特許 5796738 テラヘルツ波発生検出装置及びテラヘルツ波伝播装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5796738

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】テラヘルツ波発生検出装置及びテラヘルツ波伝播装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3586 20140101AFI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3586

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-207420(P2011-207420)

(22)【出願日】2011年9月22日

(65)【公開番号】特開2013-68527(P2013-68527A)

(43)【公開日】2013年4月18日

【審査請求日】2014年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100128657

【弁理士】

【氏名又は名称】三山 勝巳

(74)【代理人】

【識別番号】100160967

【弁理士】

【氏名又は名称】▲濱▼口 岳久

(74)【代理人】

【識別番号】100170601

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 孝

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼▲柳▼ 順

(72)【発明者】

【氏名】大竹 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】堀 喬

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０１３６８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０２８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３９３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９８９４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

テラヘルツ波伝播装置であって、
第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、
前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、
前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光するための第３の放物面鏡と、
前記被測定物を固定するための第１の支持面及び第２の支持面と、
を備え、
前記第２の放物面鏡は、回転可能であり、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きく、
前記第２の放物面鏡を回転させることによって、前記第１のテラヘルツ波が集光される位置を、前記第１の支持面と前記第２の支持面とのどちらかに切り替えることが可能である
ことを特徴とするテラヘルツ波伝播装置。

【請求項2】

前記第２の放物面鏡を回転させるための回転手段を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載のテラヘルツ波伝播装置。

【請求項3】

前記第１の放物面鏡によりコリメートされる前記第１のテラヘルツ波と、前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波とが、前記第２の放物面鏡が有する反射面の異なる部分に入射する
ことを特徴とする、請求項１に記載のテラヘルツ波伝播装置。

【請求項4】

前記被測定物を固定するための支持面を更に備え、
前記第１のテラヘルツ波は、前記支持面に対して０度より大きい入射角をもって入射される
ことを特徴とする、請求項１に記載のテラヘルツ波伝播装置。

【請求項5】

テラヘルツ波発生検出装置であって、
被測定物に入射するテラヘルツ波を発生するためのテラヘルツ波発生手段と、
前記被測定物から出射されるテラヘルツ波を検出するためのテラヘルツ波検出手段と、
テラヘルツ波をコリメート及び集光することで伝播するためのテラヘルツ波伝播装置と、
を備え、
前記テラヘルツ波伝播装置は、
前記テラヘルツ波発生手段で発生される第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、
前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して前記被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、
前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光して前記テラヘルツ波検出手段に入射するための第３の放物面鏡と、
前記被測定物を固定するための第１の支持面及び第２の支持面と、を有し、
前記第２の放物面鏡は、回転可能であり、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きく、
前記第２の放物面鏡を回転させることによって、前記第１のテラヘルツ波が集光される位置を、前記第１の支持面と前記第２の支持面とのどちらかに切り替えることが可能である
ことを特徴とするテラヘルツ波発生検出装置。

【請求項6】

前記第２の放物面鏡を回転させるための回転手段を更に備える
ことを特徴とする、請求項５に記載のテラヘルツ波発生検出装置。

【請求項7】

前記第１の放物面鏡によりコリメートされる前記第１のテラヘルツ波と、前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波とが、前記第２の放物面鏡が有する反射面の異なる部分に入射する
ことを特徴とする、請求項５に記載のテラヘルツ波発生検出装置。

【請求項8】

前記被測定物を固定するための支持面を更に備え、
前記第１のテラヘルツ波は、前記支持面に対して０度より大きい入射角をもって入射される
ことを特徴とする、請求項５に記載のテラヘルツ波発生検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定物にテラヘルツ波を入射し、被測定物で反射されたテラヘルツ波を測定する装置において、テラヘルツ波を伝播させる装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被測定物にテラヘルツ波を入射し、被測定物で反射されたテラヘルツ波を測定することによって、被測定物のテラヘルツ波応答特性（例えば、複素屈折率、複素誘電率等）を測定することができることが知られている。テラヘルツ波は、放物面鏡を用いてコリメート及び集光を行うことによって、テラヘルツ波発生部から被測定物、また被測定物からテラヘルツ波検出部の間の空間を伝播することができる。

