(57)【要約】【課題】  テラヘルツ波を用いて被検体の画像を取得する測定装置において、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】  被検体８を透過又は被検体で反射したテラヘルツ波パルス６を測定する測定装置１００であって、パルス光４６が伝搬することによりテラヘルツ波パルスを発生する電気光学結晶４３を有する導波路４８と、電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスが伝搬する伝搬部４５と、伝搬部を伝搬した後に被検体に照射され、被検体を透過又は被検体で反射したテラヘルツ波パルスの平均出力を検出する検出部９と、を有し、パルス光の中心波長における電気光学結晶の屈折率は、電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスの中心波長における電気光学結晶の屈折率より低い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスを測定する測定装置であって、
パルス光が伝搬することによりテラヘルツ波パルスを発生する電気光学結晶を有する導波路と、
前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスが伝搬する伝搬部と、
前記伝搬部を伝搬した後に前記被検体に照射され、前記被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスの平均出力を検出する検出部と、を有し、
前記パルス光の中心波長における前記電気光学結晶の屈折率は、前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスの中心波長における前記電気光学結晶の屈折率より低い
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記パルス光のパルス幅は、１０ｆｓ以上１００ｆｓ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスのうち所定の波長帯域のテラヘルツ波が透過するフィルタを更に有し、
前記検出部は、前記フィルタを透過したテラヘルツ波パルスを検出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスを波長毎に空間的に分散する分散素子を更に有し、
前記検出部は、複数の検出素子を有し、前記複数の検出素子それぞれが前記分散素子で分散されたテラヘルツ波パルスの平均出力を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスを第１のテラヘルツ波パルスと第２のテラヘルツ波パルスとに分岐する分岐部と、
前記第１のテラヘルツ波パルスの伝搬方向に移動可能で、前記第１のテラヘルツ波パルスを反射する反射ミラーと、を更に有し、
前記検出部は、前記反射ミラーで反射した第１のテラヘルツ波パルスと前記被検体で反射した第２のテラヘルツ波パルスとの干渉波を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記導波路は、前記電気光学結晶と、前記電気光学結晶と前記伝搬部との間に配置されている上部クラッド層と、前記電気光学結晶の前記上部クラッド層と対応する位置に配置されている下部クラッド層と、を有し、
前記パルス光に対する前記上部クラッド層及び前記下部クラッド層それぞれの屈折率は、前記パルス光に対する前記電気光学結晶の屈折率より小さい
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記導波路は、リッジ形状である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記被検体上におけるテラヘルツ波パルスのビームの形状は、空間分布が帯状である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記被検体を反射したテラヘルツ波パルスの平均出力を電気信号として出力する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記検出部は、ショットキーバリアダイオード又は電界効果トランジスタを含む
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記検出部は、ボロメータ又はパイロセンサを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記検出部は、複数の検出素子を有し、
前記複数の検出素子は、アレイ状に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１３】
被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスを測定する測定方法であって、
電気光学結晶を含む導波路にパルス光を伝搬させて前記電気光学結晶からテラヘルツ波パルスを発生する発生ステップと、
前記発生ステップで発生したテラヘルツ波パルスを前記被検体に照射し、前記被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスの平均出力を検出する検出ステップと、を有し、
前記パルス光の中心波長における前記電気光学結晶の屈折率は、前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波の中心波長における前記電気光学結晶の屈折率より低いことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いた測定装置、及びそれを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数領域の電磁波（以下、「テラヘルツ波」と呼ぶ）を用いた非破壊なセンシング技術が開発されている。テラヘルツ波の応用分野として、非破壊・非侵襲なイメージングを行う技術、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて分子の結合状態などの物性を調べる分光技術等が開発されている。また、キヤリア濃度や移動度、導電率などの物性を調べる計測技術、生体分子の解析技術等がある。
【０００３】
