(57)【要約】【課題】より強度の高いテラヘルツ波を発生できる構成、および／または、テラヘルツ波の検出感度を向上できる構成を提供する。【解決手段】テラヘルツ波に向けられた測定装置が提供される。測定装置は、光伝導アンテナと、光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段とを含む。光伝導アンテナは、基板と、基板上に形成された対向する一対の電極とを含む。一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。調整手段は、パルス光のスポット形状をギャップの領域に適合化する。【選択図】図１
2014173866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波に向けられた測定装置であって、
光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段とを備え、
前記光伝導アンテナは、
基板と、
前記基板上に形成された対向する一対の電極とを含み、
前記一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、前記ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されており、
前記調整手段は、前記パルス光のスポット形状を前記ギャップの領域に適合化する、測定装置。
【請求項２】
前記調整手段は、シリンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記調整手段は、入力されたパルス光の波長を変換するための非線形光学素子を含む、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記アスペクト比は、１０以上かつ１００以下の値に設計される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
テラヘルツ波用の光伝導アンテナであって、
基板と、
前記基板上に形成された対向する一対の電極とを含み、
前記一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、前記ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている、光伝導アンテナ。
【請求項６】
テラヘルツ波用の光伝導アンテナの製造方法であって、
基板を用意するステップと、
前記基板上にパターンを形成するステップと、
前記形成されたパターンに金属を付着することで一対の電極を形成するステップとを含み、
前記一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、前記ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている、光伝導アンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波に向けられた測定装置、その測定装置に用いられる光伝導アンテナ、およびその光伝導アンテナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ波を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ波は、主として、周波数が約０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３ｍｍ）の電磁波である。このようなテラヘルツ波の応用の一例として、様々な材料の物性を評価する技術が提案されている。
【０００３】
テラヘルツ波が存在する遠赤外領域（テラヘルツ領域）の吸収スペクトルは、分子全体の振動や分子間相互作用（代表的に、ファンデルワールス力）などの低エネルギーの相互作用を反映する。このようなテラヘルツ領域での測定を、医薬品、高分子材料、ナノ材料、有機発光材料といった分野に適用することが期待されている。
【０００４】
テラヘルツ波を発生および検出する手法の一つとして、光伝導アンテナを用いる方法が知られている（非特許文献１および２参照）。光伝導アンテナは、光伝導スイッチやオーストンスイッチとも称される。光伝導アンテナは、光伝導性の半導体薄膜上に狭いギャップを有する電極を形成したものである。この電極のギャップにフェムト秒レーザー光を照射することで、テラヘルツ波を発生させ、あるいはテラヘルツ波を検出できる。形成される電極の形状に応じて放射エネルギーが決まる。一般的には、高周波用の電極として、ダイポール型が用いられ、低周波用の電極として、ボウタイ型が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】萩行正憲他、「フェムト秒レーザーを用いたテラヘルツ波の発生と応用」、J. Plasma Fusion Res. Vol.84, No.11, pp.731-739、２００８年
