Improving of frequency conversion efficiency for terahertz waves using temporal boundary

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これまで困難であったテラヘルツ波の周波数を制御する方法の一つとして，時間壁を用いた周波数変換手法を用いることによって高効率な周波数変換を実現することができます。しかしながら，実験的には，理論的に予想される最大効率に達しておらず，効率改善を行う余地が残されています。本研究では，時間壁による周波数変換手法における効率低下の問題点を解決するために，その効率を減少させている要因と物理的メカニズムを解明し，それらを改善することにより実験的な変換効率を向上させることを目的としています。本年度では，実験的に変換効率が減少している要因を探るため，光励起後の半導体導波路伝搬における減衰定数の測定を行いました。具体的には，半導体導波路をテラヘルツ波が伝搬しているときに，導波路表面にフェムト秒パルスレーザーを入射し，半導体表面にキャリアを励起させることにより周波数変換を実現します。このパルスレーザーの入射タイミングを変化させることによって，周波数変換後に導波路内を伝搬する距離を変化させることができます。このとき，変換後のテラヘルツ波パワーの伝搬距離依存性が指数関数的であることを仮定することにより，伝搬定数を測定することができました。さらに，その減衰の要因が光励起キャリアのジュール損によるものと推測しました。理論的なアプローチによってキャリア密度の厚み方向における分布を計算し，その分布をもとに計算機シミュレーションによって減衰定数を見積もったところ，おおよそ実験で得られた値と一致することを確認しました。