(57)【要約】【課題】複数の箇所から発生するテラヘルツ波の等位相面を略重ね合わせて取り出して、比較的高強度なテラヘルツ波を発生させることができるテラヘルツ波発生素子などを提供する。【解決手段】電気光学結晶を含む第１及び第２の光導波路（１００）、（２００）で夫々発生するテラヘルツ波を用いてテラヘルツ波が発生される。励起光（１０）により第２のテラヘルツ波（９）が発生する第１の光導波路の発生位置において、励起光により第２の光導波路で発生した第１のテラヘルツ波（８）が発生位置に到達する時間と、発生位置で第２のテラヘルツ波（９）が発生する時間が略重ねられる。これにより、第１のテラヘルツ波の第１の等位相面（１３）と第２のテラヘルツ波の第２の等位相面（１４）が略重ねられる。【選択図】  図１
2012053450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶を含む光導波路により構成されるテラヘルツ波発生装置であって、
第１の光が伝播する第１の光導波路と、
第２の光が伝播する第２の光導波路と、
前記第２の光導波路から前記第２の光とは異なる方向に発生する第１のテラヘルツ波を伝播させる伝播部と、
各光の入射側に配置され、前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させる遅延部と、
を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、前記伝播部を介して配置され、
前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と、前記第１の光導波路から前記第１の光とは異なる方向に発生する第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねる様に構成された、
ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項２】
前記遅延部は、
前記第２の光が入射する側の前記第２の光導波路の端面の位置を、前記第１の光が入射する側の前記第１の光導波路の端面の位置に対し、前記第２の光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項３】
前記遅延部は、
光源から出力される光が、前記第１の光と前記第２の光に分岐されて、当該遅延部の出力側に至る光路長について、前記第１の光が伝播する光路長を前記第２の光が伝播する光路長に対し光学的に長くする部分である、
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項４】
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路のコア部が、前記第２の光導波路から前記第１の光導波路に向かうテラヘルツ波の伝播経路の方向について略重なり、各光の伝播方向と平行に配置される、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項５】
各光導波路に入射する光のうち、前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に至る前記遅延部の界面で反射した反射光を検出する第１の位置センサと、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を透過した透過光を検出する第２の位置センサと、を更に有し、
前記第１の位置センサと前記第２の位置センサとにより当該テラヘルツ波発生装置の位置決めを行うことができる様に構成された、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
電気光学結晶を含む光導波路により構成されるテラヘルツ波発生素子であって、
第１の光が伝播する第１の光導波路と、
第２の光が伝播する第２の光導波路と、
前記第２の光導波路から、前記第２の光とは異なる方向に発生する第１のテラヘルツ波を伝播させる伝播部と、
前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させる遅延部と、
を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、前記伝播部を介して配置され、
前記遅延部は、前記第２の光が入射する側の前記第２の光導波路の端面の位置を、前記第１の光が入射する側の前記第１の光導波路の端面の位置に対し、前記第２の光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有し、
前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と、前記第１の光導波路から前記第１の光とは異なる方向に発生する第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねる様に構成された、
ことを特徴とするテラヘルツ波発生素子。
【請求項７】
当該テラヘルツ波発生素子が、前記第１の光導波路の長手方向に対する法線の方向に複数配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載のテラヘルツ波発生素子。
【請求項８】
電気光学結晶を含む光導波路により構成されるテラヘルツ波検出装置であって、
第１の光が伝播する第１の光導波路と、
第２の光が伝播する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路から前記第１の光とは異なる方向に出射する第１のテラヘルツ波を伝播させる伝播部と、
各光の出射側に配置され、前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させる遅延部と、
前記第１の光と第２の光の伝播状態の変化を検出する伝播状態検出部と、
を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、前記伝播部を介して配置され、
前記第１の光に検出される時点における前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と、前記第２の光に検出される時点における、前記第２の光導波路から前記第２の光とは異なる方向に出射する、第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねる様に構成された、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。
【請求項９】
前記遅延部は、
前記遅延部の入力側から前記伝播状態検出部に至る前記第１の光と前記第２の光の光路長について、前記第１の光が伝播する光路長を前記第２の光が伝播する光路長に対し光学的に長くする部分である、
ことを特徴とする請求項８に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１０】
前記遅延部は、
前記第１の光が出射する側の前記第１の光導波路の端面の位置を、前記第２の光が出射する側の前記第２の光導波路の端面の位置に対し、前記第１の光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載のテラヘルツ波検出装置。
【請求項１１】
電気光学結晶を含む光導波路により構成されるテラヘルツ波検出素子であって、
第１の光が伝播する第１の光導波路と、
第２の光が伝播する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路から前記第１の光とは異なる方向に出射する第１のテラヘルツ波を伝播させる伝播部と、
を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、前記伝播部を介して配置され、
前記第１の光により検出される時点における前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と、前記第２の光により検出される時点における、前記第２の光導波路から前記第２の光とは異なる方向に出射する、第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねる様に構成された、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出素子。
【請求項１２】
各光の出射側に配置され、前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させる遅延部を更に有し、
前記遅延部は、前記第１の光が出射する側の前記第１の光導波路の端面の位置を、前記第２の光が出射する側の前記第２の光導波路の端面の位置に対し、前記第１の光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載のテラヘルツ波検出素子。
【請求項１３】
各光の入射側に配置され、前記第１の光に対し前記第２の光を遅延させる第２の遅延部を更に有し、
前記第２の遅延部は、前記第１の光が入射する側の前記第１の光導波路の端面の位置を、前記第２の光が入射する側の前記第２の光導波路の端面の位置に対し、前記第１の光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有する、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のテラヘルツ波検出素子。
【請求項１４】
当該テラヘルツ波検出素子が、前記第１の光導波路の長手方向に対する法線の方向に複数配置されている、
ことを特徴とする請求項１１から１３の何れか１項に記載のテラヘルツ波検出素子。
【請求項１５】
テラヘルツ波を発生する請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置または請求項６に記載のテラヘルツ波発生素子を有する、
ことを特徴とするテラヘルツ時間領域分光システムを利用した測定装置。
【請求項１６】
テラヘルツ波を検出する請求項８に記載のテラヘルツ波検出装置または請求項１１に記載のテラヘルツ波検出素子を有する、
ことを特徴とするテラヘルツ時間領域分光システムを利用した測定装置。
【請求項１７】
