(57)【要約】サンプル（５）を調べるためのプローブは、放射を放出するために放出器（１）、放射を検出するための検出器（１）、及び放出器（１）からサンプル（５）に放射を導き且つサンプル（５）により反射される放射を検出器（１）に導くようになっている誘電体部材（３）から構成され、使用時に、誘電体部材（３）はサンプル（５）に対する放出器（１）から検出器（１）までの放射経路距離の少なくとも半分を占める、プローブである。
2004522151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルを調べるためのプローブであって：
放射を放出するための放出器；
放射を検出するための検出器；及び
放出器からサンプルに放射を導き且つサンプルにより反射された放射を検出器に導くようになっている誘電体部材；
から構成され、
使用時に誘電体部材はサンプルへの放出器から検出器までの放射経路距離の少なくとも半分を占める；
ことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブであって、放出器は検出器から空間的に離れている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のプローブであって、放出器は誘電体部材に備えられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載のプローブであって、放射が自由空間又はエアギャップを通ることなく放出器から誘電体部材まで進むように、放出器が位置付けされている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のプローブであって、放射が自由空間又はエアギャップを通ることなく放出器から誘電体部材まで進むように、放出器が誘電体部材の表面に当接している、ことを特徴とするプローブ。
【請求項６】
請求項４に記載のプローブであって、空気又は自由空間以外の固くない媒体が放出器と誘電体部材との間に挿入されている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のプローブであって、検出器は誘電体部材に備えられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載のプローブであって、放射が自由空間又はエアギャップを通ることなく検出器から誘電体部材まで進むように、検出器が位置付けされている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項９】
請求項８に記載のプローブであって、放射が自由空間又はエアギャップを通ることなく検出器から誘電体部材まで進むように、検出器が誘電体部材の表面に当接している、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１０】
請求項８に記載のプローブであって、空気又は自由空間以外の固くない媒体が検出器と誘電体部材との間に挿入されている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のプローブであって、検出器と放出器はトランシーバを形成するために互いに統合されている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプローブであって、トランシーバは誘電体部材に備えられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のプローブであって、放出器又は検出器は誘電体部材の焦点に位置付けられ、且つサンプルは対応する誘電体部材の焦点に位置付けられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載のプローブであって、誘電体部材は、放出器からの放射はサンプルを照射するために誘電体部材から出て且つサンプルから反射された放射は誘電体部材に入るプロービング表面を有する、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプローブであって、プロービング表面は調べているサンプルに当接している、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１６】
請求項１３に従属するとき請求項１５に記載のプローブであって、焦点はプロービング表面に位置付けされている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１７】
請求項１４に記載のプローブであって、自由空間又はエアギャップ以外の固くない媒体がサンプルとプロービング表面との間に挿入されている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか一項に記載のプローブであって、誘電体部材は、誘電体部材において放射を内部反射することにより放射を導くようになっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプローブであって、誘電体部材は実質的に楕円体表面の少なくとも１部を形成する少なくとも１つの表面から構成され、プローブは、前記表面が誘電体部材において放射を内部反射するために用いられるように構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２０】
請求項１８に記載のプローブであって、誘電体部材は実質的に楕円体である、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２１】
請求項１９に記載のプローブであって、実質的に楕円体表面の少なくとも１部を形成する少なくとも２つの表面は誘電体部材に備えられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１の何れか一項に記載のプローブであって、金属化表面が誘電体部材において放射を内部反射するために備えられている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２３】
請求項１乃至２２の何れか一項に記載のプローブであって、誘電体部材は少なくとも２つの部分から構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のプローブであって、少なくとも２つの誘電体部材部分は異なる屈折率を有する、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２５】
請求項２３に記載のプローブであって、誘電体部材は第１部分、第２部分及び第３部分から構成され、放出器から放出される放射がサンプルを照射する前に第１部分、次いで第２部分、次いで第３部分を通るように配置されている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のプローブであって、第２部分は両凹部形状であり且つ放射が一の凹部表面を通って第２部分に入り他の凹部表面を通って出るように位置合わせがなされ、第２部分の屈折率が第１部分及び第３部分の屈折率より小さい、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２７】
請求項２５に記載のプローブであって、第２部分は両凸部形状であり且つ放射が一の凸部表面を通って第２部分に入り他の凸部表面を通って出るように位置合わせがなされ、第２部分の屈折率が第１部分及び第３部分の屈折率より大きい、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２８】
請求項２５乃至２７の何れか一項に記載のプローブであって、第２部分は、ポリエチレン、パラフィン蝋、シリコーン、シリカ、ＴＰＸ又はポリプロピレンから選択される一つから形成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項２９】
請求項１乃至２８の何れか一項に記載のプローブであって、第２部分はコンテナとコンテナ内に備えられる硬くない材料とから構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のプローブであって、固くない材料は、シリコーングリース、シリコーン流動体、流動パラフィン、鉱物油、微粒子充填流動体またはコロイドから選択される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３１】
請求項１乃至３０の何れか一項に記載のプローブであって、誘電体媒体は、誘電体媒体のサンプル端部に備えられる先端部分から構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のプローブであって、先端部分は誘電体媒体の残りの部分から取り外し可能且つ再取り付け可能である、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３３】
請求項３１に記載のプローブであって、先端部分は誘電体媒体の残りの部分と統合可能である、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３４】
