JP2013068526A

JP2013068526A - Terahertz wave generating and detecting device

Info

Publication number: JP2013068526A
Application number: JP2011207419A
Authority: JP
Inventors: 順 ▲高▼▲柳▼; Jun Takayanagi; Hideyuki Otake; 秀幸大竹; Takashi Hori; 喬堀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a terahertz wave generating and detecting device that allows downsizing of an optical head, and that allows measuring at a higher degree of freedom.SOLUTION: A terahertz wave generating and detecting device 100 comprises: a controller C for controlling the device; and an optical head H which is brought into contact with a measured object 116 to generate and detect terahertz waves. The controller C comprises electrical equipment 140 including a computer, a power supply, and the like for controlling the device, and a controller side unit 150 for generating an optical pulse as a seed optical pulse for terahertz wave generation. The optical head H comprises an optical head side unit 170 which performs amplification and compression of the seed optical pulse. Further, a fiber transmission section 160 is provided between the controller side unit 150 and the optical head side unit 170, for transmitting the seed optical pulse from the controller side unit 150 to the optical head side unit 170.

Description

本発明は、テラヘルツ波発生検出装置、およびフェムト秒レーザ発生装置に関し、より詳細には、レーザによりテラヘルツ波を発生させて被測定物に入射し、反射や透過などにより該被測定物から出射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波発生検出装置、およびフェムト秒レーザ発生装置に関するものである。 The present invention relates to a terahertz wave generation detection device and a femtosecond laser generation device, and more specifically, a terahertz wave is generated by a laser and incident on a measurement object, and is emitted from the measurement object by reflection or transmission. The present invention relates to a terahertz wave generation detection device and a femtosecond laser generation device that detect terahertz waves.

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９００の模式図を図４に示す。テラヘルツ波発生検出装置９００は、レーザ伝搬空間９１３と、テラヘルツ波発生検出空間９１４とを備える。レーザ伝搬空間９１３においては、レーザ発振器９０１から出射される光パルスは、スプリッタ９０２によってポンプ光とプローブ光に分割される。ポンプ光は強度変調器９０３に入射され、強度変調を受け、窓材９０５ａを通ってテラヘルツ波発生検出空間９１４に入射される。プローブ光は光学遅延部９０４に入射され、遅延され、窓材９０５ｂを通ってテラヘルツ波発生検出空間９１４に入射される。テラヘルツ波発生検出空間９１４においては、テラヘルツ波発生部９０６は、レーザ伝搬空間９１３からのポンプ光が入射されると、テラヘルツ波を発生させる。テラヘルツ波は、第１の軸外し放物面鏡９０７でコリメートされた後、第２の軸外し放物面鏡９０８で集光され、窓材９０５ｃを通って、被測定物９０９に入射する。さらに、被測定物９０９により反射されたテラヘルツ波は、窓材９０５ｃを通って、第３の軸外し放物面鏡９１０でコリメートされた後、第４の軸外し放物面鏡９１１で集光され、テラヘルツ波検出部９１２に入射される。テラヘルツ波検出部９１２は、テラヘルツ波と、レーザ伝搬空間９１３からのプローブ光とが入射されることにより、テラヘルツ波の検出を行う。 A schematic diagram of a terahertz wave generation and detection apparatus 900 described in Patent Document 1 is shown in FIG. The terahertz wave generation detection device 900 includes a laser propagation space 913 and a terahertz wave generation detection space 914. In the laser propagation space 913, the light pulse emitted from the laser oscillator 901 is divided into pump light and probe light by the splitter 902. The pump light enters the intensity modulator 903, undergoes intensity modulation, and enters the terahertz wave generation detection space 914 through the window material 905a. The probe light enters the optical delay unit 904, is delayed, and enters the terahertz wave generation detection space 914 through the window material 905b. In the terahertz wave generation detection space 914, the terahertz wave generation unit 906 generates a terahertz wave when the pump light from the laser propagation space 913 is incident. The terahertz wave is collimated by the first off-axis paraboloidal mirror 907, then collected by the second off-axis paraboloidal mirror 908, and enters the object to be measured 909 through the window member 905c. Further, the terahertz wave reflected by the object 909 to be measured passes through the window member 905 c, is collimated by the third off-axis parabolic mirror 910, and then is collected by the fourth off-axis parabolic mirror 911. And enters the terahertz wave detection unit 912. The terahertz wave detection unit 912 detects the terahertz wave when the terahertz wave and the probe light from the laser propagation space 913 are incident.

特開２０１０−１５６５４４号公報JP 2010-156544 A

一般的なテラヘルツ波発生検出装置は、コントローラと光学ヘッドとを備える。従来技術では、光学ヘッドは大型であり、光学ヘッドのみを被測定物に近付けて測定することは難しい。光学ヘッドの小型化ができれば、光学ヘッドのみを被測定物に近づけることができるため、より自由な装置構成や計測が可能になる。ここで、コントローラは装置の制御を行うコンピュータや電源等の電気機器を含む部分を指し、光学ヘッドはテラヘルツ波の発生及び検出を行う部分を指す。 A general terahertz wave generation detection device includes a controller and an optical head. In the prior art, the optical head is large, and it is difficult to measure only the optical head close to the object to be measured. If the optical head can be reduced in size, only the optical head can be brought closer to the object to be measured, so that a more flexible apparatus configuration and measurement can be performed. Here, the controller refers to a portion including an electric device such as a computer that controls the apparatus and a power source, and the optical head refers to a portion that generates and detects a terahertz wave.

