(57)【要約】      （修正有）【課題】発生と検出のエネルギ効率が高いテラヘルツ波発生・検出装置を提供する。【解決手段】パルス光源１によって発生される短パルスレーザ光は、波長変換手段２によって波長変換され、波長変換された短パルスレーザ光と波長変換されていない短パルスレーザ光とがともに出力される。この出力光は光分離手段３により、波長変換された短パルスレーザ光（Ｌp）と波長変換されていない短パルスレーザ光（Ｌe）に分離される。光分離手段３で分離された波長変換されていない短パルスレーザ光（Ｌe）の時間遅延は光学遅延手段４によって制御される。テラヘルツ波発生手段はこの波長変換されていない短パルスレーザ光（Ｌe）で励起されてテラヘルツ波（Ｌt）を発生する。また検出手段６は波長変換された短パルスレーザ光（Ｌp）をプローブ光としてテラヘルツ波発生手段５から発生されるテラヘルツ波（Ｌt）を受光検出する。【選択図】図１
2008010637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短パルスレーザ光を発生するパルス光源と、
前記パルス光源から発生される前記短パルスレーザ光を入力して波長変換された短パルスレーザ光及び波長変換されない短パルスレーザ光を含む短パルスレーザ光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段から出力される短パルスレーザ光を前記波長変換された短パルスレーザ光と前記波長変換されない短パルスレーザ光に分離する光分離手段と、
前記光分離手段で分離された前記波長変換された短パルスレーザ光又は前記波長変換されない短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段と、
前記光分離手段で分離された前記波長変換されない短パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記波長変換された短パルスレーザ光をプローブ光として前記テラヘルツ波発生手段から発生される前記テラヘルツ波を受光検出する検出手段と、を有することを特徴とするテラヘルツ波発生・検出装置。
【請求項２】
前記パルス光源と前記波長変換手段とを同一筐体に組み込むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生・検出装置。
【請求項３】
前記パルス光源は、Er、Ybの少なくとも一つをドープしたファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記テラヘルツ波発生手段は、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生・検出装置。
【請求項４】
前記パルス光源は、Erドープファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記波長変換手段は、第二高調波発生器を含み、前記検出手段は、低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナ又はZnTe又はGaPを用いたEO（electro-optical）サンプリングタイプを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生・検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
テラヘルツ波は周波数が０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３０００μｍ）の電磁波であり、波長が赤外〜遠赤外領域とほぼ一致する。０．１〜１０ＴＨｚのテラヘルツ波帯はこれまで未開拓電磁波であったが、この周波数帯の電磁波の特徴を生かした時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーション、環境計測、生物や医学への応用などが検討され、近年重要になってきている。本発明は、テラヘルツ波の応用に必要不可欠なテラヘルツ波発生・検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波の発生には、パラメトリック素子を用いた差周波による発生法、非線形素子を用いたパラメトリック発振器による発生法、半導体基板に形成された光伝導アンテナや電気光学（Electro-Optical）効果（以後EO効果と略記する）を有する結晶にピコ秒〜フェムト秒の短パルスレーザ光を入力して発生する方法がある。このうち、光伝導アンテナやEO結晶を用いてテラヘルツ波を発生する方法は、光学調整が簡単で、実用性が高い方法である。
【０００３】
