(57)【要約】【課題】レーザパルスのパルスフロントを連続的に傾斜させて、レーザパルスをほぼ平行光として伝播できるパルスフロント傾斜光学系を提供する。【解決手段】パルス状の電磁波のパルスフロントを傾斜させるパルスフロント傾斜光学系２０であって、電磁波を回折する第１の回折素子１１と、第１の回折素子１１により回折された電磁波を伝播する伝播光学系１２，１３と、第１の回折素子１１とは異なる分散特性を有し、伝播光学系１２，１３により伝播された電磁波を回折する第２の回折素子１４と、を備え、第２の回折素子１４により回折された電磁波がほぼ平行光となるように構成されている。【選択図】図１
2014044365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の電磁波のパルスフロントを傾斜させるパルスフロント傾斜光学系であって、
前記電磁波を回折する第１の回折素子と、
該第１の回折素子により回折された前記電磁波を伝播する伝播光学系と、
前記第１の回折素子とは異なる分散特性を有し、前記伝播光学系により伝播された前記電磁波を回折する第２の回折素子と、を備え、
前記第２の回折素子により回折された前記電磁波がほぼ平行光となるように構成されている、
ことを特徴とするパルスフロント傾斜光学系。
【請求項２】
前記第２の回折素子で回折された前記電磁波の光束径を調整する光束径調整光学系を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスフロント傾斜光学系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパルスフロント傾斜光学系と、
該パルスフロント傾斜光学系を経た前記電磁波の照射によりテラヘルツ波を発生する非線形光学素子と、を備え、
前記パルスフロント傾斜光学系は、前記電磁波が前記非線形光学素子内で非線形光学効果によって前記テラヘルツ波を発生させる位相整合条件を満たすように、前記非線形光学素子内での前記電磁波のパルスフロントを傾斜させる、
ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項４】
前記非線形光学素子は、ＬｉＮｂＯ３結晶又はＬｉＴａＯ３結晶からなる、ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項５】
前記電磁波は、近赤外光である、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
前記非線形光学素子は、前記テラヘルツ波の発生に寄与する前記電磁波の伝播方向における領域の長さが、前記電磁波のパルスフロントの伝播方向における長さよりも長い、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザパルスのパルスフロントを傾斜させるパルスフロント傾斜光学系、及び、該パルスフロント傾斜光学系を備えるテラヘルツ波発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザパルスのパルスフロント（パルスの強度のピーク位置をつないだ面）を傾斜させる手法を利用したテラヘルツ波技術が研究されている。レーザパルスを回折格子などの回折素子で回折させると、回折素子入射前には光軸方向に垂直な向きにあったパルスフロントが傾斜し、パルス内の空間位置によって時間差が生じるようになる。
【０００３】
テラヘルツ波の一般的な分光法であるテラヘルツ時間領域分光法では、テラヘルツ波とは別のレーザパルス（プローブパルス）を用いてテラヘルツ波を検出する。ここで、プローブパルスは、テラヘルツ波を時間的に切り出す時間窓の役割をし、プローブパルスとテラヘルツ波との相対的時間差を変化させることで、テラヘルツ波を時間分解して測定することが可能となる。
【０００４】
従来、テラヘルツ波とプローブパルスとの時間差を変化させる手法として、プローブパルス又はテラヘルツ波を発生させるレーザの光路に遅延光路を配置し、該遅延光路を走査する手法が多く用いられてきた。しかし、この手法は、遅延光路の走査に時間を要するという課題がある。このような課題を解決し得るものとして、プローブパルスのパルスフロントを傾斜させることにより、遅延光路の走査を要することなく、プローブパルスの空間位置によってテラヘルツ波の異なる時間領域を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、テラヘルツ波技術は、大口径のテラヘルツ波イメージングやテラヘルツ波による非線形現象が期待されている。しかし、従来のテラヘルツ波の発生強度では、それらを行うことが困難であった。このような課題を解決するものとして、近年、回折格子によってパルスフロントを傾斜させる手法を利用した高出力テラヘルツ波発生法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この手法は、非線形光学効果の一種である差周波混合を用い、２次の非線形光学係数が大きい非線形光学素子（例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶）に、パルスフロントが傾斜した近赤外レーザパルスを照射して、位相整合条件を満足させることにより、高出力のテラヘルツ波を発生させるものである。
