(57)【要約】【課題】  本発明は食品、薬品、人体皮膚などに直接テラヘルツ波を発生照射して反射波を検出するテラヘルツ電磁波発生照射方法及び装置において携帯可能で検体にテラヘルツプローブを近づけて操作できる装置を提供するものである。【解決手段】  ポンプレーザ及び信号レーザの出力を一本のファイバ内に結合してテラヘルツプローブに導入し、テラヘルツプローブに配置されたレンズ、テラヘルツ発生用結晶、テラヘルツ導波管、検体からの反射波を検出する小型室温検出器を一つの小型筐体に堅固にほぼ縦列配置させたテラヘルツプローブによって反射出力を得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのレーザ光の出力をビームコンバイナによって一つのファイバのビームとなし、ファイバの出力を携帯可能なテラヘルツ電磁波プローブに導入し、小型レンズによって前記レーザ光を所定の直径を有する平行ビームとなし、これをテラヘルツ電磁波発生用結晶に導入し該結晶の出力面にほぼ垂直に近づけた導波管あるいはレンズによって細く絞られたテラヘルツ電磁波ビームを形成し、任意の位置にある検体に、上記携帯可能なテラヘルツ電磁波プローブを近づけることにより、反射したテラヘルツ電磁波を前記プローブ内に配置した検知器によって検出することを特徴とするテラヘルツ電磁波発生照射方法及び装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ電磁波波発生用結晶がＧａＰであり、二つのレーザ光ビームに微小な角度を与え、かつ、テラヘルツ波出力の方向がプローブ軸に近い方向になるよう結晶の入射面が所定の角度を有することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ電磁波発生照射方法及び装置。
【請求項３】
前記テラヘルツ電磁波波発生用結晶が複屈折性を有することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ電磁波発生照射方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はレーザ光源を使ったテラヘルツ帯コヒーレント電磁波発生照射方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  波長可変レーザを用いて誘電体ＬｉＮｂＯ３や半導体ＧａＰ結晶などのテラヘルツ電磁波発生用結晶から周波数可変で単一周波数のコヒーレントテラヘルツを発生させることが可能となり、これらをテラヘルツ光源として、生体分子の同定、食品の検査、ガン細胞の検出、ＩＣ部品検査などに役立てることができる。すなわち、生体やがん細胞のテラヘルツ共振周波数にあわせて、検体のテラヘルツ帯画像を得る。このため、テラヘルツ電磁波ビームを局所的に照射し、検体を乗せたステージを移動させることにより画像を得ている。【０００３】  しかし、店舗内の食品検査や、人体の皮膚、眼球の検査、口内検査などはステージ上の検体を用いての検査ではなく、テラヘルツ波を発生し，受光する携帯可能なプローブを棚の上に置かれている食品に近づけて、あるいは患者の皮膚の患部などに近づけて測定する必要があるがまだこのような携帯可能なテラヘルツ電磁波プローブは知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の画像を得る方法ではポンプ光源として用いるＹＡＧレーザ、信号光源として用いるオプティカルパラメトリックオシレータ（ＯＰＯ）などは防振台上に置かれたレンズとミラを用いてテラヘルツ電磁波発生用結晶に照射され、二つのレーザの差周波数を有するテラヘルツ電磁波を得ていた。【０００５】  また、テラヘルツ電磁波発生用結晶としてＧａＰを使った場合、二つの入射光の間の微小な角度整合部、出力テラヘルツ波の集光用法物面鏡、テラヘルツ電磁波検出用シリコンボロメータなどで構成され数十ｃｍ以上の大きさと微妙な光学系からできていたために定盤上に置かなければならず、携帯は困難であった。【０００６】  本発明はこれらの欠点を除き、携帯可能な、小型かつ堅牢で、人の手によって移動させて計測することをを可能にするテラヘルツ電磁波発生照射方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  ポンプ光レーザ、信号光レーザはいずれもファイバ結合型にする。波長可変Ｙｂドープファイバレーザ（波長可変範囲１．０３μｍ−１．１１μｍ）はレーザ自体がガラスファイバで構成されており、最適なレーザ光源の一つである。ポンプ光源、信号光源がファイバ結合でない場合はレンズを使ってファイバに導入する。ポンプ光と信号光は通常偏光方向が互いに垂直である。ファイバ入出力型の偏光ビームコンバイナーを使って２つのファイバ出力を１つのファイバ出力へと変換し、テラヘルツ波発生照射部分、すなわちテラヘルツプローブに導入する。【０００８】  ポンプ光及び信号光はファイバ先端から放出し直径５ｍｍ以下の小型レンズで平行ビームに変換される。直径１ｍｍ程度の平行ビームに変換されたポンプ光と信号光はビーム径に見合う小型のテラヘルツ電磁波発生用結晶に導かれほぼ前方方向にテラヘルツ波を発生する。発生したテラヘルツ電磁波は方物面鏡を使わずに直ちにテーパ型金属導波管に導きプローブの先端からテラヘルツ電磁波を放出する。【０００９】  金属導波管の代わりに、ポリエチレンやシリコンでできたレンズを使ってもよい。上記の光学コンポネントである、平行ビーム形成用のレンズ、テラヘルツ電磁波発生用結晶、金属導波管はテラヘルツプローブの軸線から２０度以内に配置されているためプローブは携帯に適当な細長い形状を有している。