【非特許文献２】Masaharu Tani et al., "Emission characteristics of photoconductive antennas based on low-temperature-grown GaAs and semi-insulating GaAs", APPLIED OPTICS, Vol.36, No.30, 20 October 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光伝導アンテナを用いてより強度の高いテラヘルツ波を発生するためには、より強度の高いパルス光を照射する必要がある。しかしながら、パルス光の強度と発生するテラヘルツ波の強度との関係は非線形であり、パルス光の強度がある程度まで到達すると、発生するテラヘルツ波の強度は飽和してしまう。そのため、より強度の高いテラヘルツ波を発生できる構成、および／または、テラヘルツ波の検出感度を向上できる構成が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある局面によれば、テラヘルツ波に向けられた測定装置が提供される。測定装置は、光伝導アンテナと、光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段とを含む。光伝導アンテナは、基板と、基板上に形成された対向する一対の電極とを含む。一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。調整手段は、パルス光のスポット形状をギャップの領域に適合化する。
【０００８】
好ましくは、調整手段は、シリンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーの少なくとも一方を含む。
【０００９】
あるいは好ましくは、調整手段は、入力されたパルス光の波長を変換するための非線形光学素子を含む。
【００１０】
好ましくは、アスペクト比は、１０以上かつ１００以下の値に設計される。
本発明の別の局面によれば、テラヘルツ波用の光伝導アンテナが提供される。光伝導アンテナは、基板と、基板上に形成された対向する一対の電極とを含む。一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。
【００１１】
本発明のさらに別の局面によれば、テラヘルツ波用の光伝導アンテナの製造方法が提供される。製造方法は、基板を用意するステップと、基板上にパターンを形成するステップと、形成されたパターンに金属を付着することで一対の電極を形成するステップとを含む。一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本実施の形態によれば、より強度の高いテラヘルツ波を発生できる構成、および／または、テラヘルツ波の検出感度を向上できる構成を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の関連技術に従う光伝導アンテナの一例を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に従う光伝導アンテナの一例を示す模式図である。
【図４】本実施の形態に従う測定装置に用いられる収束レンズの一例を示す図である。
【図５】本実施の形態に従う光伝導アンテナおよび関連技術に従う光伝導アンテナをアンテナユニットに用いて、同一のテラヘルツ波源からのテラヘルツ波を検出したときのそれぞれの時間波形を示す図である。
【図６】本実施の形態に従う光伝導アンテナおよび関連技術に従う光伝導アンテナでそれぞれ検出される信号の最大振幅とパルス光強度との関係を示す図である。
【図７】本実施の形態に従う光伝導アンテナの製造手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた測定装置の変形例の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１５】
＜Ａ．概要＞
