(57)【要約】【課題】簡易かつ高効率にミリ波やサブミリ波が得られるサブミリ波・ミリ波発生装置を提供する。【解決手段】励起光源１が、励起光ｐ及びこの励起光ｐより高周波の短波長光ｈをそれぞれレーザー光として生成する。この短波長光ｈが光パラメトリック発振器２に入射され、励起光ｐと近接した周波数のシグナル光ｓが生成されて光結合器４へ入射する。光結合器４を介してシグナル光ｓと励起光ｐは空間的に重ね合わさり、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶により形成される非線形光学素子５に一本のビームとして入射する。励起光ｐ及びシグナル光ｓが所定の位相整合許容角α内で非線形光学素子５に入射すると、非線形光学素子５を励起しつつ透過する。これに伴い、非線形光学素子５の光パラメトリック作用に基づき、これら２つの光の周波数の差に相当する１００〜１２００μｍの範囲の波長のミリ波やサブミリ波とされる出力波ｍが発生する。【選択図】図１
2015099319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光及びこの励起光より高周波の短波長光をそれぞれ生成する光源部と、
短波長光が入力されて励起光と近接した周波数の変換光を生成する光パラメトリック発振器と、
ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶により形成される非線形光学素子を有し、励起光及び変換光がこの非線形光学素子に入力されて出力波を生成する差周波発生器と、
を含むサブミリ波・ミリ波発生装置。
【請求項２】
差周波発生器が、非線形光学素子を通過する励起光及び変換光を取り除くフィルタと、非線形光学素子からの出力波の拡がり角を補正する集光器と、を有する請求項１記載のサブミリ波・ミリ波発生装置。
【請求項３】
差周波発生器を構成する非線形光学素子が、ＧａＳｅ1-xＳx結晶とされ、かつ、Ｘの値が０＜Ｘ≦０．４の範囲とされる請求項１または請求項２記載のサブミリ波・ミリ波発生装置。
【請求項４】
光源部より生成される励起光がＮｄ：ＹＡＧレーザーにより発生されると共に、光源部より生成される短波長光がこの励起光の第三高調波発生とされる請求項１から請求項３のいずれかに記載のサブミリ波・ミリ波発生装置。
【請求項５】
励起光及び変換光を空間的に重ね合わせる光結合器を有し、この光結合器により重ね合わされた励起光及び変換光が差周波発生器に入力されて出力波を生成する請求項１から４いずれかに記載のサブミリ波・ミリ波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレントなミリ波を発生するサブミリ波・ミリ波発生装置に関し、特に１００〜１２００μｍ程度の波長範囲のミリ波やサブミリ波を発生するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
非線形光学素子を用いた光パラメトリック作用による差周波発生を利用した波長変換は、従来から知られており（例えば、下記特許文献１）、この差周波発生により発生したミリ波の内の連続波（ＣＷ）や高速で繰り返し生じるパルス波とされる１００〜１２００μｍのミリ波やサブミリ波は、ガン細胞の発見に極めて有用であることが報告されている。
【０００３】
具体的には、このミリ波やサブミリ波を発生させるために例えば差周波発生器が用いられており、コヒーレントな励起光（パンプ光）と、光パラメトリック発振器により発生させたシグナル光（プローブ光）とを、この差周波発生器を構成する非線形光学素子の結晶に入力することで、これらミリ波等を発生させることが一般に行われていた。そして、この励起光とシグナル光の入力により非線形光学素子の光パラメトリック作用に基づき、これら２つの光の周波数の差に相当するミリ波等を発生させていた。
【０００４】
なお、上記励起光、シグナル光及びミリ波等の間には、次の（１）式で表す各波長間の関係が成り立っている。但し、λ1は励起光の波長、λ2はシグナル光の波長、λ3はミリ波等の波長である。
１／λ1―１／λ2＝１／λ3   （１）式
【０００５】
以上のように波長変換を行うための差周波発生器を有したサブミリ波・ミリ波発生装置は、非線形光学素子の結晶を備えた差周波発生器の他、励起光源や光パラメトリック発振器等により構成されている。ここで、励起光源としては、例えば１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ3+：Ｙ3ＡＬ5Ｇ15）レーザーが用いられる。また、光パラメトリック発振器としては、例えばＢＢＯ（ＢaＢ2Ｏ4）光パラメトリック発振器が用いられる。非線形光学素子の結晶としては、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＺｎＧｅＰ2、ＧａＳｅ、ＤＡＳＴ、ＣｄＳｅ等が用いられる（例えば、下記特許文献２）。
【０００６】
