(57)【要約】【課題】光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要な半導体短パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置及び計測装置を提供すること。【解決手段】光パルスを発生する光パルス発生部２と、光パルス発生部２で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部３と、第１のパルス圧縮部３でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部５と、第１のパルス圧縮部３の前段、または第１のパルス圧縮部３と第２のパルス圧縮部５との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部４と、を有し、光パルス発生部２がスーパールミネッセントダイオードである。【選択図】図１
2013104804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部と、を有し、
前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする半導体短パルス発生装置。
【請求項２】
前記第１のパルス圧縮部または前記増幅部は、少なくとも１回、折り曲げてなる導波路を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体短パルス発生装置。
【請求項３】
前記半導体短パルス発生装置は、前記導波路の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体短パルス発生装置。
【請求項４】
前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルス発生部と、前記第１のパルス圧縮部と、前記第２のパルス圧縮部と、前記増幅部と、を単位ユニットとし、複数の前記単位ユニットが並設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体短パルス発生装置。
【請求項５】
短パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、
前記半導体短パルス発生装置から発生した短パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記半導体短パルス発生装置は、
光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部と、を有し、
前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、
前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、
前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、
前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、
前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とするイメージング装置。
【請求項８】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、
前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、
前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体短パルス発生装置、及び半導体短パルス発生装置を備えたテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。
テラヘルツ波発生装置として、光伝導アンテナ型テラヘルツ波発生装置が挙げられる。このテラヘルツ波発生装置は、サブピコ秒（数百フェムト秒）程度のパルス幅をもつ光パルスを発生する光パルス発生部と、光パルス発生部で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を有している。サブピコ秒程度のパルス幅の光パルスを発生する光パルス発生部としては、フェムト秒ファイバーレーザーやチタンサファイヤレーザー等が使用されているが、テラヘルツ波発生装置の更なる小型化のために、短パルス半導体レーザー素子などを使用することが考えられる（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３２８８８１号公報
【特許文献２】特許第３０１４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載の半導体短パルスレーザー素子では、へき開面を反射ミラーとして利用する端面発光型半導体レーザー素子を光パルス発生部とする場合、光パルス発生部とパルス圧縮部は分離する必要があるため、レンズ等の光学部品を使って光結合を行うが、パルス圧縮部の光導波路の断面積が非常に狭く、光アライメントが非常に厳しいため、半導体レーザー素子とパルス圧縮部との光学的な結合効率が悪く、光利用効率が悪くなる。これにより、光アライメントに必要な工数が増え、さらに必要な光出力を得るために光パルス発生部の光出力を増やす必要が生ずるため、消費電力が上昇するという課題がある。
【０００５】
また、分布帰還型半導体レーザー素子を光パルス発生部とする場合は、光パルス発生部とパルス圧縮部を分離する必要がないので、光パルス発生部とパルス圧縮部を一体化できるため、結合効率は改善されるが、半導体レーザー素子内部に選択的に回折格子を作成する必要があるため、製造プロセスが複雑になり、歩留まりが低下、製造コストが上昇するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る半導体短パルス発生装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部と、を有し、前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオード（以下、ＳＬＤと呼ぶことがある）であるため、共振器構造が不要となり、光パルス発生部とパルス圧縮部を分離する必要がなく、複雑な製造プロセスが必要とすることなく光パルス発生部とパルス圧縮部を一体化できる。