テラヘルツ波を用いた測定装置としては、テラヘルツ波を矩形状ビームに整形して被検体に照射し、焦電検出器又はショットキーバリアダイオード、共鳴トンネルダイオード等をアレイ化した検出器で検出する構成が、特許文献１に開示されている。被検体に照射するテラヘルツ波は、量子カスケードレーザ又は共鳴トンネルダイオード、非線形結晶等を発生器として用いており、振幅変化が１０−１１秒以上の時間でしか起こらないか若しくは時間的に一定である。このようなテラヘルツ波をアレイ化した検出器で検出することにより、被検体の画像を取得している。このような測定装置は、テラヘルツ波時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて時間波形を測定する方法よりも、測定時間を短縮でき、また装置構成を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１８６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で開示されているような測定装置を用いた検査において、より高速な測定を行い、被検体の画像を取得するためには、Ｓ／Ｎ比をさらに向上することが求められる。
【０００６】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、テラヘルツ波を用いて被検体の画像を取得する測定装置において、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての測定装置は、被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスを測定する測定装置であって、パルス光が伝搬することによりテラヘルツ波パルスを発生する電気光学結晶を有する導波路と、前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスが伝搬する伝搬部と、前記伝搬部を伝搬した後に前記被検体に照射され、前記被検体を透過又は前記被検体で反射したテラヘルツ波パルスの平均出力を検出する検出部と、を有し、前記パルス光の中心波長における前記電気光学結晶の屈折率は、前記電気光学結晶から発生するテラヘルツ波パルスの中心波長における前記電気光学結晶の屈折率より低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
テラヘルツ波を用いて被検体の画像を取得する測定装置において、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の測定装置の構成を説明する模式図。
【図２】第１の実施形態のテラヘルツ波発生素子及び伝搬部の構成を説明する模式図。
【図３】第２の実施形態の測定装置の構成を説明する模式図。
【図４】第２の実施形態のテラヘルツ波発生素子から発生したテラヘルツ波の強度スペクトル。
【図５】第３の実施形態の測定装置の構成を説明する模式図。
【図６】第４の実施形態の測定装置の構成を説明する模式図。
【図７】平均出力を説明する模式図。
【図８】電気光学的チェレンコフ放射を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の測定装置１００（以下、「装置１００」と呼ぶ）の構成について、図１を参照して説明する。図１は、装置１００の構成を説明する模式図である。装置１００は、光源１、ファイバ２、発生部３、レンズ５、検出部９、アンプ１０、制御部１１、処理部１２を有する。発生部３は、導波路４８を有するテラヘルツ波発生素子４（以下、「素子４」と呼ぶ）と、伝搬部４５と、それらを保持する匡体１３と、を有する。
【００１１】
本実施形態では、装置１００を用いてベルトコンベア７上に配置されている被検体８の情報を取得する。光源１から出力された超短パルスレーザ４６（以下、「レーザ４６」と呼ぶ）は、ファイバ２を伝搬して発生部３に入射することによりテラヘルツ波パルス６（以下、「テラヘルツ波６」と呼ぶ）が発生する。テラヘルツ波６は、パルス波である。発生したテラヘルツ波６は、レンズ５で整形されて被検体８に照射される。その後、被検体８を透過したテラヘルツ波６は、検出部９で検出される構成となっている。本実施形態は、パルス波であるテラヘルツ波６の平均出力を検出する構成とすることにより、連続的に出力されるテラヘルツ波の連続波を検出する場合よりも、画像としてのＳ／Ｎ比を向上できる。これは、のちに述べるように広帯域テラヘルツ波とすることで、コヒーレンシーが低下し、干渉ノイズを減らすことができるからである。
【００１２】
制御部１１は、各構成の制御を行うと共に、アンプ１０を介して検出部９の検出結果としての電気信号を取得する。処理部１２は、制御部１１が取得した電気信号を処理して被検体８の情報を取得し、取得した情報を不図示の記憶部や表示部に出力する。各構成について、詳細に説明する。
【００１３】
光源１は、テラヘルツ波６を発生するためのパルス光としてのレーザ４６を出力する装置である。特に、光源１は、フェムト秒レーザを出力する。ここで、「超短パルスレーザ」とは、パルス幅がフェムト秒オーダのパルス光であり、特に、パルス幅が１０ｆｓ以上１００ｆｓ以下のパルス光を「フェムト秒レーザ」と呼ぶ。ここでは、レーザ４６として、中心波長１．５５μｍ、パルス幅３０ｆｓ、繰り返し周波数８０ＭＨｚのフェムト秒レーザを用いる。なお、光源１が出力するレーザ４６の波長は、例えば、１．０６μｍ帯などでもよく、レーザ４６の波長、パルス幅、繰り返し周波数は上述の値に限らない。
【００１４】
光源１から出力されたレーザ４６は、ファイバ２を伝搬して素子４の導波路４８に入射する。レーザ４６の出力段のファイバ２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。または、レーザ４６の出力段のファイバ２は、レーザ４６が発生部３に至るまでの伝搬経路に配置されている光学素子等によ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や分散体（Ｓｉ結晶等）を含んでもよい。ファイバ２は、偏波保持ファイバであることが望ましい。さらに、ファイバ２又は光源１は、インライン型の光アイソレータを備えてもよい。
【００１５】
なお、ファイバ２と導波路４８との結合効率を上げるために、ファイバ２として、先端にセルフォック（登録商標）レンズを集積化させたファイバ、又は、先端を加工したピッグテール型のファイバ等を用いることが望ましい。これにより、レーザ４６の出力が後述する導波路４８の開口数（ＮＡ）以下になるように構成することが望ましい。また、光源１が出力したレーザ４６は、ファイバを通さず不図示のレンズを用いて素子４に空間結合にしてもよい。これらの場合にはそれぞれの端部に無反射コーティングすることで、フレネルロスの低減及び不要な干渉ノイズの低減を実現できる。
【００１６】
