(57)【要約】【課題】様々な周波数で且つ強度の高いテラヘルツ電磁波を発生させることができ、安価に製作することができるテラヘルツ電磁波発生装置を提供する。【解決手段】互いに平行な非線形光学素子１と、第１の励起レーザ光２ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源２と、第１の励起レーザ光２ａの周波数との周波数差がテラヘルツオーダーである第２の励起レーザ光３ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源３とを備え、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄ間で、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域Ａ，・・・を形成することにより、それぞれの重なり領域Ａ，・・・から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、非線形光学素子１の放射側端部１ｂから増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされている。【選択図】図１
2009180809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な平行面を有する非線形光学素子と、
第１の励起レーザ光を前記非線形光学素子の入射側端部へ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源と、
前記第１の励起レーザ光の周波数との周波数差がテラヘルツオーダーである第２の励起レーザ光を前記非線形光学素子の前記入射側端部へ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源とを備え、
前記非線形光学素子の前記平行面間で、前記第１の励起レーザ光と前記第２の励起レーザ光との全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域を形成することにより、それぞれの前記重なり領域から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、前記非線形光学素子の放射側端部から増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされていることを特徴とするテラヘルツ電磁波発生装置。
【請求項２】
前記位相整合条件は、前記非線形光学素子中において、前記第１の励起レーザ光及び前記第２の励起レーザ光の周波数の波数ベクトルの当該非線形光学素子の厚さ方向成分の絶対値が等しくされるとともに、前記波数ベクトルの波数差ベクトルが前記テラヘルツ電磁波の波数ベクトルと等しくされていることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ電磁波発生装置。
【請求項３】
前記第１の励起レーザ光及び前記第２の励起レーザ光の前記非線形光学素子外での波数ベクトルの前記非線形光学素子の前記平行面の法線成分は、互いに符号を異にすることを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ電磁波発生装置。
【請求項４】
前記非線形光学素子の前記平行面の外側に、鏡が設けられてい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テラヘルツ電磁波発生装置。
【請求項５】
前記非線形光学素子は、ＤＡＳＴ結晶であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のテラヘルツ電磁波発生装置。
【請求項６】
前記非線形光学素子は、ニオブ酸リチウム結晶であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のテラヘルツ電磁波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学素子に２つの異なる波長の励起レーザ光を入射して、その差周波数のテラヘルツ電磁波を発生させるテラヘルツ電磁波発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ電磁波（０．１〜１００ＴＨｚ）は、例えば、分子の共振スペクトルを測定し、生体分子の同定、癌細胞やウイルスの検出、ＩＣ部品の検査、水分の検出など広範囲に応用して用いることができる点で注目されている。
【０００３】
従来のテラヘルツ電磁波発生装置としては、非線形光学素子の入射側端部から２つの異なる波長の励起レーザ光を同軸方向に入射して、非線形光学素子の放射側端部からその差周波数のテラヘルツ電磁波を発生させるものがある。
【０００４】
この場合、２つの励起レーザ光と発生させるテラヘルツ電磁波の非線形光学素子中における光速が等しければ、非線形光学素子の放射側端部から強いテラヘルツ電磁波が放射される。
【０００５】
これは、非線形光学素子中のエネルギー保存則と運動量保存則に基づいており、図１０に示したように、運動量空間の励起レーザ光に対応する波数ベクトルｋ１，ｋ２と、テラヘルツ電磁波に対応する波数ベクトルｋ３とで表すことができる。
【０００６】
なお、ω１，ω２，ω３は、２つの励起レーザ光とテラヘルツ電磁波の周波数をそれぞれ示している。
【０００７】
ここで、このようにエネルギー保存則と運動量保存則とが成立する条件ｋ３＝ｋ１−ｋ２を、位相整合条件と呼ぶ。
【０００８】
しかし、一般に、非線形光学素子は、分散を有するために、２つの励起レーザ光と発生するテラヘルツ電磁波の光速は、それぞれ異なる。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置では、非線形光学素子として、ＧａＰ結晶などから成る分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を用い、位相ずれを合わせるための波数ベクトルΔｋによって、位相整合条件を満たさせ、その差周波数であるテラヘルツ電磁波を発生させる構成とされている。