【0003】

特許文献１に記載されているテラヘルツ波発生検出装置８００の模式図を図９に示す。図９では、テラヘルツ波発生部８０１から出射されたテラヘルツ波は、楕円面鏡８０２で反射され、被測定物８０３に入射する。さらに、被測定物８０３を透過したテラヘルツ波は、楕円面鏡８０４で反射され、テラヘルツ波検出部８０５に入射する。楕円面鏡を用いると、入射側の焦点と出射側の焦点の位置がそれぞれ一意に決まる。したがって、例えば、テラヘルツ波発生部８０１の位置を変えると、楕円面鏡８０２、被測定物８０３、楕円面鏡８０４及びテラヘルツ波検出部８０５の全ての位置に影響する。そのため、テラヘルツ光学系のアライメントが難しい。また、固定された被測定物８０３上で測定対象とする位置を変えたい場合には、テラヘルツ波発生部８０１、楕円面鏡８０２、楕円面鏡８０４及びテラヘルツ波検出部８０５の全ての位置を変える必要がある。

【0004】

特許文献２に記載されているテラヘルツ波発生検出装置９００の模式図を図１０に示す。図１０では、テラヘルツ波発生部９０１により発生されたテラヘルツ波は、第１の軸外し放物面鏡９０２でコリメートされた後、第２の軸外し放物面鏡９０３で集光され、被測定物９０４に入射する。さらに、被測定物９０４により反射されたテラヘルツ波は、第３の軸外し放物面鏡９０５でコリメートされた後、第４の軸外し放物面鏡９０６で集光され、テラヘルツ波検出部９０７に入射する。この構成によれば、第１の軸外し放物面鏡９０２と第２の軸外し放物面鏡９０３との間、及び第３の軸外し放物面鏡９０５と第４の軸外し放物面鏡９０６との間では、コリメート光が伝播されるため、各放物面鏡間の距離を変えることができる。そのため、特許文献１に記載の構成に比べて、テラヘルツ光学系のアライメントが容易である。しかしながら、特許文献２においては、テラヘルツ波の伝播のために、４つの軸外し放物面鏡が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−０５７４０７号公報

【特許文献2】特開２０１０−１５６５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された技術は、少ない部品数での構成が可能であるが、楕円面鏡を用いているため、テラヘルツ光学系のアライメントが難しい。一方、特許文献２に開示された技術は、テラヘルツ波を放物面鏡によってコリメート及び集光して伝播させるため、４つの放物面鏡を必要とする。

【0007】

本発明の目的は、テラヘルツ波を放物面鏡によってコリメート及び集光して伝播させるテラヘルツ波伝播装置において、より少ない数の放物面鏡を用いてテラヘルツ波の伝播が可能なテラヘルツ波伝播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】

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、テラヘルツ波伝播装置であって、第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光するための第３の放物面鏡と、を備え、前記第２の放物面鏡は、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きいことを特徴とする。

【0009】

本発明の第２の態様は、テラヘルツ波発生検出装置であって、被測定物に入射するテラヘルツ波を発生するためのテラヘルツ波発生手段と、前記被測定物から出射されるテラヘルツ波を検出するためのテラヘルツ波検出手段と、テラヘルツ波をコリメート及び集光することで伝播するためのテラヘルツ波伝播装置と、を備え、前記テラヘルツ波伝播装置は、前記テラヘルツ波発生手段で発生される第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して前記被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光して前記テラヘルツ波検出手段に入射するための第３の放物面鏡と、を有し、前記第２の放物面鏡は、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、１つの放物面鏡と該放物面鏡より小さい２つの放物面鏡とを用いることにより、入射されるテラヘルツ波をコリメート及び集光して被測定物に入射し、さらに被測定物から反射されるテラヘルツ波をコリメート及び集光して出射することができる。これにより、従来技術に比べて、放物面鏡の数及び放物面鏡を取り付ける部材の数を削減することができ、さらに装置の製造工程の削減も可能になるため、装置の製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波発生検出装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の上面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の側面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の上面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の側面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波発生検出装置の概略図である。

【図9】従来のテラヘルツ波発生検出装置の概略図である。

【図10】従来のテラヘルツ波発生検出装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

【0013】

各図中の破線は、パルス光及びテラヘルツ波の伝播経路を模式的に表すものである。また、各図中の矢印は、パルス光及びテラヘルツ波を進行方向と共に模式的に表すものである。

