(57)【要約】【課題】励起光光源からの波長変換に伴う励起光を、テラヘルツ波を発生・検出に効率良く使用することができる時間領域分光装置等を提供する。【解決手段】波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１を出力する励起光光源２と、第１励起光Ｌ１を、所定の変換効率で波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２に変換し、変換した第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２として出力すると共に変換されなかった第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ２として出力する波長変換部３と、ポンプ光ＬＰ２により、テラヘルツ波Ｔｈを発生させサンプルＳに照射する発生側光伝導アンテナ素子１５Ａと、プローブ光ＬＰ１により、サンプルＳを透過したテラヘルツ波Ｔｈを検出する検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂと、を備えたものである。【選択図】図１
2014202660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の第１励起光を出力する励起光光源と、
前記励起光光源から入力した前記第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、変換した前記第２励起光をポンプ光として出力すると共に変換されなかった前記第１励起光をプローブ光として出力する波長変換部と、
前記波長変換部から入力した前記ポンプ光により、電磁波を発生させると共に発生した前記電磁波をターゲットに照射する光伝導型の電磁波発生部と、
前記波長変換部から入力した前記プローブ光により、前記ターゲットを透過または反射した前記電磁波を検出する光伝導型の電磁波検出部と、を備えたことを特徴とする時間領域分光装置。
【請求項２】
前記励起光光源は、中心波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の時間領域分光装置。
【請求項３】
前記励起光光源が、エルビウムドープファイバーレーザーで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の時間領域分光装置。  
【請求項４】
前記波長変換部は、入力した第１波長λの前記第１励起光を第２波長λ／２の前記第２励起光に変換する第２次高調波発生部と、
前記第１励起光と前記第２励起光とを分離し、これらを前記ポンプ光および前記プローブ光として出力する光分離部と、を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の時間領域分光装置。
【請求項５】
前記第２次高調波発生部が、非線形光学結晶で構成され、
前記光分離部が、前記第１励起光を透過し前記第２励起光を反射するダイクロイックミラーで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の時間領域分光装置。
【請求項６】
前記非線形光学結晶が、厚さ０．２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下のＰＰＬＮで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の時間領域分光装置。
【請求項７】
前記電磁波発生部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の時間領域分光装置。
【請求項８】
前記電磁波検出部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の時間領域分光装置。
【請求項９】
励起光光源から入力した第１波長の第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、
変換した前記第２励起光をポンプ光として、光伝導型の電磁波発生部に出力すると共に、
変換されなかった前記第１励起光をプローブ光として、光伝導型の電磁波検出部に出力することを特徴とする時間領域分光法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の時間領域分光装置を備えたことを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝導型の電磁波発生部および電磁波検出部を用いた時間領域分光装置、時間領域分光法およびイメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の時間領域分光法を用いた測定装置（時間領域分光装置）が知られている（特許文献１参照）。この測定装置は、波長１５６０ｎｍのパルス光を発生するエルビウムドープファイバーレーザーのパルス光光源と、波長１５６０ｎｍのパルス光を波長７８０ｎｍのパルス光に変換する第２次高調波発生部と、波長７８０ｎｍのパルス光を受けて第１テラヘルツ波を発生する第１テラヘルツ波発生源と、波長１５６０ｎｍのパルス光を受けて第２テラヘルツ波を発生する第２テラヘルツ波発生源と、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波とを結合する結合部と、波長７８０ｎｍのパルス光を受けて、測定対象を透過した第１・第２テラヘルツ波を検出する検出部と、を備えている。
