特許 6058692 １０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚの周波数の入射波の偏光状態を測定するデバイス

(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】6058692

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】１０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚの周波数の入射波の偏光状態を測定するデバイス

(51)【国際特許分類】

   G01J 4/04 20060101AFI20161226BHJP

   G01N 22/00 20060101ALI20161226BHJP

   G01N 21/21 20060101ALN20161226BHJP

   G01N 21/3581 20140101ALN20161226BHJP

【ＦＩ】

   G01J4/04 Z

   G01N22/00 F

   !G01N21/21

   !G01N21/3581

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-546412(P2014-546412)

(86)(22)【出願日】2012年12月4日

(65)【公表番号】特表2015-505042(P2015-505042A)

(43)【公表日】2015年2月16日

(86)【国際出願番号】EP2012074375

(87)【国際公開番号】WO2013087456

(87)【国際公開日】20130620

【審査請求日】2015年12月1日

(31)【優先権主張番号】1161615

(32)【優先日】2011年12月14日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】510309020

【氏名又は名称】セントレ ナショナル デ ラ リシェルシェ サイエンティフィック（セ・エン・エル・エス）

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】ナップ，ヴォイチェフ

(72)【発明者】

【氏名】テッペ，フレドリック

(72)【発明者】

【氏名】ディアコノヴァ，ニーナ

(72)【発明者】

【氏名】ディアコノヴ，マイケル

(72)【発明者】

【氏名】クリメンコ，オレグ

(72)【発明者】

【氏名】ガニチェヴ，セルゲイ

(72)【発明者】

【氏名】ドレクスラー，クリストップ

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２１９４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７０８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１９１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１９３４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５０１１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１０１２９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Jian-Qiang Lu et al.，A Resonant Terahertz Detector Utilizing a High Electron Mobility Transistor，Electron Devices Meeting 1998. IEDM '98. Technical Digest., International，１９９８年，pp. 453-456

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｎ ２２／００

Ｇ０１Ｎ ２１／２１

Ｇ０１Ｎ ２１／３５８１

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の入射波の偏光状態を測定するデバイスであって、
少なくとも１つのソース端子、少なくとも１つのドレイン端子、及び少なくとも１つのゲート端子を備える少なくとも１つの電界効果トランジスタと、
少なくとも前記ゲート端子に接続された、１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の前記入射波を受信するアンテナとを備え、
前記ソース端子及び前記ドレイン端子は、前記ソース端子と前記ドレイン端子との間に存在している電気検出信号を測定する回路に接続され、
１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の前記入射波を受信する前記アンテナは双方向であり、前記電界効果トランジスタ外に設けられ、前記トランジスタの端子と別個であり、前記ソース端子に接続された第１のアンテナ部分と、前記ドレイン端子に接続された第２のアンテナ部分と、前記ゲート端子に接続された第３の双方向アンテナ部分とを備え、
前記第１のアンテナ部分及び前記第３の双方向アンテナ部分は、波の第１の偏光成分を検出するよう構成され、第１の所定の方向に対して同一線上にあり、第１の方向における第１の成分の検出のために、第１のＡＣ検出電圧を前記トランジスタにおいて前記ソース端子と前記ゲート端子との間で発生させ、
前記第２のアンテナ部分及び前記第３の双方向アンテナ部分は、波の第２の偏光成分を検出するよう構成され、第２の所定の方向に対して同一線上にあり、第２の方向における第２の成分の検出のために、第２のＡＣ検出電圧を前記トランジスタにおいて前記ドレイン端子と前記ゲート端子との間で発生させ、
前記第１の方向は前記第２の方向に対して平行でなく、前記第２の方向と同一でなく、
前記トランジスタは、ＤＣ検出電圧を前記ソース端子と前記ドレイン端子との間で電気検出信号として生成するよう構成され、前記ＤＣ検出電圧の一部は、前記トランジスタ内の前記第１のＡＣ検出電圧と前記第２のＡＣ検出電圧との間の干渉による、波の楕円偏光状態によって定められ、回路が、前記ソース端子と前記ドレイン端子との間の前記電気検出信号を測定することにより、前記波の前記楕円偏光状態を解析するために設けられるデバイス。

【請求項2】

請求項１記載のデバイスであって、前記トランジスタは、前記トランジスタのチャネル内の前記第２のＡＣ電圧及び前記第１のＡＣ電圧の特徴的な減衰距離の２倍以下の、前記ソースから前記ドレインまでの方向で採寸したゲートの長さを有するよう構成されるデバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のデバイスであって、前記トランジスタは、

【数1】

に等しい特徴的な減衰距離の２倍以下の、前記ソースから前記ドレインに向かう方向で採寸したゲートの長さを有するよう構成され、ωは波のパルセーションであり、μは前記トランジスタのチャネル内の電子の移動度であり、Ｕは閾値における電圧差であり、Ｕ_ｇｓ＞Ｕ_ｔの場合、Ｕ＝Ｕ_ｔ−Ｕ_ｇｓであり、Ｕ_ｇｓ≦Ｕ_ｔの場合、Ｕ＝ηｋＴ／ｅであり、ここで、Ｕ_ｔは前記トランジスタの閾値電圧であり、Ｕ_ｇｓは前記ゲート端子と前記ソース端子との間に印加されるＤＣバイアス電圧であり、ηは理想係数であり、Ｔは温度であり、ｋはボルツマン定数であるデバイス。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイスであって、前記第１のアンテナ部分は第１のアンテナ・アームを備え、前記第３の双方向アンテナ部分は第３のアンテナ・アームを備え、前記第１のアンテナ・アーム及び前記第３のアンテナ・アームは、波の前記第１の偏光成分の検出のために、互いに対向することにより、前記第１の所定の方向に向けられ、前記第１の方向に対して同一の線上にあり、
前記第２のアンテナ部分は第２のアンテナ・アームを備え、前記第３の双方向アンテナ部分は第４のアンテナ・アームを備え、前記第２のアンテナ・アーム及び前記第４のアンテナ・アームは、波の前記第２の偏光成分の検出のために、互いに対向することにより、前記第２の所定の方向に向けられ、前記第２の方向に対して同一線上にあるデバイス。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか一項に記載のデバイスであって、前記第１の方向及び前記第２の方向は垂直であるデバイス。

【請求項6】

請求項４記載のデバイスであって、前記第１のアームは前記第１の方向に対して対称であるデバイス。

【請求項7】

請求項４記載のデバイスであって、前記第２のアームは前記第１の方向に対して対称であるデバイス。

【請求項8】

請求項４記載のデバイスであって、前記第３のアームは前記第２の方向に対して対称であるデバイス。

【請求項9】

請求項４記載のデバイスであって、前記第４のアームは前記第２の方向に対して対称であるデバイス。

【請求項10】

請求項４記載のデバイスであって、前記第１のアーム及び／又は前記第２のアーム及び／又は前記第３のアーム及び／又は前記第４のアームが三角形状であるデバイス。

【請求項11】

請求項４記載のデバイスであって、前記第１のアーム及び／又は前記第２のアーム及び／又は前記第３のアーム及び／又は前記第４のアームがそれぞれ平面状であるデバイス。

【請求項12】

請求項１乃至１１の何れか一項に記載のデバイスであって、少なくとも１つのブレードを更に備え、前記ブレードは前記入射波の周波数に対する４分の１波長ブレードであり、前記ブレードは、アジマス回転の軸を中心に回転デバイスによって回転させられ、前記ブレードは、前記アンテナに向けて送信するよう前記入射波によって横断されるデバイス。

【請求項13】

請求項１２記載のデバイスであって、時間の関数として回転の軸を中心とした前記ブレードの回転の角度を求めるデバイスが設けられ、
回路が、前記電気検出信号の関数として、かつ、回転の角度の関数として前記楕円偏光状態の差分測定のためにデータ処理デバイスに接続されるデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１０ＧＨｚよりも大きな周波数の入射波の偏光状態を測定するデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

前述の波は更に、サブテラヘルツ又はテラヘルツ（サブＴＨｚ、又はＴＨｚ）波と呼ばれ、又は、ミリ波及びサブミリ波とも呼ばれる。関連する波の周波数の範囲は通常、それぞれ、１０乃至１００ＧＨｚ、１００ＧＨｚ乃至１ＴＨｚ、及び１ＴＨｚ乃至６ＴＨｚの、間隔を空けて配置された３つの部分に分けられる。本明細書では以降、上記３つの周波数範囲は概括的に単一の語ＴＨｚの下で表す。