以上より、かかる構造を有したサブミリ波・ミリ波発生装置が知られているが、実際にミリ波等を発生するときには、この内の光パラメトリック発振器に、１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本励起光の３倍波を入力する。そして、この光パラメトリック発振器から出力されるシグナル光とＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本励起光が非線形光学素子の結晶で光混合されることで、５ｍｍまでのミリ波が発生可能となる。
【０００７】
ここで、波長変換を行うための手法としては、非線形光学素子の温度を調整することで位相整合を行う温度位相整合法（例えば、下記特許文献３）の他に、非線形光学素子の結晶の複屈折性（屈折率）を利用して位相整合を行う角度位相整合法が広く用いられている（例えば、下記特許文献４）。この角度位相整合法による波長変換を効率的に行うには、非線形光学素子の結晶のカット角を位相整合角に調整する必要がある。なお、位相整合角は、非線形光学素子において位相整合が適切に行われる入射光の入射角の範囲を示す位相整合許容角α内で最も変換効率が高い角度をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2009-265367
【特許文献２】特開2012-203013
【特許文献３】特開1994-152039
【特許文献４】特開2004-54191
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ＧａＳｅ結晶を除き、差周波発生器で用いられる従来の非線形光学素子の結晶は、ミリ波やサブミリ波の領域での吸収が大きい。このため、発生したこれらミリ波等が結晶中に吸収されてしまい、変換効率が極めて低くなるという欠点があった。
【００１０】
この一方、ＧａＳｅ結晶は透過率が高くミリ波領域での吸収が小さいものの、軟らかで剥がれやすい層状結晶であるため、任意の位相整合角にカットすることは困難であった。また、ＧａＳｅ結晶を非線形光学素子として用いた従来のサブミリ波・ミリ波発生装置において、例えば、励起光の波長をλ1＝１．０６４２μｍ、シグナル光の波長をλ2＝１．０６５６μｍ、出力されるサブミリ波の波長をλ3＝８００μｍとした場合、結晶表面で測定される外部位相整合角θextは５．８５°と大きい。
【００１１】
これに加え、ＧａＳｅ結晶は、１．０６４２μｍの波長における屈折率ｎがｎ≒２．８とされる関係上からも、位相整合するためには結晶への入射角を極めて大きくしなければならず、反射による光の損失により変換効率を高められないといった欠点があった。
【００１２】
さらに、上記のＧａＳｅ結晶では、外部位相整合角θextと結晶長Ｌとの積である位相整合許容角αが１．６３ｍｒａｄ・ｃｍ（０．０９ｄｅｇ・ｃｍ）と小さく、位相整合するためには結晶への入射角を極めて精密に調整する必要があった。ここで、位相整合許容角α自体は、出力が最大値の１／２となるまでの範囲である。従って、上記のような従来の非線形光学結晶を用いたサブミリ波・ミリ波発生装置では、高効率の波長変換が実現されていなかった。
【００１３】
本発明は上記背景を鑑みてなされたもので、簡易かつ高効率にミリ波やサブミリ波が得られるサブミリ波・ミリ波発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決した請求項１記載の発明は、励起光及びこの励起光より高周波の短波長光をそれぞれ生成する光源部と、
短波長光が入力されて励起光と近接した周波数の変換光を生成する光パラメトリック発振器と、
ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶により形成される非線形光学素子を有し、励起光及び変換光がこの非線形光学素子に入力されて出力波を生成する差周波発生器と、
を含むサブミリ波・ミリ波発生装置である。
【００１５】
請求項１に係るサブミリ波・ミリ波発生装置によれば、光源部が励起光及びこの励起光より高周波の短波長光をそれぞれ生成し、この短波長光が光パラメトリック発振器に入力されて励起光と近接した周波数の変換光が生成される。そして、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶により形成される差周波発生器の非線形光学素子にこれら励起光及び変換光が入力されて、ミリ波やサブミリ波とされる出力波を生成する。
【００１６】
従って、非線形光学素子の結晶が、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶とされたのに伴い、ＧａＳｅ結晶の特性を有していることから、非線形光学素子においてミリ波やサブミリ波の領域での吸収が小さくなって、ミリ波やサブミリ波の変換効率が高くなる。また、これによりＮａＣｌ結晶と同程度の硬度を得ることができ、カット等の加工が容易になる。
