(57)【要約】【課題】パルス幅の小さい光パルスを発生す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１００は、光パルスを生成する光パルス生成部１０と、前記光パルスが入射し、前記光パルスのパルス幅を小さくするパルス圧縮部２０と、を含み、パルス圧縮部２０は、量子井戸層２２と、量子井戸層２２を挟んで積層され、かつ、群速度分散媒質によって構成される群速度分散層２４ａ，２４ｂと、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂを、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に挟んで設けられる反射層２６ａ，２６ｂと、を有する。【選択図】図１
2016009054.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、
前記光パルスが入射し、前記光パルスのパルス幅を小さくするパルス圧縮部と、
を含み、
前記パルス圧縮部は、
量子井戸層と、
前記量子井戸層を挟んで積層され、かつ、群速度分散媒質によって構成される群速度分散層と、
前記量子井戸層および前記群速度分散層を、前記量子井戸層および前記群速度分散層の積層方向に挟んで設けられる反射層と、
を有する、ことを特徴とする短光パルス発生装置。
【請求項２】
前記群速度分散層は、半導体からなる、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】
前記反射層は、分布ブラッグ反射型ミラーである、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】
前記光パルスは、前記積層方向に対して斜め方向から前記パルス圧縮部に入射する、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】
前記パルス圧縮部の前記光パルスが入射する入射部には反射防止膜が設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項６】
前記パルス圧縮部に逆バイアスを印加する電極を含む、ことを特徴とする請求項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。
【請求項７】
前記パルス圧縮部に対する前記光パルスの入射角度を変える入射角度可変機構を含む、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項８】
前記パルス圧縮部に入射する前記光パルスを平行光に変換するコリメートレンズを含む、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の短光パルス発生装置。
【請求項９】
請求項１ないし８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１０】
請求項１ないし８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１１】
請求項１ないし８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１２】
請求項１ないし８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、半導体レーザーを直接変調させて光パルスの周波数をチャープさせた後、ファイバーからなるパルス圧縮部（群速度分散部）にてパルス幅を圧縮する光パルス発生装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光パルス発生装置では、半導体レーザーを直接変調させて光パルスの周波数をチャープさせているため、チャープ量が少なく、群速度分散部において、十分にパルス幅を圧縮することができなかった。
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、パルス幅の小さい光パルスを発生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、
前記光パルスが入射し、前記光パルスのパルス幅を小さくするパルス圧縮部と、
を含み、
前記パルス圧縮部は、
量子井戸層と、
前記量子井戸層を挟んで積層され、かつ、群速度分散媒質によって構成される群速度分散層と、
前記量子井戸層および前記群速度分散層を、前記量子井戸層および前記群速度分散層の積層方向に挟んで設けられる反射層と、
を有する。
【０００９】
このような短光パルス発生装置では、パルス圧縮部は量子井戸層を有するため、量子井戸層を通過する光パルスの周波数をチャープさせることができる。したがって、このような短光パルス発生装置では、例えばパルス圧縮部が量子井戸層を有さない形態に比べて、光パルスのチャープ量を大きくすることができ、群速度分散層において、十分にパルス幅を圧縮することができる。よって、このような短光パルス発生装置は、パルス幅の小さい光パルスを発生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、
前記群速度分散層は、半導体からなっていてもよい。
【００１１】
このような短光パルス発生装置では、量子井戸層および群速度分散層を、エピタキシャル成長によって形成することができる。そのため、このような短光パルス発生装置では、パルス圧縮部を容易に製造することができる。
【００１２】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記反射層は、分布ブラッグ反射型ミラーであってもよい。
【００１３】
このような短光パルス発生装置では、反射層を、高屈折率層と低屈折率層とを交互にエピタキシャル成長させることで形成することができる。そのため、このような短光パルス発生装置では、パルス圧縮部を容易に製造することができる。
【００１４】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記光パルスは、前記積層方向に対して斜め方向から前記パルス圧縮部に入射してもよい。
【００１５】
このような短光パルス発生装置では、パルス圧縮部は、反射層間において光パルスを複数回反射させて射出させることができる。これにより、パルス圧縮部において、光パルスに対して周波数チャープの付与およびパルス圧縮を繰り返すことができ、パルス幅の小さい光パルスを発生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、
前記パルス圧縮部の前記光パルスが入射する入射部には反射防止膜が設けられていてもよい。
【００１７】
このような短光パルス発生装置では、入射部における反射率を低くすることができる。
