テラヘルツ分光イメージング概論

理化学研究所　大谷 知行 氏

本講演では、テラヘルツ波による分光とイメージングに関する概論について述べる。特に、テラヘルツ分光の基本的技術となるテラヘルツ時間領域分光法（Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz-TDS）の原理について触れた後、いくつかの分光イメージングの応用例について紹介する。

テラヘルツ分光で見る高分子と水のダイナミクス

理化学研究所　保科 宏道 氏

テラヘルツ（THz）周波数帯には、高分子の高次構造を反映した、振動スペクトルが観測される。特に水素結合を有する高分子では、スペクトルに水素結合やその周辺のダイナミクスが反映される。従来、そのような高次構造は、NMRやDSC、X線散乱などによって観測されてきたが、THz分光も新たなツールとして加わる可能性がある、さらにTHz光は透過性が高く分光イメージングが可能であるといった利点が有るため、高次構造の空間分布の可視化も可能である。
また、THz分光の特徴として、水に対する感度の高さが挙げられる。THz帯の水の吸収強度は非常に高いため、微量な水を分光可能である。また、THz帯の水のスペクトルには、回転緩和や分子間振動、ライブレーションによる吸収が現れるため、スペクトルから水のダイナミクスに関する情報を得る事が出来る。そのため、THz分光を用いる事で、高分子の結合水のような微量な水のスペクトルを観測し、そのダイナミクスの解明に役立てる事ができる。
本講演では、ポリマー試料に対するTHz分光とそのスペクトル解析について解説する。

休憩

広帯域テラヘルツ分光のセンシングおよび非破壊検査応用

芝浦工業大学　田邉 匡生 氏

テラヘルツ波は電波の特性であるプラスチックやコンクリートの非極性物質に対する透過性が高いだけでなく、光の特性としての直進性があり、光学設計が可能である。エネルギーとしては室温に相当するので人体に影響なく使用できる。プラスチックを構成する分子鎖間の振動数はテラヘルツ波の周波数に相当するので、テラヘルツ帯の誘電率に基づく透過率や反射率、共鳴吸収のピーク位置からプラスチックの素材だけでなく添加剤、機械ひずみや劣化の程度が評価できる。現在のリサイクル現場が分別できずに困っている「着色プラ」と「難燃剤」をテラヘルツ波により識別できるだけでなく、テラヘルツ波が透過する廃プラスチックにまぎれ込んでいるリチウムイオン電池のような金属片や陶器にテラヘルツ波は反射するので異物検査としての適用も可能である。
このようなテラヘルツ波の特性を活かし、コンクリート構造物の内部も非破壊検査できる。コンクリートの低周波数帯における透過性は高く、内部の鉄筋からの反射で位置を確認できる。また、特定の周波数のテラヘルツ波は金属腐食生成物により吸収するので、腐食部の位置とレベルを診断できる。さらにひび割れや含水によるテラヘルツ波の散乱や吸収からそれらの分布を知ることができる。極性液体である水はテラヘルツ波の吸収が大きいので、水を増感剤とすることでコンクリート内部のひび割れを高い感度で検出できる。

走査テラへルツ波点光源顕微鏡の原理とその応用

早稲田大学　芹田 和則 氏

走査テラへルツ波点光源顕微鏡（SPoTS顕微鏡）は、様々な物質をマイクロメートルスケールの高い空間分解能をもってテラへルツ分光およびイメージングできる顕微鏡である。その原理は、非線形光学結晶へのフェムト秒パルスレーザー光照射で起こる波長変換（光→テラへルツ波変換）に基づく。この波長変換の起点では、レーザー（光）スポット径程度の高密度なテラへルツ波の点光源が生成され、これと測定するサンプルとを相互作用させることで高い空間分解能での計測を実現している。例えば、細胞や微量溶液を高感度でテラへルツ計測することができる。
本講演では、本顕微鏡の原理、構成について解説するとともに、これを利用した応用計測例について紹介する。