(57)【要約】【課題】パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる短光パルス発生装置を提供する。【解決手段】短光パルス発生装置１００は、光パルスを生成する光パルス生成部２と、光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部４と、周波数チャープ部４にてチャープした前記光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部６と、を含み、群速度分散部６は、周波数チャープ部４にてチャープした光パルスが入射する群速度分散媒質６０と、群速度分散媒質６０を挟んで設けられる２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂと、を含み、群速度分散媒質６０に入射した光パルスは、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂによって複数回反射されて群速度分散媒質６０中を進行する。【選択図】図２
2015118244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを生成する光パルス生成部と、
前記光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部と、
前記周波数チャープ部にてチャープした前記光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部と、
を含み、
前記群速度分散部は、
前記周波数チャープ部にてチャープした前記光パルスが入射する群速度分散媒質と、
前記群速度分散媒質を挟んで設けられる２つの反射ミラーと、を含み、
前記群速度分散媒質に入射した前記光パルスは、前記２つの反射ミラーによって複数回反射されて前記群速度分散媒質中を進行することを特徴とする短光パルス発生装置。
【請求項２】
前記群速度分散媒質の前記光パルスが入射する面および前記群速度分散媒質の前記光パルスを射出する面には、反射防止膜が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の短光パルス発生装置。
【請求項３】
前記反射ミラーに対する前記光パルスの入射角度を変える可変機構を含む、ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項４】
前記群速度分散媒質に入射する前記光パルスを平行光に変換するコリメートレンズを含む、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項５】
前記群速度分散媒質は、ガラス基板である、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
を含む、ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、
を含む、ことを特徴とするカメラ。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、
を含む、ことを特徴とするイメージング装置。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる
光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、
を含む、ことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短光パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
【０００３】
このテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置は、例えば、サブピコ秒（数百フェムト秒）程度のパルス幅をもつ光パルスを発生させる短光パルス発生装置と、短光パルス発生装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、を有している。一般的に、サブピコ秒程度のパルス幅の光パルスを発生させる短光パルス発生装置として、フェムト秒ファイバーレーザー、チタンサファイヤレーザー、および半導体レーザー等が使用されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、半導体レーザーを直接変調させて光パルスの周波数をチャープさせた後、ファイバーからなる光パルス圧縮部（群速度分散部）にてパルス幅を圧縮する光パルス発生装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光パルス発生装置では、半導体レーザーを直接変調させて光パルスの周波数をチャープさせているため、チャープ量が小さく、群速度分散部において、十分にパルス幅を圧縮することができなかった。
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる短光パルス発生装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記短光パルス発生装置を含むテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る短光パルス発生装置は、
光パルスを生成する光パルス生成部と、
前記光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部と、
前記周波数チャープ部にてチャープした前記光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部と、
を含み、
前記群速度分散部は、
前記周波数チャープ部にてチャープした前記光パルスが入射する群速度分散媒質と、
前記群速度分散媒質を挟んで設けられる２つの反射ミラーと、を含み、
前記群速度分散媒質に入射した前記光パルスは、前記２つの反射ミラーによって複数回
反射されて前記群速度分散媒質中を進行する。
【０００９】
このような短光パルス発生装置では、周波数チャープ部において、光パルスをチャープさせることができる。したがって、例えば周波数チャープ部を有さない場合に比べて、光パルスのチャープ量を大きくすることができ、群速度分散部において、十分にパルス幅を圧縮することができる。よって、このような短光パルス発生装置は、パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる。
【００１０】
さらに、このような短光パルス発生装置では、群速度分散媒質に入射した光パルスは、２つの反射ミラーによって複数回反射されて群速度分散媒質中を進行するため、群速度分散部を小型化することができる。また、例えば群速度分散媒質の単位長さあたりの群速度分散値が小さい場合でも、２つの反射ミラーにおける光パルスの反射回数を増やすことにより、群速度分散部の群速度分散値を大きくすることができる。
【００１１】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記群速度分散媒質の前記光パルスが入射する面および前記群速度分散媒質の前記光パルスを射出する面には、反射防止膜が設けられていてもよい。
【００１２】
このような短光パルス発生装置では、群速度分散媒質の光パルスが入射する面および群速度分散媒質の光パルスを射出する面における光パルスの反射率を低くすることができる。
【００１３】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記反射ミラーに対する前記光パルスの入射角度を変える可変機構を含んでいてもよい。
【００１４】
このような短光パルス発生装置では、光パルスの２つの反射ミラーにおける反射回数を変えることができる。その結果、このような短光パルス発生装置では、群速度分散部の群速度分散値を変えることができる。これにより、短光パルス発生装置で発生する光パルスのパルス幅を変えることができる。
【００１５】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記群速度分散媒質に入射する前記光パルスを平行光に変換するコリメートレンズを含んでいてもよい。
【００１６】
このような短光パルス発生装置では、群速度分散媒質に入射する光パルスが発散することを抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記群速度分散媒質は、ガラス基板であってもよい。
