特許 6363511 テラヘルツ波時間波形取得装置

(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】6363511

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】テラヘルツ波時間波形取得装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3586 20140101AFI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3586

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-2053(P2015-2053)

(22)【出願日】2015年1月8日

(65)【公開番号】特開2016-125976(P2016-125976A)

(43)【公開日】2016年7月11日

【審査請求日】2017年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100110582

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 昌聰

(72)【発明者】

【氏名】中西 篤司

(72)【発明者】

【氏名】堀田 和希

(72)【発明者】

【氏名】安田 敬史

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１７５１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２２９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０２３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０６４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１０４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５１６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第２５３８１８６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１８８６６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

Ｇ０２Ｂ ５／００−５／１３６

Ｇ０２Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス光を出力する光源と、
前記光源から出力されたパルス光を分岐して、一方の分岐光をポンプ光として出力するとともに、他方の分岐光をプローブ光として出力する分岐部と、
前記分岐部から出力されたポンプ光を入力することでテラヘルツ波を発生し出力するテラヘルツ波発生素子と、
前記テラヘルツ波発生素子から出力され測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波を入力するとともに、前記分岐部から出力されたプローブ光を入力して、これらテラヘルツ波とプローブ光との間の相関値を検出するテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波発生素子から前記テラヘルツ波検出素子までのテラヘルツ波の光路上に設けられ、テラヘルツ波に対する屈折率が温度に依存する材料からなり、温度に応じた遅延をテラヘルツ波に与える遅延付与媒質と、
前記遅延付与媒質の温度を調整する温度調整部と、
前記温度調整部により前記遅延付与媒質の温度を各値に設定したときに前記テラヘルツ波検出素子により検出された前記相関値に基づいて、前記テラヘルツ波検出素子に入力されたテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得する解析部と、
を備えるテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項2】

前記遅延付与媒質が、テラヘルツ波を入力面から内部に入力し、テラヘルツ波を内部において反射させながら伝搬させた後、テラヘルツ波を出力面から外部へ出力する、
請求項１に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項3】

前記遅延付与媒質が、テラヘルツ波を内部において反射させながら伝搬させる際に該テラヘルツ波を平行光または収斂光にする反射面を有する、
請求項２に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項4】

前記遅延付与媒質と前記テラヘルツ波発生素子とが一体化されている、
請求項１〜３の何れか１項に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項5】

前記遅延付与媒質と前記テラヘルツ波検出素子とが一体化されている、
請求項１〜４の何れか１項に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項6】

前記光源から前記分岐部まで前記パルス光を導光するパルス光導光用光ファイバと、
前記分岐部から前記テラヘルツ波発生素子まで前記ポンプ光を導光するポンプ光導光用光ファイバと、
前記分岐部から前記テラヘルツ波検出素子まで前記プローブ光を導光するプローブ光導光用光ファイバと、
を更に備える請求項１〜５の何れか１項に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項7】

前記遅延付与媒質を低温から高温に変化させてテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得することと、前記遅延付与媒質を高温から低温に変化させてテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得することとを交互に行って、該時間波形の積算値を求める、
請求項１〜６の何れか１項に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【請求項8】

前記遅延付与媒質を複数備え、
前記テラヘルツ波発生素子から前記テラヘルツ波検出素子までのテラヘルツ波の光路上に、これら複数の遅延付与媒質を１つずつ配置して、その配置した遅延付与媒質の温度を各値に設定してテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得して、該時間波形の積算値を求める、
請求項１〜６の何れか１項に記載のテラヘルツ波時間波形取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テラヘルツ波時間波形取得装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

テラヘルツ波は、光波と電波との中間の領域に相当する０.０１ＴＨｚ〜１００ＴＨｚ程度の周波数を有する電磁波であり、光波と電波との間の中間的な性質を有している。このようなテラヘルツ波の応用として、測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を測定することで該測定対象物の情報を取得する技術が研究されている。

【0003】

テラヘルツ波を用いた測定対象物の情報の測定技術は、一般に以下のようなものである。すなわち、光源（例えばフェムト秒レーザ光源）から出力されたパルス光は、分岐部により２分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。そのうちポンプ光はテラヘルツ波発生素子（例えば非線形光学結晶や光導電アンテナ素子）に入力されて、これにより、このテラヘルツ波発生素子からパルステラヘルツ波が発生する。この発生したテラヘルツ波は、測定対象部で透過または反射されることで該測定対象物の情報（例えば、吸収係数、屈折率）を取得し、その後、プローブ光と略同一タイミングでテラヘルツ波検出素子（例えば、電気光学結晶や光導電アンテナ素子）に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力されたテラヘルツ波検出素子により、両光の間の相関値が検出される。