もしくは、ファイバ２のＮＡと導波路４８のＮＡ、及び、ファイバ２のモードフィールド径と導波路４８のモードフィールド径とが、それぞれ近くなるように設計して、突き当てによる直接結合（バットカップリング）が行われるように接着してもよい。その場合は、接着剤を適切に選ぶことで反射による悪影響を低減できる。
【００１７】
なお、ファイバ２が偏波保持できないファイバ部分を含む場合、インライン型の偏波コントローラで素子４への入射光の偏波を安定化させることが望ましい。ただし、光源１としてファイバレーザを用いず、光源１が出力したレーザ４６が空間を伝搬して発生部３に入射する場合には偏波の安定化などの問題は軽減される。
【００１８】
発生部３は、テラヘルツ波６を発生する。発生部３は、匡体１３の内部に素子４と伝搬部４５とが配置されている。素子４の導波路４８は、電気光学結晶４３（以下、「結晶４３」と呼ぶ）を含む。結晶４３は、レーザ４６が伝搬することにより２次の非線形現象を用いてレーザ４６をテラヘルツ波６に変換する。発生したテラヘルツ波６は電気光学的チェレンコフ放射（以下、「チェレンコフ放射」と呼ぶ）によって放射され、伝搬部４５を伝搬して射出され、レンズ５で集光されて被検体８に照射される。なお、本明細書の「電気光学結晶」は、２次の非線形性を持つものであり、２次の非線形性を持つ非線形光学結晶と等価である。
【００１９】
ここで、チェレンコフ放射について図８を参照して説明する。図８は、チェレンコフ放射を説明する模式図である。チェレンコフ放射は、励起源であるレーザ４６の結晶４３における伝搬群速度が、発生するテラヘルツ波６の結晶４３における伝播位相速度よりも速い場合に、衝撃波のようにテラヘルツ波６が円錐状に放出される現象である。これを換言すると、レーザ４６における結晶４３の屈折率が、テラヘルツ波６における結晶４３の屈折率より低い場合に、チェレンコフ放射が起こる。
【００２０】
チェレンコフ放射を利用する手法では、非線形光学効果により結晶４３から連続的に発生するテラヘルツ波６は、位相整合条件を満たす角度で結晶４３から放射される。位相整合条件を満たす角度、すなわち、レーザ４６とテラヘルツ波６とがなす角（チェレンコフ角）θｃは、媒質（ここでは結晶４３）におけるレーザ４６の群屈折率と媒質におけるテラヘルツ波６の屈折率との比で決まる。チェレンコフ角θｃは、媒質におけるレーザ４６の群速度をｖｇ、媒質におけるレーザ４６の群屈折率をｎｇ、媒質におけるテラヘルツ波６の位相速度をｖＴＨｚ、媒質におけるテラヘルツ波６の屈折率をｎＴＨｚとすると、（１）式で表される。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
チェレンコフ放射を用いた二次の非線形現象によるテラヘルツ波の発生は、結晶４３を用いたものとしては比較的高効率にレーザ４６をテラヘルツ波６に変換できるため、高強度のテラヘルツ波６を発生できる。また、電気光学結晶特有のフォノン共鳴によるテラヘルツ波領域の吸収を高周波数に選ぶことにより、テラヘルツ波６の周波数帯域を広くすることができる。また、光整流を用いるテラヘルツ波パルスの発生によればパルス幅の狭いテラヘルツ波を得ることができる。すなわち、本実施形態の発生部３によれば、広帯域で高強度、且つパルス幅の狭いテラヘルツ波を得ることが可能となる。素子４及び伝搬部４５の構成の詳細は後述する。
【００２３】
レンズ５は、テラヘルツ波６を整形して被検体８に照射する。具体的には、レンズ５は、発生部３から任意の方向に放射されたテラヘルツ波６を集光するシリンドリカルレンズである。レンズ５に入射したテラヘルツ波６は、ベルトコンベア７の幅方向に広がりを持つ帯状に整形されて被検体８に照射される。なお、後述する収差低減型の伝搬部４５を用いる場合にはレンズ５は必ずしも必要ではない。
【００２４】
本実施形態では、テラヘルツ波６は被検体上（被検体８上）における形状が帯状で、その幅が１０ｍｍとする。ベルトコンベア７の被検体８が配置されている領域の幅が、レンズ５を通過したテラヘルツ波６の幅より広い場合は、発生部３及びレンズ５を移動して被検体８に対するテラヘルツ波６の照射位置を変更する。このようにしてスキャンすることにより、被検体８全体を測定可能にする。
【００２５】
検出部９は、被検体８を透過したテラヘルツ波６を検出する。具体的には、検出部９は、パルス状のテラヘルツ波６の平均出力を検出して、検出した平均出力を電気信号として出力する。「テラヘルツ波の平均出力」とは、テラヘルツ波６の時間的な平均出力のことで、発生するテラヘルツ波６のパルス幅やパルスの繰り返しの周期より十分長い時間、例えば１０倍以上の時間領域に相当する時間成分におけるテラヘルツ波６のエネルギーを指す。これは、時間的に変動するテラヘルツ波６の強度信号を含む波形の周波数成分のうち、発生するテラヘルツ波６のパルス幅やパルスの繰り返しの周期より十分長い時間でテラヘルツ波６の強度信号の時間的な変動を取得できる周波数帯における強度信号である。
【００２６】
平均出力について、図７を参照してより詳細に説明する。図７は、平均出力を説明する模式図である。図７には、実時間波形ａを点線で示し、平均出力波形ｂを実線で示した。実時間波形ａは、テラヘルツ波パルスのパルスそれぞれ検出できた場合に取得できる波形で、平均出力波形ｂは、検出部９でテラヘルツ波パルスの平均出力を検出した場合に取得できる波形の一例である。すなわち、実時間波形ａは、テラヘルツ波パルスの出力の変動を時間で表した実際の時間波形である。この場合、その平均出力とは、実時間波形ａより信号帯域の小さい、すなわち実時間波形ａを時間で積分した（すなわちローパスフィルターを通した）滑らかな波形である。
【００２７】
本実施形態の場合は、テラヘルツ波６の繰り返し周波数が８０ＭＨｚであるため、概ね０．１μｓｅｃ以上の遅い時間の変動、すなわち帯域が１０ＭＨｚ程度以下の信号を捉える検出器を検出部９として用いることになる。検出部９がパイロセンサを含む場合は、信号検出が遅いため信号出力をそのまま使えばよい。ショットキーバリアダイオード等の半導体素子を含む検出部９を用いる場合は、出力回路で帯域を調整するためのフィルタ等を設ければよい。
【００２８】
検出部９は、空間分布が帯状のテラヘルツ波６を検出できるように、被検体８上におけるテラヘルツ波６の照射領域より広い領域を検出できるように構成される。本実施形態の検出部９は、帯状のテラヘルツ波６の照射領域に合わせて、ベルトコンベア７の幅方向に複数の検出素子が並んで配置されている。検出部９の検出素子としては、ショットキーバリアダイオード、及び電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）等の半導体素子、又は、パイロセンサやボロメータ等に用いる感熱素子等を用いることができる。