前記テラヘルツ波検出素子を、テラヘルツ波発生素子として共用する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ時間領域分光システムを利用した測定装置。
【請求項１８】
請求項１５から１７の何れか１項に記載の測定装置を有する、
ことを特徴とするトモグラフィックイメージング装置。
【請求項１９】
電気光学結晶を含む第１及び第２の光導波路で夫々発生するテラヘルツ波を用いてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生方法であって、
前記第１の光導波路に第１の光を伝播させ、
前記第２の光導波路に第２の光を伝播させ、
前記第１の光により第２のテラヘルツ波が発生する前記第１の光導波路の発生位置において、前記第２の光により前記第２の光導波路で発生した第１のテラヘルツ波が前記発生位置に到達する時間と、前記発生位置において前記第２のテラヘルツ波が発生する時間とを略重ね、前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と前記第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねてテラヘルツ波を発生し、
前記等位相面を略重ねることは、前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させて伝播させることと、前記第１のテラヘルツ波が前記第２の光導波路から前記発生位置に到達するまでに時間を費やさせることとで行われる、
ことを特徴とするテラヘルツ波発生方法。
【請求項２０】
電気光学結晶を含む第１及び第２の光導波路に夫々入射するテラヘルツ波を、該第１及び第２の光導波路を伝播する第１及び第２の光を検出器で検出することにより、検出するテラヘルツ波検出方法であって、
前記第１の光導波路に前記第１の光を伝播させ、
前記第２の光導波路に前記第２の光を伝播させ、
前記第１の光により検出される時点における前記第１の光導波路から出射する第１のテラヘルツ波の等位相面と、前記第２の光により検出される時点における前記第２の光導波路から出射する前記第２のテラヘルツ波の等位相面と、が略重なるように、前記第１の光に対し前記第２の光を遅延させて伝播させ、
前記第１の光が検出器に到達する時間と、前記第２の光が前記検出器に到達する時間と、が略等しくなるように、前記第２の光に対し前記第１の光を遅延させて伝播させる、
ことを特徴とするテラヘルツ波検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を発生及び検出するための素子及び装置、テラヘルツ波を発生及び検出する方法、テラヘルツ波時間領域分光システムを利用した測定装置、及びこれらを利用したトモグラフィックイメージング装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、０．０３ＴＨｚから３０ＴＨｚのうちの任意の周波数帯域の成分を有する電磁波である。この様な周波数帯域には、生体分子を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が多く存在する。こうした特徴を活かして、非破壊にて物質の分析や同定を行なう検査技術が開発されている。また、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術や高速な通信技術への応用が期待されている。この様なテラヘルツ波の発生方法として、非線形光学結晶を用いる方法がある。非線形光学結晶の代表的なものとしては、ＬｉＮｂＯｘ（ＬＮ），ＬｉＴａＯｘ，ＮｂＴａＯｘ，ＫＴＰ，ＤＡＳＴ，ＺｎＴｅ，ＧａＳｅなどが知られている。テラヘルツ波の発生には、２次の非線形現象を用いている。例えば、周波数差を持つ２つのレーザ光を入射させる差周波発生（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ‐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ‐Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ: ＤＦＧ）が知られている。また、光パラメトリック過程による単色テラヘルツ波発生、フェムト秒パルスレーザ光の照射による光整流方式が知られている。
【０００３】
この様な非線形光学結晶からテラヘルツ波を発生する過程として、電気光学的チェレンコフ放射が注目されている。これは、非線形光学結晶を伝播するレーザ光の伝播群速度が、発生するテラヘルツ波の伝播位相速度よりも速い場合に起きる現象である。この時、テラヘルツ波は衝撃波の様に非線形光学結晶中で円錐状に放出される。この方式は、進行波励起によるテラヘルツ波発生方法である。そのため、異なる波源から発生したテラヘルツ波を放射方向で位相整合させることで、テラヘルツ波の強度を強めることができる。例えば、波面を傾斜させたフェムト秒レーザ光をＬＮに入射させ、テラヘルツ波の放射方向について、位相整合を実現するという報告がある（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ，ｖｏｌ．２５，ｐｐ．Ｂ６−Ｂ１９，２００８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の方法では、位相整合条件を満たすために、レーザ光の波面を光学的に傾斜させ、テラヘルツ波の放射方向と一致させている。しかし、光の波面の形状を調整する光学系はアライメントが容易ではなく、作業性が良いとは言えない。また、非特許文献１の方法では、バルクの非線形結晶を使用しているが、この様な非線形結晶は、テラヘルツ波に対する損失が小さくはなく、テラヘルツ波の更なる高出力放射が容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の一側面としてのテラヘルツ波発生装置は以下の構成を有する。
電気光学結晶を含む光導波路により構成され、第１の励起光が伝播する第１の光導波路と、第２の励起光が伝播する第２の光導波路とを有する。また、前記第２の光導波路から、前記第２の励起光とは異なる方向に発生する第１のテラヘルツ波を伝播させる伝播部を有する。更に、各励起光の入射側に配置され、前記第２の励起光に対し前記第１の励起光を遅延させる遅延部を有する。ここで、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、前記伝播部を介して配置される。そして、前記第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と、前記第１の光導波路から前記第１の励起光とは異なる方向に発生する第２のテラヘルツ波の第２の等位相面とを略重ねる様に構成されている。一体的なテラヘルツ波発生素子として構成する形態では、前記遅延部が、第２の励起光が入射する側の第２の光導波路の端面の位置を、第１の励起光が入射する側の第１の光導波路の端面の位置に対し、第２の励起光の伝播方向に所定の距離ずらす構造を有する。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、テラヘルツ時間領域分光システムを利用した本発明の一側面としての測定装置は、２つの光を出射する光源と、一方の光によってテラヘルツ波を発生する前記テラヘルツ波発生装置または素子と、他方の光によってテラヘルツ波を検出する検出器とを有する。また、前記発生装置または素子におけるテラヘルツ波発生時と前記検出器におけるテラヘルツ波検出時との間の遅延時間を調整する遅延調整部と、前記検出器の出力と前記遅延調整部の調整量とを参照し、テラヘルツ波の時間波形を構築する検出部とを有する。トモグラフィックイメージング装置を構成する形態では、前記測定装置に加え、サンプルの位置を調整するサンプル台と、この位置の情報と検出部で構築された時間波形とを対応付けし、サンプルのトモグラフィックイメージを取得する画像構成部とを有する。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、電気光学結晶を含む第１及び第２の光導波路で夫々発生するテラヘルツ波を用いてテラヘルツ波を発生する本発明の一側面としてのテラヘルツ波発生方法では、次の様にしてテラヘルツ波を発生する。すなわち、第１及び第２の光導波路に夫々励起光を伝播させる。そして、励起光により第２のテラヘルツ波が発生する第１の光導波路の発生位置において、励起光により第２の光導波路で発生した第１のテラヘルツ波が前記発生位置に到達する時間と、前記発生位置において第２のテラヘルツ波が発生する時間を略重ねる。これにより、第１のテラヘルツ波の第１の等位相面と第２のテラヘルツ波の第２の等位相面を略重ねる。ここで、時間を略重ねることは、第２の励起光に対し第１の励起光を遅延させて伝播させることと、第１のテラヘルツ波が第２の光導波路から前記発生位置に到達するまでに時間を費やさせることとで達成する。前記テラヘルツ波発生装置及び素子では、前記遅延部と前記伝播部とを設けることで、これを達成している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面に依れば、第２の励起光に対し第１の励起光を遅延させ、第１のテラヘルツ波が第２の光導波路から前記発生位置に到達するまでに時間を費やさせる。テラヘルツ波発生装置及び素子の構成で言えば、第１の励起光を遅延させる遅延部を備えると共に伝播部を介して第１の光導波路と第２の光導波路を配置する。この様な手段により、複数のテラヘルツ波の位相整合条件を、各テラヘルツ波が発生するタイミングを調整して実現する。これにより、複数の箇所から発生するテラヘルツ波の等位相面を略重ね合わせて取り出すことができるので、比較的高強度なテラヘルツ波を発生させることができる。本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のテラヘルツ波発生素子の実施形態及び実施例を説明する図。
【図２】テラヘルツ波発生素子の他の形態を説明する図。
【図３】遅延部の構成例を説明する図。
【図４】励起光との結合部分の構成例を説明する図。
【図５】本発明のテラヘルツ波発生装置を用いたイメージング装置を説明する図。
【図６】本発明のテラヘルツ波検出素子及び装置の実施形態を説明する図。