【００１８】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記パルス圧縮部に逆バイアスを印加する電極を含んでいてもよい。
【００１９】
このような短光パルス発生装置では、量子井戸層の吸収特性を制御することができ、光パルスの周波数チャープ量を調整することができる。さらに、このような短光パルス発生装置では、群速度分散層の群速度分散値を制御することができる。
【００２０】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記パルス圧縮部に対する前記光パルスの入射角度を変える入射角度可変機構を含んでいてもよい。
【００２１】
このような短光パルス発生装置では、光パルスの反射層における反射回数を変えること
ができる。その結果、このような短光パルス発生装置では、光パルスのチャープ量および群速度分散部の群速度分散値を変えることができ、短光パルス発生装置で発生する光パルスのパルス幅を変えることができる。
【００２２】
本発明に係る短光パルス発生装置において、
前記パルス圧縮部に入射する前記光パルスを平行光に変換するコリメートレンズを含んでいてもよい。
【００２３】
このような短光パルス発生装置では、パルス圧縮部に入射する光パルスが発散することを抑制することができる。
【００２４】
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。
【００２５】
このようなテラヘルツ波発生装置では、パルス幅の小さい光パルスを発生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。
【００２６】
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。
【００２７】
このようなカメラでは、パルス幅の小さい光パルスを発生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。
【００２８】
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。
【００２９】
このようなイメージング装置では、パルス幅の小さい光パルスを発生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。
【００３０】
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。
【００３１】
このような計測装置では、パルス幅の小さい光パルスを発生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】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図２】光パルス生成部で生成される光パルスの一例を示すグラフ。
【図３】量子井戸層のチャープ特性の一例を示すグラフ。
【図４】パルス圧縮部で生成された光パルスの一例を示すグラフ。
【図５】パルス圧縮部で生成された光パルスの一例を示すグラフ。
【図６】本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図７】本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置を模式的に示す図。
【図８】パルス圧縮部に対する光パルスの入射角度と、チャープ量および群速度分散値と、の関係を説明するためのモデルを模式的に示す図。
【図９】半導体可飽和吸収ミラーに対する光パルスの入射角度と、群速度分散値と、の関係を示すグラフ。
【図１０】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１１】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１２】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１３】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図１４】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図。
【図１５】本実施形態に係る計測装置を示すブロック図。
【図１６】本実施形態に係るカメラを示すブロック図。
【図１７】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】
【００３３】
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。
【００３４】
１．  短光パルス発生装置
まず、本実施形態に係る短光パルス発生装置について、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を模式的に示す図である。
【００３５】
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１０と、パルス圧縮部２０と、反射防止膜３０，３２と、コリメートレンズ４０と、支持基板５０と、を含む。
【００３６】
光パルス生成部１０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１０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１０は、例えば、発光素子１２と、駆動回路１４と、を含む。発光素子１２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。
【００３７】
駆動回路１４は、発光素子１２を直接変調で駆動する。ここで、直接変調とは、発光素子１２において光パルスを生成させ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１０では、発光素子１２が駆動回路１４によって駆動されることにより、光パルスが生成される。
【００３８】
光パルス生成部１０（発光素子１２）は、例えば、光パルス生成部１０で生成された光パルスが、パルス圧縮部２０を構成する量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に対して斜め方向からパルス圧縮部２０に入射するように配置される。すなわち、光パルスは、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に対して斜め方向からパルス圧縮部２０に入射する。光パルスは、パルス圧縮部２０の入射部２１ａ（第２群速度分散層２４ｂの上面）に対して斜め方向から入射し、光パルスの入射角度は、０°よりも大きく９０°未満である。
【００３９】
