(57)【要約】【課題】小さい電圧で光パルスの周波数をチャープさせることができる短光パルス発生装置を提供する。【解決手段】本発明に係る短光パルス発生装置は、光パルスを生成する光パルス生成部と、光パルス生成部にて生成された光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部４と、周波数チャープ部にてチャープされた光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部と、を含み、周波数チャープ部４は、光パルス生成部にて生成された光パルスが導波し、かつ、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路４２と、光導波路４２に電圧を印加する電極４４，４６と、を備える。【選択図】図２
2016085396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを生成する光パルス生成部と、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部と、
前記周波数チャープ部にてチャープされた光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部と、
を含み、
前記周波数チャープ部は、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスが導波し、かつ、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路と、
前記光導波路に電圧を印加する電極と、
を備える、ことを特徴とする短光パルス発生装置。
【請求項２】
前記電極に印加する電圧を制御する電圧制御部を含み、
前記電圧制御部は、光パルスの前記光導波路への入射タイミングに合わせて電圧波形を前記電極に入力する、ことを特徴とする請求項１に記載の短光パルス発生装置。
【請求項３】
前記光導波路に印加される電圧の時間微分は、時間の関数として表される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の短光パルス発生装置。
【請求項４】
前記光導波路に印加される電圧の電圧波形は、時間の２次関数で表される、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項５】
前記光導波路に印加される電圧の電圧波形は、正弦波である、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
を含む、ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、
を含む、ことを特徴とするカメラ。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部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形成部と、
を含む、ことを特徴とするイメージング装置。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、
を含む、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、短光パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置に関する。
【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、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
【０００３】
このテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置は、例えば、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させる短光パルス発生装置と、短光パルス発生装置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させる光伝導アンテナと、を有している。一般的に、サブピコ秒程度のパルス幅の光パルスを発生させる短光パルス発生装置として、フェムト秒ファイバーレーザー、チタンサファイヤレーザー、および半導体レーザー等が使用されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、第１のジレ・トルノワ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）干渉計にて電気光学効果を示す媒質にパルス光を入射させることによってチャーピングを付与した後、第２のジレ・トルノワ干渉計にてその分散特性によってパルス圧縮する光パルス圧縮装置（短光パルス発生装置）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２７５９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の短光パルス発生装置では、第１のジレ・トルノワ干渉計において電気光学効果を示す媒質はバルク型であり、電気光学効果を示す媒質の厚み方向に電圧を印加しなければならない。そのため、特許文献１の短光パルス発生装置では、第１のジレ・トルノワ干渉計においてチャーピングを付与するにあたって大きな電圧が必要となる。
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、小さい電圧で光パルスの周波数をチャープさせることができる短光パルス発生装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記短光パルス発生装置を含むテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る短光パルス発生装置は、
光パルスを生成する光パルス生成部と、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスの周波数をチャープさせる周波数チャープ部と、
前記周波数チャープ部にてチャープされた光パルスに、波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部と、
を含み、
前記周波数チャープ部は、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスが導波し、かつ、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路と、
前記光導波路に電圧を印加する電極と、
を備える。
【０００９】
このような短光パルス発生装置では、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路に電圧を印加することにより光パルスをチャープさせるため、例えばバルク型の電気光学材料に電圧を印加する場合と比べて、小さい電圧で光パルスをチャープさせることができる。
【００１０】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記電極に印加する電圧を制御する電圧制御部を含み、
前記電圧制御部は、光パルスの前記光導波路への入射タイミングに合わせて電圧波形を前記電極に入力してもよい。
【００１１】
このような短光パルス発生装置では、電圧制御部は光パルスの入射タイミングに合わせて電圧波形を電極に入力するため、後述するように、光パルスを電気光学効果による位相変調により線形チャープさせたり、正弦波チャープさせたりすることができる。
【００１２】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記光導波路に印加される電圧の時間微分は、時間の関数として表されてもよい。
【００１３】
このような短光パルス発生装置では、光導波路に印加される電圧の時間微分は時間の関数として表されるため、電気光学効果による位相変調により光パルスをチャープさせることができる。