請求項３１又は３２の何れかに記載のプローブであって、先端部分は、先端部分が非プレーナサンプルに適合するように変形可能であるように、液体又は気体から構成される固くないバルーン状のものから構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３５】
請求項３４に記載のプローブであって、バルーンの材料はポリエチレンと、シリコーン流動体、シリコーンゴム、鉱物油又は蝋から選択される流動体及びポリエチレンである、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３６】
請求項１乃至３５の何れか一項に記載のプローブであって、誘電体の少なくとも一部は、結晶シリコン、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、結晶ゲルマニウム、石英、サファイア、ダイアモンド、高密度ポリエチレン、ＴＰＸ又はアルミナから構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３７】
請求項１乃至３６の何れか一項に記載のプローブであって、検出器は少なくとも１つの突出部及び／又は窪み部とを備え、検出器が当接する表面は、検出器が誘電体ボディに強固に接続できるように少なくとも１つの相補的な突出部及び／又は窪み部を備える、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３８】
請求項１乃至３７の何れか一項に記載のプローブであって、放出器は少なくとも１つの突出部及び／又は窪み部とを備え、放出器が当接する表面は、放出器が誘電体ボディに強固に接続できるように少なくとも１つの相補的な突出部及び／又は窪み部を備える、ことを特徴とするプローブ。
【請求項３９】
請求項１乃至３８の何れか一項に記載のプローブであって、放出器は、２５ＧＨｚ乃至１００ＴＨｚの範囲における少なくとも１つの周波数をもつ放射を放出するようになっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４０】
請求項１乃至３９の何れか一項に記載のプローブであって、放出器は、２５ＧＨｚ乃至１００ＴＨｚの範囲における少なくとも１つの前記周波数において複数の周波数をもつ放射のパルスを放出するようになっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４１】
請求項１乃至４０の何れか一項に記載のプローブであって、放出器は、異なる周波数をもつ放射による照射に応じて所望の周波数の放射を放出するようになっている周波数変換部材から構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４２】
請求項１乃至４１の何れか一項に記載のプローブであって、放出器は光伝導部材と光伝導部材を横切るバイアスを印加するようになっている電極とから構成され、光伝導部材は所望の周波数に対して異なる周波数をもつ少なくとも２つの周波数成分を有する放射による照射に応じて所望の周波数の放射を放出するようになっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４３】
請求項１乃至４２の何れか一項に記載のプローブであって、検出器は光伝導部材と光伝導部材を通って流れる電流を測定するようになっている電極とから構成され、光伝導部材は少なくとも２つの周波数成分から構成されるプローブビームと検出される周波数を有する放射のビームとの両方による照射に応じて電流を生成するようになっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４４】
請求項１１又は１２乃至４３の何れか一項に記載のプローブであって、請求項１１に従属するとき、トランシーバは、プレーナ電極と２つの互いに離れた第１及び第２光伝導部材とから構成され、電極は主部分と主部分の各々の側に位置付けられた第１及び第２分離部分とから構成され、第１ギャップは主部分と第１分離部分との間に形成され、第２ギャップは主部分と第２分離部分との間に形成され、第１光伝導部材は第１ギャップの少なくとも一部を橋渡しし、第２光伝導部材は第２ギャップの少なくとも一部を橋渡しし、バイアスが放射の放出器として機能するための第１光伝導部材の表面を横断して印加され且つ電流が検出器として機能する第２光伝導材料を通って測定されることが可能となっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項４５】
サンプルを調べるためのプローブであって：
放射を放出及び／又は検出するための能動光素子；並びに
サンプルと能動光素子との間に放射を送るための誘電体部材；
から構成され、
誘電体部材は異なる屈折率を有する少なくとも２つの部分から構成される；
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４６】
サンプルを調べるためのプローブであって：
放射を放出及び／又は検出するための能動光素子；並びに
サンプルと能動光素子との間に放射を送るための誘電体部材；
から構成され、
能動光素子は誘電体部材に備えられている；
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４７】
サンプルを調べるためのプローブであって：
放射を放出及び／又は検出するための光能動素子；並びに
サンプルと光能動素子との間に放射を導くための誘電体ボディ；
から構成され、
誘電体ボディはプローブに実質的に構造の堅牢性を与える；
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４８】
サンプルを調べるためのプローブであって：
放射を放出且つ検出するためのトランシーバ；並びに
トランシーバからサンプルに放射を導き且つサンプルからトランシーバに反射された放射を導くようになっている誘電体部材；
から構成され、
トランシーバは誘電体部材に焦点に位置付けされている；
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４９】
プレーナ電極；並びに
２つの互いに分離した第１光伝導部材及び第２光伝導部材；
から構成されるトランシーバであって、
プレーナ電極は主部分と主部分の各々の側に設けられた第１分離部分及び第２分離部分とから構成され、第１ギャップは主部分と第１分離部分との間に形成され、第２ギャップは主部分と第２分離部分との間に形成され、第１光伝導部材は第１ギャップの少なくとも一部を橋渡しし、第２光伝導部材は第２ギャップの少なくとも一部を橋渡しし、バイアスが放射の放出器として機能するための第１光伝導部材の表面を横断して印加され且つ電流が検出器として機能する第２光伝導材料を通って測定されることが可能となっている、ことを特徴とするプローブ。
【請求項５０】
請求項４９に記載のトランシーバであって、電極は狭いくびれを有し、くびれの一方側に位置付けされた第１光伝導部材は放出器として構成され且つくびれの他方側に位置付けされた第２光伝導部材は検出器として構成される、ことを特徴とするプローブ。
【請求項５１】
請求項４９又は５０の何れか一項に記載のトランシーバであって、第１ギャップはくびれから伸び、第１光伝導部材はくびれから離れたところに位置付けされて第１光伝導部材により放出される放射が第１ギャップに沿って伝搬し且つくびれにおいて放出されることを可能にし、第２ギャップは又くびれから伸び、第２光伝導部材はくびれから離れたところに位置付けされてくびれにおいて入射する放射が検出するために第２光伝導部材に向かい第２ギャップに沿って伝搬することを可能にする、ことを特徴とするプローブ。
【請求項５２】
放出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のポンプビームによる照射に応じて且つバイアスの印加に関して放出放射を放出するための光伝導部材から構成され、前記検出放射と共に前記非線形部材を照射するプローブビームを修正することにより検出放射のビームを検出するようになっている光非線形部材から更に構成される、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５３】
検出放射と検出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のプローブビームとの両方による照射に応じて電流を生成することにより検出放射を検出するようになっている光伝導部材から構成され、放出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のポンプビームによる照射に応じて放出放射を放出するようになっている光非線形部材から更に構成される、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５４】
光伝導特性及び非線形特性の両方を示す部材から構成されるトランシーバであって、その部材は、検出放射と検出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のプローブビームとの両方による照射に応じて電流を生成することにより検出放射を検出するようになっていて、且つ放出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のポンプビームによる照射に応じて放出放射を放出するようになっている、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５５】
