(57)【要約】  ｃｗテラヘルツ画像ビームは、非線形光学プロセス（例えば、近ＩＲのｃｗアップコンバージョンビームを伴う和又は差周波数生成）により、アップコンバージョンされる。アップコンバージョン済み画像は、近ＩＲ画像検出器により、取得される。テラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームの帯域幅及び中心波長は、アップコンバージョンビームを阻止するか又は実質的に減衰させつつ、アップコンバージョン済み画像ビームが検出器に到達することを許容するべく、波長フィルタリングを利用し得るようなものになっている。【選択図】図２
2019518193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する方法において、
（ａ）約０．０５ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、及びテラヘルツ平均パワーを特徴とする連続波テラヘルツ撮像ビームによって前記対象物を照明するステップと、
（ｂ）前記対象物によって若しくはその周辺において透過された、又は、前記対象物から反射若しくは散乱された、前記テラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、当該一部分を導くステップであって、前記テラヘルツ画像ビームは、前記非線形光学媒体におけるテラヘルツ画像ビームサイズを特徴としている、ステップと、
（ｃ）前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、連続波アップコンバージョンビームを導くステップであって、前記アップコンバージョンビームは、前記非線形光学媒体内において前記テラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョン平均パワー、及び前記非線形光学媒体におけるアップコンバージョンビームサイズを特徴としている、ステップと、
（ｄ）前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームとの間の和又は差周波数生成によって生成された一方又は両方の波長を特徴とするアップコンバージョン済み画像ビームを形成するべく、前記非線形光学媒体内の前記テラヘルツ画像ビーム及び前記アップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、前記テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするステップと、
（ｅ）画像検出器を使用することにより、前記アップコンバージョン済み画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、前記画像検出器により、前記アップコンバージョン済み画像ビームによって前記画像検出器において形成されたアップコンバージョン済み画像を検出するステップと、
（ｆ）画像フィルタリング要素を使用することにより、前記アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が前記画像検出器に到達することを許容するステップと、
を有し、
（ｇ）前記テラヘルツ平均パワーは、約０．１Ｗ超であり、前記アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約０．１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約１Ｗ超であることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約１０Ｗ超であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記アップコンバージョン波長は、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約５Ｗ超であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記アップコンバージョンビームの供給源は、固体レーザー、ファイバレーザー、又は半導体レーザーであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記テラヘルツ周波数は、約３ＴＨｚ未満であり、且つ、前記テラヘルツ平均パワーは、約０．３Ｗ超であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記テラヘルツ周波数は、約１．６ＴＨｚ未満であり、且つ、前記テラヘルツ平均パワーは、約０．５Ｗ超であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記テラヘルツビームの供給源は、後進波型発振器、１つ又は複数のテラヘルツ増幅器、又は１つ又は複数の高調波生成器を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存性フィルタを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長と前記アップコンバージョン済み画像波長のうちの１つとの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、前記１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長を含む拒絶帯域幅を有するノッチフィルタを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記アップコンバージョンビーム及び前記アップコンバージョン済み画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光されており、且つ、前記画像フィルタリング要素は、前記アップコンバージョンビームを実質的に阻止するように構成された１つ又は複数の偏光器を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記非線形光学媒体は、前記非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記非線形光学媒体は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、（ｉ）第１合焦要素が、前記テラヘルツ撮像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）前記対象物及び前記非線形光学媒体は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒体において前記対象物のテラヘルツ画像を形成するように、前記第１合焦要素の個々の共役面において位置決めされており、（ｉｉｉ）第２合焦要素が、前記アップコンバージョン済み画像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記画像検出器まで伝播するように、前記アップコンバージョン済み画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒体及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョン済み画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョン済み画像を形成するように、前記第２合焦要素の個々の共役面において位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、（ｉ）有効焦点距離ｆ１を特徴とする第１合焦要素が、前記テラヘルツ撮像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）前記対象物及び前記非線形光学媒体は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒体において前記対象物のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、前記第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）有効焦点距離ｆ２を特徴とする第２合焦要素が、前記アップコンバージョン済み画像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記画像検出器まで伝播するように、前記アップコンバージョン済み画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒体及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョン済み画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョン済み画像を形成するように、それぞれ、前記第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記画像検出器は、撮像検出器アレイを有し、且つ、前記アップコンバージョン済み画像を検出するステップは、前記撮像検出器アレイの複数の対応する検出器要素上において前記アップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、テラヘルツ基準ビームを形成するべく、前記テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割するステップと、前記非線形光学媒体を通じて共伝播するように、前記テラヘルツ基準ビームと前記テラヘルツ画像ビームとを組み合わせるステップと、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの対応する異なる相対位相を有する複数のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得するステップと、を更に有し、それぞれのアップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの対応する位置依存性相対位相に少なくとも部分的に依存していることを特徴とする方法。
【請求項１８】
対象物のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する装置において、
（ａ）約０．０５ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、及びテラヘルツ平均パワーを特徴とする連続波テラヘルツ撮像ビームによって前記対象物を照明するように構成されたテラヘルツ供給源と、
（ｂ）前記対象物によって若しくはその周辺において透過された、又は、前記対象物から反射若しくは散乱された、前記テラヘルツ撮像ビームの少なくとの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、前記一部分を導くように構成された１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントであって、前記テラヘルツ画像ビームは、前記非線形光学媒体におけるテラヘルツ画像ビームサイズを特徴としている、テラヘルツ光学コンポーネントと、
（ｃ）連続波アップコンバージョンビームを放出するように構成された光源と、
（ｄ）前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、前記アップコンバージョンビームを導くように構成された１つ又は複数の光学コンポーネントであって、前記アップコンバージョンビームは、前記非線形光学媒体内において前記テラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョン平均パワー、及び前記非線形光学媒体におけるアップコンバージョンビームサイズを特徴としている、光学コンポーネントと、
（ｅ）前記非線形光学媒体であって、前記非線形光学媒体内における前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームとの間の和又は差周波数生成によって生成された一方又は両方の波長を特徴とするアップコンバージョン画像ビームを形成するべく、前記テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするように構成された非線形光学媒体と、
（ｆ）前記アップコンバージョン済み画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、前記アップコンバージョン済み画像ビームによって前記画像検出器において形成されたアップコンバージョン済み画像を検出するように構成された画像検出器と、
（ｇ）前記アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が前記画像検出器に到達することを許容するように構成された画像フィルタリング要素と、
を有し、
（ｈ）前記アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約０．１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約１Ｗ超であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、前記アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、前記アンプコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約１０Ｗ超であることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置において、前記アップコンバージョン波長は、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョン平均パワーは、約５Ｗ超であることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の装置において、前記アップコンバージョンビームの供給源は、固体レーザー、ファイバレーザー、又は半導体レーザーであることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１８に記載の装置において、前記テラヘルツ周波数は、約３ＴＨｚ未満であり、且つ、前記テラヘルツ平均パワーは、約０．３Ｗ超であることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１８に記載の装置において、前記テラヘルツ周波数は、約１．６Ｔｈｚ未満であり、且つ、前記テラヘルツ平均パワーは、約０．５Ｗ超であることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１８に記載の装置において、前記テラヘルツビームの供給源は、後進波型発振器、１つ又は複数のテラヘルツ増幅器、又は１つ又は複数の高調波生成器を含むことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１８に記載の装置において、前記画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存性フィルタを含むことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、前記１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長と前記アップコンバージョン済み画像波長のうちの１つとの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置において、前記１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長を含む拒絶帯域幅を有するノッチフィルタを有することを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項１８に記載の装置において、前記アップコンバージョンビーム及び前記アップコンバージョン済み画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光されており、且つ、前記画像フィルタリング要素は、前記アップコンバージョンビームを実質的に阻止するように構成された１つ又は複数の偏光器を含むことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項１８に記載の装置において、前記非線形光学媒体は、前記非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の装置において、前記非線形光学媒体は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項１８に記載の装置において、（ｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、前記テラヘルツ撮像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導くように構成された第１合焦要素を含み、（ｉｉ）前記対象物及び前記非線形光学媒体は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒体において