【００１４】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記電圧波形は、時間の２次関数で表されてもよい。
【００１５】
このような短光パルス発生装置では、電極に印加される電圧波形は時間の２次関数で表されるため、光導波路を伝播する光パルスを線形チャープさせることができる。
【００１６】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記電圧波形は、正弦波であってもよい。
【００１７】
このような短光パルス発生装置では、電極に印加される電圧波形は正弦波であるため、光導波路を伝播する光パルスを正弦波チャープさせることができる。
【００１８】
本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
を含む。
【００１９】
このようなテラヘルツ波発生装置では、小さい電圧で光パルスをチャープさせることができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２０】
本発明に係るカメラは、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる
光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果を記憶する記憶部と、
を含む。
【００２１】
このようなカメラでは、小さい電圧で光パルスをチャープさせることができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２２】
本発明に係るイメージング装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部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形成部と、
を含む。
【００２３】
このようなイメージング装置では、小さい電圧で光パルスをチャープさせることができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【００２４】
本発明に係る計測装置は、
本発明に係る短光パルス発生装置と、
前記短光パルス発生装置で発生した短光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生させる光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、
を含む。
【００２５】
このような計測装置では、小さい電圧で光パルスをチャープさせることができる短光パルス発生装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る短光パルス発生装置の機能ブロック図。
【図２】周波数チャープ部を模式的に示す斜視図。
【図３】周波数チャープ部を模式的に示す断面図。
【図４】線形チャープの一例を示す図。
【図５】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図６】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図７】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図８】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図９】正弦波チャープの一例を示す図。
【図１０】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図１１】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図１２】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図１３】光導波路に印加される電圧波形およびそのときのチャープを示すグラフ。
【図１４】第２変形例に係る周波数チャープ部を模式的に示す断面図。
【図１５】本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置の構成を示す図。
【図１６】本実施形態に係るイメージング装置を示すブロック図。
【図１７】本実施形態に係るイメージング装置のテラヘルツ波検出部を模式的に示す平面図。
【図１８】テラヘルツ波検出装置を模式的に示す平面図。
【図１９】テラヘルツ波検出装置のテラヘルツ波検出素子を模式的に示す断面図。
【図２０】テラヘルツ波検出装置のテラヘルツ波検出素子を模式的に示す平面図。
【図２１】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図２２】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図。
【図２３】本実施形態に係る計測装置を示すブロック図。
【図２４】本実施形態に係るカメラを示すブロック図。
【図２５】本実施形態に係るカメラを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２８】
１．  短光パルス発生装置
１．１．  短光パルス発生装置の構成
まず、本実施形態に係る短光パルス発生装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る短光パルス発生装置１００の機能ブロック図である。
【００２９】
短光パルス発生装置１００は、図１に示すように、光パルス生成部２と、信号源３と、周波数チャープ部４と、電圧制御部５と、群速度分散部６と、遅延回路７と、を含む。
【００３０】
光パルス生成部２は、光パルスを生成する。ここで、光パルスとは、短時間に急峻に強度が変化する光をいう。光パルス生成部２が生成する光パルスのパルス幅（半値全幅ＦＷＨＭ）は特に限定されないが、例えば１ｐｓ（ピコ秒）以上１００ｐｓ以下である。光パルス生成部２は、例えば、半導体レーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などである。光パルス生成部２には、信号源３から駆動信号が供給される。
【００３１】
信号源３は、光パルス生成部２（半導体レーザーや、ＳＬＤ等の発光素子）に、駆動電流（駆動信号）を供給する。信号源３は、例えば、光パルス生成部２を直接変調で駆動する。ここで、直接変調とは、光パルス生成部２において光パルスを生成するための駆動電流に、変調信号を用いることをいう。光パルス生成部２では、信号源３によって駆動電流が供給させることにより、光パルスが生成される。また、信号源３は、光パルス生成部２に駆動電流を供給するのと同時に、電圧制御部５が周波数チャープ部４に電圧を印加するトリガーとなるトリガー信号を出力する。
【００３２】
光パルス生成部２で生成された光パルスは、例えば、光ファイバー８によって周波数チャープ部４に導かれる。なお、光パルス生成部２で生成された光パルスを周波数チャープ部４に導くための部材は光ファイバー８に限定されず、例えばレンズ等の光学素子であってもよい。
【００３３】
周波数チャープ部４は、光パルス生成部２で生成された光パルスの周波数をチャープさせる。ここで、光パルスの周波数をチャープさせるとは、光パルスの周波数を時間的に変化させることをいう。周波数チャープ部４は、例えば、光パルスをアップチャープまたはダウンチャープさせる。ここで、アップチャープとは、光パルスの周波数が時間とともに
増加する場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの周波数が時間とともに減少する場合をいう。言い換えると、アップチャープとは、光パルスの波長が時間とともに短くなる場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの波長が時間とともに長くなる場合をいう。
【００３４】