【0014】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置２００を含むテラヘルツ波発生検出装置１００の概略図である。ここで、テラヘルツ波発生検出装置とは、被測定物にテラヘルツ波を入射して、被測定物のテラヘルツ波応答特性（例えば、被測定物の複素屈折率、複素誘電率等）を検出する装置を指す。テラヘルツ波伝播装置とは、入射されるテラヘルツ波を伝播して被測定物に入射し、さらに被測定物で反射されるテラヘルツ波を伝播して出射するための装置を指す。

【0015】

なお、本発明の独自の構成は、テラヘルツ波伝播装置２００にある。したがって、テラヘルツ波発生検出装置１００のうち、テラヘルツ波伝播装置２００以外の部分、つまりテラヘルツ波を発生する部分及びテラヘルツ波を検出する部分は、本発明の本質ではない。テラヘルツ波伝播装置２００以外の部分は、本明細書に記載する装置構成に限らず、テラヘルツ波の発生及び検出が可能でさえあれば、任意の装置構成が適用できる。

【0016】

テラヘルツ波発生検出装置１００は、レーザ発振器１０１と、レーザ発振器１０１により発生された光パルス１０２をポンプ光１０３とプローブ光１０４に分割するスプリッタ１０５とを有する。

【0017】

レーザ発振器１０１として、Ｅｒドープファイバレーザ、Ｙｂドープファイバレーザ、チタンサファイアレーザ等、目的とするテラヘルツ波を発生するためのパルス光が生成できる任意のレーザ発振器を用いることができる。Ｅｒドープファイバレーザを用いる場合は、例えばパルス幅１７ｆｓ、繰り返し周波数５０ＭＨｚ、平均強度１１０ｍＷのパルス光を発生する。

【0018】

レーザ発振器１０１により発生された光パルス１０２は、スプリッタ１０５に入射される。スプリッタ１０５は、光パルス１０２を、ポンプ光１０３とプローブ光１０４とに分割し、２方向に出射する。

【0019】

スプリッタ１０５からポンプ光１０３が分割されて出射される側には、強度変調器１０６が設けられる。強度変調器１０６は、ポンプ光１０３の強度変調を行って出射し、それと共に同期検波のための参照信号１１４をロックインアンプ１１５に出力する。強度変調器１０６として、チョッパ、音響光学素子（ＡＯＭ）や電気光学変調器（ＥＯＭ）等を用いることができる。

【0020】

強度変調器１０６から変調されたポンプ光１０３が出射される側には、テラヘルツ波発生部１０７が設けられる。テラヘルツ波発生部１０７は、強度変調器１０６により変調されたポンプ光１０３を受けて、入射テラヘルツ波１０８を発生する。テラヘルツ波発生部１０７として、ＤＡＳＴ結晶等、テラヘルツ波が発生可能な非線形結晶を用いてもよいし、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよい。

【0021】

テラヘルツ波発生部１０７からテラヘルツ波が出射される側には、テラヘルツ波伝播装置２００が設けられる。テラヘルツ波発生部１０７により発生された入射テラヘルツ波１０８は、テラヘルツ波伝播装置２００を介して、支持面１１６に固定される被測定物１０９に入射する。さらに入射テラヘルツ波１０８は、被測定物１０９で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。出射テラヘルツ波１１０は、テラヘルツ波伝播装置２００を介してテラヘルツ波検出部１１１に入射する。

【0022】

スプリッタ１０５からプローブ光１０４が分割されて出射される側には、光学遅延部１１２が設けられる。光学遅延部１１２は、例えば、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記駆動部を駆動させることにより、プローブ光１０４に所定の遅延を付与するようにミラーを移動させることができる。すなわち、テラヘルツ波の測定を行う際には、光学遅延部１１２を駆動しながらポンプ光１０３とプローブ光１０４との時間差を調整する。なお、本実施形態では１台のレーザ発振器１０１からの光パルスを２つに分割し、遅延させる構成にしているが、２台のレーザ発振器からそれぞれ異なる繰り返し周波数を持つ光パルスを発生させ、非同期サンプリングを行う構成にしてもよい。その場合には、駆動部を省略した構成にすることが可能となる。