特許文献１に開示された技術は、ポンプ光及びプローブ光を空間伝播させているため、各構成要素は光軸を合わせて固定する必要がある。そのため、レーザ伝搬空間９１３とテラヘルツ波発生検出空間９１４とを一体化して光学ヘッド内に備えることが望ましい。仮にレーザ伝搬空間９１３と、テラヘルツ波発生検出空間９１４を空間的に引き離し、テラヘルツ波発生検出空間９１４のみを光学ヘッドに内蔵する構成にしても、光軸を合わせるためにレーザ伝搬空間９１３とテラヘルツ波発生検出空間９１４の相対位置を固定する必要があるため、自由度の高い測定は実現できない。したがって、特許文献１に開示された技術では、光学ヘッドを小型化し、自由度の高い測定を行うことは難しい。 Since the technique disclosed in Patent Document 1 causes the pump light and the probe light to propagate in space, each component needs to be fixed with the optical axis aligned. Therefore, it is desirable to integrate the laser propagation space 913 and the terahertz wave generation detection space 914 into the optical head. Even if the laser propagation space 913 and the terahertz wave generation detection space 914 are spatially separated and only the terahertz wave generation detection space 914 is built in the optical head, the laser propagation space 913 and the terahertz wave are aligned in order to align the optical axis. Since it is necessary to fix the relative position of the generation detection space 914, measurement with a high degree of freedom cannot be realized. Therefore, with the technique disclosed in Patent Document 1, it is difficult to reduce the size of the optical head and perform measurement with a high degree of freedom.

本発明の目的は、光学ヘッドの小型化が可能であり、より自由度の高い測定が可能なテラヘルツ波発生検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a terahertz wave generation and detection device capable of reducing the size of an optical head and performing measurement with a higher degree of freedom.

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、テラヘルツ波の発生及び検出を行う光学ヘッドを有するテラヘルツ波発生検出装置であって、光パルスを発振するレーザ発振器と、前記光パルスを２つに分岐する分岐手段と、前記２つに分岐された一方の光パルスに所定の変調をかける変調手段と、前記２つに分岐された一方の光パルスおよび他方の光パルスのいずれか一方を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記変調をかけられた一方の光パルスのパワーを増幅する増幅手段と、前記増幅手段にて増幅された、前記変調がかけられた一方の光パルスのパルス幅を細くする圧縮手段と、前記圧縮手段から出射された、前記変調がかけられた一方の光パルスによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、前記２つに分岐された他方の光パルスと、前記テラヘルツ波発生手段から発生したテラヘルツ波が入射された被測定物から出射されたテラヘルツ波とが入射されるように構成され、前記出射されたテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波検出手段と、を備え、前記光学ヘッドが、少なくとも前記圧縮手段と、前記テラヘルツ波発生手段と、前記テラヘルツ波検出手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is a terahertz wave generation detection device having an optical head for generating and detecting terahertz waves, the laser oscillator for oscillating an optical pulse, Branching means for branching the optical pulse into two; modulation means for applying a predetermined modulation to one of the two optical pulses; and one of the two optical pulses and the other of the two optical pulses. Delay means for delaying one of them by a predetermined delay time, amplification means for amplifying the power of one of the modulated optical pulses, and one of the modulated signals amplified by the amplification means Compression means for narrowing the pulse width of the optical pulse, terahertz wave generation means for generating a terahertz wave by one of the modulated optical pulses emitted from the compression means, and the 2 And the other terahertz wave emitted from the object to which the terahertz wave generated from the terahertz wave generating means is incident, and the terahertz wave Terahertz wave detection means for performing detection, and the optical head includes at least the compression means, the terahertz wave generation means, and the terahertz wave detection means.

本発明によれば、光学ヘッド内に設けられる要素の数を削減でき、また光パルスの空間伝搬長を短縮できるため、光学ヘッドの小型化が可能になり、さらに自由度の高い測定が可能になる。 According to the present invention, the number of elements provided in the optical head can be reduced, and the spatial propagation length of the optical pulse can be shortened, so that the optical head can be miniaturized and measurement with a higher degree of freedom is possible. Become.

