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テラヘルツ波(テラヘルツは)とは、電磁波の一分類。

周波数1 THz (波長300 μm) 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100 GHz〜10 THz (波長30 μm〜3 mm) としたり、電波を波長で10倍ごとに分けたときに簡潔な名称がない、ミリメートル波の次に短波長の周波数300 GHz〜3 THz (波長100 μm〜1 mm) 帯を指したりする。波長1 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、高分子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(= 3000 GHz = 3 THz)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になった。

◆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陥入しない。布、紙、木、プラスチック、陶磁器を透過する特性がある。同様に霧や雲を透過するが金属や水は透過しない。

大気ではテラヘルツ波は減衰が大きく、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[外部リンク] Engineers demonstrate first room-temperature semiconductor source of coherent Terahertz radiation Phsorg.com. May 19, 2008. Accessed May 2008。

◆発振源

テラヘルツ波は黒体放射で約10k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、テラヘルツの利用できる発振源はジャイロトロン、バックワード発振器、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、シングルサイクルソースがテラヘルツ時間分光に使用されている。

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信器が長年求められて来たScience News: [外部リンク] New T-ray Source Could Improve Airport Security, Cancer Detection, ScienceDaily (Nov. 27, 2007).。

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。ジョセフソン素子を使用することで発生させる。

◆ テラヘルツ波 VS サブミリ波

テラヘルツ波の波長は0.1 ~ 1 mmである。サブミリ波帯に属する。一般的にはパルスレーザーを発生、検出に使用する。サブミリ波はマイクロ波の高調波の発生、検出技術を利用する。

◆ 出典

・ "Revealing the Invisible". Ian S. Osborne, Science 16 August 2002; 297: 1097.

・ [外部リンク] Article in Nature 14 November 2002 (local copy from the Jefferson Lab)]

・ [外部リンク] News and Views in Nature 14 November 2002 (local copy from the Jefferson Lab)

・ [外部リンク] Instrumentation for millimeter-wave magnetoelectrodynamic investigations... Review of Scientific Instruments, 2000

◆参考文献

・ [外部リンク] Quasioptical systems: Gaussian beam quasioptical propagation and applications, Paul F. Goldsmith, IEEE Press

・ [外部リンク] Millimeter wave spectroscopy of solids, edited by G. Gr?ner, Springer

・ [外部リンク] Detection of light: from the ultraviolet to the submillimeter, George Rieke, Cambridge

・ [外部リンク] Modern millimeter-wave technologies, Tasuku Teshirogi and Tsukasa Yoneyama, eds, IOS press

・ [外部リンク] Optoelectronic techniques for microwave and millimeter-wave engineering William Robertson, Artech

◆ 関連

・ テラヘルツ時間領域分光

・ 高電子移動度トランジスタ

・ 西澤潤一

◆ 外部リンク

・ [外部リンク] テラヘルツ電磁波技術の泉

・ [外部リンク] Terahertz radiation: applications and sources by Eric Mueller

・ [外部リンク] Shadowy T-rays: Hunting Tumors and Exploring the Universe

・ [外部リンク] Introduction to THz time-domain-spectroscopy and imaging

・ [外部リンク] Engineers demonstrate first room-temperature semiconductor source of coherent Terahertz radiation

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