また、テラヘルツ波の検出には、ボロメータを用いる方法、上記テラヘルツ波の発生に用いられる光伝導アンテナや、EO結晶を用いる方法等がある。このうち、光伝導アンテナとEO結晶を用いる方法は、素子を冷却したりする必要もなく、比較的検出効率も高いことから、最も広く用いられている。しかしながら、テラヘルツ波を効率よく検出するためには、次のようにする必要がある。光伝導アンテナは、半導体を基板としているため、半導体のバンドギャップ以下の波長、たとえばGaAsの場合８７０ｎｍ以下の波長を有するプローブ光を使用する必要がある。一方、EO結晶は、テラヘルツ波とプローブ光の位相整合をとる必要があり、例えばZnTeの場合、７６０〜８４０ｎｍの波長を有するプローブ光を必要とする。
【０００４】
このような波長域はチタンサファイアレーザの発振波長域であるため、チタンサファイアレーザが多用されてきたが、安定性、大きさ、扱い易さの点で産業用レーザとして使用することが困難であった。そこで、チタンサファイアレーザに代わる産業用レーザとしてＥｒドープファイバを利得媒質とするレーザの２倍高調波が利用されている（たとえば、非特許文献１参照。）。これは、ファイバレーザ装置からの波長１．５６μｍ、パルス幅１００ｆｓの短パルスレーザ光をビームスプリッタで２分割して、一方のレーザ光でテラヘルツ波を発生させ、他方のレーザ光で第二高調波を発生させ、第二高調波をプローブ光としてテラヘルツ波をEOサンプリング法により計測するものである。
【非特許文献１】Masaya Nagai, et. al., “ Generation and detection of       terahertz radiation by electro-optical process in GaAs using 1.56um fiber   laser pulse “, Applied Physics Letters , Vol. 85, No. 18, (1 November 2004) pp.1-3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記のように、パルス光源からの短パルスレーザ光を２分割してから波長変換しているため、テラヘルツ波発生のための励起光と、テラヘルツ波検出のためのプローブ光の強度の相関関係は、次のようになる。すなわち、パルス光源から発生された短パルスレーザ光の強度をＩo、第二高調波の強度をＩ2、第二高調波変換効率をｋとすると、テラヘルツ波の励起光強度は、０．５Ｉo、プローブ光強度は、Ｉ2＝０．５ｋＩ0となる。第二高調波の変換効率は最大でも４０％であり、最大プローブ光強度は０．２Ｉ0となる。したがって、０．３Ｉ0がテラヘルツ波検出に利用されないで捨てられていることになり、テラヘルツ波検出のエネルギ効率が低い。
【０００６】
本発明は、上記従来のテラヘルツ波発生・検出装置の問題に鑑みてなされたものであり、発生と検出のエネルギ効率の高いテラヘルツ波発生・検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明のテラヘルツ波発生・検出装置は、短パルスレーザ光を発生するパルス光源と、前記パルス光源から発生される前記短パルスレーザ光を入力して波長変換された短パルスレーザ光及び波長変換されない短パルスレーザ光を含む短パルスレーザー光を出力する波長変換手段と、前記波長変換手段から出力される短パルスレーザ光を前記波長変換された短パルスレーザ光と前記波長変換されない短パルスレーザ光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離された前記波長変換された短パルスレーザ光又は前記波長変換されない短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段と、前記光分離手段で分離された前記波長変換されない短パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、前記波長変換された短パルスレーザ光をプローブ光として前記テラヘルツ波発生手段から発生される前記テラヘルツ波を受光検出する検出手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
パルス光源からのレーザ光を波長変換して波長変換されなかったレーザ光をテラヘルツ波発生の励起光とし、波長変換されたレーザ光をテラヘルツ波検出のプローブ光にするので、パルス光源からのレーザ光強度をＩ0とすると、励起光強度が最小０．６Ｉ0、プローブ光強度が最大０．４Ｉ0となる。すなわち、パルス光源から発生されたレーザ光のすべてがテラヘルツ波発生と検出に利用されエネルギ効率が最大１００％になる。
【０００９】
また、前記パルス光源と前記波長変換手段とを同一筐体に組み込むことが望ましい。
【００１０】
パルス光源と波長変換手段が同一筐体に組み込まれていると、波長変換手段でのレーザ光スポットの位置変動が少なく、安定した波長変換を行うことができる。
【００１１】
また、前記パルス光源は、Er、Ybの少なくとも一つをドープしたファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記テラヘルツ波発生手段は、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsのうちいずれか一つを含むことが望ましい。
【００１２】