【図７】遅延部の構成例を説明する図。
【図８】本発明のイメージング装置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、第２の励起光（第２の光）に対し第１の励起光（第１の光）を遅延させることと、第１のテラヘルツ波が第２の光導波路から前記発生位置に到達するまでに時間を費やさせることとで、第１及び第２のテラヘルツ波の第１及び第２の等位相面を略重ねることを特徴とする。また、同じ構成で逆過程によりテラヘルツ波を検出することができる。尚、ここで用いる１次電気光学効果のための電気光学結晶は、２次の非線形特性を持つものであり、一般に実用的な電気光学結晶と２次の非線形性を持つ非線形光学結晶はほぼ等価である。この考え方に基づき、本発明のテラヘルツ波発生または検出するための装置及び素子、さらに発生、検出方法等は、上記課題を解決するための手段のところで述べた様な基本的な構成を有する。
【００１２】
以下、図を用いて本発明の実施形態及び実施例を説明する。
（実施形態１）
本発明のテラヘルツ波発生素子及び装置などの実施形態１を説明する。図１は、電気光学結晶である非線形光学結晶より成るテラヘルツ波発生素子である。図１において、（ａ）はテラヘルツ波発生素子の斜視図であり、（ｂ）はテラヘルツ波発生素子のＡ-Ａ′断面図である。本実施形態のテラヘルツ波発生素子は、パルス波を発生する素子である。
【００１３】
図１のテラヘルツ波発生素子は、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）と第３の光導波路（３００）が夫々伝播部（５）を介して配置されて構成される。以下の説明では、３つ以上の光導波路を有する場合と原理は同じであるので、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）を有する素子として説明する。第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）は、レーザ光（１０）のうち、一部の光を第１の励起光（１１）及び第２の励起光（１２）としてテラヘルツ波の発生に利用する。テラヘルツ波は、光導波路の一部を構成するＬＮ結晶内で起きる２次非線形現象である電気光学的チェレンコフ放射によって発生する。励起光の伝播方向に対するテラヘルツ波の放射角度θ(c)は、次式で表すことができる。
θ(c)=vTHz/vg=ng/nTHz  ・・・式（１）
ここで、vgは励起光の群速度、ngは励起光の群屈折率、vTHzは結晶中のテラヘルツ波に対する位相速度、nTHzは結晶中のテラヘルツ波に対する屈折率である。電気光学的チェレンコフ放射は、光導波路を伝播する励起光の群速度が、光導波路を伝播するテラヘルツ波の位相速度よりも速い場合に起きる現象である。この時、発生するテラヘルツ波は、衝撃波の様に円錐状に放出される。
【００１４】
本実施形態において、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）は同じ構造である。図１において、第１の光導波路（１００）は、コア部（１）、第１のクラッド部（２）、第２のクラッド部（３）、第３のクラッド部（４）で構成される。第１のクラッド部（２）と第３のクラッド部（４）は、コア部（１）を介して対向して配置される。また、第２のクラッド部（３）は、コア部（１）の側面について、第１のクラッド部（２）と第３のクラッド部（４）の隙間を埋める様に配置される。つまり、コア部（１）は、第１のクラッド部（２）、第２のクラッド部（３）、第３のクラッド部（４）によって周囲を覆われる構成である。コア部（１）の屈折率は、レーザ光（１０）のうち第１の光導波路（１００）に入射される第１の励起光（１１）に対し、各クラッド部の屈折率より高くされている。これにより、コア部（１）によって、第１の光導波路（１００）に入射する第１の励起光（１１）をコア部（１）に閉じ込めて伝播させる光導波路が形成される。
【００１５】
コア部（１）として必要な厚さは、光導波路から取り出したいテラヘルツ波について、その最大周波数に対応する素子内での等価波長の半分以下である。この様な厚みに設定することで、コア部（１）と第１のクラッド部（２）の界面及びコア部（１）と第３のクラッド部（４）の界面で発生したテラヘルツ波の位相が反転して打ち消し合うことを防止する。第１のクラッド部（２）と第３のクラッド部（４）の厚みは、コア部（１）を伝播する第１の励起光（１１）に対し、クラッド領域として機能するのに十分厚いことが望ましい。そして、テラヘルツ波に対し、各クラッド部の厚みは、多重反射や損失の影響が無視できる程度に薄いことが望ましい。例えば、コア部（１）を伝播する第１の励起光（１１）について、各クラッド部に染み出す光強度分布がコア部（１）の光強度の１／ｅ２以下になる様な厚みに設定する。また、テラヘルツ波について、外部に取り出したい周波数のうち、最も周波数の高いテラヘルツ波の素子内における等価波長λに対し、１／１０・λ〜１／２０・λ程度の厚さ以下に設定することが望ましい。この様な厚みに設定することで、テラヘルツ波は第１のクラッド部（１）と第３のクラッド部（４）を構造として認識し難くなる。その結果、テラヘルツ波に対する反射、散乱、屈折などの影響が無視できるとみなすことができる。ただし、前記望ましい厚さの範囲外でも、本発明のテラヘルツ波発生素子からのテラヘルツ波発生は可能である。
【００１６】
第２のクラッド部（３）の厚みは、コア部（１）の厚みに準じる。また、図１（ａ）の様に、本実施形態の発生素子は、第２のクラッド部（３）を介し、第１の光導波路（１００）の長手方向に対する法線の方向（Ｂ方向）に複数配置される構造も取り得る。この時、第２のクラッド部（３）のＢ方向の幅は、第２のクラッド部（３）に染み出す光強度分布がコア部（１）の光強度の１／ｅ２以下になる様な幅に設定する。
【００１７】
コア部（１）は、ＬｉＮｂＯｘ（ＬＮ），ＬｉＴａＯｘ，ＮｂＴａＯｘ，ＫＴＰ，ＤＡＳＴ，ＺｎＴｅ，ＧａＳｅなどに代表される非線形光学結晶である。第１のクラッド部（２）、第２のクラッド部（３）、第３のクラッド部（４）は、コア部（１）よりも屈折率の小さい材料が適用される。例えば、樹脂材料やコア部（１）に用いる非線形光学結晶を用いることもできる。クラッドとして非線形光学結晶を用いる場合、コア部（１）との屈折率差を確保するため、コア部（１）を、例えば、チタン（Ｔｉ）等の金属を用いた拡散によるドープ領域で形成する。また、これらのクラッドは、接着剤を兼ねる。或いは、接着領域を有していることもある。
【００１８】
伝播部（５）は、第２の光導波路（２００）から発生し、第２の励起光（１２）とは異なる方向に発生する第１のテラヘルツ波（８）を伝播させる部分である。そして、伝播部（５）は、第１のテラヘルツ波（８）を第１の光導波路（１００）に中継する部分である。伝播部（５）を伝播する第１のテラヘルツ波の放射角度θ(5)は、第２の光導波路（２００）でのテラヘルツ波の放射角度をθ(c)とするとき、次式で表すことができる。cosθ(5)/cosθ(c)=nTHz/n(5)  ・・・式（２）
ここで、n(5)は第１のテラヘルツ波（８）に対する伝播部（５）の屈折率である。nTHzは非線形光学結晶のテラヘルツ波に対する屈折率である。式（２）から推定される様に、n(5)は、第２の光導波路（２００）で発生したテラヘルツ波が第２の光導波路（２００）と伝播部（５）の界面で全反射しない値を選択する必要がある。また、伝播部（５）の材料は、屈折率n(5)を満たす材料であればよい。望ましくは、第１のテラヘルツ波（８）に対して損失や分散が小さい材料を選択する。
【００１９】
伝播部（５）の厚さdは、第１のテラヘルツ波（８）の第１の等位相面（１３）と第２のテラヘルツ波（９）の第２の等位相面（１４）とが略重なる様に調整される。ここで、第２のテラヘルツ波（９）は、第１のテラヘルツ波（８）と同じく、第１の光導波路（１００）から発生し、第１の励起光（１１）とは異なる方向に発生する。なお、本明細書において「略重なる」とは、「完全に重なる」こと及び「許容範囲内だけずれている」ことを含む（「略等しい」も同様の定義である。）。完全に重なることがより好ましいが、第１及び第２のテラヘルツ波が強度を強め合うように重なるのであれば、第１及び第２の等位相面がずれていても良い。許容範囲は、素子に要求される条件に依り異なる。例えば、多少の強度ビートや強度低下が許容されるなら、完全に重なる位相状態から或る程度ずれることが許される。勿論、位相が１８０度近くまでずれて強度が極度に低下する様なことは除外される。本実施形態の場合、伝播部（５）の厚さdの上限は、テラヘルツ波発生素子に入射するレーザ光（１０）のビーム径について、少なくとも第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の組が１つ入る値であることが望ましい。逆に、レーザ光（１０）のビーム径を、上記条件を満たす様に調整してもよい。この様な値にすることで、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）に、第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）を導入することができる。また、伝播部（５）の厚さdの下限は、各光導波路を構成するコア部の間隔が以下の条件を満たす様に設定される。すなわち、外部に取り出したいテラヘルツ波の周波数成分のうち、最も周波数の高い波長成分がコア部間を伝播する時の等価波長をλとする時、コア部の間隔が１／１０・λ〜１／２０・λ程度の厚さ以上に設定されることが望ましい。この様な値にすることで、テラヘルツ波は、各光導波路の構造を識別でき、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）を光学的に分離することができる。
【００２０】
遅延部（６）は、各光導波路に入射するレーザ光（１０）の入力側に設けられる。そして、遅延部（６）は、レーザ光（１０）の一部である第２の励起光（１２）に対し、第１の励起光（１１）が遅延部（６）の出力側に到達するタイミングを遅延させる。図１では、遅延部（６）と各光導波路及び伝播部（５）とが密着して一体的な素子として構成されている例を示しているが、遅延部（６）が分離していてもよい。また、遅延部（６）を２つ設け、１つは分離し、他の１つは各光導波路及び伝播部（５）と密着している形態にしてもよい。こうして、テラヘルツ波発生装置として構成することもできる。