【0003】

光の偏光状態（及び、特に、その透過、反射、又は散乱楕円率）は、生体組織、及び、表面、固体、気体、プラズマなどの物質の別々の状態又は一部の材料の強力な異方性解析を表す。一部の代表例には、タンパク質・分子の光回転分散及び円偏光二色性による分光法、材料の成長の監視及び制御、プラズマの密度、並びに、イオン化気体内の電界及び磁界を測定するためのトカマク偏光測定がある。同じことが、表面並びに超薄膜の非接触及び非破壊測定にあてはまり、又は、偏光に対する応答性を有する遠隔光学式検出による、地表大気内のエアゾールの成分及び気体の解析にもあてはまる。

【0004】

光の偏光状態に関する情報を生成するための認知された手法の１つは、光路における差の測定に基づく。偏光光の動的楕円率を測定することが必要である場合、時間分解された楕円率は、光検出器に面して配置された、高速で回転するアナライザ・プリズムを介した楕円光の透過によって測定することが可能である。ポンプ・プローブ手法を使用することも考えられる。

【0005】

偏光に対する応答性を有するいくつかのタイプの検出器は、マルチコンタクト光導電体などのＴＨｚ偏光測定において使用される。非特許文献４における円感光起電効果、非特許文献５におけるスピンに依存する起電効果、非特許文献６におけるサーキュラー・フォトン・ドラッグ効果、及び非特許文献７におけるＡＣサーキュラー・ホール効果などの、楕円率をもたらすいくつかのタイプの効果は、非特許文献１、２、３においても提案されている。しかし、透過光又は反射光の偏光度は一般に低く、偏光ＴＨｚ分光法は、より効果的な検出器を欠いている。

【0006】

最近、新たなクラスのＴＨｚ放射検出器が登場している。非特許文献８において行われている提案によれば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）による、ＴＨｚ放射の検出が明らかになっている。

【0007】

ＦＥＴが共振電圧検出器として機能することが非特許文献９、１０、１１，及び１２において示され、又は、ＦＥＴが広帯域検出器、又はいわゆる非共振検出器として機能することが非特許文献１３、１４、１５、及び１６において示されている。

【0008】

非特許文献１７は、検出信号がゲートとソースとの間の電圧の関数として、かつ、波の直線偏光の方向とトランジスタの対称の軸との間の角度の関数として制御される、ＦＥＴによる１００ＧＨｚの波の直線偏光に対する応答性を有する検出器に関する。

【0009】

非特許文献１８には、アンテナ結合ＦＥＴを備える、ＴＨｚ波に対する応答性を有する検出器が開示されている。前述のデバイスは、トランジスタ内のテラヘルツ波を静電結合することにより、かつ、ソースとドレインとの間の電流における修正を使用することによって機能する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖ， Ｊ． Ｋｉｅｒｍａｉｅｒ， Ｗ． Ｗｅｂｅｒ， Ｓ． Ｎ． Ｄａｎｉｌｏｖ， Ｄ． Ｓｃｈｕｈ， Ｃｈ．Ｇｅｒｌ， Ｗ． Ｗｅｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｄ． Ｂｏｕｇｅａｒｄ， Ｇ． Ａｂｓｔｒｅｉｔｅｒ， 及び Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ９１， ０９１１０１ （２００７）」

【非特許文献2】Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖ， Ｗ． Ｗｅｂｅｒ， Ｊ． Ｋｉｅｒｍａｉｅｒ， Ｓ． Ｎ． Ｄａｎｉｌｏｖ， Ｐ． Ｏｌｂｒｉｃｈ， Ｄ．Ｓｃｈｕｈ， Ｗ． Ｗｅｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｄ． Ｂｏｕｇｅａｒｄ， Ｇ． Ａｂｓｔｒｅｉｔｅｒ， 及び Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌによる「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．１０３， １１４５０４ （２００８）」

【非特許文献3】Ｓ． Ｎ． Ｄａｎｉｌｏｖ， Ｂ． Ｗｉｔｔｍａｎｎ， Ｐ． Ｏｌｂｒｉｃｈ， Ｗ． Ｅｄｅｒ， Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌ， Ｌ．Ｅ．Ｇｏｌｕｂ， Ｅ． Ｖ． Ｂｅｒｅｇｕｌｉｎ， Ｚ． Ｄ． Ｋｖｏｎ， Ｎ． Ｎ． Ｍｉｋｈａｉｌｏｖ， Ｓ．Ａ．Ｄｖｏｒｅｔｓｋｙ， Ｖ． Ａ． Ｓｈａｌｙｇｉｎ， Ｎ． Ｑ． Ｖｉｎｈ， Ａ． Ｆ． Ｇ． ｖａｎ ｄｅｒ Ｍｅｅｒ， Ｂ．Ｍｕｒｄｉｎ， 及び Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖによる「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．１０５， ０１３１０６ （２００９）」

【非特許文献4】Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖ， Ｖ． Ｖ． Ｂｅｌ’ｋｏｖ， Ｐｅｔｒａ Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ， Ｅ． Ｌ． Ｉｖｃｈｅｎｋｏ， Ｓ．Ａ．Ｔａｒａｓｅｎｋｏ， Ｗ．Ｗｅｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｄ．Ｗｅｉｓｓ， Ｄ．Ｓｃｈｕｈ， Ｅ．Ｖ．Ｂｅｒｅｇｕｌｉｎ， 及び Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌによる「Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ．， ０３５３１９ （２００３）」

【非特許文献5】Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖ， Ｐｅｔｒａ Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ， Ｖ． Ｖ． Ｂｅｌ’ｋｏｖ， Ｅ． Ｌ． Ｉｖｃｈｅｎｋｏ， Ｓ．Ａ．Ｔａｒａｓｅｎｋｏ， Ｗ．Ｗｅｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｄ．Ｗｅｉｓｓ， Ｄ．Ｓｃｈｕｈ， Ｂ． Ｎ． Ｍｕｒｄｉｎ， Ｐ． Ｊ． Ｐｈｉｌｌｉｐｓ， Ｃ． Ｒ． Ｐｉｄｇｅｏｎ， Ｄ．Ｇ．Ｃｌａｒｋｅ， Ｍ． Ｍｅｒｒｉｃｋ， Ｐ． Ｍｕｒｚｙｎ， Ｅ． Ｖ． Ｂｅｒｅｇｕｌｉｎ， 及び Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌによる「Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ． （Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃ．）， ０８１３０２ （２００３）」

【非特許文献6】Ｈ． Ｄｉｅｈｌ， Ｖ． Ａ． Ｓｈａｌｙｇｉｎ， Ｖ． Ｖ． Ｂｅｌ’ｋｏｖ， Ｃ． Ｈｏｆｆｍａｎｎ， Ｓ． Ｎ． Ｄａｎｉｌｏｖ， Ｔ． Ｈｅｒｒｌｅ， Ｓ． Ａ． Ｔａｒａｓｅｎｋｏ， Ｄ． Ｓｃｈｕｈ， Ｃ． Ｇｅｒｌ， Ｗ． Ｗｅｇｓｃｈｅｉｄｅｒ， Ｗ． Ｐｒｅｔｔｌ 及び Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖによる「Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｐｈｙｓ． ９， ３４９ （２００７）」

【非特許文献7】Ｊ． Ｋａｒｃｈ， Ｐ． Ｏｌｂｒｉｃｈ， Ｍ． Ｓｃｈｍａｌｚｂａｕｅｒ， Ｃ． Ｚｏｔｈ， Ｃ． Ｓｔｒａｎｄｓｔｅｉｎｅｒ， Ｍ．Ｆｅｈｒｅｎｂａｃｈｅｒ， Ｕ． Ｗｕｒｓｔｂａｕｅｒ， Ｍ． Ｇｌａｚｏｖ， Ｓ． Ａ． Ｔａｒａｓｅｎｋｏ， Ｅ．Ｌ．Ｉｖｃｈｅｎｋｏ， Ｄ． Ｗｅｉｓｓ， Ｊ． Ｅｒｏｍｓ， 及び Ｓ． Ｄ． Ｇａｎｉｃｈｅｖによる「Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ９７， １８２１０７ （２０１０）」

【非特許文献8】Ｍ． Ｄｉａｋｏｎｏｖ 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ ４３， ３８０ （１９９６）」