Erドープファイバレーザ装置からは１５３０〜１６２０ｎｍの短パルスレーザ光が発生されるので、その波長帯域の短パルスレーザ光とテラヘルツ波パルスとの位相整合がとれる相互作用長（コヒーレント長）が大きい。また、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsは、ナローギャップ型半導体であるため、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域でΓ点近傍の有効質量の小さい電子を光励起することが可能となる。その結果、１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯域の短パルスレーザ光を励起光としてテラヘルツ波を高効率に発生することができる。
【００１３】
さらに、前記パルス光源は、Erドープファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記波長変換手段は、第二高調波発生器を含み、前記検出手段は、低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナ又はZnTe又はGaPを用いたEOサンプリングタイプを含むことが望ましい。
【００１４】
Erドープファイバレーザ装置から発生される１５３０〜１６２０ｎｍの短パルスレーザ光の第二高調波は、７６５〜８１０ｎｍの波長範囲にある。この波長範囲は、GaAs、InGaAsのバンドギャップより短く、ZnTe、GaPと位相整合がとれるので、テラヘルツ波検出効率が高い。
【発明の効果】
【００１５】
パルス光源からのレーザ光を波長変換して波長変換されなかったレーザ光をテラヘルツ波発生の励起光とし、波長変換されたレーザ光をテラヘルツ波検出のプローブ光にするので、パルス光源から発生されたレーザ光のすべてがテラヘルツ波発生と検出に利用されエネルギ効率が最大１００％になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施形態１）図１は、実施形態１のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、波長λ0の短パルスレーザ光を発生するパルス光源１と、波長λ0の短パルスレーザ光を入力して波長変換されて波長がλ2の短パルスレーザ光及び波長変換されない波長λ0の短パルスレーザ光を含む短パルスレーザ光を出力する波長変換手段２と、波長変換手段２から出力される短パルスレーザ光をλ0のレーザ光とλ2のレーザ光に分離する光分離手段３と、波長λ0の短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段４と、光学遅延手段４で時間遅延が制御された波長λ0の短光パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段５と、波長変換されて波長がλ2の短パルスレーザ光をプローブ光としてテラヘルツ波発生手段５から発生されたテラヘルツ波を受光検出する検出部６と、を有している。
【００１８】
パルス光源１は、Erドープモードロックファイバレーザ装置で、たとえばフェムトライトレーザ（アイシン精機製、ＣＳ−２０−ＳＴＤ）ある。この装置からは、パルス幅６８ｆｓ、繰り返し周波数５０．１ＭＨｚ、平均出力４０ｍＷ、中心波長１５６０ｎｍ（λ0）
の短パルスレーザ光が出力される。
【００１９】
なお、パルス光源１は上記に限定されるものでなく、Ybや、ErとYb等の希土類元素をドープしたファイバレーザ装置、或いは、中心波長８００ｎｍ（λ0）のフェムト秒パルスレーザ光を出力するチタンサファイアレーザ装置でもよい。しかし、チタンサファイアレーザ装置は、共振器が空間配置されているため、外部からの振動や温度変動の影響を受け易い。それに対して、モードロックファイバレーザ装置は、共振器も含め、ほとんどの構成要素がファイバで構成されているので、外部からの振動や温度変動の影響を受けにくいため産業用途に適している。
【００２０】
さらに、モードロックファイバレーザ装置は、中心波長（λ0）が１５３０〜１５７０ｎｍの範囲のフェムト秒パルスレーザ光を出力するErドープモードロックファイバレーザ装置が望ましい。波長変換手段２に第二高調波発生器を使用して、後述の検出手段６の検出素子６１に冷却の不要なZnTe又はGaPを用いる場合、第二高調波（λ2）は、７６５〜７８５ｎｍの波長範囲にあるので、テラヘルツ波検出効率が高い。すなわち、この波長範囲は、GaAs、InGaAsのバンドギャップより短く、ZnTe、GaPと位相整合がとれるので、テラヘルツ波検出効率が高い。
【００２１】
また、Erドープモードロックファイバレーザ装置を用いる場合、ファイバでのラマンシフトを利用してλ0を１６８０ｎｍまでシフトさせてもよい。ラマンシフトを利用すると、さらに長波長までシフトできるが、ZnTe、GaPとの位相整合条件から１６８０ｎｍが限界である。なお、テラヘルツ波検出手段６に冷却の不要な低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナを用いる場合、常温での半導体基板のバンドギャップが８７０ｎｍであるので、１７４０ｎｍ以下にシフトさせる必要がある。１７４０ｎｍ以上の長波長になると、第二高調波での検出効率が低下する。