前記対象物のテラヘルツ画像を形成するように、前記第１合焦要素の個々の共役面において位置決めされ、（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の光学コンポーネントは、前記アップコンバージョン済み画像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記画像検出器まで伝播するように、前記アップコンバージョン済み画像ビームを導くように構成された第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒体及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョン済み画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョン済み画像を形成するように、前記第２合焦要素の個々の共役面において位置決めされていることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項１８に記載の装置において、（ｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、前記テラヘルツ撮像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒体を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導くように構成された、有効焦点距離ｆ１を特徴とする、第１合焦要素を含み、（ｉｉ）前記対象物及び前記非線形光学媒体は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒体において前記対象物のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、前記第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の光学コンポーネントは、前記アップコンバージョン済み画像ビームの前記一部分を収集し、且つ、前記画像検出器まで伝播するように、前記アップコンバージョン済み画像ビームを導くように構成された、有効焦点距離ｆ２を特徴とする、第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒体及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョン済み画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョン済み画像を形成するように、それぞれ、前記第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされていることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項１８に記載の装置において、前記画像検出器は、撮像検出器アレイの複数の対応する検出器要素上において前記アップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るように位置決めし、構成された前記撮像検出器アレイを有することを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項１８に記載の装置において、前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ基準ビームを形成するべく、前記テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割し、且つ、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの異なる相対位相を伴って、前記非線形光学媒体を通じて共伝播するように、前記テラヘルツ基準ビームと前記テラヘルツ画像ビームとを組み合わせるように構成されており、且つ、それぞれのアップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの対応する位置依存性相対位相に少なくとも部分的に依存していることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ及びＰａｔｒｉｃｋ  Ｆ．Ｔｅｋａｖｅｃの名義において２０１６年６月３日付けで出願された米国特許出願第１５／１７３，５０４号明細書の優先権を主張する。前記出願は、すべてが本明細書に記載されている場合と同様に、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明の分野は、テラヘルツ周波数放射を使用した撮像に関する。更に詳しくは、テラヘルツ画像の高コントラスト／準リアルタイム取得用のシステム及び方法が開示されている。
【背景技術】
【０００３】
テラヘルツ周波数放射を伴う生成、検出、又は撮像用のいくつかのシステム及び方法が既に開示されている。これらのいくつかは、以下の文献に開示されており、これらの文献は、すべてが本明細書に記載されている場合と同様に、参照により援用される。
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して１９９７年４月２２日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，６２３，１４５号明細書、
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して１９９８年１月２０日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，７１０，４３０号明細書、
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して１９９８年８月４日付けで発行された「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第５，７８９，７５０号明細書、
−Ｂｒｅｎｅｒら（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して１９９７年８月１８日付けで発行された「Ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８９４，１２５号明細書、
−Ｊａｃｏｂｓｅｎら（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して１９９９年８月１７日付けで発行された「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  ａｎａｌｙｚｉｎｇ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｗａｖｅｆｏｒｍｓ」という名称の米国特許第５，９３９，７２１号明細書、
−Ｚｈａｎｇら（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）に対して１９９９年９月１４日付けで発行された「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第５，９５２，７２１号明細書、
−Ｍｉｔｔｌｅｍａｎら（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）に対して２０００年６月２０日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第６，０７８，０４７号明細書、
−Ｚｈａｎｇら（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）に対して２００２年７月２日付けで発行された「ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ／ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｌｓｅ」という名称の米国特許第６，４１４，４７３号明細書、
−Ｆｅｒｇｕｓｏｎら（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の名義において２００３年５月２２日付けで公開された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｎ  ａｎ  ｏｂｊｅｃｔ」という名称の国際特許出願公開第２００３／０４２６７０号パンフレット、
−Ｈａｙｅｓらに対して２００７年９月１８日付けで発行された「Ｈｉｇｈｌｙ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｐｕｌｓｅｄ  ＴＨｚ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  ｇｒｏｕｐ−ｍａｔｃｈｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ＴＨｚ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ」という名称の米国特許第７，２７２，１５８号明細書、
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖら（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｏｒｅｇｏｎ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）に対して２００８年３月４日付けで発行された「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」という名称の米国特許第７，３３９，７１８号明細書、
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖらに対して２００８年３月２５日付けで発行された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｔｈｅｒｅｆｏｒ」という名称の米国特許第７，３４９，６０９号明細書、
−Ｍｏｅｌｌｅｒ（Ａｌｃａｔｅｌ−Ｌｕｃｅｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．）に対して２０１１年４月１９日付けで発行された「Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｐｕｌｓｅ  Ｗａｖｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という名称の米国特許第７，９２９，５８０号明細書
−Ｋｏｚｌｏｖら（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．）に対して２０１１年１０月１１日付けで発行された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許第８，０３５，０８３号明細書、
−Ｋｈａｎら（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の名義において２０１２年１月１２日付けで公開された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０００８１４０号明細書（現在の、２０１３年８月２０日付けで発行された米国特許第８，５１４，３９３号明細書）、
−Ｋｏｚｌｏｖら（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７４号明細書、
−Ｋｏｚｌｏｖら（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７５号明細書、
−Ｋｏｚｌｏｖら（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７６号明細書、
−Ｗｕ  ｅｔ  ａｌ；“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ＴＨｚ  ｂｅａｍｓ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．６９  Ｎｏ．８  ｐ．１０２６（１９９６）、
−Ｊｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ；“Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｖｉａ  ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ”；ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  Ｖｏｌ．４７  Ｎｏ．１２  ｐ．２６４４（１９９９）、
−Ｊｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ；“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｖｏｌ．３９  Ｎｏ．１７  ｐ．２９８２（２０００）、
−Ｎａｈａｔａ  ｅｔ  ａｌ；“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８１  Ｎｏ．６  ｐ．９６３（２００２）、
−Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ；Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  ２ｅｄ（２００３）；Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ：Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ、
−Ｙｏｎｅｒａ  ｅｔ  ａｌ；“Ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ  ＴＨｚ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ＥＯ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ＣＭＯＳ  ｃａｍｅｒａ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＣＭＢ３（２００４）、
−Ｄｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ；“Ｐｈａｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ  ＴＨｚ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ＧａＰ  Ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＣＴｕＬ３（２００６）、
−Ｄｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ；“Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＴＨｚ  ｔｏ  ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  ＺｎＧｅＰ２  ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１４  Ｎｏ．１８  ｐ．８３１１（２００６）、
−Ｈｕｒｌｂｕｔ  ｅｔ  ａｌ；“Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅｍａｔｃｈｅｄ  ＴＨｚ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＧａＡｓ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＣＴｕＧＧ（２００６）、
−Ｃａｏ  ｅｔ  ａｌ；“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｕｌｓｅｄ  ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８８  ｐ．０１１１０１（２００６）、
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ；“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｐａｃｋｅｔｓ  ｉｎ  ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌｓ：ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍａｌ  ｌａｓｅｒ  ｐｕｌｓｅ  ｆｏｒｍａｔ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１４  Ｎｏ．６  ｐ．２２６３（２００６）、
−Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ；“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｅ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｐｕｌｓｅｓ  ｖｉａ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ＧａＡｓ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８９  ｐ．１８１１０４（２００６）、
−Ｋｈａｎ  ｅｔ  ａｌ；“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．３２  Ｎｏ．２２  ｐ．３２４８（２００７）、
−Ｓｃｈａａｒ  ｅｔ  ａｌ；“Ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ−ｗａｖｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ  ＧａＡｓ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．３２  Ｎｏ．１０  ｐ．１２８４（２００７）、
−Ｋｈａｎ  ｅｔ  ａｌ；“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｕｓｉｎｇ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．３３  Ｎｏ．２３  ｐ．２７２５（２００８）、
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ  ｅｔ  ａｌ；“Ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＴＨｚ−ｗａｖｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｖｉａ  ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ  ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎｓｉｄｅ  ａ  ｒｉｎｇ−ｃａｖｉｔｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＣＴｕＧ１（２００９）、
−Ｐｅｄｅｒｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ；“Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ２Ｄ  ｉｍａｇｅ  ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｌａｓｅｒｓ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１７  Ｎｏ．２３  ｐ．２０８８５（２００９）、
−Ｈｕｒｌｂｕｔ  ｅｔ  ａｌ；“ＴＨｚ−ｗａｖｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎｓｉｄｅ  ａ  ｈｉｇｈ−ｆｉｎｅｓｓｅ  ｒｉｎｇ−ｃａｖｉｔｙ  ＯＰＯ  ｐｕｍｐｅｄ  ｂｙ  ａ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＣＷＦ３（２０１０）、
−Ｔｅｋａｖｅｃ  ｅｔ  ａｌ；“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｓｏｕｒｃｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”；Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．ＩＲＭＭＷ  ＴＨｚ  ｉｎ  ３６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ，Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｗａｖｅｓ（２０１１）、
−Ｔｅｋａｖｅｃ  ｅｔ  ａｌ；“Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ  ｍａｔｃｈｅｄ  ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｔｙｐｅ  ＩＩ  ｒｉｎｇ  ｃａｖｉｔｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”；Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８２６１，Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｖ，８２６１０Ｖ；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．９０９５２９（２０１２）、
−Ｃｌｅｒｉｃｉ  ｅｔ  ａｌ；“ＣＣＤ−ｂａｓｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  ３Ｄ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｍａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｆｉｅｌｄｓ  ｖｉａ  Ｋｅｒｒ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．３８  Ｎｏ．１１  ｐ．１８９９（Ｊｕｎｅ  １，２０１３）、
−Ｆａｎ  ｅｔ  ａｌ；“Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｗａｖｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｔ  ６０  ｆｐｓ  ｂｙ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  ＤＡＳＴ  ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８９６４，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ＸＩＩＩ，８９６４０Ｂ（Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０，２０１４）；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．２０３８６８５、
−Ｆａｎ  ｅｔ  ａｌ；“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｗａｖｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｂｙ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ’−ｍｅｔｈｙｌ−４’−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  ｔｏｓｙｌａｔｅ  ｃｒｙｓｔａｌ”；Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，１０４，１０１１０６（２０１４）；ｄｏｉ：１０．１０６３／１．４８６８１３４、及び
−Ｔｅｋａｖｅｃ  ｅｔ  ａｌ；“Ｖｉｄｅｏ  Ｒａｔｅ  ３Ｄ  ＴＨｚ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ’：ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ  ｐａｐｅｒ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ（Ｊｕｎｅ  ８−１３，２０１４，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）
【発明の概要】
【０００４】
テラヘルツ画像ビームが、非線形光学プロセス（例えば、可視又は近ＩＲアップコンバージョンビームを伴う和又は差周波数生成）によってアップコンバージョンされる。アップコンバージョン済み画像は、可視又は近ＩＲ画像検出器によって取得される。テラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームは、連続波（ｃｗ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）ビームを有する。テラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームの帯域幅及び中心波長は、アップコンバージョンビームを阻止するか又は実質的に減衰させつつ、アップコンバージョン済み画像ビームが検出器に到達することを許容するべく、波長フィルタリングが利用されうるようなものになっている。
【０００５】
テラヘルツ画像のアップコンバージョン及びアップコンバージョン済み画像の検出に関する目的及び利点については、図示されると共に以下の書面による説明において開示されている例示用の実施形態を参照することにより、明らかとなろう。
【０００６】
この「発明の概要」は、「発明を実施するための形態」において更に後述する概念の一選択を概略的な形態において紹介するべく提供されるものである。この「発明の概要」は、開示又は特許請求されている主題の主な特徴又は必須の特徴の識別を意図したものではなく、特許請求されている主題の範囲の判定を支援するべく使用されることを意図したものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する装置の第１の例を概略的に示す。
【図２】図２は、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する装置の第２の例を概略的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、最大偏光又は波長に基づいたフィルタリングの前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例であり、この場合に、（ｉ）両方のビームは、フェムト秒パルスの列を有する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、最大偏光又は波長に基づいたフィルタリングの前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例であり、この場合に、（ｉｉ）テラヘルツ撮像ビームは、ｃｗビームであり、且つ、アップコンバージョンビームは、ナノ秒パルスの列であり、且つ、（ｉｉｉ）両方のビームは、連続波（ｃｗ）ビームを有する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、最大偏光又は波長に基づいたフィルタリングの前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例であり、この場合に、（ｉｖ）両方のビームは、ピコ秒パルスの列を有する。
【図３Ｄ】図３Ｄは、最大偏光又は波長に基づいたフィルタリングの前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例であり、この場合に、（ｉｖ）両方のビームは、ピコ秒パルスの列を有する。
【図３Ｅ】図３Ｅは、ピコ秒パルスを使用したアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビーム及び残留アップコンバージョン光ビームの偏光及び波長フィルタリング済みのスペクトルの一例である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、最大偏光又は波長に基づいたフィルタリングの前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例であり、この場合に、（ｉｉｉ）両方のビームは、連続波（ｃｗ）ビームを有する。
【図４】図４は、ナノ秒、ピコ秒、又はフェムト秒パルスの列、或いは、連続波（ｃｗ）ビームを使用してテラヘルツ画像を取得するいくつかの技法の推定信号強度を比較した表である。
【図５】図５は、サンプルから反射されると共にｃｗアップコンバージョンビームによってアップコンバージョンされたｃｗテラヘルツ撮像ビームの例示用の一構成を概略的に示す。
【図６Ａ】図６Ａは、試験対象物の可視画像である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、試験対象物の可視画像である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、試験対象物の可視画像である。
【図７Ａ】図７Ａは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図８Ａ】図８Ａは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図９Ａ】図９Ａは、その他の試験対象物の可視画像である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、その他の試験対象物の可視画像である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、その他の試験対象物の可視画像である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、透過状態における、当該対象物の未加工のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、透過状態における、当該対象物の正規化済みのアップコンバージョン済みテラヘルツ画像である。
【図１２】図１２は、ｃｗテラヘルツ撮像ビーム及びｃｗアップコンバージョンビームを使用してアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する装置の別の例を概略的に示す。
【０００８】
図示の実施形態は、概略的に示されているに過ぎず、すべての特徴が十分詳細に又は適切な比率において示されているわけではなく、特定の特徴又は構造は、わかりやすさを目的として、その他のものとの関係において誇張されている場合があり、且つ、図面は、縮尺が正確であるものと見なしてはならない。図示の実施形態は、例であるに過ぎず、これらは、本開示又は添付の請求項の範囲を限定するものと解釈してはならない。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書において開示されている主題は、（ｉ）Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ及びＰａｔｒｉｃｋ  Ｆ．Ｔｅｋａｖｅｃの名義において２０１４年１２月４日付けで出願された米国特許出願第１４／５６１，１４１号（現在の米国特許第９，３７７，３６２号）明細書、（ｉｉ）Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ及びＰａｔｒｉｃｋ  Ｆ．Ｔｅｋａｖｅｃの名義において２０１３年１２月４日付けで出願された米国仮特許出願第６１／９１２，００４号明細書、及び（ｉｉｉ）Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ及びＰａｔｒｉｃｋ  Ｆ．Ｔｅｋａｖｅｃの名義において２０１４年６月４日付けで出願された米国仮特許出願第６２／００７，９０４号明細書において開示されている主題に関係しうる。前記出願のそれぞれは、引用により、あたかもすべてが本明細書において記述されているかのように、本明細書に包含される。
【００１０】
本開示及び添付の請求項を目的として、且つ、本明細書において列挙されているすべての引用又は包含された参考文献における使用とは無関係に、「連続波」及び「ｃｗ」という用語は、「モードロックされた（ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ）」という用語によって修飾されていない際には、平均パワーとピークパワーが互いに実質的に等しい光又はテラヘルツビームを表記しているものとする。換言すれば、連続波又はｃｗビームは、平均パワーを上回る（しばしば、数桁だけ大きい）ピークパワーを有するパルスの列を有してはいない。逆に言えば、「モードロックされた連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ）」又は「モードロックされたｃｗ（ｃｗ  ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ）」という用語は、平均パワーを上回るピークパワーを有する、且つ、通常は、光共振器空洞の往復時間に対応するパルス反復レートを有する、パルスの列を有する光又はテラヘルツビームを表記している。
【００１１】