【００２１】
図１の様に、本実施形態では、伝播部（５）を介して配置される第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の端面はレーザ光（１０）の入射側においてずれて配置される。詳細には、第２の光導波路（２００）の第２の励起光（１２）が入射する側の端面の位置が、第１の光導波路（１００）の第１の励起光（１１）が入射する側の端面の位置に対し、第２の励起光（１２）の伝播方向に所定の距離Lずれた構造を有する。本実施形態の素子では、この構造を含む領域を遅延部（６）と呼ぶ。
【００２２】
本実施形態において、遅延部（６）は、第２の励起光（１２）に対し、第１の励起光（１１）がテラヘルツ波発生素子を伝播する時間を遅延させる。遅延部（６）において、第１の励起光（１１）は第１の光導波路（１００）を伝播するのに対し、第２の励起光（１２）は空間を伝播する。この結果、各励起光が夫々伝播する経路の物理定数が異なるため、遅延部（６）において、各励起光の伝播速度が相違する。この励起光の伝播速度の違いを利用して、遅延部（６）は、第１の励起光（１１）を第２の励起光（１２）に対して遅延させることができる。この様な遅延部（６）を設けることで、第２の光導波路（２００）から発生する第１のテラヘルツ波（８）と第１の光導波路（１００）から発生する第２のテラヘルツ波（９）との発生タイミングを調整することができる。
【００２３】
特に、本発明では、第１の光導波路（１００）の第２のテラヘルツ波（９）が発生する位置において、次の様に第１のテラヘルツ波（８）が発生するタイミングを調整する。遅延部（６）は、第１のテラヘルツ波（８）がこの発生位置に到達する時間と、この発生位置において第２のテラヘルツ波（９）が発生する時間が略重なる様に、各励起光を調整する。この結果、第１のテラヘルツ波（８）の第１の等位相面（１３）と第２のテラヘルツ波（９）の第２の等位相面（１４）とが略重なる。そのため、第１のテラヘルツ波（８）と第２のテラヘルツ波（９）の強度を高めることができる。
【００２４】
本実施形態では、遅延部（６）を定義する距離Lは次式により求められる。
L=tanθ(5)×d  ・・・式（３）
ここで、θ(5)は伝播部（５）を伝播する第１のテラヘルツ波（８）の放射角度である。dは伝播部（５）の厚みである。テラヘルツ波発生素子を構成する各部位の材料が決まる場合、本実施形態では、伝播部（５）の厚みdと遅延部（６）の距離Lによって、各テラヘルツ波の等位相面を調整し、テラヘルツ波を略重ね合わせるものである。尚、これまでの説明で、遅延部（６）において、第２の励起光（１２）は空間を伝播しているが、これに限るものではない。励起光の伝播速度の違いを利用する形態であるので、例えば、第１の光導波路（１００）を構成するコア部（１）の屈折率よりも小さな屈折率を有する物質を、遅延部（６）における第２の励起光（１２）の伝播路として適用することができる。
【００２５】
図１（ａ）では、本実施形態のテラヘルツ波発生素子として、テラヘルツ波の伝播方向に光導波路を３つ配置する例を示している。また、発生したテラヘルツ波を外部に取り出すため、光結合部材（７）を備える構成を示している。光結合部材（７）としては、プリズム、回折格子、フォトニック結晶等が適用できる。この様に、複数のテラヘルツ波の位相整合条件を満たす様に光導波路を複数段配置することで、テラヘルツ波の強度を高めることができる。
【００２６】
本実施形態は、従来、位相条件を満たすために行ってきたレーザ光の波面形状の調整を、発生素子側の端面で行う構成とも言える。詳細には、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の形状によって、複数のテラヘルツ波の位相整合条件を満たす様に第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）の入射するタイミングを調整している。そのため、本実施形態の発生素子を用いた装置形態を考えた場合、従来必要であったレーザ光の波面傾斜を行うための光学系がなくなり、装置が小型化できることが分かる。また、レーザ光の波面の形状を調整する必要がなくなるので、アライメント等の工程が省略でき、作業性が向上する。
【００２７】
また、本実施形態の発生素子を用いた装置に依れば、伝播部（５）を介して第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）を配置している。そして、これらの光導波路から発生したテラヘルツ波の等位相面を略重ねる構成である。この様な構成により、伝播部（５）として、テラヘルツ波に対し損失が少ない材料を適用できるため、テラヘルツ波の強度を高めた装置を提供できる。また、本実施形態の素子に依れば、上述した様に、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の形状で、各励起光の入射するタイミングを調整している。これにより、波面の形状を調整したレーザ光を励起光として使用する必要がなくなり、テラヘルツ波発生素子の取扱いが容易になる。また、第２の光導波路（２００）から発生する第１のテラヘルツ波（８）と第１の光導波路（１００）から発生する第２のテラヘルツ波（９）の伝播経路を線状に重ねることができるので、素子から取り出されるテラヘルツ波の強度を効率良く高めることができる。つまり、各光導波路のコア部が、第２の光導波路から第１の光導波路に向かうテラヘルツ波の伝播経路の方向について略重なり、各励起光の伝播方向と平行に配置されるので、テラヘルツ波の強度を効率良く高められる。
【００２８】
以上に説明した様に、本実施形態のテラヘルツ波発生では、第１のテラヘルツ波（８）と第２のテラヘルツ波（９）の位相整合条件を、各テラヘルツ波が発生するタイミングを調整して実現する。この結果、複数の箇所から発生するテラヘルツ波を略重ね合わせて取り出せるので、高強度なテラヘルツ波を発生させることができる。
【００２９】
（実施例１）
本発明の実施例１を説明する。本実施例は、実施形態１に対応した素子及び装置の実施例である。ここでは、実施形態１での説明と共通する部分の説明は省略する。本実施例では、レーザ光（１０）として、中心波長１．５５μｍ、パルス幅２０フェムト秒、繰り返し周波数５０ＭＨｚのパルスを用いる。また、ビーム径は１．５６ｍｍである。ただし、波長は１．０６μｍでもよく、パルス幅、繰り返し周波数もこれらの値に限らない。本実施例では、レーザ光（１０）は平行光であり、一部の光が、第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）として利用される。
【００３０】
第1の光導波路（１００）は以下の様にして構成する。コア部（１）は、ＭｇＯドープしたＬｉＮｂＯｘである。コア部（１）の厚みは３．８μｍで、幅は５．０μｍである。第1のクラッド部（２）は、厚み２．０μｍの光学接着剤を用いる。光学接着剤の屈折率nは、およそ１．５である。第２のクラッド部（３）は、コア部（１）と同じ厚みで、第１のクラッド部（３）と同じ材料を適用する。第３のクラッド部（４）は、第１のクラッド部（２）と同じ厚みで、同じ材料を適用する。すなわち、第１の光導波路（１００）は、コア部（１）の周囲が、第２のクラッド部（２）、第３のクラッド部（３）、第４のクラッド部（４）として用いる光学接着剤で囲まれたリッジ形状の導波路である。第２の光導波路（２００）も、第１の光導波路（１００）と同じ構成である。
【００３１】
コア部（１）に用いる結晶は、Ｙカットである（結晶のＹ軸が各光導波路の積層方向に対して平行）。この時、他の結晶軸は、励起光の伝播する方向がＸ軸、各光導波路の積層方向に垂直な方向がＺ軸である。ただし、結晶軸の方向はこれに限らない。例えば、Ｚ軸を各光導波路の積層方向に対して平行になる様にコア部（１）を配置してもよい。レーザ光（１０）は、Ｚ軸に平行になる偏波で素子に入射する。すなわち、レーザ光（１０）から分配される第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）の偏波もＺ軸に平行である。この様な偏波を用いることで、非線形結晶の非線形効果を最大に利用でき、光導波路から取り出すテラヘルツ波の発生効率を高めることができる。ただし、Ｚ軸に対する偏波の方向はこの限りではない。例えば、偏波方向によってテラヘルツ波の発生効率が変化することを利用し、発生するテラヘルツ波の強度を変調する態様も可能である。この時、コア部（１）のＺ軸とレーザ（１０）の偏波方向を相対的に回転させる機構を追加する。
【００３２】
励起レーザ光（１０）に対する各光導波路の群屈折率nｇは、およそ１．４である。また、テラヘルツ波に対する屈折率nTHzは、およそ５．１である。式（１）に従うと、励起光の伝播方向に対するテラヘルツ波の放射角度θ(c)は、およそ６５．６度である。伝播部（５）は、半絶縁性の高抵抗シリコンを用いる。伝播部（５）の厚みdはおよそ１００μｍで、テラヘルツ波に対する屈折率n(5)は３．２である。伝播部（５）は、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）のクラッドとして用いられる光学接着剤によってこれらの光導波路に挟まれて接着される。式（２）に従うと、伝播部（５）を伝播する第１のテラヘルツ波（８）の放射角度θ(5)は、およそ４８．８度である。
【００３３】
遅延部（６）は、伝播部（５）と同じ材料で構成される。図１（ｂ）の様に、本実施例の遅延部（６）は、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の端面が、距離Lだけずれて配置された領域である。式（３）に従うと、距離Lはおよそ１１４μｍである。また、本実施例では、遅延部（６）は、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）の端面を最短距離で結ぶ様に、レーザ光（１０）の入射方向に対して傾斜している。これは、各光導波路を伝播する第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）が、遅延部（６）の端部でけられることを防止するために設けている。遅延部（６）の端面の構造はこれに限らず、例えば、階段状、曲面等であってもよい。