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。1 is a schematic view of a terahertz wave generation detection device according to an embodiment of the present invention. 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。1 is a schematic view of a terahertz wave generation detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波発生検出装置において、脱着式光学ユニットを取り外した際の概略図である。It is the schematic at the time of removing the removable optical unit in the terahertz wave generation detection apparatus based on one Embodiment of this invention. 従来のテラヘルツ波発生検出装置の概略図である。It is the schematic of the conventional terahertz wave generation | occurrence | production detection apparatus.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置の概略構成図である。
テラヘルツ波発生検出装置１００は、装置の制御を行うコントローラＣと、被測定物１１６に接してテラヘルツ波の発生及び検出を行う光学ヘッドＨとを備える。コントローラＣは、装置を制御するコンピュータや電源等含む電気機器１４０と、テラヘルツ波発生の種光パルスとしての光パルスの発生を行うコントローラ側ユニット１５０とを備える。光学ヘッドＨは、種光パルスの増幅及び圧縮を行う光学ヘッド側ユニット１７０を備える。さらにコントローラ側ユニット１５０と光学ヘッド側ユニット１７０との間には、コントローラ側ユニット１５０からの種光パルス及び励起光を光学ヘッド側ユニット１７０へ伝送するファイバ伝送部１６０が設けられる。コントローラ側ユニット１５０、ファイバ伝送部１６０及び光学ヘッド側ユニット１７０によって、テラヘルツ波発生部に入射すべき条件が整ったフェムト秒レーザの光パルス（以下、簡単のため“テラヘルツ波発生用光パルス”と呼ぶこともある）、およびテラヘルツ波検出部に入射すべきフェムト秒レーザの光パルス（以下、簡単のため“テラヘルツ波検出用光パルス”と呼ぶこともある）が出射される。光学ヘッドＨは、さらに、光学ヘッド側ユニット１７０から出射されたテラヘルツ波発生用光パルスによりテラヘルツ波の光パルス（以下、簡単のため“テラヘルツ波パルス”と呼ぶこともある）を発生するテラヘルツ波発生部１１３と、反射または透過により被測定物１１６から出射されたテラヘルツ波パルスを検出するテラヘルツ波検出部１１４と、テラヘルツ波パルスを伝播するための伝播モジュール１１５とを備える。該伝播モジュール１１５は、複数の軸外し放物面鏡を有し、テラヘルツ波発生部１１３から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光して被測定物１１６に入射させ、かつ被測定物１１６から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光してテラヘルツ波検出部１１４に入射させるように構成されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation detection device according to the present embodiment.
The terahertz wave generation detection device 100 includes a controller C that controls the device and an optical head H that generates and detects terahertz waves in contact with the device under test 116. The controller C includes an electric device 140 including a computer and a power source that control the apparatus, and a controller-side unit 150 that generates a light pulse as a seed light pulse for generating a terahertz wave. The optical head H includes an optical head side unit 170 that amplifies and compresses the seed light pulse. Further, between the controller side unit 150 and the optical head side unit 170, a fiber transmission unit 160 that transmits the seed light pulse and the excitation light from the controller side unit 150 to the optical head side unit 170 is provided. The controller-side unit 150, the fiber transmission unit 160, and the optical head-side unit 170 allow the femtosecond laser light pulse (hereinafter referred to as “terahertz wave generating light pulse” for simplicity) to be ready for incidence on the terahertz wave generating unit. And an optical pulse of a femtosecond laser to be incident on the terahertz wave detection unit (hereinafter also referred to as “terahertz wave detection optical pulse” for simplicity). The optical head H further generates a terahertz wave optical pulse (hereinafter also referred to as a “terahertz wave pulse” for the sake of simplicity) from the terahertz wave generating optical pulse emitted from the optical head side unit 170. A generation unit 113, a terahertz wave detection unit 114 that detects a terahertz wave pulse emitted from the measurement object 116 by reflection or transmission, and a propagation module 115 for propagating the terahertz wave pulse are provided. The propagation module 115 has a plurality of off-axis parabolic mirrors, collimates the terahertz wave incident from the terahertz wave generation unit 113, collects it, and makes it incident on the object to be measured 116. The terahertz waves incident from the laser beam are collimated, condensed, and incident on the terahertz wave detection unit 114.

上記テラヘルツ波検出部１１４には、該テラヘルツ波検出部１１４に、テラヘルツ波検出用光パルスと被測定物１１６から出射され伝播モジュール１１５を介したテラヘルツ波とが入射されるときに発生する電流が入力される電流増幅器と、該電流増幅器により増幅された電流を入力して信号検出を行うロックインアンプとが接続されてもよい。 The terahertz wave detecting unit 114 receives a current generated when the terahertz wave detecting unit 114 receives the terahertz wave detecting light pulse and the terahertz wave emitted from the device under test 116 and passing through the propagation module 115. An input current amplifier may be connected to a lock-in amplifier that inputs a current amplified by the current amplifier and detects a signal.

なお、上記テラヘルツ波発生用光パルスは、テラヘルツ波発生部１１３に入射すべきフェムト秒レーザの光パルスであって、テラヘルツ波発生部１１３での所望のテラヘルツ波発生のために設定された、パワーおよびパルス幅を有し、かつ変調済みの光パルスである。本実施形態では、テラヘルツ波発生用光パルスを、一例として、高強度のテラヘルツ波発生のために高いパワー（本実施形態では、一例として５００ｍＷ）を有し、かつ広帯域テラヘルツ波を発生させるために細いパルス幅（本実施形態では、一例として５０ｆｓ）の、変調がかけられた光パルスとして説明する。 The terahertz wave generating optical pulse is a femtosecond laser light pulse to be incident on the terahertz wave generating unit 113, and is set for generating a desired terahertz wave in the terahertz wave generating unit 113. And a modulated optical pulse having a pulse width. In this embodiment, the optical pulse for generating a terahertz wave has, as an example, a high power for generating a high-intensity terahertz wave (in this embodiment, 500 mW as an example), and for generating a broadband terahertz wave A description will be given as a modulated optical pulse having a narrow pulse width (in this embodiment, 50 fs as an example).