パルス光光源からの１５６０ｎｍのパルス光は、偏光ビームスプリッターにより２分割され、一方のパルス光は、第２次高調波発生部に出力され、他方は、ミラーを介して、第２テラヘルツ波発生源に出力される。また、第２次高調波発生部からの７８０ｎｍのパルス光は、偏光ビームスプリッターにより２分割され、一方のパルス光は、第１テラヘルツ波発生源に出力され、他方のパルス光は、ミラーを介して、検出部に出力される。これにより、比較的簡単な構成で、適切な周波数スペクトルを持つテラヘルツ波を発生させ得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５３０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような、従来の測定装置（時間領域分光装置）では、第１・第２の２つのテラヘルツ波発生源（発生素子）が必要となると共に、波長１５６０ｎｍのパルス光と波長７８０ｎｍのパルス光とを適切に結合させる必要があり、構造が複雑になる問題があった。
また、第２次高調波発生部により、波長１５６０ｎｍのパルス光を波長７８０ｎｍのパルス光に変換するが、その変換効率に限界があり、その分、波長７８０ｎｍのパルス光の照射強度（励起パワー）が低下する。このため、テラヘルツ波発生源において、十分なパワーのテラヘルツ波を発生させることができない問題があった。
【０００５】
本発明は、変換効率に限界のある第２次高調波発生部から、変換後の波長７８０ｎｍのパルス光と、変換されない波長１５６０ｎｍのパルス光とが出力されることに着目して為されたものであり、励起光光源からの波長変換に伴う励起光を、テラヘルツ波を発生・検出に効率良く使用することができる時間領域分光装置、時間領域分光法およびイメージング装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の時間領域分光装置は、第１波長の第１励起光を出力する励起光光源と、励起光光源から入力した第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、変換した第２励起光をポンプ光として出力すると共に変換されなかった第１励起光をプローブ光として出力する波長変換部と、波長変換部から入力したポンプ光により、電磁波を発生させると共に発生した電磁波をターゲットに照射する光伝導型の電磁波発生部と、波長変換部から入力したプローブ光により、ターゲットを透過または反射した電磁波を検出する光伝導型の電磁波検出部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、励起光光源は、中心波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光であることが好ましい。
【０００８】
本発明において、励起光光源が、エルビウムドープファイバーレーザーで構成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明において、波長変換部は、入力した第１波長λの第１励起光を第２波長λ／２の第２励起光に変換する第２次高調波発生部と、第１励起光と第２励起光とを分離し、これらをポンプ光およびプローブ光として出力する光分離部と、を有していることが好ましい。
【００１０】
本発明において、第２次高調波発生部が、非線形光学結晶で構成され、光分離部が、第１励起光を透過し第２励起光を反射するダイクロイックミラーで構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明において、非線形光学結晶が、厚さ０．２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下のＰＰＬＮで構成されていることが好ましい。なお、「ＰＰＬＮ」とは、周期的分極反転型ＬｉＮｂＯ3である。
【００１２】
本発明において、電磁波発生部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることが好ましい。
【００１３】
本発明において、電磁波検出部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることが好ましい。
【００１４】
本発明の時間領域分光法は、励起光光源から入力した第１波長の第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、変換した第２励起光をポンプ光として、光伝導型の電磁波発生部に出力すると共に、変換されなかった第１励起光をプローブ光として、光伝導型の電磁波検出部に出力することを特徴とする。
【００１５】
本発明のイメージング装置は、上記した時間領域分光装置を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の構成図である。
【図２】ＰＰＬＮにおける厚みとパルス幅の関係を表した図である。
【図３】時間領域分光法において、励起光と光伝導膜との組み合わせによるテラヘルツ強度特性の測定結果を表した図である。
【図４】光伝導アンテナ素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る時間領域分光装置および時間領域分光法を適用したテラヘルツイメージング装置について説明する。このテラヘルツイメージング装置は、時間領域分光法を応用したものであり、パルスレーザー光によりテラヘルツ波を発生させ、このテラヘルツ波を、サンプルを透過させた後に検出し、その検出結果から、サンプルのテラヘルツ波によるイメージングや材料分析等の分光分析を実施するものである。なお、この場合のテラヘルツ波は、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波は元より、数十ＧＨｚ〜数百ＴＨｚの電磁波をも含むものである。
【００１８】