【非特許文献9】Ｗ． Ｋｎａｐ， Ｙ． Ｄｅｎｇ， Ｓ． Ｒｕｍｙａｎｔｓｅｖ 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ８１， ４６３７ （２００２）」

【非特許文献10】Ｘ． Ｇ． Ｐｅｒａｌｔａ， Ｓ． Ｊ． Ａｌｌｅｎ， Ｍ． Ｃ． Ｗａｎｋｅ， Ｎ． Ｅ． Ｈａｒｆｆ， Ｊ． Ａ． Ｓｉｍｍｏｎｓ， Ｍ． Ｐ． Ｌｉｌｌｙ， Ｊ． Ｌ． Ｒｅｎｏ， Ｐ． Ｊ． Ｂｕｒｋｅ， 及び Ｊ． Ｐ． Ｅｉｓｅｎｓｔｅｉｎによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８１， １６２７ （２００２）」

【非特許文献11】Ｇ． Ｃ． Ｄｙｅｒ， Ｊ． Ｄ． Ｃｒｏｓｓｎｏ， Ｇ． Ｒ． Ａｉｚｉｎ， Ｅ． Ａ． Ｓｈａｎｅｒ， Ｍ．Ｃ． Ｗａｎｋｅ， Ｊ． Ｌ． Ｒｅｎｏ， 及び Ｓ． Ｊ． Ａｌｌｅｎによる「Ｊ． Ｐｈｙｓ．： Ｃｏｎｄｅｎｓ． Ｍａｔｅｒ ２１， １９５８０３ （２００９）」

【非特許文献12】Ｅ． Ａ． Ｓｈａｎｅｒ， Ｍａｒｋ Ｌｅｅ， Ｍ． Ｃ． Ｗａｎｋｅ， Ａ． Ｄ． Ｇｒｉｎｅ， Ｊ． Ｌ． Ｒｅｎｏ， 及びＳ．Ｊ． Ａｌｌｅｎによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８７， １９３５０７ （２００５）」

【非特許文献13】Ｄ． Ｂ． Ｖｅｋｓｌｅｒ， Ａ． Ｖ． Ｍｕｒａｖｊｏｖ， Ｖ． Ｙｕ． Ｋａｃｈｏｒｏｖｓｋｉｉ， Ｔ． Ａ． Ｅｌｋｈａｔｉｂ， Ｋ． Ｎ． Ｓａｌａｍａ， Ｘ．−Ｃ． Ｚｈａｎｇ， 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． ５３， ５７１ （２００９）」

【非特許文献14】Ｗ． Ｋｎａｐ， Ｆ． Ｔｅｐｐｅ， Ｙ． Ｍｅｚｉａｎｉ， Ｎ． Ｄｙａｋｏｎｏｖａ， Ｊ． Ｌｕｓａｋｏｗｓｋｉ， Ｆ．Ｂｏｅｕｆ， Ｔ． Ｓｋｏｔｎｉｃｋｉ， Ｄ． Ｍａｕｄｅ， Ｓ． Ｒｕｍｙａｎｔｓｅｖ， 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８５， ６７５ （２００４）」

【非特許文献15】Ｗ． Ｋｎａｐ， Ｖ． Ｋａｃｈｏｒｏｖｓｋｉｉ， Ｙ． Ｄｅｎｇ， Ｓ． Ｒｕｍｙａｎｔｓｅｖ， Ｊ．−Ｑ． Ｌｕ， Ｒ．Ｇａｓｋａ， Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒ， Ｇ． Ｓｉｍｉｎ， Ｘ． Ｈｕ， Ｍ． Ａｓｉｆ Ｋｈａｎ， Ｃ． Ａ． Ｓａｙｌｏｒ， 及び Ｌ． Ｃ． Ｂｒｕｎｅｌによる「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ９１， ９３４６ （２００２）」

【非特許文献16】Ｒ．Ｔａｕｋ， Ｆ．Ｔｅｐｐｅ， Ｓ．Ｂｏｕｂａｎｇａ， Ｄ．Ｃｏｑｕｉｌｌａｔ， Ｗ．Ｋｎａｐ， Ｙ．Ｍ．Ｍｅｚｉａｎｉ， Ｃ． Ｇａｌｌｏｎ， Ｆ． Ｂｏｅｕｆ， Ｔ． Ｓｋｏｔｎｉｃｋｉ， Ｃ． Ｆｅｎｏｕｉｌｌｅｔ−Ｂｅｒａｎｇｅｒ， Ｄ． Ｋ． Ｍａｕｄｅ， Ｓ． Ｒｕｍｙａｎｔｓｅｖ，及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８９， ２５３５１１ （２００６）」

【非特許文献17】Ｍ． Ｓａｋｏｗｉｃｚ， Ｊ． Ｌｕｓａｋｏｗｓｋｉ， Ｋ． Ｋａｒｐｉｅｒｚ， Ｍ． Ｇｒｙｎｂｅｒｇ， Ｗ． Ｋｎａｐ， 及び Ｗ． Ｇｗａｒｅｋによる「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． １０４， ０２４５１９ （２００８）」

【非特許文献18】Ｓ． Ｋｉｍ， Ｊｅｒａｍｙ Ｄ． Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ， Ｐ． Ｆｏｃａｒｄｉ， Ａ． Ｃ． Ｇｏｓｓａｒｄ， Ｄ．Ｈ．Ｗｕ， 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｅｒｗｉｎによる「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ９２， ２５３５０８ （２００８）」

【非特許文献19】Ｗ． Ｋｎａｐ， Ｄ． Ｃｏｑｕｉｌｌａｔ， Ｎ． Ｄｙａｋｏｎｏｖａ， Ｆ． Ｔｅｐｐｅ， Ｏ． Ｋｌｉｍｅｎｋｏ， Ｈ．Ｖｉｄｅｌｉｅｒ， Ｓ． Ｎａｄａｒ， Ｊ． Ｌｕｓａｋｏｗｓｋｉ， Ｇ． Ｖａｌｕｓｉｓ， Ｆ． Ｓｃｈｕｓｔｅｒ， Ｂ．Ｇｉｆｆａｒｄ， Ｔ． Ｓｋｏｔｎｉｃｋｉ， Ｃ． Ｇａｑｕｉｅｒｅ， 及び Ａ． Ｅｌ Ｆａｔｉｍｙによる「Ｃ． Ｒ． Ｐｈｙｓｉｑｕｅ， １１， ４３３ （２０１０）」

【非特許文献20】Ｄ． Ｖｅｋｓｌｅｒ， Ｆ． Ｔｅｐｐｅ， Ａ． Ｐ． Ｄｍｉｔｒｉｅｖ， Ｖ． Ｙｕ． Ｋａｃｈｏｒｏｖｓｋｉｉ， Ｗ． Ｋｎａｐ， 及び Ｍ． Ｓ． Ｓｈｕｒによる「 Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ ７３， １２５３２８ （２００６）」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、前述の文献には、周囲温度において、前述の検出器が、アンテナの設計によって期待されていたものに対して直交偏光を有する波に対してのみ応答するので、上記検出器が直線偏光のみに対する応答性を有するということが示されている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の目的は、入射波の楕円率に対する応答性を有する測定デバイスを提供することである。

【0013】

本発明は、１０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚの周波数の入射波の円偏光状態を測定するデバイスであって、前述の偏光状態の周囲温度における数ピコ秒の時間分解能で測定を行い、実行が単純であり、低コストであるデバイスを提供することを目的とする。特に、上記デバイスは、波の偏光状態の楕円率を検出しなければならない。