周波数チャープ部４は、後述する「１．２．  周波数チャープ部の構成」で説明するように、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路と、当該光導波路に電圧を印加する電極と、を備えている。光導波路には、電圧制御部５から所定の電圧波形（後述する式（７）で表される電圧波形）の駆動電圧（駆動信号）が印加される。これにより、周波数チャープ部４に入射した光パルスの周波数がチャープされる。
【００３５】
電圧制御部５は、信号源３から出力されたトリガー信号を遅延回路７を介して受け取り、光導波路に所定の電圧波形を印加する。具体的には、信号源３は、駆動電流を光パルス生成部２に供給すると同時に、トリガー信号を出力する。遅延回路７は、光パルス生成部２で生成された光パルスが周波数チャープ部４に入射すると同時に、光導波路に所定の電圧波形が入力されるように、トリガー信号を遅延させて電圧制御部５に入力する。これにより、電圧制御部５は、光パルスの光導波路への入射タイミングに合わせて所定の電圧波形を電極に入力することができる。
【００３６】
周波数チャープ部４でチャープされた光パルスは、例えば、光ファイバー９によって群速度分散部６に導かれる。なお、周波数チャープ部４でチャープされた光パルスを群速度分散部６に導くための部材は光ファイバー９に限定されず、例えばレンズ等の光学素子であってもよい。
【００３７】
なお、周波数チャープ部４の構成の詳細については、後述する「１．２．  周波数チャープ部の構成」で説明し、周波数チャープ部４の動作原理の詳細については、後述する「１．３．  周波数チャープ部の動作原理」で説明する。
【００３８】
群速度分散部６は、周波数チャープ部４にてチャープされた光パルスに波長（周波数）に応じた群速度差を生じさせる。具体的には、群速度分散部６は、チャープされた光パルスに対して、光パルスのパルス幅が小さくなるような群速度差を生じさせることができる（パルス圧縮）。
【００３９】
例えば、群速度分散部６では、ダウンチャープした光パルスに、正の群速度分散を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。この場合、群速度分散部６は、正常分散媒質である。このように群速度分散部６では、群速度分散に基づくパルス圧縮を行う。なお、群速度分散とは、光パルスの伝搬速度が波長によって異なることで、周波数に依存して群速度が変化する現象をいう。また、正の群速度分散とは、波長が長くなるにしたがって、群速度が速くなる現象をいう。言い換えると、正の群速度分散とは、周波数が低くなるにしたがって、群速度が速くなる現象をいう。
【００４０】
光パルスに正の群速度分散を生じさせる群速度分散部６としては、例えば、光ファイバー、半導体光導波路、結合導波路（モード結合する距離で配置された２つの光導波路）、ガラス基板等を用いることができる。また、群速度分散部６として、ガラス基板等の群速度分散媒質を２つの反射ミラーで挟んだものを用いてもよい。これにより、光パルスが２つの反射ミラーによって複数回反射されて群速度分散媒質中を進行するため、例えば群速度分散媒質の単位長さあたりの分速度分散値が小さい場合でも、２つの反射ミラーにおける光パルスの反射回数を増やすことにより、群速度分散部６の群速度分散値を大きくすることができる。
【００４１】
また、例えば、群速度分散部６では、アップチャープした光パルスに、負の群速度分散
を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。この場合、群速度分散部６は、異常分散媒質である。なお、負の群速度分散とは、波長が長くなるにしたがって、群速度が遅くなる現象をいう。言い換えると、負の群速度分散とは、周波数が低くなるにしたがって、群速度が遅くなる現象をいう。光パルスに負の群速度分散を生じさせる群速度分散部６としては、例えば、プリズム対、回折格子対、チャープミラー等を用いることができる。なお、チャープミラーは、誘電体多層膜ミラーの一種であり、周波数の低い（長波長）光ほどより深い膜によって反射されるように形成されている。そのため、チャープミラーでは、光パルスに、負の群速度分散を生じさせることができる。
【００４２】
群速度分散部６で圧縮された光パルスのパルス幅は、特に限定されないが、例えば、１ｆｓ（フェムト秒）以上８００ｆｓ以下である。
【００４３】
１．２．  周波数チャープ部の構成
次に、周波数チャープ部４の構成について説明する。図２は、周波数チャープ部４を模式的に示す斜視図である。図３は、周波数チャープ部４を模式的に示す断面図である。
【００４４】
周波数チャープ部４は、図２および図３に示すように、電気光学結晶基板４０と、光導波路４２と、電極４４，４６と、を含む。
【００４５】
電気光学結晶基板４０は、電気光学効果を有する材料（電気光学結晶）からなる基板である。電気光学効果とは、物質（結晶）の光に対する屈折率が、外部より電界を加えることにより変化する現象をいう。特に、１次の電気光学効果、すなわち、主屈折率が電界の１次の関数として変化するときをポッケルス効果という。電気光学結晶基板４０として、例えば、無機電気光学結晶、有機電気光学結晶を用いることができる。無機電気光学結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等が挙げられる。また、有機電気光学結晶としては、例えば、ＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ）色素分子が挙げられる。電気光学結晶基板４０は、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶のＸカット板である。ここで、ＬｉＮｂＯ３結晶のＸカット板とは、ＬｉＮｂＯ３結晶の結晶軸であるＸ軸に直交する面（すなわちＹＺ面）に沿って切り出された平板である。
【００４６】
光導波路４２は、電気光学結晶基板４０に設けられている。Ｘカット板において、光導波路４２は、ＬｉＮｂＯ３結晶の結晶軸であるＺ軸に沿った電界強度が大きい平面視で電極４４，４６間に配置される。これは、光導波路４２において、Ｚ軸に沿った方向の電界に対する電気光学効果を用いるためである。図示の例では、光導波路４２は、平面視において、電極４４，４６間の中央に配置されている。
【００４７】
ここで、Ｘカット板において、電極４４，４６間がＺ軸に沿った電界強度が大きい理由について説明する。図３の例では、電気光学結晶基板４０はＸカット板であり、Ｚ軸方向は図３の左右方向である。図３の破線で示す矢印は電気力線であり、電極４４，４６間に配置された光導波路４２において電気力線はＺ軸方向に走る。すなわち、Ｘカット板において、電極４４，４６間は、Ｚ軸に沿った電界強度が大きい位置といえる。
【００４８】
光導波路４２は、電気光学結晶基板４０の第１側面４０ａと第２側面４０ｂとの間に設けられている。光導波路４２は、第１側面４０ａから第２側面４０ｂまで直線状に延出している。光導波路４２の形状は、図示の例では、直方体である。光導波路４２では、第１側面４０ａに設けられた光導波路４２の一方の端部から光パルスが入射し、第２側面４０ｂに設けられた光導波路４２の他方の端部からチャープされた光パルスが射出される。電気光学結晶基板４０の第１側面４０ａおよび第２側面４０ｂは、例えば、平行である。光導波路４２は、電気光学結晶基板４０にＴｉ拡散法やプロトン交換法により高屈折率領域をつくることにより形成される。
【００４９】
第１電極４４および第２電極４６は、電気光学結晶基板４０上に設けられている。第１電極４４および第２電極４６は、光導波路４２に電圧を印加するための電極である。第１電極４４および第２電極４６は、平面視において、光導波路４２を挟んで設けられている。第１電極４４および第２電極４６は、それぞれ光導波路４２に沿って設けられている。第１電極４４および第２電極４６には、電圧制御部５によって所定の電圧波形の駆動電圧（駆動信号）が印加される。電極４４，４６の材質は、例えば、Ａｕである。
【００５０】
ここで、周波数チャープ部４の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、図３に示すように、電気光学結晶基板４０に、Ｔｉ拡散法や、プロトン交換法により、光導波路４２を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ等により、電気光学結晶基板４０上の光導波路４２となる領域を除いた領域にマスク層（図示せず）を形成し、当該マスク層をマスクとしてＴｉ拡散法や、プロトン交換法により光導波路４２となる光屈折率領域を形成する。
