廣理英基 高等研究院物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）特定拠点准教授、田中耕一郎 理学研究科教授、沖本洋一 東京工業大学准教授、腰原伸也 同教授、東正樹 同教授らの研究グループは、ビスマスとコバルトを含むセラミックスにテラヘルツ光（波長がサブミリメートルの遠赤外光）を照射すれば、非線形光学特性（光波長の変換、光の増幅、光強度に応じた屈折率変化などの光学的な非線形現象を発現する性質）が5割以上増強する現象を初めて発見しました。
本研究成果は、2017年5月11日に米国の科学誌「Physical Review Applied」オンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究によって、テラヘルツ电磁波の照射が极性材料の波长変换特性を大きく向上できることを明らかにしました。テラヘルツ电磁波による物质科学の新しい局面を切り拓いただけでなく、室温かつ非接触での新しい非线形光学材料の性能指数向上技术、また超高速データ処理のための新たな光电子デバイス开発につながることが期待されます。
本研究成果のポイント
- 强诱电体に代表される极性材料は、レーザー光の波长を変换する素子として利用され、波长変换の効率が高い材料の合成が求められる。
- ビスマスとコバルトを含むセラミックスに1テラヘルツ帯に周波数域を持つ电磁波パルス（波长がサブミリメートルの电磁波）を照射すると、波长変换効率が5割以上増大する现象を世界で初めて発见した。
- 室温かつ非接触、100フェムト秒（1フェムト秒は10 -15 秒）以内の超高速で非线形光学材料の性能指数を向上させる新しい方法として期待される。
概要
强诱电体を代表とする极性材料が果たす役割は多くの分野で重要になってきました。中でも非线形光学材料への応用は、高强度レーザーの波长を変えるために不可欠の技术であり、光机能性开発の分野で注目されています。一般に极性材料は、その反転対称性の破れた独自の结晶构造に由来する「二次の非线形感受率」が存在し、入射した光の周波数の二倍（波长が半分）の光を発生させることができます。これは第二次高调波発生（厂贬骋）と呼ばれ、非线形光学材料の最も重要な応用例の一つであり、レーザーにおける波长変换技术にも利用されます。発生する厂贬骋强度が大きい、すなわち性能指数が高い非线形光学材料の开発は重要な课题となっていました。
本研究グループは、极性构造を持つ酸化物セラミックスに、およそ1テラヘルツ（波长に换算すると300?尘）に周波数域を持つレーザパルスを照射することにより、室温で第二次高调波强度が5割以上増大する现象を明らかにしました。これは、瞬间的な高电场印加によって极性材料の波长変换特性が大きく向上したことを示しています。室温かつ非接触、超高速での新しい非线形光学材料の性能指数向上や巨大データ高速処理に必要な、超高速光电子デバイス开発への応用が强く期待されます。
図：高强度テラヘルツパルスの照射によって、酸化物セラミックス叠颈颁辞翱 3 から発生する第二高调波（青色）が増大する様子を示す模式図
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Y. Okimoto, S. Naruse, R. Fukaya, T. Ishikawa, S. Koshihara, K. Oka, M. Azuma, K. Tanaka, and H. Hirori (2017). Ultrafast Control of the Polarity of BiCoO3 by Orbital Excitation as Investigated by Femtosecond Spectroscopy. Physical Review Applied, 7, 064016.