【0014】

この目的で、本発明の第１の主題は、１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の入射波の偏光状態を測定するデバイスであり、デバイスは、
少なくとも１つのソース端子、少なくとも１つのドレイン端子、及び少なくとも１つのゲート端子を備える少なくとも１つの電界効果トランジスタと、
少なくともゲート端子に接続された、１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の入射波を受信するアンテナとを備え、
ソース端子及びドレイン端子は、ソース端子とドレイン端子との間に存在している電気検出信号を測定する回路に接続され、
１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の入射波を受信するアンテナは双方向であり、電界効果トランジスタ外に設けられ、トランジスタの端子と別個であり、ソース端子に接続されたアンテナ部分と、ドレイン端子に接続された第２のアンテナ部分と、ゲート端子に接続された第３の双方向アンテナ部分とを備え、
第１のアンテナ部分及び第３の双方向アンテナ部分は、波の第１の偏光成分を検出するよう構成され、第１の所定の方向に対して同一線上にあり、第１の方向における第１の成分の検出のために、第１のＡＣ検出電圧をトランジスタにおいてソース端子とゲート端子との間に発生させ、
第２のアンテナ部分及び第３の双方向アンテナ部分は、波の第２の偏光成分を検出するよう構成され、第２の所定の方向に対して同一線上にあり、第２の方向における第２の成分の検出のために、第２のＡＣ検出電圧をトランジスタにおいてドレイン端子とゲート端子との間に発生させ、
第１の方向は、第２の方向に対して平行でなく、第２の方向と同一でなく、
トランジスタは、ＤＣ検出電圧をソース端子とドレイン端子との間で電気検出信号として生成するよう構成され、検出電圧の一部は、第１のＡＣ検出電圧と第２のＡＣ検出電圧との間のトランジスタ内の干渉による、波の楕円偏光状態によって定められ、回路が、ソース端子とドレイン端子との間の電気検出信号を測定することにより、波の楕円偏光状態を解析するために提供される。

【0015】

本発明の実施例によれば、トランジスタは、トランジスタのチャネル内の第２のＡＣ電圧及び第１のＡＣ電圧の特徴的な減衰距離の２倍以下の、ソースからドレインへ向かう方向で採寸したゲート長を有するよう構成される。

【0016】

本発明の実施例によれば、トランジスタは、

【0017】

【数1】

に等しい特徴的な減衰距離の２倍以下の、ソースからドレインへ向かう方向で採寸したゲート長を有するよう構成され、
ωは波のパルセーション（周波数）であり、μはトランジスタのチャネル内の電子の移動度であり、Ｕは閾値における電圧差であり、Ｕ_ｇｓ＞Ｕ_ｔの場合、Ｕ＝Ｕ_ｔ−Ｕ_ｇｓであり、Ｕ_ｇｓ≦Ｕ_ｔの場合、Ｕ＝ηｋＴ／ｅであり、ここで、Ｕ_ｔはトランジスタの閾値電圧であり、Ｕ_ｇｓはゲート端子とソース端子との間に印加されるＤＣバイアス電圧であり、ηは理想係数であり、Ｔは温度であり、ｋはボルツマン定数である。

【0018】

本発明の実施例によれば、第１のアンテナ部分は第１のアンテナ・アームを備え、第３の双方向アンテナ部分は第３のアンテナ・アームを備え、第１のアンテナ・アーム及び第３のアンテナ・アームは、波の第１の偏光成分の検出のために、互いに対向することにより、第１の所定の方向に向けられ、第１の方向に対して同一の線上にあり、
第２のアンテナ部分は第２のアンテナ・アームを備え、第３の双方向アンテナ部分は第４のアンテナ・アームを備え、第２のアンテナ・アーム及び第４のアンテナ・アームは、波の第２の偏光成分の検出のために、互いに対向していることにより、第２の所定の方向に向けられ、第２の方向に対して同一線上にある。

【0019】

本発明の実施例によれば、第１の方向及び第２の方向は垂直である。

【0020】

本発明の実施例によれば、第１のアームは第１の方向に対して対称である。

【0021】

本発明の実施例によれば、第２のアームは第１の方向に対して対称である。

【0022】

本発明の実施例によれば、第３のアームは第２の方向に対して対称である。

【0023】

本発明の実施例によれば、第４のアームは第２の方向に対して対称である。

【0024】

本発明の実施例によれば、第１のアーム及び／又は第２のアーム及び／又は第３のアーム及び／又は第４のアームは三角形状である。

【0025】

本発明の実施例によれば、第１のアーム及び／又は第２のアーム及び／又は第３のアーム及び／又は第４のアームはそれぞれ平面状である。

【0026】

本発明の実施例によれば、デバイスは更に、少なくとも１つのブレードを備え、ブレードは入射波の周波数に対する４分の１波長ブレードであり、ブレードは、アジマス回転の軸（ＡＸ）を中心に回転デバイス（ＲＯＴ）によって回転するよう設定され、ブレードは、アンテナ（３）に送信するよう前述の入射波によって横断される。

【0027】

本発明の実施例によれば、時間の関数として回転の軸（ＡＸ）を中心としたブレード（ＬＡＭ）の回転の角度（ＡＮＧ）を求めるデバイスが提供され、
回路は、電気検出信号（ΔＵ）の関数として、かつ、回転の角度（ＡＮＧ）の関数として楕円偏光状態の差分測定のためのデータ処理デバイス（ＣＯＭＰ）に接続される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明による測定デバイスの実施例を示す概略図である。

【図2A】測定図におけるデバイスの使用の例を示し、長ゲートの場合の、本発明による測定デバイスのトランジスタのゲート下のチャネル内のＡＣ電圧のプロファイルを示す概略図である。

【図2B】測定図におけるデバイスの使用の例を示し、短ゲートの場合の、本発明による測定デバイスのトランジスタのゲート下のチャネル内の電圧のプロファイルを示す概略図である。

【図3】波の楕円率によりＤＣ電圧の部分を抽出するよう提供される、本発明による測定デバイスの例を示す図である。

【図4】本発明によるデバイスによって検出することが可能な楕円偏光の例を示す図である。

【図5】偏光状態を測定しないが、直線偏光波のみを検出するデバイスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明は、添付図面を参照して、限定でない例によって表しているに過ぎない以下の説明により、更に明確に理解されるであろう。

【実施例】

【0030】

図１は、１０ＧＨｚ乃至３０ＴＨｚの周波数のＴＨｚ又はサブミリ波の波若しくは放射（前述の語は以下では任意に使用している）の偏光状態を測定する測定デバイスを示し、前述の波は以下ではＴＨｚと呼ぶ。

【0031】

測定デバイス１は、ソース端子２１、ドレイン端子２２、及びゲート端子２３を備える少なくとも１つの電界効果トランジスタ２（ＦＥＴと呼ぶ）を備える。前述の端子２１、２２、及び２３は、１つ又は複数の外部電気回路に対するＦＥＴ２の電気的接続を可能にする。

【0032】

１０ＧＨｚ超３０ＴＨｚ未満の周波数の入射ＴＨｚ波を受信する双方向アンテナ３をデバイス１内に設ける。アンテナは、入射波の２つの偏光成分を分離し、一成分をソース側のトランジスタ・チャネルと結合し、別の成分をドレイン側のチャネルと結合することを意図している。アンテナ３は、ソース端子２１、ドレイン端子２２、及びゲート端子２３に接続される。アンテナ３は、ソース端子２１に接続された第１のアンテナ部分３１と、ドレイン端子２２に接続された第２のアンテナ部分３２と、ゲート端子２３に接続された第３の双方向アンテナ部分３３とを備える。アンテナ３はトランジスタＦＥＴ２外に設ける。アンテナ３はトランジスタ２の端子２１、２２、２３とは別個のものである。

【0033】

第１のアンテナ部分３１及び第３の双方向アンテナ部分３３は、波の第１の偏光成分を検出するよう構成され、第１の所定の方向Ｘに対して同一線上にある。入射波の前述の第１の偏光成分は、第１の方向Ｘにおける第１の成分の検出のために、第１のＡＣ検出電圧Ｕをトランジスタ２においてソース端子２１とゲート端子２３との間で生じさせる。

【0034】

第２のアンテナ部分３２及び第３の双方向アンテナ部分３３は、波の第２の偏光成分を検出するよう構成され、第２の所定の方向Ｘに対して同一線上にある。波の前述の第２の偏光成分は、第２の方向Ｙにおける第２の成分の検出のために、第２のＡＣ検出電圧Ｕｄをトランジスタ２においてドレイン端子２２とゲート端子２３との間で生じさせる。

【0035】

第１の方向Ｘは、第２の方向Ｙと平行でなく、上記第２の方向Ｙと同一でなく、例えば、前述の第２の方向Ｙと交差する。

【0036】

ソース端子２１及びドレイン端子２２は、ソース端子２１とドレイン端子２２との間に存在している電気検出信号ΔＵを測定する回路５に接続される。

【0037】

トランジスタ２は、トランジスタ２内の第１のＡＣ検出電圧Ｕｓと第２のＡＣ検出電圧Ｕｄとの間の干渉による、波の楕円偏光状態の検出のために、ＤＣ検出電圧ΔＵをソース端子２１とドレイン端子２２との間の電気検出信号ΔＵとして生成するよう構成される。回路５は、ソース端子２１とドレイン端子２２との間で測定される電圧ΔＵを記録する記録回路である。

