(57)【要約】【課題】  光伝導アンテナを用いた簡易な構成によって、偏波方向に依存することなく電磁波形状を検出できる方法及び装置を提供すること。【解決手段】  光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する方法において、基板と、その表面に形成された金属膜から成る３個以上の電極と、その各電極に接続された配線と、電極間にかかる電流を測定する電流測定手段とを備えた装置に対して、サンプリング光照射手段によって電極間にサンプリング光を照射すると共に、被検出波照射手段によって検出対象の電磁波を電極間に照射し、電極制御手段によって、電流測定手段で計測する電極の組を選択制御し、電磁波形状演算手段によって、電極制御手段で選択された電極組と電流測定手段で計測された電流値とから、基板上における電極組の配置に対応した偏波方向の電磁波形状を算出する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する装置であって、
基板と、その表面に形成された金属膜から成る３個以上の電極と、その各電極に接続された配線と、電極間にかかる電流を測定する電流測定手段と、電極間にサンプリング光を照射するサンプリング光照射手段と、検出対象の電磁波を電極間に照射する被検出波照射手段と、
電流測定手段で計測する電極の組を選択制御する電極制御手段と、
電極制御手段で選択された電極組と電流測定手段で計測された電流値とから、基板上における電極組の配置に対応した偏波方向の電磁波形状を算出する電磁波形状演算手段とを備える
ことを特徴とする電磁波形状検出装置。
【請求項２】
電極が、放射状に配置された３本以上の薄膜で構成された
請求項１に記載の電磁波形状検出装置。
【請求項３】
光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する方法であって、
基板と、その表面に形成された金属膜から成る３個以上の電極と、その各電極に接続された配線と、電極間にかかる電流を測定する電流測定手段とを備えた装置に対して、
サンプリング光照射手段によって電極間にサンプリング光を照射すると共に、被検出波照射手段によって検出対象の電磁波を電極間に照射し、
電極制御手段によって、電流測定手段で計測する電極の組を選択制御し、
電磁波形状演算手段によって、電極制御手段で選択された電極組と電流測定手段で計測された電流値とから、基板上における電極組の配置に対応した偏波方向の電磁波形状を算出する
ことを特徴とする電磁波形状検出方法。
【請求項４】
電極を、互いに１２０°の角度をなして対称的に放射状に配置された３本の薄膜で構成し、
その３電極のうちから２電極の組を、異なる２通りの組み合わせで選択し、その２通りの各組み合わせによって得られる各電流測定値を加算或いは減算することによって、直交する２つの偏波方向の電磁波形状を同時に求める
請求項３に記載の電磁波形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する方法と、その方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠赤外線やサブミリ波の領域において新しい発生及び検出方式の研究が急速に進展しつつあり、テラヘルツ波が注目されている。この領域は、赤外とミリ波の間、換言すれば光波と電波の境界に位置する。光と電波のそれぞれの領域が重要な応用技術とともに発展してきたのとは対照的に、技術面でも応用面でも未だ開拓途上にある領域である。
【０００３】
テラヘルツ波帯は、古くから適当な光源と検出素子が無かったために、あまり研究が進んでいなかった。２０世紀後半になって半導体工学やレーザー工学が発達すると、半導体で作製したアンテナ素子をフェムト秒パルスレーザーで励起することでテラヘルツ波が放射される現象が見い出された。
非特許文献１によると、従来方法に比べて小さな装置で簡単にテラヘルツ波を放射できるだけでなく、放射されたテラヘルツ波を時間領域で測定できるので、その振幅情報と位相情報とが同時に得られるという大きな利点がある。
【非特許文献１】D.H. Auston, K.P. Cheung, and P.R. Smith, Appl. Phys. Lett. 45, 284 (1984)
【０００４】
この研究成果を契機としてテラヘルツ波に関する研究は急速に発展しつつあり、無線通信における周波数帯の有効利用や超高速通信への対応、並びにこの周波数帯の電磁波の特徴を活用したイメージングや、環境計測、各種検査、バイオや医学への応用など、テラヘルツ領域の研究は今後ますます重要になることが予想される。
また、これまで光源・検出器が未発達であったために解明されていない物理現象・生命現象・物質構造の解明、更に、宇宙、大気や生体、プラズマなどの計測・診断など幅広い基礎的な応用分野の発展につながる。
【０００５】
テラヘルツ波帯は発生も検出も困難であり、技術的に未発達な領域であるが、特に、簡便な広帯域波長可変光源はこの領域の応用研究を飛躍的に前進させるために必要不可欠な光源として多くの研究者から待ち望まれている。なかでも0.2〜3テラヘルツ（波長100〜1500μm）付近をカバーする簡便な広帯域波長可変光源の開発が特に求められている。
