(57)【要約】  本発明は、パルス駆動されるフェムト秒ファイバレーザ（１）と、パルスフォーマ（２）と、光増幅器（３）と、非線形結晶（４）とを含むテラヘルツビーム源に関しており、ここで上記のレーザ（１）と、パルスフォーマ（２）と、光増幅器（３）と、非線形結晶（４）とは、このレーザ（１）によって形成したレーザパルスI，II，III，IVとがまずパルスフォーマ（２）を通過し、つぎに光増幅器（３）を通過し、さらにそのつぎに非線形（結晶４）を通過するように構成および／または配置されている。本発明は、さらにイメージングシステムおよび／または分光システムと、テラヘルツビームを形成する方法と、上記のようなシステムによって生物、対象体および材料を検出および／または検査する方法と、上記のようなビーム源および上記のようなシステムを使用する方法に関する。
2011530092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に広い周波数領域内で狭帯域に調整可能なテラヘルツビームを形成するためのテラヘルツビーム源において、
該テラヘルツビーム源には、
−  パルス駆動されるフェムト秒ファイバレーザ（１）と、
−  パルスフォーマ（２）と、
−  光増幅器（３）と、
−  非線形結晶（４）とが含まれており、
前記のレーザ（１）、パルスフォーマ（２）、光増幅器（３）および非線形結晶（４）は、前記のレーザ（１）によって形成されたレーザパルス（I，II，III，IV）がまずパルスフォーマ（２）を通り、つぎに光増幅器（３）を通り、さらに非線形結晶（４）を通るように構成および／または配置されていることを特徴とする
テラヘルツビーム源。
【請求項２】
前記の光増幅器（３）は、ファイバ増幅器である、
請求項１に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項３】
前記のレーザ（１）により、５０ｆｓ以上５００ｆｓ以下の持続時間を有するレーザパルスが形成される、
請求項１または２に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項４】
前記のレーザ（１）の中央波長は、１５００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲である、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項５】
前記のパルスフォーマ（２）は、格子ベースのパルスフォーマ、プリズムベースのパルスフォーマまたはファブリ−ペローフィルタが組み込まれたマッハ−ツェンダ干渉計である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項６】
前記のマッハツェンダー干渉計には、
−  第１のレーザパルスおよび第２のレーザパルスに前記のレーザパルスを分割する第１のビームスプリッタと、
−  前記の第１のレーザパルスから１つの周波数をフィルタ除去するための第１のファブリ−ペローフィルタおよび第２のレーザパルスから別の１つの周波数をフィルタ除去するための第２のファブリ−ペローフィルタと、
−  前記の第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを重ね合わせるための第２のビームスプリットとが含まれている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項７】
前記の第１のビームスプリッタおよび／または第２のビームスプリッタは、Ｙファイバ結合器である、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項８】
前記のファブリ−ペローフィルタは、マイクロエレクトロメカニックによるファブリ−ペローフィルタである、
請求項１から７までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項９】
前記のテラヘルツビーム源により、１ギガヘルツ以上１テラヘルツ以下の幅を有するテラヘルツビームが形成され、
当該テラヘルツビームは、０．３テラヘルツ以上２０テラヘルツ以下の周波数領域内で調整可能である、
請求項１から８までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源により、殊に、広い周波数領域内で狭帯域に調整可能なテラヘルツビームを形成する方法において、
該方法は、以下のステップ、すなわち、
１．  前記のレーザ（１）によってレーザパルス（I）を形成するステップと、
