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2016 年度 実施状況報告書

テラヘルツカメラを用いたリアルタイムイメージング分光計測法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 15K17476
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

神田 夏輝  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 特別研究員 (60631778)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードテラヘルツ / イメージング
研究実績の概要

テラヘルツ周波数領域には多くの物質が特徴的なスペクトルを持つため、テラヘルツ分光イメージングは幅広い応用が期待されているが、計測のリアルタイム性にかけることが障害となっている。本研究では、マルチチャネル性・リアルタイム性を兼ね備えた最先端のテラヘルツ検出器であるテラヘルツカメラを用い、従来手法では不可能だった多次元的な新たな分光計測法の開拓を行っている。分光イメージングや偏光計測などをリアルタイムに実現することで、テラヘルツ波での分光イメージングが物性分野だけでなくバイオ分野でのその場観察や、製品検査などの産業応用へも広がると予想される。
当該年度には、回折格子型のテラヘルツ分光イメージング装置を構築した。パルス面傾斜法を用いてLiNbO3結晶を励起し、高強度テラヘルツ光源とした。そして高感度テラヘルツカメラを検出器に用い、回折格子型分光器を作製した。さらに、分光器入り口への集光をシリンドリカルレンズにより線状の集光に変更することで、カメラの横方向を周波数情報に、縦方向を空間情報に対応させた。これにより、カメラの多次元性を生かした分光測定が可能にした。
実証実験として、2種類の糖の粉末の空間分布のイメージングを行った。さらに、テラヘルツ領域の指紋スペクトルを元に独立成分分析を行うことで、各成分の空間分布を決定した。データ取得及び解析はビデオレートで処理が可能である。試料を一次元的にスキャンすることで10秒程度で二次元分光イメージング像を取得できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

回折格子型分光器でのイメージング分光法を用いることで、本研究の目的の一部であるリアルタイム分光イメージングを計画通りに達成することができた。この成果は論文誌Scientific Reportsに掲載された。本手法を応用した実験の準備も進めている。

今後の研究の推進方策

当該年度までの研究により、高感度テラヘルツカメラの二次元性を活用した分光イメージングが可能であることを実証できた。回折格子型分光器では横方向が周波数情報であり、分光イメージングでは縦方向を空間情報として用いた。この縦方向の自由度は、他の分光計測にも活用できる。例えば偏光素子を並べることで偏光情報に置き換えられ、高速な変更分光が可能になると考えられる。
また、カメラの多次元性の割り振り方を変えた分光イメージングも行う。回折格子型では二次元像を得るために試料の一次元スキャンを行っており、これはカメラの時間軸(リアルタイム性)を用いていた。この時間軸を波長情報に用いることで、カメラの空間2次元はそのまま空間情報に使用した分光イメージングが可能になり、データ取得効率の高い測定が期待できる。このようなイメージングと回折格子型との比較を行う。そして、化学反応の経時変化の追跡や生体分子のイメージングなどへの応用を目指す。

次年度使用額が生じた理由

本研究課題での成果を論文誌(Scientific Reports)に投稿し、掲載された。この論文の出版費用の請求が2016年度内に届かなかったため、期間の延長を希望した。
また、本研究課題の成果に関して、2017年4月に開催された国際学会で招待講演を行い、出張費用が2017年度予算となった。

次年度使用額の使用計画

上記成果報告に加え、延長した期間を用いて、本研究で開発した手法の応用実験を行うことを検討している。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Real-time broadband terahertz spectroscopic imaging by using a high-sensitivity terahertz camera2017

    • 著者名/発表者名
      Natsuki Kanda, Kuniaki Konishi, Natsuki Nemoto, Katsumi Midorikawa, Makoto Kuwata-Gonokami
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 42540/1-10

    • DOI

      10.1038/srep42540

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 高感度テラヘルツカメラによるテラヘルツ分光イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      神田夏輝
    • 学会等名
      第8回テラテクビジネスセミナー
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-14
    • 招待講演
  • [備考] 理化学研究所 光量子工学研究領域 エクストリームフォトニクス研究グループ

    • URL

      http://www.riken.jp/ExtremePhotonics/attosec/Atto_publications_2016.html

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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