【0004】

テラヘルツ波検出素子として電気光学結晶が用いられる場合、テラヘルツ波およびプローブ光は、合波部により合波されて電気光学結晶に入力され、この電気光学結晶においてテラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。電気光学結晶におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物の情報が得られる。

【0005】

また、テラヘルツ波検出素子として光導電アンテナ素子が用いられる場合、テラヘルツ波およびプローブ光の入力に応じて、両者の相関値を表す電流が光導電アンテナ素子の２つの電極の間に生じる。この相関値に基づいてテラヘルツ波のスペクトルが求められ、さらに測定対象物の情報が得られる。

【0006】

一般に、テラヘルツ波のパルス幅はピコ秒程度であるのに対して、プローブ光のパルス幅はフェムト秒程度であり、テラヘルツ波と比べてプローブ光のパルス幅は数桁狭い。このことから、テラヘルツ波検出素子へのテラヘルツ波またはプローブ光の入力タイミングが掃引されることで、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形が得られる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】P Y Hanand X-C Zhang, “Free-space coherent broadband terahertz time-domainspectroscopy,” Meas. Sci. Technol. 12, p.1747(2001).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

テラヘルツ波検出素子へのテラヘルツ波またはプローブ光の入力タイミングの掃引に際して、ポンプ光またはプローブ光の光路の途中に設けられた機械的遅延付与機構が用いられる。機械的遅延付与機構は、ステージ上に配置した折り返しミラーを所定軸に沿って移動可能な構成とし、その折り返しミラーを機械的に移動させることで光路長を長く又は短くし、その光路長に応じた遅延を光に与える。ステージの小型化が困難であることから、このような機械的遅延付与機構を備えるテラヘルツ波時間波形取得装置の小型化も困難である。

【0009】

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化が容易なテラヘルツ波時間波形取得装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のテラヘルツ波時間波形取得装置は、(1) パルス光を出力する光源と、(2) 光源から出力されたパルス光を分岐して、一方の分岐光をポンプ光として出力するとともに、他方の分岐光をプローブ光として出力する分岐部と、(3) 分岐部から出力されたポンプ光を入力することでテラヘルツ波を発生し出力するテラヘルツ波発生素子と、(4) テラヘルツ波発生素子から出力され測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波を入力するとともに、分岐部から出力されたプローブ光を入力して、これらテラヘルツ波とプローブ光との間の相関値を検出するテラヘルツ波検出素子と、(5) テラヘルツ波発生素子からテラヘルツ波検出素子までのテラヘルツ波の光路上に設けられ、テラヘルツ波に対する屈折率が温度に依存する材料からなり、温度に応じた遅延をテラヘルツ波に与える遅延付与媒質と、(6) 遅延付与媒質の温度を調整する温度調整部と、(7) 温度調整部により遅延付与媒質の温度を各値に設定したときにテラヘルツ波検出素子により検出された相関値に基づいて、テラヘルツ波検出素子に入力されたテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得する解析部と、を備える。

【0011】

本発明では、遅延付与媒質が、テラヘルツ波を入力面から内部に入力し、テラヘルツ波を内部において反射させながら伝搬させた後、テラヘルツ波を出力面から外部へ出力するのが好適である。遅延付与媒質が、テラヘルツ波を内部において反射させながら伝搬させる際に該テラヘルツ波を平行光または収斂光にする反射面を有するのが好適である。遅延付与媒質とテラヘルツ波発生素子とが一体化されているのが好適である。また、遅延付与媒質とテラヘルツ波検出素子とが一体化されているのが好適である。

【0012】

本発明のテラヘルツ波時間波形取得装置は、光源から分岐部までパルス光を導光するパルス光導光用光ファイバと、分岐部からテラヘルツ波発生素子までポンプ光を導光するポンプ光導光用光ファイバと、分岐部からテラヘルツ波検出素子までプローブ光を導光するプローブ光導光用光ファイバと、を更に備えるのが好適である。

【0013】

本発明のテラヘルツ波時間波形取得装置は、遅延付与媒質を低温から高温に変化させてテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得することと、遅延付与媒質を高温から低温に変化させてテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得することとを交互に行って、該時間波形の積算値を求めるのが好適である。