【００１０】
ここで、テラヘルツ電磁波が強く放射される位相整合条件は、図１１に示す波数ベクトルｋ１，ｋ２，ｋ３,Δｋによって表現される。
【特許文献１】特開２００３−１５１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置においては、位相整合条件の波数ベクトルΔｋが固定値であることから、放射させるテラヘルツ電磁波の周波数を変えるだけで、位相整合条件が崩れて、このテラヘルツ電磁波の強度が低下してしまうという問題点があった。
【００１２】
また、分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を精度よく加工しなければならず、これには複雑な工程を経なければならず、安価に製作することが難しいという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、様々な周波数で且つ強度の高いテラヘルツ電磁波を発生させることができ、安価に製作することができるテラヘルツ電磁波発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明のテラヘルツ電磁波発生装置は、互いに平行な平行面を有する非線形光学素子と、第１の励起レーザ光を前記非線形光学素子の入射側端部へ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源と、前記第１の励起レーザ光の周波数との周波数差がテラヘルツオーダーである第２の励起レーザ光を前記非線形光学素子の前記入射側端部へ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源とを備え、前記非線形光学素子の前記平行面間で、前記第１の励起レーザ光と前記第２の励起レーザ光との全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域を形成することにより、それぞれの前記重なり領域から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、前記非線形光学素子の放射側端部から増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされていることを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記位相整合条件は、前記非線形光学素子中において、前記第１の励起レーザ光及び前記第２の励起レーザ光の周波数の波数ベクトルの当該非線形光学素子の厚さ方向成分の絶対値が等しくされるとともに、前記波数ベクトルの波数差ベクトルが前記テラヘルツ電磁波の波数ベクトルと等しくされているとよい。
【００１６】
また、前記第１の励起レーザ光及び前記第２の励起レーザ光の前記非線形光学素子外での波数ベクトルの前記非線形光学素子の前記平行面の法線成分は、互いに符号を異にするとよい。
【００１７】
さらに、前記非線形光学素子の前記平行面の外側に、鏡が設けられていてもよい。
【００１８】
この場合の前記非線形光学素子は、ＤＡＳＴ結晶であってもよい。
【００１９】
この場合の前記非線形光学素子は、ニオブ酸リチウム結晶であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
このような本発明のテラヘルツ電磁波発生装置は、互いに平行な平行面を有する非線形光学素子と、第１の励起レーザ光を非線形光学素子の入射側端部へ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源と、第１の励起レーザ光の周波数との周波数差がテラヘルツオーダーである第２の励起レーザ光を非線形光学素子の入射側端部へ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源とを備え、非線形光学素子の平行面間で、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域を形成することにより、それぞれの重なり領域から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、非線形光学素子の放射側端部から増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされているので、特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置のような非線形光学素子として分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を用いた従来技術とは異なり、位相整合条件を満たした状態で、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との差周波数や入射角度を変えるだけで、強度の高い様々な周波数のテラヘルツ電磁波を発生させることができる。
【００２１】
すなわち、特許文献１のような従来のテラヘルツ電磁波発生装置では、第1の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との差周波数を変化させることにより、発生するテラヘルツ電磁波の周波数を変化させることはできるが、そのときの位相整合条件が満足できなくなるので、強度の高いテラヘルツ電磁波は発生させることができない。
【００２２】
これに対し、本発明のテラヘルツ電磁波発生装置では、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との差周波を変化させると同時に、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光の入射角度を変化させることにより位相整合条件を満足させることができるので、強度の高いテラヘルツ電磁波を発生させることができる。