２．  前記のパルスフォーマ（２）により、レーザパルス（I）をレーザパルス（II）に変換し、ただし当該レーザパルス（II）のスペクトルは、異なる周波数にて少なくとも２つの最大値を有するレーザパルス（II）であり、および／または
−  レーザパルス（I）を周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルス（II）に変換するステップと、
３．  光増幅器(３)により、
−  前記のレーザパルス（II）を、増幅されたレーザパルス（III）に増幅し、ただし前記のレーザパルス（II）のスペクトルは、異なる周波数にて少なくとも２つの最大値を有しており、および／または
−  異なる周波数のレーザパルス（II）を、増幅されたレーザパルス（III）に増幅するステップと、
４．  前記の非線形結晶（４）により、
−  前記の増幅したレーザパルス（III）の異なる周波数における最大値の間の差周波数（fTHz）を差周波数発生によってテラヘルツビーム（IV）生成し、および／または
−  上前記増幅したレーザパルス（III）の異なる周波数の間の差周波数（fTHz）を差周波数発生によってテラヘルツビーム（IV）を生成するステップとを有することを特徴とする、
テラヘルツビームを形成する方法。
【請求項１１】
前記のパルスフォーマ（２）の調整により、殊に差周波数（fTHz）の調整により、前記のテラヘルツビーム（IV）の周波数を調整する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
イメージングシステムおよび／または分光システムにおいて、
請求項１から９までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源と、テラヘルツビームセンサとを含むことを特徴とする、
イメージングシステムおよび／または分光システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにより、殊に人間および動物である生物と、対象体と、材料とを検出および／または検査する方法において、
前記のテレヘルツビーム源によって狭帯域のテラヘルツ帯域を放射し、
当該のテラヘルツ帯域は、広い周波数領域内で変更され、
前記の透過、反射および／または散乱されるビームを前記のテラヘルツビームセンサによって検出することを特徴とする、
検出および／または検査する方法。
【請求項１４】
例えば、国境における安全検査の際にトランジット施設、輸送手段にて、および／または大きな催し物の際に建造物、空間および移動手段への侵入に対するセキュリティを確保するため、医療目的および／または原材料の非破壊検査のため、監視／安全技術分野、搬送技術分野、製造分野、包装分野、ライフサイエンス分野および／または医療分野にて生物、対象体および材料を検出するおよび／または検査するために使用する特徴とする、
請求項１から９までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源の使用方法および／または請求項１２に記載のシステムを使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本発明は、テラヘルツビーム源と、イメージングシステムおよび／または分光システムに関しており、またテラヘルツビームを形成する方法、上記のようなシステムによって生物、対象体および材料を検出および／または検査する方法ならびに上記のようなビーム源および上記のようなシステムを使用する方法に関する。
【０００２】
従来の技術
電磁スペクトルにより、テラヘルツ周波数帯の領域において、材料の複雑な化学組成についての情報ならびに対象体の誘電特性について情報を得ることができる。この関連において、殊に直接接触することなく爆発材料を識別することは興味に値する。ここでは相応する試料をテラヘルツビーム源によって照射して、反射光、透過光ないしは散乱光が解析される。
【０００３】
爆発材料をスペクトル的に識別するためのシステムは、幅の広い周波数領域内で調整可能なテラヘルツビームを形成するテラヘルツビーム源と、広帯域のテラヘルツビーム検出器とをベースとすることが可能である。上記のスペクトル的な識別は、このようなシステムにおいて上記のテラヘルツ周波数を調整し、同時に、相応して受信した強度を記録することによって行われる。殊に広帯域なテラヘルツビーム源が必要な時間領域分光器とは異なり、上記のようなシステムに対しては狭帯域かつ調整可能なテラヘルツビーム源が必要である。
【０００４】
上記のような狭帯域かつ調整可能なテラヘルツビーム源に対して非線形な光学的作用、例えば差周波数発生を利用できることが公知である。
【０００５】
しかしながら差周波数発生を利用可能とするためには、周波数の異なる少なくとも２つの光パルスが必要である。