【０００６】
ここで、差周波混合を生じさせるためには、一般に、以下の位相整合条件を満足させる必要がある。
【０００７】
【数１】
2014044365.tif 000003
【０００８】
ところが、通常、ＬｉＮｂＯ３結晶は、以下の（２）式を満足する。そのため、差周波混合を生じさせる位相整合条件を満たすことができず、そのままでは高強度のテラヘルツ波を発生させことができない。
【０００９】
【数２】
2014044365.tif 000004
【００１０】
そこで、非特許文献１では、近赤外レーザパルスのパルスフロントをθcだけ傾斜させることで、以下の（３）式で示すように位相整合条件を満たし、高出力なテラヘルツ波を発生させることを可能としている。なお、（３）式において、θcは近赤外レーザパルスのパルスフロント傾斜角であり、発生するテラヘルツ波の周波数によって最適な角度は異なる。
【００１１】
【数３】
2014044365.tif 000005
【００１２】
図４は、非特許文献１に開示されたテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。このテラヘルツ波発生装置では、近赤外レーザパルスを回折格子１００で回折させてパルスフロントを傾斜させている。そして、パルスフロントが傾斜した近赤外レーザパルスを反射ミラー１０１及び１／２波長板１０２を経てレンズ１０３によりＬｉＮｂＯ３結晶１０４に集光させてテラヘルツ波を発生させている。
【００１３】
図４に示す構成において、ＬｉＮｂＯ３結晶１０４に集光される近赤外レーザパルスのパルスフロントの傾斜角は、レンズ１０３の倍率に依存する。そのため、テラヘルツ波を発生させるには、回折格子１００と共にレンズ１０３の倍率も含めて装置を構築する必要がある。また、近赤外レーザパルスが回折格子１００で回折される際、レーザパルスの各波長成分は異なる方向に回折される。そして、回折光の差周波混合によってテラヘルツ波を発生させるためには、差周波混合に関与する近赤外レーザパルスの異なる波長成分が、ＬｉＮｂＯ３結晶１０４内のテラヘルツ波が発生する位置で空間的に重なる必要がある。図４に示す構成においては、近赤外レーザパルスがレンズ１０３によってＬｉＮｂＯ３結晶１０４内に集光された際に、集光位置で各波長成分が空間的に重なってテラヘルツ波が発生する。
【００１４】
なお、ここで言う差周波混合とは、周波数の異なる２種のレーザ光を入射して、その差の周波数の光を発生させるものではなく、近赤外レーザパルスの有限な幅を持つ周波数成分の中で差周波混合を行うものである。また、パルスフロントの傾斜には、段差ミラーなどを用いる手法もあるが、この手法では、パルスが断続的に分断されて位相整合条件を広い領域で満たすことができない。そのため、テラヘルツ波の発生には、連続的にパルスフロントが傾斜する回折素子を用いた手法が適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１１−１５８４３２号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】M. C. Hoffmann, K.-L. Yeh, J. Hebling, and K. A. Nelson, “Efficient terahertz generation by optical rectification at 1035 nm” Opt. Express 15 (2007) 11706.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１に開示のパルスフロントの傾斜方法では、回折素子によりレーザパルスが回折された際、レーザパルスの各波長成分が異なる角度に回折されるため、その後、各波長成分の伝播方向が一致する、つまり平行光となることはない。図４に示したテラヘルツ波発生装置では、回折格子１００で回折された近赤外レーザ光をＬｉＮｂＯ３結晶１０４内で集光させるようにしている。そのため、差周波混合に関わる各波長成分が空間的に重なるのは、集光位置のみとなり、光軸方向において集光点から離れた位置では、各波長成分が空間的に乖離し、差周波混合の効率が低下することになる。すなわち、図４の構成では、パルスフロントを傾斜させる手法を活用して非線形光学係数が大きいＬｉＮｂＯ３結晶１０４を用いてテラヘルツ波の発生効率を高めているにも関わらず、その効果を発揮できる領域が限定されている。