【００１８】
このような短光パルス発生装置では、低コスト化を図ることができる。さらに、ガラス基板は、光パルス生成部で生成した光パルスを、極度に吸収しない。そのため、このような短光パルス発生装置では、群速度分散媒質において光パルスの強度が低下することを抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
を含む。
【００２０】
このようなテラヘルツ波発生装置では、パルス幅の小さい光パルスを発生することができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２１】
本発明に係るカメラは、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、
を含む。
【００２２】
このようなカメラでは、パルス幅の小さい光パルスを発生することができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２３】
本発明に係るイメージング装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、
を含む。
【００２４】
このようなイメージング装置は、パルス幅の小さい光パルスを発生することができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２５】
本発明に係る計測装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、
を含む。
【００２６】
このような計測装置は、パルス幅の小さい光パルスを発生することができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る短光パルス発生装置の機能ブロック図。
【図２】本実施形態に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図３】本実施形態に係る短光パルス発生装置の光パルス生成部の発光素子および周波数チャープ部の光導波路を模式的に示す斜視図。
【図４】本実施形態に係る短光パルス発生装置の光パルス生成部の発光素子および周波数チャープ部の光導波路を模式的に示す断面図。
【図５】光パルス生成部で生成される光パルスの一例を示すグラフ。
【図６】周波数チャープ部のチャープ特性の一例を示すグラフ。
【図７】群速度分散部で生成した光パルスの一例を示すグラフ。
【図８】本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図９】反射ミラーに対する光パルスの入射角度と、群速度分散値と、の関係を説明するためのモデルを模式的に示す図。
【図１０】反射ミラーに対する光パルスの入射角度と、群速度分散値と、の関係を示すグラフ。
【図１１】本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図１２】本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置の構成を示す図。
【図１３】本実施形態に係るイメージング装置を示すブロック図。
【図１４】本実施形態に係るイメージング装置のテラヘルツ波検出部を模式的に示す平面図。
【図１５】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図１６】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図。
【図１７】本実施形態に係る計測装置を示すブロック図。
【図１８】本実施形態に係るカメラを示すブロック図。
【図１９】本実施形態に係るカメラを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２９】
１．  短光パルス発生装置
まず、本実施形態に係る短光パルス発生装置１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る短光パルス発生装置１００の機能ブロック図である。
【００３０】
短光パルス発生装置１００は、図１に示すように、光パルス生成部２と、周波数チャープ部４と、群速度分散部６と、を含む。
【００３１】
光パルス生成部２は、光パルスを生成する。ここで、光パルスとは、短時間に急峻に強度が変化する光をいう。光パルス生成部２が生成する光パルスのパルス幅（半値全幅ＦＷＨＭ）は特に限定されないが、例えば１ｐｓ（ピコ秒）以上１００ｐｓ以下である。光パルス生成部２は、例えば、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などである。
【００３２】
周波数チャープ部４は、光パルス生成部２で生成した光パルスの周波数をチャープさせる。ここで、光パルスの周波数をチャープさせるとは、光パルスの周波数を時間的に変化させることをいう。周波数チャープ部４は、例えば半導体材料で構成されており、量子井戸構造を有している。周波数チャープ部４は、例えば、量子井戸構造を有している層を含む光導波路である。この光導波路を光パルスが伝搬すると、光カー効果により光導波路材料の屈折率が変化し、電界の位相が変化する（自己位相変調効果）。この自己位相変調効果により、光パルスの周波数がチャープする。
【００３３】
周波数チャープ部４は、半導体材料で構成されているため、１ｐｓから１００ｐｓ程度のパルス幅を持つ光パルスに対して応答速度が遅い。そのため、周波数チャープ部４では、光パルスの周波数を、当該光パルスの強度（電界振幅の２乗）に比例してチャープ（アップチャープやダウンチャープ）させる。ここで、アップチャープとは、光パルスの周波数が時間とともに増加する場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの周波数が時間と
ともに減少する場合をいう。言い換えると、アップチャープとは、光パルスの波長が時間とともに短くなる場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの波長が時間とともに長くなる場合をいう。
【００３４】
群速度分散部６は、周波数チャープ部４にて周波数がチャープした光パルスに波長（周波数）に応じた群速度差を生じさせる。具体的には、群速度分散部６は、周波数がチャープした光パルスに対して、光パルスのパルス幅が小さくなるような群速度差を生じさせることができる（パルス圧縮）。例えば、群速度分散部６では、ダウンチャープした光パルスに、正の群速度分散を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。この場合、群速度分散部６は、正常分散媒質である。このように群速度分散部６では、群速度分散に基づくパルス圧縮を行う。なお、群速度分散とは、光パルスの伝搬速度が波長によって異なることで、周波数に依存して群速度が変化する現象をいう。また、正の群速度分散とは、波長が長くなるにしたがって、群速度が速くなる現象をいう。言い換えると、正の群速度分散とは、周波数が低くなるにしたがって、群速度が速くなる現象をいう。群速度分散部６で圧縮された光パルスのパルス幅は、特に限定されないが、例えば、１ｆｓ（フェムト秒）以上８００ｆｓ以下である。
【００３５】
次に、短光パルス発生装置１００の具体的な構造について、図面を参照しながら説明する。図２は、短光パルス発生装置１００を模式的に示す図である。
【００３６】
光パルス生成部２は、図２に示すように、発光素子２０を含む。周波数チャープ部４は、光導波路４０を含む。群速度分散部６は、群速度分散媒質６０と、反射ミラー６２ａ，６２ｂと、反射防止膜６４ａ，６４ｂと、を含む。さらに、短光パルス発生装置１００は、コリメートレンズ８を含む。
【００３７】
まず、光パルス生成部２を構成する発光素子２０、および周波数チャープ部４を構成する光導波路４０について説明する。図３は、光パルス生成部２を構成する発光素子２０と、周波数チャープ部４を構成する光導波路４０と、を模式的に示す斜視図である。図４は、発光素子２０と光導波路４０とを模式的に示す断面図である。なお、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００３８】
発光素子２０と光導波路４０とは、図３および図４に示すように、一体に設けられている。すなわち、発光素子２０と光導波路４０とは同一基板２０２上に設けられている。