【００５２】
次に、電気光学結晶基板４０上に電極４４，４６を形成する。具体的には、電極４４，４６は、電気光学結晶基板４０上の電極４４、４６となる領域を除いた領域に、フォトリソグラフィ等によりマスク層（図示せず）を形成し、その後、真空蒸着法やスパッタ法によって成膜したＡｕ層をリフトオフすることで形成される。以上の工程により、周波数チャープ部４を製造することができる。
【００５３】
１．３．  周波数チャープ部の動作原理
次に、周波数チャープ部４の動作原理について説明する。
【００５４】
（１）電気光学材料による位相変調の原理
まず、電気光学材料（結晶）による位相変調の原理について説明する。
【００５５】
電気光学材料に電界を印加すると、次式で表されるように、電界に比例して屈折率が変化する（ポッケルス効果）。
【００５６】
【数１】
2016085396.tif 000003
【００５７】
ここで、ｎ０は無電界時の屈折率であり、γは電気光学係数であり、Ｅは電界である。
【００５８】
このとき、電気光学材料を伝搬する電磁波は平面波であると仮定すると、長さＬの電気光学材料を通過した後の位相φは以下のようになる。
【００５９】
【数２】
2016085396.tif 000004
【００６０】
ここで、ω０は初期状態の角周波数であり、ｔは時間であり、βは伝播定数であり、ｋ０は波数である。
【００６１】
上記式（１）から、長さＬの電気光学材料を通過した後の位相は、無電界時に比べて、以下の分だけ変化していることがわかる。
【００６２】
【数３】
2016085396.tif 000005
【００６３】
（２）位相変調によるチャープ発生の原理
次に、位相変調によるチャープ発生の原理について説明する。
【００６４】
上記（１）式を用いると、角周波数ωは以下のように表される。
【００６５】
【数４】
2016085396.tif 000006
【００６６】
ここで、電気光学材料に印加する電界が時間で変化しない場合、すなわち、次式の場合を考える。
【００６７】
【数５】
2016085396.tif 000007
【００６８】
この場合、上記式（２）は以下のように表される。
【００６９】
【数６】
2016085396.tif 000008
【００７０】
すなわち、電気光学材料に印加する電界が時間で変化しない場合、位相は変化するが角周波数には影響を及ぼさない。
【００７１】
次に、電気光学材料に印加する電界が時間で変化する場合、すなわち、次式の場合を考える。
【００７２】
【数７】
2016085396.tif 000009
【００７３】
この場合、上記式（２）は以下のように表される。
【００７４】
【数８】
2016085396.tif 000010
【００７５】
すなわち、電気光学材料に印加する電界が時間で変化する場合、電界の時間微分ｄＥ／ｄｔが時間の関数であるときに、角周波数が時間で変化する。すなわち、チャープが発生する。
【００７６】
（３）線形チャープについて
次に、周波数チャープ部４において位相変調により線形チャープを得るための電圧波形について説明する。ここで、線形チャープとは、周波数（波長）が時間とともに線形に変化することをいう。周波数チャープ部４において光パルスを線形チャープさせることにより、圧縮効率を高めることができる。
【００７７】
図４は、線形チャープ（アップチャープ）の一例を示す図である。図４（Ａ）のグラフの横軸は時間ｔであり、縦軸はパルス強度である。また、図４（Ｂ）のグラフの横軸は時間ｔであり、縦軸は角周波数ωである。
【００７８】
図４に示すような理想的な線形チャープを仮定する。なお、図４に示す線形チャープは、ｔ＝０のときに光パルスの中心が光導波路４２に到達（入射）する。また、電圧はｔ＝−ｔｐｉｎからｔ＝＋ｔｐｉｎの間、印加するものとする。なお、ｔｐｉｎは光パルスのパルス幅（半値全幅、ＦＷＨＭ）である。また、図４に示す線形チャープは、ｔ＝＋ｔｐｉｎ／２で角周波数ω＝ω０＋δωとなり、ｔ＝−ｔｐｉｎ／２で角周波数ω＝ω０−δωとなる。なお、δωは角周波数のチャープ量である。図４に示す線形チャープは次式（３）で表される。
【００７９】
【数９】
2016085396.tif 000011
【００８０】
ここで、δω＞０の場合、アップチャープであり、δω＜０の場合、ダウンチャープである。
【００８１】
位相変調で得られる周波数は上記式（２）で表される。式（２）および式（３）より、次式（４）が得られる。
【００８２】
【数１０】
2016085396.tif 000012
【００８３】
このとき、第１電極４４と第２電極４６との間の距離をｄとすると、電圧ＶはＶ＝Ｅｄと表される。
【００８４】
よって、式（４）より、周波数チャープ部４の電極４４，４６に次式（５）の電圧波形を印加すれば線形チャープが得られる。
【００８５】
【数１１】
2016085396.tif 000013
【００８６】
式（５）に示すように、線形チャープを得るために光導波路４２に印加される電圧波形は、時間ｔの２次関数で表わされる。
例えば、以下の表１のようにパラメーターを設定した場合、上記式（５）を用いて印加電圧Ｖを計算すると、印加電圧ＶはＶ＝−８．５３×１０−２×ｔ２（ｔはｐｓ単位）と表される。
【００８７】
【表１】
2016085396.tif 000014
【００８８】
表１では、δω＞０であるためアップチャープとなるが、ダウンチャープを得るためには、上記（５）式から電圧の極性を反転すればよいことがわかる。
【００８９】
なお、角周波数のチャープ量δωから波長のチャープ量δλへの変換は次式で行うことができる。
【００９０】
【数１２】
2016085396.tif 000015
【００９１】
図５は、表１のようにパラメーターを設定した場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる周波数チャープを示すグラフである。なお、図５では、横軸が時間であり、左側の縦軸が角周波数、右側の縦軸が印加電圧を表している。図６は、表１のようにパラメーターを設定した場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる波長チャープを示すグラフである。なお、図６では、横軸が時間であり、左側の縦軸が波長、右側の縦軸が印加電圧を表している。
【００９２】
表１のようにパラメーターを設定した場合、Ｖ＝−８．５３×１０−２×ｔ２の電圧を電極４４，４６に印加することで、図５および図６に示すように、線形のアップチャープが得られる。
【００９３】
図７は、表１のようにパラメーターを設定して極性を反転させた場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる周波数チャープを示すグラフである。なお、図７では、横軸が時間であり、左側の縦軸が角周波数、右側の縦軸が印加電圧を表わしている。図８は、表１のようにパラメーターを設定して極性を反転
させた場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる波長チャープを示すグラフである。なお、図８では、横軸が時間であり、左側の縦軸が波長、右側の縦軸が印加電圧を表している。
【００９４】
表１のようにパラメーターを設定して極性を反転させた場合、Ｖ＝−８．５３×１０−２×ｔ２の電圧波形を、極性を反転させて電極４４，４６に印加することで、図７および図８に示すように、線形のダウンチャープが得られる。
【００９５】
１．４．  短光パルス発生装置の動作
次に、短光パルス発生装置１００の動作について説明する。
【００９６】
光パルス生成部２では、信号源３から駆動電流が供給されることにより、光パルスが生成される。光パルス生成部２で生成された光パルスは、光ファイバー８を介して、周波数チャープ部４に入射する。
【００９７】