本実施形態では、テラヘルツ波発生検出装置１００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。 In the present embodiment, each component of the terahertz wave generation detection device 100 is an optical fiber device, and each component is connected by an optical fiber to eliminate the space propagation unit. Therefore, since the optical fiber that becomes the propagation part of the light pulse can be wound compactly, the apparatus can be downsized and stabilized. In the present embodiment, it is desirable that the optical fiber connecting the above-described components is a polarization maintaining fiber (PMF). Therefore, it is possible to stabilize the intensity of the generated optical pulse, the pulse waveform, and the polarization direction against environmental changes and fiber bending.

以下では、コントローラ側ユニット１５０、ファイバ伝送部１６０及び光学ヘッド側ユニット１７０の構成を詳述する。
コントローラ側ユニット１５０は、ファイバレーザ発振器１０１と、インライン型のビームスプリッタ１０２と、強度変調器１０３と、遅延ラインスキャナ１０５及び光路長調整器１０６を含む光学遅延部１０４と、励起レーザ１０７ａ、１０７ｂとを備える。 Hereinafter, configurations of the controller side unit 150, the fiber transmission unit 160, and the optical head side unit 170 will be described in detail.
The controller side unit 150 includes a fiber laser oscillator 101, an in-line type beam splitter 102, an intensity modulator 103, an optical delay unit 104 including a delay line scanner 105 and an optical path length adjuster 106, and excitation lasers 107a and 107b. Is provided.

図１において、ファイバレーザ発振器１０１は、受動モード同期ファイバレーザであり、最終的に光学ヘッド側ユニット１７０から出力する光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスのパワーよりも低いパワーを有し、該テラヘルツ波発生用光パルスのパルス幅よりも広いパルス幅の光パルスを発振する。すなわち、ファイバレーザ発振器１０１は、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの種光パルスを発振する。本実施形態では、ファイバレーザ発振器１０１からは、パルス幅５００ｆｓ、平均強度４０ｍＷ、繰り返し周波数１００ＭＨｚのフェムト秒光パルス列が出力される。 In FIG. 1, a fiber laser oscillator 101 is a passive mode-locked fiber laser, and has a power lower than the power of an optical pulse for generating a terahertz wave, which is an optical pulse finally output from the optical head side unit 170, An optical pulse having a pulse width wider than that of the optical pulse for generating the terahertz wave is oscillated. That is, the fiber laser oscillator 101 oscillates a seed light pulse of a terahertz wave generating optical pulse and a terahertz wave detecting optical pulse. In this embodiment, the fiber laser oscillator 101 outputs a femtosecond optical pulse train having a pulse width of 500 fs, an average intensity of 40 mW, and a repetition frequency of 100 MHz.

このように、本実施形態では、ファイバレーザ発振器１０１から発振されるレーザの繰り返し周波数を、一般的な受動モード同期ファイバレーザに比べて高く設定している。平均強度が同じであれば繰り返し周波数を高くすることによりパルスピークパワーが減少し光ファイバ中での非線形効果の影響が少なくなる。従って、上述のように繰り返し周波数を高く設定することにより、テラヘルツ波発生用光パルスの高強度化、短パルス化を容易にすることができる。また、高繰り返し周波数のレーザの使用により、テラヘルツ波発生部１１３として光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）を用いる場合は、該光伝導スイッチのキャリア生成の飽和を避けられるないしは低減できるという効果がある。 Thus, in this embodiment, the repetition frequency of the laser oscillated from the fiber laser oscillator 101 is set higher than that of a general passive mode-locked fiber laser. If the average intensity is the same, the pulse peak power is reduced by increasing the repetition frequency, and the influence of nonlinear effects in the optical fiber is reduced. Therefore, by setting the repetition frequency high as described above, it is possible to easily increase the intensity and shorten the terahertz wave generating optical pulse. Further, when a photoconductive switch (photoconductive antenna) is used as the terahertz wave generation unit 113 by using a high repetition frequency laser, saturation of carrier generation of the photoconductive switch can be avoided or reduced.

ファイバレーザ発振器１０１の出射端と、インライン型のビームスプリッタ１０２の入射端とがＰＭＦにより接続されている。ビームスプリッタ１０２は、１つの入射端と、２つの出射端とを有し、上記入射端から入射された種光パルスを２つに分岐して、該分岐された種光パルスを上記２つの出射端から出射する。すなわち、ビームスプリッタ１０２は、ファイバレーザ発振器１０１から入射された種光パルスを２つに分岐して、一方の出射端からテラヘルツ波発生用の種光パルスを出射し、他方の出射端からテラヘルツ波検出用の種光パルスを出射する。 The exit end of the fiber laser oscillator 101 and the entrance end of the inline beam splitter 102 are connected by PMF. The beam splitter 102 has one incident end and two exit ends, branches the seed light pulse incident from the entrance end into two, and outputs the branched seed light pulse to the two exits. Emits from the end. That is, the beam splitter 102 branches the seed light pulse incident from the fiber laser oscillator 101 into two, emits a seed light pulse for generating a terahertz wave from one output end, and outputs a terahertz wave from the other output end. A seed light pulse for detection is emitted.

