光計測における信号ノイズ比を改善するためにアップコンバージョン検出の高感度化にも取り組んだ。結果として、最小検出テラヘルツ波エネルギーは極低温シリコンボロメータを凌駕する100aJ/pulseまで改善した。

研究成果

• [雑誌論文] Tunable terahertz waves from 4-dimethylamino-N’-methyl-4’-stibazolium tosylate pumped with dual-wavelength injection-seeded optical parametric generation (2017)
  • 著者名/発表者名: 1.Yu Tokizane, Kouji Nawata, Zhengli Han, Mio Koyama, Takashi Notake, Yuma Takida, and Hiroaki Minamide
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 2 ページ: 022101-022101
  • DOI: 10.7567/apex.10.022101
  • NAID: 210000135750
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Terahertz-wave differential detection based on simultaneous dual-wavelength up-conversion (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takida, K. Nawata, S. Suzuki, M. Asada, and H. Minamide
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 号: 3 ページ: 035020-035020
  • DOI: 10.1063/1.4979405
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nonlinear optical detection of terahertz-wave radiation from resonant tunneling diodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takida, K. Nawata, S. Suzuki, M. Asada, and H. Minamide
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: vol. 25 号: 5 ページ: 5389-5395
  • DOI: 10.1364/oe.25.005389
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Terahertz-wave parametric gain of stimulated polariton scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takida, J. Shikata, K. Nawata, Y. Tokizane, Z. Han, M. Koyama, T. Notake, S. Hayashi, and H. Minamide
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 93 号: 4 ページ: 043836-043836
  • DOI: 10.1103/physreva.93.043836
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-brightness continuously tunable sub-terahertz wave generation (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hayashi, K. Nawata, Y. Takaida, Y. Tokizane, K. Kawase, H. Minamide
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 6(6) 号: 6 ページ: 858-861
  • DOI: 10.1109/tthz.2016.2611939
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] テラヘルツ光パラメトリック光源の最先端 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 伸一郎，縄田 耕二，瀧田 佑馬，川瀬 晃道，南出 泰亜
  • 雑誌名: OPTRONICS 巻: 405 ページ: 65-69
• [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] Effective terahertz-to-near-infrared photon conversion in slant-stripe-type periodically poled LiNbO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nawata, T. Notake, H. Ishizuki, F. Qi, Y. Takida, S. Fan, S. Hayashi, T. Taira, and H. Minamide
  • 雑誌名: Effective terahertz-to-near-infrared photon conversion in slant-stripe-type periodically poled LiNbO3 巻: 104 号: 9 ページ: 091125-091125
  • DOI: 10.1063/1.4868096
  • 査読あり
• [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
• [学会発表] Nonlinear Optical Wavelength-Conversion using periodically poled LiNbO3 for Sensitive Terahertz-Wave Detection (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouji Nawata, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: EMN Meeting on Terahertz 2016
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sensitive Terahertz-wave Detection Using Optical Nonlinear Wavelength-conversion for Stand-off Sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: Kouji Nawata, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: Tera-MIR 2015, NATO ARW on THz Diagnostics of CBRN effects and Detection of Explosives & CBRN
  • 発表場所: イズミール(トルコ)
  • 年月日: 2015-11-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Attempt to conformation control of biological proteins by using intense coherent THz-wave (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi NOTAKE, Kouji NAWATA, Yuma TAKIDA, Yu TOKIZANE, Zhengli HAN, Hiroaki MINAMIDE
  • 学会等名: The Second International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2015)
  • 発表場所: アクトシティ浜松コングレスセンター浜松(静岡県・浜松)
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] Sub-terahertz-wave generation based on nonlinear wavelength-conversion in a MgO:LiNbO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin'ichiro HAYASHI, Kouji NAWATA, Yuma TAKIDA, Kodo KAWASE Hiroaki MINAMIDE
  • 学会等名: The Second International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2015)
  • 発表場所: アクトシティ浜松コングレスセンター浜松(静岡県・浜松)
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] Tunable sub-THz wave source from DAST-DFG pumped by a dual-wavelength, injection-seeded BBO OPG system (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu TOKIZANE, Yoshiki MIYAKE, Kouji NAWATA, Shuzhen FAN, Shin'ichiro HAYASHI, Takashi NOTAKE, Atsushi SATO, Yuma TAKIDA, Hiroaki MINAMIDE
  • 学会等名: The Second International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2015)
  • 発表場所: アクトシティ浜松コングレスセンター浜松(静岡県・浜松)