光伝導特性及び非線形特性の両方を示す部材から構成されるトランシーバであって、その部材は、バイアスの印加に関し且つ放出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のポンプビームによる照射による照射に応じて放出照射を放出するようになっていて、前記検出放射と共に前記非線形部材を照射するプローブビームを守勢することにより検出放射を検出するようになって入る、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５６】
請求項５２乃至５５の何れか一項に記載のトランシーバであって、電極は光伝導部材にバイアスを印加するために備えられ、電極はトランシーバの所定範囲に検出放射を集め且つトランシーバの同じ範囲から放射を放出するようになっている、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５７】
請求項５６に記載のトランシーバであって、電極は２つのポイント部分から構成され、ポイント部分の最も近い２つのポイントの間の範囲は所定の範囲である、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５８】
請求項５２又は５３の何れか一項に記載のトランシーバであって、光伝導部材と非線形部材は、ポンプビーム又はプローブビームが光伝導部材に到達する前に非線形部材に衝突するように、配置されている、ことを特徴とするトランシーバ。
【請求項５９】
サンプルを調べる方法であって：
放出器から放出放射ビームを放出する段階；
サンプルを照射するために誘電体媒体を通って前記放出放射ビームを導く段階；並びに
前記誘電体媒体を用いて前記サンプルから検出器に反射される放射を導く段階；
から構成され、
前記誘電体ボディ媒体は放射経路距離の少なくとも半分を占める；
ことを特徴とする方法。
【請求項６０】
明細書において添付図面を参照して詳述したようなプローブの何れかであることを特徴とするプローブ。
【請求項６１】
明細書において添付図面を参照して詳述したようなトランシーバの何れかであることを特徴とするトランシーバ。
【請求項６２】
明細書において添付図面を参照して詳述したような方法の何れかであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、サンプルを調べるためのプローブ、装置及び方法の分野に関連する。更に、本発明は、プローブからサンプルに光を導き、及び／又はサンプルからプローブに光を集めるために用いることができる誘電体から構成されるプローブに関連する。又、本発明は、そのようなプローブを用いることが可能であるトランシーバ等の装置に関連する。本発明においては、２．５ＧＨｚ乃至１００ＴＨｚの周波数範囲において主に用いるように意図している。この周波数範囲は口語的にＴＨｚ範囲と呼ばれている。
【背景技術】
【０００２】
種々の方法を使用して多様なサンプルを調べるためのＴＨｚ放射を用いることは非常に興味深いことである。ＴＨｚ放射はサンプルの画像形成とスペクトルの獲得の両方のために用いられてきた。近年、ＩＥＥＥ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９９６，ｐｐ６７９−６９２に発表されたＭｉｔｔｌｅｍａｎ等による研究は、半導体やプラスチックのフレーム、薄片、成形品等の種々の対象物の画像形成をするためのＴＨｚ放射の使用について説明している。
【０００３】
ＴＨｚ放射は、プラスチック、紙、ダンボール及び無極性有機物質のような最も乾燥した非金属且つ無極性対象物を透過する。それ故、箱、ケース等の内部を調べるためにＴＨｚ放射をＸ線の代わりに用いることが可能である。ＴＨｚ光子はＸ線のそれよりエネルギーが低く、非イオン性である。従って、ＴＨｚ放射を用いることにより健康上のリスクは、従来のＸ線を用いる場合に比べて、極めて小さいものであることが期待されている。
【０００４】
ＴＨｚ放射を放射するか又は検出するために用いられるプローブを開発する必要がある。好適なプローブは、ＴＨｚ放射の放射と検出の両方を併せ持つものである。
【０００５】
従来のＴＨｚ放射を用いるプローブは、Ｌａｉ等がＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６９，ｐ１８４３，１９９６に発表したものを含んでいる。この論文においては、光導電サンプリングプローブは低温成長ＧａＡｓから製造される。そのプローブは単一モード光ファイバにおいて設けられている。光電サンプリングプローブは放射を検出するために用いられる。後年、Ｌａｙらは、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７２，ｐ３１００，１９９８に発表した論文において、一対の単一モード光ファイバに設けられた低温成長ＧａＡｓから形成される、マイクロマシン加工光電ＴＨｚ放出器について開示している。
【０００６】
上述の２つの非特許文献は、ＴＨｚ放射を放射又は検出するための光ファイバＴＨｚプローブを用いることが可能であることを示している。しかしながら、一旦生成されたＴＨｚ放射に何が起こっているか又はＴＨｚビームが検出器に実際にはどのように到達するかに対して、何ら考慮がなされていない。
【０００７】
Ｆａｔｔｉｎｇｅｒ等は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．５３，ｐ１４８０，１９９８に、サファイア光導電装置におけるシリコン及び固体半球サファイアミラーを用いて、ＴＨｚビームの同時放射及び検出について示している。Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４４，ｐ４９０，１９８９においては、同一の研究グループが分離放出器から分離検出器にＴＨｚビームを送信することを示している。それら両者の放出器及び検出器は固体半球サファイアレンズを用いている。しかしながら、サンプルへの又はサンプルからのビームをどのように検出するかについては開示されていない。
【０００８】
幾何光学場は特定波長の放射のために満足のいくように開発されたが、ＴＨｚ放射を用いて機能することが可能であるプローブを開発するとき、異なる制限及び特別な制限を適用する必要がある。上述の非特許文献の何れにおいても、異なるＴＨｚ放射の吸収及び伝搬特性の問題にアドレスすることができない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の特徴において、本発明は、サンプルを調べるためのプローブを提供し、そのプローブは放射を放出するための放出器、放射を検出するための検出器、及び放出器からサンプルに放射を導き且つ放出器にサンプルにより反射された放射を導くようにされた誘電体部材から構成され、使用時に、誘電体部材は、サンプルへの放出器から検出器までの放射経路の少なくとも半分を占める。
【００１０】
誘電体部材は、好適には、プローブに構造的堅牢さを提供することもできる固体誘電体部材である。この誘電体部材は、放射の内部反射又は回折により、そして好適にはその２つの組み合わせにより放射を導く。
【００１１】
第２の特徴に従って、本発明はサンプルを調べるためにプローブを提供し、そのプローブは放射するため及び／又は放射を検出するための能動光学素子及びサンプルと能動光学素子との間に放射を導くための誘電体部材から構成され、誘電体部材はプローブに実質的に構造的堅牢さを提供する。
【００１２】
多くの光学的操作を実施することができる単一素子は、米国特許第５，９９５，２８７号明細書に既に提案されている。ここで、その光学系は、ビデオカメラ等における多くの光学受動素子に代えてレンズが用いられている。しかしながら、この文献においては、この固体レンズが総光学距離のどれ位を占めるかについての開示は全くない。
【００１３】
本発明においては、誘電体媒体の外側の放射経路距離を最小にする必要がある。好適には、誘電体媒体は放射距離の少なくとも７５％を占め、更に好適には少なくともその９０％、その上に好適には９５％を占める。
【００１４】
誘電体媒体は自由空間より大きい屈折率をもち、それは放射のビームサイズを減少させるために役立ち、それ故、解像度を高くすることが可能である。
【００１５】
好適には、自由空間又はエアギャップを通過することなく、放射が放出器から誘電体部材に通るように、放出器は位置付けられる。これを達成するために、自由空間又はエアギャップを通過することなく、放射が放出器から誘電体部材に通るように誘電体部材の表面で放出器を当接することが可能である。それに代えて、空気又は自由空間以外の非堅牢媒体を放出器と誘電体部材の間に挿入することが可能である。
【００１６】
又、好適には、自由空間又はエアギャップを通過することなく、放射が誘電体部材から検出器に通るように、検出器は位置付けされている。これは、誘電体部材の表面で検出器を当接すること、又は検出器と誘電体部材の間に挿入される空気又は自由空間以外の非堅牢媒体を提供することにより達成される。
【００１７】
放出器及び検出器は、空間的に互いに分離されることが可能であり、又、トランシーバを形成するために互いに一体化することが可能である。トランシーバは、好適には、放出器と検出器について上述したように位置付けされる。
