光注入による波長可変テラヘルツ波パラメトリック発振器の発振スペクトル線幅狭窄化

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光波と電波の谷間にあるテラヘルツ波帯は発生・検出ともに困難な領域である。本研究は、同周波数帯の研究や産業における有効利用を可能とするため、レーザー光の波長変換を基礎とした実用的な超小型波長可変テラヘルツ光源の開発を行った。従来、ニオブ酸リチウム結晶を用いた光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器は、注入光の波長と入射角を同時に変える必要があり、連続的な同調は困難であった。本研究では、平成14年度に機械的な入射角調整なく連続周波数同調が可能な「アクロマチック光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器」を考案し、原理確認とガス分光によるスペクトル線幅評価を行った。アクロマチック光注入法は、注入光の経路に回折格子とレンズ系を共焦点位置に配置し、注入光の波長と入射角の関係が常にニオブ酸リチウム結晶のノンコリニア位相整合条件に一致するよう設計されている。本研究の成果により、フーリエ限界のスペクトル線幅を維持したままテラヘルツ波周波数を0.6〜2.6THzまでモードホップなしに同調することが可能となり、実用的な光源へ近づいた。また本研究は励起光源の小型化・高繰り返し化にも取り組み、半導体レーザー励起Nd : YAGレーザーを励起光源とする全固体テラヘルツ波パラメトリック発生器を開発した。さらにその全固体テラヘルツ波光源へ光注入を行い、スペクトル線幅をフーリエ限界まで狭くすることに成功した。本方式を用いたテラヘルツ光源は、シード光の波長を変えるだけでテラヘルツ周波数同調が可能であるため極めて実用性が高い。本研究課題の成果は、光学系の最適化や励起光源の安定化の後、分光・イメージングシステム用の光源に用いる予定である。