高感度リアルタイムテラヘルツ検査装置の開発

高灵敏度实时太赫兹测试设备研制

基本信息

批准号：
18H05906
负责人：
村手宏輔
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-08-24 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器(is-TPG)は世界トップレベルの出力を誇り、さらには同様の原理を用いて高感度検出や増幅が可能である。しかし従来のis-TPGは波長可変光源ゆえに1パルスで１波長しか出力されず波長掃引が必要であり分光する際に測定時間が長かった。そこで本研究ではis-TPGによる多波長同時発生及び検出技術を開発することでリアルタイム測定および高速分光イメージングを目指した。さらに、近年新たに考案したテラヘルツ波高利得増幅の手法を検出にも導入することで感度向上を行った。is-TPGは、励起光と種光（注入光）を非線形光学結晶に入射し、注入光と同一波長の近赤外光（アイドラー光）、およびテラヘルツ波を強いパラメトリック相互作用により発生する装置である。本研究では、この注入光を多波長化することで多波長テラヘルツ波発生を目指した。多波長注入光として複数台のレーザーを組み合わせる方式において、7波長のテラヘルツ発生および検出に成功し、またよりシンプルな系で複数波長が得られる光増幅器内部の四光波混合を用いる方式においても4波長までのテラヘルツ発生、検出を確認できた。これら多波長テラヘルツ波を用いて試薬はリアルタイムで測定でき、分光イメージングにおいても測定時間を大幅に短縮することに成功した。一方で高利得増幅の手法を検出にも応用することで、感度向上も目指した。検出部を多段化し、空間的に信号とノイズを分離することでノイズを減らしつつ信号光強度の向上が可能となる。1THzにおいて56zJ(zJ=10の-21乗J)もの極微弱光検出に成功し、現在は困難である分厚い遮蔽物越しの測定への道を開いた。今後はこれら成果を組み合わせることで高速かつ高感度なテラヘルツ測定装置開発を行い、応用開拓を目指していきたい。

光学注射的Terahertz波参数发生器（IS-TPG）具有世界一流的输出，可以使用相同的原理进一步执行高度敏感的检测和扩增。但是，由于常规的IS-TPG是可调的光源，因此仅在一个脉冲中输出一个波长，并且需要扫描波长，并且在进行光谱时测量时间很长。因此，这项研究旨在通过使用IS-TPG开发多个波长同时产生和检测技术来实时测量和高速光谱成像。此外，近年来已经引入了一种新设计的扩增Terahertz波的方法来检测，从而提高了灵敏度。 IS-TPG是一种设备，其中激发光和种子光（注入光）入射在非线性光学晶体上，并通过与注入的光和Terahertz波通过强烈的参数相互作用产生与注入光和Terahertz波相同波长的近红外光（iDler Light）。在这项研究中，我们旨在通过将注入的光增加到多个波长来产生多波长的Terahertz波。在将多个激光器组合为多波长注入光线的方法中，Terahertz的生成和检测7波长度可以成功实现，并且使用四波在光学放大器中使用四波混合的方法，这允许在简单的系统中获得多个波长，Terahertz的产生和检测最多可获得多达四个波长。使用这些多波长Terahertz波，可以实时测量试剂，即使在光谱成像中，测量时间也大大减少了。另一方面，通过应用高增益扩增技术来检测，我们还旨在提高灵敏度。通过多阶段检测部分和空间将信号与噪声分开，可以减少噪声，同时改善信号光强度。它成功地检测到1THz处的56ZJ（ZJ = 10的-21幂的-21功率）的极弱光线，为通过厚盾的测量铺平了道路，目前很难。将来，我们想将这些结果结合起来，以开发高速，高度敏感的Terahertz测量设备，并旨在开发应用程序。