【００３４】
光結合部材（７）は、プリズムであり、材料は伝播部（５）と同じ半絶縁性の高抵抗シリコンを用いている。光結合部材（７）は、第１の光導波路（１００）のクラッドとして用いられる光学接着剤によって保持される。光結合部材（７）は、伝播部（５）と同じ材料を使用するため、光結合部材（７）を伝播するテラヘルツ波の放射角度θ(7)は、およそ４８．８度である。
【００３５】
上述した様に、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）は、伝播部（５）を介して配置される。この時、各光導波路のコア部は、第２の光導波路（２００）から第１の光導波路（１００）に向かうテラヘルツ波の伝播経路の方向（光導波路の積層される方向）について略重なる位置に配置される。更に望ましくは、各光導波路のコア部は、励起光の伝播方向に対し平行に配置する。この様な配置にすることで、第２の光導波路（２００）から発生する第１のテラヘルツ波（８）と第１の光導波路（１００）から発生する第２のテラヘルツ波（９）の伝播経路とを線状に重ねることができる。よって、素子から取り出されるテラヘルツ波の強度を効率良く高めることができる。
【００３６】
本実施例の動作を説明する。ここでは、説明を簡単にするために、２つの光導波路を用いる例で説明する。当然のことながら、用いる光導波路の数はこれに限らない。例えば、図１（ａ）で示す様に、３つの光導波路を用いることもできる。各工程を順に列挙して動作を説明する。
【００３７】
１．レーザ光（１０）が素子の遅延部（６）側より入射される。
２．レーザ光（１０）の一部の光が、第１の励起光（１１）として第１の光導波路（１００）に結合する。第１の励起光（１１）は、第１の光導波路（１００）のコア部（１）を全反射して伝播する。この時、光結合部材（７）が存在しない領域では、第１の光導波路（１００）から発生したテラヘルツ波は、式（２）に従い素子の外部に取り出すことができず、第１のクラッド部（２）によって全反射される。
３．第１の励起光（１１）は、遅延部（６）において第１の光導波路（１００）を伝播する。この時、レーザ光（１０）の他の一部の光は、遅延部（６）において空間を伝播する。光導波路（１００）と空間の材料の屈折率が異なるので、遅延部（６）において、第１の励起光（１１）とレーザ光（１０）の伝播速度が異なる。この結果、遅延部（６）における第１の励起光（１１）の伝播時間は、レーザ光（１０）に対し長くなり、遅延する。
４．空間を伝播したレーザ光（１０）の他の一部の光が、第２の励起光（１２）として第２の光導波路（２００）に結合する。第２の励起光（１２）の伝播に伴い、第１のテラヘルツ波（８）が発生し、第１のテラヘルツ波（８）は伝播部（５）を伝播する。図１（ｂ）には、第１のテラヘルツ波（８）の第１の等位相面（１３）を示している。等位相面では、仮想的にテラヘルツ波の位相は同じである。尚、図１（ｂ）で表わした等位相面は、説明の都合上、各光導波路について、或る発生点から発生するテラヘルツ波の等位相面を示したものである。そのため、円弧状に記載してある。実際には、光導波路で連続的にテラヘルツ波が発生し、これらの等位相面が略重なることで円錐状の等位相面が形成される。この円錐の母線が進む方向の角度が、等位相面の放射角度θ(5)となる。
【００３８】
５．光結合部材（７）直下において、第１の光導波路（１００）を伝播する第１の励起光（１１）によって、第２のテラヘルツ波（９）が発生し、光結合部材（７）を伝播する。図１（ｂ）には、この伝播に伴う第２のテラヘルツ波（９）の第２の等位相面（１４）を記載している。
６．第１のテラヘルツ波（８）が第１の光導波路（１００）に到達する。この時、遅延部（６）と伝播部（５）の存在により、第２のテラヘルツ波（９）の発生位置で、第１のテラヘルツ波（８）が第２のテラヘルツ波（９）の発生位置に到達する時間と、発生位置で第２のテラヘルツ波（９）が発生する時間が略重なる（略等しい）。この結果、第１のテラヘルツ波（８）の第１の等位相面（１３）と第２のテラヘルツ波（９）の第２の等位相面（１４）とが略重なり、光結合部材（７）から取り出されるテラヘルツ波の強度が高まる。言い換えると、第１のテラヘルツ波（８）と第２のテラヘルツ波（９）の位相整合条件を、各テラヘルツ波が発生するタイミングを調整して実現している。この結果、複数の箇所から発生するテラヘルツ波を略重ね合わせて取り出すことができるので、高強度なテラヘルツ波を発生させられる。
【００３９】
本実施例では、レーザ光（１０）として平行光を利用する例を示した。この場合、レーザ光（１０）の一部の光を励起光として利用するため、レーザ光（１０）の利用効率が若干低くなる。この問題は、伝播部（５）の厚みを小さくし、レーザ光（１０）の照射領域に、より多くの光導波路を積層することで改善することができる。ここで、レーザ光（１０）のビーム径の中に存在する光導波路のコア部の断面積の割合を利用効率と定義する。例えば、本実施例では、レーザ光（１０）のビーム径を１．５６ｍｍとした場合、光導波路を構成するコア部（１）の断面積を考慮すると、およそ０．００２％弱の利用効率である。伝播部（５）の厚みを５μｍとし、光導波路を１５０枚積層することで、レーザ光（１０）の利用効率はおよそ０．３％弱まで改善する。また、レーザ光（１０）のビーム径を包含する領域までコア部（１）の幅を広げ、光導波路をスラブ型にすることで利用効率は改善する。例えば、コア部（１）の幅を２．００ｍｍとし、光導波路を１５０枚積層することで、レーザ光の利用効率は４０％〜５０％程度まで改善する。
【００４０】
（実施例２）
本発明の実施例２を説明する。本実施例は実施例１の変形例である。具体的には、テラヘルツ波を発生する光導波路を、光導波路の長手方向に対する法線の方向（図１（ａ）のＢ）に複数配置している形態である。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
【００４１】
図１（ａ）には、法線方向に光導波路を２列配置した例を示している。光導波路の最小の間隔は、外部に取り出したいテラヘルツ波の周波数成分のうち、最も周波数の高いテラヘルツ波の伝播部（５）における等価波長λに対し、１／１０・λ〜１／２０・λ程度である。例えば、レーザ光（１０）のビーム径が１．５６ｍｍの時、光導波路の間隔を５μｍとし、１５０列アレイ化すると、およそ２０％弱の光の利用効率となる。また、アレイ化によって、テラヘルツ波の発生領域を広げることができる。この様に、テラヘルツ波に対する損失を抑えた本発明の発生素子をアレイ化することで、高強度のテラヘルツ波を広範囲から一括して発生させることができる。
【００４２】
（実施形態２）
本発明のテラヘルツ波発生素子及び装置などの実施形態２を説明する。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。本実施形態は、実施形態１の変形例である。具体的には、本実施形態のテラヘルツ波発生素子は、連続波を発生する素子に関するものである。図２は、本実施形態の発生素子の構成図である。図２（ａ）は、光導波路の長手方向について、コア部（１）の中心を通る部分の断面図である。図２（ｂ）は、発生素子の各位置における第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）による非線形分極を示す図である。ここで、第１の光導波路（１００）における非線形分極を第１の非線形分極（１５）と呼ぶ。また、第２の光導波路（２００）における非線形分極を第２の非線形分極（１６）と呼ぶ。
【００４３】
図２のテラヘルツ波発生素子は、実施形態１の素子と同じく、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）が、伝播部（５）を介し配置される構成である。実施形態１の発生素子と異なる点は、実施形態１のレーザ光（１０）はパルス光を用いているのに対し、本実施形態では、波長λ１とλ２の２つの連続光を使用する点である。また、伝播部（５）の厚みdと、遅延部（６）の距離Lの決め方が異なる。これは、励起光としてパルス光を用いるか、連続光を用いるかの違いによる。より具体的には、パルス光を用いる場合、時間毎に光導波路から発生するテラヘルツ波の場所は１箇所であるのに対し、連続光の場合、テラヘルツ波の発生箇所は複数箇所になることに起因する。
【００４４】
図２（ｂ）において、２Lcは、非線形分極の周期である。非線形分極の周期２Lcは次式で表すことができる。
2Lc=λ1λ2/(n1λ2-n2λ1)・・・式（４）
ここで、λ1とλ2は、照射される２つ連続光の波長である。n1とn2は、光導波路における波長λ1と波長λ2の光の屈折率である。光導波路から発生するテラヘルツ波の位相は、２Lcの周期で等しくなり、等位相面を形成する。ここで、第２の光導波路（２００）から発生する第１のテラヘルツ波（８）の等位相面を第１の等位相面（１３）とする。また、第１の光導波路（１００）から発生する第２のテラヘルツ波（９）の等位相面を第２の等位相面（１４）とする。光導波路から発生するテラヘルツ波の波長をλTHzとすると、テラヘルツ波の放射角度θ(c)は次式で表すことができる。
cosθ(c)=(λTHz/nTHz)/2Lc  ・・・式（５）
ここで、nTHzは結晶中のテラヘルツ波に対する屈折率である。n1とn2が等価とみなせる場合、放射角度θ(c)は、式（１）に近似される。
【００４５】
図２（ｂ）において、φは第１の非線形分極（１５）と第２の非線形分極（１６）の位相差である。本実施形態では、伝播部（５）の厚さdと遅延部（６）の距離Lで位相差φを調整し、第１の等位相面（１３）と第２の等位相面（１４）を略重ねる。位相面が略重なるためには、少なくとも第２の光導波路（２００）で発生した第１のテラヘルツ波（８）が、同じ位相で第１の光導波路（１００）に到達する必要がある。このため、この伝播部（５）の厚さdが定義される時、遅延部（６）の距離Lは式（３）で定義される。この様な構成により、第１のテラヘルツ波（８）と第２のテラヘルツ波（９）の位相整合条件を、遅延部（６）により位相差φを調整することで実現する。この結果、複数の箇所から発生するテラヘルツ波を略重ね合わせて取り出すことができるので、高強度なテラヘルツ波を発生させることができる。
【００４６】
（実施例３）