【００２２】
本発明の短パルスレーザ光のパルス幅は、２０ｆｓ〜１ｐｓであることが望ましく、５０〜２００ｆｓであることがさらに望ましい。又、短パルスレーザ光の波長は、５００〜２０００ｎｍであることが望ましく、７００〜１６５０ｎｍであることがさらに望ましい。
【００２３】
波長変換手段２は、ＰＰＬＮ（Periodical Poled LiNbO3）第二高調波発生器である。波長変換手段２から出力されるλ0＝１５６０ｎｍの短パルスレーザ光（基本波）は、パルス幅６８ｆｓ、平均出力４０ｍＷであり、λ2＝７８０ｎｍの短パルレーザ光（第二高調波）は、パルス幅７０ｆｓ、平均出力２３ｍＷである。
【００２４】
第二高調波発生器としては、ＰＰＬＮの他にたとえば、ＭｇドープＰＰＬＮ、周期反転Ｍｇ：ＳＬＴ（ストイキメトリックリチウムタンタレート）或いはＢＢＯ等の非線形結晶を使用することができる。
【００２５】
なお、波長変換手段２に上記のように第二高調波発生器を使用することが望ましいが、これに限定されない。たとえば、第三高調波発生器、第四高調波発生器、第五高調波発生器等でもよい。上記パルス光源１から出力される短パルスレーザ光の中心波長λ0に応じて選定すればよい。たとえば、パルス光源１がＨＦレーザ装置で、中心波長λ0＝２５００ｎｍの短パルスレーザ光を出力する場合、波長変換手段２として第三高調波発生器を使用し、λ３＝８３３ｎｍに変換すれば、検出素子６１のZnTe、GaPとの位相整合条件を満足させることができる。
【００２６】
７は、筐体で、上記のパルス光源１と波長変換手段２を同一のベンチに固定する構造をしている。波長変換手段２で安定に波長変換するためには、波長変換手段でのレーザ光スポットの位置変動を少なくする（ポインティングスタビリティをよくする）必要があるが、パルス光源１と波長変換手段２を同一のベンチに固定する構造であるので、安定した波長変換を行うことができる。
【００２７】
８は、波長変換手段２から出力されるレーザ光が通過する筐体６の開口部に挿入されたフィルタで、波長変換手段２から出力されるレーザ光のうち、余分な波長をカットする。本実施形態では、基本波であるλ0＝１５６０ｎｍの短パルスレーザ光と、第二高調波であるλ2＝７８０ｎｍの短パルレーザ光のみを透過し、３次以上の高調波をカットするフィルタである。すなわち、１５６０ｎｍ及び７８０ｎｍの波長に対して９５％以上の透過率を、６００ｎｍ以下の波長に対して１％以下の透過率を有し、且つレーザ光が通過する２面に１５６０ｎｍと７８０ｎｍの波長に対して反射率を１％以下にするＡＲコートが施された光学フィルタである。なお、第二高調波発生器の位相整合が完全な場合、高調波発生が無視できるので、この場合は、フィルタ７を省略してもよい。
【００２８】
光分離手段３は、フィルタ８を通過した、基本波である波長λ0の短パルスレーザ光を反射し、第二高調波である波長λ2の短パルスレーザ光を透過する２色ミラーである。本実施形態では、２色ミラーとして、ハーモニックビームスプリッタ（市販品）を使用している。
【００２９】
なお、波長変換手段２にタイプ２の非線形結晶を使用する場合、基本波と第二高調波の偏光が異なるので、この場合、光分離手段３として、偏光ビームスプリッタを使用することもできる。
【００３０】
Ｌeは、テラヘルツ波発生手段５を励起する励起光で、波長λ0の基本波である。本実施形態では、基本波のすべてをテラヘルツ波Ｌt発生の励起に使用するので、発生されるテラヘルツ波Ｌtの強度は、第二高調波を分割して励起する場合（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、約４倍となる。
【００３１】
Ｌpは、検出手段６でテラヘルツ波を検出する際のプローブ光で、前記波長λ２の第二高調波である。
【００３２】
光学遅延手段４は、プローブ光Ｌpに対して励起光Ｌeにより励起されて発生するテラヘルツ波に時間的な遅れ、或いは進みを与えるものである。本実施形態では、パソコンで制御された電動ステージ上に直角プリズムを設置し、プローブ光Ｌpとの相対的な位置関係を自由に調整できる装置を使用した。
【００３３】
９は、後述のロックインアンプ１２でロックイン増幅するために励起光Ｌeを変調する変調器である。本実施形態では口径１ｍｍの音響光学変調器（AOM）用いた。AOMの他にＬＮ光変調器や機械的なチョッパなどを用いてもよいが、変調周波数を固定できる機能を有する変調器が望ましい。
【００３４】
テラヘルツ波発生手段５には、本実施形態では、InSb結晶を用いた。InSb の他に、たとえば、InAs、InP、InGaAs、InAlAs半導体結晶、または、In、Ga、As、Sb、P、Alの半導体混晶が使用可能である。テラヘルツ波発生手段５には、１〜３Ｔ程度の外部磁場を印加してもよい。
【００３５】
テラヘルツ波の周波数は、０．１〜１０ＴＨｚであることが望ましく、０．１〜５ＴＨｚであることがさらに望ましい。