【0023】

光学遅延部１１２から遅延されたプローブ光１０４が出射される側には、テラヘルツ波検出部１１１が設けられる。テラヘルツ波検出部１１１は、光学遅延部１１２により遅延されたプローブ光１０４と被測定物１０９から出射される出射テラヘルツ波１１０とを受けて、電流信号１１３を出力する。テラヘルツ波検出部１１１として、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよいし、非線形結晶を用いてＥＯ検出を行ってもよい。

【0024】

ロックインアンプ１１５は、強度変調器１０６及びテラヘルツ波検出部１１１に接続され、強度変調器１０６から出力される参照信号１１４とテラヘルツ波検出部１１１から出力される電流信号１１３とを受けて同期検波を行うことにより、被測定物１０９のテラヘルツ波応答特性を検出する。テラヘルツ波検出部１１１とロックインアンプ１１５の間に、電流信号１１３を増幅するための電流増幅器を設けることが好ましい。なお、本実施形態においては高感度検出を目的としてロックインアンプを用いているが、電流信号が十分に強い場合、又はスキャン速度が十分に大きい場合には、ロックインアンプを用いず、電流信号を直接検出してもよい。

【0025】

図２は、本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置２００の上面図である。図３は、図２に示すテラヘルツ波伝播装置２００をＡ−Ａ線から見た側面図である。図４は、図２に示すテラヘルツ波伝播装置２００の立体配置を示すための斜視図である。

【0026】

テラヘルツ波伝播装置２００は、放物面鏡２０１と、放物面鏡２０２と、該放物面鏡２０１及び該放物面鏡２０２より大きい放物面鏡２０３と、を含む。テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０１によってコリメートされる。さらにコリメートされた入射テラヘルツ波１０８は放物面鏡２０３で集光され、被測定物１０９に入射する。入射テラヘルツ波１０８は被測定物１０９で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。被測定物１０９は、放物面鏡２０３によって入射テラヘルツ波１０８が集光されて入射される位置に備えられる支持面１１６上に固定される。

【0027】

被測定物１０９からの出射テラヘルツ波１１０は、放物面鏡２０３によってコリメートされる。さらにコリメートされた出射テラヘルツ波１１０は放物面鏡２０２で集光され、テラヘルツ波検出部１１１に入射する。

【0028】

放物面鏡２０１、放物面鏡２０２及び放物面鏡２０３は、軸外し放物面鏡である。放物面鏡２０１は、放物面鏡２０３に対して、互いの反射面が向き合うように配置される。放物面鏡２０２は、放物面鏡２０３に対して、互いの反射面が向き合うように配置される。放物面鏡２０１からの入射テラヘルツ波は、放物面鏡２０３の中心点Ｚを通らない位置に入射するように配置される。この構成により、放物面鏡２０１からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０３の中心点Ｚを通らない部分において集光され、被測定物１０９に対して０度より大きい入射角をもって入射する。つまり、支持面１１６の法線Ｎと入射ヘルツ１０８とのなす角度は、０度より大きい。被測定物１０９の測定対象箇所が平面であれば、入射テラヘルツ波１０８は、被測定物１０９上で入射角と同じ反射角で反射されて出射テラヘルツ波１１０として出射され、放物面鏡２０３上の入射時とは別の部分（つまり、放物面鏡２０３の反射面上で中心点Ｚについて反対側の部分）においてコリメートされる。この構成を実現するために、放物面鏡２０２の大きさは、放物面鏡２０１からのコリメート光を入射し、かつ放物面鏡２０３へのコリメート光を出射するために十分な大きさ（例えば、放物面鏡２０２の直径は放物面鏡２０１の直径と放物面鏡２０３の直径との和よりも大きい）であることが望ましい。

【0029】

放物面鏡２０３と、放物面鏡２０１及び放物面鏡２０２との間には、ポンプ光を除去するためのフィルタを設けてもよい。例えば、フィルタにはゲルマニウム基板、ブラックポリエチレン等を用いることができる。フィルタを設けることにより、被測定物１０９又はテラヘルツ波検出部１１１にポンプ光が入射されて破壊されたり、ポンプ光により雑音が発生したりすることを防ぐ又は低減することができる。

【0030】

各構成要素は、放物面鏡２０３が、テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８を、放物面鏡２０１を介して被測定物１０９の測定対象箇所に入射し、さらに出射される出射テラヘルツ波１１０を、放物面鏡２０２を介してテラヘルツ波検出部１１１に入力できるように配置する必要がある。各構成要素の配置は、軸外し放物面鏡の反射方向を基に、幾何光学を用いて計算するか、又は光線解析ソフトを用いることによって、決定してもよい。各構成要素の配置は、光路を調べるための実験を行うことによって、決定してもよい。