【００１８】
誘電体部材は、連続的な一つの材料である必要はない。それは、互いに取り外し可能且つ取り付け可能である複数の異なる部分から構成されることが可能である。それら異なる部分は同一材料とすることが可能であり、又異なる材料とすることが可能である。誘電体部材は、放出器で当接する放出器接合部、検出器で当接する検出器接合部、又はトランシーバで当接するトランシーバ接合部から構成される。
【００１９】
レンズの位置合わせを正確に行うために、好適には、放出器及び／又は検出器は誘電体部材に備えられる。一般に、誘電体部材は放出器、検出器又はトランシーバに比べて著しく大きい。
【００２０】
例えば、検出器は少なくとも１つの凸部及び／又は凹部を備えることが可能であり、それが隣接する表面は少なくとも１つの相補的な凸部及び／又は凹部を備えることが可能であり、それ故、検出器を誘電体部材に堅牢になるように接続することが可能である。又、放出器は少なくとも１つの凸部及び／又は凹部を備えることが可能であり、それが隣接する表面は相補的な凸部及び／又は凹部を備えることが可能であり、それ故、検出器を誘電体に堅牢になるように接続することが可能である。
【００２１】
例えば、トランシーバ、検出器又は放出器等の光学能動素子を誘電体上に備えられるという考え方が、そのような誘電体部材を用いるあらゆるシステムのために用いることができ、誘電体部材は光学能動素子を支持するために十分なサイズを有している。
【００２２】
それ故、第３の特徴において、本発明はサンプルを調べるためのプローブを提供し、そのプローブは放射するため及び／又は放射を検出するための能動光学素子及びサンプルと能動光学素子との間に放射を導くための誘電体部材から構成され、能動素子は誘電体部材に備えられる。
【００２３】
誘電体部材に関してプローブの能動素子の位置を固定することは可能であるが、サンプルに関して誘電体部材に位置はそのようによく規定されることはできない。好適には、放出器と検出器両者についての焦点にサンプルを備える。好適には、放出器と検出器を誘電体部材の焦点に位置付けし、誘電体部材の対応する焦点にサンプルを位置付けする。例えば、誘電体部材が楕円体である場合、放出器と検出器を楕円体の１つの焦点に備えることができ、サンプルを楕円体に他の焦点に位置付けすることができる。楕円体は、好適には、その焦点にサンプルと能動素子を適合させるためにその‘端部’において先端を切り落とされている。
【００２４】
誘電体部材は、好適には、サンプルを照射するために放出器からの放射がプローブを出射し、サンプルから反射された放射がプローブに入射するプロービング表面を有している。放射が通過する自由空間又は空気の量を最小にするために、好適には、調査中のサンプルにおいてプロービング表面が当接するようにする。この状態で、サンプルの焦点はプロービング表面上に位置付けられる。
【００２５】
又、自由空間又はエアギャップ以外の非堅牢媒体をサンプルとプロービング表面の間に挿入する。この状態において、焦点は、好適には、非堅牢媒体の厚さを補償するために、誘電体媒体から外側にあるようにデザインされている。
【００２６】
考えられる衛生上の理由及び一般的な磨耗と引裂きを被る理由から、サンプルに接触している誘電体部材の一部を置き換える必要がある。好適には、誘電体媒体は、誘電体媒体のサンプル端部において備えられる先端部から構成される。更に好適には、その先端部は、必要に応じて胴との先端部と交換可能であるように、誘電体媒体の残りの部分から外し且つ再度取り付けられるようになっている。
【００２７】
しばしば、例えば歯等の非平面表面を有するサンプルを調べる必要がある。このような状況においては、サンプルの形状を変えることが可能である先端を有することが好適である。そのような１つの先端は、液体又は気体から構成される非堅牢バルーンから構成される。好適には、バルーン材料はポリエチレンであり、流動体はシリコーン流動体、シリコーンゴム、鉱物油又は蝋から選択される。
【００２８】
上述のように、誘電体部材は、誘電体部材内の放射を内部反射することにより放射を導くようになっている。
【００２９】
これを達成するためには、誘電体部材は、好適には、実質的な楕円体表面の少なくとも一部からなる少なくとも１つの表面から構成され、プローブは、前記表面が誘電体部材内の放射を内部反射するために用いられるように、構成される。楕円体表面は、パルス化された放射の全ての周波数成分が同じポイント、即ち楕円体の焦点において焦点合わせされることを可能にしている。
【００３０】
焦点の計算がより単純であるように、誘電体部材が実質的に楕円であることは、特に好適である。しかしながら、プローブは分離した放出器と検出器を備えているため、誘電体部材が実質的な楕円体表面の少なくとも一部をなす少なくとも２つの表面を有し、部分表面により規定される各々の楕円体についての焦点において放出器と検出器を位置付けすることは好適である。
【００３１】
誘電体部材内の放射を内部反射するために、金属化表面を備えることが可能である。
【００３２】
又、屈折を用いて放射を導くために誘電体部材を用いることが可能である。放射の内部反射に付加的に又はそれに代えて、これを用いることが可能である。誘電体部材内の放射を導くためには、媒体は異なる屈折率をもつ少なくとも２つの誘電体部分から構成される。
更に好適には、誘電体部材は、放出器から放出された放射が第１部分を通過し、次いで第２部分を通過し、次いでサンプルを照射する前に第３部分を通貨するように配置された、第１、第２及び第３部分から構成される。
【００３３】
例えば、第２部分は両凹形状であり、放射が１つの凹面を通り第２部分に入射し、他の凹面を通って出射するように位置合わせがなされ、第２部分の屈折率は第１部分及び第３部分の屈折率より小さいことが可能である。
【００３４】
それに代えることができる配置においては、第２部分は両凸形状であり、放射が１つの凸面を通り第２部分に入射し、他の凹面を通って出射するように位置合わせがなされ、第２部分の屈折率は第１部分及び第３部分の屈折率より大きいことが可能である。
【００３５】
第２部分は、ポリエチレン、パラフィン蝋、シリコーン、シリカ、ＴＰＸ又はポリプロピレンから選択される１つからなることが可能である。それに代えて、第２部分は、コンテナ及びコンテナ内に入れられる非堅牢材料から構成されることが可能である。非堅牢材料を、シリコングリース、シリコーン流動体又は液体蝋から選択することが可能である。コンテナは、ＴＨｚ放射の経路に置かれることはできない場合、あらゆる製造可能な材料を用いることが可能である。コンテナがＴＨｚビームの経路中に置かれる場合、好適には、それはポリエチレン、マイラー、ＴＰＸ又はＴＨｚ放射に対して実質的に透明であるあらゆる材料から構成される。
【００３６】
一般に、誘電体部材は固体であり、好適には、結晶シリコン、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、結晶ゲルマニウム、石英、サファイア、ダイアモンド、高密度ポリエチレン、ＴＰＸ又はアルミナから構成される。又、このような材料を、上述の第１、第２及び第３部分の先端部のようなプローブの部分に用いることが可能である。
【００３７】
第４の特徴において、本発明はサンプルを調べるためのプローブを提供し、そのプローブは放射するため及び／又は放射を検出するための能動光学素子及びサンプルと能動光学素子との間に放射を導くための誘電体部材から構成され、誘電体部材は異なる屈折率をもつ少なくとも２つの部分から構成される。
【００３８】
本発明のプローブは、主に、ＴＨｚ周波数範囲において使用することが意図されている。それ故、好適には、放出器は、２５ＧＨｚ乃至１００ＴＨｚの範囲の少なくとも１つの周波数をもつ放射を放出するようになっている。更に好適には、放出器はパルス化されたＴＨｚ放射を放出し、それ故、放出器は、好適には、２５ＧＨｚ乃至１００ＴＨｚの範囲の少なくとも１つの前記周波数において、複数の周波数を有する放射のパルスを放出するようになっている。
【００３９】
自然界にＴＨｚ放射源となるものは存在しない。しかしながら、ガンダイオードとカスケードレーザを用いてＴＨｚ放射を直接生成することが可能である。パルス化されたＴＨｚ放射を生成するために、放出器は、異なる周波数をもつ放射により照射に応じて所望の波長の放射を放出するようになっている周波数変換部材から構成されることが可能である。一般に、周波数変換部材は、２つの入力ビームの周波数の差の放射を放出するようになっている。ＴＨｚ放射を生成するために、スペクトルの近赤外領域にある周波数を有するパルス化された（即ち、複数の周波数）入力ビームを用いることが可能である。
【００４０】
又、ＴＨｚ放射を生成するために光伝導装置（例えば、米国特許第５，７２９，０１７号明細書参照）を用いることが可能であり、このとき、放出器は光伝導材料とこの光伝導材料を横切るバイアスを印加するようにする電極とから構成され、この光伝導材料は、所望の周波数に対して異なる周波数をもつ少なくとも２つの周波数成分を有する放射のポンプビームによる照射に応じて電流を生成するようになっている。
【００４１】
類似する検出器は、光伝導材料とこの光伝導材料を通って流れる電流を評価するようになっている電極とから構成され、この光伝導材料は、少なくとも２つの周波数成分から構成されるプローブビームと検出される周波数を有する放射ビームとの両者による照射に応じて電流を生成するようになっている。