【００３９】
発光素子２０は、基板２０２と、バッファー層２０４と、第１クラッド層２０６と、コア層２０８と、第２クラッド層２１０と、キャップ層２１２と、絶縁層２２０と、第１電極２３０と、第２電極２３２と、を含んで構成されている。ここでは、発光素子２０がＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザーである例について説明する。
【００４０】
光導波路４０は、第１クラッド層２０６と、コア層２０８と、第２クラッド層２１０と、を含んで構成されている。
【００４１】
基板２０２は、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板である。基板２０２は、発光素子２０が形成される第１領域２０２ａと、光導波路４０が形成される第２領域２０２ｂと、を有している。
【００４２】
バッファー層２０４は、基板２０２上に設けられている。バッファー層２０４は、例えば、ｎ型のＧａＡｓ層である。バッファー層２０４は、その上方に形成される層の結晶性を向上させることができる。
【００４３】
第１クラッド層２０６は、バッファー層２０４上に設けられている。第１クラッド層２０６は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層である。
【００４４】
コア層２０８は、第１ガイド層２０８ａと、ＭＱＷ層２０８ｂと、第２ガイド層２０８ｃと、を有している。
【００４５】
第１ガイド層２０８ａは、第１クラッド層２０６上に設けられている。第１ガイド層２０８ａは、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓ層である。
【００４６】
ＭＱＷ層２０８ｂは、第１ガイド層２０８ａ上に設けられている。ＭＱＷ層２０８ｂは、例えば、ＧａＡｓウェル層と、ＡｌＧａＡｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸構造を有している。ここで、量子井戸構造とは、半導体発光装置分野における一般的な量子井戸構造を指し、異なるバンドギャップを持つ２種以上の材料を用いて、バンドギャップの小さい材料の薄膜（ｎｍオーダー）を、バンドギャップの大きい材料の薄膜でサンドイッチにした構造である。図示の例では、ＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数（ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層の積層数）は、第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂの上方において、同じである。すなわち、発光素子２０および光導波路４０において、ＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数は同じである。
【００４７】
なお、第１領域２０２ａの上方におけるＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数と、第２領域２０２ｂの上方におけるＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数とが、異なっていてもよい。すなわち、発光素子２０を構成するＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数と、光導波路４０を構成するＭＱＷ層２０８ｂの量子井戸数とは、異なっていてもよい。
【００４８】
第２ガイド層２０８ｃは、ＭＱＷ層２０８ｂ上に設けられている。第２ガイド層２０８ｃは、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓ層である。第２ガイド層２０８ｃには、ＤＦＢ型の共振器を構成する周期構造が設けられている。周期構造は、第１領域２０２ａの上方に設けられている。周期構造は、屈折率の異なる２つの層２０８ｃ，２１０によって構成されている。
【００４９】
第１ガイド層２０８ａ、ＭＱＷ層２０８ｂ、および第２ガイド層２０８ｃにより、ＭＱＷ層２０８ｂに生じる光を伝播するコア層２０８を構成することができる。第１ガイド層２０８ａおよび第２ガイド層２０８ｃは、注入キャリア（電子および正孔）をＭＱＷ層２０８ｂに閉じ込めると同時に、コア層２０８に光を閉じこめる層である。
【００５０】
第２クラッド層２１０は、コア層２０８上に設けられている。第２クラッド層２１０は、例えば、第２導電型（例えばｐ型）のＡｌＧａＡｓ層である。図示の例では、第１クラッド層２０６、コア層２０８、および第２クラッド層２１０によって、光導波路２１８，４０が形成されている。
【００５１】
発光素子２０では、例えば、ｐ型の第２クラッド層２１０、不純物がドーピングされていないコア層２０８、およびｎ型の第１クラッド層２０６により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層２０６および第２クラッド層２１０の各々は、コア層２０８よりもバンドギャップが大きく、屈折率が小さい層である。コア層２０８は、光を発生させ、かつ光を増幅しつつ導波させる機能を有する。第１クラッド層２０６および第２クラッド層２１０は、コア層２０８を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能（光の漏れを抑制する機能）を有する。
【００５２】
発光素子２０では、第１電極２３０と第２電極２３２との間に、ｐｉｎダイオードの順
バイアス電圧を印加すると、コア層２０８（ＭＱＷ層２０８ｂ）において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、光導波路（利得領域）２１８内で光の強度が増幅される。
【００５３】
キャップ層２１２は、第２クラッド層２１０上に設けられている。キャップ層２１２は、第２電極２３２とオーミックコンタクトすることができる。キャップ層２１２は、例えば、ｐ型のＧａＡｓ層である。
【００５４】
キャップ層２１２と、第２クラッド層２１０の一部とは、柱状部２６０を構成している。例えば、発光素子２０では、柱状部２６０の各層の積層方向から見た平面形状によって、電極２３０，２３２間の電流経路が決定される。
【００５５】
絶縁層２２０は、図３に示すように、第２クラッド層２１０上であって、柱状部２６０の側方に設けられている。さらに、絶縁層２２０は、基板２０２の第２領域２０２ｂの上方のキャップ層２１２上に設けられている。絶縁層２２０は、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ２層、ＳｉＯＮ層、Ａｌ２Ｏ３層、ポリイミド層などである。
【００５６】
絶縁層２２０として上記の材料を用いた場合、電極２３０，２３２間の電流は、絶縁層２２０を避けて、該絶縁層２２０に挟まれた柱状部２６０を流れることができる。また、絶縁層２２０は、第２クラッド層２１０の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁層２２０を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁層２２０を形成しない部分、すなわち、柱状部２６０が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向において、光導波路２１８，４０内に効率良く光を閉じ込めることができる。なお、図示はしないが、絶縁層２２０として上記の材料を用いず、空気層としてもよい。この場合、空気層が絶縁層２２０として機能することができる。
【００５７】
第１電極２３０は、基板２０２の下の全面に設けられている。第１電極２３０は、該第１電極２３０とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板２０２）と接している。第１電極２３０は、基板２０２を介して、第１クラッド層２０６と電気的に接続されている。第１電極２３０は、発光素子２０を駆動するための一方の電極である。第１電極２３０としては、例えば、基板２０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第１電極２３０は、基板２０２の第１領域２０２ａの下方にのみ設けられていてもよい。
【００５８】