上記ビームスプリッタ１０２の一方の出射端と、強度変調器１０３とがＰＭＦにより接続されている。強度変調器１０３は、光学ヘッド側ユニット１７０からの出射時にはテラヘルツ波発生用光パルスとなる光パルスに所定の変調をかけるためのものである。すなわち、強度変調器１０３は、テラヘルツ波発生用光パルスのパワーよりも低く、かつ該パルスのパルス幅よりも広い光パルス（種光パルス）に対して変調をかけるものであり、本実施形態では、該強度変調器１０３により、テラヘルツ波発生用光パルスとして持つべきパワーおよびパルス幅に整える前に、該テラヘルツ波派生用パルスとなる光パルスに対して予め変調をかける。従って、テラヘルツ波発生用光パルスを変調済みの光パルスとすることができる。 One emission end of the beam splitter 102 and the intensity modulator 103 are connected by a PMF. The intensity modulator 103 is for applying predetermined modulation to an optical pulse that becomes a terahertz wave generating optical pulse when emitted from the optical head side unit 170. That is, the intensity modulator 103 modulates an optical pulse (seed light pulse) that is lower than the power of the terahertz wave generating optical pulse and wider than the pulse width of the pulse. Before the intensity modulator 103 adjusts the power and pulse width to be possessed as a terahertz wave generating optical pulse, the optical pulse to be the terahertz wave derivation pulse is modulated in advance. Therefore, the terahertz wave generating optical pulse can be a modulated optical pulse.

本実施形態では、強度変調器１０３として、ＡＯＭを用いているが、ＥＯＭを用いても良い。本実施形態では、ＡＯＭである強度変調器１０３は、入射されたテラヘルツ波発生用の種光パルス列に対して、例えば９０ｋＭｚの変調をかけるように構成されている。強度変調器１０３として用いる機器によってはより高速な変調をかけても良い。 In this embodiment, an AOM is used as the intensity modulator 103, but an EOM may be used. In the present embodiment, the intensity modulator 103, which is an AOM, is configured to apply, for example, 90 kMz modulation to an incident terahertz wave generation seed light pulse train. Depending on the device used as the intensity modulator 103, higher-speed modulation may be applied.

なお、本実施形態では、種光パルスの段階で変調をかけることが重要であり、特にテラヘルツ波検出用の光パルスのパワーおよびパルス幅を設定値（種光パルスよりも高いパワー、および該種光パルスよりも細いパルス幅）にする前の段階で、テラヘルツ波検出用の光パルスに所定の変調をかけることが重要となる。従って、強度変調器１０３をＡＯＭやＥＯＭにすることが本質ではなく、強度変調器１０３としては、例えば光チョッパ、光スイッチ等、入力された光パルス列に所定の変調をかけることができるものであればいずれを用いても良い。 In this embodiment, it is important to perform modulation at the stage of the seed light pulse, and in particular, the power and pulse width of the optical pulse for detecting the terahertz wave are set values (power higher than the seed light pulse, and the seed light pulse). It is important to apply predetermined modulation to the optical pulse for detecting the terahertz wave at a stage before the pulse width is made narrower than the optical pulse. Therefore, it is not essential that the intensity modulator 103 is AOM or EOM. As the intensity modulator 103, for example, an optical chopper, an optical switch, or the like, which can apply a predetermined modulation to an input optical pulse train. Any of them may be used.

上記ビームスプリッタ１０２の他方の出射端と、光学遅延部１０４とがＰＭＦにより接続されている。光学遅延部１０４は、遅延スキャナ１０５と、光路長調整器１０６とを含む。該遅延ラインスキャナ１０５は、テラヘルツ波検出用の種光パルスを所定の遅延時間だけ遅延させるように構成されており、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の制御装置（不図示）に電気的に接続された、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１０５は、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記制御装置が上記駆動部を駆動させることにより、テラヘルツ波検出用の種光パルス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、テラヘルツ波信号のサンプリングを行う際には、制御装置からの指示により、遅延ラインスキャナ１０５を駆動しながらテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとの時間差を調整する。 The other exit end of the beam splitter 102 and the optical delay unit 104 are connected by a PMF. The optical delay unit 104 includes a delay scanner 105 and an optical path length adjuster 106. The delay line scanner 105 is configured to delay the seed light pulse for detecting the terahertz wave by a predetermined delay time, and is electrically connected to a control device (not shown) such as a PC (personal computer). An inline delay line scanner with a fiber pigtail. The delay line scanner 105 has a mirror that can be driven by a drive unit, and the control device drives the drive unit so as to give a predetermined delay to the seed light pulse for terahertz wave detection. The mirror can be moved. That is, when sampling the terahertz wave signal, the time difference between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse is adjusted while driving the delay line scanner 105 according to an instruction from the control device.