【０００６】
従来では周波数の異なるこのような光パルスは、光学的にパラメタ設定可能な発振器によって形成され、差周波数発生により、非線形結晶においてテラヘルツビームに変換される。ここで上記のテラヘルツ周波数は、上記のパルスの差周波数に相応する。しかしながらここでの問題は、光学的にパラメタ設定可能な発振器は、温度変動および振動の影響を極めて受け易いことである。
【０００７】
発明の開示
発明の利点
−  パルス駆動されるフェムト秒ファイバレーザと、
−  パルスフォーマと、
−  光増幅器、例えばファイバ増幅器と、
−  非線形結晶とを有する本発明のテラヘルツビーム源は、第１にすべてのコンポーネントが、障害を受けにくく、殊に温度変動および振動の影響を受けにくいという利点を有する。ここでこのテラヘルツビーム源の上記のレーザ、パルスフォーマ、光増幅器および非線形結晶は、上記のレーザによって形成されるレーザパルスが、まず上記のパルスフォーマを通過し、つぎに光増幅器を通過し、さらに非線形結晶を通過するように構成および／または配置されている。さらにすべてのコンポーネントは、１５５０ｎｍの電気通信帯域で動作するコンポーネントとすることができ、これらのコンポーネントは、長い目で見れば少ない生産単価コストで作製することができ、これは大量生産に応用することができる。
【０００８】
図面
本発明の対象の別の利点および有利な実施形態は、図面に示されており、また以下で説明する。図面は説明のためだけのものであり、本発明を何らかの形で限定することを意図したものではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるテラヘルツビーム源の概略回路図である。
【図２】ガウス形状のフィルタ特性を有するパルスフォーマを通過する前および後のレーザパルスの周波数領域を説明するグラフである。
【００１０】
図１に示されているのは、本発明によるテラヘルツビーム源が、パルス駆動されるフェムト秒ファイバレーザ１と、パルスフォーマ２と、光増幅器３と、非線形結晶４とを含むことである。本発明によれば、これらは、図１に示したように構成および／または配置されており、レーザ１によって形成されたレーザパルスI，II，III，IVはまずパルスフォーマ２を通過し、つぎに光増幅器３を通過し、さらに非線形結晶４を通過する。
【００１１】
本発明の枠内においてファイバレーザとは固体レーザのことであり、そのレーザ反応性の媒体を形成するのは、例えばエルビウム、イッテルビウムおよび／またはネオジムをドーピングしたグラスファイバである。このようなレーザにより、有利にもビーム品質の高い光が形成され、またこのようなレーザは、構造が頑強であり、変換過程の効率が高く、またファイバの表面積が大きいことによって冷却が良好である。
【００１２】
本発明の枠内でフェムト秒ファイバレーザとは、持続時間がフェムト秒の範囲にあるレーザパルスを形成するファイバレーザのことである。ここでフェムト秒の範囲とは、５０ｆｓ以上５００ｆｓ以下の領域のことである。
【００１３】
本発明の枠内においてパルスフォーマとは、レーザパルスIをレーザパルスIIに変換する装置のことであり、ここでそのスペクトルは、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有しており、および／または上記のパルスフォーマは、レーザパルスIを周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルスIIに変換する装置のことである。例えば、パルスフォーマとは、レーザパルスIをレーザパルスIIに変換する装置のことであり、そのスペクトルは、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有している。またはパルスフォーマとは、レーザパルスIを周波数の異なる２つのレーザパルスIIに変換する装置のことである。このような装置は、例えば「パルスシェーパ」（"Pulse-Shaper"）とも称される。このパルスフォーマは、パルスを拡張するため、パルスを圧縮するため、またはチャープを補償するための光学素子ないしはコンポーネントを含むことができるが、必ずしも含む必要はない。本発明の枠内において「チャープ」という語は、光学素子（ファイバ、プリズム等）の分散特性に起因するパルスの時間的な歪みのことであると理解されたい。
【００１４】
本発明の枠内において光増幅器とは、１波長または波長範囲の入射する光信号を増幅して、同じ波長ないしは同じ波長範囲の光信号として送出する装置のことである。この光増幅器は、パルスを拡張するため、パルスを圧縮するため、またはチャープを補償するための光学素子ないしはコンポーネントを含むことができるが、必ずしも含む必要はない。