本実施の形態に従う光伝導アンテナは、テラヘルツ波の発生および／または検出に用いられる。以下の詳述するような構成を採用することで、より強度の高いテラヘルツ波を発生させることができ、あるいはテラヘルツ波の検出感度を向上できる。
【００１６】
より具体的には、本実施の形態に従う光伝導アンテナは、基板と、基板上に形成された対向する一対の電極とを含む。この一対の電極は、両者の間隔がより狭いギャップを含むとともに、ギャップの長手方向の長さと間隔とのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。すなわち、光伝導アンテナに形成されたギャップ（微小ダイポールアンテナの部分）を一方向に長くすることで、パルス光を受け入れる面積をより大きくする。同時に、照射されるパルス光のスポット形状もこのギャップに適合化される。このような構成を採用することで、光伝導アンテナに入射するパルス光の単位面積当たりの強度を低減でき、飽和を抑制できる。
【００１７】
これによって、より強度の高いテラヘルツ波を発生できる、あるいは、テラヘルツ波の検出感度を向上できる。
【００１８】
＜Ｂ．装置構成＞
まず、本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた測定装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた測定装置１００の構成を示す概略図である。図１に示す測定装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectroscopy）を用いて、サンプルＳＭＰの特性値を測定する。図１には、平行光束のテラヘルツ波をサンプルＳＭＰに入射させ、その透過波からサンプルＳＭＰの特性値を測定する構成を例示するが、軸外し放物面ミラーまたはテラヘルツレンズを追加して、テラヘルツ波を集光する構成を採用してもよい。また、サンプルＳＭＰ表面で反射した反射波からサンプルＳＭＰの特性値を測定する構成を採用してもよい。
【００１９】
より具体的には、テラヘルツ波に向けられた測定装置１００は、パルス光光源１０と、λ／２板１４と、ビームスプリッタ１６と、エミッタユニット４０と、アンテナユニット５０と、収束レンズ４６，５６と、軸外し放物面ミラー６０，６２と、ミラー１２，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０と、遅延ステージ７０と、遅延ステージ駆動機構７２と、発振器８０と、信号処理部８２と、制御装置８４とを含む。
【００２０】
図１には、本実施の形態に従う光伝導アンテナを、テラヘルツ波を発生させるためのエミッタユニット４０およびテラヘルツ波を検出するためのアンテナユニット５０のいずれにも用いた構成例を示すが、光伝導アンテナをいずれか一方のみに適用してもよい。
【００２１】
パルス光光源１０は、エミッタユニット４０およびアンテナユニット５０を駆動するためのパルス光を発生する。より具体的には、パルス光光源１０は、レーザー光源であり、フェムト秒（１０−１５秒）オーダーのパルス幅をもつフェムト秒パルスパルス光を発生し照射する。パルス光光源１０におけるパルス光の発振周期は、数１０ＭＨｚ（数１０ｎ秒周期）オーダーである。パルス光光源１０で照射されたパルス光は、エミッタユニット４０およびアンテナユニット５０へ与えられる。
【００２２】
λ／２板１４は、パルス光光源１０からのパルス光の直線偏光を任意の方向に調整する。λ／２板１４を通過したパルス光は、ビームスプリッタ１６へ入射する。λ／２板１４からは、平行光束のパルス光が放射される。
【００２３】
ビームスプリッタ１６は、λ／２板１４からのパルス光を所定の比率で２つのパルス光に分配し、それぞれをエミッタユニット４０およびアンテナユニット５０へ導く。具体的には、ビームスプリッタ１６から射出された一方のパルス光は、ミラー１８および２０を経てエミッタユニット４０へ与えられる。このパルス光は、エミッタユニット４０を励起するためのポンプ光として利用される。ビームスプリッタ１６から射出された他方のパルス光は、ミラー２２、２４、２６、２８、および３０を経てアンテナユニット５０へ与えられる。このパルス光は、アンテナユニット５０を励起するためのプローブ光として利用される。
【００２４】
エミッタユニット４０は、テラヘルツ波発生源であり、パルス光を受けてテラヘルツ波を発生する。具体的には、エミッタユニット４０は、光伝導アンテナ４２およびＳｉレンズ４４を含む。エミッタユニット４０の前段には、収束レンズ４６が配置されている。収束レンズ４６は、ビームスプリッタ１６からのパルス光のスポット形状（断面形状）を適合化する（この詳細については、後述する）とともに、パルス光を光伝導アンテナ４２の所定位置へ収束する。
