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

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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。