超高感度テラヘルツイメージングシステムの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360197
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 川瀬 晃道 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, 独立主幹研究員 (00296013)
• 研究分担者: 山下 将嗣 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, 基礎科学特別研究員 (10360661) ; 小川 雄一 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, ユニット研究員 ; 大谷 知行 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, ユニット研究員 (50281663) ; DOBROIU Adrian 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, ユニット研究員 ; 森田 康之 独立行政法人理化学研究所, 川瀬独立主幹研究ユニット, ユニット研究員
• キーワード: テラヘルツ波 / イメージング / 超伝導トンネル接合素子 / パラメトリック発振 / 分光 / YAGレーザー

研究概要

テラヘルツ光とは周波数が大約0.3〜10THzの領域の電磁波であり、光学的な振る舞いをする遠赤外線と電磁相互作用が顕著に現れるミリ波との間に位置し、医学や生物学をはじめとする広範な領域で新しい測定手法として急速に注目を浴びてきている。テラヘルツ光の応用可能性は、物性、分子分光、生体研究などの基礎研究から、半導体材料などの品質評価、DNA・タンパクチップ診断、医薬品開発、所持品検査、農薬検査など多岐にわたる。
初年度は、光注入型テラヘルツパラメトリック発生器の小型化を図るとともに、超伝導検出器の設計・試作・基本特性評価を進めた。
光注入型テラヘルツパラメトリック発生器の小型化については、従来の研究成果をふまえ、光注入型テラヘルツパラメトリック発生器にNd:YAGレーザー、および光注入用の特殊半導体レーザーを導入した。光注入型テラヘルツパラメトリック発生器とは、非線形光学結晶(MgO:LiNbO_3)を励起用レーザー(Nd:YAGレーザー)で励起する単純な構造のテラヘルツパラメトリック発生器に、ストークス光に相当する単一周波数の種光源を注入することで、大幅な狭線化と高効率化を得た。
具体的には、小型Nd:YAGレーザーを励起光源に導入し、小型化、高安定化、高効率化、堅牢化を図った。また、米国企業と共同開発した外部共振器型モードホップフリー波長可変半導体レーザーを種光源に導入し、全波長可変域におけるテラヘルツ光のモードホップフリーチューニングを実現した。
超伝導検出器の設計・試作・基本特性評価については、超伝導トンネル接合素子の読み出し回路の設計、試作、特性評価を行った。また、隣接素子間のクロストークを低減する計算・設計なども行った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Watanabe, K.Kawase, T.Ikari, H.Ito, Y.Ishikawa, H.Minamide: "Component spatial pattern analysis of chemicals using terahertz spectroscopic imaging"Optics & Photonics News (OPN), Optics in 2003. 14・12. 43 (2003)
• [文献書誌] T.Kiwa, M.Tonouchi, M.Yamashita, K.Kawase: "Laser-terahertz emission microscope for inspecting electrical faults in integrated circuits"Optics Letters. 28・21. 2058-2063 (2003)
• [文献書誌] Y.Watanabe, K.Kawase, T.Ikari, H.Ito, H.Minamide: "Spatial pattern separation of chemicals and frequency-independent components using terahertz spectroscopic imaging"Applied Optics. 42・28. 5744-5748 (2003)
• [文献書誌] K.Kawase, Y.Ogawa, Y.Watanabe, H.Inoue: "Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints"Optics Express. 11・20. 2549-2554 (2003)
• [文献書誌] Y.Watanabe, K.Kawase, T.Ikari, H.Ito, H.Minamide: "Component spatial pattern analysis of chemicals using terahertz spectroscopic imaging"Applied Physics Letters. 83・4. 800-802 (2003)
• [文献書誌] J.Shikata, K.Kawase, H.Ito: "The generation and linewidth control of terahertz waves by parametric processes"Electronics and Communications in Japan, Part2. 86・5. 52-65 (2003)
• [文献書誌] K.Kawase, J.Shikata, H.Ito: "Solid-state mid infrared laser sources, Topics Applied Physics 89(Edited by I.T.Sorokina and K.L.Vodopyanov)"Springer-Verlag, Berlin. 397-423 (2003)