【００２３】
そのうえ、特許文献１に記載されたような非線形光学素子として分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を用いた従来のテラヘルツ電磁波発生装置とは異なり、本発明のテラヘルツ電磁波発生装置は、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光の入射方向を同軸にする必要がなく、非線形光学素子の分極方位を単一方向に加工すればよいので、簡易な工程で、安価に製作することができる。
【００２４】
ここで、位相整合条件が、非線形光学素子中において、第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光の周波数の波数ベクトルの非線形光学素子の厚さ方向成分の絶対値が等しくされるとともに、波数ベクトルの波数差ベクトルがテラヘルツ電磁波の波数ベクトルと等しくされている場合は、放射されるテラヘルツ電磁波の強度は、非線形光学素子中で、第１の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との複数の重なり領域の幅を足し合わせた長さの２乗に比例するので、大きな強度のテラヘルツ電磁波となる。
【００２５】
また、第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光の非線形光学素子外での波数ベクトルの非線形光学素子の平行面の法線成分が、互いに符号を異にする場合は、特許文献１に記載された従来のテラヘルツ電磁波発生装置のように極力同軸に近く第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光を非線形光学素子へ入射する必要がないので、比較的容易に、位相整合条件を満たして、第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光の入射ができる。
【００２６】
さらに、非線形光学素子の平行面の外側に、鏡が設けられている場合は、第１の励起レーザ光又は第２の励起レーザ光が非線形光学素子の臨界角より深く入射した際にも、透過するはずの励起レーザ光は鏡で反射するため、全体として全反射することができる。
【００２７】
また、非線形光学素子が、ＤＡＳＴ結晶である場合は、このＤＡＳＴ結晶の非線形光学定数が２９０ｐｍ／Ｖもあるため、効率の良い電磁波を放射することができる。
【００２８】
また、非線形光学素子が、ニオブ酸リチウム結晶である場合は、このニオブ酸リチウム結晶が、安定した結晶構造であり、しかも誘電率が大きく、同結晶中の電磁波の波長が短くなり、電磁波の特性パワーが小さくなるため、強度の高い電磁波を放射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３０】
本実施の形態のテラヘルツ電磁波発生装置は、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、研磨等で平行薄板状に加工された互いに平行な平行面１ｃ，１ｄを有する非線形光学素子１と、第１の励起レーザ光２ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源２と、第１の励起レーザ光２ａの周波数との周波数差がテラヘルツオーダー（０．１〜１００ＴＨｚ）である第２の励起レーザ光３ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源３とを備えている。
【００３１】
そして、非線形光学素子１の平行面（界面）１ｃ，１ｄ間で、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域Ａ，・・・を形成することにより、それぞれの重なり領域Ａ，・・・から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、非線形光学素子１の放射側端部１ｂから増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされている。
【００３２】
図１（ａ）では、説明しやすいように、重なり領域Ａ，・・・は点状に示しているが、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａのビーム幅が極めて大きい場合は、非線形光学素子１の内部全体をＡとすることもできる。
【００３３】
具体的には、図１（ａ）に示したように、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとを非線形光学素子１の入射側端部１ａから入射させる。
【００３４】
このとき、非線形光学素子１中における第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとが平行面１ｃ，１ｄで全反射されると、４つの波数ベクトルｋ１，ｋ２，ｋ１´，ｋ２´が存在することになる。
【００３５】
ここで、波数ベクトルｋ１は、第１の励起レーザ光２ａの周波数に対応する波数ベクトルであり、波数ベクトルｋ２は、第２の励起レーザ光３ａの周波数に対応する波数ベクトルである（図２を参照）。また、波数ベクトルｋ１´は、非線形光学素子１の平行面１ｄで全反射された第１の励起レーザ光２ａの周波数に対応する波数ベクトルであり、波数ベクトルｋ２´は、非線形光学素子１の平行面１ｃで全反射された第２の励起レーザ光３ａの周波数に対応する波数ベクトルである。
【００３６】
そして、位相整合条件は、非線形光学素子１中において、波数ベクトルｋ１，ｋ２，ｋ１´，ｋ２´の非線形光学素子１の厚さ方向成分の絶対値が等しいとともに、波数ベクトルｋ１，ｋ２及びｋ１´，ｋ２´の波数差ベクトルがテラヘルツ電磁波の周波数に対応する波数ベクトルｋ３（図２を参照）と等しいことである。