マイクロ波スペクトル領域と長波赤外線スペクトル領域の間の相対的に活用が進んでいないスペクトル「ギャップ」である、電磁スペクトルのテラヘルツ（ＴＨｚ）波領域（即ち、約０．０５ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚ）は、いくつかの理由から、興味深い。多くの生物学的且つ化学的な化合物は、このスペクトル領域において固有の吸収特徴を有しており、その結果、テラヘルツ放射は、防衛、セキュリティ、生体臨床医学、及び工業の環境における撮像のために魅力的なものとなっている。テラヘルツ放射は、ほとんど減衰を伴うことなしに、ほとんど又はまったく減衰を伴うことなしに、光、紫外、又は赤外放射に対して不透明である多くの物質（例えば、セラミック、織物、乾燥有機物質、プラスチック、紙、又は様々な包装材料）を通過することができる。テラヘルツ放射を伴う撮像は、サブミリメートル空間分解能を可能にし、その結果、潜在的に、（例えば、ミリメートル波を使用した）相対的に長い波長において取得される画像との比較において、相対的に高品質の画像が得られる。
【００１２】
テラヘルツ周波数における画像の直接的な取得又は検出は、適した検出器（例えば、ボロメータ、ゴーレイセル、又はマイクロボロメータアレイ）の通常は低い感度又は低い空間分解能により、単一チャネル検出器が使用される場合に２次元画像を取得するためのラスタスキャニングに対するニーズにより、或いは、ボロメータ検出器又はアレイの極低温冷却に対するニーズにより、妨げられている。室温において動作可能である高空間分解能を有する高感度な２次元検出器アレイ（例えば、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、又はＩｎＧａＡｓアレイ）は、電磁スペクトルの可視及び近赤外（近ＩＲ）部分（即ち、約４００ｎｍ〜約３０００ｎｍの波長）において画像を検出するべく、容易に入手可能であり、テラヘルツ周波数画像の直接的検出における上述の問題は、このような検出器を使用することによって回避することができるが、これらの検出器は、テラヘルツ放射に対して高感度を有してはいない。テラヘルツ画像の取得における可視又は近ＩＲ検出器又はアレイの使用を可能にするべく、様々な非線形光学効果を活用することができる。
【００１３】
可視又は近ＩＲ検出器を使用してテラヘルツ画像を取得するべく、所謂コヒーレント検出を利用することが可能であり、例が、（先程引用した）Ｗｕ他、Ｙｏｎｅｒａ他、Ｊｉａｎｇ他、及びＺｈａｎｇ他の参考文献において開示されている。コヒーレント検出法は、通常、広帯域ＴＨｚパルスを生成するべく、短い光ポンプパルス（例えば、可視又は近ＩＲ波長において、＜１００フェムト秒（ｆｓ））を利用している。ＴＨｚパルスのコヒーレント検出は、電気光結晶内において（例えば、可視又は近ＩＲ波長において＜１００ｆｓであり、通常は、ポンプパルスの振幅スケーリングされた複製である）短い光プローブパルスと混合することにより、実現することができる。光プローブパルスの偏光は、ポッケルス効果に起因して、ＴＨｚパルス電界によって回転され、回転の量は、ＴＨｚ場の振幅に比例しており、且つ、アナライザ偏光器を通じた検出によって計測することができる。コヒーレント検出は、対象物又はＴＨｚ画像のラスタスキャニングとの組合せにおいて単一の検出器要素を使用することにより、実装することが可能であり、或いは、可視又は近ＩＲ検出器アレイ（例えば、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳアレイ）を利用することも可能であり、この結果、ラスタスキャニングに対するニーズが除去される。但し、取得される画像の画像コントラストは、通常、低い信号対ノイズ比によって制限されている。これに加えて、短い光パルスによって生成されるＴＨｚ放射の広い光周波数帯域幅（通常は、２〜３ＴＨｚ）は、しばしば、その帯域幅における特定周波数の大きな大気吸収を結果的にもたらし、その結果、ＴＨｚパワーの損失と、ＴＨｚ周波数スペクトルの歪と、がもたらされる。
【００１４】
本明細書には、コヒーレント検出に対する代替が開示されており、この場合には、（ｉ）ＴＨｚ画像の光又は近赤外波長への（即ち、約４００ｎｍから約３０００ｎｍへの）非線形光アップコンバージョン及び（ｉｉ）検出器又はアレイを使用したアップコンバージョン済み画像の検出により、ＴＨｚ画像を取得するべく、可視又は近ＩＲ検出器又はアレイを利用することができる。図１及び図２には、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像を生成及び取得するシステムの例が概略的に示されている。それぞれの例において、対象物１０は、λＴＨｚ＝ｃ／ｖＴＨｚ（ｃは、光の速度である）の波長におけるテラヘルツ放射のビーム（即ち、テラヘルツ撮像ビーム２１）によって照明されている。対象物１０からの反射又は散乱により、或いは、対象物１０を通じた又はその周辺における透過により、テラヘルツ画像を生成することができる。反射又は透過されたテラヘルツ画像ビーム２０は、第１合焦要素３１（図１及び図２には、単一のレンズとして示されているが、テラヘルツ放射に適した軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）パラボラ形反射器又はその他の１つ又は複数の透過性又は反射性合焦要素を利用することができる）によって収集され、且つ、アップコンバージョン非線形光学媒体３６に中継される。可視又は近ＩＲ波長λＵＣにおけるアップコンバージョンビーム２２が、ビームコンバイナ３４によってテラヘルツ画像ビーム２０と（通常は、実質的に共直線方式で）組み合わせられており、ビームコンバイナは、任意の適切なタイプ又は構造（例えば、ペリクル）を有することが可能であり、且つ、（図１及び図２に示されているように）テラヘルツ画像ビーム２０を透過させつつ、アップコンバージョンビーム２２を反射することが可能であり、或いは、テラヘルツ画像ビーム２０を反射しつつ、アップコンバージョンビーム２２を透過させることができる（図示されてはいない）。
【００１５】
テラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２は、アップコンバージョン非線形光学媒体３６を通じて共伝播し、その際に、テラヘルツ画像ビーム２０とアップコンバージョンビーム２２の間における非線形光学相互作用（和又は差周波数生成であって、それぞれ、ＳＦＧ又はＤＦＧである）により、１つ又は複数のアンプコンバージョン済み画像ビーム２４が生成される。アップコンバージョンビーム２２からの残留放射は、（画像フィルタリング要素を集合的に構成している）１つ又は複数の波長依存性フィルタ３８又は１つ又は複数の偏光器３９により、減衰又は阻止されている。（１／λＤＦＧ＝１／λＵＣ−１／λＴＨｚ又は１／λＳＦＧ＝１／λＵＣ＋１／λＴＨｚ、或いは、これの両方における）１つ又は複数のアップコンバージョン済み画像ビーム２４は、第２合焦要素３２によって収集され（図１及び図２には、単一のレンズとして示されているが、アップコンバージョン済み画像ビームの波長に適した任意の１つ又は複数の透過性又は反射性合焦要素を利用することができる）、且つ、アップコンバージョン済み画像の検出のために、可視又は近ＩＲ検出器アレイ４０に中継される。テラヘルツ画像ビーム２０からのなんらかの残留放射が検出器アレイ４０に到達するかどうかは、ほとんど問題とはならず、その理由は、テラヘルツ放射は、通常、可視又は近ＩＲ検出器アレイ４０に対して認識可能な影響を及ぼすことにならないからである。但し、検出器アレイ４０は、アップコンバージョンビーム２２からの残留放射の影響を受けやすく、このようななんらかの残留アップコンバージョン放射が検出器アレイ４０に到達した場合には、１つ又は複数のアップコンバージョン済み画像ビーム２４の検出において（更に後述する）望ましくないバックグラウンド信号がもたらされる。
【００１６】
これらの例には、検出器アレイ４０が図示及び記述されており、検出器アレイ４０は、検出器アレイの複数の対応する検出器要素上においてアップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取ることにより、画像全体の取得を可能にしている。但し、本開示又は添付の請求項は、単一の検出器要素上においてアップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、アップコンバージョン済み画像ビームに跨ってスキャニングされる単一の検出器要素の使用をも含みうる。
【００１７】
第１合焦要素３１の有効焦点距離（例えば、単一のレンズ又は単一の湾曲したミラーの焦点距離又はマルチコンポーネント合焦要素の有効焦点距離）は、ｆ１であり、第２合焦要素３２の有効焦点距離は、ｆ２である。図１の構成においては、対象物１０と第１合焦要素３１の間の距離は、ｄｏ１であり、第１合焦要素３１と非線形光学媒体３６の間の距離は、ｄｉ１であり、且つ、対象物１０、第１合焦要素３１、及び非線形光学媒体３６は、１／ｄｏ１＋１／ｄｉ１＝１／ｆ１となるように、位置決めされており、即ち、対象物１０及び非線形光学媒体３６は、対象物１０のテラヘルツ画像が、−ｄｉ１／ｄｏ１の倍率により、非線形光学媒体３６において形成されるように、合焦要素３１によって定義される共役面において位置決めされている。このテラヘルツ画像は、非線形光学媒体３６内において、アップコンバージョンビーム２２との間のＳＦＧ又はＤＦＧにより、アップコンバージョンされている。非線形光学媒体３６と第２合焦要素３２の間の距離は、ｄｏ２であり、第２合焦要素３２と検出器アレイ４０の間の距離は、ｄｉ２であり、且つ、非線形光学媒体３６、第２合焦要素３２、及び検出器アレイ４０は、１／ｄｏ２＋１／ｄｉ２＝１／ｆ２となるように、位置決めされており、即ち、非線形光学媒体３６及び検出器アレイ４０は、非線形光学媒体３６内において生成されるアップコンバージョン済み画像が、−ｄｉ２／ｄｏ２の倍率により、検出器アレイ４０において再撮像されるように、合焦要素３２によって定義される共役面において位置決めされている。物体１０との関係における検出器アレイ４０上において形成される画像の全体的な倍率は、（ｄｉ１・ｄｉ２）／（ｄｏ１・ｄｏ２）である。
【００１８】
図２の構成においては、対象物１０と第１合焦要素３１の間の距離は、ｆ１であり、且つ、第１合焦要素３１と非線形光学媒体３６の間の距離も、ｆ１である。この結果、テラヘルツ画像の空間フーリエ変換が非線形光学媒体３６において形成されるが、これは、テラヘルツ画像のアップコンバージョン済み空間フーリエ変換を生成するべく、非線形光学媒体３６内におけるアップコンバージョンビーム２２との間におけるＳＦＧ又はＤＦＧによってアップコンバージョンされる空間フーリエ変換である。非線形光学媒体３６と第２合焦要素３２の間の距離は、ｆ２であり、且つ、第２合焦要素３２と検出器アレイ４０の間の距離も、ｆ２である。この結果、非線形光学媒体３６内において生成されるアップコンバージョン済み空間フーリエ変換から、アップコンバージョン済み画像が検出器アレイ４０において形成される。対象物１０との関係における検出器アレイ４０上において形成される画像の全体的な倍率は、−（λＵＣ・ｆ２）／（λＴＨｚ・ｆ１）である。図２の構成は、いくつかの例においては、画像アップコンバージョンシステムの相対的に小型の構成をもたらすことが可能であり、その理由は、多くの場合に、ｄｉ１＋ｄｉ２＋ｄｏ１＋ｄｏ２が２・（ｆ２＋ｆ１）を上回っているからである。
【００１９】
任意の実際のシステムにおいて、対象物１０、合焦要素３１及び３２、非線形光学媒体３６、或いは、検出器アレイ４０の場所は、上述の２つの構成において付与されている正確な位置から逸脱しうるであろう。本開示又は添付の請求項を目的として、所与の用途において十分良好な品質のアップコンバージョン済み画像が検出器アレイ４０において形成される場合には、所与の撮像構成は、これらの構成のうちの１つに準拠しているものと見なすこととする。
【００２０】
上述の２つの構成においては、アップコンバージョン合焦要素３３が、テラヘルツ画像ビーム２０と相互作用するように、アップコンバージョンビーム２２を非線形光学媒体３６内に伝達している。アップコンバージョンビーム２２は、好ましくは、依然として全体的なテラヘルツ画像ビーム２０と空間的に実質的にオーバーラップし、且つ、テラヘルツ画像又はフーリエ変換の空間的な広がりに跨って実質的にフラットな波面及び十分に小さな空間的強度変動を有しつつ、非線形光学媒体３６において（アップコンバージョン効率の向上を結果的にもたらすアップコンバージョンビームの増大された強度を目的として）実施可能な程度に小さくなるように、生成されている。これらを目的として、通常、合焦要素３３（例えば、単一のレンズ、単一の湾曲したミラー、望遠鏡、又は１つ又は複数の透過性又は反射性合焦コンポーネントの適切な組合せ）は、非線形光学媒体３６においてアップコンバージョンビーム２２の相対的に穏やかに合焦されたビームウエストを形成するように、構成されている。例えば、合焦要素３３は、線形光学媒体３６において幅が約７ｍｍ（半値全幅、即ち、ＦＷＨＭ）のビームウエストを生成するように構成することが可能であるが、その他の適切な幅を利用することもできる。小さ過ぎるアップコンバージョンビームサイズの影響は、撮像システムの構成に依存している。図１の構成においては、テラヘルツ画像の周辺部分がアップコンバージョンされない場合には、小さなアップコンバージョンビーム２２は、アップコンバージョン済み画像の周辺部分の損失を結果的にもたらしうる。図２の構成においては、テラヘルツ画像の相対的に大きな波ベクトル成分（即ち、空間フーリエ変換の周辺部分）がアップコンバージョンされない場合には、小さなアップコンバージョンビーム２２は、アップコンバージョン済み画像の鋭さの損失を結果的にもたらしうる。いずれの構成においても、通常、アップコンバージョンビーム２２のフラットな波面又は均一な強度からの逸脱は、許容可能であり、許容されうるこのような逸脱の大きさは、変化可能であり、且つ、通常は、アップコンバージョン済み画像において必要とされている又は望ましい画像品質に依存している。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｆには、アップコンバージョンビーム２２及び１つ又は２つのアップコンバージョン済み画像ビーム２４の波長スペクトルの例が示されている。それぞれの例において、１つ又は両方のアップコンバージョン済み画像ビーム２４は、（ｖＴｈｚ≒１．５５Ｔｈｚにおいてセンタリングされた）テラヘルツ画像ビーム２０と（図３Ａにおいては、λＵＤ≒８００ｎｍにおいてセンタリングされた、図３Ｂ〜図３Ｅにおいては、λＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされた、図３Ｆにおいては、λＵＣ≒１５５０ｎｍにおいてセンタリングされた）アップコンバージョンビーム２２との間の和及び差周波数生成（それぞれ、ＳＦＧ及びＤＦＧ）のうちの一方又は両方により、非線形光学媒体３６内において形成されている。ＳＦＧ及びＤＦＧ非線形光学プロセスの特性に応じて、いくつかの例においては、これらのプロセスのうちの１つのみが、対応するアップコンバージョン済み画像ビーム２４を生成することになる。
【００２２】
図３Ａのものに類似したスペクトルを有する（例えば、Ｗｕ他、Ｙｏｎｅｒａ他、Ｊｉａｎｇ他、及びＺｈａｎｇ他の先程引用した参考文献において開示されている）以前の例においては、アップコンバージョンビーム２２は、λＵＣ≒８００ｎｍにおいてセンタリングされた約１５ｎｍという対応するスペクトル帯域幅を有する持続時間が約１００ｆｓであるパルスの列を有する。アップコンバージョン済み画像ビーム２４は、類似のスペクトル帯域幅を伴って、λＳＦＧ≒７９６ｎｍ及びλＤＦＧ≒８０４ｎｍという対応する中心波長を有する。この例においては、アップコンバージョン済み画像ビーム２４は、非線形光学媒体３６内におけるＳＦＧ及びＤＦＧに利用されている非線形光学プロセス（例えば、タイプＩ又はタイプＩＩ非線形光学プロセス）の特性に起因して、アップコンバージョンビーム２２との関係において直交偏光されている。また、上述のテラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２の空間的なオーバーラップに加えて、テラヘルツ画像のアップコンバージョンの望ましい効率を実現するべく、これらのビームの個々のパルス列の大きな時間的オーバーラップも、必要とされている。適切な遅延ラインが、テラヘルツ画像ビーム２０又はアップコンバージョンビーム２２のうちの一方又は両方のビームのビーム経路に挿入されており、遅延ラインは、アップコンバージョン効率の最適化を可能にするべく、調節可能であってよい。相対的に短いパルス持続時間（約１００ｆｓ）は、ＳＦＧ及びＤＦＧプロセスの効率を向上させるが、付随する相対的に大きな帯域幅（約１５ｎｍ）が、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョン済み画像ビーム２４の大きなスペクトル的オーバーラップをもたらす。このオーバーラップに起因して、通常、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素の一部分として、波長依存性フィルタ３８を利用することができない。アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョン済み画像ビーム２４の直交偏光は、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素としての偏光器３９の使用を可能にしている。但し、偏光器は、最良のケースにおいても、阻止された偏光状態における約１０−６（更に現実的は、１０−４〜１０−５）の減衰を有することになり、且つ、残留アップコンバージョンビーム２２は、通常、非線形光学媒体３６及び様々なその他の光学コンポーネントを通じた通過に起因して、純粋な線形偏光状態にはない。偏光器３９を通じて漏洩する残留アップコンバージョンビーム２２の一部分は、しばしば、アップコンバージョン済み画像ビーム２４よりも実質的に大きな強度を有しうる。これに加えて、ＴＨｚ画像ビーム２０の広い光周波数帯域幅は、上述のように、特定の周波数成分の大きな大気吸収を経験する。これらのすべての理由から、このような短い持続時間の（数百フェムト秒以下であり、対応する方式によって大きなスペクトル帯域幅を伴う）パルスは、特に、テラヘルツ画像のアップコンバージョンに、良好に適してはいない。