遅延ラインスキャナ１０５と、インライン型の光路長調整器１０６の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該光路長調整器１０６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、テラヘルツ波検出用の種光パルスの光路長を調節することができる。この光路長調整器１０６は、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルス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。テラヘルツ波発生用光パルス列（一部区間はテラヘルツ波として伝搬）とテラヘルツ波検出用光パルス列との時間差は、この光路長調整器１０６の調整器範囲内に納まるようにあらかじめファイバ長またはテラヘルツ波伝搬長を調整しておく必要がある。 The delay line scanner 105 and the incident end of the inline type optical path length adjuster 106 are connected by a PMF. The optical path length adjuster 106 has a mirror whose position can be manually displaced. By displacing the position of the mirror, the optical path length of the seed light pulse for detecting the terahertz wave can be adjusted. The optical path length adjuster 106 is used to adjust the optical path lengths of the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse. Once adjusted, it is necessary to adjust the time difference for each measurement thereafter. Absent. The fiber length or terahertz wave propagation is made in advance so that the time difference between the optical pulse train for terahertz wave generation (some sections propagate as terahertz waves) and the optical pulse train for terahertz wave detection falls within the adjuster range of the optical path length adjuster 106. It is necessary to adjust the length.

本実施形態において、光学遅延部１０４は遅延ラインスキャナ１０５と光路長調整器１０６とを含んでいるが、遅延ラインスキャナ１０５のみを含む構成でもよい。 In the present embodiment, the optical delay unit 104 includes the delay line scanner 105 and the optical path length adjuster 106, but may include only the delay line scanner 105.

なお、本実施形態では、テラヘルツ波検出用の種光パルスに所定の遅延時間を付与する形態であるが、テラヘルツ波発生用の種光パルスに所定の遅延時間を付与するようにしても良い。この場合は、ビームスプリッタ１０２と光ファイバカプラ１０８ａとの間のいずれかの位置に遅延ラインスキャナ１０５を配置すれば良い。 In this embodiment, a predetermined delay time is given to the seed light pulse for detecting the terahertz wave. However, a predetermined delay time may be given to the seed light pulse for generating the terahertz wave. In this case, the delay line scanner 105 may be disposed at any position between the beam splitter 102 and the optical fiber coupler 108a.

ファイバ伝送部１６０は、強度変調器１０３から出射されるテラヘルツ波発生用の種光パルス、光学遅延部１０４から出射されるテラヘルツ波検出用の種光パルス及び励起レーザ１０７ａ、１０７ｂから出射される励起光を、光学ヘッド側ユニット１７０に伝送する。ファイバ伝送部１６０においては、それぞれの光の伝送路がＰＭＦで接続される。本実施形態の構成においては、テラヘルツ波発生用の種光パルス、テラヘルツ波検出用の種光パルス及び２つの励起光を伝送するために、ファイバ伝送部１６０には合計４本のＰＭＦが含まれる。例えば、テラヘルツ波発生用のファイバ増幅器を２段構成にするために励起レーザを１つ増やす場合には、ファイバ伝送部１６０には合計５本のＰＭＦが含まれてもよい。ファイバ伝送部１６０のＰＭＦには負荷が掛かりやすいため、損傷を防ぐために金属製のアーマードケーブル内に挿入し、保護することが好ましい。 The fiber transmission unit 160 includes a seed light pulse for generating the terahertz wave emitted from the intensity modulator 103, a seed light pulse for detecting the terahertz wave emitted from the optical delay unit 104, and the excitation light emitted from the excitation lasers 107a and 107b. The light is transmitted to the optical head side unit 170. In the fiber transmission unit 160, the optical transmission lines are connected by PMF. In the configuration of the present embodiment, a total of four PMFs are included in the fiber transmission unit 160 in order to transmit the seed light pulse for generating the terahertz wave, the seed light pulse for detecting the terahertz wave, and the two excitation lights. . For example, when the number of pump lasers is increased by one to form a terahertz wave generating fiber amplifier in a two-stage configuration, the fiber transmission unit 160 may include a total of five PMFs. Since the PMF of the fiber transmission unit 160 is likely to be loaded, it is preferable to protect it by inserting it into a metal armored cable in order to prevent damage.

一般的に、光パルスが光ファイバ等の非線形デバイス中を伝送されると、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う。この効果は、細いパルス幅が必要となる広帯域テラヘルツ波の発生においては好ましくない。しかしながら、本実施形態の構成においては、ファイバ伝送部１６０により伝送される光パルスは、光学ヘッド側ユニット１７０において、パルス幅の圧縮を受けるため、ファイバ伝送部１６０においてパルス幅が広がっても補償することができる。したがって、本実施形態の構成によれば、光学ヘッド側ユニット１７０で補償が可能な範囲において、ファイバ伝送部１６０を長くすることが可能になる。ファイバ伝送部１６０を長くすることによって、光学ヘッドＣを被測定物に近付けて、より自由度の高いテラヘルツ波測定を行うことができる。 In general, when an optical pulse is transmitted through a nonlinear device such as an optical fiber, the pulse width is widened due to the effect of chromatic dispersion or the nonlinear optical effect. This effect is undesirable in the generation of a broadband terahertz wave that requires a narrow pulse width. However, in the configuration of the present embodiment, the optical pulse transmitted by the fiber transmission unit 160 is subjected to compression of the pulse width in the optical head unit 170, so that even if the pulse width widens in the fiber transmission unit 160, it is compensated. be able to. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to lengthen the fiber transmission unit 160 within a range in which the optical head side unit 170 can compensate. By making the fiber transmission unit 160 longer, the optical head C can be brought closer to the object to be measured, and terahertz wave measurement with a higher degree of freedom can be performed.

