高フィネス外部共振器による単一周波数・高出力CWテラヘルツ波源の開発

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高フィネス外部共振器の光閉じ込め効果と非線形光学効果を用いて新たな光源開発を行った。本研究は、分光学、情報通信、セキュリティ、光エレクトロニクス、生体分析といった基礎物理学から応用物理学、応用技術まで様々な分野への応用が期待され、実用的なコヒーレント波源の開発は、これら分野で応用される際に、極めて重要である。このテラヘルツ波領域とはラジオ周波数と遠赤外光との中間に位置し、電子的・光学的にも利用が困難とされており、それは非線形光学結晶を用いてテラヘルツ波の発生の際の利得が小さいからである。そこで、本研究では、その中でもLiNbO_3(LN)のフォノンポラリトン散乱を利用したテラヘルツ波パラメトリック発振(TPO)によるテラヘルツ波発生をより効率的に行うために、テラヘルツ波とともに発生するアイドラー波ストークス光をポンプ光と同じ外部共振器内で共振させノンコリニア位相整合条件を満たすという手法で、発生閾値を下げることができた。その際、モード同期ピコ秒パルスTi:Sapphireレーザー(最大出力1W)を用い、中心波長は780nm、パルス幅は1.0ps、繰り返し周波数は約82MHzであった。ピコ秒パルス光源を直接ポンプ光に用いたテラヘルツ波はこれまでのところ報告されておらず、同光源は、結晶やミラーによる分散を考慮する必要がなくシンプルな外部共振器でエンハンスメントが可能で、これにより励起され発生するテラヘルツ波も同等程度の性能を保持することが考えられ、より精密な分光を可能にするなど新たな分野の開拓や貢献につながる。以上を意義とし、1.0THz付近のテラヘルツ波を50MW/cm2という低閾値で得た。結晶による吸収を考慮すれば出力強度170nWで、その光波変換効率は10^<-8>程度で、先行列に匹敵するものである。