周波数走査型離散フーリエ変換分光法～THz及び近赤外領域における実証と応用展開～

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26246031
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 安井 武史 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (70314408)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩田 哲郎 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (50304548) ; 橋本 守 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (70237949) ; 木戸口 善行 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (70294717) ; 埴淵 昌毅 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 准教授 (80335794)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: フーリエ変換分光 / テラヘルツ分光 / 赤外分光 / ガス分析

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、テラヘルツ（THz）領域における周波数走査型離散フーリエ変換分光法（THz-FS-dFTS）の実証実験を行った。THz-FS-dFTSで用いるモード同期THzパルス列は、キャリヤフリーのモノサイクルパルス列であるので、THz発生及び検出に用いるフェムト秒パルスレーザーの繰り返し周波数frepのみを安定化すれば、THz-FS-dFTSの実験条件を満足できる。そこで、現有のデュアル・モード同期フィバーレーザーのfrepをマイクロ波周波数標準に位相同期制御した状態で、光伝導アンテナに入射することにより、高安定なモード同期THzパルス列を生成した。このモード同期THzパルス列を用いたTHz-FS-dFTS装置を構築し、低圧ガス分光実験を行った。低圧水蒸気ガスを用いた原理確認実験では、THz-FS-dFTSの条件を満たすことにより、パルス列中の異なるパルスによって異なるタイミングで生成された過渡吸収現象の信号列を１つの連続信号として時間的に接続することが可能になり、その結果、理論上、無限小のスペクトル分解（無限大のスペクトル分解能）が実現できることを確認した。更に、離散フーリエスペクトルの間隙部分をギャップレス化することにより、繰り返し周波数の1/50以下までスペクトル分解能を向上可能であることを確認した。更に、低圧アセトニトリルガスの対称コマ型分子構造に起因する特徴的な多重微細スペクトル構造を計測し、その優位性を確認した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

THz-FS-dFTSに関する実験を一通り完了し、更に、その成果を論文投稿して既にアクセプトされていることから、極めて研究進捗が順調であったと言える。

Strategy for Future Research Activity

今年度の当初予定通り、THz-FS-dFTSの実証実験を行い、良好な研究成果を得たことから、来年度はFS-dFTSを近赤外領域に拡張する（NIR-FS-dFTS）。近赤外領域への拡張にあたり、計測に用いるモード同期光パルス列がキャリヤ成分を含むことになるので、フェムト秒レーザーのfrepのみでなく、キャリヤ・エンベロープ・オフセット周波数fceoを安定化する必要がある。このfceoの高安定化を実現した後、NIR-FS-dFTSを構築し、特性評価を行う。

Research Products

• [Journal Article] Super-resolution discrete Fourier transform spectroscopy beyond time window size limitation using precisely periodic pulsed radiation (2015)
  • Author(s): T. Yasui, Y. Iyonaga, Y.-D. Hsieh, Y. Sakaguchi, F. Hindle, S. Yokoyama, T. Araki, and M. Hashimoto
  • Journal Title: Optica Volume: 2 Pages: -
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adaptive sampling dual terahertz comb spectroscopy using dual free-running femtosecond lasers (2015)
  • Author(s): T. Yasui, R. Ichikawa, Y.-D. Hsieh, K. Hayashi, H. Cahyadi, F. Hindle, Y. Sakaguchi, T. Iwata, Y. Mizutani, H. Yamamoto, K. Minoshima, and H. Inaba
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: -
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Real-time absolute frequency measurement of continuous-wave terahertz radiation based on dual terahertz combs of photocarriers with different frequency spacings (2015)
  • Author(s): T. Yasui, K. Hayash, R. Ichikawa, H. Cahyadi, Y.-D. Hsieh, Y. Mizutani, H. Yamamoto, T. Iwata, H. Inaba, and K. Minoshima
  • Journal Title: Opt. Express Volume: 23 Pages: 11367-11377
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phase-slope and phase measurements of tunable CW-THz radiation with terahertz comb for wide-dynamic-range, high-resolution, distance measurement of optically rough object (2014)
  • Author(s): T. Yasui, M. Fujio, S. Yokoyama, and T. Araki
  • Journal Title: Opt. Express Volume: 22 Pages: 17349-17359
  • DOI: 10.1364/OE.22.017349
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Low-pressure gas spectroscopy using terahertz frequency synthesizer traceable to microwave frequency standard via dual optical comb (2014)
  • Author(s): T. Yasui, H. Kimura, Y.-D. Hsieh, H. Inaba, and K. Minoshima
  • Organizer: 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz2014)
  • Place of Presentation: The University of Arizona (Tucson, USA)
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [Presentation] Extraction of beat signal between dual THz combs using dual THz spectrum analyzers (2014)
  • Author(s): R. Ichikawa, H. Kimura, K. Hayashi, H. Inaba, K.Minoshima, and T. Yasui
  • Organizer: 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz2014)
  • Place of Presentation: The University of Arizona (Tucson, USA)
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [Presentation] OSA Optical Sensors (2014)
  • Author(s): Gapless dual THz comb spectroscopy
  • Organizer: T. Yasui
  • Place of Presentation: Crowne Plaza Barcelona Fira Center (Barcelona, Spain)
  • Year and Date: 2014-07-27 – 2014-07-31
  • Invited
• [Presentation] Spectrally interleaved, comb-mode-resolved, dual-terahertz-comb spectroscopy (2014)
  • Author(s): Y.-D. Hsieh, Y. Iyonaga, Y. Sakaguchi, S. Yokoyama, H. Inaba, K. Minoshima, F. Hindle, T. Arak, and T . Yasui
  • Organizer: CLEO: Science & Innovations 2014
  • Place of Presentation: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] Low-pressure gas spectroscopy using terahertz frequency synthesizer traceable to microwave frequency standard via dual optical combs (2014)
  • Author(s): Y.-D. Hsieh, H. Kimura, H. Inaba, K. Minoshima, T. Arak, and T. Yasui
  • Organizer: CLEO: Science & Innovations 2014
  • Place of Presentation: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Remarks] 徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部 安井研究室
  • URL: http://femto.me.tokushima-u.ac.jp