【００１５】
本発明によるテラヘルツビーム源により、有利にも広い周波領域内で狭帯域に調整可能なテラヘルツビームを形成することができる。ここ本発明の枠内においてテラヘルツビームとは、１５μｍ以上１０００μｍ以下の範囲の電磁ビームのことであると理解されたい。狭帯域とは、１ギガヘルツ以上１テラヘルツ以下、例えば２０ギガヘルツ以上２００ギガヘルツ以下の幅を有するテラヘルツビームのことと理解することができる。０．３テラヘルツ以上２０テラヘルツ以下、例えば、０．３テラヘルツ以上または０．５テラヘルツ以上または１テラヘルツ以上で３テラヘルツ以下または５テラヘルツ以下または１０テラヘルツ以下の周波数領域は、広帯域と理解することができる。
【００１６】
本発明の有利な実施形態の枠内において、光増幅器３は、例えばエルビウムがドーピングされたファイバ増幅器である。ここで本発明の枠内におけるファイバ増幅器とは、グラスファイバ導波器（導光器）にガイドされる光信号用の、光学的にポンピングされる出力増幅器のことである。
【００１７】
本発明の別の有利な１実施形態の枠内においてファイバレーザ１により、５０ｆｓ以上５００ｆｓ以下の持続時間、例えば１００ｆｓの持続時間を有するレーザパルスが形成される。
【００１８】
本発明の別の有利な１実施形態の枠内においてファイバレーザ１の中央波長は、１５００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲であり、例えば１５３０ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の範囲である。例えば上記のレーザの中央波長は１５５０ｎｍとすることができる。さらにファイバレーザ１は、ダブルクラッドファイバレーザとすることが可能である。
【００１９】
本発明の枠内においてパルスフォーマ２により、レーザパルスIを、周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルスIIに対称にも非対称にも分割することができる。ファイバレーザ１によって形成されるレーザパルスIが対称である場合、例えば、対称に分割するパルスフォーマ２を使用することができる。上記のファイバレーザ１によって形成されるレーザパルスIが非対称である場合、有利には非対称に分割するパルスフォーマ２を使用して、このパルスフォーマが、その対称性により、ファイバレーザ１によって形成されるレーザパルスIの非対称性を打ち消すようにする。
【００２０】
本発明の有利な１実施形態の枠内においてパルスフォーマ２は、格子ベースパルスフォーマ、プリズムベースのパルスフォーマまたはファブリ−ペローフィルタが組み込まれたマッハ−ツェンダ干渉計である。
【００２１】
ここで有利には上記のマッハ−ツェンダ干渉計には、レーザパルスIを第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとに分割するための第１のビーム分割器（「ビームスプリッタ」とも称される）、例えば第１のＹファイバ結合と、第１のレーザパルスから１つの周波数をフィルタ除去するための第１のファブリ−ペローフィルタと、第２のレーザパルスから別の１つの周波数をフィルタ除去するための第２のファブリ−ペローフィルタと、上記の第１のレーザパルスおよび第２のレーザパルスを重ね合わさるための第２のビーム分割器（「ビームスプリッタ」）、例えば第２のＹファイバ結合器とが含まれている。
【００２２】
本発明の枠内においてビームスプリッタとは、入射する光ビームを２つの光ビームに分割する装置ないしは２つの入射する光ビームを重ね合わせる装置のことである。本発明の枠内においてＹファイバ結合器とは、グラスファイバ内の光信号が２つのグラスファイバに分割されるかないしは２つのガラスファイバからの信号がただ１つのグラスファイバに重ね合わされるコンポーネントのことである。
【００２３】
上記のようなマッハ−ツェンダ干渉計では、元々のレーザパルスIは、第１のビームスプリッタによって上記のマッハ−ツェンダ干渉計の２つの干渉計分岐路に分割される。これらの２つの分岐路には１つずつファブリ−ペローフィルタが設けられており、このフィルタにより、上記のレーザスペクトルから１つずつの周波数がフィルタ除去される。例えばローレンツ型のこれらの２つの線は、引き続いて第２のビームスプリッタにおいて再度重ね合わされて光増幅器３に伝送される。
【００２４】
ここでファブリ−ペローフィルタは、例えば固定式の誘電体構造ベースの従来型のファブリ−ペローフィルタとすることが可能である。この場合に上記の分割された２つのレーザパルス間の周波数差分は、例えば上記のファブリ−ペローフィルタを傾けることによって調整することができる。