【００２９】
なお、被検体８によってテラヘルツ波６が散乱される場合は、散乱されたテラヘルツ波６を検出するために、検出部９は２次元アレイ型の検出器を含むことが望ましい。このとき、被検体８によって後方に散乱されたテラヘルツ波６及び被検体８で反射したテラヘルツ波６を検出するために、ベルトコンベア７の発生部３側に別の検出部２０を備えてもよい。また、用途に応じて検出部９の代わりに検出部２０のみを有する構成にしてもよい。
【００３０】
制御部１１は、上述したように、光源１の制御を行うと共に、検出部９の検出結果としての信号を、アンプ１０を介して取得する。制御部１１は、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータなどを用いることができる。
【００３１】
処理部１２は、制御部１１から検出部９の検出結果を取得し、それを用いて被検体８の画像データを取得する。処理部１２は、プロセッサ、メモリ、記憶装置、入出力装置などを有するコンピュータである。これらの処理はメモリまたは記憶装置に格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現されるとよい。あるいは、一部の機能を論理回路などのハードウェアで代替することもできる。なお、処理部１２は汎用のコンピュータで構成してもよいし、ボードコンピュータやＡＳＩＣのような専用のハードウェアで構成してもよい。また、制御部１１と一体に構成してもよい。
【００３２】
処理部１２は、取得した被検体８の画像データから被検体８の情報を取得する機能を有してもよい。ここで、被検体８の情報とは、被検体８を透過したテラヘルツ波６の強度分布、テラヘルツ波６の強度分布を用いて取得できる被検体８の透過率、反射率及び屈折率等の光学特性を含む。また、被検体８の画像や散乱の様子から取得できる被検体８中に異物が存在するかを判定した場合の判定結果等を含む。
【００３３】
ここからは、発生部３の素子４及び伝搬部４５の構成について、図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して詳細に説明する。図２（ａ）は素子４及び伝搬部４５の構成を説明する断面図、図２（ｂ）は素子４及び伝搬部４５の構成を説明する斜視図である。素子４は、基板４０と、導波路４８と、を有する。基板４０上には、レーザ４６を全反射して内部を伝搬させる導波路４８が設けられている。導波路４８は、接着層４１と、下部クラッド層４２と、コア層としての結晶４３と、上部クラッド層４４と、を有する。なお、本明細書では、結晶４３から見て伝搬部４５側を上部、結晶４３の基板４０側を下部とする。
【００３４】
結晶４３は、レーザ４６が結晶４３の端面から入射して伝搬することにより、テラヘルツ波６を発生する。発生したテラヘルツ波６は、チェレンコフ放射によって円錐状に放射され、伝搬部４５を伝搬して外部に取り出される。なお、図２では結晶４３から放射されるテラヘルツ波６を直線で記載しているが、実際は、導波路４８から伝搬部４５に入射する際に屈折する。
【００３５】
基板４０は、ＬｉＮｂＯｘ（ＬＮ）を含むＹカット基板であり、レーザ４６の伝搬方向にＬＮ結晶のＸ軸、伝搬と直交する方向をＺ軸としている。そのような構成にすることによって、Ｚ軸と平行な電界成分をもつ偏波のレーザ４６を入射させれば２次非線形現象であるチェレンコフ放射によるテラヘルツ波発生を効率良く起こすことができる。
【００３６】
結晶４３は、テラヘルツ波６を発生させる電気光学結晶で、ＬＮ結晶を含むＭｇＯドープＬＮ結晶層である。電気光学結晶の種類はこれに限定されるものではなく、ＬｉＴａＯｘ、ＮｂＴａＯｘ、ＫＴＰ、ＤＡＳＴ、ＺｎＴｅ、ＧａＳｅ、ＧａＡｓ等を適用できる。結晶４３の厚さは、外部に放射されるテラヘルツ波６のうち最も周波数が高いテラヘルツ波の結晶５４における等価波長の２分の１以下であることが望ましい。
【００３７】
結晶４３は、ｘ軸が光４６の伝搬方向と対応し、ｙ軸が基板４０と垂直な方向に対応するように構成されている。また、光４６は、ｘ軸及びｙ軸と直交するｚ軸方向の直線偏波を有する。このような構成にすることで、２次の非線形現象によるテラヘルツ波６の発生及びチェレンコフ放射の効率が向上する。すなわち、結晶４３の結晶軸は、光４６とテラヘルツ波６との位相整合が取れるように設定されており、光４６とテラヘルツ波６との間には、波数ベクトルの位相整合条件が成り立っている。
【００３８】
上部クラッド層４４及び下部クラッド層４２は、コア層としての結晶４３よりもレーザ４６の中心波長における屈折率が低い層である。結晶４３に入射したレーザ４６は、上部クラッド層４４及び下部クラッド層４２によって結晶４３に閉じ込められる。そのため、光４６は、導波路４８の外部に射出することなく結晶４３を伝搬する。
【００３９】
本実施形態では、基板４０と下部クラッド層４２とを接着するための接着層４１を有しているが、結晶４３としてのＭｇＯドープ層とＬＮ結晶層とを接着剤で貼り合わせ、その接着剤が下部クラッド層として機能する構成でもよい。なお、接着層４１は貼り合わせ法で作製した場合に必要であって、基板４０の一部に拡散などでドープ層を形成して導波路４８を作成する場合には必ずしも必要ではない。なお、導波路４８の構成はこれに限らず、例えば、接着剤の代わりに、結晶４３よりも低屈折率な他の部材を結晶４３に貼り付けることで、結晶４３の周囲にクラッド層を設けても良い。あるいは、接着層４１と下部クラッド層４２とが一体となったものでもよい。
【００４０】
上部クラッド層４４には、結晶４３としてのＬＮ結晶より屈折率が低いＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ等の誘導体層、又はＰＥＴのような樹脂の薄膜等が好適に用いられる。導波路４８の上には発生したテラヘルツ波が伝搬する伝搬部４５が備えられている。上部クラッド層４４は、この伝搬部４５を固定するための接着剤を兼ねていてもよい。
【００４１】
また、上部クラッド層４４の厚さは、クラッド層として機能するのに十分厚く、且つ、伝搬部４５からテラヘルツ波を外部に取り出す際に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。具体的には、結晶４３を伝搬する光４６の一部が上部クラッド層４４に染み出した場合、上部クラッド層４４と伝搬部４５との界面における光強度が結晶４３における光強度の１／ｅ２以下となることが望ましい。また、外部に取り出したい周波数のテラヘルツ波のうち最も周波数が高いテラヘルツ波の上部クラッド層４４における等価波長の１／１０程度の厚さ以下に設定することが望ましい。一般的に、構造体の厚さが電磁波の波長の１／１０以下程度であれば、その電磁波に対して、反射、散乱、屈折等の影響が無視できるとみなされるからである。ただし、前記望ましい厚さの範囲外でも、本実施形態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。