【0031】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態においては、放物面鏡２０３を回転可能に構成することができる。本実施形態では、図５に示すように、テラヘルツ波伝播装置２００が、回転部２０４をさらに備え、回転部２０４によって放物面鏡２０３が回転軸Ｘ及び回転量Ｙで回転される。回転部２０４は、回転軸Ｘの向き及び回転量Ｙが可変であれば任意の手段（例えば、アクチュエーター）が使用できる。図６は、放物面鏡２０３が回転された後の状態の一例を示すテラヘルツ波伝播装置３００の上面図である。また、図７は、図６に示すテラヘルツ波伝播装置３００をＢ−Ｂ線から見た側面図である。なお、図６においては、被測定物３０９は手前側に位置するため図示されないことを理解されたい。

【0032】

テラヘルツ波伝播装置３００は、放物面鏡２０１と、放物面鏡２０２と、該放物面鏡２０１及び該放物面鏡２０２より大きい回転後の放物面鏡３０３とを含む。図６及び図７において、回転後の放物面鏡３０３は、図２の放物面鏡２０３が回転された後の状態を示す。テラヘルツ波発生部１０７、テラヘルツ波検出部１１１、放物面鏡２０１及び放物面鏡２０２は、図２と同じ状態である。被測定物３０９は、回転後の放物面鏡３０３によって入射テラヘルツ波１０８が集光されて入射される位置に備えられる支持面２１６上に固定される。回転前の支持面１１６と回転後の支持面２１６とは、回転の前後の状態に対応する別々の位置に設けられてもよいし、回転前の支持面１１６の位置から回転後の支持面２１６の位置に移動可能な単一の支持面でもよい。

【0033】

テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０１によってコリメートされる。さらにコリメートされた入射テラヘルツ波１０８は、回転後の放物面鏡３０３で集光され、被測定物３０９に入射する。入射テラヘルツ波１０８は被測定物３０９上で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。

【0034】

被測定物３０９からの出射テラヘルツ波１１０は、回転後の放物面鏡３０３によってコリメートされる。さらにコリメートされた出射テラヘルツ波１１０は放物面鏡２０２で集光され、テラヘルツ波検出部１１１に入射する。

【0035】

本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置によれば、放物面鏡２０３を回転させることにより、テラヘルツ波が集光される位置、すなわち被測定物の位置を変更することができる。図９に示す特許文献１の構成では、楕円面鏡８０２及び８０４を回転させても、測定物８０３の位置を変更することはできず、被測定物８０３の位置を変更するためには装置全体を回転させるか、各放物面鏡の空間配置を変える必要がある。図１０に示す特許文献２の構成では、放物面鏡９０２、９０３、９０５及び９０６を回転させても被測定物７０４の位置を変更することはできず、被測定物９０４の位置を変更するためには装置全体を回転させるか、各放物面鏡の空間配置を変える必要がある。それに対して、本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置によれば、放物面鏡２０３だけを回転させることによって被測定物の位置を変更できるため、自由度の高い装置構成を実現することができ、また被測定物の位置を変更する場合に必要となる手間を低減できるという効果がある。

【0036】

放物面鏡２０３を回転させる際には、テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８が放物面鏡２０１によってコリメートされ、回転後の放物面鏡３０３によって集光されて被測定物３０９の測定対象箇所に入射し、さらに被測定物３０９から出射された出射テラヘルツ波１１０が回転後の放物面鏡３０３によってコリメートされ、放物面鏡２０２によって集光されてテラヘルツ波検出部１１１に入力できるように、回転後の放物面鏡３０３が配置される必要がある。この条件を満たすために、放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、軸外し放物面鏡の反射方向を基に、幾何光学を用いて計算するか、又は光線解析ソフトを用いることによって、決定することができる。回転軸Ｘ及び回転量Ｙの具体的な計算方法は本発明の範囲から外れるため省略するが、周知技術を用いて回転軸Ｘ及び回転量Ｙを確定できることは当業者には理解されるであろう。