【００２３】
様々なその他の（例えば、先程引用したＫｈａｎ他、Ｎａｈａｔａ他、Ｃａｏ他、及びＤｉｎｇ他の参考文献において開示されている、代表的スペクトルが、λＵＣ≒１０６４ｎｍ、λＳＦＧ≒１０５８ｎｍ、及びλＤＦＧ≒１０７０ｎｍにより、図３Ｂに示されている）以前の例においては、連続波テラヘルツビームと、対応する方式によって狭い（例えば、＜０．１ｎｍの）スペクトル帯域幅を伴って、持続時間が数ナノ秒（ｎｓ）であるパルスを有するアップコンバージョンビームと、が利用されており、この結果、アップコンバージョン済み信号の検出の前に、残留アップコンバージョン放射を減衰させるべく、画像フィルタリング要素内において波長依存性フィルタを利用できるようになっている。但し、相対的に長いパルスは、テラヘルツ画像の検出可能なアップコンバージョンを実現するべく、アップコンバージョンビームのパルスエネルギーが非線形光学媒体３６の損傷閾値に近接することを必要としている。このようなパルスエネルギーは、通常、（例えば、１０Ｈｚのレベルのパルス反復レートなどの）低反復レートのパルス化レーザーにおいてのみ利用可能であるが、パルス間変動が、アップコンバージョン済み画像の小さな信号レベルの検出を不明瞭にする傾向を有する。大部分の検出器アレイは、平均パワーに対する感度を有しており、平均パワーは、このような低反復レートにおいては、極めて小さい。また、この反復レートは、準リアルタイムのビデオ撮像における望ましいフレームレートに匹敵しており、且つ、従って、この用途には十分に適しておらず、ビデオレート撮像は、フレーム当たりに単一のショットを必要とすることになろう。これに加えて、アップコンバージョンビームは、通常、（例えば、Ｃａｏ他の参考文献におけるように）アップコンバージョン済み画像の検出を可能にすることにより、この検出を本質的に非ゼロのバックグラウンドプロセスとするべく、望ましいＤＦＧ波長を有する放射を含んでいなければならない。これらのすべての理由から、このような長い（対応する方式によって狭いスペクトル帯域幅を伴う、数ナノ秒以上の）持続時間のパルス及びこのような大きなパルスエネルギーは、特に、テラヘルツ画像のアップコンバージョンに、良好に適してはいない。
【００２４】
Ｋｏｚｌｏｖ他によって開示されている一例（米国特許出願公開第２０１５／０１５３２３４号明細書、図３に示されている例示用のスペクトル）においては、テラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２は、持続時間が約６〜１０ピコ秒（ｐｓ、ＦＷＨＭ）であるパルスの列を有し、アップコンバージョンビームは、帯域幅が約０．３ｎｍ（ＦＷＨＭ）であり、且つ、テラヘルツ画像ビームも、同様に、その周波数スペクトルが狭い（例えば、約１．５５ＴＨｚにおいてセンタリングされた状態において、１００ＧＨｚ（ＦＷＨＭ）未満であり、従って、大気吸収帯域の実質的な回避を可能にしている）。λＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされたアップコンバージョンビーム２２の場合に、アップコンバージョン済み画像ビーム２４は、λＳＦＧ≒１０５８ｎｍ及びλＤＦＧ≒１０７０ｎｍという対応する中心波長と、同様に狭いスペクトル帯域幅と、を有する。以前の例におけると同様に、アップコンバージョン済み画像ビーム２４は、非線形光学媒体３６内におけるＳＦＧ及びＤＦＧに利用されている非線形光学プロセス（例えば、タイプＩ又はタイプＩＩ非線形光学プロセス）の特性に起因して、アップコンバージョンビーム２２との関係において直交偏光されている。アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョン済み画像ビーム２４の直交偏光は、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素内における偏光器３９の使用を可能にしている。図３Ａの例との関係における相対的に長いパルスは、ピーク強度の低減と、ＳＦＧ及びＤＦＧプロセスの効率の低減と、を結果的にもたらすが、これらのプロセスは、依然として、図３Ｂの例におけるものよりも効率的である。但し、対応する方式によって相対的に小さなスペクトル帯域幅は、アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョン済み画像ビーム２４のスペクトル的オーバーラップを実質的に除去し、この結果、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるべく、偏光器３９の代わりに、又はこれに加えて、画像フィルタリング要素内における１つ又は複数の波長依存性フィルタ３８の使用が可能になっている。１つ又は複数の波長依存性フィルタ３８及び偏光器３８の組合せは、控え目に見ても、１０−８の、且つ、恐らくは、１０−１０又は１０−１２だけの、レベルの残留アップコンバージョンビーム２２の減衰をもたらしうる。或いは、この代わりに、アップコンバージョン済み画像ビーム２４との間のアップコンバージョンビーム２２のスペクトル的オーバーラップの欠如は、画像フィルタリング要素からの偏光器３９の除去と、例えば、すべての偏光が互いに平行であるタイプ０の非線形光学プロセスなどの、非線形光学媒体３６内における、代替的な、潜在的に相対的に効率的な、非線形光学プロセスの使用と、を可能にすることができる。また、このパルス持続時間は、数ミリメートルのレベルの空間分解能を伴って、サンプル内の異なる深さに由来する画像を取得するべく、テラヘルツ画像取得とテラヘルツト断層撮影技法の組合せを可能にしている。
【００２５】
Ｋｏｚｌｏｖ他によって開示されている別の例（図３Ｄ）は、利用されているパルスの持続時間（ＦＷＨＭ）が、約１ｎｍ（ＦＷＨＭ）の帯域幅を伴って、１〜２ｐｓであることを除いて、図３Ｃのものに類似している。これらのパラメータは、残留アップコンバージョンビームの有効波長に基づいたフィルタリングを依然として可能にしつつ、テラヘルツ画像のアップコンバージョンの効率を増大させることができる（相対的に短いパルス持続時間に起因した相対的に大きな強度）。また、相対的に短いパルス持続時間は、サンプル内の異なる深さに由来する画像を取得するべく、テラヘルツ画像取得がテラヘルツ断層撮像技法と組み合わせられた際に、（例えば、１ミリメートルのレベルの）改善された空間分解能を可能にする。
【００２６】
Ｋｏｚｌｏｖ他によって開示されている別の例においては、テラヘルツ画像ビームは、以前の例のうちの１つに類似したスペクトル幅を伴って、約０．８５ＴＨｚにおいてセンタリング可能である（その結果、大気吸収帯域の実質的な回避が可能になっている）。アップコンバージョンビームが、類似のスペクトル幅を伴って、約λＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされている場合には、アップコンバージョン済み画像ビームは、λＳＦＧ≒１０６１ｎｍ及びλＤＦＧ≒１０６７ｎｍという対応する中心波長と、類似したスペクトル幅と、を有することになる。アップコンバージョンビームとアップコンバージョン済み画像ビームの間の相対的に小さなスペクトル的分離は、アップコンバージョンビームの十分な減衰のために、偏光器又は改善されたスペクトルフィルタリングを必要としうる。
【００２７】
本開示による一発明例においては、テラヘルツ撮像ビーム２１（並びに、従って、更にテラヘルツ画像ビーム２０）とアップコンバージョンビーム２２は、いずれも、連続波（ｃｗ）ビームである（図１、図２、及び図５）。ｃｗビームの使用は、一見、望ましくないものと思われることから、通常は、付随する相対的に大きなピークパワーを活用して非線形光学アップコンバージョンプロセスを駆動するべく、（先程開示した以前の例と同様に）パルス化ビームが利用されている。但し、ｃｗテラヘルツ画像ビーム２０において、以前の例におけるピークパワーに匹敵する、パワーを供給する、（例えば、約０．０５ＴＨｚから、約０．４ＴＨｚまでの、最大で約１．５ＴＨｚまでの、或いは、最大で約３ＴＨｚまでの、周波数範囲にわたって、０．１Ｗ〜１Ｗのレベルの平均パワーを生成する）相対的にハイパワーのｃｗテラヘルツ供給源を利用することができる。但し、ｃｗテラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２の格段に大きなデューティサイクル（即ち、通常のモードロック型供給源の反復レートを有するピコ秒パルスの場合の１０−４のレベルに対して、ｃｗビームの場合には、１（ｕｎｉｔｙ）である）は、アップコンバージョン済み画像ビーム２４において、匹敵する、又は、更に大きな、平均アップコンバージョン済み平均パワーを結果的にもたらす。通常利用されている撮像検出器４０は、アップコンバージョン済み画像ビーム２４における平均パワーに対して高感度を有する。図５には、例示用の装置が概略的に示されており、この場合には、ｃｗテラヘルツ供給源１００がテラヘルツ撮像ビーム２１を生成しており、且つ、ｃｗ可視又は近ＩＲ供給源２００がアップコンバージョンビーム２２を生成している。図１及び図２の例においては、テラヘルツ画像は、対象物１０を通じた又はその周辺における透過によって形成されているが、図５の例においては、テラヘルツ画像は、対象物１０からの反射又は散乱によって形成されている。代表的なスペクトルは、図３Ｂ（νＴＨｚ≒１．５５ＴＨｚ、λＵＣ≒１０６４ｎｍ、λＳＦＧ≒１０５８ｎｍ、及びλＤＦＧ≒１０７０ｎｍ）又は図３Ｆ（νＴＨｚ≒０．３ＴＨｚ、λＵＣ≒１５５０ｎｍ、λＳＦＧ≒１５４７．６ｎｍ、及びλＤＦＧ≒１５５２．５ｎｍ）の例に似たものとなろう。連続波ビーム２０及び２２の平均テラヘルツパワー及びアップコンバージョンビームパワーは、例えば、約５〜３０ＦＰＳ以上のフレームレートにおけるビデオレートテラヘルツ撮像などの、準リアルタイムのテラヘルツ撮像を可能にするべく、アップコンバージョン済み画像ビーム２４において、十分なパワーを結果的にもたらす（図４の表を参照されたい）。アップコンバージョン済み画像信号は、飽和の兆候を伴うことなしに、テラヘルツ撮像ビームパワーに伴って、且つ、アップコンバージョンビームパワーに伴って、実質的に線形で変動することが観察された。これは、テラヘルツ及びアップコンバージョンビームパワーを更に増大させることにより、アップコンバージョン済み画像信号の更なる増大を実現しうることを示唆している。
【００２８】
望ましいテラヘルツ周波数範囲にわたって十分なパワーを生成する、連続波（ｃｗ）テラヘルツ撮像ビーム２１の任意の適切な供給源１００を利用することができる。いくつかの例は、所謂後進波発振器（ＢＷＯ：Ｂａｃｋｗａｒｄ−Ｗａｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）効果を活用しており、且つ、Ｔｅｒａｓｅｎｓｅ（登録商標）Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．によって製造されるＴｅｒａｓｏｕｒｃｅ管を含む。このような供給源は、約０．０８ＴＨｚ〜最大で約０．３６ＴＨｚのテラヘルツ周波数にわたって、約０．１Ｗから最大で約１．０Ｗのテラヘルツ平均パワーを提供することができるが、その他の適切な供給源を利用することもできる。ＢＷＯ型又はその他のテラヘルツ供給源は、相対的に大きなアップコンバージョン平均パワーを提供するべく、（例えば、Ｎｏｒｔｈｒｏｐ  Ｇｒｕｍｍａｎによって開発された０．８５ＴＨｚ増幅器などの、既存の又は将来開発される）任意の適切なタイプのテラヘルツ増幅器と組み合わせることができる。１つ又は複数のテラヘルツ供給源は、例えば、引用により、本明細書に包含される、Ｋｏｚｌｏｖ他に対して発行された米国特許第８，０３５，０８３号明細書において開示されているように、アクセス可能なテラヘルツ周波数範囲を拡張するべく、１つ又は複数の周波数ダブラ又はトリプラ（又は、これらの両方）との組合せにおいて使用することができる。本開示又は添付の請求項の範囲内において、これらの例、或いは、現在既存の又は将来開発される任意のその他の適切な連続波テラヘルツ供給源をｃｗテラヘルツ供給源１００として利用することができる。
【００２９】
望ましいアップコンバージョン波長において、且つ、十分に小さなアップコンバージョン帯域幅を伴って、十分なパワーを生成する、可視又は近赤外アップコンバージョンビーム２２の任意の適切な供給源２００を利用することができる。通常の供給源２００は、可視又は近赤外において動作する、固体、半導体、又はファイバレーザーを含む。例は、ＮＫＴ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ａ／Ｓから入手可能なＫｏｈｅｒａｓ（登録商標）ＢＯＯＳＴＩＫ単一周波数ファイバレーザーを含み、これは、約１０３０ｎｍ〜約１０９０ｎｍのアップコンバージョン波長において、最大で約１５Ｗのアップコンバージョン平均パワーを生成することが可能であり、或いは、約１５３０ｎｍ〜約１５７５ｎｍのアップコンバージョン波長において、最大で約１０Ｗのアップコンバージョン平均パワーを生成することができる。本開示又は添付の請求項の範囲内において、これらの例、或いは、現在既存の又は将来開発される任意のその他の適切な連続波可視又は近赤外供給源をｃｗアップコンバージョン供給源１００として利用することができる。
【００３０】
対応するアップコンバージョン帯域幅は、上述の例示用のアップコンバージョン供給源２００においては、数十ｋＨｚほどに小さなものであってもよい。通常、アップコンバージョン帯域幅は、約０．１ｎｍ未満であり、これは、λＵＣ≒１０００ｎｍにおける約３０ＧＨｚ又はλＵＣ≒１５００ｎｍにおける約２０ＧＨｚに対応している。従って、アップコンバージョン帯域幅は、アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョン済み画像ビーム２４をスペクトル的に分離された状態において維持しつつ、利用されるテラヘルツ周波数に下限を課すことができる。但し、（上述の例示用の供給源と同様に）アップコンバージョンスペクトル及びアップコンバージョン済み画像スペクトルが、オーバーラップせず、且つ、完全に分離されるほどに、アップコンバージョン帯域幅が極めて狭い場合にも、（例えば、約０．３ＴＨｚ未満であるテラヘルツ周波数における約２ナノメートル以下に過ぎない分離などの）相対的に低いテラヘルツ周波数の使用の結果としてもたらされるその近接した間隔は、それにも拘らず、１つ又は両方のアップコンバージョン済み画像ビーム２４を透過させつつ、アップコンバージョンビーム２２の不十分な（或いは、少なくとも問題となる）拒絶を結果的にもたらすことが可能であり、或いは、アップコンバージョンビーム２２を実質的に拒絶しつつ、アップコンバージョン済み画像ビーム２４の不十分な透過を結果的にもたらしうる（更に後述する）。
【００３１】
アップコンバージョン済み画像ビーム２４を生成するべく、任意の適切な非線形光学媒体３６を利用することができる。１つの適切な媒体は、２つ以上の光学的に接触したヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）プレートの積層体を有する。プレートの厚さは、１つ又は複数のアップコンバージョン済み画像ビーム２４に対するテラヘルツ画像ビーム２０のアップコンバージョンビーム２２による準位相整合されたアップコンバージョンが結果的にもたらされるように、選択される。一例においては、アップコンバージョンビーム２２の偏光がアップコンバージョン済みビーム２４の偏光と実質的に直交する状態において、約１．５５ＴＨｚにおけるテラヘルツ画像ビーム２０及び約１０６４ｎｍにおけるアップコンバージョンビーム２２から１０５８ｎｍ及び１０７０ｎｍにおけるアップコンバージョン済み画像ビーム２４を生成するべく、それぞれが約３００μｍの厚さを有する６〜１２枚のＧａＡｓプレートの積層体を利用することができる。相対的に多くのプレートは、相対的に高いアップコンバージョン効率を結果的にもたらしうるが、プレートの数の増大に伴って、十分に高い光学品質を維持する難しさが増大する。別の例においては、約０．３ＴＨｚにおけるテラヘルツ画像ビーム２０と、約１５５０ｎｍにおける、且つ、アップコンバージョン済み画像ビーム２４との関係において直交偏光された、アップコンバージョンビーム２２と、から、約１５４７．６及び約１５５２．４におけるアップコンバージョン済み画像ビーム２４を生成するべく、最大で約８〜９ｍｍの（即ち、アップコンバージョンプロセスにおけるコヒーレンス長未満の又はほぼこれに等しい）厚さの単一のＧａＡｓプレートを利用することができる。テラヘルツ周波数及びアップコンバージョン波長のその他の組合せにおいては、その他のプレートの数又は厚さを利用することができる。任意のその他の適切な非線形光学材料を利用することが可能であり、任意のその他の適切な位相整合又は準位相整合方式を利用することが可能であり、且つ、例えば、タイプ０、Ｉ、ＩＩなどのような、任意の適切な非線形光学プロセスを利用することができる。
【００３２】
