「影」から見えるテラヘルツ波の位相情報―強度画像のみから位相情報を再構成する新手法を実証―

2026-09-04 千葉大学

千葉大学、東北大学、バルセロナ自治大学などの研究グループは、テラヘルツ(THz)波の強度画像だけから位相情報を再構成する新しいイメージング技術を実証した。THz波の位相は、物体の厚さや屈折率など、強度だけでは捉えにくい情報を反映するが、従来の取得には干渉計やTHz時間領域分光法など複雑な計測系が必要だった。研究チームは、可視光領域で知られてい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THz領域に適用。単色性の高い周波数可変THz光源と単一画素検出を組み合わせ、物体の輪郭付近に生じる明暗パターンから空間的な位相分布を再構成できることを示した。光渦の向きによるパターン反転や位相板の回転に伴う変化も確認され、干渉計を使わずに位相情報を取得できる可能性が示された。本技術は、THz波による非破壊検査、材料分析、生体計測を簡素化・高機能化する計測技術として期待される。

「影」から見えるテラヘルツ波の位相情報―強度画像のみから位相情報を再構成する新手法を実証―
図:シャドウ効果画像から位相画像への再構成

<関連情報>

らせん位相フィルタリングと単一ピクセル検出によるテラヘルツ位相感応イメージング Terahertz phase-sensitive imaging via spiral-phase filtering and single-pixel detection

Shusaku Mikami, Yusuke Odagiri, Wataru Sennzaki, Adam Vallés, Seigo Ohno, and Katsuhiko Miyamoto
Optics Express  Published: September 2, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OE.610381

Abstract

We present a robust phase-sensitive imaging approach for the terahertz (THz) region based on spiral-phase filtering combined with single-pixel imaging (SPI). By introducing a spiral phase plate at the Fourier plane of a 4f optical system, spatial phase variations are converted into measurable intensity distributions through the shadow effect. Unlike conventional THz techniques that rely on interferometric or time-domain detection, the proposed approach operates in a monochromatic, common-path configuration, enabling compact and alignment-insensitive implementation. The method is intrinsically sensitive to spatial phase gradients and discontinuities, as uniform phase regions are suppressed while phase variations are converted into measurable intensity patterns through spiral-phase filtering. Experiments demonstrate characteristic phase-dependent responses, including orbital angular momentum (OAM)-dependent intensity inversion, initial-phase-controlled rotation of intensity patterns, multi-vortex generation, and phase inversion in structured objects. Furthermore, spatial phase information can be retrieved from intensity-only measurements using a phase-modulation-based reconstruction approach. These results establish spiral-phase filtering as a practical platform for phase-gradient-sensitive imaging in the THz region and highlight its potential for compact and versatile phase-sensitive THz imaging using monochromatic radiation.

0403電子応用
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