【００１８】
したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、レーザパルスのパルスフロントを連続的に傾斜させて、レーザパルスをほぼ平行光として伝播できるパルスフロント傾斜光学系を提供することにある。
【００１９】
さらに、本発明の他の目的は、上記のパルスフロント傾斜光学系を備え、非線形光学結晶の広い領域で高効率にテラヘルツ波を発生可能なテラヘルツ波発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する本発明に係るパルスフロント傾斜光学系は、パルス状の電磁波のパルスフロントを傾斜させるパルスフロント傾斜光学系であって、
前記電磁波を回折する第１の回折素子と、
該第１の回折素子により回折された前記電磁波を伝播する伝播光学系と、
前記第１の回折素子とは異なる分散特性を有し、前記伝播光学系により伝播された前記電磁波を回折する第２の回折素子と、を備え、
前記第２の回折素子により回折された前記電磁波がほぼ平行光となるように構成されている、
ことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によれば、パルス状の電磁波が第１の回折素子１によって回折されると、電磁波のパルスフロントは、回折される前と比べて傾斜する。そして、第１の回折素子で回折された電磁波は、伝播光学系を経て第２の回折素子で回折された際に、再びパルスフロントが傾斜される。また、第１の回折素子で回折された際に発散光となった電磁波は、伝播光学系及び第２の回折素子を経た後にほぼ平行光となる。これにより、第１の回折素子に入射したパルス状の電磁波を、第２の回折素子からパルスフロントが傾斜し、且つ、ほぼ平行光の電磁波として射出させることが可能となる。
【００２２】
上記発明において、前記第２の回折素子で回折された前記電磁波の光束径を調整する光束径調整光学系を更に備えてもよい。
【００２３】
このように、光束径調整光学系によって電磁波の光束径を調整することにより、電磁波のパルスフロントの傾斜角も変化させることが可能となる。
【００２４】
更に、上記他の目的を達成する本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、
請求項１又は２に記載のパルスフロント傾斜光学系と、
該パルスフロント傾斜光学系を経た前記電磁波の照射によりテラヘルツ波を発生する非線形光学素子と、を備え、
前記パルスフロント傾斜光学系は、前記電磁波が前記非線形光学素子内で非線形光学効果によって前記テラヘルツ波を発生させる位相整合条件を満たすように、前記非線形光学素子内での前記電磁波のパルスフロントを傾斜させる、
ことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明によれば、パルスフロントが傾斜した電磁波を非線形光学素子に入射させることにより、上記（２）式の位相整合条件を満たし、テラヘルツ波を発生させることが可能となる。また、非線形光学素子に入射されるパルスフロントが傾斜した電磁波は、ほぼ平行光であるため、非線形光学素子内のどの位置においても高効率で差周波混合を行うことが可能となる。これにより、高出力なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。
【００２６】
上記発明において、前記非線形光学素子は、ＬｉＮｂＯ３結晶又はＬｉＴａＯ３結晶であってもよい。
【００２７】
このように、非線形光学素子として、ＬｉＮｂＯ３結晶又はＬｉＴａＯ３結晶を用いれば、これらの結晶は２次の非線形光学係数が大きいので、非常に高出力なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。
【００２８】
上記発明において、前記電磁波は、近赤外光であってもよい。
【００２９】
このように、電磁波として近赤外光を用いることで、電磁波源としてフェムト秒パルス光源としてよく用いられるチタンサファイアレーザを使用することが可能となる。また、チタンサファイアレーザを使用してテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波時間領域分光法に本発明を適用する場合、テラヘルツ波検出とテラヘルツ波発生とで同一の光源を用いることができ、光源を節約することが可能となる。
【００３０】
上記発明において、前記非線形光学素子は、前記テラヘルツ波の発生に寄与する前記電磁波の伝播方向における領域の長さが、前記電磁波のパルスフロントの伝播方向における長さよりも長くてもよい。
【００３１】