【００４２】
本質的に同じ装置としての光伝導放出器と光伝導検出器の構造は両方の機能を備えるために用いられることが可能であり、ＴＨｚ放出のための電極を横断するバイアスを印加することとＴＨｚ検出のための電極間の電流を測定することとの間のスイッチングを提供する。放出及び検出の両方を行うことが可能である光伝導原理に基づく装置を製造することが可能である。
【００４３】
それ故、好適には、プローブは、プレーナ電極と互いに分離した２つの第１および第２光伝導部材とから構成されるトランシーバを備えており、電極は主部分とこの主部分のそれぞれ両側に位置付けされた分離した第１及び第２部分とから構成され、それ故、第１ギャップは主部分と第１分離部分との間に形成され、第２ギャップは主部分と第２分離部分との間に形成され、第１光伝導部材は第１ギャップの少なくとも一部に橋渡しされ、第２光伝導部材は第２ギャップの少なくとも一部に橋渡しされ、放射の放出器として機能する第１光伝導部材の表面を横断してバイアスを印加することができ、そして検出器として機能する第２光伝導材料を通る電流を測定することができる。
【００４４】
第５の特徴において、本発明は、プレーナ電極と２つの互いに分離した第１及び第２光伝導部材から構成され、この電極は主部分とこの主部分のそれぞれの側に位置付けされた第１及び第２分離部分から構成され、それ故、第１ギャップは主部分と第１分離部分との間に形成され、第２ギャップは主部分と第２分離部分との間に形成され、第１光伝導部材は第１ギャップの少なくとも一部に橋渡しされ、第２光伝導部材は第２ギャップの少なくとも一部に橋渡しされ、放射の放出器として機能する第１光伝導部材の表面を横断してバイアスを印加することができ、そして検出器として機能する第２光伝導材料を通る電流を測定することができる。
【００４５】
好適には、電極はくびれを有するように構成され、第１光伝道部材は放出器として構成されるくびれの１つの側に位置付けされ、第２光伝導部材は放出器として構成されるくびれの他の側に位置付けされる。この構成において、トランシーバの正確に同じポイントにおいてＴＨｚ放射を生成し且つ検出することが可能である。
【００４６】
好適には、第１ギャップはくびれから広がり、第１光伝導部材はくびれから離れて位置付けされ、それ故、第１光伝導部材により放出された放射は第１ギャップに沿って伝搬し、くびれにおいて放出され、くびれから広がる第２ギャップと第２光伝導部材はくびれから離れて位置付けられ、それ故、くびれにおける放射の入射は検出のために第２光伝導部材に向かって第２ギャップに沿って伝搬する。
【００４７】
又、他のタイプのトランシーバを用いることが可能であり、例えば、放射を検出するためには光伝導効果を、放出を検出するためには非線形光効果を用い、又はその逆に効果を用いるハイブリッドタイプのトランシーバを用いることが可能である。
【００４８】
それ故、第６の特徴として、本発明は、放出放射の周波数に対して異なる周波数をもつ放射のポンプビームにより照射に応じて且つバイアスの印加において放出放射を放出するための光導電部材から構成されるトランジスタを提供し、トランシーバは、前記検出放射を用いて前記非線形部材を照射するプローブビームを修正することにより検出放射のビームを検出するようになっている非線形光部材から更に構成される。
【００４９】
それ故、第７の特徴として、本発明は、検出放射の周波数と異なる周波数を有する放射のプローブビームと検出放射の両方による照射に応じて電流を生成することにより検出放射を検出するようになっている光伝導部材から構成されるトランシーバを提供し、トランシーバは、放出放射の周波数に対して異なる周波数をもつ放射のポンプビームにより照射に応じて放出放射を放射するようになっている非線形光部材から更に構成される。
【００５０】
このタイプのトランシーバはＴＨｚ放射を放出するために用いられることが意図されているため、放出放射及び検出放射はＴＨｚ放射であると仮定される。しかしながら、又、このタイプのトランシーバと共に他のタイプの放射を用いることが可能である。
【００５１】
好適には、光伝導部材にバイアスを印加するため（放出器として機能する場合）、又は光伝導部材を通って流れる電流を検出するため（検出器として機能する場合）に、電極を備えている。又、好適には、この電極はアンテナとして構成され、それ故、それは又、トランシーバの所定範囲において検出放射を集め、そして放射が非線形部材又は光伝導部材により放出（検出）されることに拘わらずトランシーバの同じ範囲から放射を放出する役割を果たす。
【００５２】
一般に、トランシーバは基板上に備えられる。放出ＴＨｚ放出は、常に最も大きい屈折率をもつ範囲に放出され、そして、一般に基板に放出される。
【００５３】
非線形光学部材を光伝導部材のそれぞれの側に備えることが可能である。しかしながら、好適には、光伝導部材がポンプビーム及びプローブビームを吸収するとき、光伝導部材の前の非線形部材にポンプビーム又はプローブビームが衝突するように、光伝導部材と非線形部材は配列される。
【００５４】
又、非線形効果及び光伝導効果の両方を示す単一部材を備えることが可能であり、この単一部材は、光伝導効果を用いて放射を放出し、非線形光効果を用いて放射を検出するか、又はその逆であるようになっている。
【００５５】
それ故、第８の特徴において、本発明は、光伝導特性と非線形特性の両方を示す部材から構成されるトランシーバを提供し、その部材は、検出放射の周波数に対して異なる周波数を有する放射のプローブビームを検出放射の両方により照射に応じて電流を生成することにより検出放射を検出するようになっており、そして放出放射の周波数に対して子となす周波数を有する放射のポンプビームにより照射に応じて放出放射を放出するようになっている。
【００５６】
第９の特徴において、本発明は、光伝導特性と非線形特性の両方を示す部材から構成されるトランシーバを提供し、その部材は、バイアスの印加に関して及び放出放射の周波数に対して異なる周波数を有する放射のポンプビームにより照射に応じて放出放射を放出するようになっており、前記検出放射を用いて前記非線形部材を照射するプローブビームを修正することにより検出照射を検出するようになっている。
【００５７】
適切な電極は２つの先の尖った部分から構成されることが可能であり、バイアスがその先の尖った部分の最も近い２つのポイントの間に印加されるように、トランシーバは構成される。所謂‘ボウタイ’形状の電極はそのような実施形態の例である。しかしながら、あらゆる配列の電極を用いることが可能であり、例えば、ダイポール配列、二重ダイポール配列又はＦａｔｔｉｎｇｅｒ等によりＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．５４，ｐ．４９０１（１９８９）に開示されたような伝送回線配列がある。
【００５８】
又、これらのタイプの電極は、上述のトランシーバ、検出器及び放出器のために用いられることが可能であり、光伝導特性を用いることによってのみ機能する電極を含む。
【００５９】
光伝導部材と非線形光部材の両方として用いることが可能である材料の代表的な実施例はＧａＡｓ又はＩＩＩ−Ｖ族化合物又はＩＩ−ＶＩ族化合物の何れかの材料である。
【００６０】
上述のトランシーバ、放出器及び検出器の各々においては、ポンプビーム及び／又はプローブビームを用いることについて説明を加えた。一般に、ポンプビームは、少なくとも２つの周波数成分から構成されるパルス化ビームであり、放出放射はそれら２つの成分の差に実質的に等しい周波数を有している。一般に、ポンプビームは２つより多い周波数成分から構成され、又、放出放射は複数の周波数成分を有している。又、同様に、プローブビームは、好適にはパルス化され、少なくとも２つの周波数成分から構成される。一般に、ポンプビームとプローブビームは、同じ源からビームスプリッタ等を経由して導かれる。
【００６１】
第１０の特徴において、本発明はサンプルを調べるためのプローブを提供し、このプローブは、トランシーバからサンプルに放射を導き且つトランシーバにサンプルから反射された放射を導くようになっている誘電体部材と放射を放出し且つ検出するためのトランシーバとから構成され、トランシーバは誘電体部材の焦点に位置付けされる。
【００６２】
好適には、トランシーバは誘電体部材に備えられる。
【００６３】
本発明の全ての特徴に従ったプローブは誘電体部材から構成される。そのような部材を用いることには多くの優位性が存在する。誘電体部材が固体である場合、プローブには堅牢性が付与され、ＴＨｚ放射が誘電体部材を通過するとき、ＴＨｚ放射の水−蒸気吸収は起こらない。幾つかの実施形態においては、焦点はプロービング表面にあり、それ故、プローブを位置合わせするか又は焦点合わせする必要はない。内部の誘電体／空気界面が存在しないため、反射による損失を低減することができる。材料の高屈折率により、ＴＨｚ放射のスポットサイズを小さくすることが可能である。
【００６４】
第１１の特徴において、本発明はサンプルを調べる方法を提供し、その方法は、放出器から放出放射のビームを放出する段階と、サンプルを照射するための誘電体媒体を通って前記放出ビームを導く段階と、検出器に前記媒体を用いて前記サンプルから反射される放射を導く段階と、から構成され、前記誘電体媒体は放射経路距離の少なくも半分を占める、方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