【００４２】
導波路４８は、Ｔｉ拡散により結晶４３を高屈折率化して周囲の領域４９と屈折率差を設ける方法、又は、エッチング等により結晶４３をリッジ形状に形成してＳｉＯｘ膜や樹脂等で周囲を保護する方法等で形成したリッジ導波路である。リッジ導波路は、結晶４３の横方向にもクラッド層が設けられている導波路である。結晶４３の横方向の幅は、発生するテラヘルツ波６の波長より小さく、また、コア層（結晶４３）の厚みの１／２以上１０倍以下であることが望ましい。具体的には、結晶４３の横方向の幅は、１μｍ以上数１０μｍ以下程度となる。なお、本実施形態のように結晶４３の周囲にそれぞれ異なるクラッド層を設けるのではなく、上下及び左右のクラッド層を一体の構成としても良い。また、導波路４８は、レーザ４６の閉じ込めを強くするために横方向にも導波構造を形成しているが、結晶４３が横方向に均一に広がり、閉じ込め領域のないスラブ導波路にしてもよい（不図示）。
【００４３】
本実施形態の導波路４８は、結晶４３を厚さ３．８μｍ、幅４μｍ、下部クラッド層４２及び上部クラッド層４４それぞれを厚さ１μｍを典型的に用いるが、この値に限られるものではない。
【００４４】
コア層である結晶４３のＺ軸に平行な偏光であるレーザ４６を結晶４３のＸ軸に沿ってレーザ４６を伝搬させると、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１７，ｐｐ．６６７６−６６８１（２００９）に記載の原理及び超短パルス光源を用いた光整流の原理によりテラヘルツ波が発生し、伝搬部４５を介してテラヘルツ波６を空間に取り出せる。レーザ４６の中心波長における結晶４３の屈折率とテラヘルツ波６の中心波長における結晶４３の屈折率との屈折率差で決まるチェレンコフ角θｃは、（１）式より約６５度である。すなわち、結晶４３で発生したテラヘルツ波６は、レーザ４６の伝搬方向に対して約６５度の方向に放射される。放射されたテラヘルツ波６は、伝搬部４５と導波路４８との界面で屈折して伝搬部４５に入射する。
【００４５】
伝搬部４５は、テラヘルツ波６が伝搬するプリズムである。伝搬部４５の材料としては、導波路４８と伝搬部４５との界面でテラヘルツ波６が全反射せずに伝搬部４５内に進行波として取り出すことができ、且つ、テラヘルツ波６の損失が少ないものが用いられる。例えば、高抵抗Ｓｉ等が好適である。伝搬部４５として高抵抗Ｓｉを材料とするプリズムを用いた場合、テラヘルツ波６と基板４０表面とがなす角θｃｌａｄ（図２（ａ）参照）の大きさは約４９度である。
【００４６】
本実施形態の導波路４８はリッジ形状であるため、テラヘルツ波６は、レーザ４６の伝搬方向と直交する断面で見ると、テラヘルツ波６は発散光となっている。一方、レーザ４６の伝搬方向に平行な方向には、テラヘルツ波６はほとんど発散しないようなパターンとなっている。そこで、伝搬部４５は、図２（ｂ）に示すように、円錐の一部をカットしたような形状にすることにより、一方向にのみ集光機能を有するように構成している。
【００４７】
本実施形態では、伝搬部４５を伝搬したテラヘルツ波６は、図２（ａ）に示したように伝搬部４５の表面に略垂直に入射して伝搬部４５の外部に取り出される構成となっている。この場合、界面でのフレネルロスは最小となるが、取り出したテラヘルツ光の収差は大きく、円形ビームとすることが難しい。一方、図２（ｃ）に示したように、伝搬部４５から射出したテラヘルツ波６の伝搬方向が、伝搬部４５の表面で屈折してレーザ４６の伝搬方向と略平行となるように伝搬部４５を構成にした場合は、フレネルロスは増大するがテラヘルツ波の収差が小さくなる。
【００４８】
以上、素子４と伝搬部４５の構成について説明した。なお、ここでは、結晶４３としてＬＮ結晶を用いたが、その他の電気光学結晶としてＬｉＴａＯｘ、ＮｂＴａＯｘ、ＫＴＰ、ＤＡＳＴ、ＺｎＴｅ、ＧａＳｅ、ＧａＡｓなどを用いることができる。ＬＮ結晶はテラヘルツ波６の中心波長における屈折率とレーザ４６の中心波長における屈折率とに差があるため、ノンコリニアで発生するテラヘルツ波６を取り出すことができる。しかし、他の結晶では必ずしも屈折率の差が大きくないため、テラヘルツ波６の取り出しが難しい場合がある。その場合、素子４内に導波路を形成して素子４と伝搬部４５とが近接する構成にして、結晶４３よりも屈折率が大きい材料の伝搬部４５（たとえばＳｉ等）を用いる。このような構成にすれば、チェレンコフ放射の条件を満たし、テラヘルツ波６を外部に取り出すことができる。
【００４９】
装置１００は、導波路４８を含む素子４を用いて発生したパルス状のテラヘルツ波６を被検体８に照射し、被検体８を透過したテラヘルツ波６を検出部９で検出する構成となっている。テラヘルツ波６は、パルス波であるため、量子カスケードレーザ等のような連続的に出力されるテラヘルツ波の連続波を用いて測定を行う場合と比較して、モアレ等の干渉ノイズの影響が低減される。そのため、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる測定装置を提供できる。また、テラヘルツ波６が被検体８を透過又は被検体８で反射した後に、モアレ等の縞を抑圧する技術を用いなくても高精度な測定が可能となり、容易にテラヘルツ波領域で被検体８の画像を取得できる。
【００５０】
また、発生部３は、チェレンコフ放射を用いてテラヘルツ波６を放射する構成のため、上述したように広帯域で高強度、且つ短パルスなテラヘルツ波を測定に利用できる。従来の典型的なテラヘルツ波パルス発生素子である光伝導素子では、平均出力が１００ｎＷ程度のテラヘルツ波しか得られなかったため、検出部９のような検出器で検出することは容易でなかった。しかし、本実施形形態のようなチェレンコフ放射を利用したリッジ導波路を含む発生部３を用いれば、平均出力が１０μＷ以上のテラヘルツ波を出力できるため、検出部９での検出が可能となる。また、発生部３は、従来の光伝導素子よりも、広帯域且つパルス幅が狭いテラヘルツ波を得られるため、測定精度の向上が期待できる。また、従来の光伝導素子と比較すると、変換効率が高いことも発生部３の特徴である。
【００５１】
発生部３は、超短パルスレーザ４６が入射してテラヘルツ波６を発生するため、テラヘルツ波６はパルス波である。テラヘルツ波パルスを用いた測定装置としては、テラヘルツ波時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて時間波形を測定するＴＨｚ−ＴＤＳ装置がある。