媒体３６内における非線形光学プロセスが１つのアップコンバージョン済み画像ビーム２４のみを生成する場合には、或いは、複数のアップコンバージョン済み画像ビーム２４のうちの１つのみが検出器アレイ４０において検出されることが望ましい場合には、１つのアップコンバージョン済みビームの（スペクトル的に）少なくとも一部分が検出器４０に到達することを可能にしつつ、アップコンバージョンビーム２２を減衰又は阻止するショートパス又はロングパスのカットオフフィルタ３８を利用することができる。例えば、アップコンバージョン波長における残留アップコンバージョンビーム２２及び（存在する場合に）和周波数波長におけるアップコンバージョン済み画像ビーム２４を減衰又は阻止することになるが、差分周波数波長におけるアップコンバージョン済み画像ビーム２４の少なくとも一部分を検出器アレイ４０に透過することになる、アップコンバージョン波長と差周波数波長の間のカットオフ波長を有する、ロングパスフィルタ３８を利用することが可能であり、図３Ｅには、Ｋｏｚｌｏｖ他によって開示されている例の１つにおける、このような構成によって透過されるスペクトルの一例が示されている。同様に、アップコンバージョン波長における残留アップコンバージョンビーム２２及び（存在する場合に）差周波数波長におけるアップコンバージョン済み画像ビーム２４を減衰又は阻止させつつ、和周波数波長におけるアップコンバージョン済み画像ビームが検出器アレイ４０に到達することを可能にするべく、アップコンバージョン波長と和周波数波長の間のカットオフ波長を有するショートパスフィルタ３８を使用することもできよう。
【００３３】
別の例においては、両方のアップコンバージョン済みビーム２４の（スペクトル的に）少なくとも一部分が検出器４０に到達することを可能にしつつ、残留アンプコンバージョンビーム２２を減衰又は阻止するべく、公称的にアップコンバージョン波長においてセンタリングされた、所謂ノッチフィルタ３８（例えば、ブラッグフィルタ又は多層薄膜干渉型フィルタ）を利用することができよう。実際に、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、又は図３Ｆに示されている波長の特定の組合せに適した薄膜ノッチフィルタは、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョン済み画像ビーム２４の間の十分な弁別を提供することができず、即ち、現時点においては、それぞれの波長における残留アップコンバージョンビーム２２の十分な減衰とアップコンバージョン済み画像ビーム２４の十分な透過の両方を有する、十分に狭い拒絶帯域幅を有するこのような薄膜ノッチフィルタを設計及び製造することが困難である。また、アップコンバージョンビーム２２の供給源の特性に応じて、そのスペクトルが、いくつかの例においては、過剰な帯域幅又は望ましくない側波帯を有する可能性があり、この問題は、いくつかの例においては、アップコンバージョンビーム２２のスペクトルを「クリーンアップ」するための、λＵＣにおいてセンタリングされた（透過において使用される）帯域通過フィルタ又は（反射において使用される）ノッチフィルタの使用により、軽減することができる。いずれのケースにおいても、波長のその他の更に広く分離された組合せのために、現時点において入手可能なノッチフィルタを適切に利用することが可能であり、或いは、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、又は図３Ｆの波長の組合せに伴って、改善された設計及び性能を有する将来のノッチフィルタを利用することもできよう。
【００３４】
１つ又は複数の薄膜フィルタの代わりに、又はこれに加えて、撮像検出器アレイ４０へのアップコンバージョンビーム２２の透過を低減するべく、１つ又は複数のブラッグフィルタを利用することができる。ブラッグ型のノッチフィルタは、通常、薄膜ノッチフィルタのものよりも狭いスペクトル拒絶帯域幅を有する。このようなブラッグフィルタの適切な例は、例えば、ＯｐｔｉＧｒａｔｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているＢｒａｇＧｒａｔｅ（商標）ラマンフィルタ、（あたかもすべてが本明細書において記述されているかのように、引用により、包含される）Ｅｌｉｍｏｖ他に対して発行された米国特許第６，６７３，４９７号明細書において開示されているブラッグフィルタ、或いは、（あたかもすべてが本明細書において記述されているかのように、引用により、包含される）Ａｓｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ，Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  Ｖｏｌ．１  Ｎｏ．１２  ｐ．２６（１９８６）において開示されているものなどの結晶質コロイド状ブラッグフィルタを含む。このようなブラッグフィルタは、アップコンバージョンスペクトルとアップコンバージョン済み画像スペクトルの相対的に近接した間隔を結果的にもたらす相対的に低いテラヘルツ周波数が利用されている場合にも、アップコンバージョン済み画像ビーム２４とアップコンバージョンビーム２０の間の十分な弁別（例えば、図３Ｆにおけるように、例えば、約０．３ＴＨｚ未満のテラヘルツ周波数における約２〜３ナノメートル以下の分離、或いは、約０．１ＴＨｚ未満のテラヘルツ周波数における約１ナノメートル未満の分離）を提供することができる。この代わりに、又はこれに加えて、アップコンバージョン済み画像ビーム２４と残留アップコンバージョンビーム２０を弁別するべく、（例えば、ＤＷＤＭ光電子通信システムにおいて利用されているものなどのような）その他のタイプの波長依存性フィルタを利用することもできる。
【００３５】
ビーム２２及び２４が直交偏光されている場合には、（ショートパス、ロングパス、又はノッチの）１つ又は複数のフィルタリング要素３８の代わりに、或いは、（更に一般的には）これに加えて、任意の適切なタイプの偏光器３９を利用することができる。本開示又は添付の請求項の範囲内において、既存の又は将来開発される任意の適切な１つ又は複数の偏光器又は１つ又は複数のスペクトルフィルタリング要素を利用することがきる。アップコンバージョンスペクトルとアップコンバージョン済み画像スペクトルの相対的に近接した間隔の例においては、１つ又は複数の波長依存性フィルタ３８の代わりに、又はこれに加えて、使用される１つ又は複数の偏光器３９は、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョン済み画像ビーム２４の十分な弁別を提供することができる。利用されているフィルタリングとは無関係に、わずかに数ナノメートル未満であるビーム２２及び２４の間のスペクトル分離の場合には、アップコンバージョンビーム２２の透過は、いくつかの例においては、１０６分の１、１０７分の１、或いは、１０８分の１、のレベルとなりうる一方において、その他の例においては、（上述の相対的に大きなスペクトル分離の場合と同様に）相対的に望ましい、１０１０分の１又は１０１２分の１を実現することができる。
【００３６】
１つのアップコンバージョン済み画像ビーム２４のみが検出器アレイ４０において取得されることを要する場合にも、ＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の生成が有利でありうることに留意されたい。それぞれのＳＦＧ光子は、テラヘルツ画像ビーム２０から失われる対応するテラヘルツ光子を犠牲にして生成されており、従って、ＳＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の強度は、テラヘルツ画像ビーム２０において入手可能な光子の数によって制限されている。対照的に、アップコンバージョン済み画像ビーム２４内において生成されるそれぞれのＤＦＧ光子も、テラヘルツ画像ビーム２０内において生成される新しい光子を結果的にもたらす。従って、ＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の強度は、アップコンバージョンビーム２２内において入手可能である光子の（格段に大きい）数により、制限されている。この結果、１つのアップコンバージョン済み画像のみが取得されることを要する場合には、そのアップコンバージョン済み画像を生成するべく、ＤＦＧを利用することが望ましくありうる。但し、ＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の生成は、ＳＦＧのために、テラヘルツ画像ビーム２０内において更なる光子を利用可能な状態とする。ＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４がフィルタ３８によって減衰又は阻止され、且つ、ＳＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４のみが検出器アレイ４０に到達する場合にも、ＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の生成は、ＳＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の検出強度を増大させることができる。
【００３７】
以前の段落において記述されている同時ＳＦＧ及びＤＦＧは、特定の条件下においてのみ、生じることに留意されたい。本明細書において記述されている例においては、準位相整合されたＳＦＧ及びＤＦＧプロセスの受付帯域幅は、十分に大きく、両方のプロセスは、図３Ｂ〜図３Ｄの例において示されているλＵＣ≒１０６４ｎｍ、λＳＦＧ≒１０５８ｎｍ、及びλＤＦＧ≒１０７０ｎｍの組合せにおいて、或いは、図３Ｆの例において示されているλＵＣ≒１５５０ｎｍ、λＳＦＧ≒１５４７．６ｎｍ、及びλＤＦＧ≒１５５２．４ｎｍの組合せにおいて、ほぼ最適な効率により、発生しうる。相対的に広く分離されたＳＦＧ及びＤＦＧ波長の場合には（即ち、相対的に高いテラヘルツ周波数の場合には）、或いは、相対的に小さな受付帯域幅を有する線形光学媒体の場合には、ＳＦＧ及びＤＦＧアップコンバージョン済み画像ビーム２４の両方を生成することが可能ではない場合がある。
【００３８】
図６Ａ〜図６Ｃは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンを使用して（透過状態において対象物１０として）撮像された、それぞれ、シート金属片内の交差形状のアパーチャ、ナット、及びカミソリの刃を示している。図７Ａ〜図７Ｃは、左側は、対応する未加工の透過及びアップコンバージョン済み画像であり、右側は、（対象物１０を有していない）アップコンバージョン済みテラヘルツ撮像ビーム２１であり、且つ、図８Ａ〜図８Ｃは、（アップコンバージョン済みテラヘルツ撮像ビームによって未加工のアップコンバージョン済み画像ビームを除算することによって正規化された）対応する正規化済みのアップコンバージョン済み画像である。図９Ａ〜図９Ｃは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンを使用して（透過状態において対象物１０として）撮像された、それぞれ、接着テープによってカバーされたカミソリの刃、葉っぱ、及び水に濡れた紙片を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃは、対応する未加工の透過及びアップコンバージョン済み画像であり、且つ、図１１Ａ〜図１１Ｃは、（アップコンバージョン済みテラヘルツ撮像ビームによって未加工のアップコンバージョン済み画像ビームを除算することによって正規化された）対応する正規化済みの透過及びアップコンバージョン済み画像である。図６Ａ〜図８Ｃの例は、テラヘルツ放射に対して不透明である対象物の透過テラヘルツ画像のアップコンバージョン（即ち、このような対象物のテラヘルツ「シャドー」のアップコンバージョン）を示している。図９Ａ〜図１１Ｃの例は、空間的に変化するテラヘルツ透過状態（例えば、葉脈又は紙の濡れた領域）を有する、且つ、光照明の下において識別可能ではない特徴（例えば、テープによって隠蔽されたカミソリの刃）を有する、対象物の透過テラヘルツ画像のアップコンバージョンを示している。
【００３９】
図１２には、所謂ホモダイン検出を使用して反射及びアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を生成及び取得するシステムの別の例が概略的に示されている。先行する例においては、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像の位置依存性強度は、テラヘルツ画像の強度にのみ依存しており、即ち、アップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、その画像の位置依存性位相から実質的に独立している。この例においては、撮像テラヘルツビーム２０からテラヘルツ基準ビーム２３を分離するべく、ビームスプリッタ４４が利用されている。ビームスプリッタ４４は、テラヘルツ基準ビーム２３をテラヘルツ画像ビーム２１と組み合わせており、次いで、これらのビームは、非線形光学媒体３６を通じて共伝播する。テラヘルツ基準ビーム２３及びテラヘルツ画像ビーム２１の相対位相は、例えば、図１５に示されているように、遅延ラインの長さを変化させることにより、変更することができる。この構成においては、それぞれのアップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応する相対位相に少なくとも部分的に依存している。それぞれの画像位置における強度及び位相の両方を含むテラヘルツ画像を取得することにより、潜在的に、画像強度のみの場合よりも、対象物１０に関する相対的に多くの情報をもたらすことができる。例えば、所与の対象物は、強度のみが検出される場合には、特徴なし画像をもたらしうるが、画像に跨る位相変動として表される画像特徴を示しうるであろう。このような例は、可視光に対して均一に透明であるが空間依存性の屈折率を有する対象物に類似しており、透過強度のみから構成された画像は、この空間的変動を見逃すことになろう。
【００４０】
図１２のホモダイン検出構成においては、組み合わせられたテラヘルツ基準ビーム２３及びテラヘルツ画像ビーム２１は、コヒーレントな重畳として、非線形光学媒体３６に到達している。組み合わせられたビームの合計テラヘルツ強度は、個々の基準及び画像ビームの振幅の二乗に対応する位相独立性部分を含むことになり、且つ、両方の振幅に伴う交差項に対応した位相依存性部分をも含むことになる。一例においては、合計強度は、画像ビームよりも１００倍だけ強力である基準ビームと組み合わせられた画像ビームのアップコンバージョンに由来している。これらのビームの干渉は、基準強度の約±２０％の位相依存性強度変動を結果的にもたらす。これは、事実上、画像ビームの増幅として見なすことが可能であり、例えば、いくつかの例においては、ノイズ又は検出感度などの要因に応じて、１００倍だけ小さい公称的にゼロのバックグラウンド信号よりも容易に非ゼロのバックグラウンドの±２０％変調を検出及び定量化することができよう。
【００４１】
ホモダイン検出は、単一の検出器を使用することにより、利用することが可能であり、検出器は、アップコンバージョン済み画像ビーム２４に跨ってスキャニングされ、且つ、それぞれの検出器場所において、テラヘルツ基準及び画像ビームの相対位相を変化させるべく、遅延ラインがスキャニングされる。或いは、この代わりに、それぞれの異なる相対位相において完全な画像を取得するアレイ検出器を利用することもできる。いずれのケースにおいても、結果的に得られる画像は、（例えば、対応する振幅及び位相画像を使用することにより、或いは、複素値画像の実数及び虚数部分とも呼称されうる、所謂「同相」及び「直交」画像を使用することにより）位相依存性量を処理するべく、標準的な方法に従って提示又は解釈することができる。ホモダイン検出技法は、光学コヒーレンス断層撮像の分野において広く利用されており、この分野において開発された様々な数値的、演算的、又は分析方法は、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像のホモダイン検出に容易に適用することができる。
【００４２】
図１、図２、又は図５の構成は、アップコンバージョン済みテラヘルツ画像に加えて、その他の波長における対象物１０の画像の便利な取得を可能にするべく、変更することができる。例えば、テラヘルツ撮像ビーム２１の経路に沿って伝播するように、アップコンバージョンビーム２２をリダイレクトするべく、運動可能なオプティクスを利用することができる。ビームスプリッタ３４及び非線形光学媒体３６は、ビーム経路から容易に除去されうるように、且つ、フィルタ３８又は偏光器３９が、適宜、除去又は置換されうるように、取り付けることができる。例えば、これらの要素をビーム経路内に又は外にスワップするべく、フィルタホイールを利用することができる。この結果、所与の対象物を異なる波長（例えば、１．５５ＴＨｚ及び１０６４ｎｍ）において定位置において撮像することが可能であり、且つ、次いで、これらの画像の間において、比較又は相関を実施することができる。これに加えて、（λＵＣに加えて）利用可能でありうるその他の波長も、同様に、対象物１０を撮像するべく、使用することができる。
【００４３】
以上に加えて、以下の例が本開示又は添付の請求項の範囲に含まれている。
【００４４】