図１のプローブは、細長い固体誘電体部材３に接続され、固体誘電体部材３に当接している。誘電体ボディ３は、部分１及び３から構成されるプローブにより調査されるサンプル５に当接している。
【００６６】
誘電体ボディ３は実質的に楕円体形状である。楕円体３の第１端部は切断され、トランシーバ１はその楕円体の第１焦点１１に設置される。又、第２焦点１３が楕円体３の切断された表面にあるように、楕円体の他の端部９は切断されている。
【００６７】
誘電体部材３は軸対称であるため、その長軸について回転対称である。この具体例において、誘電体部材３は、その長軸に垂直であるプレーナ表面７及び９を形成するように、先端部が切り取られている。トランシーバ１の放出及び検出ポイント、即ちＴＨｚ放射が検出され又は他のタイプの信号に変換されるようにＴＨｚ放射が生成されるポイントが楕円体３の１つの焦点１１に位置付けされるように、プレーナ表面７の位置は選択される。
【００６８】
サンプル５の位置において、誘電体部材３はその楕円体の他の焦点を通って切断されている。楕円体３の幾何学的構造により、トランシーバ１が第１焦点１１に位置付けされ、サンプル５が他の焦点１３に位置付けされる場合、トランシーバから出る放射は焦点１３において焦点が合い、サンプル５から反射される放射はトランシーバ１において焦点が合う。
【００６９】
ＴＨｚ放射のあるビームの経路を模式的に示している。経路１５ａ及び１５ｂはトランシーバからサンプル５に進む放射を示し、経路１７ａ及び１７ｂはサンプル５からトランシーバへの戻りの経路を示している。ＴＨｚはそのループについてどちらの方向へも伝搬することが可能である。ここでは、簡単化のために１つの方向のみを示している。示した経路１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ全て（そして、図示されていない経路も）が同じ長さである。
【００７０】
図２は非軸対称のデザインについて示している。不必要な反復を避けるために、同じ参照符号は同じ機能を示すために用いるものとする。
【００７１】
誘電体ボディ３の上部表面１９は楕円形状である。図１の誘電体ボディ３と同様に、トランシーバの放出及び検出ポイントは楕円体の１つの焦点に置かれ、サンプル５は楕円体の他の焦点に設置されている。ここでは、完全な楕円体とはなっていない。しかしながら、楕円体表面１９の焦点の位置は、それでも確定することが可能である。ここでは、トランシーバ１から誘電体部材３に入射する放射は、トランシーバ１の放出方向に垂直に位置されたサンプル５の表面に照射することが所望されている。これを達成するために、トランシーバ１に当接するプレーナ表面７がサンプル５に当接するプレーナ表面９に垂直になるように、楕円体は切断されている。
【００７２】
２つのプレーナ表面７、９は、楕円体表面１９により規定される長軸に対して４５°の角度をつけられている。この構成を用いて、トランシーバ１の焦点からサンプル５の焦点までの放射経路距離が経路の如何によらず同じであるように、トランシーバ１及びサンプル５を位置付けすることが可能である。又、トランシーバ１から放出される全ての放射が誘電体ボディ３の上部楕円形状表面から跳ね返るように、プローブは構成されている。
【００７３】
図３は、図１及び図２のプローブの他の変形を示している。ここでは、分離ＴＨｚ放出器２１と分離ＴＨｚ検出器２３とを用いている。分離ＴＨｚ放出器２１と分離ＴＨｚ検出器２３の両者は誘電体部材３に設置されている。
【００７４】
分離ＴＨｚ放出器２１と分離ＴＨｚ検出器２３はプレーナ表面２５に備えられている。プレーナ表面２５に対向して、表面２７、２９の間に位置付けられた誘電体材料３１の突起部を伴って２つの部分楕円体表面２７、２９が形成されている。１つの部分楕円体表面２７は放出器２１に直接対向するように設けられ、もう１つの楕円体表面２９は放出器２３に直接対向するように設けられている。
【００７５】
プローブにより調査されるサンプル５は、突出部３１の当接表面３３に位置付けされている。放出器２１からの放射は楕円体表面２７からプレーナ表面２５に反射され、次いで、プレーナ表面２５は放射を突出部の中であってサンプル５の方向に反射する。サンプル５から反射された放射は、次いで、サンプル５からプレーナ表面２５に反射して戻され、更に楕円体表面２９を経由して検出器２３に反射される。焦点３５は突出部３１の表面３３にある。
【００７６】
放出器２１と焦点３５との間の放射経路距離と検出器２３と焦点３５との間の放射経路距離は、ビームが楕円体表面２７及び２９から反射して戻される位置に拘わらず同じである。
【００７７】
図４は、ＴＨｚ放出器２１と検出器２３が分離されている図３のプローブに関する他の変形である。不必要な重複を避けるために、同じ参照符号は同じ機能を表すために用いるものとする。
【００７８】
油田体３は、一般に細長い形状をしている。サンプル５は、ＴＨｚ放出器及び検出器２３に対して誘電体部材３の対向端部に設置されている。
【００７９】
放出器２１は誘電体部材３の下部に設置されている。放出器２１からの放射は部分楕円体表面２７からサンプル５の焦点３５に反射される。次いで、放射はサンプルから誘電体ボディ３を通り部分楕円体表面２９に反射される。楕円体表面２９は放射を誘電体ボディ３の上部側に設置されているＴＨｚ検出器２３に反射する。
【００８０】
上述のプローブは、内部反射により能動光学素子（即ち、放出器２１と検出器２３）とサンプルとの間に光を導いた。図５と図６の実施例においては、放射は屈折により検出される。
【００８１】
図５におけるプローブの誘電体４１は３つの部分、即ち、トランシーバ１が取り付けられる第１部分４３、第２の中間部分４５及び第３の終わり部分４７から構成される。
【００８２】
第１部分は、トランシーバ１を受け入れるためのプレーナ表面４９を伴う略コーン形状部分とプレーナ表面４９に対向して備えられる凸表面５１からなる。凸表面５１は、第１部分４３がトランシーバ１の方向にテーパーになるようにプレーナ表面４９より円周部分が大きくなっている。
【００８３】
第２部分４５は略円筒状であり、第１部分の凸領域５１は第２部分４５の１つのプレーナ側５３に嵌め込まれている。第３部分４７は、第１部分４３と形状が同一であり、互いに鏡像関係にある。第３部分４７は、第１部分４３に対する第２部分の対向側５７に嵌め込まれる凸表面５５を伴って配置されている。
【００８４】
第１部分４３の屈折率はｎ１であり、第２部分４５の屈折率はｎ２であり、そして第３部分４７の屈折率はｎ３である。図５の誘電体において、ｎ２＜ｎ１であり、ｎ２＜ｎ３である。トランシーバ１から放出器への放射は、第１部分４３により伝えられる（代表的な経路は参照符号６１で示されている）。この経路は、第１部分４３と第２部分４５の間の屈折率の違いにより屈折され形成される。次いで、ビーム６１は第２部分４５と第３部分の間の界面において更に屈折され、放射は表面５９の焦点６３に焦点を結ぶ。この実施例において、第２部分は両凹レンズである。
【００８５】
第２部分の４５の屈折率が、第１部分４３及び第３部分４７に比べて大きい場合、第２部分４５は両凸レンズが形成され、第１部分と第３部分の凸表面５１、５５は凹表面により置き換えられる。
【００８６】
第２部分４５は、ポリエチレン、パラフィン蝋、シリコン、シリカ、ＴＰＸ、ポリプロピレン又はＴＨｚ範囲における放射に対して略透明である他の材料から形成されることが可能である。又、絶縁的に充填されたエポキシ樹脂又はプラスチック等の複合材料は有用である。又、シリコーングリース又は流動体或いは液体蝋等の液体誘電体を用いることが可能である。又、液体誘電体を用いる場合、堅牢性を付与し、構成要素と共に所定位置に流動体を封止するために、更なる装置（図示せず）が用いられなければならない。
【００８７】
図６は図５のプローブの修正を示している。ここでは、分離放出器２１および検出器２３を用いている。第１部分４３は、放出器２１と検出器２３を当接するプレーナ表面６５から構成される。放出器２１と検出器２３は表面６５において互いに離れている。
【００８８】
凸表面６７は放出器２１に対向するように設けられ、放出器２１がこの表面６７の中央に対向するように位置付けされている。第２凸表面６９は、検出器２３が表面６９の中央に直接対向するように、検出器２３に対向して設けられている。第１部分４３の２つの凸表面６７、６９は、図５を参照して説明したものと同様の方法で、第２部分４５の１つのプレーナ側に嵌め込まれている。
【００８９】
第３部分４７と第２部分の残りの部分は、図５を参照して説明したものと同様である。
【００９０】
３つの部分４３、４５、４７は、放出器２１から放出される放射が屈折され且つ焦点６３で焦点を結ぶように、構成される。焦点６３で集められた放射は検出器２３の方に屈折により導かれる。
【００９１】
図７は図４のプローブの変形である。細長い誘電体ボディ３のサンプル端部はプローブ先端部として示されている。図７において、この部分は、誘電体ボディ３の残りの部分から取り外し可能であり、再取り付け可能である。取り付け可能先端部７１は、機械的クリップ又はクランプ、好適にはバネ付きクリップにより、誘電体ボディ３の残りの部分に固定されることが可能である。それに代えて、取り付け可能先端部７１は接着剤を用いて固定されることが可能である。