従って、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要な半導体短パルス発生装置を提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の半導体短パルス発生装置は、前記第１のパルス圧縮部または前記増幅部は、少なくとも１回、折り曲げてなる導波路を有することが好ましい。
【００１０】
本適用例によれば、導波路が折り曲がっているために、直線状の導波路に比べ小型化が可能である。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の半導体短パルス発生装置は、前記導波路の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜を有することが好ましい。
【００１２】
本適用例によれば、反射膜があるために、導波路の折り曲げ部分による光損失を低減させることができ、光量の損失を防ぐことが可能である。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の半導体短パルス発生装置は、前記光パルス発生部と、前記第１のパルス圧縮部と、前記第２のパルス圧縮部と、前記増幅部と、を単位ユニットとし、複数の前記単位ユニットが並設されていることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、各単位ユニットから出射したパルスを合成することにより、高出力の短パルスを発生することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係るテラヘルツ波発生装置は、短パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、前記半導体短パルス発生装置から発生した短パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記半導体短パルス発生装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要なテラヘルツ波発生装置を提供することができる。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係るカメラは、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要なカメラを提供することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係るイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要なイメージング装置を提供することができる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する半導体短パルス発生装置と、前記半導体短パルス発生装置で発生した前記光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記半導体短パルス発生装置は、前記光パルスを発生する光パルス発生部と、前記光パルス発生部で発生した前記光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた前記光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、前記光パルスを増幅する増幅部とを有し、前記光パルス発生部がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る半導体短パルス発生装置の構成を示す斜視図。
【図２】図１中のＡ−Ａ線での断面図。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線での断面図。
【図４】実施形態２に係る半導体短パルス発生装置の構成を示す斜視図。
【図５】実施形態３に係る半導体短パルス発生装置の構成を示す平面図。
【図６】実施形態４に係る半導体短パルス発生装置の構成を示す平面図。
【図７】実施形態５に係る半導体短パルス発生装置の構成を示す平面図。
【図８】テラヘルツ波発生装置の実施形態に係る模式図。
【図９】イメージング装置の実施形態に係るブロック図。
【図１０】図９中のテラヘルツ波検出装置に係る平面図。
【図１１】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図１２】対象物の物質Ａ、Ｂ及びＣの分布を示す図。
【図１３】計測装置の実施形態に係るブロック図。
【図１４】カメラの実施形態に係るブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２５】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の半導体短パルス発生装置の斜視図。図２は、図１中のＡ−Ａ線での断面図。図３は、図１中のＢ−Ｂ線での断面図である。
【００２６】
図１〜図３に示すように、半導体短パルス発生装置１は、光パルスを発生する光パルス発生部２と、光パルス発生部２で発生した光パルスに対し、パルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部３と、第１のパルス圧縮部３でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、パルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部５と、光パルスを増幅する増幅部４とを有している。
増幅部４は、第１のパルス圧縮部３の前段、または第１のパルス圧縮部３と第２のパルス圧縮部５との間に設けられるが、図示の構成では、増幅部４は、第１のパルス圧縮部３と第２のパルス圧縮部５との間に設けられている。これにより、第１のパルス圧縮部３でパルス圧縮がなされた光パルスが、増幅部４で増幅され、増幅部４で増幅された光パルスが、第２のパルス圧縮部５でパルス圧縮がなされる。
【００２７】