第２電極２３２は、キャップ層２１２の上面であって、第１領域２０２ａの上方に設けられている。さらに、第２電極２３２は、絶縁層２２０上に設けられていてもよい。第２電極２３２は、キャップ層２１２を介して、第２クラッド層２１０と電気的に接続されている。第２電極２３２は、発光素子２０を駆動するための他方の電極である。第２電極２３２としては、例えば、キャップ層２１２側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、図示の例では、第１電極２３０が基板２０２の下面側に設けられ、第２電極２３２が基板２０２の上面側に設けられている両面電極構造であるが、第１電極２３０と第２電極２３２とが基板２０２の同じ面側（例えば上面側）に設けられている片面電極構造であってもよい。
【００５９】
バッファー層２０４、第１クラッド層２０６、コア層２０８、第２クラッド層２１０、キャップ層２１２は、基板２０２の第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂにわたって設けられている。すなわち、これらの層２０４，２０６，２０８，２１０、２１２は、発光素子２０および光導波路４０に共通の層であり、連続している層である。第１領域２０２ａおよび第２領域２０２ｂにおいて連続している第１クラッド層２０６、コア層２０８
、第２クラッド層２１０が、光導波路２１８および光導波路４０を構成している。光導波路２１８は、第１領域２０２ａの上方に設けられており、光導波路４０は、第２領域２０２ｂの上方に設けられている。
【００６０】
以上、発光素子２０および光導波路４０の一例として、ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いる場合について説明したが、これに限定されず、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＺｎＣｄＳｅ系などのその他の半導体材料を用いてもよい。
【００６１】
また、発光素子２０がＤＦＢレーザーである例について説明したが、これに限定されず、例えばＤＢＲレーザーやモード同期レーザー等の半導体レーザーであってもよい。また、発光素子２０は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であってもよい。
【００６２】
また、図示はしないが、光導波路４０に逆バイアスを印加するための電極を設けてもよい。これにより、光導波路４０の吸収特性を制御することができ、周波数のチャープ量を調整することができる。
【００６３】
また、ここでは、発光素子２０と光導波路４０が同一基板に設けられる場合について説明したが、発光素子２０と光導波路４０とは、それぞれ別の基板に設けられてもよい。
【００６４】
光パルス生成部２は、図２に示すように、さらに駆動回路２２を含む。駆動回路２２は、発光素子２０を直接変調で駆動する。ここで、直接変調とは、発光素子２０において光パルスを生成させるための駆動電流に、変調信号を用いることをいう。光パルス生成部２では、発光素子２０が駆動回路２２によって駆動されることにより、光パルスが生成される。
【００６５】
次に、群速度分散部６を構成する群速度分散媒質６０、反射ミラー６２ａ，６２ｂ、および反射防止膜６４ａ，６４ｂについて、図２を参照しながら説明する。
【００６６】
群速度分散媒質６０には、周波数チャープ部４においてチャープした光パルスが入射する。群速度分散媒質６０は、例えば、ガラス基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、プラスチック基板、サファイア基板である。そのため、群速度分散媒質６０は、正の群速度分散特性を有する。したがって、群速度分散媒質６０では、ダウンチャープした光パルスに、正の群速度分散を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。群速度分散媒質６０の材質は、光パルスの吸収が少ない材質であることが望ましい。
【００６７】
群速度分散媒質６０は、図示の例では、第１面６１ａと、第１面６１ａとは反対側の第２面６１ｂと、を有している。第１面６１ａおよび第２面６１ｂは、群速度分散媒質６０において、光パルスが入射し、かつ光パルスを射出する面である。群速度分散媒質６０の厚さ（第１面６１ａと第２面６１ｂとの間の距離）は、例えば、１００μｍ以上２０ｍｍ以下である。
【００６８】
反射ミラー６２ａ，６２ｂは、群速度分散媒質６０を挟んで設けられている。第１反射ミラー６２ａは、群速度分散媒質６０の第１面６１ａに対向して設けられている。第１反射ミラー６２ａと第１面６１ａとの間には、空隙が設けられている。第２反射ミラー６２ｂは、群速度分散媒質６０の第２面６１ｂに対向して設けられている。第２反射ミラー６２ｂと第２面６１ｂとの間には、空隙が設けられている。２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂは、群速度分散媒質６０を挟んで互いに向き合うように配置されている。すなわち、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂは、群速度分散媒質６０を挟んで対向している。２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂは、図示の例では、平行に配置されている。光パルスは、反射ミ
ラー６２ａ，６２ｂに対して、斜め入射する。
【００６９】
反射ミラー６２ａ，６２ｂは、例えば、表面が鏡面である金属板である。反射ミラー６２ａ，６２ｂとしては、例えば、金属ミラー、誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。
【００７０】
群速度分散媒質６０に入射した光パルスは、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂによって複数回反射されて群速度分散媒質６０中を進行する。図示の例では、群速度分散媒質６０の第２面６１ｂに入射した光パルスは、群速度分散媒質６０中を伝搬し第１面６１ａから外部に射出される。第１面６１ａから外部に射出された光パルスは、第１反射ミラー６２ａで反射され、再び、第１面６１ａに入射する。そして、第１面６１ａに入射した光パルスは、群速度分散媒質６０中を伝搬し第２面６１ｂから外部に射出される。第２面６１ｂから外部に射出された光パルスは、第２反射ミラー６２ｂで反射され、再び、第２面６１ｂに入射する。これを繰り返すことによって、光パルスは群速度分散媒質６０中を進行する。なお、反射ミラー６２ａ，６２ｂにおける光パルスの反射回数は、特に限定されない。
【００７１】
ここで、光パルスが群速度分散媒質６０中を進行するとは、光パルスが常に群速度分散媒質６０中を進行する場合（図１１参照）と、図２に示すように光パルスが群速度分散媒質６０から外部（大気）に射出された後、再度、外部から群速度分散媒質６０に入射することを繰り返しながら進行する場合と、を含む。
【００７２】
群速度分散部６は、光パルスが群速度分散媒質６０中を通過する距離に応じた群速度分散値を得ることができる。すなわち、群速度分散部６では、光パルスが群速度分散媒質６０中を通過する距離が長いほど、光パルスに大きな群速度差を生じさせることができる。したがって、群速度分散部６では、光パルスが２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂで反射される回数を増やすことによって、光パルスに大きな群速度差を生じさせることができる。
【００７３】
なお、ここでは、群速度分散部６が２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂを有している場合について説明したが、反射ミラーの数は２つ以上であれば特に限定されない。例えば、群速度分散媒質６０の第１面６１ａおよび第２面６１ｂに対向する反射ミラーに加えて、群速度分散媒質６０のその他の面（例えば、第１面６１ａと第２面６１ｂとを接続する面、群速度分散媒質６０の側面）に対向する反射ミラーを設けてもよい。また、例えば、群速度分散媒質６０のすべての面（光パルスが入射する領域、光パルスを射出する領域を除く）に反射ミラーを設けてもよい。
【００７４】