本実施例では、実施形態２に対応する素子及び装置などの実施例を示す。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。本実施例では、レーザ光（１０）として、波長１．５５０μｍと１．５５８μｍの２つの連続波を用いる。他の素子構成は実施例１と同じである。
【００４７】
上記レーザ光（１０）を励起光として光導波路に入射すると、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）に分布する非線形分極の周期２Lcは、式（４）に従うと、およそ１４４μｍである。この時、光導波路における励起光の伝播方向に対するテラヘルツ波の放射角度θ(c)は、式（１）に従うと、およそ６５．６度である。そして、伝播部（５）を伝播するテラヘルツ波の放射角度θ(5)は、式（２）に従うと、およそ４８．８度である。伝播部（５）の厚さdを５０μｍとする。この時、遅延部（６）の距離Lは、式（３）に従うと、およそ５７μｍとなる。以上の構成によって放射されるテラヘルツ波の波長λTHzは、例えば、式（５）に従うと、およそ３００μｍとなり、１ＴＨｚ近傍のテラヘルツ波が発生する。
【００４８】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１と実施形態２の変形例である。具体的には、レーザ光（１０）の入射方法が異なる。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。図４に、本実施形態の素子の構成を示す。これまでの素子の構成と異なる点は、レーザ光（１０）を素子に入射する際、素子の端面に設けられた集光部材（２２）を介する点である。集光部材（２２）として、例えば、マイクロレンズやフライアイレンズを用いることができる。この場合、集光部材（２２）は、光学接着材で各光導波路の端面部分に接着される。また、光導波路の端面の形状をレンズ形状にする態様も可能である。
【００４９】
本実施形態によれば、素子の端面によって光学的にけられていたレーザ光（１０）も励起光として利用できる。そのため、本実施形態の素子及び本実施形態の素子を用いた装置においては、レーザ光（１０）の利用効率が更に改善できる。
【００５０】
（実施形態４）
本実施形態は、これまで説明した実施形態の変形例である。具体的には、遅延部（６）の構成が異なる。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。図３は、本実施形態の装置の構成を示したものである。本実施形態においては、遅延部（６）の一部または全部が、素子の外部に設けられている。図３は、遅延部（６）の全部を、素子の外部に設けた例を示している。ただし、態様はこれに限らず、これまで述べた実施形態の素子構成に対し、外部に設けた遅延部を追加する形態も可能である。
【００５１】
図３（ａ）は、遅延部（６）を、各光導波路へ入射する励起光の光路長差によって実現する例を示している。図３（ｂ）は、この光路長差を、励起光が伝播する光ファイバの長さによって実現する例を示している。図３によると、装置は、２つの伝播部（５）と、この伝播部（５）を挟む様に配置された３つの光導波路（１００）、（２００）、（３００）で構成されている。ただし、上述した様に、光導波路の数はこれに限らない。これらの光導波路の端面は、光導波路の積層方向に沿って揃っている。また、光結合部材（７）は、これまでの実施形態と若干異なり、光導波路の端面部分に配置されている。
【００５２】
図３（ａ）の遅延部（６）は、素子の外部に設けられ、例えば、折り返し光学系（１７）、光分岐器（１８）、光反射器（１９）で構成されている。折り返し光学系（１７）は、例えば、直動ステージと該直動ステージに備えられたリトロリフレクターで構成する。折り返し光学系（１７）に入射する光の方向について、直動ステージの位置を調整することで、各光導波路に入射する励起光の光路長を調整している。光分岐器（１８）は、ビームスプリッタの様に、レーザ光（１０）を透過光と反射光に分配する。本実施形態では、反射光を励起光として利用している。光反射器（１９）は、例えば、ミラーであり、装置構成によって、適宜挿入して光路を調整するために用いるものである。
【００５３】
図３（ｂ）の遅延部（６）は、素子の外部に設けられ、光をファイバと結合する結合部材（２１）と、ファイバを伝播するレーザ光（１０）を複数のファイバに分岐するための分岐器（２０）で構成する。そして、分岐器（２０）で分岐された後のファイバの長さを調整することで、各光導波路に入射する励起光の光路長を調整する。尚、ファイバを用いる場合、素子に励起光を入射する際、結合部材（２１）を介さずに、直接融着する態様も可能である。この様に、本実施形態の遅延部は、光源からの出力光が第１の励起光、第２の励起光等に分岐され、ファイバ等を用いて、遅延部の出力側に至る光路長に関し、第１の励起光が伝播する光路長を第２の励起光等が伝播する光路長に対し光学的に長くする部分である。
【００５４】
本実施形態では、この様な遅延部（６）によって、素子に入射する励起光のタイミングや位相差φを調整する。こうした装置に依れば、テラヘルツ波発生素子に入射する第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）のタイミングや位相差φを外部で調整することができる。このため、第１の等位相面（１３）と第２の等位相面（１４）の位置の調整を外部で行うことができるので、装置のロバスト性が高まり、安定性が向上する。また、これまで説明した実施形態の素子と組み合わせることで、作製誤差や材料の特性変化による等位相面の変動にも対応でき、確実にテラヘルツ波を発生させることが可能になる。また、上記実施形態では、素子内部に設けられた遅延部（６）を伝播する励起光は、テラヘルツ波の発生に寄与していなかった。これに対し、本実施形態によれば、光導波路の端面付近よりテラヘルツ波を取り出すことができるので、励起光の利用効率が高まる。
【００５５】
（実施形態５）
本実施形態は、これまで説明した発生装置及び素子を用いた測定装置などの装置の構成例を示すものである。具体的には、本実施形態はイメージング装置の構成例に関する。これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。図５は、本発明の発生装置ないし素子をテラヘルツ波発生素子として用いて構成したテラヘルツ時間領域分光システム（ＴＨｚ−ＴＤＳ）によるトモグラフィックイメージング装置の構成例である。
【００５６】
図５の装置は、これまで説明した発生素子（５０１）、光を出射する光源であるレーザ源（５０３）、テラヘルツ波を検出する検出器（５０２）を基本構成とする。また、検出器（５０２）から時間波形を検出するため、検出器（５０２）に入射するレーザ光の光路長を調整する遅延光学系（５０５）を有する。そして、検出器（５０２）の出力と、遅延調整部を成す遅延光学系（５０５）の光路長の変化をモニタし時間波形を構築する検出部（５０６）を有する。トモグラフィックイメージング装置において、テラヘルツ波の時間波形は、イメージング対象物の内部の奥行き位置情報に相当する。サンプル台（５０８）は、イメージングの対象物を保持する台で、テラヘルツ波の入射方向に対して、面方向に動かすことが可能である。画像構成部（５０７）は、サンプル台（５０８）の位置の情報とその位置でのテラヘルツ波の時間波形とを対応させ、３次元像を構築する。遅延調整部は、発生素子におけるテラヘルツ波発生時と検出器におけるテラヘルツ波検出時との間の遅延時間を調整できれば、遅延光学系には限られず、どの様なものでもよい。
【００５７】
レーザ源（５０３）は、分岐器（５０４）を介して２つのファイバより、一方の光であるレーザ光（１０）と他方の光であるレーザ光（１０００）を取り出す。典型的には中心波長１．５５μｍでパルス幅２０ｆｓ、繰り返し周波数５０ＭＨｚのフェムト秒レーザを用いる。ただし、波長は１．０６μｍ帯などでもよく、パルス幅、繰り返し周波数は前記の値に限らない。また、連続光を用いる場合、レーザ源（５０３）は半導体レーザを用いる。レーザ源（５０３）としてフェムト秒レーザを用いる場合、出力段のファイバは最終段の高次ソリトン圧縮のための高非線形ファイバを含んでもよい。また、テラヘルツ波を発生する発生素子（５０１）、検出器（５０２）までに至る光学素子等、或いは素子内部のおける分散を補償するためのプリチャープを行う分散ファイバを含んでいてもよい。また、これらは偏波保持ファイバであることが望ましい。検出器（５０２）における検出手法として、レーザ光（１０００）照射時の光伝導性の変化より、テラヘルツ波の電界強度に対応した電流を検出する手法がある。また、電気光学効果を用いて電場を検出する手法や磁気光学効果を用いて磁場を検出する手法がある。光伝導性の変化より電流を検出する手法として、光伝導素子が適用できる。
【００５８】
特に本実施形態では、発生素子（５０１）の位置決めを行なう２つのセンサを有することが特徴である。具体的には、発生素子（５０１）にある光導波路に入射する励起光（１０）のうち、第１の光導波路（１００）から第２の光導波路（２００）に至る界面（端面）で反射した反射光（１０ｂ）を検出する第１の位置センサ（５０９ａ）を有する。そして、第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）を透過した透過光（１０ａ）を検出する第２の位置センサ（５０９ｂ）を有する。これらのセンサは、例えば４分割フォトダイオードなどで構成し、センサの出力は、位置検出部（５１０）でモニタされる。この２つの位置センサに目標の態様で光が受光される様に発生素子（５０１）を位置調整することによって、発生素子（５０１）の位置決めを精密に行なうことができる。
【００５９】
本装置の動作を説明する。レーザ源（５０３）から２つのレーザ光（１０）と（１０００）が出力される。レーザ光（１０）は、発生素子（５０１）に入射しテラヘルツ波（９）を出力する。この時、発生素子（５０１）の位置は、実際に使用するレーザ光（１０）を用いて精密に位置決めされている。発生したテラヘルツ波（９）は、２つの放物面ミラー（５１３ａ）、（５１３ｂ）とビームスプリッタ（５１１）を介してサンプル台（５０８）に保持された不図示のサンプルに照射される。ビームスプリッタ（５１１）は高抵抗シリコンなどが適用できる。サンプルに照射されたテラヘルツ波（９）は、サンプルで反射される。そして、２つの放物面ミラー（５１３ｂ）、（５１３ｃ）とビームスプリッタ（５１１）を介して検出器（５０２）に入射する。