ファイバ伝送部１６０をさらに長くするために、ファイバ伝送部１６０においてソリトン伝搬が行われるようにすることが好ましい。ソリトン伝搬が行われるようにするためには、ファイバ伝送部１６０中で波長分散によるパルス幅の広がりと、非線形効果によるパルス幅の圧縮が釣り合うように、ファイバレーザ発振器１０１から出力される光パルスの強度を調整すればよい。光パルスが光ファイバ中でソリトン伝搬されると、パルス幅の変化を防止または低減できるため、ファイバ伝送部１６０の長さをより長く構成することができる。 In order to make the fiber transmission unit 160 longer, it is preferable that soliton propagation is performed in the fiber transmission unit 160. In order to perform soliton propagation, the optical pulse output from the fiber laser oscillator 101 is balanced in the fiber transmission section 160 so that the expansion of the pulse width due to chromatic dispersion and the compression of the pulse width due to the nonlinear effect are balanced. What is necessary is just to adjust intensity | strength. When the optical pulse is propagated through the soliton in the optical fiber, the change in the pulse width can be prevented or reduced, so that the length of the fiber transmission unit 160 can be made longer.

光学ヘッド側ユニット１７０は、光ファイバカプラ１０８ａ、１０８ｂと、ファイバ増幅器１０９と、ファイバ増幅器１１１と、ファイバ圧縮器１１０と、ファイバ圧縮部１１２と、テラヘルツ波発生部１１３と、テラヘルツ波検出部１１４とを備える。 The optical head side unit 170 includes optical fiber couplers 108a and 108b, a fiber amplifier 109, a fiber amplifier 111, a fiber compressor 110, a fiber compressor 112, a terahertz wave generator 113, and a terahertz wave detector 114. Is provided.

光ファイバカプラ１０８ａ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１０３の出射端とが、ファイバ伝送部１６０を介して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１０７ａとが、ファイバ伝送部１６０を介して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１０７ａは、後述するファイバ増幅器１０９に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。従って、光ファイバカプラ１０８ａの一方の入射端からは、強度変調器１０３から出射された、所定の変調がかけられたテラヘルツ波発生用の種光パルスが入射され、該変調済みの種光パルスを出射端から出射する。一方、光ファイバカプラ１０８ａの他方の入射端からは、励起レーザ１０７ａから出射された励起光が入射され、該励起光を出射端から出射する。 The optical fiber coupler 108 a has two incident ends and one outgoing end, and one of the two incident ends and the outgoing end of the intensity modulator 103 are connected by a PMF via the fiber transmission unit 160. The other of the two incident ends and the pump laser 107a are connected by a PMF via the fiber transmission unit 160, and the light incident from each of the two incident ends is emitted from the emission end. . The pump laser 107a oscillates pump light for giving a fiber amplifier 109 described later an amplification function. Therefore, from one incident end of the optical fiber coupler 108a, a seed light pulse for generating a terahertz wave, which is emitted from the intensity modulator 103 and subjected to predetermined modulation, is incident, and the modulated seed light pulse is transmitted. It exits from the exit end. On the other hand, the excitation light emitted from the excitation laser 107a is incident from the other incident end of the optical fiber coupler 108a, and the excitation light is emitted from the emission end.

光ファイバカプラ１０８ａの出射端と、ファイバ増幅器１０９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１０９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***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１０９は、励起用レーザダイオードである励起レーザ１０７ａからの励起光が光ファイバカプラ１０８ａを介して注入されることにより、テラヘルツ波発生用の種光パルス列を増幅することができる。なお、ファイバ増幅器１０９としては、エルビウムの他に、イッテルビウム、ツリウム、またはネオジウムなどが添加されたファイバ増幅器を用いることができ、必要な波長に合わせて選択するとよい。本実施形態では、ファイバ増幅器１０９は、入射されたテラヘルツ波発生用の種光パルスのパワーを５００ｍＷまで増幅するように構成されている。すなわち、ファイバ増幅器１０９により、テラヘルツ波発生用の種光パルスのパワーを、最終的に出力される光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスとして持つべきパワーまで増幅させる。 The exit end of the optical fiber coupler 108a and the entrance end of the fiber amplifier 109 are connected by PMF. The fiber amplifier 109 is an erbium-doped fiber whose dispersion characteristic has a normal dispersion value. In this way, by using a normal dispersion erbium-doped fiber as an amplification fiber, it is possible to reduce nonlinear effects that adversely affect measurement performance such as pulse splitting. The fiber amplifier 109 can amplify the seed light pulse train for generating the terahertz wave by injecting the pumping light from the pumping laser 107a which is a pumping laser diode through the optical fiber coupler 108a. As the fiber amplifier 109, a fiber amplifier to which ytterbium, thulium, neodymium or the like is added in addition to erbium can be used, and it may be selected according to a necessary wavelength. In this embodiment, the fiber amplifier 109 is configured to amplify the power of an incident seed light pulse for generating a terahertz wave to 500 mW. That is, the fiber amplifier 109 amplifies the power of the seed light pulse for generating the terahertz wave to the power that should be possessed as the optical pulse for generating the terahertz wave that is the optical pulse that is finally output.

