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ビジョン
テラヘルツ領域はシリコンベースのエレクトロニクスで扱える周波数領域よりも高周波側に位置しており、従来の技術では電場波形を検出することが困難な周波数帯です。一方で、データ通信量の増大やデータ処理速度の向上などにより、テラヘルツ領域の電磁波を用いたデバイスが数多く研究されています。しかしながら、現在ではその波形をリアルタイムかつ高感度に測定できる技術は存在しないため、テラヘルツデバイス評価は難しいのが現状でした。本技術では、超短パルスレーザーを活用することで、テラヘルツ電場波形をレーザーパルス1パルスで計測できるために、テラヘルツデバイス評価に画期的な手法となり得ます。このようなテラヘルツリアルタイムオシロスコープを実現したい、テラヘルツ技術の発展に貢献したいと考えています。
最終用途例
APPLICATION
現在のエレクトロニクスでは、高周波はギガヘルツ程度の周波数で動作することがほとんどであり、通信もそのあたりの帯域で行われています。これらをより高周波数に拡張していくためには、オシロスコープのような計測技術がまずは必要であると考えられます。
APPLICATION
テラヘルツイメージングでは、基本的には波形計測にパルス間隔の時間遅延を掃引する手法をとるため、波形を得るためにかなりの時間が必要です。しかし、レーザーパルス1パルスで電場波形を計測する、シングルショット分光技術を利用することができれば、光源のパルス幅である10 ps程度で測定が完了するため、イメージングのためにスキャンをする必要がありません。したがって、テラヘルツイメージングの高速化が可能となります。
APPLICATION
フェムト秒レーザー加工やレーザープラズマなど、フェムト秒レーザーを用いた応用が広がっています。レーザー1パルスで波形計測を行う、リアルタイムテラヘルツオシロスコープを実現できれば、このような過程における超高速のダイナミクスを可視化することができるようになります。ひいてはそれが、制御の難しい加工の様子をモニタリングする手法として活用できます。
強み
これまで研究室では広帯域のテラヘルツ分光手法の開発や、高感度化などの研究を進めてきました。これらの蓄積を最大限活用することによって、リアルタイムテラヘルツオシロスコープの高感度化・広帯域化を実現することができると考えています。
国内外の学会などで積極的に発信しつつオープンな議論を行うことで、これまでにも様々な研究室に技術提供を行ってきました。今回開発する技術についても、知財確保等に留意しつつ、これらのネットワークを活用し、応用先を模索していきたいと考えています。
テクノロジー
我々のグループで開発している、シングルショット分光技術はレーザー1パルスで波形計測が可能です。近年この検出感度の高感度化に成功し、その応用範囲を広げることが可能になりつつあります。現在、国内外の様々なグループと共同してこの技術の応用を広げる取り組みをしています。
本技術は光を用いた超高速波形検出技術であるため、ファイバーベースで測定系を組み立てることで、ロバストな光学系を実現できます。これによって、可搬型のリアルタイムテラヘルツオシロスコープを開発できると考えています。
共同研究仮説
本技術は光技術をベースにしているために、エレクトロニクスによる速度の制約を受けません。したがって、現状のオシロスコープの帯域（数百GHz）を容易に超えることができます。このような新しい原理に基づくオシロスコープをぜひ世に出したいと考えています。
本技術は繰り返し測定を必要としないテラヘルツダイナミクスの可視化技術であるため、従来は測定できなかったような現象でも波形計測が可能となります。ぜひこのような新規性に着目していただき、新しい応用を見出していければと考えています。
イベント動画
研究者
2006年3月 京都大学大学院理学研究科 博士（理学）
2006年4月 大阪大学大学院基礎工学研究科 21世紀COE特任助手
2007年12月 横浜国立大学学際プロジェクト研究センター 特任教員（助教）
2012年1月 横浜国立大学工学研究院 准教授
2019年10月 横浜国立大学工学研究院 教授
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