テラヘルツ波パラメトリック発振器を用いた分光装置の高感度化とその応用

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本研究の目的はテラヘルツ波パラメトリック発振器(TPO)の高出力化を行い,TPOを用いた分光装置の高感度化である.また,本研究で開発した光源を用いて水溶液の分光測定を可能にする.本年度は昨年度に引き続きTHz波の高出力化を行うため,新たな共振器構成を検討した.TPOはMgO : LiNbO_3のフォノンポラリトンを利用したパラメトリック発振によってTHz波を発生している.しかし,MgO : LiNbO_3のTHz波帯での吸収係数は大きく,発生したTHz波は結晶内部で吸収されてしまうため取り出し効率が低かった.そこで,本研究ではノンコリニアな位相整合条件を利用して,励起光およびアイドラー光を結晶の端面で全反射させながらアイドラー光に共振器を構成し,全反射面付近で発生したTHz波を外部に取り出す構成を提案した.結果としてMgO : LiNbO_3の吸収係数が大きな高周波側で,出力が向上した.具体的には1.5THz以上で,従来のTPOに比べ最大で10倍以上の高出力化に成功した.これは,アイドラー光および励起光の全反射面付近で発生したTHz波が外部に取り出されるため結晶中の伝播距離が短く,吸収損失が低減されたためであると考えている.このことから,本光源を分光装置に用いることで広い周波数範囲でS/Rが向上し分光装置としての高感度化が可能であるといえる.さらに,本研究チームで開発したTHz波帯に対して比較的透明な樹脂を窓とした液体セルを用いて,純水の透過分光を試みた.試料の厚さは25μm,50μm,100μmである.測定は室温環境で行水の吸収係数を測定した.2年間の研究進展を通して,TPOの共振器ミラーおよび共振器の構成を見直すことで,高出力,低しきい値化が可能であることが分かった.また,本手法を用いたテラヘルツ波光源を用いて吸収の強い液体サンプルの透過分光測定が可能であることを実証した.