例１：対象物のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する方法であって、（ａ）約０．０５ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、及びテラヘルツ平均パワーを特徴とする連続波テラヘルツ撮像ビームによって対象物を照明するステップと、（ｂ）対象物によって又はその周辺において透過された、或いは、対象物から反射又は散乱された、テラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その一部分を導くステップであって、テラヘルツ画像ビームは、非線形光学媒体におけるテラヘルツ画像ビームサイズを特徴としている、ステップと、（ｃ）非線形光学媒体を通じて伝播するように、連続波アップコンバージョンビームを導くステップであって、アップコンバージョンビームは、非線形光学媒体内においてテラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョン平均パワー、及び非線形光学媒体におけるアップコンバージョンビームサイズを特徴としている、ステップと、（ｄ）テラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームとの間の和又は差周波数生成によって生成された一方又は両方の波長を特徴とするアップコンバージョン済み画像ビームを形成するべく、非線形光学媒体内のテラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするステップと、（ｅ）画像検出器を使用することにより、アップコンバージョン済み画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、画像検出器により、アップコンバージョン済み画像ビームによって画像検出器において形成されたアップコンバージョン済み画像を検出するステップと、（ｆ）画像フィルタリング要素を使用することにより、アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が画像検出器に到達することを許容するステップと、を有し、（ｇ）この場合に、テラヘルツ平均パワーは、約０．１Ｗ超であり、アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約１Ｗ超である方法。
【００４５】
例２：例１の方法であって、アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約１０Ｗ超である方法。
【００４６】
例３：例１の方法であって、アップコンバージョン波長は、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約５Ｗ超である方法。
【００４７】
例４：例１〜３のいずれか１つの例の方法であって、アップコンバージョンビームの供給源は、固体レーザー、ファイバレーザー、又は半導体レーザーである方法。
【００４８】
例５：例１〜例４のいずれか１つの例の方法であって、（ｉ）テラヘルツ周波数は、約３ＴＨｚ未満であり、且つ、テラヘルツ平均パワーは、約０．３Ｗ超であり、或いは、（ｉｉ）テラヘルツ周波数は、約１．６ＴＨｚ未満であり、且つ、テラヘルツ平均パワーは、約０．５Ｗ超である方法。
【００４９】
例６：例１〜５のいずれか１つの例の方法であって、テラヘルツビームの供給源は、後進波型発振器、１つ又は複数のテラヘルツ増幅器、又は１つ又は複数の高調波生成器を含む方法。
【００５０】
例７：例１〜６のいずれか１つの例の方法であって、アップコンバージョン済み画像波長は、（ｉ）アップコンバージョン波長よりも約１ｎｍ未満だけ小さい又は約１ｎｍ未満だけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｉ）アップコンバージョン波長よりも約１〜２ｎｍだけ小さい又は約１〜２ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｉｉ）アップコンバージョン波長よりも約２〜３ｎｍだけ小さい又は約２〜３ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｖ）アップコンバージョン波長よりも約３〜４ｎｍだけ小さい又は約３〜４ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｖ）アップコンバージョン波長よりも約４〜５ｎｍだけ小さい又は約４〜５ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、且つ、（ｖｉ）アップコンバージョン波長よりも約５〜６ｎｍだけ小さい又は約５〜６ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方である方法。
【００５１】
例８：例１〜７のいずれか１つの例の方法であって、画像フィルタリング要素は、（ｉ）アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｉ）アップコンバージョンビームの約１０７分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｉｉ）アップコンバージョンビームの約１０８分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｖ）アップコンバージョンビームの約１０１０分の１未満が画像検出器に到達する、或いは、（ｖ）アップコンバージョンビームの約１０１２分の１未満が画像検出器に到達する、ことを許容するように要請されている方法。
【００５２】
例９：例１〜８のいずれか１つの例の方法であって、画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存性フィルタを含む方法。
【００５３】
例１０：例９の方法であって、１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、アップコンバージョン波長とアップコンバージョン済み画像波長のうちの１つとの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有する方法。
【００５４】
例１１：例９又は１０のいずれか１つの例の方法であって、１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、公称的にアップコンバージョン波長においてセンタリングされたノッチフィルタを有する方法。
【００５５】
例１２：例１〜１１のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、アップコンバージョン済み画像ビームの偏光が、アップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に垂直となるように、構成されている方法。
【００５６】
例１３：例１〜１２のいずれか１つの例の方法であって、アップコンバージョンビーム及びアップコンバージョン済み画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光され、且つ、画像フィルタリング要素は、アップコンバージョンビームを実質的に阻止するように構成された１つ又は複数の偏光器を含む方法。
【００５７】
例１４：例１〜１１のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、アップコンバージョン済み画像ビームの偏光がアップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に平行となるように、構成されている方法。
【００５８】
例１５：例１〜１４のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されたプロセスとなるように、構成されている方法。
【００５９】
例１６：例１〜１４のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されていないプロセスとなるように、構成されている方法。
【００６０】
例１７：例１〜１４のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されている方法。
【００６１】
例１８：例１７の方法であって、非線形光学媒体は、周期的に分極した非線形光学結晶を有する方法。
【００６２】
例１９：例１７の方法であって、非線形光学媒体は、非線形光学媒体の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する方法。
【００６３】
例２０：例１７の方法であって、非線形光学媒体は、厚さが約３００μｍである６〜１２枚の光学的に接触したＧａＡｓのプレートの積層体を有し、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍである方法。
【００６４】
例２１：例１〜１６のいずれか１つの例の方法であって、非線形光学媒体は、厚さが最大で約８〜９ｍｍである単一のＧａＡｓプレートを有し、テラヘルツ周波数は、約０．３ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１５５０ｎｍである方法。
【００６５】
例２２：例１〜２１のいずれか１つの例の方法であって、（ｉ）第１合焦要素が、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）対象物及び非線形光学媒体は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒体において対象物のテラヘルツ画像を形成するように、第１合焦要素の個々の共役面において位置決めされており、（ｉｉｉ）第２合焦要素が、アップコンバージョン済み画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器まで伝播するように、アップコンバージョン済み画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒体及び画像検出器は、アップコンバージョン済み画像ビームがアップコンバージョン済み画像を画像検出器において形成するように、第２合焦要素の個々の共役面において位置決めされている方法。
【００６６】
例２３：例１〜２１のいずれか１つの例の方法であって、（ｉ）有効焦点距離ｆ１を特徴とする第１合焦要素が、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）対象物及び非線形光学媒体は、テレヘルツ画像ビームが非線形光学媒体において対象物のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）有効焦点距離ｆ２を特徴とする第２合焦要素が、アップコンバージョン済み画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器まで伝播するように、アップコンバージョン済み画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒体及び画像検出器は、アップコンバージョン済み画像ビームが画像検出器においてアップコンバージョン済み画像を形成するように、それぞれ、第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされている方法。
【００６７】
例２４：例１〜２３のいずれか１つの例の方法であって、画像検出器は、撮像検出器アレイを有し、且つ、アップコンバージョン済み画像を検出するステップは、撮像検出器アレイの複数の対応する検出器要素上においてアップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るステップを有する方法。
【００６８】
例２５：例１〜２３のいずれか１つの例の方法であって、画像検出器は、単一の検出器要素を有し、且つ、アップコンバージョン済み画像を検出するステップは、単一の検出器要素上においてアップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、単一の検出器要素をアップコンバージョン済み画像ビームに跨ってスキャニングするステップを有する方法。
【００６９】
例２６：例１〜２５のいずれか１つの例の方法であって、アップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、テラヘルツ画像の位置依存性位相から実質的に独立している方法。
【００７０】
例２７：例１〜２５のいずれか１つの例の方法であって、テラヘルツ基準ビームを形成するべく、テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割するステップと、非線形光学媒体を通じて共伝播するように、テレヘルツ基準ビーム及びテラヘルツ画像ビームを組み合わせるステップと、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応する異なる相対位相を有する複数のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得するステップと、を更に有し、それぞれのアップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応する位置依存性相対位相に少なくとも部分的に依存している方法。
【００７１】
例２８：対象物のアップコンバージョン済みテラヘルツ画像を取得する装置であって、（ａ）約０．０５ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、及びテラヘルツ平均パワーを特徴とするテラヘルツ撮像ビームにより、対象物を照明するように構成された連続波テラヘルツ供給源と、（ｂ）対象物によって又はその周辺において透過された、或いは、対象物から反射又は散乱された、テラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その一部分を導くように構成された１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントであって、テラヘルツ画像ビームは、非線形光学媒体におけるテラヘルツ画像ビームサイズを特徴としている、テラヘルツ光学コンポーネントと、（ｃ）連続波アップコンバージョンビームを放出するように構成された光源と、（ｄ）非線形光学媒体を通じて伝播するように、アップコンバージョンビームを導くように構成された１つ又は複数の光学コンポーネントであって、アップコンバージョンビームは、非線形光学媒体内においてテラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、及びアップコンバージョン平均パワー、及び非線形光学媒体におけるアップコンバージョンビームサイズを特徴としている、光学コンポーネントと、（ｅ）非線形光学媒体であって、テラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームの間の和又は差周波数生成によって生成された一方又は両方の波長を特徴とするアップコンバージョン済み画像ビームを形成するべく、非線形光学媒体内のテラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするように構成された非線形光学媒体と、（ｆ）アップコンバージョン済み画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、アップコンバージョン済み画像ビームによって画像検出器において形成されたアップコンバージョン済み画像を検出するように、構成された画像検出器と、（ｇ）アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が画像検出器に到達することを許容するように構成された画像フィルタリング要素と、を有し、（ｈ）アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約１Ｗ超である装置。
【００７２】
例２９：例２８の装置であって、アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約１０Ｗ超である装置。
【００７３】
例３０：例２８の装置であって、アップコンバージョン波長は、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約０．０１ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョン平均パワーは、約５Ｗ超である装置。
【００７４】
例３１：例２８〜３０のいずれか１つの例の装置であって、アップコンバージョンビームの供給源は、固体レーザー、ファイバレーザー、又は半導体レーザーである装置。
【００７５】
例３２：例２８〜３１のいずれか１つの例の装置であって、（ｉ）テラヘルツ周波数は、約３ＴＨｚ未満であり、且つ、テラヘルツ平均パワーは、約０．３Ｗ超であり、或いは、（ｉｉ）テラヘルツ周波数は、約１．６ＴＨｚ未満であり、且つ、テラヘルツ平均パワーは、約０．５Ｗ超である装置。
【００７６】
例３３：例２８〜３２のいずれか１つの例の装置であって、テラヘルツビームの供給源は、後進波型発振器、１つ又は複数のテラヘルツ増幅器、又は１つ又は複数の高調波生成器を含む装置。
【００７７】