【０００６】
光技術を用いてテラヘルツ波を発生させる従来の方式には、次のようなものがある。すなわち、非線形光学結晶を用いた差周波光発生（DFG）、非線形光学結晶を用いたパラメトリック発振、光伝導（PC）素子を用いた光混合、PC素子を用いたフェムト秒光パルスによる超短電磁パルス発生が挙げられる。
【０００７】
非線形光学結晶を用いたDFGと非線形光学結晶を用いたパラメトリック発振は、２次の非線形光学効果を有する結晶に光波を入射し、位相整合条件下でテラヘルツ波を発生させる構成である。DFGでは二つの入射光の波長間隔（〜nm）を変化させることによって、発生させるテラヘルツ波の波長を制御する。一方、パラメトリック発振を用いる方式では、入射光は１波長でよく、またその入射角を変化させるのみで、発生させるテラヘルツ波の波長を制御できる特長がある。
【０００８】
PC素子を用いた光混合とPC素子を用いたフェムト秒光パルスによる超短電磁パルス発生は、非線形光学効果ではなくピコ秒以下のキャリヤ寿命を有する低温成長 GaAs 薄膜における光伝導効果を用いて光混合を行うものであり、バイアス電界が必要になる点が上記方式と異なる。
微小ダイポールアンテナやスパイラル状のアンテナを一体化した PC 素子を用いて、850 nm 帯の２台の LD 出力の光混合により 0.2〜3 THz の周波数域の CW-テラヘルツ波発生が行われている。また、同様な PC 素子にフェムト秒光パルスを照射することによって、テラヘルツ波を含んだ幅広い周波数成分を有する超短電磁パルスの発生が可能である。
【０００９】
一方、テラヘルツ波の検出に当たっては、光伝導アンテナを用いた場合、その構造上、特定の偏波方向のテラヘルツ波しか検出できなかった。
光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出するには、基板上の２個の電極間に、照射タイミングを徐々に変えながらサンプリング光を照射し、電極間に発生する電流を計測することで行なう。
しかし、これによって感度良く検出されるテラヘルツ波は、向き合う２個の電極の組の方向と平行な偏波方向の電磁波に限られてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、光伝導アンテナを用いた簡易な構成によって、偏波方向に依存することなく電磁波形状を検出できる方法及び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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の電磁波形状検出方法は、次の構成を備える。
すなわち、光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する方法において、基板と、その表面に形成された金属膜から成る３個以上の電極と、その各電極に接続された配線と、電極間にかかる電流を測定する電流測定手段とを備えた装置に対して、サンプリング光照射手段によって電極間にサンプリング光を照射すると共に、被検出波照射手段によって検出対象の電磁波を電極間に照射し、電極制御手段によって、電流測定手段で計測する電極の組を選択制御し、電磁波形状演算手段によって、電極制御手段で選択された電極組と電流測定手段で計測された電流値とから、基板上における電極組の配置に対応した偏波方向の電磁波形状を算出することを特徴とする。
【００１２】
ここで、電極を、互いに１２０°の角度をなして対称的に放射状に配置された３本の薄膜で構成し、その３電極のうちから２電極の組を、異なる２通りの組み合わせで選択し、その２通りの各組み合わせによって得られる各電流測定値を加算或いは減算することによって、直交する２つの偏波方向の電磁波形状を同時に求めるようにしてもよい。
【００１３】
このような方法を実施する電磁波形状検出装置は、光伝導アンテナを用いて電磁波形状を検出する装置において、基板と、その表面に形成された金属膜から成る３個以上の電極と、その各電極に接続された配線と、電極間にかかる電流を測定する電流測定手段と、電極間にサンプリング光を照射するサンプリング光照射手段と、検出対象の電磁波を電極間に照射する被検出波照射手段と、電流測定手段で計測する電極の組を選択制御する電極制御手段と、電極制御手段で選択された電極組と電流測定手段で計測された電流値とから、基板上における電極組の配置に対応した偏波方向の電磁波形状を算出する電磁波形状演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、電極を、放射状に配置された３本以上の薄膜で構成してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、電極を３個以上設け、電流測定する電極の組を選択制御するので、電極の組の方向を２次元的に変更でき、任意の偏波方向の電磁波形状が検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図面を基に本発明の実施形態を説明する。