【００２５】
本発明の殊に有利な１実施形態の枠内において、上記のファブリ−ペローフィルタは、マイクロエレクトロメカニカルファブリ−ペローフィルタないしはＭＥＭＳ（MEMS: micro mechanical system）共振器である。この場合に上記の分割された２つのレーザパルス間の周波数差分は、例えば、ファブリ−ペローフィルタのミラー素子間の間隔を、例えば電子制御で変化させることによって調整することができる。
【００２６】
ここで上記のマイクロエレクトロメカニカルファブリ−ペローフィルタは、グラスファイバ素子に組み込むことが可能である。１実施形態の枠内において、例えば上記のマッハ−ツェンダ干渉計には、レーザパルスIを第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとに分割するための第１のＹファイバ結合器と、第１のレーザパルスから周波数をフィルタ除去するためのグラスファイバ素子に組み込まれた第１のマイクロメカニカルファブリ−ペローフィルタと、第２のレーザパルスから別の周波数をフィルタ除去するためのグラスファイバ素子に組み込まれた第２のマイクロメカニカルファブリ−ペローフィルタと、上記の第１のレーザパルスおよび第２のレーザパルスを重ね合わせるための第２のＹファイバ結合器とが含まれている。
【００２７】
本発明の枠内において非線形結晶として、例えばDAST結晶（DAST: 4'-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate）、ZnTe結晶、CdTe結晶またはGaAs結晶を使用することができる。
【００２８】
本発明の別の対象は、本発明によるテラヘルツビーム源によってテラヘルツビームを形成する方法に関しており、この方法はつぎのステップを有する。すなわち、
１．  例えば周波数分布の広いレーザパルスIをレーザ１によって形成するステップと、
２．  パルスフォーマ２によってレーザパルスIを
−  レーザパルスII、すなわちそのスペクトルが、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有するレーザパルスIIに変換し、および／または
−  周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルスIIに変換するステップと、
３．  光増幅器３により、
−  上記のレーザパルスII、すなわちそのスペクトルが、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有するレーザパルスIIを、増幅されたレーザパルスIIIに増幅し、および／または
−  周波数の異なるレーザパルスIIを、増幅されたレーザパルスIIIに増幅するステップと、
４．  上記の非線形結晶４により、
−  上記の増幅したレーザパルスIIIの異なる周波数における最大値の間の差周波数fTHzを差周波数発生することによって、および／または
−  上記の増幅したレーザパルスIIIの異なる周波数の間の差周波数fTHzを差周波数発生することによって生成するテラヘルツビームIVを生成するステップとが含まれている。
【００２９】
「広い周波数分布」を有するレーザパルスIとは、例えば、５ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の幅の周波数分布を有するレーザパルスとすることが可能である。
【００３０】
レーザパルスIは、例えば格子またはプリズムベースのパルスフォーマ２によってレーザパルスIIに変換することができ、このレーザパルスIIのスペクトルは、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有する。パルスフォーマ２としてのファブリ−ペローフィルタが組み込まれたマッハ−ツェンダ干渉計により、レーザパルスIを、周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルスIIに変換することができる。
【００３１】
テラヘルツビームIVの周波数は、パルスフォーマ２の調整により、殊に差周波数fTHzの調整によって調整することができる。
【００３２】
有利には上記の変換したレーザパルスIIも、増幅したレーザパルスIIIも図２に示したように対称パルス形状を有する。場合によっては発生する光増幅器３の非線形性によって生じるパルス形状の歪みは、パルスフォーマ２により、光増幅器３に供給されるパルス形状IIを相応に適合化することによって調整することができる。例えば、上記のスペクトル的な分布III、例えばパルス形状は、光増幅器３の後ろで測定され、図示しないロジック手段、例えばマイクロプロセッサにより、対称のパルス形状IIIを得るために必要なパルス形状IIが計算され、このロジック手段の出力によってパルスフォーマ２を調整して、パルスフォーマ２により、対称のパルス形状IIIを得るのに必要な、例えば非対称なパルス形状IIが生成されるようにする。