【0038】

回路５は、ソース端子２１とドレイン端子２２との間の検出信号ΔＵを測定するために設ける。ＤＣ電圧ΔＵは波の楕円偏光状態に関する情報を含む。このため、ソース端子２１とドレイン端子２２との間の検出電気信号ΔＵは、ＤＣ検出電圧（ΔＵ）であり、この一部は、トランジスタ２内の第１のＡＣ検出電圧Ｕｓと第２のＡＣ検出電圧Ｕｄとの間の干渉による、波の楕円偏光状態によって定められる。

【0039】

楕円偏光は、別々の偏光軸を有する２つの直線成分の重ね合わせとして説明される。

【0040】

本発明によれば、電界効果トランジスタ２は、ＴＨｚ放射の円偏光又は楕円偏光の度合いを測定するために使用することが可能である。

【0041】

ＦＥＴの感度は特に高く（５ｋＶ／Ｗ）であり、その雑音等価電力は１０^−１０Ｗ／Ｈｚ^０．５程度である。

【0042】

アンテナ３の実施例を以下に説明する。

【0043】

第１のアンテナ部分３１は第１のアンテナ・アーム４１ａを備える。

【0044】

第３の双方向アンテナ部分３３は第３のアンテナ・アーム４１ｂを備える。

【0045】

第１のアンテナ・アーム４１ａ及び第３のアンテナ・アーム４１ｂは第１の所定の方向Ｘに向けられ、第１のアンテナ・アーム４１ａは、第１の方向Ｘに対して同一線上の、反射波の第１の偏光成分の受信のために、第３のアンテナ・アーム４１ｂに対向している。

【0046】

第２のアンテナ部分３２は第２のアンテナ・アーム４２ａを備える。

【0047】

第３の双方向アンテナ部分３３は第４のアンテナ・アーム４２ｂを備える。

【0048】

第２のアンテナ・アーム４２ａ及び第４のアンテナ・アーム４２ｂは第２の所定の方向Ｙに向けられ、第２のアンテナ・アーム４２ａは、反射波の第２の偏光成分の受信のために、第４のアンテナ・アーム４２ｂに対向し、第２の方向Ｙに対して同一線上にある。

【0049】

第１のアンテナ部分３１及び第３の双方向アンテナ部分３３は、アンテナのアーム４１ａ及び４１ｂを通って進む方向に対応する好適な第１の放射偏光軸を画定するよう構成される。アンテナ・アーム４１ａ、４１ｂは例えば、同じ第１の所定の方向Ｘに向けられる。好適な第１の放射偏光軸は例えば、第１の方向Ｘである。

【0050】

第２のアンテナ部分３２及び第３の双方向アンテナ部分３３は、アンテナのアーム４２ａ及び４２ｂを通って進む方向に対応する好適な第２の放射偏光軸を画定するよう構成される。２つのアンテナ・アーム４２ａ、４２ｂは例えば、同じ第２の所定の方向Ｙに向けられる。好適な第２の放射偏光軸は例えば、第２の方向Ｙである。

【0051】

アーム４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは例えば、金属化される。

【0052】

例えば、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙは垂直である。

【0053】

実施例では、第１のアーム４１ａは第１の方向Ｘに対して対称である。

【0054】

実施例では、第２のアーム４１ｂは第１の方向Ｘに対して対称である。

【0055】

実施例では、第３のアーム４２ａは第２の方向Ｙに対して対称である。

【0056】

実施例では、第４のアーム４２ｂは第２の方向Ｙに対して対称である。

【0057】

実施例では、第１のアーム４１ａ及び／又は第２のアーム４１ｂ及び／又は第３のアーム４２ａ及び／又は第４のアーム４２ｂは三角形状であり、例えば、４１ａ及び４１ｂの場合、方向Ｘに対する対称性により、４２ａ及び４２ｂの場合、方向Ｙに対する対称性により、二等辺三角形である。

【0058】

実施例では、第１のアーム４１ａ及び／又は第２のアーム４１ｂ及び／又は第３のアーム４２ａ及び／又は第４のアーム４２ｂはそれぞれ、平面状である。

【0059】

図１に示す実施例では、アーム４１ａ及び４１ｂは第１の方向Ｘに対して対称であり、アーム４２ａ、４２ｂは第２の方向Ｙに対して対称であり、アーム４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂはそれぞれ、三角形状及び平面状であり、例えば、同一平面内で二等辺三角形である。

【0060】

アンテナ・アーム４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは例えば、方向Ｘ又はＹを中心とした扇形部分を占める。

【0061】

アンテナ・アーム４１ａ、４１ｂはそれぞれ、例えば０°乃至１８０°、特に２０°乃至４０°の総開口を有する扇形部分を占める。

【0062】

アンテナのサイズは、入射波の波長に適合させており、部分３１、３２、３３毎に３００μｍ乃至３ｍｍ程度のものである。

【0063】

例えば、図１では、三角形状アーム４１ａ、４１ｂは、方向Ｘに５００μｍの長さを有する垂直二等分線を有し、三角形状アーム４２ａ、４２ｂは、方向Ｙに５００μｍの長さを有する垂直二等分線を有し、アーム４１ａ、４１ｂはそれぞれ、３０°に等しいアンテナ総開口を有する扇形部分を占め、アンテナ・アーム４２ａ、４２ｂはそれぞれ、３０°に等しい総開口を有する扇形部分を占める。

【0064】

第３のアンテナ部分３３の双方向性により、入射波の第１の偏光成分を第１のアンテナ部分及び第２のアンテナ部分が受信することが可能になり、第１の偏光成分と別の、入射波の他方の第２の偏光部分を第２のアンテナ部分及び第３のアンテナ部分が受信することが可能になる。このために、アンテナの第３の部分は、一アーム、又は、ストランド若しくは別のやり方で互いに接続された、いくつかのアームを備え得る。

【0065】

図面では、ＧはＦＦＴ２のゲートを表し、ＳはＦＥＴ２のソースを表し、ＤはＦＥＴ２のドレインを表し、前述の電界トランジスタ２は、知られているように、ソースＳとドレインＤとの間のチャネルをゲートＧ下に備える。

【0066】

例証された実施例では、限定でない実施例として、第３の双方向アンテナ部分３は、ゲートに対するアーム４１ｂの接続用の第３のストランド３３１、及びゲート端子２３に対するアーム４２ｂの接続用の第４のストランド３３２を備える。第３のストランド３３１は例えば、第１の方向Ｘに向けられる。第４のストランド３３２は例えば、第２の方向Ｙに向けられる。ストランド３３１及び３３２は例えば、互いに接続され、更に、接続分岐３４により、ゲート端子２３にも接続される。

【0067】

限定でない図示した実施例では、ストランド３３１はアーム４１ｂに沿った方向に向けられる。図示した実施例では、第２のストランドはアーム４２ｂに沿った方向に向けられる。

【0068】

第１のアンテナ・アーム４１ａからソース端子２１への接続用の第１の接続ストランド３１１を設ける。

【0069】

第２のアンテナ・アーム４２ａからドレイン端子２２への接続用の第２の接続ストランド３２１を設ける。

【0070】

限定でない図示した実施例では、第３のストランド３３１は第４のストランド３３２に対して垂直である。

【0071】

アンテナ３は２つの部分（すなわち、ソース部分及びドレイン部分）に分けることが可能である。偏光軸Ｘ及びＹは例えば、互いに垂直であり、したがって、楕円偏光又は円偏光した放射の潜在的な検出を可能にする。この場合、入射放射の偏光の成分は、ソース側の電子プラズマ、及びドレイン側の他方の成分を励起する。ゲートが十分短い場合、ドレイン側及びソース側のプラズマの励起のゾーンがチャネル内で重なる。この結果は、一定のドレイン・ソース電圧ΔＵとなり、その一部は、２つの励起間の干渉によるものである。前述の干渉の振幅は、波の偏光が円形になるにつれて増大する。直線偏光の場合、干渉による電圧の振幅はゼロに等しい。