【0014】

本発明のテラヘルツ波時間波形取得装置は、遅延付与媒質を複数備え、テラヘルツ波発生素子からテラヘルツ波検出素子までのテラヘルツ波の光路上に、これら複数の遅延付与媒質を１つずつ配置して、その配置した遅延付与媒質の温度を各値に設定してテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得して、該時間波形の積算値を求めるのが好適である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、小型化が容易なテラヘルツ波時間波形取得装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１の構成を示す図である。

【図2】遅延付与媒質４０の第１構成例を示す図である。

【図3】遅延付与媒質４０の第２構成例を示す図である。

【図4】遅延付与媒質４０の第３構成例を示す図である。

【図5】遅延付与媒質４０の第４構成例を示す図である。

【図6】遅延付与媒質４０の第５構成例を示す図である。

【図7】遅延付与媒質４０の第６構成例を示す図である。

【図8】機械的遅延付与機構７０の構成を示す図である。

【図9】遅延付与媒質４０におけるテラヘルツ波の入出力方向の例を示す図である。

【図10】第２実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置２の構成を示す図である。

【図11】第３実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置３の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0018】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１の構成を示す図である。第１実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１は、光源１０、分岐部２０、ミラー２１〜２３、テラヘルツ波発生素子３１、テラヘルツ波検出素子３２、遅延付与媒質４０、温度調整部５０および解析部６０を備え、測定対象物１００の情報を取得するものである。

【0019】

光源１０は、一定の繰返し周期Ｔでパルス光Ｌ_０を出力するものであり、好適にはパルス幅がフェムト秒程度であるパルスレーザ光を出力するフェムト秒パルスレーザ光源である。分岐部２０は、光源１０から出力されたパルス光Ｌ_０を分岐して、一方の分岐光をポンプ光Ｌ_１としてミラー２１へ出力するとともに、他方の分岐光をプローブ光Ｌ_２としてミラー２２へ出力する。分岐部２０は例えばビームスプリッタである。

【0020】

テラヘルツ波発生素子３１は、分岐部２０から出力されミラー２１により反射されたポンプ光Ｌ_１を入力して、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを発生し出力する。テラヘルツ波発生素子３１は、例えば、非線形光学結晶（例えばＺｎＴｅ）、光導電アンテナ素子（例えばＧａＡｓを用いた光スイッチ）、半導体（例えばＩｎＡｓ）および超伝導体の何れかを含んで構成される。

【0021】

テラヘルツ波発生素子３１から出力されるテラヘルツ波Ｌ_Ｔは、光波と電波との中間の領域に相当する０.０１ＴＨｚ〜１００ＴＨｚ程度の周波数を有する電磁波であり、光波と電波との間の中間的な性質を有している。また、このテラヘルツ波Ｌ_Ｔは、一定の繰返し周期Ｔで発生し、パルス幅が数ピコ秒程度である。このテラヘルツ波Ｌ_Ｔは、遅延付与媒質４０および測定対象物１００を透過して、テラヘルツ波検出素子３２に入力される。テラヘルツ波Ｌ_Ｔは、測定対象物１００を透過することで、測定対象物１００の情報（例えば、吸収係数、屈折率）を取得する。

【0022】

テラヘルツ波検出素子３２は、テラヘルツ波発生素子３１から出力され測定対象物１００を透過したテラヘルツ波Ｌ_Ｔを入力するとともに、分岐部２０から出力されミラー２２，２３により反射されたプローブ光Ｌ_２を入力する。テラヘルツ波検出素子３２は、これら入力したテラヘルツ波Ｌ_Ｔとプローブ光Ｌ_２との間の相関値を検出する。

【0023】

遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波発生素子３１からテラヘルツ波検出素子３２までのテラヘルツ波Ｌ_Ｔの光路上に設けられている。遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波発生素子３１と測定対象物１００との間の光路上に設けられてもよいし、測定対象物１００とテラヘルツ波検出素子３２との間の光路上に設けられてもよい。

【0024】

遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔに対する屈折率が温度に依存する材料からなる。遅延付与媒質４０は、温度に応じた遅延をテラヘルツ波Ｌ_Ｔに与えることができる。すなわち、遅延付与媒質４０は、その温度を変化させることにより、テラヘルツ波検出素子３２へのプローブ光入力タイミングに対するテラヘルツ波入力タイミングを掃引することができる。