第１反射防止膜６４ａは、群速度分散媒質６０の第１面６１ａに設けられている。第１反射防止膜６４ａは、例えば、ＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＮ層、ＴｉＯ２層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜である。第１反射防止膜６４ａは、第１面６１ａにおける光パルスの反射率を低くすることができる。
【００７５】
第２反射防止膜６４ｂは、群速度分散媒質６０の第２面６１ｂに設けられている。第２反射防止膜６４ｂは、例えば、ＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＮ層、ＴｉＯ２層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜である。第２反射防止膜６４ｂは、第２面６１ｂにおける光パルスの反射率を低くすることができる。
【００７６】
コリメートレンズ８は、光導波路４０と群速度分散媒質６０との間の光パルスの光路上に設けられている。コリメートレンズ８の材質は、例えば、光学ガラスである。コリメートレンズ８は、光導波路４０から射出されて群速度分散媒質６０に入射する光パルスを平行光に変換することができる。
【００７７】
次に、短光パルス発生装置１００の動作について説明する。図５は、光パルス生成部２で生成した光パルスＰ１の一例を示すグラフである。図５に示すグラフの横軸ｔは、時間であり、縦軸Ｉは光強度である。図６は、周波数チャープ部４のチャープ特性の一例を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸ｔは時間であり、縦軸Δωはチャープ量（周波数の変化量）である。なお、図６では、光パルスＰ１を一点鎖線で示し、光パルスＰ１に対応するチャープ量Δωを実線で示している。図７は、群速度分散部６で生成された光パルスＰ３の一例を示すグラフである。図７に示すグラフの横軸ｔは時間であり、縦軸Ｉは光強度である。
【００７８】
光パルス生成部２は、例えば、図５に示す光パルスＰ１を生成する。光パルス生成部２では、図２および図３に示す第１電極２３０と第２電極２３２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧が印加されることにより、光パルスＰ１が生成される。光パルスＰ１は、図示の例では、ガウス波形である。光パルスＰ１のパルス幅（半値全幅ＦＷＨＭ）ｔは、図示の例では、１０ｐｓ（ピコ秒）である。光パルスＰ１は、光導波路２１８を伝搬し、周波数チャープ部４（光導波路４０）に入射する。
【００７９】
周波数チャープ部４は、光強度に比例したチャープ特性を有する。下記式（１）は、周波数チャープの効果を示す式である。
【００８０】
【数１】
2015118244.tif 000003
【００８１】
なお、Δωはチャープ量（周波数の変化量）、ｃは光速、τｒは非線形屈折率効果の応答時間、ｎ２は非線形屈折率、ｌは導波路長、ω０は光パルスの中心周波数、Ｅは電界の振幅である。
【００８２】
周波数チャープ部４は、光導波路４０を伝搬する光パルスＰ１に対して、式（１）に示す周波数チャープを付与する。具体的には、図６に示すように、周波数チャープ部４は、光パルスＰ１の前部では周波数を時間とともに減少させ、光パルスＰ１の後部では周波数を時間とともに増加させる。すなわち、周波数チャープ部４は、光パルスＰ１の前部をダウンチャープさせ、光パルスＰ１の後部をアップチャープさせる。
【００８３】
したがって、光パルス生成部２で生成された光パルスＰ１は、周波数チャープ部４を通過することで、前部がダウンチャープし、後部がアップチャープした光パルス（以下「光パルスＰ２」という）となる。チャープした光パルスＰ２（図示せず）は、コリメートレンズ８によって平行光に変換され、群速度分散部６（群速度分散媒質６０）に入射する。
【００８４】
群速度分散部６は、周波数チャープ部４にてチャープした光パルスＰ２に、波長に応じた群速度差を生じさせる。具体的には、群速度分散媒質６０に入射した光パルスＰ２は、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂによって複数回反射されて群速度分散媒質６０中を進行する。このとき、群速度分散媒質６０は、群速度分散媒質６０中を進行する光パルスＰ２に正の群速度分散を生じさせる。これにより、ダウンチャープした光パルスＰ２の前部が圧縮され、図７に示す光パルスＰ３が生成される。群速度分散部６にて圧縮された光パルスＰ３は、群速度分散媒質６０から射出される。
【００８５】
短光パルス発生装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８６】
短光パルス発生装置１００では、光パルスを生成する光パルス生成部２と、光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部４と、周波数チャープ部４にてチャープした光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部６と、を含む。したがって、短光パルス発生装置１００では、例えば周波数チャープ部４を有さない場合に比べて、光パルスのチャープ量を大きくすることができ、群速度分散部６において、十分にパルス幅を圧縮することができる。よって、短光パルス発生装置１００は、パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる。
【００８７】
さらに、短光パルス発生装置１００では、周波数チャープ部４が量子井戸構造（ＭＱＷ層２０８ｂ）を有していることにより、装置の小型化を図ることができる。以下、その理由について説明する。
【００８８】
上記した式（１）に示されるように、チャープ量Δωは、非線形屈折率ｎ２に比例する。すなわち、非線形屈折率が大きいほど、単位長さあたりのチャープ量が大きくなる。ここで、一般的な石英ファイバー（ＳｉＯ２ガラス）の非線形屈折率ｎ２は、１０−２０ｍ２／Ｗ程度である。これに対し、量子井戸構造を有する半導体材料の非線形屈折率ｎ２は、１０−１０〜１０−８ｍ２／Ｗ程度である。このように、量子井戸構造を有する半導体材料は、石英ファイバーと比べて極めて大きな非線形屈折率ｎ２を有している。そのため、周波数チャープ部４として、量子井戸構造を有する半導体材料を用いることにより、石英ファイバーを用いた場合と比べて、単位長さあたりのチャープ量を大きくすることができ、周波数をチャープさせるための光導波路の長さを短くすることができる。したがって、周波数チャープ部４を小型化することができ、装置の小型化を図ることができる。
【００８９】
短光パルス発生装置１００では、群速度分散部６は、周波数チャープ部４にてチャープした光パルスが入射する群速度分散媒質６０と、群速度分散媒質６０を挟んで設けられる２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂと、を含み、群速度分散媒質６０に入射した光パルスは、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂによって複数回反射されて群速度分散媒質６０中を進行する。これにより、例えば群速度分散部が反射ミラー６２ａ，６２ｂを有さない場合、すなわち光パルスを反射ミラー６２ａ，６２ｂを用いずに群速度分散媒質６０中を進行させた場合に比べて、群速度分散部６を小型化することができる。また、例えば群速度分散媒質６０として、単位長さあたりの群速度分散値が小さい材料を用いた場合でも、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂにおける反射回数を増やすことにより、群速度分散部６の群速度分散値を大きくすることができる。また、短光パルス発生装置１００では、群速度分散部６を簡易な構成で実現することができる。
【００９０】
短光パルス発生装置１００では、群速度分散媒質６０は、ガラス基板である。したがって、装置の低コスト化を図ることができる。さらに、ガラス基板は、光パルス生成部２で生成した光パルスを、極度に吸収しない。そのため、短光パルス発生装置１００では、群速度分散媒質６０において、光パルスの強度が低下することを抑制することができる。
【００９１】
短光パルス発生装置１００では、群速度分散媒質６０の光パルスＰ２が入射する面および群速度分散媒質６０の光パルスＰ２が射出する面には、反射防止膜６４ａ，６４ｂが設けられている。これにより、群速度分散媒質６０の光パルスＰ２が入射する面および群速度分散媒質６０の光パルスＰ２が射出する面における光パルスの反射率を低くすることができる。
【００９２】