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] Magnification of sub-wavelength images to far-field images with hyperbolic metamaterials in terahertz region (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki MIYAMARU, Kotaro MURAI, Tetsuro FURUIE, Tsubasa NISHIDA, Yosuke NAKATA, Shinichiro HAYASHI, NAWATA Kouji, Hiroaki MINAMIDE, Masahiko TANI, Mitsuo TAKEDA
  • 学会等名: The Second International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2015)
  • 発表場所: アクトシティ浜松コングレスセンター浜松(静岡県・浜松)
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] Sum-frequency-generation based terahertz detection using a periodically poled lithium niobate (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nawata, T. Notake, H. Ishizuki, Y. Takida, Y. Tokizane, S. Hayashi, Z. Han, T. Taira, and H. Minamide
  • 学会等名: IRMMW-THz 2015
  • 発表場所: 香港(中国)
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] Gain measurement of MgO:LiNbO3 crystal in injection-seeded terahertz-wave parametric generation (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takida, T. Notake, K. Nawata, Y. Tokizane, Z. Han, S. Hayashi, and H. Minamide
  • 学会等名: Nonlinear Optics (NLO)
  • 発表場所: リフェ(USA)
  • 年月日: 2015-07-28
  • 国際学会
• [学会発表] kW-peak-power terahertz-wave parametric generation and 70 dB-dynamic-range detection based on efficient surface-coupling configuration (2015)
  • 著者名/発表者名: Takida, T. Notake, K. Nawata, Y. Tokizane, S. Hayashi, and H. Minamide
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO:2015): Science & Innovations, THz Quantum Cascade Lasers
  • 発表場所: サンノゼ(USA)
  • 年月日: 2015-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] Sub-THz wave generation in DAST-DFG configuration pumped by a dual-wavelength, injection-seeded BBO OPG system (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokizane, Y. Miyake, K. Nawata, S. Fan, S. Hayashi, T. Notake, A. Sato, Y. Takida, and H. Minamide
  • 学会等名: ALPS’15
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] Effective photon conversion from THz to NIR in a slant-strip-type periodically poled LiNbO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nawata, T. Notake, H. Ishizuki, Y. Takida, Y. Tokizane, S. Hayashi, T. Taira, and H. Minamide
  • 学会等名: ALPS’15
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental verification of terahertz-wave spectroscopic measurement based on nonlinear wavelength-conversion (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Hayashi, K. Nawata, K. Kawase, and H. Minamide
  • 学会等名: ALPS’15
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] Study on effect of intense THz-wave irradiation for protein conformation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Notake, K. Nawata, Y. Takida, Y. Tokizane, Z. Han, and H. Minamide
  • 学会等名: ALPS’15
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] High-peak-power terahertz-wave parametric generation and highly-sensitive detection using surface-coupling configuration (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takida, T. Notake, K. Nawata, Y. Tokizane, S. Hayashi, and H. Minamide
  • 学会等名: ALPS’15
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinear optical frequency up-conversion broadening terahertz horizons in sensitive detection (2015)
  • 著者名/発表者名: Kouji Nawata, Shin’ichiro Hayashi, Hiroaki Minamide
  • 学会等名: SPIE DSS2015, Terahertz Physics, Devices, and Systems IX: Advanced Applications in Industry and Defense
  • 発表場所: ボルチモア(USA)
  • 年月日: 2015-04-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Efficient wavelength-conversion from terahertz to near infrared using a slant-stripe-type periodically poled LiNbO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: 縄田耕二
  • 学会等名: Optical Terahertz Science and Technology (OTST) 2015
  • 発表場所: Sandiego, USA
  • 年月日: 2015-03-09
• [学会発表] 斜周期分極反転素子を用いた テラヘルツセンサーの高感度化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 縄田耕二
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 北海道大学,札幌
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Effective THz Detection Using a Periodically Poled LiNbO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: 縄田耕二
  • 学会等名: The 3rd Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS’14)
  • 発表場所: パシフィコ横浜,横浜
  • 年月日: 2014-04-23
• [学会発表] Sensitive terahertz-wave detector using a quasi-phase-matched LiNbO3 at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: 縄田耕二
  • 学会等名: Photonics Europe
  • 発表場所: Brussels, Belgium
  • 年月日: 2014-04-17
• [学会発表] 斜周期分極反転素子を用いた直交入射配置によるテラヘルツ波検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 縄田 耕二，野竹 孝志, 石月 秀貴, 祁 峰, 瀧田 佑馬, 范 書振, 林 伸一郎, 平等 拓範, 南出 泰亜
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県相模原市青山学院大学相模原キャンパス
• [産業財産権] テラヘルツ波生成装置、光パラメトリック増幅器、テラヘルツ波検出器、および非線形光学素子 (2016)
  • 発明者名: 縄田耕二,時実悠,南出泰亜
  • 権利者名: 縄田耕二,時実悠,南出泰亜
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-192374
  • 出願年月日: 2016-09-30