【0025】

遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波に対する透過率が高く、かつ、熱膨張が少なく屈折率温度変化が高い材料からなるのが好ましい。遅延付与媒質４０の材料として、シリコンの他、ガラス、フッ化カルシウム、ジンクセレン、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、方解石、ゲルマニウム、酸化マグネシウム、ダイヤモンド、水晶、サファイア、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレン、テフロン（登録商標）などが挙げられる。

【0026】

温度調整部５０は、遅延付与媒質４０の温度を調整する。温度調整部５０は、例えばペルチエ素子等を含んで構成され、遅延付与媒質４０の温度を各値に精密に設定することができる。

【0027】

解析部６０は、温度調整部５０により遅延付与媒質４０の温度を各値に設定したときにテラヘルツ波検出素子３２により検出された相関値を入力する。解析部６０は、各温度設定値における相関値に基づいて、テラヘルツ波検出素子３２に入力されたテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を取得する。

【0028】

テラヘルツ波時間波形取得装置１は以下のように動作する。光源１０から一定の繰返し周期Ｔで出力されたパルス光Ｌ_０は、分岐部２０により２分岐されてポンプ光Ｌ_１およびプローブ光Ｌ_２とされる。分岐部２０から出力されたポンプ光Ｌ_１がミラー２１により反射されてテラヘルツ波発生素子３１に入力すると、このテラヘルツ波発生素子３１においてテラヘルツ波Ｌ_Ｔが発生する。

【0029】

テラヘルツ波発生素子３１から出力されたテラヘルツ波Ｌ_Ｔは、遅延付与媒質４０および測定対象物１００を透過してテラヘルツ波検出素子３２に入力される。分岐部２０から出力されたプローブ光Ｌ_２は、ミラー２２，２３により反射されてテラヘルツ波検出素子３２に入力される。テラヘルツ波検出素子３２により、入力されたテラヘルツ波Ｌ_Ｔとプローブ光Ｌ_２との間の相関値が検出される。

【0030】

テラヘルツ波Ｌ_Ｔの光路上に設けられている遅延付与媒質４０の温度が温度調整部５０により各値に設定され、各温度設定値においてテラヘルツ波検出素子３２により相関値が検出され、その検出された相関値が解析部６０に入力される。そして、解析部６０により、各温度設定値における相関値に基づいて、テラヘルツ波検出素子３２に入力されたテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形が取得される。さらに、この時間波形に基づいて測定対象物１００の情報が得られる。

【0031】

テラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形の計測に際しては、時間波形の取得を複数回行なって、これら複数の時間波形を積算することで、Ｓ／Ｎ比の向上を図るのが一般的である。本実施形態の構成において、遅延付与媒質４０を低温から高温に変化させてテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形の取得を行なうことを繰り返してもよいし、逆に、遅延付与媒質４０を高温から低温に変化させてテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形の取得を行なうことを繰り返してもよい。しかし、これらの場合のように温度を一方向に変化させる期間においてのみ時間波形を取得することとすると、温度を逆方向に変化させて開始温度に戻すのに時間を要する。

【0032】

したがって、本実施形態では、遅延付与媒質４０を低温から高温に変化させてテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を取得することと、遅延付与媒質４０を高温から低温に変化させてテラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を取得することとを交互に行って、該時間波形の積算値を求めるのが好適であり、このようにすることにより短時間でＳ／Ｎが優れた時間波形を求めることができる。

【0033】

図２〜図７は、遅延付与媒質４０の構成例を示す図である。これらの図に示される遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを入力面から内部に入力し、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを内部において反射させながら伝搬させた後、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを出力面から外部へ出力する。遅延付与媒質４０の内部におけるテラヘルツ波Ｌ_Ｔの反射回数は１回でもよいが、反射回数が複数回であると温度変化による遅延変化量を大きくすることができて好ましい。また、遅延付与媒質４０の内部におけるテラヘルツ波Ｌ_Ｔの反射が全反射であると損失低減の点で好ましい。

【0034】

図２に示される第１構成例では、遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを入力面から内部に入力し、対向する２面により交互にテラヘルツ波Ｌ_Ｔを４回反射させた後、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを出力面から外部へ出力する。

【0035】

図３に示される第２構成例では、遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを入力面から内部に入力し、４面により順次にテラヘルツ波Ｌ_Ｔを１０回反射させて周回させた後、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを出力面から外部へ出力する。第１構成例と比べて、この第２構成例では、同程度の大きさの遅延付与媒質４０を用いた場合であっても遅延変化量を大きくすることができる。