短光パルス発生装置１００では、群速度分散部６に入射する光パルスを平行光に変換するコリメートレンズ８を含む。そのため、短光パルス発生装置１００では、群速度分散媒質６０に入射する光パルスが発散することを抑制することができる。
【００９３】
２．  変形例
２．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置２００を模式的に示す図であって、図２に対応している。
【００９４】
以下、本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置２００において、本実施形態に係る短光パルス発生装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置についても同様である。
【００９５】
短光パルス発生装置２００は、図８に示すように、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスＰ２の入射角度を変える可変機構９を含む点において、上述した短光パルス発生装置１００と異なる。
【００９６】
可変機構９は、例えば、発光素子２０および光導波路４０が載置されるステージ９０と、ステージ９０を駆動（回転）させるための駆動回路（図示せず）と、を有している。ステージ９０は、駆動回路からの信号に基づいて回転可能である。ステージ９０が回転することによって、発光素子２０および光導波路４０を回転させることができ、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度を変えることができる。
【００９７】
なお、可変機構９は、発光素子２０および光導波路４０を回転させる形態に限定されず、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂを回転させることによって、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度を変える形態であってもよい。また、可変機構９は、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに入射する光パルスの進行方向を変えるミラー等の光学素子（図示せず）を回転させることによって、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度を変える形態であってもよい。
【００９８】
短光パルス発生装置２００の動作は、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度を変えることができる点を除いて、上述した短光パルス発生装置１００の動作と同様であり、その説明を省略する。
【００９９】
短光パルス発生装置２００では、上記のように、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度を変える可変機構９を含む。これにより、短光パルス発生装置２００では、光パルスの２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂにおける反射回数を変えることができる。その結果、短光パルス発生装置２００では、群速度分散部６の群速度分散値を変えることができ、短光パルス発生装置２００で発生する光パルスのパルス幅を変えることができる。
【０１００】
以下、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度と、群速度分散部６の群速度分散値と、の関係について説明する。図９は、２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂに対する光パルスの入射角度と、群速度分散部６の群速度分散値と、の関係を説明するためのモデルＭを模式的に示す図である。
【０１０１】
モデルＭでは、図９に示すように、光パルスが群速度分散媒質６０に入射する入射角をθ１とする。群速度分散媒質６０の第２面６１ｂにおける光パルスの屈折角をθ２とする。光パルスが群速度分散媒質６０に入射する前の媒質（例えば空気）の屈折率をｎ１とする。群速度分散媒質６０の屈折率をｎ２とする。群速度分散媒質６０の長さ（反射ミラー６２ａ，６２ｂの長さ）をＸとする。群速度分散媒質６０の厚さをｄとする。光パルスが２つの反射ミラー６２ａ，６２ｂ間を反射しながら群速度分散媒質６０中を進行するとき
、光パルスが、一方の反射ミラー６２ａから、他方の反射ミラー６２ｂまで、進行する際の移動距離をＬとする。
【０１０２】
図９に示したモデルＭにおいて、所望の群速度分散値を得るために必要な反射回数を算出する。まず、スネルの法則により、下記式（２）が成り立つ。
【０１０３】
【数２】
2015118244.tif 000004
【０１０４】
距離Ｌは、式（２）を用いると、下記式（３）のように表される。
【０１０５】
【数３】
2015118244.tif 000005
【０１０６】
群速度分散媒質６０の単位長さ当たりの群速度分散値をｐ、所望の群速度分散値をｑとすると、所望の群速度分散値ｑを得るために必要な距離は、ｑ／ｐとなる。よって、必要な反射回数ＲＴｇは、下記式（４）のように表される。
【０１０７】
【数４】
2015118244.tif 000006
【０１０８】
このときの群速度分散媒質６０の長さＸは、下記式（５）のように表される。
【０１０９】
【数５】
2015118244.tif 000007
【０１１０】
式（５）を変形すると、群速度分散部６で得られる群速度分散値ｑは、下記式（６）のように表される。
【０１１１】
【数６】
2015118244.tif 000008
【０１１２】
式（６）からわかるように、群速度分散媒質６０の厚さｄを、群速度分散部６の群速度分散値ｑに影響しないパラメーターとすることができる。したがって、反射ミラー６２ａ，６２ｂにおける反射損失が無視できるような場合には、群速度分散媒質６０の厚さｄを小さくすることができ、短光パルス発生装置１００の小型化が可能となる。反射損失が無
視できない場合には、群速度分散媒質６０の厚さｄを大きくして、反射ミラー６２ａ，６２ｂにおける反射回数を減らすことができる。
【０１１３】
ここで、群速度分散媒質６０に入射する光パルスの波長を８５０ｎｍ、入射角度θ１を０．１°、光パルスが群速度分散媒質６０に入射する前の媒質を空気（ｎ１＝１）、群速度分散媒質６０の材質をガラス（ＢＫ７）、群速度分散媒質６０の厚さｄを１０ｍｍとする。群速度分散媒質６０の屈折率ｎ２は、波長８５０ｎｍの光に対して、１．５１となる。群速度分散媒質６０の１ｍｍ当たりの群速度分散値は、波長８５０ｎｍの光に対して、４．７×１０−２９ｓ２／ｍｍとなる。所望の群速度分散値ｑを１×１０−２４ｓ２とすると、式（４）より反射回数ＲＴｇ≒２１２７となる。また、式（５）より群速度分散媒質６０の長さＸ≒２．５ｃｍとなる。
【０１１４】
上記のように、群速度分散媒質６０の長さＸを２．５ｃｍ、ｎ１を１、ｎ２を１．５１とした場合において、入射角度θ１を変化させたとき、入射角度θ１と群速度分散値ｑとの関係は、式（６）より、図１０に示すグラフのようになる。図１０に示すグラフより、入射角度θ１を変化させることで、群速度分散部６の群速度分散値をおよそ１．７７×１０−２７ｓ２以上１×１０−２４ｓ２以下の範囲で可変できることがわかる。
【０１１５】
なお、図２に示す短光パルス発生装置２００では、群速度分散媒質６０と反射ミラー６２ａ，６２ｂとの間には、反射防止膜６４ａ，６４ｂおよび空隙が設けられているが、これらを光パルスが通過する距離は無視できるものとする。
【０１１６】
２．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置について図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置３００を模式的に示す図であって、図２に対応している。
【０１１７】
第２変形例に係る短光パルス発生装置３００では、図１１に示すように、第１反射ミラー６２ａが群速度分散媒質６０の第１面６１ａ上に設けられ、第２反射ミラー６２ｂが群速度分散媒質６０の第２面６１ｂ上に設けられている点において、上述した短光パルス発生装置１００と異なる。
【０１１８】
