2017.03.03
光波長変換によりテラヘルツ波を高感度に検出―室温で動作するテラヘルツ波領域の小型非破壊検査装置の実現へ―
理化学研究所（理研） 光量子工学研究領域テラヘルツ光源研究チームの瀧田佑馬基礎科学特別研究員、縄田耕二基礎科学特別研究員、南出泰亜チームリーダーと東京工業大学（東工大） 科学技術創成研究院の浅田雅洋教授、同大学 工学院の鈴木左文准教授らの共同研究チームは、理研が開発した光波長変換技術による小型・室温動作・高感度テラヘルツ波検出装置を用いて、東工大が開発した共鳴トンネルダイオードからのテラヘルツ波放射を高感度に検出することに成功しました。
電波と光波の中間の周波数帯であるテラヘルツ波領域には、指紋スペクトルと呼ばれる物質固有の吸収ピークが数多く存在しています。この特性を利用したセンシングやイメージング技術は、次世代の非破壊検査技術の有力な候補として注目されていますが、光源や計測装置の冷却が必要でした。そのため、室温で動作する高性能なテラヘルツ波光源およびテラヘルツ波計測技術の開発が急務となっています。
今回、共同研究チームは、将来の標準的な小型・室温動作・連続発振テラヘルツ波光源として期待されている共鳴トンネルダイオード（RTD）から発生したテラヘルツ波を、光波長変換によって検出する実験を行いました。その結果、RTDから放射されたテラヘルツ波を近赤外光に光波長変換して検出することに成功し、周波数1.14テラヘルツ（THz、1THzは1兆ヘルツ）のとき最小検出可能パワーとして、約5ナノワット（nW、1 nWは10億分の1ワット）の高感度検出を実現しました。これは、従来の光波長変換による検出と比較して100倍以上高い感度です。また、光波長変換技術を用いることで、RTDの発振周波数および出力を測定できることを示しました。
今回用いた実験装置はすべて室温で動作するため、私たちの生活環境で使用可能な、テラヘルツ波領域の小型非破壊検査装置の実用化につながると期待されます。
本研究成果は、米国の科学雑誌『Optics Express』に掲載されるのに先立ち、オンライン版（日本時間3月1日）に掲載されました。また、3月14日から17日に横浜で開催される第64回応用物理学会春季学術講演会で発表（3月14日）する予定です。
本研究は、JST産学共創基礎基盤研究プログラム「テラヘルツ波新時代を切り拓く革新的基盤技術の創出」による研究成果を活用したTHzテクノロジープラットフォーム（TTP）の支援を受けて行われました。
