非線形光学波長変換を用いたコヒーレント・テラヘルツ波発生および検出に関する研究

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本研究は，受入研究チームにて独自の進展を遂げてきた非線形光学波長変換による高出力テラヘルツ波発生および高感度テラヘルツ波検出システムの高度化を目的としている．本年度では，前年度に達成した高出力テラヘルツ波発生の要素技術に基き，高ダイナミックレンジのテラヘルツ波計測システムの開発に取り組んだ．MgO:LiNbO3結晶を用いたテラヘルツ波発生および検出を行う上で，結晶自身による吸収損失が動作周波数範囲を制限する要因となっている．そのため，台形型にカットしたMgO:LiNbO3結晶による表面結合方式を用いることで，結晶内でのテラヘルツ波の伝搬距離を最小化し，吸収損失を低減することで特に2 THz以上の高周波数領域において高効率なテラヘルツ波発生および検出を狙った．実験の結果，発生側において，励起光強度が15 mJ/pulse，注入光強度が400 mWのとき，1.0~2.8 THz領域の広帯域にわたって0.1 μJ/pulse以上のテラヘルツ波出力が観測された．2 THz以上の高周波数領域においても出力が大きく減少することなく，ピークパワーで1 kW以上の高出力なテラヘルツ波が得られた．さらに，検出側においても，0.8~2.8 THz領域でノンコリニア位相整合条件を満たす検出信号光が観測された．発生の場合と同様に，高周波数領域においても0.1 mJ/pulse以上の検出信号光が得られ，フラットな検出特性が得られた．光パワーメーターを用いて本発生検出システムの性能を評価した結果，2.3 THzにおいて70 dBのダイナミックレンジを実現した．