【００３３】
したがって本発明によるこの方法は有利にも、広い周波数領域内で狭帯域に調整可能なテラヘルツビームを形成するのに適している。
【００３４】
図１に示されているのは、上記の本発明による方法の枠内においてフェムト秒ファイバレーザ１から、例えば１００ｆｓの範囲の持続時間を有するレーザパルスＩが形成されることである。このレーザパルスIは、パルスフォーマ２に供給される。パルスフォーマ２により、１つずつのレーザパルスIがレーザパルスII、すなわちそのスペクトルが、異なる周波数において少なくとも２つの最大値を有するレーザパルスIIに変換され、および／または周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルスIIに変換される。
【００３５】
レーザパルスIのこのような変換は図２に説明されている。ここで図２にはガウスベースのパルスフォーマによってレーザパルスIを周波数領域におおいて変換することが示されている。
【００３６】
図２に説明されているのは、上記のファイバレーザによって形成されるレーザパルスIから、上記のパルスフォーマ２により、幅γを有する２つのスペクトル線が選択されることであり、ここでそれらの中央周波数は、周波数ｆTHzだけ互いに異なる。さらに図２に示されているのは、図示した有利な実施形態の枠内において、上記の２つのスペクトル線が、元々の中央のレーザ波長Iの周りに対称に配置されることである。しかしながら本発明の別の実施形態の枠内においては、これを非対称な分布、殊に非対称な配置構成とすることも可能である。引き続いて形成されるテラヘルツビームIVの周波数に相応する差周波数ｆTHzは、パルスフォーマ２を調整することによって得ることができる。パルスフォーマ２を通過した後、パルスフォーマ２によって形成されたパルス形状IIは、光増幅器３、例えばファイバ増幅器において増幅され、これにより、非線形結晶４の非線形材料における電場が十分に足りて、非線形結晶４によって非線形効果が進行するようになる。増幅されたレーザパルスIIIは、最終的に非線形結晶４に当たり、この結晶を通り、非線形の作用により、テラヘルツ周波数fTHZを有するテラヘルツビームIVが形成される。ここでこの非線形の作用は、例えば、差周波数発生とすることができる。
【００３７】
ここで上記のテラヘルツビームIVの線幅γは、実質的に上記のパルスフォーマにおいてフィルタリングされる２つの周波数IIの幅γに相応する。１つまたは２つのスペクトル線の周波数を変化させることにより、差周波数ｆTHz、ひいてはテラヘルツビームIVの周波数を極めて広い領域において変化させることができる。本発明によるテラヘルツビーム源の最小周波数は、幅γによる近似において得られる。本発明によるテラヘルツビーム源の最大周波数のオーダは、周波数領域における元々のレーザパルスIの幅から得られる。
【００３８】
さらに本発明は、イメージングシステムおよび／または分光システムに関しており、このシステムには、本発明によるテラヘルツビーム源と、検出器として使用されるテラヘルツビームセンサとが含まれている。ここで本発明によるテラヘルツビーム源およびテラヘルツビームセンサは、調べようとする対象体を基準として配置して、このテラヘルツビームセンサにより、この対象体にビームを照射した後に残存しているビームが検出され、またこのテラヘルツビームセンサにより、上記の対象体によって反射および／または散乱したビームが検出されるようにすることが可能である。これにより、上記のテラヘルツビーム源と、テラヘルツビームセンサと、対象体とを軸に沿って配置することができ、この際に対象体は、テラヘルツビーム源とテラヘルツビームセンサと間に配置される。また上記のテラヘルツビーム源と、テラヘルツビームセンサとを軸に沿わずに互いに配置することも可能である。本発明によるシステムにより、有利にもテラヘルツ領域におけるリアルタイム分光と、テラヘルツ領域におけるイメージングによる検出とが可能になる。
【００３９】
本発明によるイメージングシステムおよび／または分光システムの１実施形態の枠内において、このシステムは、マルチスペクトルイメージングシステムおよび／またはマルチスペクトルの分光システムとすることができ、このシステムには、テラヘルツビームセンサの他に別のビームセンサ、例えば可視領域、近赤外領域および／または赤外領域のビーム用のセンサが含まれる。