【００２５】
光伝導アンテナ４２は、パルス光によって励起されて、パルス状のテラヘルツ波を発生する。光伝導アンテナ４２は、基板上に形成された平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとを含む。この平行伝送線路の両端には、発振器８０から所定の交流バイアス電圧が印加されている。言い換えれば、光伝導アンテナ４２では、光伝導性の半導体薄膜上に狭いギャップを有する電極が形成されている。微小ダイポールアンテナの部分（ギャップ）にパルス光が入射することで、所定の電界が生じて、テラヘルツ波が発生する。
【００２６】
エミッタユニット４０においては、光伝導アンテナ４２に入射するパルス光がポンプ光となり、テラヘルツ波が発生する。発振器８０から供給される交流バイアス電圧がテラヘルツ波の発生エネルギーの一部となる。一例として、光伝導アンテナ４２は、半絶縁性ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴ−ＧａＡｓ光伝導アンテナなどによって構成される。あるいは、ＩｎＧａＡｓからなる基板を用いてもよい。ＩｎＧａＡｓからなる基板を用いることで、一般的な光通信に用いられる１．５５μｍのパルス光を用いてテラヘルツ波を発生できるので、装置構成を低廉および簡素化できる。
【００２７】
Ｓｉレンズ４４は、光伝導アンテナ４２から照射されるテラヘルツ波を拡散する。
Ｓｉレンズ４４から射出されたテラヘルツ波は、軸外し放物面ミラー６０および６２を経てアンテナユニット５０へ入射する。軸外し放物面ミラー６０から軸外し放物面ミラー６２までの経路上に、サンプルＳＭＰが配置される。軸外し放物面ミラー６０で反射されたテラヘルツ波は、サンプルＳＭＰの特性に応じた減衰を受けた後、軸外し放物面ミラー６２を経てアンテナユニット５０へ入射する。軸外し放物面ミラー６２は、テラヘルツ波をアンテナユニット５０の受光位置に集光する。アンテナユニット５０へ入射するテラヘルツ波は、サンプルＳＭＰの特性を反映する。
【００２８】
アンテナユニット５０は、軸外し放物面ミラー６２からのテラヘルツ波を受光して、そのテラヘルツ波の強度を示す測定信号を信号処理部８２へ出力する。アンテナユニット５０は、測定信号を生成するためのエネルギー源として、ビームスプリッタ１６で分離されたパルス光を受光する。すなわち、アンテナユニット５０は、軸外し放物面ミラー６２からのテラヘルツ波とビームスプリッタ１６からのパルス光とがともに入射しているタイミングにおいて、測定信号を出力する。
【００２９】
アンテナユニット５０は、テラヘルツ信号の検出器であり、テラヘルツ波およびパルス光を受けて電流を発生し、その電流を信号処理部８２へ出力する。具体的には、アンテナユニット５０は、光伝導アンテナ５２と、Ｓｉレンズ５４とを含む。Ｓｉレンズ５４は、上述のエミッタユニット４０におけるＳｉレンズ４４と同様の構成であり、軸外し放物面ミラー６２からのテラヘルツ波を収束する。
【００３０】
パルス光がアンテナユニット５０に入力する前段には、収束レンズ５６が配置されている。収束レンズ５６は、エミッタユニット４０に関連付けられた収束レンズ４６と同様に、ビームスプリッタ１６からのパルス光のスポット形状を適合化するとともに、パルス光を光伝導アンテナ５２の所定位置へ収束する。
【００３１】
光伝導アンテナ５２は、上述のエミッタユニット４０における光伝導アンテナ４２と同様の構成であり、一方面にテラヘルツ波を受光し、他方面にパルス光を受光することで、電気信号である測定信号を出力する。
【００３２】
ビームスプリッタ１６で分配されたパルス光は、ミラー２２、２４、２６、２８、および３０を経てアンテナユニット５０へ与えられる。このパルス光の伝搬経路上のミラー２６および２８は、遅延ステージ７０に関連付けて配置されている。遅延ステージ７０は、遅延ステージ駆動機構７２によって、紙面上下方向に移動可能に構成されており、この遅延ステージ７０の移動によってミラー２６および２８の位置が紙面上下方向に変化する。遅延ステージ駆動機構７２は、制御装置８４からの制御信号ＣＴＲＬ１に従って、遅延ステージ７０を一定速度で移動させる。
【００３３】
遅延ステージ７０および遅延ステージ駆動機構７２は、アンテナユニット５０で受光されるテラヘルツ波の時間軸上における強度波形をより容易に測定するための構成である。パルス光光源１０からのパルス光は、そのパルス幅がフェムト（１０−１５）秒オーダーであるため、時間波形をそのまま測定することは非常に困難である。そこで、テラヘルツ波の複数の位相に各々における強度を複数回にわたって測定したものを時間軸上で合成することで、全体の時間波形を測定する。