本実施形態のテラヘルツイメージング装置において、その主体を為す時間領域分光装置（時間領域分光法）は、ａ通信用に用いる比較的安価な波長１５６０ｎｍのレーザー光源を用いること、ｂ光伝導アンテナ素子を用いた場合、波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光では、十分なダイナミックレンジが得られないこと、ｃ十分なダイナミックレンジを得るべく、波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光を波長７８０ｎｍのパルスレーザー光に変換すると、変換に用いるＳＨＧ（第２次高調波発生）では、変換効率に限界があり、励起光（パルスレーザー光）の照射強度が低下すること、ｄ変換効率に限界があるＳＨＧでは、変換後の波長７８０ｎｍのパルスレーザー光の他に、変換されなかった波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光が出力されること等、を考慮して構成されている。
【００１９】
図１は、テラヘルツイメージング装置の構成図である。同図に示すように、テラヘルツイメージング装置１は、フェムト秒レーザーである中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１（パルスレーザー光）を発生・出力する励起光光源２と、励起光光源２から入力した第１励起光Ｌ１を、所定の変換効率で中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２（パルスレーザー光）に変換し、変換した第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２として出力すると共に変換されなかった第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として出力する波長変換部３と、波長変換部３から入力したポンプ光ＬＰ２により、テラヘルツ波を発生させてサンプルＳ（ターゲット）に照射するテラヘルツ波発生部４（電磁波発生部）と、波長変換部３から入力したプローブ光ＬＰ１により、サンプルＳを透過したテラヘルツ波Ｔｈを検出するテラヘルツ波検出部５（電磁波検出部）と、を備えている。
【００２０】
波長変換部３は、第１励起光Ｌ１を第２励起光Ｌ２に変換する第２次高調波発生部６と、第１励起光Ｌ１と第２励起光Ｌ２とを分離し、第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２として出力すると共に第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として出力する光分離部７と、を有している。
【００２１】
また、テラヘルツイメージング装置１は、プローブ光ＬＰ１の光路である検出側光路１１に介設され、テラヘルツ波検出部５に入射するプローブ光ＬＰ１を遅延させる遅延光学系１２と、ポンプ光ＬＰ２の光路およびこれに続くテラヘルツ波Ｔｈの光路を合わせた発生側光路１３に介設され、波長変換部３から出力されたポンプ光ＬＰ２を適宜反射してテラヘルツ波発生部４に導く複数の反射鏡１４と、を備えている。そして、テラヘルツ波発生部４およびテラヘルツ波検出部５は、発生側光路１３の光路長と、検出側光路１１の光路長とが略同一になるように配置されている。
【００２２】
さらに、テラヘルツイメージング装置１は、テラヘルツ波発生部４の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａに所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路１７と、テラヘルツ波検出部５の検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに発生した電流を検出して処理する信号処理回路１８と、を備えている。そして、詳細は後述するが、この信号処理回路１８により、イメージング処理や材料分析等の分光分析処理が行われる。
【００２３】
励起光光源２は、フェムト秒オーダーのバルス幅を有する第１励起光Ｌ１（パルスレーザー光）を発振し照射するものであり、例えばエルビウムドープファイバーレーザーで構成されている。発生する第１励起光Ｌ１は、中心波長１５６０ｎｍであり、偏光されたレーザー光として波長変換部３に照射される。
【００２４】
波長変換部３は、入力した中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１を、中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２（パルスレーザー光）に変換する第２次高調波発生部６（ＳＨＧ）と、第１励起光Ｌ１と第２励起光Ｌ２とを分離し、それぞれプローブ光ＬＰ１およびポンプ光ＬＰ２として出力する光分離部７と、を有している。光分離部７は、例えば第１励起光Ｌ１を透過し第２励起光Ｌ２を反射するダイクロイックミラーで構成されている。
【００２５】
第２次高調波発生部６は、非線形光学結晶で構成され、第１励起光Ｌ１との光学的な相互作用により、第１励起光Ｌ１の波長の１／２の波長を持つ第２励起光Ｌ２を発生させる。すなわち、中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１を、中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２に変換する。そして、実施形態の非線形光学結晶は、例えばＰＰＬＭ（周期的分極反転型ＬｉＮｂＯ3）で構成されている。
【００２６】