そして、ＧａＳｅ結晶よりも屈折率が小さいというＧａＳ結晶の特性をも有していることから、位相整合する際の外部位相整合角をより小さくすることができ、これによって混合結晶への励起光及び変換光の入射角を小さくすることで、反射による光の損失を軽減することができる。さらに、外部位相整合角を小さくできるのと同時に、位相整合許容角を大きくでき、これによって位相整合条件も緩和される。
【００１７】
以上より、本請求項に係るサブミリ波・ミリ波発生装置によれば、励起光及びこの励起光より高周波の短波長光から簡易かつ高効率にミリ波やサブミリ波が得られるようになる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、差周波発生器が、非線形光学素子を通過する励起光及び変換光を取り除くフィルタと、非線形光学素子からの出力波の拡がり角を補正する集光器と、を有する請求項１記載のサブミリ波・ミリ波発生装置である。
【００１９】
本請求項によれば、請求項１と同一の構成を有するだけで無く、差周波発生器が、非線形光学素子を通過する励起光及び変換光を取り除くフィルタと、非線形光学素子からの出力波の拡がり角を補正する集光器と、を有している。このため、差周波発生器を通過する励起光及び変換光がフィルタにより確実に取り除けて、ミリ波とされる出力波だけが出力されるようになる。また、非線形光学素子からの出力波の拡がり角を集光器が補正することで、出力波の直進性が高まるようになる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、差周波発生器を構成する非線形光学素子が、ＧａＳｅ1-xＳx結晶とされ、かつ、Ｘの値が０＜Ｘ≦０．４の範囲とされる請求項１または請求項２記載のサブミリ波・ミリ波発生装置である。
【００２１】
本請求項によれば、請求項１又は２と同一の構成を有するものの、非線形光学素子の混合結晶として最適なＧａＳｅ1-xＳx結晶が採用される。但し、Ｘが０．４を超えると２次の非線形光学定数が０となるため、このＸの値が０＜Ｘ≦０．４の範囲とされている。
【００２２】
請求項４記載の発明は、光源部より生成される励起光がＮｄ：ＹＡＧレーザーにより発生されると共に、光源部より生成される短波長光がこの励起光の第三高調波発生とされる請求項１から請求項３のいずれかに記載のサブミリ波・ミリ波発生装置である。
【００２３】
本請求項によれば、請求項１から請求項３と同一の構成を有するものの、励起光がＮｄ：ＹＡＧレーザーによる１．０６４２μｍの波長とされ、第三高調波発生が０．３５４７μｍの波長のレーザー光とされることで、より低コストで簡易にミリ波やサブミリ波が得られるようになる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、励起光及び変換光を空間的に重ね合わせる光結合器を有し、この光結合器により重ね合わされた励起光及び変換光が差周波発生器に入力されて出力波を生成する請求項１から４いずれかに記載のサブミリ波・ミリ波発生装置である。
【００２５】
本請求項によれば、請求項１から請求項３と同一の構成を有するものの、光結合器により空間的に励起光及び変換光が重ね合わさることで、これらが同一光路上において均一な周波数差を有した光となる結果、該周波数差に等しい単一の周波数のミリ波やサブミリ波を差周波発生器で安定して得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡易かつ高効率にミリ波やサブミリ波が得られるサブミリ波・ミリ波発生装置が提供されるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のサブミリ波・ミリ波発生装置に係る一実施の形態を示す概略図である。
【図２】図1の要部拡大図である。
【図３】ＧａＳｅ結晶及びＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶による外部位相整合角と差周波波長との関係を表すグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係るサブミリ波・ミリ波発生装置の一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係るサブミリ波・ミリ波発生装置１０の光源部を相互に波長の異なる２種類のレーザー光を出力する励起光源１が構成している。なお、この励起光源１は、図示しないＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ3+：Ｙ3ＡＬ5Ｇ15）レーザーだけでなく非線形光学素子等を内蔵することで、レーザー光の波長変換機能を有している。このため、この励起光源１は、基本励起光とされる１．０６４２μｍの波長の励起光ｐと同時に、この励起光ｐより高周波であって第三高調波発生とされる０．３５４７μｍの波長の短波長光ｈを相互に平行に出力可能としている。但し、これら２種類のコヒーレントなレーザー光である励起光ｐおよび短波長光ｈの偏光方向Ｈｙは、それぞれ矢印のような図１の上下方向とされる。
【００２９】