【００３６】
１０は、焦点距離１００ｍｍの軸外し放物面鏡で、テラヘルツ波発生手段５から発生されるテラヘルツ波Ｌtをコリメートする。
【００３７】
１０´は、焦点距離１００ｍｍの軸外し放物面鏡で、テラヘルツ波Ｌt及びプローブ光Ｌpを後述の検出素子６１に集光する。プローブ光Ｌpの検出素子６１上での集光径は、第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、１．４倍程度まで拡大してもよい。第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例では、プローブ光強度をIp、プローブ光の集光面積をＳpとすると、励起密度は、Ip／Ｓpである。第二高調波をすべてプローブ光とする本実施形態では、プローブ光強度は２Iｐとなる。この場合、上記励起密度Ip／Ｓpとなるプローブ光集光面積は２Ｓpであるので、プローブ光集光面積は２倍になる。プローブ光集光面積を２倍にできるということは、集光径を１．４倍にできることである。この際、テラヘルツ波Ｌtとプローブ光Ｌpの検出素子６１上での調整は、ＬtとＬpが検出素子６１上で重なるように行えばよい。集光径を拡大しているため、テラヘルツ波Ｌtとプローブ光Ｌpのビーム位置が集光径の大きさに比べ４０％程度移動しても出力の変化が従来例より２０％程度小さくできる。
【００３８】
１１は、テラヘルツ波Ｌｔとプローブ光Ｌpを結合する光結合器で、本実施形態ではテラヘルツ波Ｌtを反射し、プローブ光Ｌpを透過するミラーを使用した。このミラーは、ＢＫ７ガラスの一面にITO膜（可視光から近赤外光透過、テラヘルツ波反射）を蒸着し、他面に７８０ｎｍの波長に対して低反射率のARコートを施したものである。本実施形態のミラー以外にも、たとえば、プローブ光Ｌpが通過する部分に穴があいた平面金属ミラーを使用してもよい。
【００３９】
検出手段６は、検出素子６１、コリメータレンズ６２、波長板６３、偏光子６４及びバランス検出器６５を備えている。
【００４０】
検出素子６１には、EO結晶として、ZnTe（１１０）を用いた。EO結晶には、テラヘルツ波Ｌtが誘起する光電場によって、プローブ光Ｌpの偏光が回転する物質を用いる。EO結晶は、第二高調波の帯域で透明であり、テラヘルツ波Ｌtとの位相整合がとれる物質が望ましい。たとえば、ZnTeやGaPの（１１０）面を使用するとよい。テラヘルツ波Ｌtの偏光及びプローブ光Ｌpの偏光は、ZnTe結晶の＜１００＞方向と平行に入射させることが望ましい。
【００４１】
コリメータレンズ６２は、焦点距離３０ｍｍの平凸レンズである。
【００４２】
波長板６３には、テラヘルツ波ＬtによりEO結晶６１上に誘起される複屈折によって生じるプローブ光Ｌpの偏光回転（楕円回転）を任意に回転させるために１／４波長板を用いた。
【００４３】
偏光子６４は、波長板６３により調整されたプローブ光Ｌpを縦偏光成分と横偏光成分に分割するためのものであり、ウォラストンプリズムを用いた。ウォラストンプリズム以外にも偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【００４４】
バランス検出器６５は、テラヘルツ波ＬtによりEO結晶６１上に誘起される複屈折により生じるプローブ光Ｌpの偏光回転量を、差動増幅機構を用いて抽出し、微量検出することができるもので、ニューフォーカス社製のニルバナを使用した。
【００４５】
１２は、バランス検出器６５で検出された信号の中から変調信号に同期した成分を抽出するロックインアンプである。
【００４６】
１３は、光学遅延手段４の位置情報と、ロックインアンプ１２からの信号を記録するＰＣ（パソコン）であり、光学遅延手段４とロックインアンプ１２を制御する機能も持たせてある。
【００４７】
本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１からの短パルスレーザ光を第二高調波発生器２で波長変換し、その後基本波と第二高調波を分離して基本波を励起光としてテラヘルツ波発生手段５からテラヘルツ波を発生させ、第二高調波をプローブ光として発生したテラヘルツ波を検出しているので、パルス光源１から出力される短パルスレーザ光を無駄なくテラヘルツ波の発生と検出に用いていることになり、発生と検出のエネルギ効率が１００％近い。
【００４８】
また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１にErドープモードロックファイバレーザ装置を用い、テラヘルツ波発生手段５にInSbを用いているので、λ0＝１５６０ｎｍの励起光によりΓ点近傍の有効質量の小さい電子を光励起することができる。この電子が表面電場や光デンバー場、外部磁場などにより加速されテラヘルツ波を放射する。その結果、テラヘルツ波を高効率に発生することができる。
【００４９】
また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、λ2＝７８０ｎｍの第二高調波をプローブ光として、ZnTe６１でテラヘルツ波を検出しているので、プローブ光の検出素子６２での吸収損失がなく、位相整合もとれ、テラヘルツ波検出効率が高い。