パルス圧縮部２０は、光パルス生成部１０で生成された光パルスのパルス幅を小さくする。パルス圧縮部２０は、量子井戸層２２と、第１群速度分散層２４ａと、第２群速度分散層２４ｂと、第１反射層２６ａと、第２反射層２６ｂと、を有している。
【００４０】
量子井戸層２２は、例えば、半導体材料で構成された量子井戸構造を有している。量子井戸構造とは、半導体発光装置分野における一般的な量子井戸構造を指し、異なるバンドギャップを持つ２種以上の材料を用いて、バンドギャップの小さい材料の薄膜（ｎｍオーダー）を、バンドギャップの大きい材料の薄膜でサンドイッチにした構造である。量子井戸層２２は、例えば、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸構造を有している。
【００４１】
光パルスが量子井戸層２２中を通過すると、光カー効果により量子井戸層２２の屈折率が変化し、電界の位相が変化する（自己位相変調効果）。この自己位相変調効果により、光パルスの周波数がチャープされる。ここで、周波数がチャープされるとは、光パルスの周波数が時間的に変化することをいう。
【００４２】
量子井戸層２２は、半導体材料で構成されているため、１ｐｓから１００ｐｓ程度のパルス幅を持つ光パルスに対して応答速度が遅い。そのため、量子井戸層２２では、光パルスの周波数を、当該光パルスの強度（電界振幅の２乗）に比例してチャープ（アップチャープやダウンチャープ）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。
【００４３】
第１群速度分散層２４ａおよび第２群速度分散層２４ｂは、量子井戸層２２を挟んで積層されている。図示の例では、第１群速度分散層２４ａ上に量子井戸層２２が形成され、量子井戸層２２上に第２群速度分散層２４ｂが形成されている。第１群速度分散層２４ａの膜厚と第２群速度分散層２４ｂの膜厚は、例えば、等しい。なお、第１群速度分散層２４ａの膜厚と第２群速度分散層２４ｂの膜厚とが異なっていてもよい。
【００４４】
群速度分散層２４ａ，２４ｂは、量子井戸層２２にて周波数がチャープした光パルスに対して波長に応じた群速度差を生じさせる。具体的には、群速度分散層２４ａ，２４ｂは、周波数がチャープし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てパルス圧縮を行う。
【００４５】
群速度分散層２４ａ，２４ｂは、光パルスに群速度分散を生じさせる群速度分散媒質に
よって構成されている。ここで、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。
【００４６】
群速度分散層２４ａ，２４ｂは、例えば、半導体層であり、正の群速度分散特性を有する。群速度分散層２４ａ，２４ｂは、例えば、ＡｌＧａＡｓ層である。群速度分散層２４ａ，２４ｂは、正の群速度分散特性を有するため、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。このように群速度分散層２４ａ，２４ｂでは、群速度分散に基づくパルス圧縮を行う。パルス圧縮部２０で圧縮された後、短光パルス発生装置１００から射出される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。
【００４７】
なお、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。
【００４８】
群速度分散層２４ａ，２４ｂは、群速度分散媒質であれば半導体層に限定されない。例えば、群速度分散層２４ａ，２４ｂは、ガラス、セラミックス、サファイア等であってもよい。また、群速度分散層２４ａ，２４ｂは、負の群速度分散特性を有していてもよい。ここで、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。
【００４９】
第１反射層２６ａおよび第２反射層２６ｂは、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂを、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に挟んで設けられている。第１反射層２６ａは、支持基板５０上に設けられている。第２反射層２６ｂは、第２群速度分散層２４ｂ上であって、パルス圧縮部２０の入射部２１ａおよび射出部２１ｂを避けた領域に設けられている。
【００５０】
反射層２６ａ，２６ｂは、パルス圧縮部２０に入射した光パルスを反射させる。光パルスは、上述したように、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に対して斜め方向からパルス圧縮部２０に入射する。そのため、光パルスは、第１反射層２６ａの上面（第１群速度分散層２４ａと接触している面）、および第２反射層２６ｂの下面（第２群速度分散層２４ｂと接触している面）に対して斜め方向から入射する。
【００５１】
第１反射層２６ａおよび第２反射層２６ｂによって、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂは挟まれている。そのため、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に対して斜め方向からパルス圧縮部２０に入射した光パルスは、第１反射層２６ａおよび第２反射層２６ｂによって複数回反射されて量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を進行する。ここで、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を進行するとは、図１に示すように光パルスが常に量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を進行する場合と、図示はしないが光パルスが量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂから外部（大気）に射出された後、再度、外部から量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂに入射することを繰り返しながら進行する場合と、を含む。パルス圧縮部２０に入射してから射出する間の、光パルスの反射層２６ａ，２６ｂにおける反射回数は、特に限定されない。
【００５２】
反射層２６ａ，２６ｂは、高屈折率層（図示せず）と低屈折率層（図示せず）とが交互に積層された分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。高屈折率層は、例えば、ＧａＡｓ層（またはＧａ0.8Ａｌ0.2Ａｓ層）である。低屈折率層は、例えば、ＡｌＡｓ層（またはＧａ0.2Ａｌ0.8Ａｓ層）である。なお、反射層２６ａ，２６ｂは、パルス圧縮部２０
に入射した光パルスを反射させることができれば、ＤＢＲミラーに限定されない。例えば、反射層２６ａ，２６ｂは、金属ミラーであってもよい。