この励起光源１の図1における右隣であって、励起光源１から出力された短波長光ｈの光路である光軸Ｌ１上の位置には、ＢａＢ2Ｏ4結晶を素子とした光パラメトリック発振器２が配置されていて、この光パラメトリック発振器２に短波長光ｈが入力される。このＢａＢ2Ｏ4結晶が光パラメトリック発振器２に入射した短波長光ｈにより励起されると、１．０６５〜１．０７５６μｍの波長のコヒーレントな変換光であるシグナル光ｓが生成されて、光パラメトリック発振器２から光軸Ｌ１と平行な光軸Ｌ３に沿って出力される。但し、シグナル光ｓの偏光方向Ｈｘは、図１の紙面に対して垂直方向とされる。
【００３０】
この光パラメトリック発振器２の図１における右隣であって、シグナル光ｓの光路である光軸Ｌ３上の位置には、一部の波長の光のみを透過させるダイクロイックミラーである光結合器４が配置されている。尚、この光結合器４は、光軸Ｌ３に対して４５°に傾いて位置している。また、この光結合器４の図１における直下であって、励起光源１から出力された励起光ｐの光路である光軸Ｌ２上の位置には、励起光ｐを直上方向に屈曲させて光結合器４に入射させるためのプリズム３が配置されている。このため、励起光源１からの励起光ｐと光パラメトリック発振器２からのシグナル光ｓが、光結合器４の相互に異なる面に入射されることになる。
【００３１】
前述の１．０６５１〜１．０７５６μｍの波長において、この光結合器４の透過率は９２〜９３％程度とされ、また、１．０６４２μｍの波長において、反射率は９８％程度とされている。これにより、この光結合器４が予め定められた１．０６４２μｍの波長のレーザー光を反射し、１．０６５１〜１．０７５６μｍの波長のレーザー光を透過することになる。
これに伴い、光結合器４が光軸Ｌ３に対し４５°の角度になるように傾いて配置されているので、相互に近接した周波数からなるこれら励起光ｐ及びシグナル光ｓが空間的に重ね合わされ一本のビームとして結合されて、光軸Ｌ３に沿って光結合器４から出射されることになる。
【００３２】
また、この光結合器４の図１における右隣であって光軸Ｌ３上の位置には、ＧａＳｅ結晶及びＧａＳ結晶の混合結晶とされるＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶により長さ６ｃｍ、幅３ｃｍ、厚み０．５ｃｍの直方体状に形成された非線形光学素子５が配置されている。但し、図２に示すように、この非線形光学素子５の外表面の光軸Ｌ３と直交する直交軸Ｙに対する角度である外部位相整合角θext（入射角でもある）及び、外表面と直交するＺ軸に対して位相整合する非線形光学素子５内の角度である位相整合角度θが、調整可能なように、図示しない支持治具等でこの非線形光学素子５が中心点Ｃ周りに回転可能に支持されている。そして、この非線形光学素子５は、励起光ｐ及びシグナル光ｓからなるビームが入射されて、非線形光学素子５の光パラメトリック作用に基づき、これら２つの光の周波数の差に相当するミリ波やサブミリ波とされる出力波ｍを発生させることになる。
【００３３】
この非線形光学素子５の図１における右隣であって、非線形光学素子５から出射された出力光の光軸L３上の位置には、非線形光学素子５を透過した励起光ｐ及びシグナル光ｓを除去し出力波ｍのみを出力するための、フィルタ６及びフィルタ７が並んで配置されている。なお、フィルタ６はゲルマニウムにより形成され、フィルタ７は黒色ポリスチレン板により形成されている。
【００３４】
このフィルタ７の図１における右隣であって、フィルタ７を透過したミリ波ｍの光路である光軸Ｌ３上の位置には、それぞれパラボリックミラーとされる集光器８、９が図１において上下に並んで配置されている。これに伴い、フィルタ６、７を透過したときの出力波ｍのビーム径が例えば３ｍｍの場合、この出力波ｍのビームの拡がり角は、５°〜６０°と大きくなるが、この集光器８、９でそれぞれ反射されることにより、拡がり角を補正し出力波ｍのビームをほぼ平行光としてサブミリ波・ミリ波発生装置１０から出射することができる。但し、この出力波ｍの偏光方向Ｈｘは、図１の紙面に対して垂直方向とされる。
【００３５】
以上より、本実施の形態においては、コヒーレントな励起光ｐとシグナル光ｓとから出力波ｍを生成する差周波発生装置１１が、ＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶により形成される非線形光学素子５だけでなく、フィルタ６、７や集光器８、９により、構成されることとなる。
【００３６】
次に、本実施の形態のサブミリ波・ミリ波発生装置１０の作用を説明する。
本実施の形態に係るサブミリ波・ミリ波発生装置１０によれば、励起光源１が励起光ｐ及びこの励起光ｐより高周波の短波長光ｈをそれぞれコヒーレントなレーザー光として生成する。この短波長光ｈが光パラメトリック発振器２に入射され、励起光ｐと近接した周波数のシグナル光ｓがこの光パラメトリック発振器２から出射され、光軸Ｌ３に対して４５°の傾きで配置された光結合器４を透過する。これと同時に、励起光源１で生成された励起光ｐがプリズム３を介して、光結合器４に４５°の角度で入射して反射される。