【0072】

ゲートが十分短くない場合、プラズマ励起は、干渉することなく平滑化され、一定のドレイン・ソース電圧ΔＵは光の楕円率に関する情報を含んでいない。

【0073】

実施例では、トランジスタＦＥＴ２は、例えば、ゲートの長さＬｇがチャネルの長さ（ソースからドレインまでの長さ）に等しいＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）型のもの、又はゲートの長さＬｇがチャネルの長さ（ソースからドレインまでの長さ）未満であるＨＥＭＴ型（高電子移動度トランジスタ）のものであり得る。

【0074】

本発明の実施例によれば、トランジスタ２は、トランジスタ２のチャネル内の第２のＡＣ電圧Ｕｄ及び第１のＡＣ電圧Ｕｓの特徴的な減衰距離Ｌの２倍以下の、ソースＳからドレインＤへ向かう方向で採寸したゲートＧの長さＬｇを有するよう構成される。

【0075】

Ｌｇ ≦２Ｌである。

【0076】

この実施例は図２Ｂに示す。

【0077】

本発明の実施例によれば、トランジスタ２は、

【0078】

【数2】

に等しい特徴的な減衰距離Ｌの２倍以下の、ソースＳからドレインＤへ向かう方向で採寸したゲートＧの長さＬｇを有するよう構成される。

【0079】

ここで、ωは波のパルセーション（周波数）であり、μはトランジスタ２のチャネル内の電子の移動度であり、Ｕは閾値における電圧差であり、Ｕ_ｇｓ＞Ｕ_ｔの場合、Ｕ＝Ｕ_ｔ−Ｕ_ｇｓであり、Ｕ_ｇｓ≦Ｕ_ｔの場合、Ｕ_ｔ＝ηｋＴ／ｅであり、ここで、Ｕ_ｔはトランジスタ２の閾値電圧であり、Ｕ_ｇｓはゲート端子とソース端子との間に印加されるＤＣバイアス電圧であり、ηは理想係数であり、Ｔは温度であり、ｋはボルツマン定数である。１ＴＨｚの入射周波数、３００ ｃｍ２／Ｖ．ｓの移動度μ、及び閾値１００ｍＶにおける電圧差Ｕの場合、特徴的な減衰距離Ｌは２１．８ｎｍである。ゲート長Ｌｇはしたがって、４３．６ｎｍ以下でなければならない。

【0080】

３００ＧＨｚの周波数、及び同じ他の電圧差Ｕ及び移動度μの値の場合、特徴的な減衰距離Ｌは３９．８ｎｍである。ゲート長Ｌｇはしたがって、７９．６ｎｍ以下でなければならない。

【0081】

３００ＧＨｚの周波数、２０００ ｃｍ２／Ｖ．ｓの電子移動度、及び１００ ｍＶの電圧差Ｕの場合、減衰距離Ｌは１０２．８ ｎｍである。ゲート長はしたがって、２０５．６ ｎｍ以下でなければならない。

【0082】

例えば、ＭＯＳＦＥＴのトランジスタ２の場合、チャネルの長さは、ドレインからソースまでの長さと同様に１００ｎｍである。

【0083】

図１によるデバイスは放射の円偏光又は楕円偏光の検出を可能にする。トランジスタ２のチャネルの長さは、減衰されられる前に、ドレイン側の電子ガスの擾乱がソース側の擾乱と混合するほど十分短い。Ｘ及びＹは、ソース側の励起及びドレイン側の励起それぞれを可能にするアンテナの２つの部分の偏光軸である。

【0084】

図２Ａ及び図２Ｂでは、ゲートＧ、及びゲートＧ下に配置されたチャネルの長さを、ドレインＤとソースＳとの間の長軸ｘ’に沿って示す。図２Ａでは、ゲート長（Ｌ_ｇ）は長く（Ｌ_ｇ＞２Ｌ）、Ｌはプラズマ波の減衰距離である。図２Ｂでは、ゲート長は短い（２Ｌ＞Ｌ_ｇ）。

【0085】

図２Ａは、チャネルが、減衰距離の２倍よりも長い場合を表す。電子ガスの２つの擾乱は、チャネルの中央において重なり合っておらず、よって、２つの信号の混合は存在せず、トランジスタはよって、楕円偏光を検出することが可能でない。直線偏光のみを検出することが可能である。例えば、（説明を単純にするために）偏光軸が方向Ｘと一致した場合、ＡＣ電圧Ｕｓがソース端子とゲート端子との間で生成されるに過ぎず、ドレイン端子とゲート端子との間のＡＣ電圧Ｕｄはゼロに等しい。DＵ_{ｌｉｎｅａｒＸ}と呼ばれる検出信号DＵはソース端子とゲート端子との間のＤＣ電圧によって定められる。偏光軸が方向Ｙと一致した場合、ＡＣ電圧Ｕｄがドレイン端子とゲート端子との間で生成されるに過ぎず、ソース端子とゲート端子との間のＡＣ電圧Ｕｓはゼロに等しい。検出信号ΔＵ（すなわち、DＵ_{ｌｉｎｅａｒＹ}）はDＵ_{ｌｉｎｅａｒＸ}と符号が逆であり、それにより、アンテナ及びトランジスタも直線偏光状態に対する応答性を有するデバイスとなる。

【0086】

図２Ｂは、チャネルが減衰距離の２倍以下である場合に対応する。すなわち、ドレイン側及びソース側の２つの擾乱はチャネルの中央に到着した際に完全に減衰しておらず、混合し、よって、楕円偏光の検出が可能になる。ΔＵ_{ｃｉｒｃｕｌａｒ}と呼ばれる検出信号ΔＵは、励起の重なり合いゾーンのサイズによって影響を受ける。前述のゾーンにおいて生成されるＤＣ電圧の一部の（負又は正の）符号は放射の円偏光状態（右円形又は左円形）によって定められる。

【0087】

本発明による測定デバイスを使用する可能性の１つは、図３による実験デバイスである。図３は、光の偏光状態を測定するためのデバイスの実験的かつ任意的な実施例を示し、本発明による測定デバイスの用途に限定されるものでない。

【0088】

前述の任意的な実施例によれば、
少なくとも１つのブレードＬＡＭであって、ブレードは、入射波の周波数に対して４分の１の波長のブレードであり、ブレードは、回転のアジマス軸ＡＸを中心として回転デバイスＲＯＴによって回転させられ、ブレードは、アンテナ３に送信するために前述の入射波によって横断させられるブレード、
時間の関数として回転の軸ＡＸを中心としてブレードＬＡＭの回転の角度ＡＮＧを求めるためのデバイス、及び
電気検出信号ΔＵの関数として、かつ、回転の角度ＡＮＧの関数としての楕円偏光状態の差分測定のための、データ処理デバイスＣＯＭＰに接続される回路
も提供される。

【0089】

当然、本発明による測定デバイスは前述の特徴を有しないことがあり得、前述の特徴はそれぞれ、任意的である。

【0090】

したがって、他の実施例では、入射波ＴＨｚはアンテナ３に直接到達することが可能である。

【0091】

図３に示すデバイスの任意的な実施例は、位相遅延ブレードＬＡＭ（λ／４ブレード）の回転の角度の関数としての、トランジスタのチャネルの端子におけるＤＣ電圧の測定に基づく。ソースとドレインとの間の前述の測定電圧は、ソース側及びドレイン側に発生している電子ガスの２つの擾乱間の混合によって生じる入射波の楕円率に関する情報を含む（図４参照）。前述の図では、未知の偏光のＴＨｚ放射が、アジムス回転している４分の１波長ブレードを通って進み、上述した楕円偏光テラヘルツの検出器１を照射する。アジマス角度の関数としての、ＴＨｚ波の楕円率における変化によって生じるソース・ドレイン信号の強度の変動が、コンピュータＣＯＭＰによって記録され、処理される。λ／４（ここで、λはＴＨｚ入射波の波長である）ブレードの回転のアジマス角度の関数として記録された信号は、ＴＨｚ入射波の偏光軸の再構成及び楕円率の差分測定を可能にする。

【0092】

時間の関数として、回転の軸を中心としたブレードの回転の角度（ＡＮＧ）を求めるデバイスは例えば、回転ドライブ・デバイスＲＯＴであり得る。データ処理デバイスは、例えば、第１の方向Ｘにおける第１の偏光成分Ｅ_ｘ及び第２の方向Ｙにおける第２の偏光成分Ｅ_ｙの数値Ｅ_ｘ及びＥ_ｙを求めることを可能にする。