【００５３】
第１反射防止膜３０は、パルス圧縮部２０の光パルスが入射する入射部２１ａに設けられている。図示の例では、パルス圧縮部２０の入射部２１ａは、第２群速度分散層２４ｂの上面であって、平面視で（量子井戸層２２と群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向から見て）第２反射層２６ｂと重ならない領域の一部に設けられている。第１反射防止膜３０は、例えば、ＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ａｌ2Ｏ3層、ＴｉＮ層、ＴｉＯ2層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜である。第１反射防止膜３０は、光パルスの入射部２１ａにおける反射率を低くすることができる。
【００５４】
第２反射防止膜３２は、パルス圧縮部２０の光パルスが射出する射出部２１ｂに設けられている。図示の例では、パルス圧縮部２０の射出部２１ｂは、第２群速度分散層２４ｂの上面であって、平面視で第２反射層２６ｂと重ならない領域の一部に設けられている。図示の例では、平面視において、射出部２１ｂと入射部２１ａとの間に、第２反射層２６ｂが位置している。第２反射防止膜３２は、例えば、ＳｉＯ2層、Ｔａ2Ｏ5層、Ａｌ2Ｏ3層、ＴｉＮ層、ＴｉＯ2層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜である。第２反射防止膜３２は、光パルスの射出部２１ｂにおける反射率を低くすることができる。
【００５５】
コリメートレンズ４０は、光パルス生成部１０とパルス圧縮部２０との間に設けられている。コリメートレンズ４０には、光パルス生成部１０で生成された光パルスが入射する。コリメートレンズ４０は、パルス圧縮部２０に入射する光パルスを平行光に変換することができる。
【００５６】
支持基板５０は、パルス圧縮部２０を支持している。支持基板５０は、例えば、ＧａＡｓ基板である。短光パルス発生装置１００では、支持基板５０上に、第１反射層２６ａ、第１群速度分散層２４ａ、量子井戸層２２、第２群速度分散層２４ｂ、第２反射層２６ｂをこの順に積層することでパルス圧縮部２０が形成される。
【００５７】
次に、パルス圧縮部２０の製造方法について説明する。
【００５８】
まず、支持基板５０上に、第１反射層２６ａ、第１群速度分散層２４ａ、量子井戸層２２、第２群速度分散層２４ｂ、第２反射層２６ｂをこの順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【００５９】
次に、第２反射層２６ｂをパターニングして第２群速度分散層２４ｂの一部を露出させて、入射部２１ａおよび射出部２１ｂを設ける。次に、入射部２１ａに第１反射防止膜３０を形成し、射出部２１ｂに第２反射防止膜３２を形成する。
【００６０】
以上の工程により、パルス圧縮部２０を製造することができる。
【００６１】
次に、短光パルス発生装置１００の動作について説明する。図２は、光パルス生成部１０で生成された光パルスＰ１の一例を示すグラフである。図３は、量子井戸層２２のチャープ特性の一例を示すグラフである。図４は、パルス圧縮部２０で生成された光パルスＰ３の一例を示すグラフである。図５は、パルス圧縮部２０で生成された光パルスＰ４の一例を示すグラフである。
【００６２】
なお、図４に示す光パルスＰ３は、光パルスＰ１が第２群速度分散層２４ｂ、量子井戸
層２２、および第１群速度分散層２４ａを通過して第１反射層２６ａで反射された後、再び量子井戸層２２に入射する前の状態の光パルスである。また、図５に示す光パルスＰ４は、光パルスＰ３が反射層２６ａ，２６ｂ間において複数回反射しながら量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を通過した後、パルス圧縮部２０から射出された状態（短光パルス発生装置１００から射出された状態）の光パルスである。
【００６３】
また、図２に示すグラフの横軸ｔは、時間であり、縦軸Ｉは光強度（電界振幅の２乗に比例）である。図３に示すグラフの横軸ｔは時間であり、縦軸Δωはチャープ量（周波数の変化量）である。図３では、光パルスＰ１を一点鎖線で示し、光パルスＰ１に対応するチャープ量Δωを実線で示している。図４および図５に示すグラフの横軸ｔは時間であり、縦軸Ｉは光強度である。図４および図５に示すグラフは、図２に示すグラフに対応している。
【００６４】
光パルス生成部１０で生成された光パルスＰ１は、図２に示すように、例えば、ガウス波形である。図示の例では、光パルスＰ１のパルス幅（半値全幅ＦＷＨＭ）ｔは、１０ｐｓである。光パルス生成部１０で生成された光パルスＰ１は、コリメートレンズ４０を介して、パルス圧縮部２０に入射する。
【００６５】
パルス圧縮部２０に入射した光パルスＰ１は、第２群速度分散層２４ｂを通過して、量子井戸層２２に入射する。
【００６６】
量子井戸層２２は、光強度に比例したチャープ特性を有する。下記式（１）は、周波数チャープの効果を示す式である。
【００６７】
【数１】
2016009054.tif 000003
【００６８】
ここで、Δωはチャープ量（周波数の変化量）、ｃは光速、τrは非線形屈折率効果の応答時間、ｎ2は非線形屈折率、ｌは光パルスが量子井戸層２２を通過する際の移動距離、ω0は初期周波数、Ｅは電界の振幅である。
【００６９】
量子井戸層２２は、量子井戸層２２を通過する光パルスＰ１に対して、式（１）に示す周波数チャープを付与する。具体的には、図３に示すように、量子井戸層２２は、光パルスＰ１に対して、光パルスＰ１の前部では周波数を時間とともに減少させ、光パルスＰ１の後部では周波数を時間とともに増加させる。すなわち、量子井戸層２２は、光パルスＰ１の前部をダウンチャープさせ、光パルスＰ１の後部をアップチャープさせる。したがって、光パルスＰ１は、量子井戸層２２を通過することで、前部がダウンチャープし、後部がアップチャープした光パルス（以下「光パルスＰ２」という）となる。チャープした光パルスＰ２（図示せず）は、量子井戸層２２を通過して第１群速度分散層２４ａに入射する。
【００７０】
第１群速度分散層２４ａは、チャープした光パルスＰ２に対して、波長（周波数）に応じた群速度差を生じさせて（群速度分散）、パルス圧縮を行う。具体的には、第１群速度分散層２４ａは、光パルスＰ２が第１群速度分散層２４ａを通過する間に（第１群速度分散層２４ａに入射してから第１反射層２６ａで反射されて再び量子井戸層２２に入射するまでの間に）、光パルスＰ２に正の群速度分散を生じさせる。これにより、ダウンチャープした光パルスＰ２の前部が圧縮されて、図４に示す光パルスＰ３が生成される。光パル
スＰ３のパルス幅は、光パルスＰ１のパルス幅よりも小さい。光パルスＰ３は、再び、量子井戸層２２に入射する。
【００７１】