【００３７】
従って、光結合器４を透過したシグナル光ｓは、光結合器４に反射された励起光ｐと空間的に重ね合わさり、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶とされるＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶により形成される非線形光学素子５に一本のビームとして入射する。
【００３８】
励起光ｐ及びシグナル光ｓが所定の位相整合許容角α内で非線形光学素子５に入射すると、非線形光学素子５を励起しつつ透過する。これに伴い、非線形光学素子５の光パラメトリック作用に基づき、これら２つの光の周波数の差に相当する１００〜１２００μｍの範囲の波長のミリ波やサブミリ波とされる出力波ｍが発生する。この際、非線形素子５の外部位相整合角θextが最適なものになるように、非線形光学素子５の向きを図１及び図２の矢印Ｒ方向に沿って回転して調整することで、出力波ｍを最大効率で安定的に得ることができる。
【００３９】
この出力波ｍを含む非線形光学素子５からの出射光は、この後、フィルタ６、７に入射する。フィルタ６、７が、位相整合されなかった励起光ｐ及びシグナル光ｓを除去し、出力波ｍのみを透過することで、非線形光学素子５の透過光を取り除き出力波ｍのみを取り出すことが可能となる。この後、１００〜１２００μｍの範囲の波長の出力波ｍは各種実験や検査に用いやすいように、集光器８、９でコリメートされ、サブミリ波・ミリ波発生装置１０外に出射されることとなる。
【００４０】
以上より、本実施の形態のサブミリ波・ミリ波発生装置１０によれば、非線形光学素子５の結晶が、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶とされたのに伴い、ＧａＳｅ結晶の特性を有していることから、非線形光学素子５においてミリ波やサブミリ波の領域での吸収が小さくなって、ミリ波やサブミリ波の変換効率が高くなる。また、ＧａＳｅ結晶よりも屈折率が小さいというＧａＳ結晶の特性をも有していることから、位相整合する際の外部位相整合角θextをより小さくすることができ、これによって結晶への入射角を小さくすることで、反射による光の損失を軽減することができる。さらに、外部位相整合角θextを小さくできるのと同時に位相整合許容角αを大きくでき、これによって位相整合条件も緩和される。
【００４１】
次に、本実施の形態のサブミリ波・ミリ波発生装置１０で採用したＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶をＧａＳｅ結晶のデータと比較した実験結果を図３に基づき説明する。
本実施の形態では、ＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶の内の例えばＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶を非線形光学素子５に用い、励起光ｐの波長をλ1＝１．０６４２μｍ、シグナル光ｓの波長をλ2＝１．０６５６μｍとし、出力される出力波ｍの波長を例えばλ3＝８００μｍとしたときには以下のようになった。尚、非線形光学素子をＧａＳｅ結晶としたものを比較用として前述のように同じ条件にて値を測定した。
【００４２】
この結果、図３のグラフより、ＧａＳｅ結晶の非線形光学素子の外部位相整合角θextが５．８５°であるのに対して、ＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶の非線形光学素子５の外部位相整合角θextが１．６９°と極めて小さくなることが、この実験により確認された。尚、図３は、外部位相整合角θextと差周波波長との関係を示すチューニング曲線を表したグラフであり、ＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶の特性を特性曲線Ａで示し、ＧａＳｅ結晶の特性を特性曲線Ｂで示す。従って、非線形光学素子５にＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶を用いると、ＧａＳｅ結晶を用いた場合と比べて極めて小さな外部位相整合角θextで、同じ波長の出力波を得ることが可能となることが、このグラフより分かる。
【００４３】
また、この際、位相整合条件を満たすことが可能なＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶の位相整合許容角αは、５．５４ｍｒａｄ・ｃｍ（０．３２ｄｅｇ・ｃｍ）と、ＧａＳｅ結晶を用いた場合に比べて約３．４倍に増大した。このことより、非線形光学素子にＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶を用いたことで、位相整合条件が大幅に緩和され、極めて簡単に出力波を発生させることが可能であることが確認された。
【００４４】