【0093】

検出器が測定を行うことが可能な速度により、潜在的に、偏光時間測定デバイスに使用することが可能になる。数ピコ秒程度の超高速変動は、実際には、上述した楕円偏光検出器によって監視することが可能である。前述の構成では、測定速度を制限する要因はしたがって、４分の１波長ブレードの回転の速度である。

【0094】

直線偏光又は円偏光のＴＨｚ検出の機構は以下に図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。単純化されたやり方では、対向端に近付くにつれて指数関数的に減少する、チャネルの一方端における電子ガスの励起は、チャネルの端子におけるＤＣ電圧ΔＵにつがなる。電圧が減少する特性距離は、パラメータＬによって定められる。チャネルが長い（Ｌ_ｇ＞２Ｌである）場合、一方端におけるプラズマの励起は他方端に到達せず、ＤＣ電圧ΔＵはゲート下でゼロに降下する。チャネルが短い（２Ｌ＞Ｌ_ｇである）場合、プラズマは、一方端と他方端との間で減衰されられることにより、ゲート下で領域全体において励起される。直線偏光放射の検出の場合、電子の密度の波の励起はチャネルの一方端のみで生じ、検出信号ΔＵ_{ｌｉｎｅａｒ}は、ゲートの両端のＤＣ電圧の差によって定められる（図２Ａ）。十分長いゲートの場合、前述の差（及び、よって、検出量）は最大である。これは１／ｘ’でゲートの長さによって減少する（図２Ｂ）。円偏光又は楕円偏光を有する放射の検出の場合、電子ガスの励起はチャネルの両側で生じ、検出信号ΔＵ_{ｃｉｒｃｕｌａｒ}は、励起の重なり合いゾーンのサイズ、及びチャネルの端子において生じるＤＣ電圧の値によって定められる（図２Ｂ）。

【0095】

ＴＨｚ放射の偏光のタイプを解析するために、短ゲートのトランジスタ（２Ｌ＞Ｌ_ｇ）を使用することが好ましい。実際に、ゲートが長い（Ｌ_ｇ＞＞２Ｌ、図２Ａ、図２Ｃ）場合、直線偏光の検出のみが可能である（２Ａ）。短ゲートの場合（図２Ｂ）、信号の変動は、楕円及び／又は直線のものに対する円形構成の偏光の変動のみにより得る。更に、励起の重なり合いゾーンにおいて形成される信号の符号の変化は、偏光ベクトルの回転の方向の変化に対応する。

【0096】

トランジスタの非線形特性は、入射放射によって生じる交流電流のＤＣ電圧への整流をもたらす。光応答は、入射放射電力に比例する、ソースとドレインとの間に生じるＤＣ電圧（又は電流）を含む。対象のトランジスタのチャネルの長さは、入射波の波長よりもずっと短い。チャネルは更に、金属ゲートによって完全に覆われている。

【0097】

直線偏光放射の検出の場合、ソースとドレインとの間の非対称性が、ドレイン・ソース光起電力を誘起するために必要である。円偏光放射又は楕円偏光放射の検出の場合、入射放射の偏光状態を表すドレイン・ソース光起電力を発生させるために、検出される偏光成分毎にソースとドレインとの間の非対称性を有することが必要である。このため、アンテナ全体がソースとドレインとの間で対称であり得る。本発明によれば、前述の非対称性は、ゲート・ドレイン・アンテナ４２ｂ、３２及びソース・ゲート・アンテナ３１、４１ｂに起因する（図１参照）。

【0098】

ＴＨｚ検出器としてのＦＥＴの動作速度は放射の周波数ω及びゲート長Ｌｇに依存する。重要なパラメータはωτであり、ここで、τは電子のモーメントの緩和時間である。前述のパラメータの値は、プラズマ波が、入射放射により、チャネル内で励起される（ωτ＞１）か、又は励起されない（ωτ＜１）かを定める。最も頻度の高いケースは、プラズマ発振が強く減衰させられるか、又は電荷密度の擾乱に変換され、トランジスタＦＥＴが広帯域検出器として機能するような、ωτ＜１の場合と考えられる。

【0099】

更に、一実施例によれば、ゲート長Ｌｇは、特性減衰距離Ｌの２倍以下でなければならない。ソースにおいて誘起される交流電流は次いで、Ｌ程度の距離で、ゲート下のチャネルに伝播し得る。ゲート長Ｌｇが減衰距離Ｌよりもずっと大きい場合、光起電力が、ソース接触に非常に近い領域内で発生し、したがって、長さＬｇに依存しない。しかし、Ｌｇ＜Ｌの場合、光起電力はＬ／Ｌｇとして減少する。

【0100】

ソース（ｘ＝０）における境界条件は以下の通りである。すなわち、
（Ｕ＋ｚ_ｓＩ）_ｘ＝０＝Ｕ_ｓｃｏｓ（ωｔ） （２）
であり、ここで、Ｕ及びＩはそれぞれ、ソース・ゲートＡＣ電圧及びチャネル交流電流であり、ｚ_ｓは、ソース・ゲート接触に対する実効アンテナ３１、４１ｂのインピーダンスであり、Ｕ_ｓは、開回路状態におけるアンテナによって供給されるＡＣ電圧である。

【0101】

数量Ｕｓは、
Ｕ_ｓ^２＝βα_ｓＪ （３）
の関係により、着信放射の強度Ｊ、及びアンテナの感度βに関連付けられる。

【0102】

感度βα_ｓは周波数に依存する。

【0103】

同様な限度に関する条件を、係数ｓをｄで置換することにより、ドレイン側（ｘ＝Ｌ_ｇ）で課さなければならない。関連するパラメータは、アンテナのインピーダンスｚ_ｓとトランジスタのインピーダンスＺとの間の比である。トランジスタのインピーダンスＺはチャネルの長さ、ゲートのバイアス電圧、及び放射の周波数に依存する。ｚ_ｓ＜＜Ｚという限定の場合、境界条件は（Ｕ）_ｘ＝０＝Ｕ_ｓｃｏｓ（ωｔ）に縮減され、逆限定方向ｚ_ｓ＞＞Ｚでは、（ｚ_ｓＩ）_ｘ＝０＝Ｕ_ｓｃｏｓ（wｔ）と表し得る。第１の限定の場合は、ソース接触とゲート接触との間でのみ放射が印加されるという仮定で、［８，１９，２０］として上述しており、Ｕ_０＝Ｕ_ｇ−Ｕ_ｔｈ＞０の場合、光応答は、式(４）

【0104】

【数3】

で表す。

【0105】

Ｕ_０≦０である場合については、非特許文献１５で検討されている。トランジスタの光応答が閾値付近で最大値を有しているということが明らかとなっている。閾値ｆ（Ｕ_ｇ）を下回る領域内のゲート・バイアスの関数としての光応答の依存性は、トランジスタのインピーダンス及びゲート漏れＤＣ電流に依存する。よって、式（３）を使用して、ＤＣ光起電力は、

【0106】

【数4】

として書き直し得る。

【0107】

ここで、関数ｆ（Ｕ_ｇ）は非特許文献１５に開示されている。正のＵ_０の場合、ｆ＝１／４Ｕ_０である。

【0108】

標準的な手法に対して、本発明では、放射はトランジスタの両側から供給される。すなわち、トランジスタのチャネルとの放射結合は、２つの実効アンテナによってモデル化され、その一方は、ソースとゲートとの間の第１のＡＣ電圧Ｕ_ｓを発生させ、その他方は、ドレインとゲートとの間の第２のＡＣ電圧Ｕ_ｄを発生させる（図１参照）。光応答δＵ_ｓ及びδＵ_dに対する前述の入力の寄与分は、逆の符号を有し、よって、それぞれの振幅及び位相が等しい場合、結果として生じる光応答はゼロである。

【0109】

一般的なケースでは、光起電力応答は、

【0110】

【数5】

で表される。ここで、

【0111】

【数6】

である。

【0112】

第１のＡＣ電圧Ｕｓは、ドレインに向けてチャネル内に伝播する、チャネルのソース側の電荷の密度の第１の擾乱を発生させる。

【0113】

第２のＡＣ電圧Ｕｄは、ソースに向けてチャネル内に伝播する、チャネルのドレイン側の電荷の密度の第２の擾乱を発生させる。

【0114】

トランジスタは、ソース端子２１とドレイン端子２２との間のＡＣ電圧Ｕｓ及びＵｄそれぞれによって発生する第１の擾乱及び第２の擾乱の間の、波の楕円偏光状態に対する応答性を有する干渉を発生させるよう構成される。前述の干渉は、波の楕円偏光状態に対する応答性を有する、ソースとドレインとの間の直流電気信号の一部に起因する。