【００９２】
図７においては、取り付け可能先端部７１は、ビームが先端部に入射するときに放出されたＴＨｚビームの屈折が生じないように、誘電体ボディ３の残りの部分と同じ材料で形成される。
【００９３】
図８は、異なるタイプの先端部をもつ図４のプローブを示している。先端部７３は、実質的にＴＨｚ放射に対して透明である流動体７７で満たされたバルーンタイプの構造７５から構成される。バルーン７５は、ポリエチレン、シリコーンゴムから形成されることが可能であり、流動体７７はシリコーン流動体、鉱物油又は蝋からなることが可能である。先端部７３は、非プレーナ表面の形状を、例えば歯の場合のように、型を用いて形成するようになっており、それ故、良好な接触を得ることが可能である。
【００９４】
ＴＨｚ放射に対して実質的に透明である接着剤の薄い層を用いて、バルーン３を誘電体ボディ３に固定することが可能である。例えば、強力瞬間接着剤、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の接着剤を用いることが可能である。又、蝋を用いることが可能である。蝋は、先端部を取り外すために溶かすことが可能であるため、便利であり、好適である。それに代えて、バルーン７５は、誘電体ボディ３の端部周辺において挟むことにより、取り付けられることが可能である。
【００９５】
図９はハウジングを伴うプローブの組み立て構造を示している。誘電体ボディ３は、図４を参照して説明したものと同様であるため、ここでは詳細説明は繰り返さない。誘電体ボディ３はプローブハウジング８３の遠心端８１に組み込まれている。誘電体ボディ３は、誘電体ボディ３のプロービング表面９がプローブハウジング８３から離れるように、ハウジング８３から外側に飛び出している。誘電体ボディ３において放出器２１及び検出器２３を受け入れる位置はプローブハウジング８３の中に位置付けされている。
【００９６】
この実施例においては、ＴＨｚ放射の放出と検出の両方を行うために、光伝導アンテナを用いる。放出器は、一対の表面電極をなす光伝導材料から構成され、一対の表面電極は放出器の上に形成され、それらの間には間隙がある。電極を横切って適切なバイアスを印加することと適切な周波数をもつ放射（ポンプビーム）を用いて電極間の光伝導材料を照射することとにより、ＴＨｚ範囲における放射の放出がもたらされる。
【００９７】
放出器がＴＨｚ放射を生成するために必要とされるパルス化された放射は光ファイバケーブル８５を通して供給される。光伝導アンテナの電極に印加されるバイアスは電気ケーブル８７を通して供給される。
【００９８】
放出器２１は、誘電体ボディ３において対向部分楕円体表面９１に設置される放出器受け入れ表面８９に設置される。楕円体表面９１は、その反射特性を強化するために、金属がコーティングされている。楕円体表面９１はプロービング表万９において放出器から焦点１３への全ての放射を反射する。
【００９９】
焦点１３において調査中のサンプルから反射された放射は、誘電体ボディ３内であって部分楕円体表面９３に反射して戻される。この表面９３は、夕で延滞３の検出器受け入れ表面９５に設けられたＴＨｚ検出器２３にサンプルから放射を反射する。
【０１００】
検出器２３は、逆の方式で機能することを除いて、構造的に放出器と同様である。ＴＨｚ放射を生成するために放出器に供給されるものと同様な放射が、プローブビームとして光ファイバケーブルを通り検出器に供給される。ＴＨｚ放射がプローブビームと共に検出器に入射するとき、２つの電極間に光電流が生成される。この光電流の測定により、サンプルから反射されるＴＨｚ放射の大きさ及び位相の情報が測定されることが可能である。光電流は、電線９９を用いて、プローブから流れ出される。
【０１０１】
放出器２１及び検出器２３に入射ビームを伝搬する光ファイバ８５、９７と、検出器から及び放出器に電気信号を運ぶ電線８７、９９とは、誘電体ボディ３にハウジング８３の反対側に位置付けされたファイバ挿入ポイント１０３においてプローブハウジング８３を出るアンビリカルファイバ１０１を形成するために束ねられている。
【０１０２】
図１０にシステムの全体を模式的に示している。ここでは、アンビリカルファイバ１０１が、プローブハウジング８３そして制御光学系及びエレクトロニクスに接続される様子を示している。
【０１０３】
先ず、プローブへの光入力８５及び９７について説明する。広帯域レーザ源１０５はポンプビーム（放出器についての入力ビーム）及びプローブビーム（検出器についての入力ビーム）を供給する。レーザ源１０５からの出力は、ファイバ内で起こる分散を予め補償するために補償制御器１０７に供給される。補償制御器１０７からのパルスは、次いで、放出器（図９の２１）及びプローブビーム９７に直接送られるポンプビーム８５にビームが分割される、ビームスプリッタ１０９に導かれる。
【０１０４】
プローブビーム９７がマイクロプロセッサ１１３により制御される光遅延線１１１に供給される。光遅延線１１１は±３０ｃｍの範囲をもち、約０．０００Ｈｚ乃至５００Ｈｚの周波数で動作し、プローブビームの位相を検出器２３において受信されるＴＨｚビームに適合することができるように、適当な時間に行きつ戻りつしてプローブパルスの遅延を一掃する。一般に、遅延線は±４ｍｍの範囲を２０Ｈｚの周波数において走査される。プローブビームは、次いで、光ファイバケーブル９７を用いて、プローブにおける検出器に導かれる。
【０１０５】
放出器バイアス電圧はユニット１１５により供給され、これは、ポンプパルスを用いる照射に関するＴＨｚ周波数範囲内の周波数をもつ放射を放出するために、他の電極に関して放出器の１つの電極にバイアスを印加する。
【０１０６】
検出器により検出された電気信号は、電線を通り電気信号検出器及びデジタイザ１１７に供給される。電気信号検出器及びデジタイザ１１７の出力は、次いで、光遅延線１１１を制御する制御器１１３に供給される。
【０１０７】
上述においては、分離放出器及び検出器を参照して詳細説明を行った。しかしながら、ＴＨｚ放射の放出及び検出の両方を行うトランシーバを用いることが可能である。そのようなトランシーバを図１１に示す。
【０１０８】
トランシーバ１２１は、サファイア、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、石英等の基板１２３から構成される。表面電極１２５は基板１２３に形成される。表面電極１２５は、電極１２５のくびれ１３２を形成するために先端１３１において結合する２つの三角形１２７、１２９を有するボウタイ構造を形成している。
【０１０９】
電極１２５の上方三角形１２７は、この三角形の一部１３７が上方三角形１２７の残りの部分から分離されるように、その三角形を通って形成された縦方向のギャップ１３５を有している。第１ギャップ１３５はくびれ１３２から伸びている。第１光伝導部材１３６は、第１ギャップ内且つくびれ１３２から最も遠い端部に位置付けされ、上方三角形の２つの部分１２７、１３５の間のギャップ１３５を埋めている。
【０１１０】
下方三角形１２９は又、同様な構成となっており、この三角形の一部１４１が上方三角形１２９の残りの部分から分離されるように、その三角形を通って形成された第２の縦方向のギャップ１４２を有している。第２ギャップ１４２はくびれ１３２から伸びている。第２光伝導部材１４４は、第２ギャップ内且つくびれ１３２から最も遠い端部に位置付けされ、下方三角形の２つの部分１２９、１４１の間のギャップ１４２を埋めている。
【０１１１】
第１及び第２光伝導部材は、放射損傷シリコン又は低温ＧａＡｓ、砒素埋め込みＧａＡｓ、又は他の半導体から構成されることが可能である。
【０１１２】
従って、電極は、３つの分離部分、即ち、２つの部分三角形が先端部で結合して形成される中央部分１３９と、中央部分のそれぞれの側に位置している２つの分離三角形部分とから構成される。この実施例における上方三角形１２７はＴＨｚ放出器として機能し、下方三角形１２９はＴＨｚ検出器として機能する。
【０１１３】
上方三角形１２７において、バイアスが上方分離部分１３７と設置された中央部分１３９との間に印加され、即ちバイアスが第１光伝導部材１３６を横断して印加される。８００ｎｍの近赤外ポンプパルスを用いてバイアスが印加されるときに光伝導部材を照射することにより、分離部分１３７とＴＨｚ範囲の周波数をもつ放射を生成する情報三角形１２７の中央部分との間における表面キャリアの流れが生じる。第１ギャップ１３５は伝送経路として機能し、ＴＨｚ放射はそれがくびれ１３２に到達するまでギャップ１３５に沿って導かれる。次いで、ＴＨｚ放射はくびれ１３２から放出される。
【０１１４】
ＴＨｚ放射を検出するために、下方三角形１２９が用いられる。近赤外プローブパルスは、分離部分１４１と下方三角形電極１２９の中央部分１３９との間の光伝導材料を照射するために用いられる。右手側から装置に進むＴＨｚ放射はくびれ１３２において焦点を結び、ギャップ１４２に沿って第２光伝導部材１４４に伝播する。これにより、中央部分１３９と下方三角形電極１２９の分離部分１４１との間の第２光伝導部材１４４を流れる電流がもたらされる。
【０１１５】
図１２ａ及び１２ｂは、本発明の実施形態に従った他のタイプのトランシーバを示している。図１２ａは平面図であり、図１２ｂは側面図である。
【０１１６】
