共振器を用いたテラヘルツ時間領域分光システムの開発

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低エネルギーで，かつ，物質固有のスペクトル（指紋スペクトル）が存在するテラヘルツ波（THz波）領域は貴重な分光情報を有しており，基礎物性の研究だけでなく，それを活かしたセンシングなどの様々な分光応用も期待されている．従来のテラヘルツ時間領域分光法（THz-TDS）測定はシングルパスが殆どであり，微量な物質や吸収率の小さい物質の応答を得るのが困難であった．この技術課題に対し本研究では，キャビティリングダウン分光法（CRD）などに代表される共振器分光技術を導入してTHz波と物質の相互作用を増大増強する手法を提案し，高感度な分光を目指している．1年目のR04年度では，従来のTHz-全反射減衰（ATR）分光の系にTHz波用のウィスパリングギャラリーモード（WGM）共振器を導入に取り組んだ．ATRプリズム（全反射領域）を外部結合器に採用し，最大周回数が観測できるWGM共振器用小球のサイズ依存性を調査した結果，回折損失と伝搬損失のトレードオフが存在し，最大周回数が観測できる最適な小球サイズがあることが明らかになった．また，結合部では，独自に作製した専用の非球面レンズでTHz波ビームの集光することでモード結合の効率向上に成功した．これらの取り組みにより，時間領域で観測できるTHz波パルスの最大周回数が29周回付近に達し是迄よりも約40%の向上を達成した．その結果，分光感度として約27倍の向上，700倍超の測定時間の短縮に成功した．一方で，更なる感度向上を目指してファイバーを用いた新たな結合方法として，THz波用の非球面レンズとファイバーから成る外部結合器を検討し，その試作品を作製した．