【００５２】
ＴＨｚ−ＴＤＳ装置は、テラヘルツ波６を発生させるための超短パルスレーザを、発生用レーザと検出用レーザとの２つに分け、発生用レーザと検出用レーザとの時間差を制御してサンプリング測定を行うため装置構成が複雑である。また、装置間又は測定時期による測定結果のばらつき、フーリエ変換の手法によるスペクトルの変動等が発生することがある。本実施形態の装置１００は、時間波形の取得を行わず、パルス状のテラヘルツ波６の時間的な平均出力を検出する構成である。よって装置１００は、分光情報を得られるものではないが、一般的なＴＨｚ−ＴＤＳ装置と比較して装置構成が簡単になる。
【００５３】
なお、被検体８の透過性が低く、Ｓ／Ｎ比が所望の値より低い場合は、超短パルスレーザのパワーの変調、又は、チョッパー等を用いた発生部３におけるテラヘルツ波６の出力の変調等によって、制御部１１で同期検波を行ってＳ／Ｎ比を向上することができる。あるいは、ベルトコンベア７で被検体８が移動しているときは、その速度と同期した信号を取得するように同期検波してもよい。
【００５４】
以上、本実施形態の装置１００によればＳ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる。
【００５５】
装置１００は、被検体８として、例えば、ベルトコンベア７上に配置されて移動する食品、医薬品、部品、流通物などを用いれば、被検体８の内部に内在する異物、欠陥、特定の化学物質などの有無を検査する検査装置として使用できる。被検体８として食品を用いる場合は、粉物又は葉物を原材料とする調味料等を検査して、被検体８に混入している髪の毛、プラスティック片及び虫などの異物を検査し、スクリーニングする装置として利用できる。このような異物では通常のＸ線検査機等を用いて十分に除去することは容易ではなく、テラヘルツ波を用いた検査装置としてより食の安全に寄与できる。
【００５６】
（第２の実施形態）
本実施形態の測定装置３００（以下、「装置３００」と呼ぶ）について図３を参照して説明する。図３は、装置３００の構成を説明する模式図である。装置３００は、被検体３１の分光情報を測定するものである。装置３００は、光源１、ファイバ２、発生部３、レンズ３０、３２、フィルタ３３、検出部３４、カプラ１０、制御部１１、及び処理部１２を有する。なお、上述の実施形態と同様の構成については、上述の実施形態と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
装置３００では、発生部３で発生したテラヘルツ波パルス３６（以下、「テラヘルツ波３６」と呼ぶ）は、レンズ３０によって集光されて被検体３１に照射される。被検体３１を透過したテラヘルツ波３６は、レンズ３２で平行光になり、フィルタ３３を通って検出部３４に入射する。なお、テラヘルツ波３６のビーム形状の整形には、レンズ３０、３２の代わりに放物面鏡等を用いてもよい。
【００５８】
フィルタ３３は、所定の波長帯域のテラヘルツ波を透過する光学フィルタである。フィルタ３３としては、被検体３１のスペクトルにおいて特徴的なピークが現れる波長帯域など、関心の強い波長帯域を選択することができ、例えば１つの周波数に対するバンドパスフィルタとすることができる。または、異なる複数の波長のバンドパスフィルタを並べて、各波長のテラヘルツ波の強度を検出するものでもよい。さらには、フィルタ３３として、透過する波長帯域及び透過する波長帯域の幅を変更可能な波長可変フィルタを用いることもできる。フィルタ３３の具体例としては、金属メッシュ構造を有するもの及び樹脂に粒子を散在させて構成されたもの等がある。
【００５９】
本実施形態の発生部３で発生したテラヘルツ波３６について、横軸が周波数の強度スペクトルを図４に示した。本実施形態のテラヘルツ波３６は、約０．１ＴＨｚ以上７ＴＨｚ以下の周波数を含む広帯域なものである。テラヘルツ波３６の周波数範囲の低周波側は、テラヘルツイメージング光学系のビーム伝搬径で概ね制限される。本実施形態では、平行伝搬部で２インチΦとなる構成としているので、波長の２０倍まで回折の影響を大きく受けないとすると、波長２．５ｍｍすなわち０．１２ＴＨｚまでは信号取得ができる。一方、高周波側は、使用する電気光学結晶のフォノン吸収の周波数で決まる。本実施形態で用いたＬＮ結晶では、７ＴＨｚに吸収があるため、７ＴＨｚが周波数範囲の上限となる。したがって、フィルタ３３を通ったテラヘルツ波３６を検出部３４で検出すれば、フィルタ３３で設定した波長領域の分光情報を得ることができる。
【００６０】
検出部３４は、被検体３１及びフィルタ３３を通過したテラヘルツ波３６を検出する。検出部３４は、単一素子でもよいし、第１の実施形態のように複数の検出素子がアレイ状に並べて被検体３１の画像を測定するものでもよい。その場合、空間的に異なる透過波長帯域を、持つフィルタ３３を並べた場合には、検出部３４は、フィルタ３３の透過波長帯域に相当するテラヘルツ波３６を検出することになる。そのため、同時に複数の異なる波長それぞれについて測定を行うことが可能となり、その結果、分光情報を取得できる。
【００６１】
たとえば、被検体３１に含まれる構成成分Ａの吸収スペクトルにおいて、１ＴＨｚの位置に吸収ピークがある場合は、１ＴＨｚのテラヘルツ波を透過するフィルタとそれと異なる波長のテラヘルツ波を透過するフィルタとを並べる。各フィルタを透過したテラヘルツ波３６を検出部３４で検出すれば、構成成分Ａの含有情報を容易に取得できる。検出部３４が２次元アレイであれば、実施形態１と同様に被検体３１の散乱光を捉えて、異物検査を伴って分光情報を得ることができる。
【００６２】
ここでは、静止した被検体の分光情報を得る構成を説明したが、実施形態１のようにベルトコンベア等で動いている被検体に適用できることはもちろんである。また、本実施形態では、被検体３１を透過したテラヘルツ波３６を検出して分光情報を得る方式を説明したが、実施形態１と同様に被検体３１で反射した又は後方に散乱したテラヘルツ波３６を検出するための検出部（不図示）を配置して検出を行ってもよい。特に、フィルタ３３を透過したテラヘルツ波３６は、フィルタ３３による減衰と被検体３１等による散乱及び吸収による減衰とが発生している。そのため、これらの減衰による影響を補正して分光情報の精度を向上させるために、被検体３１で反射した又は後方に散乱したテラヘルツ波３６の検出結果を用いることが有効である。
【００６３】