【００６０】
検出器（５０２）に入射したテラヘルツ波は、レーザ光（１０００）によって検出される。レーザ光（１０００）は、２つのミラー（５１２ａ）、（５１２ｂ）と遅延光学系（５０５）を介して検出器（５０２）に照射される。遅延光学系（５０５）は、レーザ光（１０００）の伝播長を調整し、レーザ光（１０）に対するレーザ光（１０００）の伝播遅延時間を変化させるものである。検出部（５０６）は、検出器（５０２）の出力と遅延光学系（５０５）の調整量を参照して、サンプルからの反射テラヘルツ波の波形を構築する。画像構成部（５０７）は、サンプル台（５０８）の位置を調整する。そして、サンプル台の位置の情報と検出部（５０６）で構築された時間波形とを対応付けし、サンプルに関するトモグラフィックイメージを取得する。
【００６１】
本実施形態の装置によれば、テラヘルツ波発生装置ないし素子の位置決めを、実際にテラヘルツ波の発生に使用した励起光を直接用いて行う。そのため、励起光のアライメントに要する作業性が向上する。また、本発明の特徴であるテラヘルツ波の出力を高めた発生装置ないし素子を用いることで、サンプルに対するテラヘルツ波の浸透力が高まり、より深いサンプル内部の情報が取得できる。更に、テラヘルツ波の出力が高まることで、信号のＳＮ比が上がり、信号の取得時間も短縮できる。尚、本実施形態では、トモグラフィックイメージング装置について説明したが、装置形態はこれに限るものではない。例えば、テラヘルツ時間領域分光システム（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を利用し、サンプルからのテラヘルツ波の時間波形の変化をモニタし、サンプルの性状を分析する分析装置や検査装置にも適用可能である。この様な場合にも、信号のＳＮ比が上がり、信号の取得時間が短縮できる。
【００６２】
（実施形態６）
本実施形態は、これまで説明したテラヘルツ波発生素子をテラヘルツ波検出素子及び装置などに適用したものである。基本的な素子構成は、これまでの説明と共通するため、共通する部分の説明は省略する。
【００６３】
図６は、本発明の検出素子と、その検出素子を用いた検出装置の構成例を示したものである。図６（ａ）のように本検出素子は、電気光学結晶を含む第１の光導波路（１００）と第２の光導波路（２００）を有する。これらの光導波路は、伝播部（５）を介して配置される。本実施形態では、光結合部材（７）によって空間からのテラヘルツ波は、素子に結合しテラヘルツ波（６０７）が入射する。結合したテラヘルツ波（６０７）は、第１の光導波路（１００）、伝播部（５）、第２の光導波路（２００）の順に伝播する。
【００６４】
第１の光導波路（１００）を伝播する第１の励起光（６１１）と第２の光導波路（２００）を伝播する第２の励起光（６１２）は、これまでの実施形態とは反対の方向に伝播している。本実施形態における素子では、これらの励起光は遅延部（６）側より素子外部に出射する構成である。本検出素子は、これまで説明した発生素子と同様に、励起光を遅延させる遅延部（６）を有する。具体的には、この遅延部（６）は、第２の励起光（６１２）に対し、第１の励起光（６１１）を遅延させる構成である。そのため、この遅延部（６）は、第１の励起光（６１１）の出射側の第１の光導波路（１００）の端面の位置を、第２の励起光（６１２）の出射側の第２の光導波路（２００）の端面の位置に対し第１の励起光（６１１）の伝播方向に所定の距離Ｌずらしている。この距離Ｌの値は、発生素子と同様の考えで算出することができる。詳細には、図６（ａ）において、角度θ（７）は、検出素子に結合し光結合部材（７）を伝播するテラヘルツ波（６０７）の光導波路への入射角度として扱う。角度θ（ｃ）は、光導波路を伝播する励起光に対するテラヘルツ波の入射角度として扱う。角度θ（５）は、伝播部（５）を伝播するテラヘルツ波が光導波路へ入射する角度として扱う。
【００６５】
ここで、第１のテラヘルツ波（６０８）は、第１の光導波路（１００）を介し第１の励起光（６１１）とは異なる方向に出射している。同じく、第２のテラヘルツ波（６０９）は、第２の光導波路（２００）を介し第２の励起光（６１２）とは異なる方向に出射している。この時、各光導波路を伝播する励起光の伝播状態は、各光導波路を伝播するテラヘルツ波の電界によって変化する。詳細には、各光導波路を伝播するテラヘルツ波について、励起光が瞬間的に重なる時点におけるテラヘルツ波の電界によって励起光の伝播状態は変化する。言い換えれば、或る時点におけるテラヘルツ波の電界情報を励起光によって抽出している。本検出素子では、この励起光が検出する時点における第１のテラヘルツ波（６０８）の第１の等位相面（６１３）と第２のテラヘルツ波（６０９）の第２の等位相面（６１４）が略重なるように各光導波路が配置されている。
【００６６】
実際には、図６（ａ）のように、検出素子内部を伝播するテラヘルツ波は励起光の伝播方向に対し或る角度でもって伝播する。そのため、励起光が測定する時点における等位相面を略重ねるためには、等位相面に到達する第１の励起光（６１１）と第２の励起光（６１２）の到達時間を予め調整する必要がある。具体的には、図６（ａ）のように、等位相面に沿って第１の励起光（６１１ａ）に対し第２の励起光（６１２ａ）は遅延して伝播する。これらの第１の励起光（６１１ａ）と第２の励起光（６１２ａ）は、遅延部（６）で第２の励起光（６１２ｂ）に対する第１の励起光（６１１ｂ）の遅延時間が調整され、例えば、後述する偏光素子（６０１）の面（検出面）に沿うように遅延時間が調整され伝播する。ここで、或る瞬間における励起光の位置をプロットすると、励起光の伝播方向に対して或る角度を有していることがわかる。本発明では、この或る瞬間における励起光の位置を含む面を便宜的に励起光の波面と表現することもある。遅延部（６）は、第１の励起光（６１１ｂ）と第２の励起光（６１２ｂ）の光学的な伝播距離を調整し、検出面に対し、各励起光が同じタイミングで到達するように第１の励起光（６１１ｃ）と第２の励起光（６１２ｃ）を空間に出射する。言い換えると、遅延部（６）は、励起光の伝播方向に対する励起光の波面の形状を調整する場所ともいえる。尚、必ずしも第２の遅延部（６ｂ）は、検出素子に作りこまれている必要はない。例えば、第２の遅延部（６ｂ）として、図３で述べたような空間的に光学長を調整する手段を用いて、励起光の波面を予め調整し、この励起光を検出素子に入射する構成も可能である。
【００６７】
ここで、第１の励起光（６１１ａ）と第２の励起光（６１２ａ）の遅延時間を調整する部分として、図６（ｂ）のように、これまで説明した第１の遅延部（６ａ）とは別の第２の遅延部（６ｂ）を備えていることが望ましい。ここで第１の遅延部（６ａ）は、これまで説明した遅延部（６）と同じである。第２の遅延部（６ｂ）は、励起光の伝播方向について、第１の励起光（６１１ａ）に対し第２の励起光（６１２ａ）を遅延して伝播させている。これを実現するために、図６（ｂ）では、第１の遅延部（６ａ）と同じ構造を、検出素子に対し点対称に配置している。
【００６８】
励起光の伝播状態の変化について詳細に説明する。各励起光について、励起光の偏波を直線偏光で光導波路を構成する結晶のＺ軸から傾けて（例えば４５度）入射させると、各導波路から出射される励起光は、電気光学結晶の複屈折性によって電界のＺ軸成分とＹ軸成分に位相差が生じる。ここで、Ｚ軸は図６において励起光の伝播方向に対し垂直で各導波路の配置方向と重なる軸、Ｙ軸は励起光の伝播方向と導波路の配置方向に対し夫々垂直となる軸（紙面に対し垂直方向）である。このような位相差が生じると、検出素子から出射される空間では、励起光は楕円偏波となって伝播する。このような自然複屈折率による位相差は結晶の種類や入射偏波方向、導波路長さによって異なり、位相差ゼロの構成にすることもできる。ここに、光結合部材（７）、例えばＳｉプリズムによって、偏波の主軸がＺ軸のテラヘルツ波パルスが、これまで説明した発生素子の出射面から入射する。すると、テラヘルツ波発生の逆過程で、光導波路を伝播する励起光とテラヘルツ波の相互作用を導波路全体に渡って行わせることが可能となる。相互作用としては、テラヘルツ波電磁界が電気光学結晶に与える１次電気光学効果（ポッケルス効果、即ち２次非線形過程の一種の効果）により、光導波路のＺ軸の屈折率が変化して伝播する励起光の偏波状態が変化することである。
【００６９】
具体的には、励起光の電界のＺ軸成分とＹ軸成分の位相差が誘導複屈折率により変化し、楕円偏波の楕円率や主軸の方向が変化する。これを利用すると、或る瞬間（テラヘルツ波と励起光が重なる瞬間）におけるテラヘルツ波電磁界の量を測定することが可能となる。そして、このテラヘルツ波と励起光が重なるタイミングを調整することで、テラヘルツ波の時間波形を再構築することが可能となる。本発明では、このテラヘルツ波と励起光が重なるタイミングを、励起光がテラヘルツ波を検出する時点と表現することもある。
【００７０】
これまで説明したように、各励起光は、励起光がテラヘルツ波を検出する時点におけるテラヘルツ波の等位相面に沿って伝播するタイミングが調整されている。図６のように、テラヘルツ波の伝播方向は、励起光の伝播方向に対して或る角度を有するため、等位相面が略重なる方向も励起光の伝播方向に対して或る角度を有する。この結果、或る瞬間における励起光の位置をプロットすると、励起光の伝播方向に対して或る角度を有している。本発明では、この或る瞬間における励起光の位置のプロットを便宜的に励起光の波面と表現している。この表現を用いると、上述した励起光の角度は、励起光の波面の傾きとも言い換えることができる。遅延部（６）は、第２の励起光（６１２）に対し第１の励起光（６１１）を遅延させて、励起光の伝播方向に対する励起光の波面の傾きを調整するために用いる。テラヘルツ波の検出は、各励起光の伝播状態の変化より行うが、本発明の検出素子の外部に設けられた伝播状態を検出する面は、この励起光の波面の傾きに沿って配置されていることが望ましい。言い換えると、遅延部（６）は、励起光の伝播状態を検出する面に沿って、励起光の波面の傾きを調整する部分とも表現できる。励起光の伝播状態を検出する面と励起光の波面を合わせると、検出素子を構成する各光導波路から出力される励起光の伝播状態の変化を過不足なく検出することができるため、励起光の伝播状態の変化を高感度に検出することができる。言い換えると、励起光の伝播状態の変化を検出する位置に対し、各励起光の到達時間を略重ね合わせることにより伝播状態の変化を重ね合わせ、この結果、高感度な検出が実現できるともいえる。