反射ミラー６２ａ，６２ｂは、例えば、金属膜である。反射ミラー６２ａ，６２ｂは、誘電体多層膜ミラーであってもよい。反射ミラー６２ａ，６２ｂは、例えば、群速度分散媒質６０上にスパッタ法やＣＶＤ法で成膜することで形成される。群速度分散媒質６０の第２面６１ｂにおいて、光パルスＰ２が入射する領域、および光パルスＰ３が射出される領域には、反射ミラー６２ａ，６２ｂが設けられずに、反射防止膜６４ａが設けられている。
【０１１９】
短光パルス発生装置３００の動作は、上述した短光パルス発生装置１００の動作と同様であり、その説明を省略する。
【０１２０】
短光パルス発生装置３００では、上述した短光パルス発生装置１００と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２１】
３．  テラヘルツ発生装置
次に、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置１０００について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置１０００の構成を示す図である。
【０１２２】
テラヘルツ波発生装置１０００は、図１２に示すように、本発明に係る短光パルス発生装置と、光伝導アンテナ１０１０と、を含む。ここでは、本発明に係る短光パルス発生装置として、短光パルス発生装置１００を用いた場合について説明する。
【０１２３】
短光パルス発生装置１００は、励起光である短光パルス（例えば図７に示す光パルスＰ３）を発生させる。短光パルス発生装置１００が発生させる短光パルスのパルス幅は、例えば、１ｆｓ以上８００ｆｓ以下である。
【０１２４】
光伝導アンテナ１０１０は、短光パルス発生装置１００で発生した短光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生する。なお、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の電磁波をいう。
【０１２５】
光伝導アンテナ１０１０は、図示の例では、ダイポール形状光伝導アンテナ（ＰＣＡ）である。光伝導アンテナ１０１０は、半導体基板である基板１０１２と、基板１０１２上に設けられ、ギャップ１０１６を介して対向配置された１対の電極１０１４と、を有している。この電極１０１４間に、光パルスが照射されると、光伝導アンテナ１０１０は、テラヘルツ波を発生させる。
【０１２６】
基板１０１２は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板と、ＳＩ−ＧａＡｓ基板上に設けられている低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）層と、を有している。電極１０１４の材質は、例えば、Ａｕである。１対の電極１０１４間の距離は、特に限定されず、条件に応じて適宜設定される。１対の電極１０１４間の距離は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【０１２７】
テラヘルツ波発生装置１０００では、まず、短光パルス発生装置１００が、短光パルスを発生させ、光伝導アンテナ１０１０のギャップ１０１６に向けて射出する。短光パルス発生装置１００から射出された短光パルスは、光伝導アンテナ１０１０のギャップ１０１６を照射する。光伝導アンテナ１０１０では、ギャップ１０１６に短光パルスが照射されることにより、自由電子が励起される。そして、この自由電子を電極１０１４間に電圧を印加することによって加速させる。これにより、テラヘルツ波が発生する。
【０１２８】
４．  イメージング装置
次に、本実施形態に係るイメージング装置１１００について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態に係るイメージング装置１１００を示すブロック図である。図１４は、本実施形態に係るイメージング装置１１００のテラヘルツ波検出部１１２０を模式的に示す平面図である。図１５は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。図１６は、対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。
【０１２９】
イメージング装置１１００は、図１３に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出し、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏの画像、すなわち、画像データを生成する画像形成部１１３０とを備えている。
【０１３０】
テラヘルツ波発生部１１１０としては、本発明に係るテラヘルツ波発生装置を用いることができる。ここでは、本発明に係るテラヘルツ波発生装置として、テラヘルツ波発生装置１０００を用いた場合について説明する。
【０１３１】
テラヘルツ波検出部１１２０としては、図１４に示すように、目的の波長のテラヘルツ
波を通過させるフィルター８０と、フィルター８０を通過した前記目的の波長のテラヘルツ波を検出する検出部８４とを備えたものを用いる。また、検出部８４としては、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー（強度）を検出し得るものを用いる。このような検出部としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。なお、テラヘルツ波検出部１１２０の構成は、前記の構成に限定されない。
【０１３２】
また、フィルター８０は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）８２を有している。すなわち、各画素８２は、行列状に配置されている。
【０１３３】
また、各画素８２は、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）が互いに異なる複数の領域を有している。なお、図示の構成では、各画素８２は、第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４を有している。
【０１３４】
また、検出部８４は、フィルター８０の各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３および第４の領域８２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部８４１、第２の単位検出部８４２、第３の単位検出部８４３および第４の単位検出部８４４を有している。各第１の単位検出部８４１、各第２の単位検出部８４２、各第３の単位検出部８４３、および各第４の単位検出部８４４は、それぞれ、各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素８２のそれぞれにおいて、４つの目的の波長のテラヘルツ波をそれぞれ確実に検出することができる。
【０１３５】
次に、イメージング装置１１００の使用例について説明する。
【０１３６】
まず、分光イメージングの対象となる対象物Ｏが、３つの物質Ａ、ＢおよびＣで構成されているとする。イメージング装置１１００は、この対象物Ｏの分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出部１１２０は、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出することとする。
【０１３７】
また、テラヘルツ波検出部１１２０のフィルター８０の各画素８２においては、第１の領域８２１および第２の領域８２２を使用する。第１の領域８２１の通過波長をλ１、第２の領域８２２の通過波長をλ２とし、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、第１の領域８２１の通過波長λ１および第２の領域８２２の通過波長λ２が設定されている。
【０１３８】
図１５に示すように、物質Ａにおいては、対象物Ｏで反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と波長λ１の成分の強度α１との差分（α２−α１）は、正値となる。また、物質Ｂにおいては、強度α２と強度α１との差分（α２−α１）は、零となる。また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１との差分（α２−α１）は、負値となる。
【０１３９】
