千葉大学、東北大学、バルセロナ自治大学などの国際研究グループは、テラヘルツ（THz）波において物体の縁に現れるシャドウ効果を利用し、光の位相情報を可視化する新たなイメージング技術を開発した。スパイラル位相フィルタリングによるシャドウ効果をテラヘルツ領域で初めて活用し、強度画像のみから位相情報を再構成できることを実証した。研究成果は2026年9月2日に光学分野の学術誌「Optics Express」に掲載された。

研究の背景と課題

電波と光（赤外線）の中間に位置するテラヘルツ波は、多くの材料を透過する性質を持ち、非破壊検査や材料分析、医療・バイオ計測などへの応用が期待されている。物質の状態を詳しく調べるためには、光の強度だけでなく、物質の厚さや屈折率の違いを反映する位相の情報が重要となる。

一方で、テラヘルツ波の位相情報を取得するためには、従来はテラヘルツ時間領域分光法（THz-TDS）や干渉計を用いた複雑な計測系が必要だった。そのため、単色のテラヘルツ波を用いて簡便に位相情報を取得する手法の開発が求められていた。

影の情報から位相を再構成する新手法

研究グループは、4f光学系を通すことで物体の輪郭付近に特徴的な明暗パターンが現れるシャドウ効果に着目した。この現象は可視光領域では知られていたが、テラヘルツ領域において位相に敏感な性質を活用した例はこれまでなかった。

実験では、単色性の高い周波数可変テラヘルツ光源と単一画素イメージング技術を組み合わせることで、干渉計を用いずに位相情報を取得できることを示した。光渦の向きによる明暗パターンの反転や、スパイラル位相板の回転に応じた位相分布の変化を観測し、強度画像から空間位相分布を再構成できることを確認した。

今後の展望

通常は強度情報しか取得できない単色テラヘルツ光源においても、本手法によって位相情報を取得できる可能性が示された。研究グループは、より簡便なシステムで位相情報を活用できるようになることで、テラヘルツ計測技術の普及につながると期待を寄せており、今後は非破壊検査や材料分析、生体計測などへの応用を進めるとしている。

論文情報

• タイトル：Terahertz phase-sensitive imaging via spiral-phase filtering and single-pixel detection
• 著者：Shusaku Mikami, Yusuke Odagiri, Wataru Senzaki, Adam Vallés, Seigo Ohno, Katsuhiko Miyamoto
• 雑誌名：Optics Express
• DOI：10.1364/OE.610381

本記事は千葉大学などの発表をもとに作成。

Dellows News編集部

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