周波数チャープ部４では、電圧制御部５によって上記式（５）に示す電圧が、光パルスが光導波路４２に入射するタイミングで所定の時間（ｔ＝０のときに光パルスの中心が光導波路４２に到達する場合、ｔ＝−ｔｐｉｎからｔ＝＋ｔｐｉｎの間）、電極４４，４６に印加される。電圧制御部５は、信号源３から出力されたトリガー信号を、遅延回路７を介して取り込むことで、光パルスが光導波路４２に入射するタイミングで電極４４，４６に上記式（５）の電圧波形を印加することができる。
【００９８】
周波数チャープ部４において、電極４４，４６間に上記式（５）の電圧が印加させることにより、周波数チャープ部４の光導波路４２を伝播する光パルスが線形チャープ（アップチャープまたはダウンチャープ）される。周波数チャープ部４でチャープされた光パルスは、光ファイバー９を介して、群速度分散部６に入射する。
【００９９】
群速度分散部６では、周波数チャープ部４にて周波数がチャープした光パルスに波長（周波数）に応じた群速度差を生じさせてパルス圧縮を行う。
【０１００】
例えば、周波数チャープ部４にて光パルスがダウンチャープされる場合、群速度分散部６は光ファイバー、半導体光導波路、または結合導波路等で構成される。そして、群速度分散部６では、ダウンチャープされた光パルスが光ファイバー等を通過することによって正の群速度分散が生じ、パルス圧縮される。
【０１０１】
また、例えば、周波数チャープ部４にて光パルスがアップチャープされる場合、群速度分散部６はプリズム対、回折格子対、またはチャープミラー等で構成される。そして、群速度分散部６では、アップチャープされた光パルスがプリズム対等を通過することで負の群速度分散が生じ、パルス圧縮される。これにより、短光パルス発生装置１００では、短光パルスを得ることができる。
【０１０２】
１．５．  短光パルス発生装置の特徴
短光パルス発生装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１０３】
短光パルス発生装置１００では、周波数チャープ部４は、光パルス生成部２にて生成された光パルスが導波し、かつ、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路４２と、光導波路４２に電圧を印加する電極４４，４６と、を備える。このように、短光パルス発生装置１００では、電気光学効果を有する材料によって構成される光導波路４２に電圧を印加することにより光パルスの周波数をチャープさせるため、例えばバルク型の電気光学材料に電圧を印加する場合と比べて、より小さい電圧で光パルスの周波数をチャー
プさせることができる。
【０１０４】
短光パルス発生装置１００では、電圧制御部５は、光パルスの光導波路４２への入射タイミングに合わせて電圧波形を電極４４，４６に入力する。そのため、上述したように、光パルスが光導波路４２に入射したタイミングで上記式（５）の電圧を印加することにより、光パルスを電気光学効果による位相変調により線形チャープさせることができる。
【０１０５】
短光パルス発生装置１００では、電極４４，４６に印加される電圧Ｖの時間微分ｄＶ／ｄｔは、時間の関数として表される。上述したように、電気光学材料に印加する電界が時間で変化する場合、ｄＥ／ｄｔが時間の関数であるときに、角周波数が時間で変化する。すなわち、チャープが発生する。したがって、周波数チャープ部４において、電極４４，４６に印加される電圧Ｖの時間微分ｄＶ／ｄｔが時間の関数として表されるときに、電気光学効果による位相変調により光パルスの周波数をチャープさせることができる。
【０１０６】
短光パルス発生装置１００では、電極４４，４６に印加される電圧波形は、時間の２次関数で表される。これにより、上述したように（「１．３．  周波数チャープ部の動作原理」参照）、光導波路４２を伝播する光パルスを線形チャープ（アップチャープまたはダウンチャープ）させることができる。
【０１０７】
１．５．  変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１０８】
（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。
【０１０９】
上述した実施形態では、周波数チャープ部４において、光導波路４２に印加される電圧波形は、時間の２次関数（上記式（５）参照）で表された。
【０１１０】
これに対して、本変形例では、周波数チャープ部４において、光導波路４２に印加される電圧波形は、正弦波で表される。ここで、正弦波とは、正弦曲線によって波形が表される波動である。正弦波は、例えば、固定された観測位置において、ｙ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ＋φ０）という関数の形で波形を記述できるものをいう。ここで、Ａは振幅であり、ｋは波数であり、ｘは距離であり、ωは角周波数であり、ｔは時間であり、φ０は初期位相（ｔ＝０における位相）である。
【０１１１】
図９は、正弦波チャープの一例を示す図である。図９の横軸は時間ｔであり、左側の縦軸はパルス強度であり、右側の縦軸は角周波数である。
【０１１２】
図９に示すような、時間の経過とともに周波数が増加する正弦波チャープ（アップチャープ）を仮定する。なお、図９に示す正弦波チャープでは、ｔ＝０のときに光パルスの中心が光導波路４２に到達する。また、電圧はｔ＝−ｔｐｉｎからｔ＝＋ｔｐｉｎの間、印加するものとする。ここで、正弦波チャープとは、周波数が時間とともに正弦波状に変化することをいう。また、図９に示す正弦波チャープは、ｔ＝＋ｔｐｉｎで角周波数ω＝ω０＋２δωとなり、ｔ＝−ｔｐｉｎで角周波数ω＝ω０−２δωとなる。なお、δωは角周波数のチャープ量である。図９に示す線形チャープは次式（６）で表される。
【０１１３】
【数１３】
2016085396.tif 000016
【０１１４】
上記式（２）および式（６）より、印加電界Ｅを求める。
【０１１５】
【数１４】
2016085396.tif 000017
【０１１６】
このとき、第１電極４４と第２電極４６との間の距離をｄとすると、電圧ＶはＶ＝Ｅｄと表される。
【０１１７】
よって、上記式より、周波数チャープ部４の電極４４，４６に次式（７）の電圧波形を印加すれば正弦波チャープが得られる。
【０１１８】
【数１５】
2016085396.tif 000018
【０１１９】
例えば、以下の表２のようにパラメーターを設定した場合、上記式（７）を用いて印加電圧Ｖを計算すると、印加電圧ＶはＶ＝１０．８６×ｃｏｓ（１．５７×１０−１×ｔ）（ｔはｐｓ単位）と表される。
【０１２０】
【表２】
2016085396.tif 000019
【０１２１】
表２に示すパラメーターでは、δω＞０であるためアップチャープとなるが、ダウンチャープを得るためには、上記（７）式から電圧の極性を反転すればよいことがわかる。
【０１２２】
図１０は、表２のようにパラメーターを設定した場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる周波数チャープを示すグラフである。なお、図１０では、横軸が時間であり、左側の縦軸が角周波数、右側の縦軸が印加電圧を表している。図１１は、表２のようにパラメーターを設定した場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる波長チャープを示すグラフである。なお、図１１では、横軸が時間であり、左側の縦軸が波長、右側の縦軸が印加電圧を表している。
【０１２３】
表２のようにパラメーターを設定した場合、Ｖ＝１０．８６×ｃｏｓ（１．５７×１０−１×ｔ）の電圧を電極４４，４６に印加することで、図１０および図１１に示すように、正弦波状のアップチャープが得られる。
【０１２４】
図１２は、表２のようにパラメーターを設定して極性を反転させた場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる周波数チャープを示すグラフである。なお、図１２では、横軸が時間であり、左側の縦軸が角周波数、右側の縦軸が印加電圧を表している。図１３は、表２のようにパラメーターを設定して極性を反転させた場合の、光導波路４２に印加される電圧波形および当該電圧波形を印加したときに得られる波長チャープを示すグラフである。なお、図１３では、横軸が時間であり、左側の縦軸が波長、右側の縦軸が印加電圧を表している。
【０１２５】
