テラヘルツアプリケーション向けErをドープしたファイバーレーザIMRA-Femtolite

テラヘルツ技術はリモートセンシングや国土安全保障、製品検査の分野で画期的な進化を遂げています。CWとパルスTHzシステムが検査とセンシングの分野で重要な役割を果たし始めています。

ガンダイオードや量子カスケードレーザなど様々なタイプの小型CW THz源が開発されました。しかし手軽なパルスTHz源を作ることは非常に困難な課題でした。パルスTHzシステムのフロントエンドには、高性能で信頼性が高く実用的なフェムト秒パルスレーザ光源が必要です。一般的にTiSapphireレーザは、パルスTHzシステムの原動力になるエンジン」として使用されています。 Ti:Sapphireレーザに代わるものとして、THz技術を実験室から現場で使用可能なシステムに移行するためには、サイズ・複雑さ・水冷などの理由で厳しい制限がありました。モードロックファイバレーザはこの役割を果たし、開発者がTHz技術を多くの現実世界の問題に対する実用的なソリューションにするための次の一歩を踏み出すことを可能にします。

TiSapphireレーザに代わるFX-100レーザ

図1 ファイバーレーザーFX-100を用いたテラヘルツイメージのデモ。(a)レターオープナーが入った封筒の写真。(b)封筒の中にレターオープナーが隠されている状態のテラヘルツ画像。ほとんどがプラスチック製の部品で、金属製の刃がはっきりと見分けられる。画像提供:X.C. Zhang)。

RPI(レンセラー工科大学)のテラヘルツ研究センターでX.-C. Zhang教授と彼の研究チームは、次ページに示しますようにTiSapphireの代替としてIMRAのFemtolite F-100(現在のFemtolite FX製品の前身)ファイバーレーザの有用性を実証しました。Zhang教授と彼の研究チームはIMRAのFemtolite F-100(現在のFemtolite FX製品の前モデル、次ページに示します)ファイバーレーザを、THzシステムにおけるTiSapphireに代わるものとして実用性を実証しました。このタイプのレーザは、バイオ試薬や高エネルギー材料を含む多くの材料や構造物のTHz時間領域分光に使用できます。

平均出力が100mWを超えるFX-100は、フェムト秒ファイバーレーザをTHzイメージングの領域に導入し、全く新しいアプリケーションの幅を広げます。

テストの結果FX-100は、繰り返し速度とパルス幅を最適化することで、一般的に使用されているTiSapphireレーザよりも高いエネルギー変換効率を有していることが分かりました。同じポンプパワーであれば、FX-100はより強いTHzを発生させることができます。

これらのファイバーレーザの最大のインパクトは小さなフットプリントを必要とするTHz装置において商業的なアプリケーションになります。ファイバーレーザシステムの他の主な利点は簡単に使用ができ、空冷であることです。消費電力が低く冷水を流す必要がないため、何週間も中断することなく24時間365日稼働することで、長期試験を経済的に実施することができます。

図2:(右)THz周波数領域におけるグルタミン酸の吸光スペクトル。試料は、グルタミン酸26mgの粉末を150mgのポリエチレン粉末に入れたペレットです。グルタミン酸は炭疽菌検出のための指標分子である。左)RDX爆薬のTHz周波数領域での吸光スペクトル。サンプルは0.8mmの錠剤。1.5THz付近に複数の吸収ピークがある。

IMRAはこのほどFX-100と同等の性能を持ちながら、設置面積を大幅に縮小した新製品を追加しました。 新しいFX-100iレーザは2011年1月に開催されたPhotonics Westの展示会で発表されました。 オリジナルサイズのパッケージでは、150mW以上の出力が得られるようになりました(詳細は以下を参照)。

産業用に設計されたIMRAの頑丈でコンパクトなレーザを使用することで、これまで不可能だった環境やアプリケーションで使用できる、真にポータブルなパルステラヘルツシステムを構想することができます。

THzアプリケーション分野が成熟するにしたがって、FX-100 および FX-100i シリーズのような軽量でターンキーなファイバーレーザは、コンパクトでポータブルな新世代のテラヘルツ測定器を可能にします。これらのシステムはバイオ試薬・爆発物・セキュリティ・製品検査などのセンシングに影響を与えることでしょう。

 

左がフェムトライトFX-150、右がフェムトライトFX-100i。フェムトライトFX-100i


フェムトライトFXシリーズの仕様

 

 

 

 

 

 

※これはあくまでもアプリケーションノートです。 Femtolite FX-100iの製造は終了しました。 類似製品については、Femtolite F/G/Hラインをご覧ください