例３４：例２８〜３３のいずれか１つの例の装置であって、アップコンバージョン済み画像波長は、（ｉ）アップコンバージョン波長よりも約１ｎｍ未満だけ小さい又は約１ｎｍ未満だけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｉ）アップコンバージョン波長よりも約１〜２ｎｍだけ小さい又は約１〜２ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｉｉ）アップコンバージョン波長よりも約２〜３ｎｍだけ小さい又は約２〜３ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｉｖ）アップコンバージョン波長よりも約３〜４ｎｍだけ小さい又は約３〜４ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、（ｖ）アップコンバージョン波長よりも約４〜５ｎｍだけ小さい又は約４〜５ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方であり、或いは、（ｖｉ）アップコンバージョン波長よりも約５〜６ｎｍだけ小さい又は約５〜６ｎｍだけ大きい、或いは、これらの両方である装置。
【００７８】
例３５：例２８〜３４のいずれか１つの例の装置であって、画像フィルタリング要素は、（ｉ）アップコンバージョンビームの約１０６分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｉ）アップコンバージョンビームの約１０７分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｉｉ）アップコンバージョンビームの約１０８分の１未満が画像検出器に到達する、（ｉｖ）アップコンバージョンビームの約１０１０分の１未満が画像検出器に到達する、或いは、（ｖ）アップコンバージョンビームの約１０１２分の１未満が画像検出器に到達する、ことを許容するように構成されている装置。
【００７９】
例３６：例２８〜３５のいずれか１つの例の装置であって、画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存性フィルタを含む装置。
【００８０】
例３７：例３６の装置であって、１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、アップコンバージョン波長とアップコンバージョン済み画像波長のうちの１つとの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有する装置。
【００８１】
例３８：例３６又は３７のいずれか１つの例の装置であって、１つ又は複数の波長依存性フィルタのうちの少なくとも１つは、公称的にアップコンバージョン波長においてセンタリングされたノッチフィルタを有する装置。
【００８２】
例３９：例２８〜３８のいずれか１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、アップコンバージョン済み画像ビームの偏光がアップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に垂直となるように、構成されている装置。
【００８３】
例４０：例２８〜３９のいずれか１つの例の装置であって、アップコンバージョンビーム及びアップコンバージョン済み画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光されており、且つ、画像フィルタリング要素は、アップコンバージョンビームを実質的に阻止するように構成された１つ又は複数の偏光器を含む装置。
【００８４】
例４１：例２８〜３８のいずれか１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、アップコンバージョン済み画像ビームの偏光がアップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に平行となるように、構成されている装置。
【００８５】
例４２：例２８〜４１のいずれか１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されたプロセスとなるように、構成されている装置。
【００８６】
例４３：例２８〜４１のいずれか１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されていないプロセスとなるように、構成されている装置。
【００８７】
例４４：例２９〜４１の１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されている装置。
【００８８】
例４５：例４４の装置であって、非線形光学媒体は、周期的に分極した非線形光学結晶を有する装置。
【００８９】
例４６：例４４の装置であって、非線形光学媒体は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する装置。
【００９０】
例４７：例４４の装置であって、非線形光学媒体は、厚さが約３００μｍであるＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍである装置。
【００９１】
例４８：例２８〜４３のいずれか１つの例の装置であって、非線形光学媒体は、最大で厚さが８〜９ｍｍであるＧａＡｓプレートを有し、テラヘルツ周波数は、約０．３ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１５５０ｎｍである装置。
【００９２】
例４９：例２８〜４８のいずれか１つの例の装置であって、（ｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じて伝播するようにテラヘルツ画像ビームを導くように構成された第１合焦要素を含み、（ｉｉ）対象物又は非線形光学媒体は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒体において対象物のテラヘルツ画像を形成するように、第１合焦要素の個々の共役面において位置決めされており、（ｉｉｉ）１つ又は複数の光学コンポーネントは、アップコンバージョン済み画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器まで伝播するようにアップコンバージョン済み画像ビームを導くように構成された第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒体及び画像検出器は、アップコンバージョン済み画像ビームがアップコンバージョン済み画像を画像検出器において形成するように、第２合焦要素の個々の共役面において位置決めされている装置。
【００９３】
例５０：例２８〜４８のいずれか１つの例の装置であって、（ｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒体を通じて伝播するようにテラヘルツ画像ビームを導くように構成された、有効焦点距離ｆ１を特徴とする、第１合焦要素を含み、（ｉｉ）対象物及び非線形光学媒体は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒体において対象物のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）１つ又は複数の光学コンポーネントは、アップコンバージョン済み画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器まで伝播するように、アップコンバージョン済み画像ビームを導くように構成された、有効焦点距離ｆ２を特徴とする第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒体及び画像検出器は、アップコンバージョン済み画像ビームがアップコンバージョン済み画像を画像検出器において形成するように、それぞれ、第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされている装置。
【００９４】
例５１：例２８〜５０のいずれか１つの例の装置であって、画像検出器は、撮像検出器アレイの複数の対応する検出器要素上において、アップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るように位置決めし、構成された撮像検出器アレイを有する装置。
【００９５】
例５２：例２８〜５０のいずれか１つの例の装置であって、画像検出器は、単一の検出器要素上において、アップコンバージョン済み画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、アップコンバージョン済み画像ビームに跨ってスキャニングされるように構成された単一の検出器要素を有する装置。
【００９６】
例５３：例２８〜５２のいずれか１つの例の装置であって、１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は１つ又は複数の光学コンポーネントの一方又は両方は、アップコンバージョン済み画像の位置依存性強度がテラヘルツ画像の位置依存性位相から実質的に独立するように、構成されている装置。
【００９７】
例５４：例２８〜５２のいずれか１つの例の装置であって、１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ基準ビームを形成するべく、テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割し、且つ、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの異なる相対波長を伴って、非線形光学媒体を通じて共伝播するように、テラヘルツ基準ビームとテラヘルツ画像ビームとを組み合わせるように構成されており、且つ、それぞれのアップコンバージョン済み画像の位置依存性強度は、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応する相対波長に少なくとも部分的に依存している装置。
【００９８】
上述の「発明を実施するための形態」においては、本開示を合理化することを目的として、様々な特徴が、いくつかの例示用の実施形態において１つにグループ化されている場合がある。本開示のこの方法は、任意の特許請求された実施形態が、対応する請求項において明示的に記述されているものを上回る特徴を必要としているという意図を反映したものとして解釈してはならない。むしろ、添付の請求項に反映されているように、発明主題は、単一の開示されている例示用の実施形態の一部の特徴において存在しうる。従って、添付の請求項は、それぞれの請求項が別個の開示された実施形態としてそれ自体において成立する状態で、「発明を実施するための形態」に包含される。但し、本開示は、本明細書において明示的に開示されていない場合がある組を含む、本開示又は添付の請求項において出現する、１つ又は複数の開示された又は特許請求された特徴の任意の適切な組（即ち、互換性を有し、且つ、相互に排他的ではない、特徴の組）を有する任意の実施形態を黙示的に開示するものとしても解釈されるものとする。これに加えて、開示を目的として、添付の従属請求項のそれぞれは、あたかも、多数項引用形式において記述されており、且つ、一貫性を有するすべての先行する請求項に従属しているかのように解釈されるものとする。更には、添付の請求項の範囲は、必ずしも、本明細書において開示されている主題の全体を包含してはいないことにも留意されたい。
【００９９】
本開示及び添付の請求項を目的として、接続詞「又は（ｏｒ）」は、（ｉ）例えば、「〜又は〜のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ．．．ｏｒ）」、「〜のうちの１つのみ（ｏｎｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ）」、又はこれらに類似した言語の使用による、などのように、そうではないことが明示的に主張されていない限り、或いは、（ｉｉ）列挙された代替の２つ以上が、特定の文脈において相互に排他的でない限り、包含的に解釈されることを要し（例えば、「犬又は猫（ａ  ｄｏｇ  ｏｒ  ａ  ｃａｔ）」は、「犬、又は猫、或いは、これらの両方（ａ  ｄｏｇ，ｏｒ  ａ  ｃａｔ，ｏｒ  ｂｏｔｈ）」として解釈されることになり、例えば、「犬、猫、又は鼠（ａ  ｄｏｇ，ａ  ｃａｔ，ｏｒ  ａ  ｍｏｕｓｅ）は、「犬、又は猫、又は鼠、或いは、任意の２つ、或いは、すべての３つ（ａ  ｄｏｇ，ｏｒ  ａ  ｃａｔ、  ｏｒ  ａ  ｍｏｕｓｅ，ｏｒ  ａｎｙ  ｔｗｏ，ｏｒ  ａｌｌ  ｔｈｒｅｅ）」と解釈されることになろう）、前述の「ｉｉ」のケースにおいては、「又は（ｏｒ）」は、相互に排他的ではない代替を伴う組合せのみを包含することになろう。本開示及び添付の請求項を目的として、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という単語、並びに、これらの変形は、出現する場所とは無関係に、そうではない旨が明示的に記述されていない限り、あたかも「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」というフレーズが、そのそれぞれのインスタンスの後に追加されているものと同一の意味を伴って、オープンエンド型の用語として解釈されたい。本開示及び添付の請求項を目的として、数値的な量との関係において、「〜にほぼ等しい（ａｂｏｕｔ  ｅｑｕａｌ  ｔｏ）」、「〜に実質的に等しい（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｅｑｕａｌ  ｔｏ）」、「約〜超（ｇｒｅａｔｅｒ  ｔｈａｎ  ａｂｏｕｔ）」、「約〜未満（ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  ａｂｏｕｔ）」などのような用語が利用されている際には、異なる解釈が明示的に記述されていない限り、計測精度及び有効桁に関係する標準的な慣習が適用されるものとする。「実質的に防止される（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ）」、「実質的に存在しない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ａｂｓｅｎｔ）」、「実質的に除去される（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ）」、「ゼロにほぼ等しい（ａｂｏｕｔ  ｅｑｕａｌ  ｔｏ  ｚｅｒｏ）」、「無視可能（ｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅ）」などのようなフレーズによって記述されているヌル量の場合には、それぞれのこのようなフレーズは、対象の量が、開示されている又は特許請求されている装置又は方法の意図された動作又は使用の文脈において、実際的な目的のために、装置又は方法の全体的な振る舞い又は性能が、ヌル量が実際に完全に除去された、正確にゼロに等しい、或いは、さもなければ、正確にヌル化された場合に、発生していたであろうものと異ならない程度にまで、低減又は減少したケースを表記しているものとする。
【０１００】
添付の請求項においては、（例えば、第１の、第２の、など、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）など、或いは、（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）など、のような）請求項の要素、ステップ、限定、又はその他の部分の任意のラベル付与は、わかりやすさを目的としたものであるに過ぎず、且つ、このようにラベルが付与された請求項の部分の順序付け又は選好のなんらかのソートを意味するものと解釈してはならない。なんらかのこのような順序付け又は選好が意図されている場合には、その旨が請求項において明示的に記述されることになるか、或いは、いくつかのケースにおいては、その旨が、請求項の特定のコンテンツに基づいて黙示的又は本質的なものとなろう。添付の請求項においては、米国特許法第１１２（ｆ）条の条項が装置請求項において発動されることが望ましい場合には、「手段（ｍｅａｎｓ）」という単語が、その装置請求項において出現することになる。これらの条項が方法請求項において発動されることが望ましい場合には、「〜ためのステップ（ａ  ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」という単語が、その方法請求項において出現することになる。逆に、「手段（ｍｅａｎｓ）」又は「〜ためのステップ（ａ  ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」という単語が請求項において出現していない場合には、その請求項における米国特許法第１１２（ｆ）条の条項の発動が意図されてはいない。
【０１０１】
任意の１つ又は複数の開示が、引用により、本明細書において包含され、且つ、そのような包含された開示が、部分的又は全体的に本開示と矛盾している、或いは、範囲において異なっている、場合には、矛盾、相対的に広い開示、又は用語の相対的に広い定義の程度については、本開示が優先する。このような包含された開示が、互いに部分的又は全体的に矛盾している場合には、矛盾の程度については、新しい日付の開示が優先する。
【０１０２】
「要約書」は、特許文献における特定の主題についてのサーチに対する支援として必要とされている範囲において提供されている。但し、「要約書」は、その中に記述されている任意の要素、特徴、又は限定が、必ず、任意の特定の請求項によって包含されることを意味するべく意図してはいない。それぞれの請求項によって包含されている主題の範囲は、その請求項のみの記述により、判定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2019518193.tif 000032
2019518193.tif 000033