表２のようにパラメーターを設定した場合、Ｖ＝１０．８６×ｃｏｓ（１．５７×１０−１×ｔ）の電圧を、極性を反転させて電極４４，４６に印加することで、図１２および図１３に示すように、正弦波状のダウンチャープが得られる。
【０１２６】
本変形例を適用した場合の短光パルス発生装置１００の動作は、「１．４．  短光パルス発生装置の動作」で説明した動作と、電圧制御部５によって上記式（７）に示す電圧が、光パルスが光導波路４２に入射するタイミングで所定の時間（ｔ＝０のときに光パルスの中心が光導波路４２に到達する場合、ｔ＝−ｔｐｉｎからｔ＝＋ｔｐｉｎの間）、電極４４，４６に印加される点を除いて同様であり、その説明を省略する。
【０１２７】
本変形例では、電極４４，４６に印加される電圧波形は、正弦波で表される。これにより、上述したように、光導波路４２を伝播する光パルスを正弦波チャープ（アップチャープまたはダウンチャープ）させることができる。また、電圧波形が正弦波であることにより、例えば電圧波形が時間の２次関数である場合と比べて、電圧波形の形成が容易である。
【０１２８】
（２）第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図１４は、第２変形例に係る周波数チャープ部４を模式的に示す断面図である。以下、第２変形例に係る周波数チャープ部４において、上述した本実施形態に係る周波数チャープ部４の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１２９】
上述した実施形態では、周波数チャープ部４の電気光学結晶基板４０は、Ｘカット板であり、光導波路４２は、図２および図３に示すように、平面視において、電極４４，４６間に配置されていた。これに対して、本変形例では、電気光学結晶基板４０は、Ｚカット板であり、光導波路４２は、図１４に示すように、第１電極４４の下に形成されている。
【０１３０】
電気光学結晶基板４０は、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶のＺカット板である。ここで、ＬｉＮｂＯ３結晶のＺカット板とは、ＬｉＮｂＯ３結晶の結晶軸であるＺ軸に直交する面（すなわちＸＹ面）に沿って切り出された平板である。
【０１３１】
ここで、電気光学結晶基板４０では、上述したようにＺ軸に沿った方向の電界に対する電気光学効果を用いる。図１４の例では、電気光学結晶基板４０はＺカット板であり、Ｚ軸方向は図１４の上下方向である。図１４の破線で示す矢印は電気力線であり、第１電極４４の下に配置された光導波路４２において電気力線はＺ軸方向に走る。すなわち、Ｚカット板において、第１電極４４の下はＺ軸に沿った方向の電界強度が大きい位置であり、光導波路４２は第１電極４４の下に配置される。
【０１３２】
電気光学結晶基板４０と電極４４，４６の間には、バッファー層４８が設けられている。バッファー層４８は、光導波路４２を伝播する光が第１電極４４によって吸収されることを防ぐために設けられている。バッファー層４８は、例えば、ＳｉＯ２層等の絶縁層である。
【０１３３】
本変形例に係る周波数チャープ部４の製造方法は、電気光学結晶基板４０と電極４４，４６との間にバッファー層４８を形成する点を除いて、上述した実施形態と同様でありその説明を省略する。
【０１３４】
本変形例では、上述した実施形態に係る短光パルス発生装置１００と同様の作用効果を奏することができる。
【０１３５】
２．  テラヘルツ波発生装置
次に、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置について、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置１０００の構成を示す図である。
【０１３６】
テラヘルツ波発生装置１０００は、図１５に示すように、本発明に係る短光パルス発生装置と、光伝導アンテナ１０１０と、を含む。ここでは、本発明に係る短光パルス発生装置として、短光パルス発生装置１００を用いた場合について説明する。
【０１３７】
短光パルス発生装置１００は、励起光である短光パルスを発生させる。短光パルス発生
装置１００が発生させる短光パルスのパルス幅は、例えば、１ｆｓ以上８００ｆｓ以下である。
【０１３８】
光伝導アンテナ１０１０は、短光パルス発生装置１００で発生した短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。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以下の電磁波をいう。
【０１３９】
光伝導アンテナ１０１０は、図示の例では、ダイポール形状光伝導アンテナ（ＰＣＡ）である。光伝導アンテナ１０１０は、半導体基板である基板１０１２と、基板１０１２上に設けられ、ギャップ１０１６を介して対向配置された１対の電極１０１４と、を有している。この電極１０１４間に、光パルスが照射されると、光伝導アンテナ１０１０は、テラヘルツ波を発生させる。
【０１４０】
基板１０１２は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板と、ＳＩ−ＧａＡｓ基板上に設けられている低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）層と、を有している。電極１０１４の材質は、例えば、Ａｕである。１対の電極１０１４間の距離は、特に限定されず、条件に応じて適宜設定される。１対の電極１０１４間の距離は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【０１４１】
テラヘルツ波発生装置１０００では、まず、短光パルス発生装置１００が、短光パルスを発生させ、光伝導アンテナ１０１０のギャップ１０１６に向けて射出する。短光パルス発生装置１００から射出された短光パルスは、光伝導アンテナ１０１０のギャップ１０１６を照射する。光伝導アンテナ１０１０では、ギャップ１０１６に短光パルスが照射されることにより、自由電子が励起される。そして、この自由電子を電極１０１４間に電圧を印加することによって加速させる。これにより、テラヘルツ波が発生する。
【０１４２】
３．  イメージング装置
次に、本実施形態に係るイメージング装置について、図面を参照しながら説明する。図１６は、本実施形態に係るイメージング装置１１００を示すブロック図である。図１７は、本実施形態に係るイメージング装置１１００のテラヘルツ波検出部１１２０を模式的に示す平面図である。
【０１４３】
イメージング装置１１００は、図１６に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から出射され、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏの画像、すなわち、画像データを生成する画像形成部１１３０と、を含む。
【０１４４】
テラヘルツ波発生部１１１０としては、本発明に係るテラヘルツ波発生装置を用いることができる。ここでは、本発明に係るテラヘルツ波発生装置として、テラヘルツ波発生装置１０００を用いた場合について説明する。
【０１４５】
テラヘルツ波検出部１１２０は、図１７に示すように、複数の画素１１２２を含む。図示の例では、画素１１２２の形状は、正方形である。画素１１２２は、マトリックス状に配置されている。画素１１２２の数は、特に限定されない。画素１１２２は、複数のテラヘルツ波検出装置９００（テラヘルツ波検出装置９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄ）により構成されている。
【０１４６】
図１８は、テラヘルツ波検出部１１２０の画素１１２２を構成するテラヘルツ波検出装
置９００を模式的に示す平面図である。図１９は、テラヘルツ波検出装置９００のテラヘルツ波検出素子９０２を模式的に示す断面図である。図２０は、テラヘルツ波検出装置９００のテラヘルツ波検出素子９０２を模式的に示す平面図である。なお、図１９は、図２０のＸＩＸ−ＸＩＸ線断面図である。また、便宜上、図１８では、テラヘルツ波検出素子９０２を簡略化して図示している。
【０１４７】