詳細は後述するが、ＰＰＬＭ（非線形光学結晶）の変換効率には限界があり、第２次高調波発生部６からは、変換された中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２と、変換されない中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１とが出力される。そこで、本実施形態では、この変換されなかった中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１も、有効に利用するようにしている。すなわち、光分離部７（ダイクロイックミラー）は、この変換された第２励起光Ｌ２を反射しポンプ光ＬＰ２とし出力する一方、変換されなかった第１励起光Ｌ１を透過しプローブ光ＬＰ１として出力するようにしている。
【００２７】
図３は、非線形光学結晶であるＰＰＬＭにおける厚みとパルス幅の関係を表した図である。同図に示すように、ＰＰＬＭ（ＬｉＮｂＯ3）が厚くなると、透過後の第１励起光Ｌ１および第２励起光Ｌ２のパルス幅が広くなる。実質的には、パルス幅が１００ｆｓ以下でないと、発生・検出可能なテラヘルツ波Ｔｈの帯域が狭くなる弊害が生ずる。そこで、ＰＰＬＭを厚さ０．２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下とすることが好ましい。ＰＰＬＭは、厚みを増すことで変換効率が高くなるが、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂとの組み合わせを考慮すると、上記のように厚みが制限され、変換効率も比較的低い状態で使用することとなる。
【００２８】
そこで、実施形態では、変換効率を略５０％となるように、ＰＰＬＭの厚みを調整し、第２次高調波発生部６から出力される第１励起光Ｌ１のパワーが略５０％、第２励起光Ｌ２のパワーが略５０％となるようにしている。
【００２９】
図１に示すように、遅延光学系１２は、一対の可動鏡２１と、一対の可動鏡２１を進退させるアクチュエータ２２（可動ステージ）と有し、テラヘルツ波検出部５に入射するプローブ光ＬＰ１を遅延させる。すなわち、ポンプ光ＬＰ２に対し、プローブ光ＬＰ１を光学的に光遅延させる。なお、上記した発生側光路１３の光路長と検出側光路１１の光路長とが略同一となるのは、厳密には遅延光学系１２がホームポジション（デフォルト位置）にある場合である。
【００３０】
テラヘルツ波発生部４と、テラヘルツ波検出部５とは同一の構造を有し、サンプルＳを挟むようにして、逆向きの姿勢で対峙している。
テラヘルツ波発生部４は、ポンプ光ＬＰ２が照射される発生側光伝導アンテナ素子１５Ａと、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａで発生したテラヘルツ波Ｔｈをそれぞれ取り出すためのコリメートレンズ（図示省略）と、コリメートレンズで取り出したテラヘルツ波Ｔｈを集束する集束レンズ２４ａと、を有している。
【００３１】
同様に、テラヘルツ波検出部５は、プローブ光ＴＰ１が照射される検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂと、サンプルＳを透過して空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈ（２次テラヘルツ波）をそれぞれ集束する集束レンズ２４ｂと、集束されたテラヘルツ波Ｔｈを検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに取り込むためのコリメートレンズ（図示省略）と、を有している。
【００３２】
ところで、本願の出願人は、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１の波長と、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂのそれぞれの光伝導膜４３（図４参照：後述する）の材質との組み合わせにより、テラヘルツ強度特性が異なることを見出した。
図３は、励起光と光伝導膜４３との組み合わせによるテラヘルツ強度特性の測定結果を表した図である。同図において、「エミッタ」は、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ（光伝導膜４３）を意味し、「ディテクタ」は、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂ（光伝導膜４３）を意味している。また、「光源」は、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１（同一波長）を意味している。
【００３３】
図３に示すように、ａのケースは、光源：７８０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたもの、ｂのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたもの、ｃのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたもの、ｄのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたものである。この場合、テラヘルツ強度特性は、ａ＞ｄ＞ｂ＞ｃの順で良好となる。
【００３４】
すなわち、テラヘルツ強度特性において、光源：７８０ｎｍとしたときに、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたａが、最も優れている。また、光源：１５６０ｎｍとしたときには、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたｄが、優れている。一方、光源：１５６０ｎｍとしたときに、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたｂおよびｃは、ａおよびｄに対し劣り、特にエミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたｃは、最も劣っている。