量子井戸層２２に入射した光パルスＰ３は、量子井戸層２２において周波数がチャープされ、第２群速度分散層２４ｂを通過する間に（第２群速度分散層２４ｂに入射してから第２反射層２６ｂで反射されて再び量子井戸層２２に入射するまでの間に）、パルス圧縮される。
【００７２】
光パルスは、反射層２６ａ，２６ｂ間において多重反射しながら量子井戸層２２、および群速度分散層２４ａ，２４ｂを通過する。すなわち、短光パルス発生装置１００では、光パルスに対して、周波数チャープの付与およびパルス圧縮を繰り返す。光パルスのパルス幅は、周波数チャープの付与およびパルス圧縮を繰り返す度に、小さくなる。すなわち、反射層２６ａ，２６ｂ間における反射回数が多い程、光パルスに付与されるチャープ量は大きくなり、かつ光パルスに大きな群速度差が生じる。そして、短光パルス発生装置１００は、図５に示すように、多重反射してパルス幅が小さくなった光パルスＰ４を射出する。図示の例では、光パルスＰ４のパルス幅ｔは、０．３３ｐｓである。
【００７３】
短光パルス発生装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７４】
短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０は、量子井戸層２２を有している。量子井戸層２２は、光パルスの周波数をチャープさせることができる。したがって、短光パルス発生装置１００では、例えば量子井戸層２２を有さない形態に比べて、光パルスのチャープ量を大きくすることができ、群速度分散層２４ａ，２４ｂにおいて、十分にパルス幅を圧縮することができる。よって、短光パルス発生装置１００は、パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる。
【００７５】
短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０は、量子井戸層２２を挟んで積層され群速度分散媒質によって構成される群速度分散層２４ａ，２４ｂと、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂを量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に挟んで設けられる反射層２６ａ，２６ｂと、を有する。そのため、パルス圧縮部２０に入射した光パルスは、反射層２６ａ，２６ｂによって複数回反射されて量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を進行する。これにより、パルス圧縮部２０では、光パルスに対して、周波数チャープの付与およびパルス圧縮を繰り返すことができ、光パルスのチャープ量および群速度分散層２４ａ，２４ｂの群速度分散値を大きくすることができる。したがって、短光パルス発生装置１００は、パルス幅のより小さい光パルスを発生させることができる。
【００７６】
また、短光パルス発生装置１００では、群速度分散層２４ａ，２４ｂを有するため、例えば、群速度分散層２４ａ，２４ｂの膜厚を制御することによって、パルス圧縮部２０における群速度分散層２４ａ，２４ｂの群速度分散値を制御することができる。したがって、短光パルス発生装置１００では、群速度分散層２４ａ，２４ｂの膜厚を制御することによって、パルス圧縮部２０において、光パルスのチャープ量と群速度分散層２４ａ，２４ｂの群速度分散値とのバランスをとることができる。
【００７７】
短光パルス発生装置１００では、群速度分散層２４ａ，２４ｂは、半導体層である。そのため、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂを、エピタキシャル成長によって形成することができる。そのため、短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０を容易に製造することができる。
【００７８】
短光パルス発生装置１００では、反射層２６ａ，２６ｂは、分布ブラッグ反射型ミラー
である。分布ブラッグ反射型ミラーは、高屈折率層（例えばＧａＡｓ層）と低屈折率層（例えばＡｌＡｓ層）とを交互にエピタキシャル成長させることで形成することができる。そのため、短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０を容易に製造することができる。
【００７９】
また、短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０を、量子井戸層２２、群速度分散層２４ａ，２４ｂ、および反射層２６ａ，２６ｂを支持基板５０上にエピタキシャル成長させることで形成することができるため、製造が容易である。
【００８０】
短光パルス発生装置１００では、光パルスは、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂの積層方向に対して斜め方向からパルス圧縮部２０に入射する。そのため、パルス圧縮部２０では、反射層２６ａ，２６ｂ間において光パルスを複数回反射させて射出させることができる。これにより、パルス圧縮部２０において、光パルスに対して、周波数チャープの付与およびパルス圧縮を繰り返すことができ、パルス幅の小さい光パルスを発生させることができる。
【００８１】
短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０の光パルスが入射する入射部２１ａには第１反射防止膜３０が設けられている。これにより、入射部２１ａにおける光パルスの反射率を低くすることができる。
【００８２】
短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０に入射する光パルスを平行光に変換するコリメートレンズ４０を含む。そのため、短光パルス発生装置１００では、パルス圧縮部２０に入射する光パルスが発散することを抑制することができる。
【００８３】
２．  短光パルス発生装置の変形例
２．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置２００を模式的に示す図である。以下に説明する本実施形態の第１変形例に係る短光パルス発生装置２００において、上述した本実施形態に係る短光パルス発生装置１００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。
【００８４】
短光パルス発生装置２００では、図６に示すように、パルス圧縮部２０に逆バイアスを印加する電極（第１電極６０，第２電極６２）を含む点において、上述した短光パルス発生装置１００と異なる。具体的には、第１電極６０および第２電極６２は、量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂに逆バイアスを印加するための電極である。