【0037】

放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、予め決定しておいてもよい。その場合には、被測定物を固定可能な複数の位置に対して、それぞれの位置に対応する放物面鏡２０３の回転Ｘ及び回転量Ｙを予め決定しておき、テラヘルツ波の発生及び検出を行う際に、被測定物の位置に応じて予め決定された放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙを、回転部２０４に適用すればよい。一方で、放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、テラヘルツ波の発生及び検出を行う際に、その都度決定してもよい。

【0038】

回転部２０４としては、放物面鏡２０３の位置を、決定された回転軸Ｘ及び回転量Ｙにしたがって回転された後の位置に変更できるものであれば、任意の手段が利用できる。例えば、回転部２０４として回転機構、例えばアクチュエータを用い、それによって放物面鏡２０３を回転させてもよい。ねじ留め等により固定された放物面鏡２０３を一旦取り外し、回転後の放物面鏡３０３の位置に変え、再度固定してもよい。

【0039】

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ発生検出装置４００の概略図である。 本実施形態では、テラヘルツ発生検出装置４００の各々の構成要素を光ファイバデバイスとし、該構成要素の各々を光ファイバにて接続して空間伝播部を排除している。従って、光パルスの伝播部となる光ファイバをコンパクトに巻くことができるため、装置の小型化、安定化を図ることができる。また、本実施形態では、上記各構成要素を接続している光ファイバは偏光保持ファイバ（ＰＭＦ）であることが望ましい。従って、環境変化、ファイバの曲げに対して、生成される光パルスの強度、パルス波形、偏光方向を安定にすることができる。

【0040】

テラヘルツ波発生検出装置４００は、レーザ発振器４０１と、レーザ発振器４０１により発生された光パルス４０２をポンプ光４０３とプローブ光４０４に分割するスプリッタ４０５とを有する。

【0041】

レーザ発振器４０１は、例えばパルス幅５００ｆｓ、繰り返し周波数１００ＭＨｚ、平均強度４０ｍＷのパルス光を発生する。

【0042】

レーザ発振器４０１により発生された光パルス４０２は、スプリッタ４０５に入射される。スプリッタ４０５は、光パルス４０２を、ポンプ光４０３とプローブ光４０４との２つに分岐する。

【0043】

スプリッタ４０５からポンプ光４０３が分岐される側の出射端には、強度変調器４０６がＰＭＦにより接続される。強度変調器４０６は、ポンプ光４０３の強度変調を行って出射し、それと共に同期検波のための参照信号４１４をロックインアンプ４１５に出力する。

【0044】

光ファイバカプラ４２０ａは、２つの入射端と、１つの出射端とを有し、２つの入射端の一方と、強度変調器４０６の出射端とがＰＭＦにより接続されており、２つの入射端の他方と、励起レーザ４１９ａとがＰＭＦにより接続されており、上記２つの入射端のそれぞれから入射された光を上記出射端から出射する。励起レーザ４１９ａは、後述するファイバ増幅器４２１に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。

【0045】

光ファイバカプラ４２０ａの出射端と、ファイバ増幅器４２１の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ増幅器４２１は、分散特性が正常分散値を有するエルビウム添加ファイバであることが望ましい。このように、正常分散のエルビウム添加ファイバを増幅ファイバとして用いることにより、パルス分裂などの測定性能に悪影響を及ぼす非線形効果を低減することができる。ファイバ増幅器４２１は、励起用レーザダイオードである励起レーザ４１９ａからの励起光が光ファイバカプラ４２０ａを介して注入されることにより、ポンプ光４０３を増幅することができる。ファイバ増幅器４２１により、ポンプ光４０３のパワーを、テラヘルツ発生に必要なパワーまで増幅させる。

【0046】

ファイバ増幅器４２１が偏光保持ファイバではない場合、偏波コントローラをファイバ増幅器４２１の前に設置して偏波を調整してもよい。ファイバ増幅器４２１を多段構成にし、それぞれ偏波コントローラを設置してもよい。また、各ファイバ増幅器の後（ファイバ増幅器の出力側）には戻り光を防ぐためにアイソレータを挿入するとよい。

【0047】

ファイバ増幅器４２１の出射端と、ファイバ圧縮器４２２とがＰＭＦを介して接続されている。該ファイバ圧縮器４２２は、大口径の定偏波フォトニッククリスタルファイバ等のラージモードエリアファイバであり、入射されたポンプ光４０３のパルス幅を５０ｆｓに圧縮するように構成されている。