これらのコンポネントは通常のマウントを用いず、一個の金属あるいはプラスティック架台に固着してあり、堅牢であり、携帯移動によって位置ずれを生じない。【００１０】  テラヘルツ電磁波を対象とする検体にテラヘルツ電磁波を照射するにはこのプローブを検体に近づけ、検体からの反射テラヘルツ波をおなじ金属導波管へと導き、ビームスプリッタを介して室温で動作するテラヘルツ波検知器に導き反射波強度を計測する。テラヘルツプローブはファイバ結合でポンプ光源、信号光源に接続されているのでポンプ光源、信号光源に対して自由に動かすことが可能である。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によればテラヘルツ波を発生照射検知する部分、すなわちテラヘルツプローブは自由に動かすことができるので、これを携帯して店舗などで食品類に近づけ、あるいは病院において人の皮膚や眼球、口内患部に近づけて、テラヘルツ波を照射し、その反射波強度をおなじプローブで室温で検出できる。これによって、食品の腐敗や、不純物の添加状態、人体皮膚その他の異常を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態、実施例１】
【００１２】  図１において、二つのファイバ１，２内をそれぞれ伝送されてきたポンプ光と信号光の互いに直交する偏波方向を持つビームを、ファイバ入出力型偏光ビームコンバイナ３を使って１本のファイバ内ビーム４に結合し、細長いテラヘルツプローブ筐体５の末端にある入力端から導入し、直径５ｍｍ以下の小型レンズ６によって直径１ｍｍ程度の平行ビー厶に変換される。立体状の偏光子７によって互いに垂直な偏光に分離させ、直角プリズム７、偏光子８によって再び二つのビームを結合する。そのビームをテラヘルツ波発生用ＧａＰ結晶１０に導入する。ＧａＰ結晶においてはポンプ光が１．０μｍより長波長の場合微小な角度整合が必要である。二つのビームのなす角はテラヘルツ波周波数に比例的に増大するがいずれにしろ微小であり、３ＴＨｚで３５ｍｉｎ．程度である。この微小角度を発生させるために偏光子８を所定の微小角度回転させる。偏光子８を極めて小型の回転ステージに乗せれば任意のテラヘルツ周波数で測定できるが、測定周波数があらかじめ分かつている場合はステージを使わないで固定角度を与えることでもよい。他の光学素子及び結晶は全てプローブ筐体に接着あるいはネジ締めにより固定されており、ミラホルダのような大型とならざるを得ないホルダ類は使用していない。
【００１３】  一方、位相整合されたテラヘルツ波の発生方向は結晶内で１０−２０度程度であり、周波数に大きく依存しない。この角度は結晶外に出ると屈折率比だけ大きくなるから、４０−６０度にも達する。その結果、テラヘルツ波用方物面鏡が複数個必要となり、小型化の障害となる、そこで、これを避けるため、結晶の入力面を図１に示したように出力面にたいして１０−２０度あらかじめ傾け、その方向から結晶に入射すると、テラヘルツ波ビームは出力面に垂直に近い方向に平行に近いビーム状に出射する。これを図１のように金属導波管１１で伝送し、先端の細くしたプローブ先端部分１２を検体部分１７に近づけてテラヘルツ波を照射する。検体から反射した、テラヘルツ波は再びプローブ先端からビームスプリッタ１３を介して室温検知素子ＤＴＧＳに入射する。発生した電気信号は信号線を通って外部に取り出されるがこの部分は図１では省略してある。筐体は長さ１０−２０ｃｍ，幅５ｃｍ、高さ１ｃｍ程度であり、携帯することが可能である。
【実施例２】
【００１４】  テラヘルツ波発生用結晶として複屈折性結晶ＧａＳｅを使うと図２のようにポンプ光と信号光、及び発生するテラヘウルツ波は互いに平行となる、この場合、位相整合はＧａＳｅ結晶１２の複屈折性を利用しておこなわれ、図２ように結晶を垂直入射から傾けることによって行われる。この角度はテラヘルツ周波数によってきまり、最大４０度程度である。測定する周波数があらかじめ決まっているときは所定の角度に固定するが周波数をチューニングする必要があるときは小型の回転ステージ上に乗せなければならない。結晶から出たポンプ光と信号光は金属導波管の途中または入り口に設けられたＧｅやブラックポリエチレンでできた近赤外線フィルタで除去される。出力側の構成は、その他については実施例１と同じである。【００１５】  実施例２は実施例１よりコンポネントの数が少ないのでより小型であるが、ＧａＰを使った実施例１に比べてＧａＳｅを使うと出力が充分高くない、また、周波数範囲がＧａＰの場合最大０．３ＴＨｚ−７ＴＨｚに対して、ＧａＳｅの場合０．３ＴＨｚ−５ＴＨｚと、より狭い範囲になるという欠点があるので目的によって両者を使い分ける。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  実施例１の構成を示す図である。
【図２】  実施例２の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】        １…ポンプ光を伝送するファイバ
２…信号光を伝送するファイバ
３…ビームコンバイナ
４…ポンプ光と信号光を伝送するファイバ
５…テラヘルツプローブ筐体
６…小型レンズ
７、８…キュービック偏光子
９…直角プリズム
１０…ＧａＰ結晶
１１…金属導波管
１２…金属導波管テーパ部
１３…ビームスプリッタ
１４…反射テラヘルツ波ビーム
１５…金属導波管
１６…検知器
１７…検体
１８…ＧａＳｅ結晶
１９…近赤外線カットフィルタ
【図１】
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【図２】
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