これにより、非線形光学素子内の電磁波の伝播方向のより広い領域で、高効率に高出力なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、レーザパルスのパルスフロントを連続的に傾斜させて、レーザパルスをほぼ平行光として伝播できるパルスフロント傾斜光学系を提供することできる。また、本発明によれば、非線形光学結晶の広い領域で高効率にテラヘルツ波を発生可能なテラヘルツ波発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。
【図２】第２実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。
【図３】非線形光学素子の変形例を示す図である。
【図４】従来のテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００３５】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。このテラヘルツ波発生装置は、近赤外フェムト秒パルス光源１０、パルスフロント傾斜光学系２０及び非線形光学素子３０を備える。近赤外フェムト秒パルス光源１０は、パルス電磁波源を構成するもので、例えば近赤外光を射出するチタンサファイアレーザやファイバーレーザが使用される。
【００３６】
パルスフロント傾斜光学系２０は、近赤外フェムト秒パルス光源１０からの電磁波のパルスフロントを傾斜させるもので、第１の回折格子１１と、レンズ１２及び１３と、第２の回折格子１４と、１／２波長板１５と、ビームエキスパンダ１６とを備える。ここで、第１の回折格子１１は、第１の回折素子を構成する。レンズ１２及び１３は、伝播光学系を構成する。第２の回折格子１４は、第２の回折素子を構成し、第１の回折格子１１と分散特性が異なる。なお、本実施の形態において、第１の回折格子１１及び第２の回折格子１４は、反射型で構成されている。ビームエキスパンダ１６は、光束径調整光学系を構成する。非線形光学素子３０は、ＬｉＮｂＯ３結晶又はＬｉＴａＯ３結晶からなる。
【００３７】
図１において、近赤外フェムト秒パルス光源１０から射出されたフェムト秒パルスの近赤外パルスレーザ光は、第１の回折格子１１に入射して回折される。この際、第１の回折格子１１に入射される前の近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰａは、近赤外レーザパルス光の伝播方向に対して垂直となっている。しかし、回折後、近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰｂは、その向きが垂直ではなくなり、傾斜する。また、第１の回折格子１１の回折角は、波長によって異なるため、近赤外レーザパルス光に含まれる各波長成分は異なる方向に回折されて、結果として第１の回折格子１１で回折された近赤外レーザパルス光は発散光となる。
【００３８】
第１の回折格子１１で回折された近赤外レーザパルス光は、レンズ１２及びレンズ１３を介して第２の回折格子１４の回折面に結像される。この際、レンズ１２及びレンズ１３は、テレセントリック光学系となっており、第２の回折格子１４に結像される近赤外レーザパルス光の伝播方向が各像高で互いに平行となる。
【００３９】
第１の回折格子１１及び第２の回折格子１４は、回折面が光学的に共役となるように配置される。すなわち、第１の回折格子１１の回折面が結像される結像面は、第１の回折格子１１の回折角と、レンズ１２及びレンズ１３の合成倍率とによって傾斜され（シャイン・プルーフの原理）、その結像面と第２の回折格子１４の回折面が一致するように配置される。また、レンズ１２及びレンズ１３を経て第２の回折格子１４に入射する近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰｃは、第１の回折格子１１で回折された際のパルスフロントＰｂよりも、レンズ１２及びレンズ１３の合成倍率によって、傾斜角が更に変化する。
【００４０】
ここで、第２の回折格子１４は、第１の回折格子１１と分散特性、つまり刻線数が異なる。また、第１の回折格子１１の刻線数、第１の回折格子１１への近赤外レーザパルス光の入射角、レンズ１２及びレンズ１３の合成倍率、第２の回折格子１４の刻線数は、第２の回折格子１４で回折された近赤外レーザパルス光の全ての波長の回折角が、ほぼ等しくなるように設定される。これにより、第２の回折格子１４で回折された後の近赤外レーザパルス光は、ほぼ平行光となる。また、第２の回折格子１４で回折された後の近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰｄは、伝播方向に対して垂直ではなく、ある角度で傾斜した状態となる。すなわち、近赤外フェムト秒パルス光源１０からの伝播方向に対して垂直なパルスフロントＰａの近赤外レーザパルス光は、第１の回折格子１１、レンズ１２及びレンズ１３、第２の回折格子１４により、伝播方向に対して傾斜したパルスフロントＰｄを有し、且つ、ほぼ平行光の近赤外レーザパルス光に変換される。
