| 研究課題/領域番号 |
22K05157
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
菜嶋 茂喜 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90347485)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | テラヘルツ波 / テラヘルツ時間領域分光法 / エンハンスメント共振器 / 共振器分光 / キャビティエンハンスト吸収分光法(CAS) / キャビティリングダウン分光法（CRD） / 分光センシング / フェムト秒レーザー |
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| 研究実績の概要 |
低エネルギーで，かつ，物質固有のスペクトル（指紋スペクトル）が存在するテラヘルツ波（THz波）領域は貴重な分光情報を有しており，基礎物性の研究だけでなく，それを活かしたセンシングなどの様々な分光応用も期待されている．従来のテラヘルツ時間領域分光法（THz-TDS）測定はシングルパスが殆どであり，微量な物質や吸収率の小さい物質の応答を得るのが困難であった．
この技術課題に対し本研究では，キャビティリングダウン分光法（CRD）などに代表される共振器分光技術を導入してTHz波と物質の相互作用を増大増強する手法を提案し，高感度な分光を目指している．
1年目のR04年度では，従来のTHz-全反射減衰（ATR）分光の系にTHz波用のウィスパリングギャラリーモード（WGM）共振器を導入に取り組んだ．ATRプリズム（全反射領域）を外部結合器に採用し，最大周回数が観測できるWGM共振器用小球のサイズ依存性を調査した結果，回折損失と伝搬損失のトレードオフが存在し，最大周回数が観測できる最適な小球サイズがあることが明らかになった．また，結合部では，独自に作製した専用の非球面レンズでTHz波ビームの集光することでモード結合の効率向上に成功した．これらの取り組みにより，時間領域で観測できるTHz波パルスの最大周回数が29周回付近に達し是迄よりも約40%の向上を達成した．その結果，分光感度として約27倍の向上，700倍超の測定時間の短縮に成功した．一方で，更なる感度向上を目指してファイバーを用いた新たな結合方法として，THz波用の非球面レンズとファイバーから成る外部結合器を検討し，その試作品を作製した．
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| 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
1年目のR04年度の途中から実験に使用するフェムト秒レーザーの励起レーザーの運転トラブルで使用が困難な状態にも陥ったにも関わらず，申請時に挙げた3つの到達目標の内の2つに対して成果を示すことができたことから，（２）を選択した．次年度以降ではレーザー装置の新設を計画（申請）しており，実験遂行上の大きな問題は解消される見込みである．
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目のR05年度では，大きく「①．ファイバーを用いた新たな結合方法の検討（WGM共振器を用いたTHz-時間領域ATR分光）」と「②．キャピラリー型WGM共振器との結合方法の検討」の2つの実験課題に取り組む予定をしている．
①について，1年目のR04年度に試作したTHz波用の非球面レンズとファイバーから成る外部結合器を用いてWGM共振器との結合効率を実測し，計算結果等と照らし合わせて評価する．また，FDTD電磁界計算機を用いてファイバー径などの構造設計を最適化し結合効率の向上を図る．
②について，危険ガスや溶液などを対象とする為のキャピラリー型WGM共振器の構造の最適化を行う．具体的にはFDTD電磁界計算を主に用いて共振器内のTHz波の伝搬を調査し，管厚や入射条件などの最適化を図る．次に，計算から見出したキャピラリー型WGM共振器プロトタイプを使って実測し，結合効率を評価する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究で取り扱うテラヘルツ波（THz波）の発生および検出手段として，レーザー装置を用いる．研究申請当初に予定していたレーザー装置がトラブルで使用が困難な状態に陥った．
レーザー装置は高額であるが研究遂行上新規購入する他ない為，当初の執行計画を見直し，次年度に購入する事にした．
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