【００３７】
つまり、図３に示したように、ｋ３＝ｋ１−ｋ２＝ｋ１´−ｋ２´が成り立つときである。
【００３８】
なお、非線形光学素子１中において、第１の励起レーザ光２ａ、第２の励起レーザ光３ａが臨界角より浅い角度であれば、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄで全反射される。
【００３９】
しかし、非線形光学素子１中において、第１の励起レーザ光２ａ、第２の励起レーザ光３ａが臨界角より深い角度であると、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄから透過してしまう成分があるので、図４に示したように、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄの外側に、鏡４，４の反射面を非線形光学素子１に当接して設ければ、透過するはずの励起レーザ光２ａ，３ａの成分も鏡４，４で反射するため、全体として全反射させることができる。
【００４０】
次に、本実施の形態のテラヘルツ電磁波発生装置の作用効果について説明する。
【００４１】
このような本発明のテラヘルツ発生装置は、互いに平行な平行面１ｃ，１ｄを有する非線形光学素子１と、第１の励起レーザ光２ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第１の励起レーザ光源２と、第１の励起レーザ光２ａの周波数との周波数差がテラヘルツオーダーである第２の励起レーザ光３ａを非線形光学素子１の入射側端部１ａへ斜めに入射させる第２の励起レーザ光源３とを備えている。
【００４２】
そして、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄ間で、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの全反射を繰り返し行わせて位相整合条件を満たす複数の重なり領域Ａ，・・・を形成することにより、それぞれの重なり領域Ａ，・・・から発生するテラヘルツ電磁波どうしを干渉させ、非線形光学素子１の放射側端部１ｂから増幅されたテラヘルツ電磁波を放射させる構成とされている。
【００４３】
よって、特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置のような非線形光学素子として分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を用いた従来技術とは異なり、位相整合条件を満たした状態で、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの差周波数と入射角度を変えるだけで、強度の高い様々な周波数のテラヘルツ電磁波を発生させることができる。
【００４４】
すなわち、特許文献１のような従来のテラヘルツ電磁波発生装置では、第1の励起レーザ光と第２の励起レーザ光との差周波数を変化させることにより、発生するテラヘルツ電磁波の周波数を変化させることはできるが、そのときの位相整合条件が満足できなくなるので、強度の高いテラヘルツ電磁波は発生させることができない。
【００４５】
これに対し、本発明のテラヘルツ電磁波発生装置では、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの差周波を変化させると同時に、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａの入射角度を変化させることにより位相整合条件を満足させることができるので、強度の高いテラヘルツ電磁波を発生させることができる。
【００４６】
そのうえ、特許文献１に記載されたような非線形光学素子として分極方位が相互に反転した周期性を有する半導体擬似位相整合素子を用いた従来のテラヘルツ電磁波発生装置とは異なり、本発明のテラヘルツ電磁波発生装置は、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａの入射方向を同軸にする必要がなく、非線形光学素子１の分極方位を単一方向に加工すればよいので、簡易な工程で、安価に製作することができる。
【００４７】
ここで、位相整合条件は、非線形光学素子１中において、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの周波数の波数ベクトルｋ１，ｋ２，ｋ１´，ｋ２´の非線形光学素子１の厚さ方向成分の絶対値が等しくされるとともに、波数ベクトルｋ１，ｋ２及びｋ１´，ｋ２´の波数差ベクトルがテラヘルツ電磁波の波数ベクトルｋ３と等しくされているので、発生するテラヘルツ電磁波の強度は、非線形光学素子１中で、第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａとの複数の重なり領域Ａ，・・・の幅Ｌ１（図５を参照）を足し合わせた長さの２乗に比例する。
【００４８】
つまり、複数の重なり領域Ａ，・・・間の間隔が略一定であるとすると、非線形光学素子１の長さＬ（図１（ａ）及び図４を参照）の２乗に比例することとなるので、大きな強度のテラヘルツ電磁波を発生することができる。
【００４９】
また、図４に示したように、非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄの外側に、鏡４，４が設けられている場合は、第１の励起レーザ光２ａ、第２の励起レーザ光３ａが非線形光学素子１の臨界角より深く入射した際にも、透過するはずの励起レーザ光２ａ，３ａの成分も鏡４，４で反射するため、全体として全反射させることができる。
【実施例】
【００５０】
次に、実施例のテラヘルツ電磁波発生装置について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００５１】
