| 研究課題/領域番号 |
25286075
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
縄田 耕二 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 特別研究員 (90586405)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 光学素子・装置・材料 / 非線形光学 / レーザー |
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| 研究概要 |
本研究課題は、有機非線形結晶を用いた広帯域周波数可変テラヘルツ波光源を開発し、広帯域波長分散型テラヘルツ分光を実現することを目的としている。
平成25年度はテラヘルツ波発生に必要な光源開発の準備を行い、連続波光源とパルス光源の両面から検討を行ってきた。連続波光源の準備として外部共振器型波長可変レーザーの出力を新たに購入した光ファイバー増幅器によって2W以上の出力を実現した。この出力は有機非線形結晶DASTを用いて連続波テラヘルツ波発生が可能な出力である。一方、パルス光源では縦シングルモードレーザーによる光注入型光パラメトリック２波長光源の検討を行った。パルスレーザーを用いた場合、ピークパワーはCWレーザーに比べて遥かに高く、テラヘルツ波発生時の変換効率が格段に上昇する。また、注入光波長によって２波長制御が可能であり、周波数可変テラヘルツ波光源を構築できることが分かった。
また、テラヘルツ波発生に必要な光源の準備を進める一方で、テラヘルツ波検出の開発を進めてきた。研究計画にあるテラヘルツ波出力を効率良くかつ簡便に検出するための方式として周期分極反転デバイスを利用したテラヘルツ波検出技術を提案し、その成果を論文・学会発表した。本成果は本研究課題のテラヘルツ波分光を行うために必要なテラヘルツ波位相検出を実現できるコヒーレントな波長変換技術を用いた検出法式であり、光ファイバー技術との親和性の高さから将来の小型テラヘルツ波検出技術として非常に有望である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
光ファイバー増幅器によってCWテラヘルツ波発生に必要な1W出力を超える2W出力を確認した。この出力は有機非線形結晶DASTを用いて連続波テラヘルツ波発生が可能な出力である。また、縦シングルモードパルスレーザーを用いた光注入型光パラメトリック２波長光源の検討を検討した。パルスレーザーを用いた場合、ピークパワーはCWレーザーに比べて遥かに高く、テラヘルツ波発生時の変換効率が格段に上昇する。また、注入光波長によって２波長制御が可能であり、周波数可変テラヘルツ波光源を構築できることが分かった。
加えて、テラヘルツ波出力を効率良くかつ簡便に検出するための方式として周期分極反転デバイスを利用したテラヘルツ波検出技術を提案し、その成果を論文・学会発表した。本成果は本研究課題のテラヘルツ波分光を行うために必要なテラヘルツ波位相検出を実現できるコヒーレントな波長変換技術を用いた検出法式であり、光ファイバー技術との親和性の高さから将来の小型テラヘルツ波検出技術として非常に有望である。
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| 今後の研究の推進方策 |
差周波発生に必要な２波長励起光源の開発とテラヘルツ波発生を実際に行う。具体的には、外部共振器型波長可変レーザー２台からなる２波長出力を光ファイバー増幅器によって1Wを超える出力とする。得られた高出力２波長励起光は有機非線形結晶に入射させられ、非線形波長変換によって２波長のエネルギー差に相当するテラヘルツ波を発生させる。また、連続波光源のみならずパルス光源も用いてテラヘルツ波発生を目指す。
加えて、波長変換効率をより高めるために必要な導波路型有機非線形結晶について準備を進める。具体的には有機非線形結晶の材料合成を行い、単結晶化させる。その後、研磨機あるいはレーザー加工機を用いて、導波路構造の作製を目指し、実際に結晶加工を試す。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本年度はテラヘルツ波発生に必要な光源開発の準備を行い、連続波光源とパルス光源の両面から検討を行ってきた。連続波光源の準備として外部共振器型波長可変レーザーの出力を新たに購入した光ファイバー増幅器によって2W以上の出力を実現した。また、研究計画にあるテラヘルツ波出力を効率良くかつ簡便に検出するための方式として、周期分極反転デバイスを利用したテラヘルツ波検出技術を提案し、その成果を論文・学会発表するなど非常に順調に研究が進んだ。
光源検討の中で、パルスレーザーを用いた場合、ピークパワーはCWレーザーに比べて遥かに高く、テラヘルツ波発生時の変換効率が格段に上昇することがわかった。そのため、CWレーザー光源と並行してパルス光源についても導入実験を行う。これは本年度の検討の中で生まれた新たな発想であり、取り組むために一部予算を次年度に使用する。
次年度は前年度に準備を進めてきたテラヘルツ波光源の構築を進めていく。具体的には、外部共振器型波長可変レーザー２台と光ファイバー増幅器による実験を行い２波長の合計出力で1W以上得られることを確認する。さらに、得られた２波長出力を励起光として差周波CWテラヘルツ波の発生実験を行い、テラヘルツ波出力が分光計測に十分な出力を得られるか確認する。
また、パルス光源を用いた場合はCW光源と比べてピークパワーが桁違いに高いことが前年度の検討からわかった。そのため有機非線形結晶による格段に高効率なテラヘルツ波波長変換が期待できる。そこで、すでに所有している縦単一モードパルスレーザーと無機非線形結晶を利用し、縦単一モード光注入型光パラメトリック光源の開発も並行して試す。前年度予算のうち次年度使用予算はパルス光源用光学素子の購入に充てる。
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