最先端非線形光学を駆使したテラヘルツ波発生・検出の新技術開拓

使用尖端非线性光学开发太赫兹波生成和检测新技术

• 批准号: 22H00212
• 负责人: 川瀬 晃道
• 金额: $ 26.54万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00212/
• 关键词: テラヘルツ波; 非線形光学; パラメトリック; パラメトリック発振; 分光

非線形光学効果を用いたTHz波発生は世界的に発展を続けているが、未だ遅れている実用化を実現するためには、発生・検出技術のさらなる進化が不可欠である。マイクロチップ（μ-chip）レーザーは小型高輝度かつis-TPGに最適なパルス幅を有する励起光であり、それを活かした非線形光学効果の開拓はTHz波技術に新展開をもたらすものである。本研究は、革新的新技術の提案により既存のTHz波発生／検出の限界を突破し、世界最高のダイナミックレンジを有する小型THz分光装置およびリアルタイム分光システムの実現を達成目標とする。その目的に沿って、高次ストークス光を用いたカスケード型高強度THz波発生について研究した。LiNbO3結晶をμ-chipレーザーで高強度励起すると高次ストークス光まで発生することを確認した。 カスケードプロセスで発生したTHz波を効率よく取り出すことで出力向上を得た。さらに高強度励起により、各次ストークス光が飽和し、パラメトリック利得の食い合いが起きない安定したTHzパルス発生が得られた。また、注入光をパルス化することで、変換効率の増大および、THz波発生に要する相互作用長の大幅な短縮が得られた。すなわち、既存is-TPGによるTHz波発生にはLiNbO3結晶長が数十㎜必要であるが、パラメトリック波長変換が結晶の前部で集中的に起きるため結晶長もわずか数㎜で足り、高次ストークス光も数mm以内のほぼ同一位置で発生した。

利用非线性光学效应产生太赫兹波在全球范围内不断发展，但产生和检测技术的进一步发展对于实现实际应用至关重要，而实际应用仍然滞后。微芯片（μ芯片）激光器是一种紧凑、高亮度的激发光，其脉冲宽度最适合is-TPG，利用它来开发非线性光学效应将为太赫兹波技术带来新的发展。这项研究的目标是通过提出创新的新技术来突破现有太赫兹波产生/检测的限制，并实现具有世界最高动态范围的紧凑型太赫兹光谱仪和实时光谱系统。本着这一目的，我们研究了使用高阶斯托克斯光的级联型高强度太赫兹波产生。我们确认，当LiNbO3晶体被μ芯片激光高强度激发时，甚至会产生高阶斯托克斯光。 通过有效提取级联过程中产生的太赫兹波，提高了输出。此外，通过高强度激发，斯托克斯光的每个阶都饱和，并且获得了稳定的太赫兹脉冲生成，而没有冲突的参量增益。此外，通过脉冲注入光，我们能够提高转换效率并显着缩短产生太赫兹波所需的相互作用长度。换句话说，利用现有的is-TPG产生太赫兹波需要数十毫米的LiNbO3晶体长度，但由于参量波长转换集中发生在晶体的前端，因此仅几毫米的晶体长度就足够了，以及高阶斯托克斯光也在几毫米内几乎相同的位置产生。

项目成果

Terahertz Spectroscopy Applied to Estimation of Firing Temperatures of Ancient Ceramics

太赫兹光谱应用于估算古陶瓷的烧成温度

• DOI: 10.1109/tthz.2022.3153554
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology
• 影响因子: 3.2
• 作者: Seiji Niijima;H. Taniguchi;Kosuke Murate;and Kodo Kawase
• 通讯作者: and Kodo Kawase

Multi-Wavelength Terahertz Parametric Generator Using a Seed Laser Based on Four-Wave Mixing

基于四波混频的使用种子激光器的多波长太赫兹参数发生器

• DOI: 10.3390/photonics9040258
• 发表时间: 2022
• 期刊: Photonics, vol. 9, no. 4, 258 (2022)
• 作者: Sota Mine;Kodo Kawase;Kosuke Murate
• 通讯作者: Kosuke Murate

Transmission THz spectroscopy through thick shielding (Invited)

透过厚屏蔽的透射太赫兹光谱（特邀）

• 发表时间: 2022
• 作者: Seiji Niijima;H. Taniguchi;Kosuke Murate;and Kodo Kawase;Kodo Kawase;Kodo Kawase;Kodo Kawase
• 通讯作者: Kodo Kawase

Terahertz technology using nonlinear optical effects and its applications (Award lecture)

利用非线性光学效应的太赫兹技术及其应用（奖励讲座）

• 发表时间: 2022
• 作者: Seiji Niijima;H. Taniguchi;Kosuke Murate;and Kodo Kawase;Kodo Kawase;Kodo Kawase
• 通讯作者: Kodo Kawase