【００４１】
第２の回折格子１４で回折された近赤外レーザパルス光は、１／２波長板１５及びビームエキスパンダ１６を経て非線形光学素子３０に入射される。これにより、非線形光学素子３０からパルス状のテラヘルツ波が発生される。ここで、１／２波長板１５は、近赤外レーザパルス光の偏光方向を、非線形光学素子３０において差周波混合によりテラヘルツ波が発生するために最適な偏光状態となるように調整する。また、ビームエキスパンダ１６は、近赤外レーザパルス光の光束径を変更し、それに伴ってパルスフロントＰｄをパルスフロントＰｅのように傾斜角を変化させる。
【００４２】
このようにして、上記（３）式の位相整合条件を満足するように、近赤外レーザパルス光のパルスフロントの傾斜角を整えることで、非線形光学素子３０内で効率良くテラヘルツ波を発生させて、非線形光学素子３０からテラヘルツ波パルスＴｐを射出することができる。なお、第２の回折格子１４で回折された近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰｄが、位相整合条件を満足する角度に傾斜している場合、ビームエキスパンダ１６は不要である。また、ビームエキスパンダ１６は、ビーム径を拡大するだけではなく、ビーム径を縮小するためにも使用され、倍率を可変とすることで任意の角度にパルスフロントの傾斜角を調整することが可能となる。
【００４３】
なお、非線形光学素子３０内の近赤外レーザパルス光のパルスフロントＰｆは、非線形光学素子３０への入射前のパルスフロントＰｅに対して、非線形光学素子３０の屈折率によって傾斜角が変化する。そのため、非線形光学素子３０の屈折率も考慮して、各光学素子の条件を設定する。また、図１では、非線形光学素子３０が、上記（３）式のパルスフロント傾斜角θcを成すように、断面が台形状にカットされている。これは、テラヘルツ波の出射面がテラヘルツ波の伝播方向に対して垂直となるようにするためであり、他の角度でカットされていても良く、非線形光学素子３０の形状は台形状に限らない。
【００４４】
本実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置では、分散特性の異なる第１の回折格子１１及び第２の回折格子１４を用いて、近赤外レーザパルス光を、ほぼ平行光の状態でパルスフロントを傾斜させて非線形光学素子３０に入射させている。したがって、従来のように光軸方向でテラヘルツ波が発生する領域が限定されることは無く、非線形光学素子３０の任意の位置において高い効率でテラヘルツ波を発生させることが可能となる。また、回折格子の結像面位置に非線形光学素子３０を配置する必要がなく、非線形光学素子３０を光軸方向の任意の位置に配置することができるので、構成の自由度が拡がり、アライメントが簡便になるという利点もある。
【００４５】
なお、図１に示した構成において、第１の回折格子１１の刻線数、第１の回折格子１１への近赤外レーザパルス光の入射角、レンズ１２及びレンズ１３の合成倍率、第２の回折格子１４の刻線数、ビームエキスパンダ１６の倍率は、適宜設定する必要があり、幾通りもの組み合わせが可能である。その中で、第１の回折格子１１及び／又は第２の回折格子１４をリトロー配置として、第１の回折格子１１及び／又は第２の回折格子１４の回折効率を高めたり、ビームエキスパンダ１６により非線形光学素子３０に入射する近赤外レーザパルス光のビーム径を小さくして、光密度を大きくしたりする等の条件を選ぶことで、テラヘルツ波の発生効率を高めることができる。
【００４６】
また、図１に示した構成では、レンズ１２及びレンズ１３の２枚のレンズを用いて、第１の回折格子１１で回折された近赤外レーザパルス光を、第２の回折格子１４の回折面に結像させるようにしている。しかし、伝播光学系を構成するレンズは、２枚に限らず、更にレンズ枚数を増やすことで収差をより改善することにより、第２の回折格子１４で回折された光の平行度を高めることも可能である。
【００４７】
（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。このテラヘルツ波発生装置は、第１実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置において、反射型の第１の回折格子１１及び第２の回折格子１４に代えて、透過型の第１の回折格子１８及び第２の回折格子１９を用いたものである。その他の構成は、図１と同様であるので、図１と同一素子には同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態によると、第１実施の形態と同様の効果が得られる他、特に、レンズ１２として焦点距離が短いものを用いても、第１の回折格子１８に入射する近赤外レーザパルス光がレンズ１２で遮られることがなくなるなど、光学系の構成の自由度が拡がる利点がある。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。例えば、第１の回折格子及び第２の回折格子は、一方が反射型、他方が透過型としてもよい。また、第１の回折素子及び第２の回折素子は、回折格子に限らず、プリズムやグリズム等の他の分散素子としてもよい。