【００４０】
さらに本発明は、本発明によるシステムにより、生物、例えば人間または動物、対象物および材料を検出および／または検査する方法に関している。殊にこの方法は、周波数領域スペクトル分光をベースとすることが可能である。本発明によるテラヘルツビーム源は、有利には本発明による方法において、１ギガヘルツ以上１テラヘルツ以下、殊に２０ギガヘルツ以上２００ギガヘルツ以下の幅を有する狭帯域のテラヘルツ帯域を放射する。この帯域は、幅の低い周波数領域内で、例えば、０．３テラヘルツ以上２０テラヘルツ以下の領域で、例えば、０．３テラヘルツ以上または０．５テラヘルツ以上または１テラヘルツ以上３で３テラヘルツ以下または５テラヘルツ以下または１０テラヘルツ以下の領域で変化する。上記の透過、反射および／または散乱するビームは、例えば広帯域のテラヘルツセンサによって検出され、例えば測定される。ここで広帯域のテラヘルツビームセンサとは、例えば、検出区間が０．３テラヘルツ以上２０テラヘルツ以下、例えば、０．３テラヘルツ以上または０．５テラヘルツ以上または１テラヘルツ以上または１．５テラヘルツ以上で、２．５テラヘルツ以下または３テラヘルツ以下または５テラヘルツ以下または１０テラヘルツ以下である。上記のテラヘルツセンサの測定結果は、本発明による方法の枠内において出力装置、例えばディスプレイ、モニタまたはプリンタに出力することができる。
【００４１】
さらに本発明は、本発明によるテラヘルツビーム源、本発明によるシステムおよび／または本発明による方法を、監視／安全技術分野、搬送分野、製造分野、包装分野、ライフサイエンス分野および／または医療分野に使用することに関する。本発明は殊に本発明によるテラヘルツビーム源、本発明によるシステムおよび／または本発明による方法を使用して、生物、例えば人間および動物、対象体および材料、爆薬を検出および／または検査することに関しており、この検出および／または検査は、例えば、国境における安全検査の際、飛行場および駅などのトランジット施設において、また列車、バス、飛行機および／または船などの輸送手段において、および／または大きな催し物において、建造物、スペースおよび移動手段への侵入に対するセキュリティが確保するため、また医療目的および／または例えばプラスチック製の材料である材料の非破壊検査（"non-destructive testing"）を行うために行われる。本発明によるテラヘルツビーム源、本発明によるシステムおよび／または本発明による方法は、攻撃を受けやすいインフラストラクチャおよび国境のアクセスコントロールのマルチスペクトルカメラにおいて原材料の非破壊検査、包装機械の監視または生物学的の組織の化学組成を求めるのに使用可能である。
【図１】
2011530092.tif 000003
【図２】
2011530092.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツビーム源において、
該テラヘルツビーム源には、
−  パルス駆動されるフェムト秒ファイバレーザ（１）と、
−  パルスフォーマ（２）と、
−  光増幅器（３）と、
−  非線形結晶（４）とが含まれており、
前記のレーザ（１）、パルスフォーマ（２）、光増幅器（３）および非線形結晶（４）は、前記のレーザ（１）によって形成されたレーザパルス（I，II，III，IV）がまずパルスフォーマ（２）を通り、つぎに光増幅器（３）を通り、さらに非線形結晶（４）を通るように構成および／または配置されていることを特徴とする
テラヘルツビーム源。
【請求項２】
前記の光増幅器（３）は、ファイバ増幅器である、
請求項１に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項３】
前記のレーザ（１）により、５０ｆｓ以上５００ｆｓ以下の持続時間を有するレーザパルスが形成される、
請求項１または２に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項４】
前記のレーザ（１）の中央波長は、１５００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲である、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項５】
前記のパルスフォーマ（２）は、格子ベースのパルスフォーマ、プリズムベースのパルスフォーマまたはファブリ−ペローフィルタが組み込まれたマッハ−ツェンダ干渉計である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項６】
前記のマッハツェンダー干渉計には、