【００５０】
さらに、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、パルス光源１と波長変換手段２とが同一の筐体７に組み込まれているので、波長変換手段２でのレーザ光スポットの位置変動が少なく、安定した波長変換を行うことができる。
【００５１】
（実施形態２）図２は、実施形態２のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、光学遅延手段と検出手段とが実施形態１と異なるだけで、その他の構成要素は同じである。同一の構成要素に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
本実施形態では、光学遅延手段がプローブ光側に配置されている。図２において、４´が光学遅延手段で、励起光Ｌeによりテラヘルツ波発生手段のInSb５から発生するテラヘルツ波Ｌtに対して、プローブ光Ｌpに時間的な遅れ、或いは進みを発生させる装置である。本実施形態では、パソコンにより制御された市販の電動ステージの上にコーナーミラーを設置し、テラヘルツ波Ｌtとの相対的な位置関係を自由に調整できる装置を使用した。
【００５３】
６´が検出手段で、集光レンズ６２´、検出素子６１´及び電流アンプ６５´を備えている。
【００５４】
集光レンズ６２´は、検出素子６１´にプローブ光Ｌpを集光するするためにもので、焦点距離２０ｍｍの平凸レンズである。軸外し放物面鏡９´でテラヘルツ波Ｌtが集光された部位に、重なるようにプローブ光Ｌpを集光する。なお、後述するように、検出素子６２´が低温成長GaAsダイポールアンテナであるので、集光部位は、アンテナのギャップになる。
【００５５】
プローブ光Ｌpの集光径は、第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、１．４倍程度まで拡大してもよい。集光径を拡大しているので、テラヘルツ波Ｌt及びプローブ光Ｌpのビーム位置が集光径の４０％程度変動しても出力の変化は、従来例より２０％程度小さくできる。集光レンズ６２´には、焦点距離が２０ｍｍ以下の短焦点レンズが好ましい。
【００５６】
検出素子６１´には、低温成長GaAs基板上に作成されたギャップ５μｍのダイポールアンテナを用いた。ボウタイアンテナでも検出可能であるが、ダイポールアンテナの方が帯域を広くとれるので好ましい。アンテナは、テラヘルツ波の偏光とギャップ方向が平行になるように配置される。
【００５７】
電流アンプ６５´は、テラヘルツ波Ｌtを検出する際発生したプローブ光Ｌpによる光励起電流を増幅し、且つ電圧に変化するもので、本実施形態では、FEMTO社製のモデルDLCPA-200を使用した。１０７V／A以上の増幅効率、−３ｄＢの帯域が４５ｋＨｚ以上、及び１０μｓ以下の立ち上がりであることが望ましいので、たとえば、KEITHLEY社のモデル４２８等も使用可能である。
【００５８】
本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１からの短パルスレーザ光を第二高調波発生器２で波長変換し、その後、基本波と第二高調波を分離して基本波を励起光としてテラヘルツ波発生手段５からテラヘルツ波を発生させ、第二高調波をプローブ光として発生したテラヘルツ波を検出しているので、パルス光源１から出力される短パルスレーザ光を無駄なくテラヘルツ波の発生と検出に用いていることになり、発生と検出のエネルギ効率が１００％近い。
【００５９】
また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、λ2＝７８０ｎｍの第二高調波をプローブ光として、低温成長GaAsダイポールアンテナ６１′でテラヘルツ波を検出しているので、プローブ光の検出素子６２での吸収損失がなくテラヘルツ波検出効率が高い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーション、環境計測等への利用の可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態１のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。
【図２】実施形態２のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・・・・・パルス光源
２・・・・・・・波長変換手段（第二高調波発生器）
３・・・・・・・光分離手段
４、４′・・・・光学遅延手段
５・・・・・・・テラヘルツ波発生手段
６、６′・・・・検出手段
７・・・・・・・筐体
Ｌe・・・・・・ 波長変換されない短パルスレーザ光（基本波）
Ｌp・・・・・・ 波長変換された短パルスレーザ光（第二高調波）
Ｌt・・・・・・ テラヘルツ波
【図１】
2008010637.tif 000003
【図２】
2008010637.tif 000004