また、半導体短パルス発生装置１から出射する光パルスのパルス幅（半値幅）は、特に限定されないが、１０フェムト秒以上８００フェムト秒以下であることが好ましい。また、光パルス発生部２は、ＳＬＤを用いる。
【００２８】
また、第１のパルス圧縮部３は、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第１のパルス圧縮部３は、可飽和吸収体を有しており、その可飽和吸収体により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
また、第２のパルス圧縮部５は、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第２のパルス圧縮部５は、群速度分散補償媒体、本実施形態では、結合導波路構造を有しており、その結合導波路構造により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
【００２９】
また、半導体短パルス発生装置１の光パルス発生部２と、第１のパルス圧縮部３と、増幅部４と、第２のパルス圧縮部５とは、一体化、すなわち同一基板上に集積されている。
具体的には、半導体短パルス発生装置１は、半導体基板である基板１１と、基板１１の一方の面に設けられたクラッド層１２と、クラッド層１２上に設けられた活性層１３と、活性層１３上に設けられた導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４上に設けられたクラッド層１５と、クラッド層１５上に設けられたコンタクト層１６と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４上に設けられた絶縁層１７と、基板１１の他方の面に設けられた電極１８と、コンタクト層１６および絶縁層１７の表面に設けられたクラッド層１５側の電極１９１、１９２、１９３、１９４および１９５と、を有している。なお、導波路構成プロセス用エッチングストップ層は、活性層の直上に限らず、例えば、クラッド層の中に設けられていてもよい。
【００３０】
なお、各部の構成材料は、特に限定されないが、一例として、基板１１、コンタクト層１６としては、それぞれ、例えば、ＧａＡｓ等が挙げられる。また、クラッド層１２、１５、導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４としては、それぞれ、例えば、ＡｌＧａＡｓ等が挙げられる。また、活性層１３としては、例えば、多重量子井戸と呼ばれる量子効果を用いた構成等が挙げられる。具体的には、活性層１３としては、例えば、井戸層（ＧａＡｓ井戸層）とバリア層（ＡｌＧａＡｓバリア層）とを交互に複数ずつ設けてなる多重量子井戸等で構成された分布屈折率型多重量子井戸と呼ばれる構造のもの等が挙げられる。
【００３１】
また、図示の構成では、半導体短パルス発生装置１における導波路は、クラッド層１２と、活性層１３と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４と、クラッド層１５とで構成されている。また、クラッド層１５は、導波路の上部にのみ、その導波路に対応した形状に設けられている。また、クラッド層１５は、不要な部分をエッチングにより除去することにより形成されている。なお、製造方法によっては、導波路構成プロセス用エッチングストップ層１４を省略してもよい。
【００３２】
また、クラッド層１５およびコンタクト層１６は、それぞれ、２つずつ設けられている。一方のクラッド層１５およびコンタクト層１６は、光パルス発生部２と、第１のパルス圧縮部３と、増幅部４と、第２のパルス圧縮部５の一部を構成し、連続的に設けられており、他方のクラッド層１５およびコンタクト層１６は、第２のパルス圧縮部５の一部を構成している。すなわち、第２のパルス圧縮部５には、１対のクラッド層１５と、１対のコンタクト層１６とが設けられている。
【００３３】
また、電極１９１は、光パルス発生部２のクラッド層１５に対応するように設けられ、また、電極１９２は、第１のパルス圧縮部３のクラッド層１５に対応するように設けられ、また、電極１９３は、増幅部４のクラッド層１５に対応するように設けられ、また、電極１９４および１９５は、それぞれ、第２のパルス圧縮部５の２つのクラッド層１５に対応するように設けられている。なお、電極１８は、光パルス発生部２、第１のパルス圧縮部３、増幅部４および第２のパルス圧縮部５の共通の電極である。そして、電極１８と電極１９１とで光パルス発生部２の１対の電極が構成され、また、電極１８と電極１９２とで第１のパルス圧縮部３の１対の電極が構成され、また、電極１８と電極１９３とで増幅部４の１対の電極が構成され、また、電極１８と電極１９４、電極１８と電極１９５とで第２のパルス圧縮部５の２対の電極が構成される。
なお、半導体短パルス発生装置１の全体形状は、図示の構成では、直方体をなしているが、これに限定されないことは、言うまでもない。
また、半導体短パルス発生装置１の寸法は、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下×０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下×０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。
【００３４】
次に、半導体短パルス発生装置１の作用について説明する。
半導体短パルス発生装置１では、まず、光パルス発生部２で光パルスを発生する。この光パルスのパルス幅は、目標のパルス幅に比べて大きい。光パルス発生部２で発生した光パルスは、導波路を通り、第１のパルス圧縮部３、増幅部４、第２のパルス圧縮部５をこの順序で順次通過する。
【００３５】
まず、第１のパルス圧縮部３で、光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅が減少する。次に、増幅部４で、光パルスが増幅される。最後に、第２のパルス圧縮部５で、光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅がさらに減少する。このようにして、目標のパルス幅の光パルスが発生し、第２のパルス圧縮部５から出射する。
【００３６】