【００３４】
アンテナユニット５０は、テラヘルツ波およびパルス光がともに入射したタイミングで測定信号を出力するので、テラヘルツ波に対するパルス光の位相をずらすことで、テラヘルツ波の予め定められた位相における強度を測定できる。すなわち、遅延ステージ７０を一定速度で紙面上または下方向に移動させることで、ミラー２６および２８の位置が変化し、これによってビームスプリッタ１６からアンテナユニット５０までのパルス光の伝搬経路長が時間的に変化する。遅延ステージ７０の位置変化に応じて、テラヘルツ波がアンテナユニット５０に入射するタイミングと、パルス光がアンテナユニット５０に入射するタイミングとの間の時間差（遅延時間）が時間的に変化する。
【００３５】
制御装置８４は、テラヘルツ波の複数の位相に各々における強度の測定結果を時間軸上で合成することで、サンプルＳＭＰの特性を示す時間波形を算出する。
【００３６】
＜Ｃ．関連技術＞
次に、本実施の形態に従う光伝導アンテナに関連する技術について説明する。図２は、本発明の関連技術に従う光伝導アンテナの一例を示す模式図である。図２（ａ）は、光伝導アンテナの平面図を示す。光伝導アンテナは、基板２００上に形成された一対の電極２１０および２２０を含む。電極２１０および２２０の各々は、所定の距離だけ離れて互いに平行に形成されており、その一部において間隔が狭い部分（ギャップ２３０）が設けられている。すなわち、基板２００上には、平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に設けられた微小ダイポールアンテナとが形成されている。
【００３７】
基板２００としては、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴ−ＧａＡｓなどを用いることができる。電極２１０および２２０としては、金・スズ合金などの導電性の高い金属を用いることができる。
【００３８】
図２（ａ）に示す光伝導アンテナの設計例としては、電極２１０および２２０の平行伝送線路の幅ｄはそれぞれ１０〜３０μｍ（図２（ａ）の例では、２０μｍ）であり、ギャップ２３０の平行伝送線路に平行な対向部分の長さ、すなわちギャップ２３０の長さｗは１０〜２０μｍ（図２（ａ）の例では、２０μｍ）であり、電極２１０と電極２２０との空隙の最小間隔、すなわちギャップ２３０の間隔ｇは５〜２０μｍ（図２（ａ）の例では、１０μｍ）であり、ギャップ２３０の凸部の長さｃは、電極２１０，２２０から５〜２０μｍ（図２（ａ）の例では、１０μｍ）である。図２（ａ）に示す設計例においては、対向部分の長さｗと間隔ｇとの比（以下、「アスペクト比」とも称す。）は、２である。このようなギャップ２３０のアスペクト比が小さい場合には、図２（ｂ）に示すような、ほぼ真円の照射スポットを有するパルス光がギャップ２３０に照射される。
【００３９】
光伝導アンテナのギャップ２３０に照射されるパルス光の強度が高くなるにつれて、発生するテラヘルツ波の強度も高くなる。この結果、アンテナユニット５０から出力される測定信号の強度、つまり微小ダイポールアンテナを流れる電流値も高くなり、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させることができる。アンテナユニット５０についても同様であり、アンテナユニット５０の光伝導アンテナのギャップ２３０に照射されるパルス光の強度が高くなるにつれて、微小ダイポールアンテナを流れる電流値も高くなる。
【００４０】
このように、パルス光の強度と発生するテラヘルツ波の強度との関係、および／または、パルス波の強度と検出されるテラヘルツ波の信号強度との関係は、非線形であり、パルス光の強度がある程度まで到達すると、発生するテラヘルツ波の強度、および／または、検出されるテラヘルツ波の信号強度は飽和してしまう。
【００４１】
また、ギャップ２３０へ照射するパルス光のスポット形状は、前段に配置される光学系によって調整されるが、パルス光の強度を高めるためにスポット径を小さくしすぎると、波長帯域によっては（特に、近赤領域の波長を含む場合には）、パルス光によって加熱され、電極２１０および２２０やギャップ２３０などが焼損する可能性もある。
【００４２】
さらに、ギャップ２３０へ照射するパルス光の強度を高めることで、幅の狭いギャップ２３０に大電流が流れ、その結果、電極間がショートして光伝導アンテナとして使用できなくなる場合もある。
【００４３】