【００８５】
第１電極６０は、支持基板５０の下面に設けられている。第１電極６０としては、例えば、Ｃｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、およびＡｕ層を積層したものを用いる。第２電極６２は、第２反射層２６ｂ上に設けられている。第２電極６２としては、例えば、Ｃｒ層、ＡｕＺｎ層、およびＡｕ層を積層したものを用いる。なお、第２反射層２６ｂと第２電極６２との間には、図示しないコンタクト層が設けられていてもよい。コンタクト層は、例えばｐ型のＧａＡｓ層である。
【００８６】
短光パルス発生装置２００では、支持基板５０は、例えば、ｎ型のＧａＡｓ基板である。第１反射層２６ａは、ｎ型のＤＢＲである。第１群速度分散層２４ａは、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層である。量子井戸層２２は、ｉ型である。第２群速度分散層２４ｂは、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層である。第２反射層２６ｂは、ｐ型のＤＢＲである。
【００８７】
短光パルス発生装置２００では、上記のように、パルス圧縮部２０に逆バイアスを印加
する電極６０，６２を含む。そのため、短光パルス発生装置２００では、量子井戸層２２の吸収特性を制御することができ、光パルスの周波数チャープ量を調整することができる。さらに、短光パルス発生装置２００では、電極６０，６２によって、群速度分散層２４ａ，２４ｂの群速度分散値を制御することができる。
【００８８】
２．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置３００を模式的に示す図である。以下に説明する本実施形態の第２変形例に係る短光パルス発生装置３００において、上述した本実施形態に係る短光パルス発生装置１００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。
【００８９】
短光パルス発生装置３００は、図７に示すように、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度を変える入射角度可変機構７０を含む点において、上述した短光パルス発生装置１００と異なる。
【００９０】
入射角度可変機構７０は、例えば、発光素子１２が載置されるステージ７２と、ステージ７２を駆動（回転）させるための駆動回路（図示せず）と、を有している。ステージ７２は、駆動回路からの信号に基づいて回転可能である。ステージ７２が回転することによって、発光素子１２を回転させることができ、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度、すなわち反射層２６ａ，２６ｂに対する入射角度を変えることができる。
【００９１】
なお、入射角度可変機構７０は、発光素子１２を回転させる形態に限定されず、パルス圧縮部２０（反射層２６ａ，２６ｂ）を回転させることによって、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度を変える形態であってもよい。また、入射角度可変機構７０は、パルス圧縮部２０に入射する光パルスの進行方向を変えるミラー等の光学素子（図示せず）を回転させることによって、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度を変える形態であってもよい。
【００９２】
短光パルス発生装置３００では、上記のように、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度を変える入射角度可変機構７０を含む。これにより、短光パルス発生装置３００では、光パルスの反射層２６ａ，２６ｂにおける反射回数を変えることができる。その結果、短光パルス発生装置３００では、光パルスのチャープ量および群速度分散層２４ａ，２４ｂの群速度分散値を変えることができ、短光パルス発生装置３００で発生する光パルスのパルス幅を変えることができる。
【００９３】
なお、短光パルス発生装置３００は、図示はしないが、上述した図６に示す短光パルス発生装置２００と同様にパルス圧縮部２０に逆バイアスを印加する電極６０，６２を含んでいてもよい。
【００９４】
以下、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度と、チャープ量および群速度分散値と、の関係について説明する。図８は、パルス圧縮部２０に対する光パルスの入射角度と、チャープ量および群速度分散値と、の関係を説明するためのモデルＭを模式的に示す図である。
【００９５】
モデルＭでは、図８に示すように、光パルス生成部１０で生成された光パルスがパルス圧縮部２０に入射する入射角度をθ1とする。パルス圧縮部２０（第２群速度分散層２４ｂ）における光パルスの屈折角度をθ2とする。光パルスがパルス圧縮部２０に入射する前の媒質（例えば空気）の屈折率をｎ1とする。群速度分散層２４ａ，２４ｂの屈折率をｎ2とする。量子井戸層２２の屈折率をｎ3とする。パルス圧縮部２０の長さをＸとする。
群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さ（第１群速度分散層２４ａの厚さと第２群速度分散層２４ｂの厚さの和）をｄとする。なお、量子井戸層２２の厚さは、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さに比べて無視できるものとし、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さｄは反射層２６ａ，２６ｂ間の距離に等しいものとする。光パルスが２つの反射層２６ａ，２６ｂ間を反射しながら量子井戸層２２および群速度分散層２４ａ，２４ｂ中を進行するとき、光パルスが、第２反射層２６ｂから第１反射層２６ａまで、進行する際の移動距離をＬとする。
【００９６】
まず、モデルＭにおいて得られる群速度分散値を算出する。
【００９７】
スネルの法則により下記式（２）が成り立つ。
【００９８】
【数２】
2016009054.tif 000004
【００９９】
ここで、量子井戸層２２の厚さは、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さに比べて、無視できるものとし、ｎ3≒ｎ2とする。このとき、距離Ｌは、式（２）を用いると、下記式（３）のように表される。
【０１００】
【数３】
2016009054.tif 000005
【０１０１】
群速度分散層２４ａ，２４ｂの単位長さあたりの群速度分散値をｐ、所望の群速度分散値をｑとすると、所望の群速度分散値ｑを得るために必要な距離は、ｑ／ｐとなる。よって、必要な反射回数ＲＴgは、下記式（４）のように表される。
【０１０２】
【数４】