以上説明したように、半導体短パルス発生装置１によれば、光パルス発生部２にＳＬＤを用いているので、共振器構造が不要となり、光パルス発生部２とパルス圧縮部３、５を分離する必要がなく、光パルス発生部２とパルス圧縮部３、５を一体化できる。
従って、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要な半導体短パルス発生装置１を提供することができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の半導体短パルス発生装置の第２実施形態における半導体短パルス発生装置を示す斜視図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００３８】
図４に示すように、第２実施形態の半導体短パルス発生装置１Ａでは、光パルス発生部２と、第１のパルス圧縮部３と、増幅部４と、第２のパルス圧縮部５とを単位ユニット６として、複数の単位ユニット６を備えており、これらの単位ユニット６が並設、すなわちアレイ化されている。各単位ユニット６は、それぞれ、前記第１実施形態における半導体短パルス発生装置１に対応している。
【００３９】
単位ユニット６の数は、図示の構成では、４つであるが、これに限定されず、２つ、３つ、または５つ以上でもよい。
【００４０】
以上説明したように、半導体短パルス発生装置１Ａによれば、各単位ユニット６から出射したパルスを合成することにより、高出力の短パルスを発生することができる。
なお、この第２実施形態は、後述する第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態にも適用することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の半導体短パルス発生装置の第３実施形態における平面図である。なお、図５では、導波路７１を破線で示し、また、光パルス発生部２、第１のパルス圧縮部３、増幅部４および第２のパルス圧縮部５をそれぞれ一点鎖線で囲って示す。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、第３実施形態の半導体短パルス発生装置１Ｂでは、導波路７１が複数回、交互に折り曲げられている。すなわち、導波路７１は、ジグザグに形成されている。
また、第１のパルス圧縮部３は、図５中下側に位置し、また、増幅部４は、図５中上側に位置している。そして、第１のパルス圧縮部３および増幅部４において、それぞれ導波路７１が複数回折り曲げられている。また、光パルス発生部２と第１のパルス圧縮部３との境界部、増幅部４と第２のパルス圧縮部５との境界部において、それぞれ導波路７１が１回折り曲げられている。
【００４３】
また、半導体短パルス発生装置１Ｂは、導波路７１の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜７２を有している。この反射膜７２は、半導体短パルス発生装置１Ｂの１対の側面に、それぞれ設けられている。この反射膜７２により、光パルスが導波路７１に沿って進むようにその光パルスを反射させることができる。
なお、半導体短パルス発生装置１Ｂの光パルスの出射部７３には、反射膜７２は設けられていない。また、出射部７３には、反射防止膜（図示せず）を設けてもよい。
この半導体短パルス発生装置１Ｂによれば、導波路７１が複数回折り曲げられているので、光路長、すなわち、導波路７１の直線距離を長くすることができ、これにより、半導体短パルス発生装置１Ｂの光パルスが進行する方向の長さを短くすることができ、さらに小型化を図ることができる。
【００４４】
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の半導体短パルス発生装置の第４実施形態における平面図である。なお、図６では、導波路を破線で示し、また、光パルス発生部２、第１のパルス圧縮部３、増幅部４および第２のパルス圧縮部５をそれぞれ一点鎖線で囲って示す。
以下、第４実施形態について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４５】
図６に示すように、第４実施形態の半導体短パルス発生装置１Ｃでは、導波路７１が３回、交互に折り曲げられており、増幅部４においては、導波路７１は、１回だけ折り曲げられている。
なお、増幅部４を第１のパルス圧縮部３の前段に設ける場合は、第１のパルス圧縮部３において、導波路７１は、１回だけ折り曲げられる。
【００４６】
＜第５実施形態＞
図７は、本発明の半導体短パルス発生装置の第５実施形態における平面図である。なお、図７では、導波路を破線で示し、また、光パルス発生部２、第１のパルス圧縮部３、増幅部４および第２のパルス圧縮部５をそれぞれ一点鎖線で囲って示す。
以下、第５実施形態について、前述した第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４７】
図７に示すように、第５実施形態の半導体短パルス発生装置１Ｄでは、反射膜７２は省略されている。
また、導波路７１の折り曲げ部分における図７に示す角度θは、臨界角以上に設定されている。これにより、導波路７１の折り曲げ部分に反射膜７２を設けることなく、光パルスを反射させることができ、構造を簡素化することができる。
また、半導体短パルス発生装置１Ｄの光パルスの出射部７３に反射防止膜７４が設けられている。これにより、出射部７３から光パルスを出射させることができる。
なお、この第５実施形態は、前記第３実施形態にも適用することができる。
【００４８】
＜テラヘルツ波発生装置の実施形態＞
図８は、本発明のテラヘルツ波発生装置の実施形態を摸式的に示す図である。
図８に示すように、テラヘルツ波発生装置８は、半導体短パルス発生装置１と、半導体短パルス発生装置１で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナ９とを有している。半導体短パルス発生装置１は、前記第１実施形態、及び前記第２実施形態における半導体短パルス発生装置１Ａに対応する。
アンテナ９は、本実施形態では、ダイポール形状光伝導アンテナ（ＰＣＡ）であり、半導体基板である基板９１と、基板９１上に設けられギャップ９３を介して対向配置された１対の電極９２と、を有している。この電極９２間に、光パルスが照射されると、アンテナ９は、テラヘルツ波を発生する。なお、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の電磁波を言う。また、１対の電極９２の電極間距離は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