−  第１のレーザパルスおよび第２のレーザパルスに前記のレーザパルスを分割する第１のビームスプリッタと、
−  前記の第１のレーザパルスから１つの周波数をフィルタ除去するための第１のファブリ−ペローフィルタおよび第２のレーザパルスから別の１つの周波数をフィルタ除去するための第２のファブリ−ペローフィルタと、
−  前記の第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを重ね合わせるための第２のビームスプリットとが含まれている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項７】
前記の第１のビームスプリッタおよび／または第２のビームスプリッタは、Ｙファイバ結合器である、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項８】
前記のファブリ−ペローフィルタは、マイクロエレクトロメカニックによるファブリ−ペローフィルタである、
請求項１から７までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項９】
前記のテラヘルツビーム源により、１ギガヘルツ以上１テラヘルツ以下の幅を有するテラヘルツビームが形成され、
当該テラヘルツビームは、０．３テラヘルツ以上２０テラヘルツ以下の周波数領域内で調整可能である、
請求項１から８までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源。
【請求項１０】
前記のテラヘルツビームは、広い周波数領域内で狭帯域に調整可能なテラヘルツビームである、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源により、テラヘルツビームを形成する方法において、
該方法は、以下のステップ、すなわち、
１．  前記のレーザ（１）によってレーザパルス（I）を形成するステップと、
２．  前記のパルスフォーマ（２）により、レーザパルス（I）をレーザパルス（II）に変換し、ただし当該レーザパルス（II）のスペクトルは、異なる周波数にて少なくとも２つの最大値を有するレーザパルス（II）であり、および／または
−  レーザパルス（I）を周波数の異なる少なくとも２つのレーザパルス（II）に変換するステップと、
３．  光増幅器(３)により、
−  前記のレーザパルス（II）を、増幅されたレーザパルス（III）に増幅し、ただし前記のレーザパルス（II）のスペクトルは、異なる周波数にて少なくとも２つの最大値を有しており、および／または
−  異なる周波数のレーザパルス（II）を、増幅されたレーザパルス（III）に増幅するステップと、
４．  前記の非線形結晶（４）により、
−  前記の増幅したレーザパルス（III）の異なる周波数における最大値の間の差周波数（fTHz）を差周波数発生によってテラヘルツビーム（IV）生成し、および／または
−  上前記増幅したレーザパルス（III）の異なる周波数の間の差周波数（fTHz）を差周波数発生によってテラヘルツビーム（IV）を生成するステップとを有することを特徴とする、
テラヘルツビームを形成する方法。
【請求項１２】
前記のパルスフォーマ（２）の調整により、前記のテラヘルツビーム（IV）の周波数を調整する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記のパルスフォーマ（２）の調整を、前記の差周波数（fTHz）の調整によって行う、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
イメージングシステムおよび／または分光システムにおいて、
請求項１から９までのいずれか１項に記載のテラヘルツビーム源と、テラヘルツビームセンサとを含むことを特徴とする、
イメージングシステムおよび／または分光システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにより、対象体と、材料とを検出および／または検査する方法において、
前記のテレヘルツビーム源によって狭帯域のテラヘルツ帯域を放射し、
当該のテラヘルツ帯域は、広い周波数領域内で変更され、
前記の透過、反射および／または散乱されるビームを前記のテラヘルツビームセンサによって検出することを特徴とする、
検出および／または検査する方法。
【国際調査報告】
2011530092.tif 000005
2011530092.tif 000006
2011530092.tif 000007
2011530092.tif 000008
2011530092.tif 000009
2011530092.tif 000010