2016009054.tif 000006
【０１０３】
このときのパルス圧縮部２０の長さＸは、下記式（５）のように表される。
【０１０４】
【数５】
2016009054.tif 000007
【０１０５】
式（５）を変形すると、パルス圧縮部２０で得られる群速度分散値ｑは、下記式（６）のように表される。
【０１０６】
【数６】
2016009054.tif 000008
【０１０７】
式（６）からわかるように、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さｄを、群速度分散値ｑに影響しないパラメーターとすることができる。したがって、パルス圧縮部２０における反射損失が無視できるような場合には、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さｄを小さくすることができ、短光パルス発生装置の小型化が可能となる。反射損失が無視できない場合には、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さｄを大きくして、反射層２６ａ，２６ｂ間における反射回数を減らすことができる。
【０１０８】
ここで、光パルス生成部１０で生成された光パルスの波長を８５０ｎｍ、入射角度θ1を０．１°、光パルスがパルス圧縮部２０に入射する前の媒質を空気（ｎ1＝１）、群速度分散層２４ａ，２４ｂの材質をＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ）、群速度分散層２４ａ，２４ｂの厚さｄを４μｍとする。群速度分散層２４ａ，２４ｂの屈折率ｎ2は、波長８５０ｎｍの光に対して、３．３８である。群速度分散層２４ａ，２４ｂの１ｍｍあたり群速度分散値ｐは、波長８５０ｎｍの光に対して、３．２×１０-27ｓ2／ｍｍとなる。所望の群速度分散値ｑを１×１０-24ｓ2とすると、式（４）より、反射回数ＲＴg≒７８１２４となる。また、式（５）より、パルス圧縮部２０の長さＸ≒１６１μｍとなる。
【０１０９】
上記のように、パルス圧縮部２０の長さＸを１６１μｍとし、ｎ1を１、ｎ2を３．３８、ｐを３．２×１０-27ｓ2／ｍｍとした場合において、入射角度θ1を変化させたときに、入射角度θ1と群速度分散値ｑとの関係は、式（６）により、図９のようになる。図９より、入射角度θ1を変化させることで、群速度分散値をおよそ１．７５×１０-27ｓ2以上１×１０-24ｓ2以下の範囲で可変できることがわかる。
【０１１０】
次に、光パルスがパルス圧縮部２０において量子井戸層２２を一回通過するごとに付与されるチャープ量をｒとする。パルス圧縮部２０を伝搬する間に得られるチャープ量ｓは、上述の反射回数ＲＴgを用いると以下のように表される。
【０１１１】
【数７】
2016009054.tif 000009
【０１１２】
上述した式（４）を用いると、ｒは、下記式（８）のように表される。
【０１１３】
【数８】
2016009054.tif 000010
【０１１４】
上記式（８）を満たすようにチャープ量ｒを調整する。チャープ量ｒを調整する方法と
しては、例えば、量子井戸層２２の井戸数を調整する方法、電極６０，６２によってパルス圧縮部２０に印加するバイアスを調整する方法、光パルスの反射層２６ａ，２６ｂにおける反射回数を調整する方法などが挙げられる。
【０１１５】
３．  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１０００について、図面を参照しながら説明する。図１０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。
【０１１６】
テラヘルツ波発生装置１０００は、図１０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。
【０１１７】
短光パルス発生装置１００は、励起光である短光パルス（例えば図５に示す光パルスＰ４）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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
４．  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１１００について、図面を参照しながら説明する。図１１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１２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。図１３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１４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。
【０１２３】
イメージング装置１１００は、図１１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から射出し、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とを備えている。
【０１２４】
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。
【０１２５】
テラヘルツ波検出部１１２０としては、図１２に示すように、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター８０と、フィルター８０を通過した前記目的の波長のテラヘルツ波を検出する検出部８４とを備えたものを用いる。また、検出部８４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、テラヘルツ波検出部１１２０の構成は、前記の構成に限定されない。
【０１２６】
また、フィルター８０は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）８２を有している。すなわち、各画素８２は、行列状に配置されている。
【０１２７】
また、各画素８２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８２は、第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４を有している。
【０１２８】
また、検出部８４は、フィルター８０の各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部８４１、第２の単位検出部８４２、第３の単位検出部８４３、および第４の単位検出部８４４を有している。各第１の単位検出部８４１、各第２の単位検出部８４２、各第３の単位検出部８４３、および各第４の単位検出部８４４は、それぞれ、各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４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８２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。