前記第１実施形態における半導体短パルス発生装置１によれば、光パルス発生部２にＳＬＤを用いているので、共振器構造が不要となり、光パルス発生部とパルス圧縮部を分離する必要がなく、複雑な製造プロセスが必要とすることなく光パルス発生部とパルス圧縮部を一体化できる。
従って、光利用効率が高く、複雑な製造プロセスが不要なテラヘルツ波発生装置８を提供することができる。
また、このテラヘルツ波発生装置８を複数用意し、各テラヘルツ波発生装置８で発生したテラヘルツ波を合成することにより、さらに高出力のテラヘルツ波を得ることができる。
また、前記第２実施形態における半導体短パルス発生装置１Ａによれば、半導体短パルス発生装置１がアレイ化されており、１つのテラヘルツ波発生装置８から発生するテラヘルツ波の出力が高いので、高出力のテラヘルツ波を得るために使用するテラヘルツ波発生装置８の数は比較的少なくてよいので、テラヘルツ波の合成を容易かつ確実に行うことができる。
【００５０】
＜イメージング装置の実施形態＞
図９は、本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。図１０は、図９に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図である。
図９に示すように、イメージング装置１００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置８と、テラヘルツ波発生装置８から出射し、対象物１５０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置２１と、テラヘルツ波検出装置２１の検出結果に基づいて、対象物１５０の画像、すなわち、画像データを生成する画像生成部２２と、を備えている。
テラヘルツ波発生装置８としては、本実施形態では、前記テラヘルツ波発生装置の実施形態のものを用いる。
【００５１】
また、図１０に示すように、テラヘルツ波検出装置２１としては、例えば、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター２５と、フィルター２５を通過した前記目的の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部２７と、を備えたものを用いる。また、検出部２７としては、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー（強度）を検出し得るものを用いる。このような検出部としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。なお、テラヘルツ波検出装置２１としては、前記の構成のものに限定されないことは、言うまでもない。
【００５２】
また、フィルター２５は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）２６を有している。すなわち、各画素２６は、行列状に配置されている。
また、各画素２６は、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）が互いに異なる複数の領域を有している。なお、図示の構成では、各画素２６は、第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を有している。
【００５３】
また、検出部２７は、フィルター２５の各画素２６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部１７１、第２の単位検出部１７２、第３の単位検出部１７３および第４の単位検出部１７４を有している。各第１の単位検出部１７１、各第２の単位検出部１７２、各第３の単位検出部１７３および各第４の単位検出部１７４は、それぞれ、各画素２６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素２６のそれぞれにおいて、４つの目的の波長のテラヘルツ波をそれぞれ確実に検出することができる。
【００５４】
次に、イメージング装置１００の使用例について説明する。
まず、分光イメージングの対象となる対象物１５０は、３つの物質Ａ、ＢおよびＣで構成されている。イメージング装置１００は、この対象物１５０の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置２１は、対象物１５０を反射したテラヘルツ波を検出することとする。
【００５５】
図１１は、対象物１５０のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。
テラヘルツ波検出装置２１のフィルター２５の各画素２６においては、第１の領域１６１および第２の領域１６２を使用する。
また、第１の領域１６１の通過波長をλ１、第２の領域１６２の通過波長をλ２とし、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、前記第１の領域１６１の通過波長λ１および第２の領域１６２の通過波長λ２が設定されている。
【００５６】
図１１に示すように、物質Ａにおいては、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と波長λ１の成分の強度α１の差分（α２−α１）は、正値となる。
また、物質Ｂにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、零となる。
また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、負値となる。
【００５７】