そのため、より強度の高いテラヘルツ波を発生できる、および／または、テラヘルツ波の検出感度を向上できるとともに、より耐久性を高めた光伝導アンテナが要望されている。
【００４４】
＜Ｄ．構成例＞
本実施の形態に従う光伝導アンテナにおいては、微小ダイポールアンテナの対向する電極の幅を広くするとともに、照射するパルス光のスポット形状をこの微小ダイポールアンテナの形状に適合化させることで、発生するテラヘルツ波の強度の向上、および／または、テラヘルツ波の検出感度の向上を図る。
【００４５】
図３は、本実施の形態に従う光伝導アンテナ４２の一例を示す模式図である。以下、光伝導アンテナ４２について説明するが、光伝導アンテナ５２も同様の構成を採用できる。図３（ａ）は、光伝導アンテナ４２の平面図を示す。光伝導アンテナ４２は、基板３００上に形成された一対の電極３１０および３２０を含む。電極３１０および３２０の各々は、所定の距離だけ離れて互いに平行に形成されており、部分的に間隔がより狭い部分（ギャップ３３０）が設けられている。すなわち、基板３００上には、対向する一対の電極３１０，３２０が形成されており、この一対の電極３１０，３２０は、両者の間隔がより狭いギャップ３３０を含む。言い換えれば、基板３００上には、平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に設けられた微小ダイポールアンテナとが形成されている。
【００４６】
基板３００としては、図２に示す基板２００と同様に、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴ−ＧａＡｓなどを用いることができる。また、電極３１０および３２０としては、図２に示す電極２１０および２２０と同様に、金・スズ合金などの導電性の高い金属を用いることができる。
【００４７】
本実施の形態に従う光伝導アンテナにおいて、対向部分の長さ、すなわちギャップ３３０の長さｗとギャップ３３０の間隔ｇとの比（アスペクト比）を比較的大きな値にすることが好ましい。典型的には、アスペクト比は１０以上に設定されることが好ましい。言い換えれば、電極３１０および３２０は、ギャップ３３０の長手方向の長さｗと間隔ｇとのアスペクト比が１０以上となるように構成されている。
【００４８】
アスペクト比の値は大きいことが好ましいが、後述する調整手段によるスポット形状を適合化できる範囲などを考慮すると、その最大値は１００程度にするのが好ましい。すなわち、アスペクト比は１０以上かつ１００以下の値に設定されることが好ましい。製造や光学設計の観点からは、アスペクト比は２０以上かつ５０以下の値に設定されることがより好ましい。
【００４９】
図３（ａ）に示す光伝導アンテナの設計例としては、電極３１０および３２０の平行伝送線路の幅ｄがそれぞれ２０μｍであり、ギャップ３３０の平行伝送線路に平行な対向部分の長さ、すなわちギャップ３３０の長さｗが３００μｍであり、電極３１０と電極３２０との空隙の最小間隔、すなわちギャップ３３０の間隔ｇが１０μｍである。この設計例においては、対向部分の長さｗとギャップの間隔ｇとの比（アスペクト比）は「３０」である。
【００５０】
電極３１０および３２０の平行伝送線路の幅ｄはそれぞれ、１０〜３０μｍ（図３（ａ）の例では、２０μｍ）であり、ギャップ３３０の平行伝送線路に平行な対向部分の長さ、すなわちギャップ３３０の長さｗは５０〜６００μｍ（図３（ａ）の例では、３００μｍ）であり、電極３１０と電極３２０との空隙の最小間隔、すなわちギャップ３３０の間隔ｇは５〜２０μｍ（図３（ａ）の例では、１０μｍ）であり、ギャップ３３０の凸部の長さｃは、電極３１０，３２０の各々から５〜２０μｍ（図３（ａ）の例では、１０μｍ）である。
【００５１】
このようなギャップ３３０のアスペクト比が大きい場合には、図３（ｂ）に示すような、楕円状のスポット形状を有するパルス光がギャップ３３０に照射される。すなわち、そのスポット形状が楕円状のパルス光が照射される。本実施の形態に従う光伝導アンテナを含む測定装置１００は、光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段を含む。
【００５２】
図３（ｂ）に示すようなパルス光のスポット形状を適合化する方法としては、各種の方法を採用できるが、図１に示すように、エミッタユニット４０およびアンテナユニット５０に関連付けて収束レンズ４６および５６をそれぞれ配置する構成を採用した場合には、例えば、シリンドリカルレンズを用いて、スポット形状を適合化させることができる。
【００５３】