【００７１】
尚、光導波路の配置としては、これまで説明した形態に限らず、発生素子と同様に励起光の伝播方向と直交する面に対し２次元に配置することもできる（図１参照）。また、光導波路の形態としては、発生素子と同様にスラブ構造やリッジ構造が適用できる。使用する励起光の形態も発生素子と同様にパルス光や連続光が適用できる。これは、発生素子とは逆過程でテラヘルツ波を検出していることから、発生素子と同様の構造を取り得ることができることに由来する。また、本実施形態では、テラヘルツ波の伝播方向に対し励起光を順方向（励起光の伝播方向に関するベクトル成分が同一方向）に入射させているが、逆方向（励起光の伝播方向に関するベクトル成分が逆方向）に入射させてもよい。この場合は、テラヘルツ波と励起光が整合する長さが小さくなるため信号強度が小さくなるが、検出することは可能である。これらの構成は、装置構成によって適宜選択される。
【００７２】
次に、これまで説明した検出素子を用いたテラヘルツ波の検出装置の構成例について図６を用いて説明する。この検出装置は、上述した励起光の伝播状態を検出するための伝播状態検出部（６００）を有している。伝播状態検出部（６００）は、偏光素子（６０１）及び光検出器（６０２、６０３）で構成する。本発明では、偏光素子（６０１）に対し、励起光の波面が沿うように、第１の励起光（６１１）と第２の励起光（６２２）の到達時間を遅延部（６）により調整する。本実施形態では、励起光の伝播方向に対し、偏光素子（６０１）の検出面が垂直に配置されているため、励起光の波面は平行に調整する。このような構成で励起光の伝播状態の変化を検出すれば、テラヘルツ波の電界振幅の大きさを検出することができる。例えば、偏光素子（６０１）としてウォラストンプリズム用いて励起光の二つの偏光を分離して、二つの光検出器（６０２、６０３）の出力を差動増幅器によって検出することで、信号のＳ／Ｎ比を向上させている。ただし、差動増幅器は必須ではなく、偏光素子（６０１）を偏光板として一つの光検出器で強度を検出する形態でもよい（不図示）。また、前記自然複屈折率の補償のために位相補償板（λ／４板など、不図示）を検出素子の出力端と偏光素子（６０１）の間に追加してもよい。
【００７３】
本発明の検出素子を用いた検出装置では、各光導波路で検出したテラヘルツ波の電界振幅の信号を重ね合わせて検出することができるため、テラヘルツ波の検出感度が向上する。
【００７４】
（実施形態７）
本実施形態は、これまで説明した検出素子及び検出装置の変形例である。具体的には、検出素子の遅延部（６ａ）の一部または全部が検出素子から分離されている構成である。尚、これまでの説明と共通する部分の説明は省略する。
【００７５】
図７に検出装置の構成を示す。遅延部（６ａ）は、実施形態４で説明した構成を適用している。本実施例では、上述した第２の遅延部（６ｂ）は、検出素子に集積されている構成であり、第１の励起光に対する第２の励起光の遅延時間が予め調整されている構成である。図７（ａ）は、遅延部（６ａ）を各光導波路から出射する励起光の光路長差によって実現する例を示している。図７（ｂ）は、この光路長差を励起光が伝播する光ファイバの長さによって実現する例を示している。そして、これらの遅延部（６ａ）の出力に実施形態６で説明した伝播状態検出部（６００）が配置されている。ここで、検出素子を構成する各光導波路（１００、２００、３００）から出射する励起光（７１１、７１２、７１３）は遅延部（６）を介し同一光路（励起光７１０の光路）に合成され、伝播状態検出部（６００）を構成する偏光素子（６０１）に到達する時間が調整される。尚、各励起光は必ずしも合成する必要はなく、異なる光路で偏光素子（６０１）に到達してもよい。重要なのは、略等しいタイミングで偏光素子（６０１）に到達することである。
【００７６】
本実施形態では、このような遅延部（６ａ）によって、素子から出射し伝播状態検出部（６００）に入射する励起光のタイミングや位相差φを調整する。このような装置に依れば、テラヘルツ波検出素子から出射し伝播状態検出部（６００）に到達する各励起光（７１１，７１２，７１３）のタイミングを外部で調整することができる。
【００７７】
（実施形態８）
本実施形態では、実施形態５で説明した装置の変形例を示す。具体的には、図５で示したイメージング装置の検出器（５０２）をこれまで説明した検出素子及びこれを用いた検出装置に置き換える構成である。この場合、発生素子（５０１）と同じ構成の検出素子が適用可能なため、素子間の特性を同じにすることが容易になる。この結果、素子間の特性（主として周波数特性）の違いによる信号劣化を抑制でき、検出器に到達するテラヘルツ波に対する検出感度が向上する。また、検出素子のみ本発明の構成を適用してもよい。この場合、複数の光導波路から出射する複数の励起光を重ね合わせて検出するため、検出感度の向上が期待できる。
【００７８】
また、図８は、本発明の素子を発生用と検出用に共用した装置構成例を示したものである。図８の装置では、本発明で説明した発生素子と検出素子両方の機能を兼ねる発生検出素子（８０１）を用いる。図８では、発生検出素子（８０１）は、素子の両端に、第１の遅延部（６ａ）と第２の遅延部（６ｂ）を備えている。第１の遅延部（６ａ）は、第１の励起光（１１、６１１）の光路長を第２の励起光（１２、６１２）の光路長に対して長くし、第２の励起光（１２，６１２）に対して第１の励起光（１１、６１１）を遅延させて光導波路を伝播させる構成である。第２の遅延部（６ｂ）は、第２の励起光（１２、６１２）の光路長を第１の励起光（１１、６１１）の光路長に対して長くし、第１の励起光（１１，６１１）に対して第２の励起光（１２、６１２）を遅延させて光導波路を伝播させる構成である。そして、発生検出素子（８０１）に対して、レーザ源（５０３）から出力されるレーザ光（１０）が入射する端面とは別の端面の側に、遅延光学系（８０２）を配置している。遅延光学系（８０２）は、発生検出素子（８０１）から出力された第１の励起光と第２の励起光を含む出射光を、出射光路に従って反射させる構成である。
【００７９】
動作を説明する。レーザ源（５０３）から発生したレーザ光（１０）は、ビームスプリッタ（８０３）を介して発生検出素子（８０１）に入射される。実際には、発生検出素子（８０１）に入射したレーザ光（１０）は、第１の励起光（１１）と第２の励起光（１２）として各光導波路を伝播する。これまでの説明では便宜上第１の励起光と第２の励起光という表現を適用しているが、これらの励起光の数は、導波させる光導波路の数に応じて変化する。第１の遅延部（６ａ）を伝播した第１の励起光（１１）は、テラヘルツ波の等位相面に従って第２の励起光（１２）に対して遅延する。発生検出素子（８０１）から発生したテラヘルツ波（８０３）は、ミラー等の光学系によってサンプル台（５０８）に設置されたサンプルに照射される。サンプルから反射されたテラヘルツ波（８０４）は、照射されたテラヘルツ波の光路に沿って再び発生検出素子（８０１）に入射する。
【００８０】
ここで、発生検出素子（８０１）を伝播する第２の励起光（１２）は、第２の遅延部（６ｂ）によって、第１の励起光（１１）に対して遅延されて各々発生検出素子（８０１）から出射する。この時、第１の遅延部（６ａ）と第２の遅延部（６ｂ）の遅延量を同じ量（同じ光路長差）に設定すると、発生検出素子（８０１）から出射する各励起光の遅延量はほぼなくなる。発生検出素子（８０１）から出射した各励起光は、遅延光学系（８０２）に入射され、折り返されて再び発生検出素子（８０１）に入射する。この折り返し量によって、励起光が検出するテラヘルツ波の時間軸上の位置を調整する。発生検出素子（８０１）に入射した励起光は、第２の遅延部（６ｂ）によって、第２の励起光（６１２）が第１の励起光（６１１）に対して遅延して伝播する。第１の遅延部（６ａ）と第２の遅延部（６ｂ）が同じ遅延量を有する場合、励起光が検出する時点において、各励起光は発生検出素子（８０１）内を伝播するテラヘルツ波の等位相面で相互作用する。その結果、各励起光の伝播状態は変化する。これらの励起光は、第１の遅延部（６ａ）によって、第２の励起光（６１２）に対する第１の励起光（６１１）の遅延量が再調整される。第１の遅延部（６ａ）側から出射した各励起光は、ビームスプリッタ（８０３）で反射され伝播状態検出部（６００）に入射する。第１の遅延部（６ａ）で遅延量が調整された各励起光は、ほぼ同じタイミングで伝播状態検出部（６００）に到達し、テラヘルツ波が検出される。検出部（５０６）では、伝播状態検出部（６００）の出力と遅延光学系（８０２）の調整量を参照してテラヘルツ波の時間波形を再構築する。画像構成部（５０７）では、サンプル台（５０８）の位置情報とテラヘルツ波の時間波形を対応させてサンプルのトモグラフィイメージを取得する。
【００８１】
この構成によれば、発生と検出に用いる素子を共通化することで装置の小型化が容易となる。尚、このトモグラフィックイメージング装置では、発生検出素子は遅延部が集積された構成であるが、これまで説明したように、遅延部が分離された構成も可能である（本形態の場合、発生検出装置とも呼ぶ）。
【００８２】
尚、本実施形態においても、主としてトモグラフィックイメージング装置について説明したが、装置形態はこれに限るものではない。例えば、テラヘルツ時間領域分光システム（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を利用し、サンプルからのテラヘルツ波の時間波形の変化をモニタし、サンプルの性状を分析する分析装置や検査装置にも適用可能である。この様な場合にも、トモグラフィックイメージング装置と同様な効果が期待できる。 
【符号の説明】
【００８３】
１…コア部、２、３、４…クラッド部、５…伝播部、６…遅延部、７…光結合部材、８…第１のテラヘルツ波、９…第２のテラヘルツ波、１１…第１の励起光、１２…第２の励起光、１３…第１の等位相面、１４…第２の等位相面、１００…第１の光導波路、２００…第２の光導波路、３００…第３の光導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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