【００５０】
非線形光学素子は、図１及び図２に示したような断面が台形状に限らず、図３に示すような形状としてもよい。図３に示す非線形光学素子３１は、近赤外レーザパルス光の光軸方向（伝播方向）に長く伸びた形状からなる。つまり、テラヘルツ波の発生に寄与する近赤外レーザパルス光の伝播方向における領域Ｒの長さが、近赤外レーザパルス光の伝播方向におけるパルスフロントＰｆの長さよりも長い形状からなる。また、非線形光学素子３１のテラヘルツ波射出端面には、例えばシリコンプリズム３２が接合されている。
【００５１】
図４のテラヘルツ波発生装置では、ＬｉＮｂＯ３結晶１０４内において、回折格子１００の回折面の結像面位置付近でのみテラヘルツ波の発生効率が高く、そこから離れた位置ではテラヘルツ波の発生効率が低くなる。仮に回折格子１００の回折面の結像面の傾斜角とパルスフロントの傾斜角が等しいとすると、ＬｉＮｂＯ３結晶１０４内で効率良くテラヘルツ波が発生する領域は、近赤外レーザパルス光の伝播方向におけるパルスフロントの長さ程度となり、それ以上に長い結晶を利用した場合には、結晶によるテラヘルツ波の吸収などで逆にテラヘルツ波の発生効率が低くなってしまう。しかし、図３に示した構成によると、非線形光学素子３１内を近赤外レーザパルス光が伝播する全ての領域Ｒにおいてテラヘルツ波が発生するので、近赤外レーザパルス光の伝播方向に広い領域でテラヘルツ波を発生させることができる。また、シリコンプリズム３２によって、上記（３）式の位相整合条件に従って非線形光学素子３１内で特定の角度に発生したテラヘルツ波が、非線形光学素子３１の端面で全反射されるのを防ぐことができる。加えて、シリコンプリズム３２中でのテラヘルツ波の伝播方向（図３のＺ方向）に垂直な向き（図３のＸ−Ｙ平面）にプリズムをカットすることで、シリコンプリズム３２の端面から垂直にテラヘルツ波パルスＴｐを発生させることができ、アライメントを簡単にすることができる。
【００５２】
また、非線形光学素子３１は、テラヘルツ波が射出する端面を近赤外レーザパルス光の光軸（伝播方向）と平行にすることによって、テラヘルツ波の非線形光学素子３１内での伝播距離を一部の領域で均一にすることができる。これにより、伝播距離が均一な領域から発生するテラヘルツ波（図３のＸ１〜Ｘ２で発生するテラヘルツ波）については、非線形光学素子３１内でのテラヘルツ波の吸収量が均一となり、結果として非線形光学素子３１から射出するテラヘルツ波の空間分布が均一となるという利点がある。
【００５３】
なお、シリコンプリズム３２は、他の材料で構成されていても良く、また、形状も任意にできる。また、非線形光学素子３１は、テラヘルツ波が発生する側の端面を近赤外レーザパルス光の光軸と平行とせず、特定の角度でカットすることにより、シリコンプリズム３２を省略して非線形光学素子３１からテラヘルツ波パルスを射出させることもできる。その他にも、非線形光学素子３１は、種々の形状が可能である。また、非線形光学素子３１やシリコンプリズム３２は、コーティングや反射防止構造の採用によって、テラヘルツ波の入射端面でのフレネル反射を軽減したり、差周波混合の位相不整合や光密度を考慮して非線形光学素子３１に入射する近赤外レーザパルス光の光束径を最適化したりするなどして、非線形光学素子３１から射出されるテラヘルツ波の高出力化を図ることも可能である。
【００５４】
なお、非線形光学素子３１内を伝播する近赤外レーザパルス光は、伝播する際に近赤外レーザパルス光のチャープによって徐々にテラヘルツ波の発生効率が低下する。そのため、非線形光学素子３１の近赤外レーザパルス光の伝播方向の長さは、テラヘルツ波の発生効率を考慮して適度な長さとするのが望ましい。
【００５５】
また、上記実施の形態において、伝播光学系を構成するレンズ１２及びレンズ１３は、シリンドリカルレンズとすることもでき、これにより図３のＹ方向にもテラヘルツ波パルスＴｐの光束を拡げることも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  近赤外フェムト秒パルス光源
１１，１８  第１の回折格子
１２，１３  レンズ
１４，１９  第２の回折格子
１５  １／２波長板
１６  ビームエキスパンダ
２０  パルスフロント傾斜光学系
３０，３１  非線形光学素子
３２  シリコンプリズム
【図１】
2014044365.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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