【0115】

前述の式では、β_ｓ及びβ_ｄはソース・ゲート・アンテナ部分３１、４１ｂ及びドレイン・ゲート・アンテナ部分３２、４２ｂの感度であり、関数ｆｓ（Ｕ_ｇ）及びｆｄ（Ｕ_ｇ）は、チャネルのソース側及びドレイン側から発生するゲートのバイアス電圧の関数としての光応答を表す。

【0116】

以下の実験結果が示すように、
(i)アンテナの効率は、入射放射の周波数に大きく依存し、
(ii)２つの実効アンテナは、放射の偏光に対する応答性を有し、その一方は特に、Ｘによる偏光Ｅ_ｘに対する応答性を有し、他方はＹによる偏光Ｅ_ｙに対する応答性を有する。楕円偏光の場合、ソース及びドレインに対する交流信号は、非ゼロ角度θ（円偏光放射θ＝±π／２）の場合の、例えば図４で例示の目的で示すような、第１の方向Ｘにおける第１の偏光成分Ｅｘと、第２の方向Ｙにおける第２の偏光成分Ｅｙとの間の角度θ）だけ、移相させられる。結果として生じる光起電力δＵ_ｓｄには、

【0117】

【数7】

に比例する更なる干渉項が付与される。前述の項は、（θの符号である）入射放射の楕円率に対する応答性を有し、βｓがほぼβｄに等しい場合、影響力が強い。

【0118】

概括的には、

【0119】

【数8】

である。

【0120】

干渉による波の楕円偏光状態の検出のためのＤＣ検出電圧ΔＵは、

【0121】

【数9】

である。

【0122】

概括的には、Ｕ_ｓは１００ｍＶ未満である。概括的には、Ｕ_ｄは１００ｍＶ未満である。

【0123】

数値例では、例えば、ｔａｎθ＝４及びｓｉｎθ＝０．９７であるθ≒７６°の場合、
ｙ軸上の入射電力：

【0124】

【数10】

であり、
Ｕ_aは、ソースとゲートとの間でアンテナ上で誘起される電圧の振幅であり、
Ｚ_ｓは、ソース・ゲート接触の実効アンテナのインピーダンスであり、

【0125】

【数11】

であり、かつ、

【0126】

【数12】

であり、
ηは理想係数であり、ｋ_Ｂはボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、ｅは電荷である。

【0127】

【数13】

Ｚ＝１０ｋΩはチャネルのインピーダンスであり、Ｓ_ａｎｔはアンテナの表面であり、Ｓ_ｂｅａｍは
アンテナの表面であり、アンテナの平面内のビームの表面である。

【0128】

この場合、

【0129】

【数14】

であり、Ｕ_ａ^２＝１０^−１Ｖ^２であり、
Ｕ_ａ＝３１６ｍＶである。

【0130】

したがって、

【0131】

【数15】

である。

【0132】

よって、Ｘ軸上の入射電力は、

【0133】

【数16】

である。ここで、Ｕ_ｂは、ソースとゲートとの間でアンテナ上で誘起される電圧の振幅であり、よって、

【0134】

【数17】

であり、

【0135】

【数18】

となる。

【0136】

前述の例における、干渉による波の楕円偏光状態の検出のためのＤＣ検出電圧ΔＵは、

【0137】

【数19】

である。

【0138】

これまで、ＴＨｚ偏光分析法は、単に円偏光検出器及び楕円偏光検出器が欠如しているによって開発されていなかった。前述の欠如は、本発明によって解消することが可能である。

【0139】

潜在的には、ＴＨｚ偏光分析法は、種々のＴＨｚ放射源や、種々の材料及びそれらの特性の同定についての極めて重要な研究の領域である。ＴＨｚ偏光分析法の潜在的な応用分野と、光学領域の潜在的な応用分野との関係を例にとることが可能である。実際に、偏光光と材料との相互作用により、多くの適用分野における発展が可能になっている。これは、主に、固体の固有の構造の解明の他、（偏光顕微鏡検査法による）生体の解明、量子飛躍、及び遠隔物体の天体物理学測定に基づく。一般に、ツールとしての光の偏光は、材料の弾性拘束、光異方性材料の構造、（機械的、音響的、電気的、光子的）異方性擾乱の分野における気体、液体及び固体の挙動等などの物質の種々の異方性の研究に利用される。

【0140】

ＴＨｚ波の偏光に関する情報は更に、ＴＨｚ領域内の既存の応用分野の発展に更なるはずみをつける。このため、製品品質管理のために、ＴＨｚ偏光分析法は、隙間及び空洞の形態における材料の透明性に影響を及ぼす不具合のみならず、透過光の偏光のみに影響を及ぼす、応力及び内部電圧による不具合をも解明することが可能である。生体物質を含む有機物質の非破壊化学分析に関しては、偏光測定は、単純な分光法研究から抽出することが不可能な追加情報を提供することが可能である。円偏光の使用は電気通信の分野においても効果的である。直線偏光放射の場合、受信器を入射波の偏光に応じて配置するものとする。更に、円偏光の場合、受信器の更なる調整は不要である。

【0141】

よって、ＴＨｚ偏光分析法の進展により、放射の電力及び周波数の規定に基づいたＴＨｚ分析の既存の方法を補完することが可能である。その結果、ＴＨｚ領域内で研究された物体に対する情報全てを得ることが可能である。

【0142】

応用分野には、品質管理の分野における画像解析のためのＴＨｚ偏光分析法があり得る。考えられる別の応用分野には、実験室の装置の特徴付け（例えば、ＴＨｚレーザ）、又は材料の特徴付け（例えば、バイオ製品）があり得る。

【0143】

周囲温度で特定のＴＨｚ放射の偏光を測定するための新たな装置を提案している。前述の装置は、２Ｄアンテナ、テラヘルツ放射を整流する電界効果トランジスタ、読み出し回路、及び保護ケースを備える。本発明が新しいことは、ＴＨｚ放射の偏光を求めるためにＦＥＴを使用すること、及び円偏光ＴＨｚ放射の検出のために前述のＦＥＴを使用することを可能にするアンテナの設計に依存している。本出願では、例えば、直角を成しており、３つのトランジスタ接触（ソース、ドレイン、及びゲート）に接続された３つの部分を備えたアンテナについて提案している。前述の幾何構造により、ＴＨｚ放射の直交偏光成分が検出される。前述の２つの成分は、チャネルのそれぞれの側（ソース及びドレイン）でＦＥＴトランジスタを励起する。トランジスタ・チャネルが比較的短い場合、励起は混合し、ソースとドレインとの間のＤＣ電圧を有する信号をもたらす。デバイスは、測定された信号の符号の変化により、ビームの偏光ヘリシティの（右円形から左円形への）変化を求める。

【0144】

図５では、アンテナは、トランジスタのゲート及びソースに接続された２つのローブのみを有する。アンテナは、Ｘ軸に沿った直線偏光放射に対する応答性を有する。前述の放射は、トランジスタのチャネル内でゲートとソースとの間で電子密度波を励起する。ゲート下の前述のチャネルの励起により、検出信号であるドレイン・ソースＤＣ電圧ΔＵが発生する。Ｘ軸に対して垂直な偏光成分があっても、電子ガスの励起には寄与せず、よって、トランジスタによって検出することが可能でない。

【0145】

図５では、電界効果トランジスタのＴＨｚアンテナは、直線偏光放射のみの検出を可能にする。Ｘはアンテナの偏光の軸であり、Ｄはドレインであり、Ｓはソースであり、Ｇはゲートであり、ΔＵは検出信号である。

【0146】

本発明は、ＴＨｚ放射の円偏光又は楕円偏光を直接、測定する。実際には、デバイスの端子において測定された電圧の値は、対象の放射の偏光軸及び角度を直接求めることを可能にする。本発明の特徴は、その高速性、その低内部雑音、その使いやすさ、その非常に低い生産コスト、及びそのアレイへの一体化の可能性（マルチ画素測定）、及びその小寸法にある。デバイスは周囲温度で動作し、その低消費電力によっても特徴付けられる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】