【００３５】
この測定結果を考察するに、ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップは１．４２ｅＶであるため、８５０ｎｍより波長の長い励起光では、光伝導膜４３を励起できない。一方、ＬＴ−ＧａＡｓは、不純物順位があるため、不純物順位を介して波長１５６０ｎｍの励起光でも、光伝導膜４３を励起できると考えられる。但し、その確率は低いため、波長７８０ｎｍの励起光で励起した場合に比して、テラヘルツ強度特性が劣るものとなる。また、波長１５６０ｎｍの励起光が、テラヘルツ強度特性の向上に最も寄与するのは、上記のｄで明らかにように、ＬＴ−ＧａＡｓをディテクタに用いたときである。
【００３６】
したがって、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１の、一方を波長７８０ｎｍとし他方を波長１５６０ｎｍとする場合（励起光の有効利用）において、ポンプ光ＬＰ２を波長７８０ｎｍとしエミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓとすると共に、プローブ光ＬＰ１を波長１５６０ｎｍとしディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとすることが、最も適切と考えられる。そこで、詳細は後述するが、本実施形態の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにおいて、いずれもその光伝導膜４３をＬＴ−ＧａＡｓで構成している。すなわち、本実施形態のテラヘルツイメージング装置１（時間領域分光装置）では、同一の２つの光伝導アンテナ素子を、一方は発生側光伝導アンテナ素子１５Ａとし、他方は検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂとして組み込んでいる。
【００３７】
図４は、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ（検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂ）の斜視図である。同図に示すように、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａは、基板４１と、基板４１上に形成されたバッファ層４２と、バッファ層４２上に形成された光伝導膜４３と、光伝導膜４３上に形成されたダイポール型のアンテナ４４と、を備えている。基板４１は、ＳＩ−ＧａＡｓ（半絶縁性ガリウム砒素）、Ｓｉ（シリコン）、ＩｎＰ（インジウムガリウム砒素）等で構成されている。バッファ層４２は、基板４１上にエピタキシャル成長させた薄膜であり、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等により構成されている。また、光伝導膜４３は、バッファ層４２を介して基板４１上に低温でエピタキシャル成長させたものであり、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ガリウム砒素）で構成されている。
【００３８】
一方、アンテナ４４は、相互に平行に配置した一対の伝送線路４６を有しており、光伝導膜４３上にフォトグラフィプロセスにより成膜されている。一対の伝送線路４６は、その中間部に内側に延設した電極部４７をそれぞれ有しており、相互の電極部４７は、所定のギャップを存して対向配置されている。そして、このギャップ部分には、ポンプ光ＬＰ２がスポット照射される。なお、アンテナ４４の形式は、ダイポール型の他、ボウタイ型、ストリップライン型、スパイラル型等であってもよい。
【００３９】
バイアス電源回路１７により、相互の電極部４７間に所定のバイアス電圧を印加しておいて、アンテナ４４のギャップ部分に、ポンプ光ＬＰ２を照射すると、光伝導膜４３に光励起キャリア（電子および正孔）が生成され、且つ電極部４７間の電圧（電界）で光励起キャリアが加速されて瞬時電流が流れる。このパルス状電流の時間変動（超高速電流変調）によりテラヘルツ波Ｔｈ（厳密にはテラヘルツパルス波）が発生し、誘電率の大きい基板４１側に強く放射される。このように電流変調されたテラヘルツ波Ｔｈは、コリメートレンズによりコリメートされ、更に集束レンズ２４ａにより集束されてサンプルＳに達する（図１参照）。
【００４０】
同様に、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂは、基板４１と、基板４１上に形成されたバッファ層４２と、バッファ層４２上に形成された光伝導膜４３と、光伝導膜４３上に形成されたダイポール型のアンテナ４４と、を備えている（図４参照）。
【００４１】
サンプルＳを透過して空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈを基板４１側から入射させた状態で、相互の電極部４７間にプローブ光ＬＰ１を照射し、光伝導膜４３を励起すると、電極部４７間に瞬時電流が流れる。そして、上記の遅延光学系１２によりポンプ光ＬＰ２に対しプローブ光ＬＰ１を段階的に遅延させると、信号処理回路１８により、瞬時電流の時間変動、すなわち空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈの時間波形が計測される（図１参照）。
【００４２】