トランシーバは、サファイア、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる基板から構成される。金により形成されるボウタイ電極は方三角形１６５と下方三角形１６７から構成され、一対の先端部１６９、１７１（それぞれの三角形の先端部）は互いに向かい合っている。向かい合う先端部は離れており、光伝導部材１７３が２つの先端部１６９、１７１の間を橋渡ししている。光伝導部材１７３は、放射損傷シリコン、低温成長ＧａＡｓ等から構成される。光伝導部材は基板から電気的に絶縁されている。
【０１１７】
非線形部材１７５は、光伝導部材１７３と電極の一部の上に形成されている。非線形材料は、好適には、ＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｅ又は強い二次非線形性を有する材料から構成される。
【０１１８】
光伝導部材１７３は、主に、ＴＨｚ放射を生成するために機能し、非線形部材１７５は、一般に、ＴＨｚ放射を検出するために機能する。
【０１１９】
ＴＨｚ放射は、ポンプパルスを用いてトランシーバを照射することに応じて生成される。バイアスは、２つの三角形電極１６５、１６７を用いて、光伝導部材を横断して印加される。ポンプパルスは、非線形部材１７５を通り、ＴＨｚ放射の放出をもたらす光伝導部材を照射する。放射は高屈折率部分に導かれ、それ故、ＴＨｚ放射は基板１６１を通って放出され、基盤の反対側１６２から電極１６５、１６７に出る。
【０１２０】
トランシーバにより受け入れられたＴＨｚ放射は、三角形１６５、１６７の先端部と光伝導部材１７３との間のポイントに集められる。集められたＴＨｚ放射の場は、又、非線形部材１７５の方に広がる。非線形部材１７５におけるＴＨｚ放射の入射が非線形材料１７５に入射するプローブパルスの偏光を回転させるとき、ＴＨｚ放射は、次いで、電気光学サンプリング技術を用いて検出されることができる。電気光学サンプリング技術は英国特許第２，３４３，９６４号明細書に開示されており、当該技術分野においてよく知られている。
【０１２１】
上記説明においては、検出器として非線形部材１７５を、放出器として光伝導部材１７３を用いている。しかしながら、それらの機能は逆にすることが可能であり、ＴＨｚは、光伝導素子１７３（プローブパルスの偏光の回転の測定とは対照的に）に誘導される電流を測定することにより検出されることができ、非線形部材１７５はＴＨｚ放射を放出するために用いられることができる。
【０１２２】
前述の実施例において、放出器、検出器又はトランシーバであるところの光能動素子が誘電体に取り付けられる。理想的には、そのような素子は、誘電体に関して回転しないように且つ誘電体に堅牢に接続されるように、取り付けられる必要がある。
【０１２３】
誘電体１５３に光能動素子１５１を取り付ける方法の実施例を図１３に示す。ここでは、複数の位置合わせ用孔１５５が、ドリル、は機械加工、又はＣＮＣ機械加工技術を用いた誘電体１５３のエッチング加工により形成される。
【０１２４】
アライメントメサ（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｍｅｓａ）１５７のマッチングセットが誘電体を当接する能動素子側に設けられる。フォトリソグラフィ及び従来のディープエッチング技術を用いてメサを形成することが可能である。光能動素子におけるメサパターン１５７は、標準的なスルーウェーハアライメント（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｆｅｒ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）及び製造技術を用いて、誘電体素子１５３の孔１５５を用いて性格にアライメントされることが可能である。光能動素子１５１は、孔５５にメサ１５７を適合させることにより誘電体において適合される。
【０１２５】
勿論、孔は光能動素子に形成することが可能であり、且つメサ（mesa）は誘電体１５３に形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施形態に従った誘電体部材を用いたプローブの模式図である。
【図２】図１の誘電体部材の変形を示す図である。
【図３】分離ＴＨｚ放出器及び検出器を受け入れるようになっている誘電体部材を用いる本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４】分離ＴＨｚ放出器及び検出器を有する図３の実施形態の他の変形を示す図である。
【図５】誘電体部材が屈折率における変化を有する本発明の他の実施形態に従ったプローブを示す図である。
【図６】図５のプローブの他の変形を示す図である。
【図７】取り外し可能な先端部をもつ誘電体部材を有する本発明の他の実施形態を示す図である。
【図８】“バルーン”プローブ先端部を満たす流動体に取り付けられる誘電体部材を有する本発明の他の実施形態に従ったプローブを示す図である。
【図９】本発明の実施形態に従ったＴＨｚプローブを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従ったプローブのための制御システムのブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に従ったトランシーバを示す図である。
【図１２ａ】図１２ａは本発明の実施形態に従ったトランシーバを示す図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは本発明の実施形態に従ったトランシーバを示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従ったプローブの誘電体部材にトランシーバ、検出器又は放出器を取り付けるための手段を示す図である。
【図１】
2004522151.tif 000003
【図２】
2004522151.tif 000004
【図３】
2004522151.tif 000005
【図４】
2004522151.tif 000006
【図５】
2004522151.tif 000007
【図６】
2004522151.tif 000008
【図７】
2004522151.tif 000009
【図８】
2004522151.tif 000010
【図９】
2004522151.tif 000011
【図１０】
2004522151.tif 000012
【図１１】
2004522151.tif 000013
【図１２ｂ】
2004522151.tif 000014
【図１３】
2004522151.tif 000015
【国際公開パンフレット】
2004522151.tif 000016
2004522151.tif 000017
2004522151.tif 000018
2004522151.tif 000019
2004522151.tif 000020
2004522151.tif 000021
2004522151.tif 000022
2004522151.tif 000023
2004522151.tif 000024
2004522151.tif 000025
2004522151.tif 000026
2004522151.tif 000027
2004522151.tif 000028
2004522151.tif 000029
2004522151.tif 000030
2004522151.tif 000031
2004522151.tif 000032
2004522151.tif 000033
2004522151.tif 000034
2004522151.tif 000035
2004522151.tif 000036
2004522151.tif 000037
2004522151.tif 000038
2004522151.tif 000039
2004522151.tif 000040
2004522151.tif 000041
2004522151.tif 000042
2004522151.tif 000043
2004522151.tif 000044
2004522151.tif 000045
2004522151.tif 000046
2004522151.tif 000047
2004522151.tif 000048
2004522151.tif 000049
2004522151.tif 000050
2004522151.tif 000051
2004522151.tif 000052
2004522151.tif 000053
2004522151.tif 000054
2004522151.tif 000055
2004522151.tif 000056
2004522151.tif 000057
2004522151.tif 000058
2004522151.tif 000059
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004522151.tif 000060
2004522151.tif 000061
【国際調査報告】
2004522151.tif 000062
2004522151.tif 000063
2004522151.tif 000064
2004522151.tif 000065
2004522151.tif 000066
2004522151.tif 000067
2004522151.tif 000068