装置３００は、素子４を用いて発生したパルス波であるテラヘルツ波３６を被検体３１に照射し、被検体３１を透過したテラヘルツ波３６を検出部３４で検出する構成となっている。テラヘルツ波３６は、パルス波であるため、量子カスケードレーザ等のような連続的に出力されるテラヘルツ波の連続波を用いて測定を行う場合と比較して、モアレ等の干渉ノイズの影響が低減される。そのため、装置３００によれば、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる。また、テラヘルツ波３６が被検体３１を透過又は被検体８で反射した後に、モアレ等の縞を抑圧する技術を用いなくても高精度な測定が可能となり、容易にテラヘルツ波領域で被検体８の画像を取得できる。
【００６４】
また、装置３００は、広帯域で高強度、且つ短パルスなテラヘルツ波３６を照射するため、フィルタ３３を用いるだけで被検体３１の分光情報を取得できる。そのため、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置よりも簡易な構成で被検体３１の分光情報を取得できる。
【００６５】
（第３の実施形態）
本実施形態の測定装置５００（以下、「装置５００」と呼ぶ）について、図５を参照して説明する。図５は、装置５００の構成を説明する模式図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については、上述の実施形態と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６６】
装置５００は、第２の実施形態の装置３００と比較して、より高分解能で分光情報を取得するものである。装置５００は、反射型のブレーズド回折格子５０（以下、「回折格子５０」と呼ぶ）を用いる。また、装置５００は、複数の放物面鏡５１を用いて、発生部３で発生したテラヘルツ波５６を整形して被検体５２に導き、また被検体５２を透過したテラヘルツ波５６を回折格子５０に導く。なお、テラヘルツ波５６は、パルス波（テラヘルツ波パルス）である。しかし、テラヘルツ波５６を被検体５２及び回折格子５０に導く光学系はこれに限らず、第２の実施形態のようなレンズでもよく、必要に応じて適宜設計すればよい。
【００６７】
回折格子５０は、テラヘルツ波５６を波長毎に空間的に分散する分散素子である。回折格子５０に入射したテラヘルツ波５６は、波長に応じて反射角が異なる。そのため、被検体５２を透過した又は被検体５２で反射したテラヘルツ波５６が回折格子５０に入射すると、テラヘルツ波５６が波長毎に空間的に分散して伝搬する。この波長毎に空間的に分散されたテラヘルツ波５６を、検出部５３で受信すれば、容易に分光スペクトルを取得できる。検出部５３は、アレイ型のテラヘルツ波検出部で、ここでは、複数の検出素子が一列に配置されているリニアアレイ型の検出器を用いる。
【００６８】
ただし、発生部３のようなチェレンコフ放射を用いた発生方式によるテラヘルツ波のパルス波は、パルス波に含まれる周波数帯域が広いため、２次回折光がノイズとなる場合がある。その場合は、所定の波長帯域のテラヘルツ波５６を透過するフィルタ５４を用いてテラヘルツ波５６を空間的あるいは時間的に分割する構成を併用するとよい。そのため、本実施形態では、フィルタ５４は、複数のバンドパスフィルタを含み、テラヘルツ波５６が回折格子５０を通過してから検出部５３に入射するまでの伝搬経路に複数のバンドパスフィルタを配置している。すなわち、フィルタ５４は、異なる透過波長λ１、λ２、λ３を持つ複数のバンドパスフィルタを含み、これらの複数のバンドパスフィルタをテラヘルツ波５６の伝搬方向と交差する方向に並べて配置する。それぞれ中心は、たとえば１００μｍ、２００μｍ、４００μｍである。この波長帯域はフィルタ５４の消光特性や取得する波長帯域によって決定する。
【００６９】
本実施形態では、回折格子５０として反射型のブレーズド回折格子を用いているが、これに限らず、透過型のブレーズド回折格子を用いてもよい。また、本実施形態では、被検体５２を透過したテラヘルツ波５６を検出して分光情報を得る方式を説明したが、実施形態１と同様に被検体５２で反射した又は後方に散乱したテラヘルツ波５６を検出するための検出部（不図示）を配置してもよい。また、被検体５２で反射したテラヘルツ波５６を検出する検出部のみを設ける構成でもよい。
【００７０】
装置５００は、素子４を用いて発生したパルス状のテラヘルツ波５６を被検体５２に照射し、被検体５２を透過したテラヘルツ波５６を検出部５３で検出する構成となっている。テラヘルツ波５６は、パルス波であるため、量子カスケードレーザ等のような連続的に出力されるテラヘルツ波を用いて測定を行う場合と比較して、モアレ等の干渉ノイズの影響が低減される。そのため、装置５００によれば、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる。また、テラヘルツ波５６が被検体５２を透過又は被検体５２で反射した後に、モアレ等の縞を抑圧する技術を用いなくても高精度な測定が可能となり、容易にテラヘルツ波領域で被検体５２の画像を取得できる。
【００７１】
また、装置５００は、テラヘルツ波５６は、広帯域で強い強度、且つ短パルスであるため、回折格子５０を用いることによりＴＨｚ−ＴＤＳ装置よりも簡易な構成で被検体５２の分光情報を取得できる。ＴＨｚ−ＴＤＳ装置は、装置間誤差、測定時期によるばらつきによって測定精度の向上が容易ではない。また、取得した時間波形をフーリエ変換してスペクトルを取得する際にスペクトルの周波数が変動することがある。これに対し、回折格子５０を用いた構成では、回折格子５０で反射したテラヘルツ波５６と検出部５３との相対位置が測定精度に影響するが、被検体５２として既知のスペクトルを持つ物質を測定した結果を用いて、容易に校正できる。そのため、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置よりも測定精度を容易に向上できる。
【００７２】
（第４の実施形態）
本実施形態の測定装置６００（以下、「装置６００」と呼ぶ）について、図６を参照して説明する。図６は、装置６００の構成を説明する模式図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については、上述の実施形態と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
装置６００は、マイケルソン干渉型の測定を行う測定装置である。装置６００は、光源１、ファイバ２、発生部３、レンズ５、アンプ１０、処理部１２、分岐部６０、参照ミラー６２、検出部６３、及び、制御部６５を有する。検出部６３は、他の実施形態の検出部を使用できる。
【００７４】