図１は、電磁波形状検出装置の要部を示す斜視説明図である。
光伝導アンテナは、基板（１１）と、その表面にパターニング形成された金属膜から成るアンテナパターン（１２）とを有する。アンテナパターン（１２）には、配線（１３）を介して、そのライン間にかかる電流を測定する電流測定手段（１４）が接続されている。
基板（１１）としては、低温成長ＧａＡｓなどが利用できる。
【００１７】
テラヘルツ波検出装置は、約０．０１×１０12〜１００×１０12Ｈzの周波数領域のパルス光を試料に照射して、試料からの透過光または反射光を検出することにより、試料の電気的特性や成分濃度などを測定する装置として利用できる。
試料からのテラヘルツ波（２１）は、半球状等のレンズ（１５）を介して光伝導アンテナへ入射し、アンテナパターン（１２）のライン間に照射される。一方、サンプリング光としてのパルス光（２２）もそこに照射する。
なお、パルス光（２２）の光源としては、例えば、フェムト秒パルスレーザーが利用できる。集光レンズを介挿してパルス光（２２）の光束を絞ってもよい。
【００１８】
アンテナパターン（１２）のライン間では、テラヘルツ波（２１）によって電場が生じた状態になり、サンプリング光としてのパルス光（２２）によっては電場強度に応じた光電流が生じる。それを電流測定手段（１４）で計測することで、テラヘルツ波（２１）に依存する電場強度を得ることができる。
【００１９】
図２は、本発明による電磁波形状検出装置の要部を示す正面説明図である。
本発明では、アンテナパターン（１２）の電極を３個以上設ける。図示の例では、３個の電極（１２ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）が、互いに１２０°の角度をなして対称的に放射状に配置されている。
電極が３個以上あると、電流を測定する電極の組を複数通りに選択することが可能になる。例えば、電極が３個の場合、電極（１２ａ）と電極（１２ｃ）との組からは電流測定手段（１４ａ）によって電流Ａが計測され、電極（１２ｂ）と電極（１２ｃ）との組からは電流測定手段（１４ｂ）によって電流Ｂが計測される。
【００２０】
電極（１２ａ）と電極（１２ｃ）との組から得られた電流Ａと、電極（１２ｂ）と電極（１２ｃ）との組から得られた電流Ｂとを加算すると、図示の縦方向（Ｔ）の偏波方向の電磁波形状が求められ、電極（１２ａ）と電極（１２ｃ）との組から得られた電流Ａと、電極（１２ｂ）と電極（１２ｃ）との組から得られた電流Ｂとを減算すると、図示の横方向（Ｙ）の偏波方向の電磁波形状が求められる。
このように、２通りの組み合わせによって得られる各電流測定値を加算或いは減算することによって、直交する２つの偏波方向（Ｔ）（Ｙ）の電磁波形状を、１回の測定で同時に求めることができる。
【００２１】
電極の数や配置は、電極数が３以上で線形独立な配置であれば任意である。電極の配置と、選択する電極組の配置に応じ、それらから得られる電流値を線形結合する演算によって、所望の偏波方向の電磁波形状を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によると、任意の偏波方向の電磁波形状が検出可能となるので、例えばテラヘルツ波帯に活用して、通信用の電磁波受信アンテナや、センシングシステム分野における検出装置や、分光装置のための検出装置などに活用できる。
テラヘルツ波技術は、原子系の量子状態を制御する手段としての原子チップ、原子光学、BEC技術や、物質系の新しい観測手段としても有望であり、本発明はテラヘルツ波の多様な用途に寄与する。
テラヘルツ波の応用分野は、物性、分子分光、生体研究などの基礎研究から、半導体など各種材料の品質評価、高感度ガス検出、超高速通信などの応用分野まで多岐にわたる。
また、半導体、プラスチック、ビニール、紙、ゴム、木材、歯、骨、乾燥食品などを透過する電磁波の中で、テラヘルツ波が最も短波長すなわち高分解能であることから、人体に危険なX線に代わる安全な非破壊検査用光源としての実用化に期待がもたれる。
更に、DNAやタンパク質、酵素など生体高分子の骨格振動周波数が、テラヘルツ波領域に存在することが明らかになりつつあり、医療応用や生体イメージングなどの分野でも有望である。
また、皮膚癌や乳癌の早期診断、火傷深さの診断、虫歯の断層撮影、半導体シリコン基板の検査、粉ミルク等への異物混入防止、乾燥食品の水分含有量検査、材木や紙などの水分含有量検査など多分野にわたるので、産業上利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電磁波形状検出装置の要部を示す斜視説明図
【図２】本発明による電磁波形状検出装置の要部を示す正面説明図
【符号の説明】
【００２４】
１１  基板
１２  アンテナパターン
１２ａ〜１２ｃ  電極
１３  配線
１４、１４ａ〜１４ｂ  電流測定手段
１５  レンズ
２１  検出対象の電磁波
２２  サンプリング光としてのパルス光
【図１】
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【図２】
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