この実施例１のテラヘルツ電磁波発生装置では、図１に示した非線形光学素子１としてＤＡＳＴ(4-N,N-dimethylamino-4’-N’-methylstibazolium-tosylat)結晶が用いられている。
【００５２】
ここで、位相整合条件を満たすには、図６に示したように、入射角度θ１，θ２でＤＡＳＴ結晶から成る非線形光学素子１の入射側端部１ａから入射される第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの波数ベクトルをそれぞれｋ１，ｋ２とすると、発生するテラヘルツ電磁波の波数ベクトルは、ｋ３となる。
【００５３】
一例として、図７に示した表のように、ＤＡＳＴ結晶中の屈折率ｎ＝２．１４、第１の励起レーザ光２ａの波長λ１＝１．４８×１０−６（ｍ）、第２の励起レーザ光３ａの波長λ２＝１．４９×１０−６（ｍ）とすると、位相整合条件を満たした第１の励起レーザ光２ａと第２の励起レーザ光３ａの入射角度は、θ１＝０．３７２８１７３９７（ｒａｄ），θ２＝０．３７７５９４７２２（ｒａｄ）となる。ここで、図１（ａ）において、第１の励起光２ａと第２の励起光３ａの電界の向きは、いずれの光とも紙面に垂直な方向である。
【００５４】
なお、これら入射角度θ１，θ２は、臨界角θｃ＝１．０８４５７３６０８よりも十分に小さい値なので、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａは、ＤＡＳＴ結晶から成る非線形光学素子１内を全反射するので、図４のように、平行面１ｃ，１ｄの外側に鏡４，４を設ける必要はない。
【００５５】
また、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの平行面１ｃ，１ｄでの反射における位相ずれは、略等しく起こり、その差は、０．００２８８４７１（ｄｅｇ）と僅かなため、この影響が顕著に表れる反射回数は、πをこの角度で除して、１０８９回であることが分かる。
【００５６】
つまり、ＤＡＳＴ結晶の厚さを０．５ｍｍとすると、１回の反射で進む距離は、０．５ｍｍ／ｔａｎθ＝１．３ｍｍであり、ＤＡＳＴ結晶をｍオーダーまで大きくしなければ問題にならないことが分かる。
【００５７】
また、図８に示したように、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａのＤＡＳＴ結晶から成る非線形光学素子１の入射側端部１ａへの入射角度θ１，θ２が、テラヘルツ電磁波の伝播方向を含む前記平行面と垂直な面内において、符号が異なり、絶対値が略等しくされている場合（|θ１|≒|θ２|）、言い換えると第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの非線形光学素子１外での波数ベクトルの非線形光学素子１の平行面１ｃ，１ｄの法線成分が、互いに符号を異にする場合は、特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置のように極力同軸に近く第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光を非線形光学素子へ入射する必要がないので、比較的容易に、位相整合条件を満たして、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの入射ができる。
【００５８】
なお、ｃ軸はこのＤＡＳＴ結晶の分極方位である。
【００５９】
ここで、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａには、図８における紙面に垂直な方向に電界が向いているものを使用することが望ましい。
【００６０】
何故なら、ＤＡＳＴ結晶においては、この紙面に垂直な方向の非線形光学定数が最も大きく、２９０ｐｍ／Ｖにもなる。他の方向に電界が向いている場合も、テラヘルツ電磁波の放射を妨げるわけではないが、ＤＡＳＴ結晶の分子中のエネルギーが増加して、ＤＡＳＴ結晶自体にダメージを起こさせ易いからである。
【００６１】
但し、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの強度が十分に小さい場合は、この限りでない。
【００６２】
一例として、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａに、ＹＡＧレーザ（基本波長：１０６４ｎｍ，パルス幅：１５ｎｓ）をＫＴＰ結晶パラメトリック発振器により２つの波長に変換したパワー１．３ｋＷのものを用いた場合における放射されるテラヘルツ電磁波のパワー（強度）を求める。
【００６３】
なお、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの射影形状は、５ｍｍ×５ｍｍの略正方形をしているビームとする。
【００６４】
このときの放射されるテラヘルツ電磁波のパワーＰｏｗｅｒ３は、次式［数１］で示した特性パワーＰｏｗｅｒ０で特徴付けられる。
【００６５】
【数１】
2009180809.tif 000003
そして、次式［数２］により算出される。
【００６６】
【数２】
2009180809.tif 000004
ここで、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（ｘ）／ｘであり、Ｋは励起レーザ光がＤＡＳＴ結晶中を進むときの同結晶長手方向の波数であり、ｋは放射されるテラヘルツ電磁波の波数である。位相整合時にはこれらが等しくなり、ｓｉｎｃ関数は１となる。また、ＲはＤＡＳＴ結晶中の放射抵抗で、Ｒ＝√（μ／ε）であり、αは非線形光学定数、ｂはＤＡＳＴ結晶の長さ、ｃは同結晶の厚さ、ａはビーム幅である。
【００６７】
これらをもとに、図９に示す表にまとめた。
【００６８】
つまり、このときの放射されるテラヘルツ電磁波のパワーＰｏｗｅｒ３は、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａのパワーの約１／１０の１３９Ｗであることが分かる。