図４は、本実施の形態に従う測定装置１００に用いられる収束レンズ４６および５６の一例を示す図である。収束レンズ４６および５６として、図４に示すようなシリンドリカルレンズを用いることで、入射したパルス光のスポット形状を図３に示す光伝導アンテナに適した形状にすることができる。すなわち、入射したパルス光をある一方向に伸張させることで、スポット形状を楕円状に変更できる。
【００５４】
図４に示すシリンドリカルレンズに代えて、あるいはそれに加えて、シリンドリカルミラーを採用してもよい。シリンドリカルレンズやシリンドリカルミラーといった光学デバイスを用いて、光伝導アンテナに照射するパルス光のスポット形状を縦横比の異なる楕円状としつつ集光する。この集光スポットの長軸方向をギャップ３３０の長さ方向に合わせることで、光伝導アンテナのギャップ３３０に対して、パルス光をより効率的に照射できる。このように、光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段としては、シリンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーの少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００５５】
＜Ｅ．測定例＞
次に、本実施の形態に従う光伝導アンテナの特性の改善効果について、関連技術と比較しながら説明する。
【００５６】
図５は、本実施の形態に従う光伝導アンテナおよび関連技術に従う光伝導アンテナをアンテナユニットに用いて、同一のテラヘルツ波源からのテラヘルツ波を検出したときのそれぞれの時間波形を示す図である。すなわち、パルス光はアンテナユニット５０を励起するためのプローブ光として利用される。
【００５７】
図５（ａ）には、図２（ａ）に示す光伝導アンテナに対して、図２（ｂ）に示すようなスポット形状のパルス光を異なるパルス光強度でそれぞれ照射した場合に検出された測定信号の時間波形（検出強度）を示す。同様に、図５（ｂ）には、図３（ａ）に示す光伝導アンテナに対して、図３（ｂ）に示すようなスポット形状のパルス光を異なるパルス光強度でそれぞれ照射した場合に検出された測定信号の時間波形（検出強度）を示す。なお、アンテナユニット５０に入射するテラヘルツ波の強度はいずれも一定であるとする。
【００５８】
図５（ａ）に示すように、関連技術に従う光伝導アンテナを用いた場合には、パルス光の強度がある程度まで高くなると、飽和状態になり、検出強度はそれ以上高くならない。これに対して、図５（ｂ）に示すように、本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた場合には、パルス光の強度の増加に伴って、検出強度も増加していることがわかる。
【００５９】
図６は、本実施の形態に従う光伝導アンテナおよび関連技術に従う光伝導アンテナでそれぞれ検出される信号の最大振幅とパルス光強度との関係を示す図である。図６に示すように、関連技術に従う光伝導アンテナを用いた場合には、徐々に飽和状態に至り、パルス光強度の増加と最大振幅とは比例関係から大きくずれる。
【００６０】
これに対して、本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた場合には、パルス光強度と検出強度の最大振幅との間は、比較的良好な比例関係が維持される。
【００６１】
本実施の形態に従う光伝導アンテナをアンテナユニットに用いた場合には、入射するパルス光の強度を高めることによって、検出される信号の強度を高めることができ、このときの飽和の程度も比較的小さい。また、本実施の形態に従う光伝導アンテナをエミッタユニットに用いた場合にも同様に、入射するパルス光の強度を高めることによって、発生するテラヘルツ波の強度を高めることができる。
【００６２】
本実施の形態に従う光伝導アンテナでは、微小ダイポールアンテナの対向する電極の幅を広くするとともに、照射するパルス光のスポット形状をこの微小ダイポールアンテナの形状に適合化させる。このような構成を採用することで、光伝導アンテナに入射するパルス光の単位面積当たりの強度を低減でき、これによって、飽和を抑制できると考えることができる。
【００６３】
＜Ｆ．製造手順＞
次に、本実施の形態に従う光伝導アンテナの製造手順の一例について説明する。図７は、本実施の形態に従う光伝導アンテナの製造手順の一例を示すフローチャートである。
【００６４】