【0048】

スプリッタ４０５からプローブ光４０４が分岐される側の出射端には、遅延ラインスキャナ４１７がＰＭＦにより接続されている。該遅延ラインスキャナ４１７は、テラヘルツ波検出用のプローブ光４０４を所定の遅延時間だけ遅延させるように構成されている、ファイバピグテール付のインライン型の遅延ラインスキャナである。該遅延ラインスキャナ４１７は、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記駆動部を駆動させることにより、プローブ光４０４に所定の遅延を付与するようにミラーを移動させることができる。すなわち、テラヘルツ波の測定を行う際には、遅延ラインスキャナ４１７を駆動しながらポンプ光４０３とプローブ光４０４との時間差を調整する。

【0049】

遅延ラインスキャナ４１７と、インライン型の光路長調整器４１８の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該光路長調整器４１８は、手動により位置を変位可能なミラーを有している。該ミラーの位置を変位させることにより、プローブ光４０４の光路長を調節することができる。この光路長調整器４１８は、ポンプ光４０３とプローブ光４０４の光路長を調整するときに用いるもので、一度調整してしまえばその後測定の度に時間差を調整する必要はない。

【0050】

光ファイバカプラ４２０ｂは、２つの入射端と、１つの出射端とを有し、２つの入射端の一方と、光路長調整器４１８の出射端とがＰＭＦにより接続されており、２つの入射端の他方と、励起レーザ４１９ｂとがＰＭＦにより接続されており、上記２つの入射端のそれぞれから入射された光を上記出射端から出射する。該励起レーザ４１９ｂは、後述するファイバ増幅器４２３に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。

【0051】

光ファイバカプラ４２０ｂの出射端と、ファイバ増幅器４２３の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ増幅器４２３は、異常分散特性を有するファイバ増幅器及び正常分散特性を有するファイバ増幅器を２段に設けた構造を有してもよい。すなわち、ファイバ増幅器４２３へのプローブ光４０４の入射側に異常分散特性を有する第１のファイバ増幅器が設けられており、プローブ光４０４の進行方向の後段側には、正常分散特性を有する第２のファイバ増幅器が設けられている。このような構成により、本実施形態では、ファイバ増幅器４２３は、励起用レーザダイオードである励起レーザ４１９ｂからの励起光が光ファイバカプラ４２０ｂを介して注入されることにより、プローブ光４０４のパワーを、テラヘルツ検出に必要なパワーまで増幅することができる。

【0052】

ファイバ増幅器４２３の出射端と、ファイバ圧縮器４２４の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ圧縮器４２４は、シングルモード光ファイバであり、該シングルモード光ファイバにより、上記ファイバ増幅器４２３から出射されたプローブ光４０４をパルス圧縮することができる。本実施形態では、ファイバ圧縮器４２４は、プローブ光４０４のパルス幅を５０ｆｓまで細くするように構成されている。

【0053】

ファイバ圧縮器４２２の出射端は、テラヘルツ波発生部４０７に接続されている。テラヘルツ波発生部４０７は、ファイバ圧縮器４２２によりパルス幅が細くされたポンプ光４０３を受けて、入射テラヘルツ波４０８を発生する。テラヘルツ波発生部４０７として、ＤＡＳＴ結晶等、テラヘルツ波が発生可能な非線形結晶を用いてもよいし、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよい。テラヘルツ波発生部４０７の種類に応じて、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）等の波長変換素子を備えてもよい。

【0054】

テラヘルツ波発生部４０７からテラヘルツ波が出射される側には、テラヘルツ波伝播装置５００が設けられる。テラヘルツ波発生部４０７により発生された入射テラヘルツ波４０８は、テラヘルツ波伝播装置５００を介して、支持面４１６に固定される被測定物４０９に入射する。さらに入射テラヘルツ波４０８は、被測定物４０９で反射され、出射テラヘルツ波４１０として出射される。出射テラヘルツ波４１０は、テラヘルツ波伝播装置５００を介してテラヘルツ波検出部４１１に入射する。