テラヘルツ波検出装置９００は、図１８〜図２０に示すように、基板９１０と、テラヘルツ波検出素子９０２と、を含む。テラヘルツ波検出素子９０２は、変換部９３０と、吸収部９６０と、を含む。さらに、テラヘルツ波検出素子９０２は、柱部９１６，９１８と、メンブレン９２０と、配線層９４０，９４２と、コンタクト部９４４，９４６と、絶縁層９５０と、を含むことができる。
【０１４８】
基板９１０は、支持基板９０３と、層間絶縁層９０４と、第１保護層９０６と、を有している。
【０１４９】
テラヘルツ波検出素子９０２は、基板９１０上に設けられている。テラヘルツ波検出素子９０２は、複数設けられることができるが、その数は特に限定されない。テラヘルツ波検出素子９０２は、例えば、マトリックス状に配列される。
【０１５０】
柱部９１６，９１８は、メンブレン９２０を支持している。なお、基板９１０上であって、複数のテラヘルツ波検出素子９０２の周囲には、枠部９１９が設けられていてもよい。
【０１５１】
メンブレン９２０は、柱部９１６，９１８によって、基板９１０の上方に支持されている。図示の例では、メンブレン９２０の下には、第２保護層９０８が設けられている。メンブレン９２０は、支持部９２２と、腕部９２４ａ，９２４ｂと、固定部９２６ａ，９２６ｂと、を有している。支持部９２２は、変換部９３０および吸収部９６０を支持することができる。第１腕部９２４ａは、支持部９２２と第１固定部９２６ａとを連結している。第２腕部９２４ｂは、支持部９２２と第２固定部９２６ｂとを連結している。腕部９２４ａ，９２４ｂおよび支持部９２２は、基板９１０と離間して設けられている。固定部９２６ａ，９２６ｂは、柱部９１６，９１８上に設けられている。
【０１５２】
変換部９３０は、吸収部９６０にて発生した熱を電気信号に変換することができる。変換部９３０は、金属層９３２と、焦電体層９３４と、金属層９３６と、を有している。焦電体層９３４の材質は、焦電効果を発揮することができる誘電体（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））である。
【０１５３】
変換部９３０では、焦電体層９３４の焦電効果に応じて、金属層９３２，９３６に電流が流れる。すなわち、焦電体層９３４の温度変化に応じて、焦電体層９３４の電気分極量の変化分が、焦電流として金属層９３２，９３６に流れる。つまり、変換部９３０は、焦電センサーである。このように、変換部９３０は、温度変化を、電気信号に変換することができる。
【０１５４】
第１配線層９４０は、金属層９３２および第１コンタクト部９４４に接続されている。第１コンタクト部９４４は、第１コンタクトホール９１２に設けられている。第２配線層９４２は、金属層９３６および第２コンタクト部９４６に接続されている。第２コンタクト部９４６は、第２コンタクトホール９１４に設けられている。
【０１５５】
コンタクト部９４４，９４６は、例えば支持基板９０３上に設けられた図示しない回路部と電気的に接続されている。そのため、焦電体層９３４の焦電効果に応じて金属層９３
２，９３６に流れる電流（電気信号）は、回路部に至ることできる。回路部では、該電気信号からテラヘルツ波を検出することができる。絶縁層９５０によって、金属層９３２と第２配線層９４２とを電気的に分離することができる。
【０１５６】
吸収部９６０は、変換部９３０上に設けられている。吸収部９６０は、金属層９３６と、誘電体層９６２と、金属構造体９６４と、を有している。金属構造体９６４および金属層９３６は、誘電体層９６２を挟んでいる。金属構造体９６４は、メタマテリアルである。ここで、「メタマテリアル」とは、電磁波（テラヘルツ波）の波長に比べて十分に小さい単位構造（具体的には金属構造体９６４）が周期的に配列されていて、電磁波に対して均質な媒質として振舞うように構成された人工物質のことである。メタマテリアルは、単位構造の構造・配置によって、自由にその物性値（誘電率・透磁率）を調整することができる。
【０１５７】
吸収部９６０では、テラヘルツ波を吸収して熱を発生させることができる。具体的には、吸収部９６０にテラヘルツ波が照射されると、例えば電界の振動方向が所定の方向（図２０に示すＸ方向）であるテラヘルツ波の偏波は、金属構造体９６４と金属層９３６との間の誘電体層９６２に侵入し、金属構造体９６４と金属層９３６との間で多重反射する。これにより、誘電体層９６２に誘電損失が生じ、熱が発生する。吸収部９６０において発生した熱は、変換部９３０に伝わり、変換部９３０にて電気信号に変換される。このようにして、テラヘルツ波検出装置９００では、テラヘルツ波を電気信号として検出することができる。
【０１５８】
図１７に示すテラヘルツ波検出装置９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄは、互いに異なる波長のテラヘルツ波を選択的に検出することができる。具体的には、テラヘルツ波検出装置９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄにおいて、図１９および図２０に示す金属構造体９６４の形状および大きさの少なくとも一方は、異なっており、これにより、テラヘルツ波検出装置９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄは、互いに異なる波長のテラヘルツ波を吸収することができる。すなわち、各画素１１２２において、４つの波長のテラヘルツ波を検出することができる。
【０１５９】
なお、ここでは、テラヘルツ波検出部１１２０の画素１１２２を構成するテラヘルツ波検出装置として、テラヘルツ波検出装置９００を用いた例について説明したが、テラヘルツ波検出装置の構成は、これに限定されない。例えば、テラヘルツ波検出装置として、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルターと、当該フィルターを通過した目的の波長のテラヘルツ波を検出する検出部と、を備えたものを用いてもよい。
【０１６０】
次に、イメージング装置１１００の使用例について説明する。図２１は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。図２２は、対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。
【０１６１】
まず、分光イメージングの対象となる対象物Ｏが、３つの物質Ａ、Ｂ、およびＣで構成されているとする。イメージング装置１１００は、この対象物Ｏの分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出部１１２０は、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出することとする。
【０１６２】
また、テラヘルツ波検出部１１２０の各画素１１２２においては、テラヘルツ波検出装置９００ａおよびテラヘルツ波検出装置９００ｂを使用する。テラヘルツ波検出装置９００ａにおいて検出される波長（吸収される波長）をλ１、テラヘルツ波検出装置９００ｂにおいて検出される波長（吸収される波長）をλ２とし、対象物Ｏで反射され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、テラヘルツ波検出装置９００ａにおいて検出される波長λ１、およびテラヘルツ波検出装置９００ｂで検出される波長λ２が設定されている。
【０１６３】
図２１に示すように、物質Ａにおいては、対象物Ｏ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との差分（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との差分（α２−α１）は、零となる。また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１との差分（α２−α１）は、負値となる。
【０１６４】