次に、図１を参照して、テラヘルツイメージング装置１の動作にいて簡単に説明する。同図において、遅延光学系１２をホームポジションに移動させると共に、バイアス電源回路１７を駆動して、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａにバイアス電圧を印加しておく。この状態で、励起光光源２を駆動し、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａにポンプ光ＬＰ２（波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２）を照射すると共に、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにプローブ光ＬＰ１（波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１）を照射する。
【００４３】
これにより、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａではテラヘルツ波Ｔｈが発生し、発生したテラヘルツ波Ｔｈは、サンプルＳを透過し、いわゆる空間変調された状態で、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに入射する。そして、空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈの測定では、同じ波形のテラヘルツ波Ｔｈが数１０ＭＨｚ（パルスレーザー光としてのポンプ光ＬＰ２）の繰り返しで到来することから、遅延光学系１２によりポンプ光ＬＰ２とプローブ光ＬＰ１との間で光学的に光遅延させる。
【００４４】
ここで、信号処理回路１８では、テラヘルツ波Ｔｈの強度を得るだけでなく、テラヘルツ波Ｔｈの波形を時間分解計測し、その波形をフーリエ変換することにより、周波数毎の振幅と位相とを得る。これにより、サンプルＳの部分的（厚み方向の含む）な、物理的・化学的性質を探るための分析情報（分光分析情報）やテラヘルツ波Ｔｈのイメージング情報を得る。
【００４５】
以上のように本実施形態では、発生する第１励起光Ｌ１および第２励起光Ｌ２のパルス幅の関係で、第２次高調波発生部６を構成する非線形光学結晶（ＰＰＬＭ）の厚みに制限（変換効率に限界）があるため、第２次高調波発生部６から変換された第２励起光Ｌ２と共に変換されない第１励起光Ｌ１が発生する。この点に鑑みて、第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２とし、第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として活用するようにしている。
【００４６】
これにより、励起光光源２を、コンパクトで安価に構成することができる。また、第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として活用するため、励起光の利用効率を向上させることができる。これにより、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａから十分なパワーのテラヘルツ波Ｔｈを発生させることができ、且つサンプルＳを透過（反射でも可）させた後の２次のテラヘルツ波Ｔｈを、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂによって精度良く検出することができる。すなわち、サンプルＳのテラヘルツ波イメージングや、サンプルＳ各部の分光分析等を適切に行うことができる。
【００４７】
また、波長７８０ｎｍのポンプ光ＬＰ２が入射する発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ、および波長１５６０ｎｍのプローブ光ＬＰ１が入射する検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにおいて、いずれもその光伝導膜４３をＬＴ−ＧａＡｓで構成しているため、全体として、テラヘルツ強度特性を向上させることができる。また、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂは、同一のものを用いることができるため、全体としてコストの低減を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、発生したテラヘルツ波ＴｈをサンプルＳに透過させて検出するようにしているが、サンプルＳに反射させて検出するようにしてもよい。また、マトリクス状に配置した複数の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび複数の検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂを用いて、サンプルＳを面的に検出（イメージング）することも可能である。もちろん、サンプルＳを光路に直交するＸ・Ｙ方向に微小移動させて、これを面的に検出（イメージング）することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  テラヘルツイメージング装置、２  励起光光源、３  波長変換部、４  テラヘルツ波発生部、５  テラヘルツ波検出部、６  第２次高調波発生部、７  光分離部、１２  遅延光学系、１５Ａ  発生側光伝導アンテナ素子、１５Ｂ  検出側光伝導アンテナ素子、４３  光伝導膜、Ｌ１  第１励起光、Ｌ２  第２  励起光、ＬＰ１  プローブ光、ＬＰ２  ポンプ光、Ｔｈ  テラヘルツ波、Ｓ  サンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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