【0036】

図４に示される第３構成例では、遅延付与媒質４０の入力面にテラヘルツ波発生素子３１が一体化されて設けられている。この構成例では、遅延付与媒質４０の入力面におけるテラヘルツ波Ｌ_Ｔの入射損失を小さくすることができるので、テラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を効率よく取得することができる。

【0037】

図５に示される第４構成例では、遅延付与媒質４０の出力面にテラヘルツ波検出素子３２が一体化されて設けられている。この構成例では、遅延付与媒質４０の出力面におけるテラヘルツ波Ｌ_Ｔの出射損失を小さくすることができるので、テラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を効率よく取得することができる。

【0038】

図６に示される第５構成例では、遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを内部において反射させながら伝搬させる際に該テラヘルツ波Ｌ_Ｔを平行光にする反射面４０ａを有する。この構成例では、テラヘルツ波発生素子３１が光導電アンテナ素子である場合のように、テラヘルツ波発生素子３１から出力されるテラヘルツ波Ｌ_Ｔが発散光であるときに、そのテラヘルツ波Ｌ_Ｔを反射面４０ａでの反射時に平行光とすることができる。

【0039】

図７に示される第６構成例では、遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波Ｌ_Ｔを内部において反射させながら伝搬させる際に該テラヘルツ波Ｌ_Ｔを収斂光にする反射面４０ｂを有する。この構成例では、テラヘルツ波検出素子３２が光導電アンテナ素子である場合のように、テラヘルツ波検出素子３２に入力されるテラヘルツ波Ｌ_Ｔが収斂光であるのが好ましいときに、そのテラヘルツ波Ｌ_Ｔを反射面４０ｂでの反射時に収斂光とすることができる。

【0040】

なお、テラヘルツ波発生素子３１およびテラヘルツ波検出素子３２の双方が光導電アンテナ素子である場合には、遅延付与媒質４０は、テラヘルツ波発生素子３１から発散して出力されるテラヘルツ波Ｌ_Ｔを平行光に変換する反射面４０ａ、および、その平行光とされたテラヘルツ波Ｌ_Ｔを収斂光に変換する反射面４０ｂ、の双方を有するのが好適である。

【0041】

遅延付与媒質４０の一例として、材料がシリコンであって、入力面から出力面までのテラヘルツ波Ｌ_Ｔの光路に沿った幾何学的距離が４５０ｍｍである場合を想定する。このような遅延付与媒質４０では、温度が２０℃から４０℃に変化すると、屈折率が約０.００３２だけ変化し、光路長が１.４４ｍｍだけ変化する。この光路長の変化量１.４４ｍｍは、時間幅４.８ｐｓに相当するので、テラヘルツ波Ｌ_Ｔの電場振幅の時間波形を取得するのに十分である。

【0042】

本実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１は、遅延付与媒質４０の温度を各値に設定することで、テラヘルツ波検出素子３２へのテラヘルツ波入力タイミングを掃引することができる。本実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１は、機械的遅延付与機構を用いる従来の装置と比べて、容易に小型化することができる。

【0043】

また、従来の装置における機械的遅延付与機構７０は、図８に示されるように、入力光Ｌ_inをミラー７１，７２により反射させて出力光Ｌ_outとするものであって、図中の矢印方向に沿ってミラー７１，７２を移動させることにより光路長を変化させるものである。機械的遅延付与機構７０では、出力光Ｌ_outの方向は、入力光Ｌ_inの方向の反対方向に固定されている。これに対して、本実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１における遅延付与媒質４０では、図９に示されるように、入力テラヘルツ波Ｌ_{T_in}の方向に対して出力テラヘルツ波Ｌ_{T_out}の方向を様々に設定することができ、光学系の配置の自由度が大きい。この点でも、本実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置１は、機械的遅延付与機構を用いる従来の装置と比べて、小型化することができる。

【0044】

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置２の構成を示す図である。第２実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置２は、光源１０、テラヘルツ波発生素子３１、テラヘルツ波検出素子３２、遅延付与媒質４０、温度調整部５０、解析部６０、光ファイバカプラ８０および光ファイバ８１〜８３を備え、測定対象物１００の情報を取得するものである。

