テラヘルツ波
テラヘルツ波（テラヘルツは）とは電磁波の一分類である。
周波数1THz（波長300µm）前後の電磁波を指す。範囲についての明確な定義はないが周波数100GHz～10THz（波長30µm～3mm）としたり、ミリメートル波の次に短波長の周波数300GHz〜3THz（波長100µm〜1mm）帯を指したりする。波長 mm以下のサブミリ波をほぼ含み長波長側はミリメートル波、広義のマイクロ波と重なり短波長側は遠赤外線と重なる。
光波と電波の中間領域に当たり、光学測定系の構築が可能と言う特長を持つ。また、分子結晶などの固有の振動周波数が存在する。発生と検出が困難であるため、非破壊検査や宇宙観測などでの応用にようやく緒がついたところである。なお、日本の電波法では第2条で300万MHz（=3000GHz=3THz）以下の周波数の電磁波を「電波」と定義している。
この電磁波を利用した技術に、テラヘルツ時間領域分光法がある。電磁波の発生と検出には光伝導アンテナや電気光学結晶を用いることにより、電磁波の位相と振幅を検出することが可能である。
概要
赤外線もしくはマイクロ波は直進する。テラヘルツ放射はイオン化しないサブミリ波放射で導電体には侵入しない。布、紙、木、プラスチック、陶磁器を透過する特性がある。霧や雲をある程度透過するが金属や水は透過しない。
大気中ではテラヘルツ波はおもに水蒸気による吸収により減衰が大きく、伝搬距離が限られる。
2008年、ハーバード大学の技術者達は室温で半導体発振器でテラヘルツ波を発振したと発表した。これまでは極低温でなければできなかった。これにより実用化に向けて大きく前進した[1]。
2009年9月、岩手県立大学教授の倉林徹らが、テラヘルツ波を照射し、振動波を確認してカシミヤの純度を数分で識別する技術を開発した。[2]
2013年3月、パイオニアとロームの研究グループは、共鳴トンネルダイオードを使用したテラヘルツ波による透過イメージングに世界で初めて成功した。[3]
発振源
テラヘルツ波は黒体放射で約10ケルビン以上の温度の大抵の物から放射される。この熱放射は微弱である。2004年において利用できるテラヘルツ波の発振源はジャイロトロン、後進波管、遠赤外線レーザー、量子カスケードレーザー、自由電子レーザー、シンクロトロン放射、フォトミキシングソース、テラヘルツ時間領域分光に使用されるシングルサイクルソースなどである。
最初のテラヘルツ波による撮像は1960年代である。1995年、テラヘルツ時間分光によって作られた画像は細部も再現していた。この実験はトム・クランシーの小説にも登場する。
ミリ波とサブミリ波の半導体発振器が長年求められて来た[4]。
新しい発振源として高温超伝導体の結晶を用いる研究が筑波大学で開発された[5]。ジョセフソン素子を使用することで発生させる。
出典
- "Revealing the Invisible". Ian S. Osborne, Science 16 August 2002; 297: 1097.
- Article in Nature 14 November 2002（local copy from the Jefferson Lab）
- News and Views in Nature 14 November 2002（local copy from the Jefferson Lab）
- Instrumentation for millimeter-wave magnetoelectrodynamic investigations... Review of Scientific Instruments, 2000
参考文献
- Quasioptical systems: Gaussian beam quasioptical propagation and applications, Paul F. Goldsmith, IEEE Press
- Millimeter wave spectroscopy of solids, edited by G. Grüner, Springer
- Detection of light: from the ultraviolet to the submillimeter, George Rieke, Cambridge
- Modern millimeter-wave technologies, Tasuku Teshirogi and Tsukasa Yoneyama, eds, IOS press
- Optoelectronic techniques for microwave and millimeter-wave engineering William Robertson, Artech
関連項目
外部リンク
- Terahertz radiation: applications and sources by Eric Mueller
- Shadowy T-rays: Hunting Tumors and Exploring the Universe
- Introduction to THz time-domain-spectroscopy and imaging
- Engineers demonstrate first room-temperature semiconductor source of coherent Terahertz radiation
- テンプレート:Cite web
- ↑ Engineers demonstrate first room-temperature semiconductor source of coherent Terahertz radiation Phsorg.com. May 19, 2008. Accessed May 2008
- ↑ テラヘルツ波を用いた繊維の鑑別方法
- ↑ 世界初、小型半導体素子『共鳴トンネルダイオード』を発振・検出に用いたテラヘルツイメージングに成功
- ↑ Science News：New T-ray Source Could Improve Airport Security, Cancer Detection, ScienceDaily（Nov. 27, 2007）.
- ↑ L. Ozyuzer et al., Emission of Coherent THz Radiation from Superconductors, Science 23 pp.1291-1293（2007）.
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