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非線形光学波長変換を利用したテラヘルツ波検出技術の開発

利用非线性光学波长转换的太赫兹波检测技术的发展

基本信息

批准号：
19656102
负责人：
南出泰亜
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

室温動作、高感度、高速応答の性能を有するテラヘルツ波(THz波)検出は、十分な開発がなされておらず、有効なTHz波検出技術の開発が期待されている。本研究課題では、非線形光学効果を利用した実用的なTHz波検出を提案する。前年度では、非線形光学結晶に高効率なMgO:LiNbO_3単結晶を用い、結晶表面に対しTHz波を垂直に入射させる光学配置での位相整合条件を考案し、高効率にTHz波から近赤外シグナル光(~1071nm)への波長変換を行った。シグナル光をInGaAs光検出器で検出し、室温動作で、高感度・ナノ秒応答速度を有するTHz波検出に成功した。本最終年度では、THz波の位相に基づくコヒーレント検出を行うべく研究を行った。実験では、検出タイミング(位相)を変化できるよう、THz波パラメトリック発生器からのTHz波出力を光学的距離遅延路に通す光学配置にした。一方、検出用結晶で波長変換された近赤外シグナル光は、位相参照光としてTHz波パラメトリック発生器でTHz波と同時に発生したアイドラー光を利用して、バランス型ヘテロダイン検出方法で計測した。このとき、励起光は、発生器を通過したあと、検出器で再利用しているため、位相参照光として利用している。結果、THz波に対する光学距離を変化させ、THz波の位相変化に伴う検出信号の振幅を計測し、波長~190μm(1.58THz)と波長~170μm(1.76THz)において、位相に対応した振幅値を得ることに成功した。本研究課題では、非線形光学効果を利用し、THz波から近赤外光へと波長変換し検出する方法を提案した。成果として、室温動作で、高感度、ナノ秒応答のTHz波検出に成功し、かつ位相情報も取得するコヒーレント検出も実現した。これら成果は、THz波計測の発展につながるものであり、今後の展開に期待する。さらに、広いTHz波長帯域をカバーする有機非線形結晶DAST(4-dimethylamino-N-methyl-4 stilbazolium tosylate)を用い、励起光として波長1.3μm帯を利用すれば、超広帯域なTHz波検出が期待でき将来の課題としたい。

Room temperature operation, high sensitivity, high speed response performance, high frequency THz wave detection, high frequency THz wave detection, high frequency THz wave detection technology development is expected. This research topic is to propose a method for the generation of THz waves by using nonlinear optical effects. In the past year, the phase alignment conditions of MgO:LiNbO_3 crystals with high efficiency and crystal surface for THz waves with normal incidence were investigated. The wavelength conversion of THz waves with high efficiency was studied. InGaAs optical detector detection, room temperature operation, high sensitivity, second response speed, THz wave detection success This year, THz wave phase is the basis for research. The THz wave output from the THz wave generator is optically distance-dependent and optically configurable. A method for measuring the wavelength shift of a crystal, phase reference light, THz wave generator, THz wave simultaneous generation of a crystal, and phase reference light is described. The excitation light is generated by the detector, and the phase reference light is reused. The results show that the optical distance of THz wave is changed, the phase of THz wave is changed, and the amplitude of detected signal is measured. The wavelength is ~190μm(1.58 THz), and the wavelength is ~170μm(1.76 THz). The subject of this study is to propose a method for the conversion of wavelength between THz wave and near-infrared optical effect. Results: Room temperature operation, high sensitivity, THz wave detection in seconds, phase information acquisition, THz wave detection The results of THz wave measurement are expected in the future. In the future, it is expected that the organic nonlinear crystal DAST(4-dimethylamino-N-methyl-4 stilbazolium tosylate) will be used to excite light at a wavelength of 1.3μm in the THz wavelength band.