【０１２９】
次に、イメージング装置１１００の使用例について説明する。
【０１３０】
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。
【０１３１】
また、テラヘルツ波検出部１１２０のフィルター８０の各画素８２においては、第１の領域８２１および第２の領域８２２を使用する。第１の領域８２１の通過波長をλ１、第２の領域８２２の通過波長を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、第１の領域８２１の通過波長λ１および第２の領域８２２の通過波長λ２が設定されている。
【０１３２】
図１３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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
画像形成部１１３０においては、前記検出結果に基づいて、フィルター８０の第２の領域８２２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８２１を通過し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。
【０１３５】
また、画像形成部１１３０では、図１４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。
【０１３６】
なお、イメージング装置１１００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。
【０１３７】
５．  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１５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。以下で説明する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。
【０１３８】
計測装置１２００は、図１５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から射出し、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、を備えている。
【０１３９】
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。
【０１４０】
計測部１２１０においては、前記検出結果から、フィルター８０の各画素８２の第１の
領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４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Ｏの成分およびその分布の分析等を行う。
【０１４１】
６．  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１６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１７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。以下で説明する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。
【０１４２】
カメラ１３００は、図１６および図１７に示すように、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出し、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、記憶部１３０１とを備えている。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の外部へ射出させるための窓部１３３０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良い。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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】
【０１４６】
１０…光パルス生成部、１２…発光素子、１４…駆動回路、２０…パルス圧縮部、２１ａ…入射部、２１ｂ…射出部、２２…量子井戸層、２４ａ…第１群速度分散層、２４ｂ…第２群速度分散層、２６ａ…第１反射層、２６ｂ…第２反射層、３０…第１反射防止膜、３２…第２反射防止膜、４０…コリメートレンズ、５０…支持基板、６０…第１電極、６２…第２電極、７０…入射角度可変機構、７２…ステージ、８０…フィルター、８２…画素、８４…検出部、１００，２００，３００…短光パルス発生装置、８２１…第１の領域、
８２２…第２の領域、８２３…第３の領域、８２４…第４の領域、８４１…第１の単位検出部、８４２…第２の単位検出部、８４３…第３の単位検出部、８４４…第４の単位検出部、１０００…テラヘルツ波発生装置、１０１０…光伝導アンテナ、１０１２…基板、１０１４…電極、１０１６…ギャップ、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、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】
2016009054.tif 000011
【図２】
2016009054.tif 000012
【図３】
2016009054.tif 000013
【図４】
2016009054.tif 000014
【図５】
2016009054.tif 000015
【図６】
2016009054.tif 000016
【図７】
2016009054.tif 000017
【図８】
2016009054.tif 000018
【図１０】
2016009054.tif 000019
【図１１】
2016009054.tif 000020
【図１２】
2016009054.tif 000021
【図１３】
2016009054.tif 000022
【図１４】
2016009054.tif 000023
【図１５】
2016009054.tif 000024
【図１６】
2016009054.tif 000025
【図１７】
2016009054.tif 000026
【図９】
2016009054.tif 000027