図７を参照して、まず、電極を形成するための基板が用意される（ステップＳ２）。この基板としては、例えば、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴ−ＧａＡｓが用意される。次に、この基板に対してレジストが塗布される（ステップＳ４）。そして、レジストが塗布された基板に対して、図３に示すようなパターンに対応するマスクを用いて感光処理および現像処理が実行される（ステップＳ６）。すなわち、塗布されたレジストのうちパターンに対する部分を、感光および現像によって取り除く。
【００６５】
その後、基板上に形成されたパターンに対して、金属を蒸着させる（ステップＳ８）。すなわち、基板上に形成されたパターンに金属を付着することで一対の電極が形成される。例えば、金・スズ合金の蒸着によって、基板上に一対の電極が形成される。
【００６６】
通常は、１枚の基板から複数の光伝導アンテナを生成するので、図３に示すようなパターンが同一基板上に複数形成される。この形成されたそれぞれのパターンに対応付けて、基板が所定サイズごとにカットされる（ステップＳ１０）。例えば、５×５ｍｍ程度のサイズにカットされる。
【００６７】
さらに、形成された電極の接触抵抗を低減するために、熱処理を用いて、アニール処理が実行される（ステップＳ１２）。
【００６８】
以上の手順によって、基板から光伝導アンテナが製造される。
＜Ｇ．変形例＞
上述の実施の形態においては、シリンドリカルレンズおよび／またはシリンドリカルミラーを用いて、図３（ｂ）に示すようなスポット形状のパルス光をギャップ３３０に照射するという構成を採用した。但し、光伝導アンテナに照射するパルス光のスポット形状を適合化する手段としては、このような光学デバイスを用いる方法に代えて、ＢＢＯ（Beta Barium Borate）結晶などの非線形光学結晶を用いてもよい。非線形光学結晶は、入射したパルス光の波長を変換して出力する光学デバイスとして用いることができる。例えば、波長１．５５μｍのパルス光から波長７８０ｎｍのパルス光を発生させることができる。すなわち、非線形光学結晶は、波長変換デバイスとして用いられる。
【００６９】
非線形光学結晶の中には、変換後に出力される光のスポット形状が楕円状になっているものもあり、このような非線形光学結晶を用いることで、シリンドリカルレンズやシリンドリカルミラーを用いることなく、図３（ｂ）に示すような、所望のスポット形状を有するポンプ光やプローブ光を生成できる。
【００７０】
図８は、本実施の形態に従う光伝導アンテナを用いた測定装置の変形例の構成を示す概略図である。図８に示す測定装置１００＃は、図１に示す測定装置１００において、収束レンズ４６および５６に代えて、非線形素子４８および５８をそれぞれ配置したものである。非線形素子４８および５８は、それぞれ入射するパルス光の波長を変換するとともに、その変換後の光をエミッタユニット４０およびアンテナユニット５０へ照射する。このような構成によって、本実施の形態に従う光伝導アンテナを適切に駆動させることができる。このように、光伝導アンテナに照射されるパルス光を調整するための調整手段としては、入力されたパルス光の波長を変換するための非線形光学素子を含んでいてもよい。
【００７１】
その他の部分については、図１に示す測定装置１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【００７２】
＜Ｈ．利点＞
本実施の形態によれば、比較的簡易な製造手順によって、より強度の高いテラヘルツ波を発生できる、および／または、テラヘルツ波の検出感度を向上できる、光伝導アンテナを提供できる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１０  パルス光光源、１２，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０  ミラー、１４  λ／２板、１６  ビームスプリッタ、４０  エミッタユニット、４２，５２  光伝導アンテナ、４４，５４  Ｓｉレンズ、４６，５６  収束レンズ、４８  非線形素子、５０  アンテナユニット、６０，６２  放物面ミラー、７０  遅延ステージ、７２  遅延ステージ駆動機構、８０  発振器、８２  信号処理部、８４  制御装置、１００  測定装置、２００，３００  基板、２１０，２２０，３１０，３２０  電極、２３０，３３０  ギャップ、ＳＭＰ  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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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