【００６９】
但し、上記した計算は、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａからテラヘルツ電磁波への変換のみを考慮したものである。
【００７０】
すなわち、放射されるテラヘルツ電磁波のパワーが大きくなると、このテラヘルツ電磁波から第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａへの逆変換も考慮しなければならない。
【００７１】
先ず、分極密度分布が与えられたときのヘルツポテンシャルを、次式［数３］で求める。
【００７２】
【数３】
2009180809.tif 000005
次に、ポインティングベクトルとパワーを、次式［数４］で求める。
【００７３】
【数４】
2009180809.tif 000006
次に、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａから透過分極密度への変換を、次式［数５］で行う。
【００７４】
【数５】
2009180809.tif 000007
こうして得られた結果をもとに、次式［数６］により、より厳密な放射されるテラヘルツ電磁波のパワーＰｏｗｅｒ３が求められる。
【００７５】
【数６】
2009180809.tif 000008
このように構成された実施例のテラヘルツ電磁波発生装置は、実施の形態の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
【００７６】
ここで、非線形光学素子１は、ＤＡＳＴ結晶であるので、このＤＡＳＴ結晶の非線形光学定数が２９０ｐｍ／Ｖもあるため、効率の良い電磁波を放射することができる。
【００７７】
また、図８に示したように、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａのＤＡＳＴ結晶から成る非線形光学素子１の入射側端部１ａへの入射角度θ１，θ２が、テラヘルツ電磁波の伝播方向を含む前記平行面と垂直な面内において、符号が異なり、絶対値が略等しくされている場合（|θ１|≒|θ２|）は、特許文献１に記載されたテラヘルツ電磁波発生装置のように極力同軸に近く第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光を非線形光学素子へ入射する必要がないので、比較的容易に、位相整合条件を満たして、第１の励起レーザ光２ａ及び第２の励起レーザ光３ａの入射ができる。
【００７８】
以上、図面を参照して、本発明の最良の形態を実施の形態及び実施例に基づいて詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００７９】
例えば、上記実施例では、非線形光学素子１として、ＤＡＳＴ結晶を用いたが、これに限定されない。安定した結晶構造であり、しかも誘電率が大きく、同結晶中の電磁波の波長が短くなり、電磁波の特性パワー（［数１］の式で表したＰｏｗｅｒ０）が小さく、強度の高い電磁波を放射できるニオブ酸リチウム(LiNbO３)結晶なども好適に用いることができる。
【００８０】
すなわち、非線形光学素子１には、位相整合条件を満たすものを用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は、本発明の最良の実施の形態のテラヘルツ電磁波発生装置の概略構成を示す模式図であり、（ｂ）は、同テラヘルツ電磁波発生装置で用いられる非線形光学素子の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１（ａ）のテラヘルツ電磁波発生装置における概略構成を波数ベクトルで示す説明図である。
【図３】実施の形態における位相整合条件を満たす場合の波数ベクトルを示す説明図である。
【図４】図１（ａ）において、鏡を設けた場合を示す模式図である。
【図５】２つの異なる周波数の励起レーザ光の重なり領域の部分を示す説明図である。
【図６】実施例のテラヘルツ電磁波発生装置における位相整合条件を満たす場合の波数ベクトルを示す説明図である。
【図７】実施例のテラヘルツ電磁波発生装置における位相整合条件を満たす場合の各種数値を示す表である。
【図８】実施例のテラヘルツ電磁波発生装置における第１の励起レーザ光及び第２の励起レーザ光の入射角度が対称に近くされている場合を示す説明図である。
【図９】実施例のテラヘルツ電磁波発生装置におけるテラヘルツ電磁波のパワー等の数値を示す表である。
【図１０】従来のテラヘルツ電磁波発生装置における位相整合条件を満たす場合の理論的な波数ベクトルを示す説明図である。
【図１１】従来のテラヘルツ電磁波発生装置における位相整合条件を満たす場合の波数ベクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１      非線形光学素子
１ａ    入射側端部
１ｂ    放射側端部
１ｃ，１ｄ      平行面
２      第１の励起レーザ光源
２ａ    第１の励起レーザ光
３      第２の励起レーザ光源
３ａ    第２の励起レーザ光
Ａ      重なり領域
４      鏡
【図１】
2009180809.tif 000009
【図２】
2009180809.tif 000010
【図３】
2009180809.tif 000011
【図４】
2009180809.tif 000012
【図５】
2009180809.tif 000013
【図６】
2009180809.tif 000014
【図７】
2009180809.tif 000015
【図８】
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【図９】
2009180809.tif 000017
【図１０】
2009180809.tif 000018
【図１１】
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