イメージング装置１１００により、対象物Ｏの分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０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Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０で、α１およびα２として検出する。この検出結果は、画像形成部１１３０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射したテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【０１６５】
画像形成部１１３０においては、前記検出結果に基づいて、テラヘルツ波検出装置９００ｂにおいて検出されたテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、テラヘルツ波検出装置９００ａにおいて検出されたテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度α１と、の差分（α２−α１）を求める。そして、対象物Ｏ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。
【０１６６】
また、画像形成部１１３０では、図２２に示すように、対象物Ｏ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、画像形成部１１３０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Ｏの物質Ａ、Ｂ、およびＣの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物Ｏ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１１００では、以上のように、対象物Ｏを構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。
【０１６７】
なお、イメージング装置１１００の用途は、上記のものに限らず、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、画像形成部１１３０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。
【０１６８】
４．  計測装置
次に、本実施形態に係る計測装置１２００について、図面を参照しながら説明する。図２３は、本実施形態に係る計測装置１２００を示すブロック図である。
【０１６９】
以下、本実施形態に係る計測装置１２００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１７０】
計測装置１２００は、図２３に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から出射され、対象物Ｏを透過するテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏを計測する計測部１２１０と、を含む。
【０１７１】
次に、計測装置１２００の使用例について説明する。計測装置１２００により、対象物Ｏの分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０で検出する。この検出結果は、計測部１２１０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【０１７２】
計測部１２１０においては、前記検出結果から、各画素１１２２を構成するテラヘルツ波検出装置９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄにおいて検出されたテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物Ｏの成分およびその分布の分析等を行う。
【０１７３】
５．  カメラ
次に、本実施形態に係るカメラ１３００について、図面を参照しながら説明する。図２４は、本実施形態に係るカメラ１３００を示すブロック図である。図２５は、本実施形態に係るカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。以下、本実施形態に係るカメラ１３００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１７４】
カメラ１３００は、図２４および図２５に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から出射され、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波または対象物Ｏを透過したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果を記憶する記憶部１３０１と、を含む。そして、これらの各部１１１０，１１２０，１３０１は、カメラ１３００の筐体１３１０に収められている。また、カメラ１３００は、対象物Ｏで反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像）させるレンズ（光学系）１３２０と、テラヘルツ波発生部１１１０で発生したテラヘルツ波を筐体１３１０の外部へ出射させるための窓部１３３０と、を備える。レンズ１３２０や窓部１３３０は、テラヘルツ波を透過・屈折させるシリコン、石英、ポリエチレンなどの部材によって構成されている。なお、窓部１３３０は、スリットのように単に開口が設けられている構成としてもよい。
【０１７５】
次に、カメラ１３００の使用例について説明する。カメラ１３００により、対象物Ｏを撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をレンズ１３２０によってテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像させて）検出する。この検出結果は、記憶部１３０１に送出され、記憶される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏ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。
【０１７６】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１７７】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１７８】
２…光パルス生成部、３…信号源、４…周波数チャープ部、５…電圧制御部、６…群速度分散部、７…遅延回路、８，９…光ファイバー、４０…電気光学結晶基板、４０ａ…第１側面、４０ｂ…第２側面、４２…光導波路、４４…第１電極、４６…第２電極、４８…バッファー層、１００…短光パルス発生装置、９００，９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄ…テラヘルツ波検出装置、９０２…テラヘルツ波検出素子、９０３…支持基板、９０４…層間絶縁層、９０６…第１保護層、９０８…第２保護層、９１０…基板、９１２…第１コンタクトホール、９１４…第２コンタクトホール、９１６，９１８…柱部、９１９…枠部、９２０…メンブレン、９２２…支持部、９２４ａ…第１腕部、９２４ｂ…第２腕部、９２６ａ…第１固定部、９２６ｂ…第２固定部、９３０…変換部、９３２…金属層、９３４…焦電体層、９３６…金属層、９４０…第１配線層、９４２…第２配線層、９４４…第１コンタクト部、９４６…第２コンタクト部、９５０…絶縁層、９６０…吸収部、９６２…誘電体層、９６４…金属構造体、１０００…テラヘルツ波発生装置、１０１０…光パルス発生装置、１１００…イメージング装置、１１１０…テラヘルツ波発生部、１１２０…テラヘルツ波検出部、１１２２…画素、１１３０…画像形成部、１２００…計測装置、１２１０…計測部、１３００…カメラ、１３０１…記憶部、１３１０…筐体、１３２０…レンズ、１３３０…窓部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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