イメージング装置１００により、対象物１５０の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置８により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１５０に照射する。そして、対象物１５０で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置２１で検出する。この検出結果は、画像生成部２２に送出される。なお、この対象物１５０へのテラヘルツ波の照射および対象物１５０で反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１５０の全体に対して行う。
【００５８】
画像生成部２２においては、前記検出結果に基づいて、フィルター２５の第２の領域１６２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、第１の領域１６１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度α１の差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、前記差分が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
【００５９】
また、画像生成部２２では、図１２に示すように、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像生成部２２から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像が区別して表示される。この場合、例えば、対象物１５０の物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１００では、以上のように、対象物１５０を構成する各物質の同定と、その各物質の分布測定とを同時に行うことができる。
なお、イメージング装置１００の用途は、前記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像生成部２２において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。
【００６０】
＜計測装置の実施形態＞
図１３は、本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１３に示すように、計測装置２００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置８と、テラヘルツ波発生装置８から出射し、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置２１と、テラヘルツ波検出装置２１の検出結果に基づいて、対象物１６０を計測する計測部２３とを備えている。
【００６１】
次に、計測装置２００の使用例について説明する。
計測装置２００により、対象物１６０の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置８により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１６０に照射する。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置２１で検出する。この検出結果は、計測部２３に送出される。なお、この対象物１６０へのテラヘルツ波の照射および対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１６０の全体に対して行う。
計測部２３においては、前記検出結果から、フィルター２５の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物１６０の成分およびその分布の分析等を行う。
【００６２】
＜カメラの実施形態＞
図１４は、本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
以下、カメラの実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１４に示すように、カメラ３００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置８と、テラヘルツ波発生装置８から出射し、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置２１とを備えている。
【００６３】
次に、カメラ３００の使用例について説明する。
カメラ３００により、対象物１７０を撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生装置８により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１７０に照射する。そして、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置２１で検出する。この検出結果は、記憶部２４に送出され、記憶される。なお、この対象物１７０へのテラヘルツ波の照射および対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１７０の全体に対して行う。また、前記検出結果は、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信することもできる。パーソナルコンピューターでは、前記検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
【００６４】
以上、本発明のテラヘルツ波発生装置８、カメラ３００、イメージング装置１００および計測装置２００を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…半導体短パルス発生装置、２…光パルス発生部、３…第１のパルス圧縮部、４…増幅部、５…第２のパルス圧縮部、６…単位ユニット、７１…導波路、７２…反射膜、８…テラヘルツ波発生装置、９…アンテナ、２１…テラヘルツ波検出装置、２２…画像生成部、２３…計測部、２４…記憶部、１００…イメージング装置、１５０，１６０，１７０…対象物、２００…計測装置、３００…カメラ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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