イメージング装置１１００により、対象物Ｏの分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０で、α１およびα２として検出する。この検出結果は、画像形成部１１３０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射したテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【０１４０】
画像形成部１１３０においては、前記検出結果に基づいて、フィルター８０の第２の領域８２２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、第１の領域８２１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度α１との差分（α２−α１）を求める。そして、対象物Ｏのうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、前記差分が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
【０１４１】
また、画像形成部１１３０では、図１６に示すように、対象物Ｏの物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像形成部１１３０から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物Ｏの物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物Ｏの物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１１００では、以上のように、対象物Ｏを構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。
【０１４２】
なお、イメージング装置１１００の用途は、前記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像形成部１１３０において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。
【０１４３】
５．  計測装置
次に、本実施形態に係る計測装置１２００について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態に係る計測装置１２００を示すブロック図である。以下で説明する本実施形態に係る計測装置１２００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１４４】
計測装置１２００は、図１７に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出し、対象物Ｏを透過するテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏを計測する計測部１２１０と、を備えている。
【０１４５】
次に、計測装置１２００の使用例について説明する。計測装置１２００により、対象物Ｏの分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０で検出する。この検出結果は、計測部１２１０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【０１４６】
計測部１２１０においては、前記検出結果から、フィルター８０の各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物Ｏの成分およびその分布の分析等を行う。
【０１４７】
６．  カメラ
次に、本実施形態に係るカメラ１３００について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態に係るカメラ１３００を示すブロック図である。図１９は、本実施形態に係るカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。以下で説明する本実施形態に係るカメラ１３００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有
する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１４８】
カメラ１３００は、図１８および図１９に示すように、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出し、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波または対象物Ｏを透過したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、記憶部１３０１とを備えている。そして、これらの各部１１１０，１１２０，１３０１はカメラ１３００の筐体１３１０に収められている。また、カメラ１３００は、対象物Ｏで反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像）させるレンズ（光学系）１３２０と、テラヘルツ波発生部１１１０で発生したテラヘルツ波を筐体１３１０の外部へ射出させるための窓部１３３０を備える。レンズ１３２０や窓部１３３０はテラヘルツ波を透過・屈折させるシリコン、石英、ポリエチレンなどの部材によって構成されている。なお、窓部１３３０は、スリットのように単に開口が設けられている構成としても良い。
【０１４９】
次に、カメラ１３００の使用例について説明する。カメラ１３００により、対象物Ｏを撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をレンズ１３２０によってテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像させて）検出する。この検出結果は、記憶部１３０１に送出され、記憶される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。また、前記検出結果は、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信することもできる。パーソナルコンピューターでは、前記検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
【０１５０】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１５１】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１５２】
２…光パルス生成部、４…周波数チャープ部、６…群速度分散部、８…コリメートレンズ、９…可変機構、２０…発光素子、４０…光導波路、６０…群速度分散媒質、６１ａ…第１面、６１ｂ…第２面、６２ａ…第１反射ミラー、６２ｂ…第２反射ミラー、６４ａ…第１反射防止膜、６４ｂ…第２反射防止膜、８０…フィルター、８２…画素、８４…検出部、９０…ステージ、１００，２００…短光パルス発生装置、２０２…基板、２０２ａ…第１領域、２０２ｂ…第２領域、２０４…バッファー層、２０６…第１クラッド層、２０８…コア層、２０８ａ…第１ガイド層、２０８ｂ…ＭＱＷ層、２０８ｃ…第２ガイド層、２１０…第２クラッド層、２１２…キャップ層、２１８…光導波路、２２０…絶縁層、２３０…第１電極、２３２…第２電極、２６０…柱状部、３００…短光パルス発生装置、８２１…第１の領域、８２２…第２の領域、８２３…第３の領域、８２４…第４の領域、８４１…第１の単位検出部、８４２…第２の単位検出部、８４３…第３の単位検出部、８４４…第４の単位検出部、１０００…テラヘルツ波発生装置、１０１０…光伝導アンテナ、１０１２…基板、１０１４…電極、１０１６…ギャップ、１１００…イメージング装置、１１１０…テラヘルツ波発生部、１１２０…テラヘルツ波検出部、１１３０…画像形成部、１２００…計測装置、１２１０…計測部、１３００…カメラ、１３０１…記憶部、１３１
０…筐体、１３２０…レンズ、１３３０…窓部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図９】
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【図１０】
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