次に、図３及び下記の表１に基づきＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶とＧａＳｅ結晶との特性を比較して説明する。尚、表１は、図３のグラフにおけるチューニング曲線Ａ、Ｂの差周波波長に対応する外部位相整合角θextの値をまとめたものであり、「−」は測定範囲外であることを示す。
【００４５】
【表１】
2015099319.tif 000003
【００４６】
ミリ波やサブミリ波への変換効率は、有効非線形光学定数ｄeffの２乗に比例するため、特に６００μｍ以下の波長のサブミリ波の発生においては、この図３のグラフ及び表１からＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶がはるかに優れていることが理解できる。つまり、図３のグラフ及び表１によれば、６００μｍの波長における外部位相整合角θextがＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶で１．９６°であるのに対してＧａＳｅ結晶では６．８４°であることからもこのことは明らかである。なお、有効非線形光学定数ｄeffは次の（２）式で与えられる。
ｄeff＝ｄ22×ｃｏｓ2θ （２）式
【００４７】
以上より、本実施の形態によるサブミリ波・ミリ波発生装置１０では、非線形光学素子５に入力された励起光ｐとシグナル光ｓとの位相整合条件は大幅に緩和され、極めて簡易かつ高効率にミリ波やサブミリ波を発生することが可能となる。
【００４８】
なお、上記においてＧａＳｅ結晶とＧａＳ結晶の混合結晶の内のＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶を用いたが、この混合結晶としてはＧａＳｅ1-xＳx結晶が考えられる。ここで、Ｘはモル濃度である。ＧａＳｅ1-xＳx結晶は、高純度のＧａ、Ｓｅ、Ｓ等の原料を用いてブリッジマン・ストックバーガー法（Bridgman-Stockbarger method）により、例えば作成されることが知られている。但し、Ｘが０．４を超えたときには、点群が下記の結晶群（１）から変化し、２次の非線形光学定数が０となるため、Ｘの値の取り得る範囲は、０<Ｘ≦０．４となる。従って、本実施の形態では、ＧａＳｅ0.6Ｓ0.4結晶を採用した。
【００４９】
【数１】
2015099319.tif 000004
【００５０】
また、ＧａＳｅ1-xＳx結晶においては、前述の（１）式に基づいて３種の位相整合条件が成立するが、最も簡単で効率の良い位相整合条件は、以下の（３）式となる。
ｎe3(θ)／λ3＋ｎe2(θ)／λ2＝ｎo1／λ1   （３）式
但し、ｎe3(θ)は出力波ｍの異常光線での屈折率、ｎe2(θ)はシグナル光ｓの異常光線での屈折率、ｎo1は励起光ｐでの常光線での屈折率である。また、θは位相整合角である。
【００５１】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、上記実施の形態では、集光器８、９をパラボリックミラーとしたが、球面鏡や集光レンズを採用しても良い。同様に、上記実施の形態では、光結合器４をダイクロイックミラーとしたが、ハーフミラーとしても良い。
【００５２】
この一方、励起光ｐの波長としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを採用した関係から１．０６４２μｍとしたが、１００〜１２００μｍの範囲の波長の出力波ｍが得られるのであれば、励起光ｐの波長は他の波長であっても良い。従って、光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザー以外のものを用いても良い。
【００５３】
また、上記実施の形態では、非線形光学素子５の形状を、長さ６ｃｍ、幅３ｃｍ、厚み０．５ｃｍの直方体としたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば形状、大きさを変形して実施することができる。例えば、厚みは１ｃｍ以下であれば良く、幅は１０ｃｍとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明はミリ波やサブミリ波が必要な様々な技術分野に適用でき、ガン発見の医療用でなくセキュリティ等の技術分野にも適用可能なものである。
【符号の説明】
【００５５】
１  励起光源（光源部）
２  光パラメトリック発振器
３  プリズム
４  光結合器
５  非線形光学素子
６、７  フィルタ
８、９  集光器
１０  サブミリ波・ミリ波発生装置
１１  差周波発生装置
ｐ  励起光
ｈ  短波長光
ｓ  シグナル光
ｍ  出力波
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  光軸
【図１】
2015099319.tif 000005
【図２】
2015099319.tif 000006
【図３】
2015099319.tif 000007