本研究では，THz 波技術の社会実装に主眼を置き，THz 波パラメトリック光源の高 性能化に取り組んだ．THz波パラメトリック光源は，高輝度出力と広帯域周波数可変性 を兼ね備えるユニークなTHz光源である．長年にわたる研究成果の蓄積の結果，近年，
加速度的に出力向上が達成されており，本研究ではここで改めて当光源を研究対象とし て取り上げることとした．具体的には，パルス繰り返し周波数および周波数掃引速度の 二つの光源パラメーターに着目，課題設定し，各性能軸の向上を実験的に検証した．
パルス繰り返し周波数の高速化については，高繰り返し励起光源に対する結晶の光学 応答を調査することで，物理的課題であったフォトリフラクティブ損傷およびレーザー 損傷を回避する高効率励起条件を特定した．結果として，パルス繰り返し周波数100 Hz
から100 kHzへと従来比三桁の高速化を実証した．
周波数掃引速度の高速化については，励起光と注入光の間のタイミングを電子的に制 御する新たな光注入手法を提案した．提案手法の原理実証実験として，アクティブゲイ ンスイッチ動作の低ジッター励起光源，高速波長可変のMEMS-VCSEL 注入光源を導 入しシステムを構築した．結果として，周波数掃引速度1 Hz未満から10 Hzへと従来 比一桁以上の高速化を実証した．構築したシステムは，発振周波数，周波数掃引速度を 自在に切り替え可能という意味で制御性の高いユーザーフレンドリーなシステムであ ると言える．光源のアジリティを活かした新たな計測応用に繋がるものと考えられる．
以上の性能改善の効果を検証するために，THz分光計測およびTHzイメージングに 取り組み，システム性能を定量的に評価した．従来のイメージング結果に比べて，高コ ントラストな二次元 THz 画像取得，および深さ分解能 150 μm の高分解能な三次元 THz画像取得を達成した．
最後に，研究の将来展望について述べる．まず光源性能に関しては，依然として改善 の余地が残されていると考えている．とくに社会実装をマイルストーンに設定した場合 には，消費電力（エネルギー変換効率），可搬性（装置サイズ），堅牢性（簡素，安定）
が重要なポイントになると考える．そのような観点で，最近，疑似位相整合デバイスを 用いたパラメトリック光源で後進THz波発振という興味深い現象が発見された．波長 変換効率がこれまでより格段に高いため，装置の小型・安定化に繋がるものと期待され る．このように本研究の延長または派生としての各種デバイス性能のアップデートは継 続が必要である．他方，光源に使用されている材料または物理を見つめ直し，場合によ っては異分野からの新たな知見を取り入れていくことで質的な性能改善が期待される．
とくに材料のレベルでの，いわゆるメタマテリアル的な観点からのブレークスルーが期 待される．材料の光学定数である有効誘電率 ε および有効透磁率 μ の人工的な制御によ って，従来の物理限界を突破できる可能性がある．実際に，自然界に存在する既存の材
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料では得られなかった巨大な非線形光学定数をもつ材料や，位相整合条件の操作による 変換効率の向上が提案されている．ただしその殆どの例では，スプリットリング共振器 に代表されるように形状によって定まる共鳴的な応答に依存しているため，チューナビ リティ―を付与するためには外部から大きな摂動（電場等）を加える必要がある．その ような中，近年，光デバイスにおける時間空間対称性（Parity-Time symmetry）の精 密制御に基づく新たな物理が展開され注目を集めている．物性物理で発展した物理のア ナロジーを使って新奇な光学現象を発現させているという点で興味深い．このように，
異分野の知見を適用してデバイス開発を進めていくことも重要と考える．
応用としての THz波センシング・イメージングにも，研究開発の余地が多く残って いると考えている．is-TPG 光源およびその周辺技術の性能は年々向上してきており，
従ってこれまではプローブできなかった情報にアクセスできる可能性が広がっている．
具体的な計測対象を絞り込み，対象に合わせた計測システムの最適化を行うことが重要 と考える．また，光源開発と同様に，他の周波数帯で開発が進む異分野技術の導入が重 要と考える．例えば，コントラストを増強する手法として，光波帯で用いられているよ うな波長選択性のある造影剤を使用することが考えられる．またはシュリーレン法を適 用することで，屈折率変化を伴う構造内部の欠陥をコントラスト強調して可視化するこ とが可能と考えられる．is-TPG光源で発生するTHzフォトンとアイドラーフォトンは 量子相関を持っているため，この量子もつれ光子対を用いた量子OCTへも展開可能と 考える．量子OCTは古典限界を超えたSNR，分解能の実現可能性があり興味深い．回 折限界を超えた空間分解能を得るためには，既によく研究されているが，近接場光学を 活用することも考えられる．更に，近年大きく注目を集めている深層学習を適用し，低 解像度な画像からいかに情報抽出するかという方向性の研究も重要性が高まってきて いる．
以上のように，THz周波数領域は，基礎研究から応用研究まで，興味深い研究対象の 宝庫である．今後も引き続き研究を重ね，THz波技術を通じた社会貢献に尽力していき たい．
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