発生部３で発生したテラヘルツ波６６は、レンズ５を通過して分岐部６０に入射する。なお、テラヘルツ波６６は、パルス波（テラヘルツ波パルス）である。分岐部６０は、テラヘルツ波６６を２つに分岐するハーフミラーである。分岐部６０で分岐されたテラヘルツ波６６の一方は被検体６１に照射され、他方は参照ミラー６２に照射され、それぞれ被検体６１又は参照ミラー６２で反射して検出部６３に入射する。
【００７５】
参照ミラー６２は、分岐部６０と参照ミラー６２との間におけるテラヘルツ波６６の伝搬方向に移動可能な反射ミラーである。制御部６５は、参照ミラー６２の位置及び装置５００のその他の各構成を制御する。また、参照ミラー６２の位置毎に検出部６３がテラヘルツ波６６の検出結果である干渉信号を取得する。制御部６５は、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータである。
【００７６】
参照ミラー６２は、分岐部６０と参照ミラー６２との間におけるテラヘルツ波６６の伝搬方向の位置が変化するため、検出部６３は、参照ミラー６２の位置に応じた２つのテラヘルツ波の干渉波を検出する。制御部６５は、アンプ６４を介して検出部６３の検出結果としてのテラヘルツ波６６の干渉信号を取得する。
【００７７】
検出部６３で検出されるテラヘルツ波６６の周波数が広帯域の場合は、干渉に係るコヒーレンス長が短くなるため、このような干渉計では短い干渉長で干渉縞が観測される。この原理を利用した光干渉断層撮影（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）技術は、近年非破壊な高分解能断層像取得技術として眼科等医療応用に活用されている。その光軸方向の奥行分解能δｄは、測定に用いるテラヘルツ波６６の中心波長をλ０、測定に用いるテラヘルツ波６６の波長スペクトル幅をΔλとすると、コヒーレンス長の半分として（２）式で表される。
δｄ＝［２ｌｎ（２）／π］・［λ０２／Δλ］    （２）
【００７８】
本実施形態で測定に用いるテラヘルツ波６６の中心波長λ０を約２００μｍ、波長スペクトル幅Δλを約５００μｍとすると、奥行分解能δｄは３５μｍ程度となる。一般にＯＣＴ装置にテラヘルツ波を用いると、テラヘルツ波は中心波長が大きいため、広帯域光源で分解能を向上し、且つ十分な速度でトモグラフィー像を得ることが難しかった。それに対し、本実施形態の装置６００では、広帯域且つ出力の高いテラヘルツ波６６の平均出力を検出できるため、高分解能なトモグラフィー像を取得できる。従来のＴＤＳ装置では信号強度が小さく、波形取得には遅延ステージを用いたサンプリングが必要なため、断層像取得のスピードが遅い。一方、本実施形態の場合には、高速な断層像や３次元像の取得が可能である。
【００７９】
また、装置６００は、素子４を用いて発生したパルス状のテラヘルツ波６６を被検体６１に照射し、被検体６１で反射したテラヘルツ波６６を検出部６３で検出する構成となっている。テラヘルツ波６６は、パルス波であるため、量子カスケードレーザ等のような連続的に出力されるテラヘルツ波を用いて測定を行う場合と比較して、モアレ等の干渉ノイズの影響が低減される。すなわち、装置６００によれば、Ｓ／Ｎ比を向上してより高速に測定を行うことができる。
【００８０】
上述のようなトモグラフィー装置では、テラヘルツ波がある程度物質内部に侵入することができるため、医薬品の錠剤や食品表面のコーティング膜の厚さを非破壊で検査することなどに応用できる。また、携帯機器や各種電子回路、機構部品などの内部の非破壊検査、生体組織の断層像の取得等への適用も期待できる。
【００８１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８２】
例えば、発生部３の素子４及び伝搬部４５は、上述に記載の構成に限らない。例えば、導波路４８を形成するためには、結晶４３よりも屈折率が低い領域が少なくとも結晶４３の上下に存在すれば良く、導波路４８を形成する手法やその構成は限定しない。すなわち、接着剤を用いて屈折率の異なる部材を貼り合わせる手法に限らず、例えば、ＬＮ結晶を用いた基板４０の一部に拡散等で導波路４８を形成する手法等を用いても良い。
【００８３】
非線形効果によってテラヘルツ波を発生させることを考慮すると、結晶４３の横方向（ｚ軸方向）の幅は、小さいことが望ましい。原理的には、発生したテラヘルツ波６のパワー密度は、光４６のパワー密度（光がパルスレーザの場合にはピークパワー密度）の２乗に比例するためである。
【００８４】
結晶４３の幅が小さすぎると、レーザ４６が結晶４３へ入射する際の結合効率の低減や、導波損失の増加等が生じることがある。そのため、結晶４３の幅は、レーザ４６の中心波長の１倍以上１０倍以下に設定すると良い。なお、中心波長とは、レーザ４６のスペクトルのうち強度（振幅）が最大となる波長のことである。また、結晶４３の幅は、入射したレーザ４６が結晶４３をシングルモードで伝搬し得る幅であることが望ましい。レーザ４６が結晶４３をマルチモードで伝搬した場合、伝搬するにつれてモード分散によってレーザ４６のピーク強度が減少して、テラヘルツ波６への変換効率が低下するためである。さらに、レーザ４６の出力によっては結晶４３に光損傷等の現象が生じる可能性があるため、その点も考慮して結晶４３の幅を決定する必要がある。
【００８５】
レーザ４６の出力が大きいために結晶４３に光損傷が起きてしまう場合には、導波路を複数個設けて、レーザ４６を分割して入射させても良い。構造や材料が異なる複数個の導波路を用意し、目的に適した特性を有するテラヘルツ波６が発生するようにレーザ４６を導波路に入射させることもできる。
【００８６】
また、複数個の導波路から発生するテラヘルツ波を干渉させて、テラヘルツ波のビーム形状やビーム方向を調整することも可能である。この場合、取り出したい方向のテラヘルツ波が干渉によって打ち消し合わないように構成する。複数個の導波路の並べ方は限定されず、ｚ方向又はｙ方向に複数並べたり、非平行に並べたりしても良い。
【００８７】
各実施形態の測定装置は、被検体を透過したテラヘルツ波を検出する構成にしてもよいし、被検体で反射したテラヘルツ波を検出する構成にしてもよい。また、被検体を透過したテラヘルツ波と被検体で反射したテラヘルツ波をどちらも検出するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
６  テラヘルツ波パルス
９  検出部
４３  電気光学結晶
４５  伝搬部
４６  パルス光
４８  導波路
【図１】
2016109687.tif 000004
【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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