【0055】

ファイバ圧縮器４２４の出射端は、テラヘルツ波検出部４１１に接続されている。テラヘルツ波検出部４１１は、ファイバ圧縮器４２４によりパルス幅が細くされたプローブ光４０４と、被測定物４０９からの出射テラヘルツ波４１０とを受けて、電流信号４１３を出力する。テラヘルツ波検出部４１１として、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよいし、非線形結晶を用いてＥＯ検出を行ってもよい。テラヘルツ波検出部４１１の種類に応じて、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）等の波長変換素子を備えてもよい。

【0056】

ロックインアンプ４１５は、強度変調器４０６及びテラヘルツ波検出部４１１に接続され、強度変調器４０６から出力される参照信号４１４とテラヘルツ波検出部４１１から出力される電流信号４１３とを受けて同期検波を行うことにより、被測定物４０９のテラヘルツ波応答特性を検出する。テラヘルツ波検出部４１１とロックインアンプ４１５の間に、電流信号４１３を増幅するための電流増幅器を設けることが好ましい。なお、本実施形態においては高感度検出を目的としてロックインアンプを用いているが、電流信号が十分に強い場合、又はスキャン速度が十分に大きい場合には、ロックインアンプを用いず、電流信号を直接検出してもよい。

【0057】

テラヘルツ発生検出装置４００が備えるテラヘルツ伝播装置５００は、図２乃至図４に示すテラヘルツ伝播装置２００と同一の構成でよい。この構成により、テラヘルツ波発生部４０７から出射された入射テラヘルツ波４０８がテラヘルツ伝播装置２００を介して、被測定物４０９に入射される。さらに被測定物４０９から出射された出射テラヘルツ波４１０は、テラヘルツ伝播装置２００を介して、テラヘルツ波検出部４１１に入射される。

【0058】

テラヘルツ発生検出装置４００が備えるテラヘルツ伝播装置５００は、図５乃至図７に示すテラヘルツ伝播装置３００と同一の構成でもよい。この構成によれば、入射テラヘルツ波４０８及び出射テラヘルツ波４１０がテラヘルツ伝播装置３００を介して伝播される点では、テラヘルツ伝播装置２００を用いる場合と同様だが、放物面鏡２０３を回転することによってテラヘルツ波の集光位置を変えることができるため、被測定物４０９の位置を可変にすることができる。

【0059】

広帯域テラヘルツ波の発生には、高パワーかつ細いパルス幅の光パルスが必要となる。しかしながら、高パワーかつ細いパルス幅の光パルスをレーザ発振器から発生させる場合、光パルスの伝播時に波長分散の効果や非線形光学効果によりパルス幅が広がってしまい、テラヘルツ波発生部及びテラヘルツ波検出部に到達するまでに細いパルス幅が維持できない。それに対して、本実施形態によれば、レーザ発振器４０１からはテラヘルツ波発生及び検出のために最終的に必要となる値よりも低いパワーかつ広いパルス幅を有する光パルスを発生し、テラヘルツ波発生部４０７及びテラヘルツ波検出部４１１の直前に設けられるファイバ増幅器４２１、４２３及びファイバ圧縮器４２２、４２４により、光パルスを高パワーかつ細いパルス幅にする。この構成によって、より高パワーかつ細いパルスの光パルスをテラヘルツ波発生部４０７及びテラヘルツ波検出部４１１に入射し、広帯域テラヘルツ波の発生が可能になる。

【符号の説明】

【0060】

１００ テラヘルツ波発生検出装置
１０１、４０１ レーザ発振器
１０２、４０２ 光パルス
１０３、４０３ ポンプ光
１０４、４０４ プローブ光
１０５、４０５ スプリッタ
１０６、４０６ 強度変調器
１０７、４０７ テラヘルツ波発生部
１０８、４０８ 入射テラヘルツ波
１０９、３０９、４０９ 被測定物
１１０、４１０ 出射テラヘルツ波
１１１、４１１ テラヘルツ波検出部
１１２ 光学遅延部
１１３、４１３ 電流信号
１１４、４１４ 参照信号
１１５、４１５ ロックインアンプ
１１６、２１６、４１６ 支持面
２００、３００、５００ テラヘルツ波伝播装置
２０１、２０２、２０３、３０３ 放物面鏡
２０４ 回転部
４１７ 遅延ラインスキャナ
４１８ 光路長調整器
４１９ａ、４１９ｂ 励起レーザ
４２０ａ、４２０ｂ 光ファイバカプラ
４２１、４２３ ファイバ増幅器
４２２、４２４ ファイバ圧縮器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】