【0045】

図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、第２実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置２は、分岐部として光ファイバカプラ８０を備える点、光源１０から光ファイバカプラ８０までパルス光をパルス光導光用光ファイバ８１により導光する点、光ファイバカプラ８０からテラヘルツ波発生素子３１までポンプ光をポンプ光導光用光ファイバ８２により導光する点、光ファイバカプラ８０からテラヘルツ波検出素子３２までプローブ光をプローブ光導光用光ファイバ８３により導光する点、および、遅延付与媒質４０の入力面にテラヘルツ波発生素子３１が一体に設けられている点、で相違する。

【0046】

第２実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置２は、第１実施形態の構成と同様の効果を奏する他、光ファイバ８１〜８３を備えることにより以下のような効果をも奏する。すなわち、第２実施形態では、光源１０から出力されるパルス光、ならびに、光ファイバカプラ８０から出力されるポンプ光およびプローブ光は、光ファイバにより導光され、自由空間を伝搬することがないので、光軸ずれの問題が抑制される。したがって、時間波形の測定の安定性が高い。

【0047】

なお、本実施形態において、遅延付与媒質４０から光ファイバ８２にまで温度が伝わってしまうと、ポンプ光導光用光ファイバ８２の屈折率が変化して、ポンプ光導光用光ファイバにより導光されるポンプ光の遅延時間が変化してしまい、その結果、適切な時間遅延を与えられない可能性がある。そこで、テラヘルツ波発生素子３１とポンプ光導光用光ファイバ８２とが互いに熱的に分離されていることが好ましい。

【0048】

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置３の構成を示す図である。第３実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置３は、第１実施形態の構成において、複数の遅延付与媒質を備えることとしたものである。同図では、２つの遅延付与媒質４０Ａ，４０Ｂが示され、また、遅延付与媒質４０Ａの温度を調整する温度調整部５０Ａ、および、遅延付与媒質４０Ｂの温度を調整する温度調整部５０Ｂも示されている。

【0049】

本実施形態では、テラヘルツ波発生素子３１からテラヘルツ波検出素子３２までのテラヘルツ波Ｌ_Ｔの光路上に、これら複数の遅延付与媒質を１つずつ配置して、その配置した遅延付与媒質の温度を各値に設定してテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を取得して、該時間波形の積算値を求める。２つの遅延付与媒質４０Ａ，４０Ｂを用いる場合には、これらを交互にテラヘルツ波Ｌ_Ｔの光路上に配置する。

【0050】

第３実施形態のテラヘルツ波時間波形取得装置３は、第１実施形態の構成と同様の効果を奏する他、複数の遅延付与媒質を備えることにより以下のような効果をも奏する。すなわち、１つの遅延付与媒質を備える場合に遅延付与媒質の温度を一方向に変化させる期間においてのみ時間波形を取得することとすると、温度を逆方向に変化させて開始温度に戻すのに時間を要するのに対して、このような問題を解消する為に、第３実施形態では、同じ温度に設定した同一の遅延付与媒質を二つ用意し、それらを交互に切り替えてテラヘルツ波の光路に挿入することで、積算測定の時間を短縮することができる。

【0051】

具体的には、まず、一つ目の遅延付与媒質４０Ａをテラヘルツ波の光路に挿入し、この遅延付与媒質４０Ａの温度を低温から高温に（例えば２０℃から４０℃に）掃引して時間波形を測定する。一回目の掃引が終わると（例えば遅延付与媒質４０Ａが温度４０℃になると）、遅延付与媒質４０Ａを温度２０℃に待機させておいた遅延付与媒質４０Ｂと入れ替える。そうすると、全く同じ掃引開始遅延時間で、さらに同一方向の時間軸から二回目の時間波形を取得することができる。この二回目の掃引中に遅延付与媒質２０Ａの温度を２０℃に下げておく。そして、二回目の掃引が終わったタイミングで、再度、遅延付与媒質４０Ａに入れ替えて、同様に時間波形を取得する。これを交互に繰り返すことで、積算測定の時間を短縮することができる。

【符号の説明】

【0052】

１〜３…テラヘルツ波時間波形取得装置、１０…光源、２０…分岐部、２１〜２３…ミラー、３１…テラヘルツ波発生素子、３２…テラヘルツ波検出素子、４０，４０Ａ，４０Ｂ…遅延付与媒質、５０，５０Ａ，５０Ｂ…温度調整部、６０…解析部、７０…機械的遅延付与機構、８０…光ファイバカプラ、８１…パルス光導光用光ファイバ、８２…ポンプ光導光用光ファイバ、８３…プローブ光導光用光ファイバ、１００…測定対象物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】