ファイバ増幅器１０９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１０９の前（光ファイバカプラ１０８ａとファイバ増幅器１０９との間）に設置して偏波を調整するとよい。
この偏波調整を容易にするために、ファイバ増幅器１０９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良い。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しても良い。それぞれの偏波コントローラは、各ファイバ増幅器の後に設置したＴＡＰモニタ出力パワーを観測し、その強度が最大になるように最適化する。多段で増幅・偏波調整を繰り返すことにより、１段のファイバ増幅器で強度増幅する場合と比べて、ファイバ中で生じる非線形偏波回転による偏光の乱れを抑圧することができる。 If the fiber amplifier 109 is not a polarization maintaining fiber, a polarization controller may be installed in front of the fiber amplifier 109 (between the optical fiber coupler 108a and the fiber amplifier 109) to adjust the polarization.
In order to facilitate this polarization adjustment, the fiber amplifier 109 may have a multi-stage configuration, and a polarization controller may be installed for each. Further, an isolator may be inserted after each fiber amplifier (on the output side of the fiber amplifier) to prevent return light. Each polarization controller observes the output power of the TAP monitor installed after each fiber amplifier and optimizes it so that the intensity becomes maximum. By repeating amplification and polarization adjustment in multiple stages, polarization disturbance due to nonlinear polarization rotation occurring in the fiber can be suppressed as compared with the case of intensity amplification with a single-stage fiber amplifier.

ファイバ増幅器１０９の出射端と、ファイバ圧縮器１１０とがＰＭＦを介して接続されている。該ファイバ圧縮器１１０は、ラージモードエリアファイバである大口径の定偏波フォトニッククリスタルファイバであり、入射されたテラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅を５０ｆｓに圧縮するように構成されている。 The output end of the fiber amplifier 109 and the fiber compressor 110 are connected via a PMF. The fiber compressor 110 is a large-diameter constant polarization photonic crystal fiber that is a large mode area fiber, and is configured to compress the pulse width of an incident terahertz wave seed light pulse to 50 fs. Yes.

ファイバ増幅器１０９から出力された光パルス（テラヘルツ波発生用の種光パルス）は、ファイバ増幅器１０９の非線形効果と正常分散の影響とにより、スペクトルが広がると同時に正の単調なチャープを有している。本実施形態では、ファイバ圧縮器１１０としてラージモードエリアファイバである大口径のフォトニッククリスタルファイバを用いているので、このチャープを補償することができる。このフォトニッククリスタルファイバはモードフィールド径が２０ミクロン以上であるが、光パルスのシングルモード伝搬が可能である。そのため、増幅により高ピーク強度化した光パルスの伝搬においても、過剰な非線形効果を抑制することができ、シングルピークの高ピーク強度短パルスを生成することができる。本実施形態では、ファイバ増幅器１０９中で生じる光スペクトル広がりと、ファイバ圧縮器１１０としてのフォトニッククリスタルファイバ中で生じるチャープ補償及びソリトン圧縮とにより、テラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅は５０ｆｓ以下に圧縮される。すなわち、ファイバ圧縮器１１０により、テラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅を、最終的に出力される光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスとして持つべきパルス幅まで細くする。 The optical pulse output from the fiber amplifier 109 (seed light pulse for generating a terahertz wave) has a positive monotonous chirp at the same time as the spectrum spreads due to the nonlinear effect of the fiber amplifier 109 and the influence of normal dispersion. . In the present embodiment, since a large-diameter photonic crystal fiber that is a large mode area fiber is used as the fiber compressor 110, this chirp can be compensated. Although this photonic crystal fiber has a mode field diameter of 20 microns or more, it can propagate a single mode of an optical pulse. Therefore, even in the propagation of an optical pulse having a high peak intensity by amplification, an excessive nonlinear effect can be suppressed, and a single peak high peak intensity short pulse can be generated. In this embodiment, the pulse width of the seed light pulse for generating the terahertz wave is 50 fs due to the optical spectrum broadening generated in the fiber amplifier 109 and the chirp compensation and soliton compression generated in the photonic crystal fiber as the fiber compressor 110. Compressed to: That is, the fiber compressor 110 reduces the pulse width of the seed light pulse for generating the terahertz wave to the pulse width that should be possessed as the optical pulse for generating the terahertz wave that is the optical pulse that is finally output.

なお、フォトニッククリスタルファイバは微細な空孔が開いた形状をしており、粉塵や水分の影響を受け特性が劣化してしまう恐れがあることから、ファイバ端面はエンドシーリングするか、レンズを固定する際にファイバ保持部を密閉することで粉塵や水分の影響を軽減するように工夫するとよい。また、フォトニッククリスタルファイバのように、曲げ損失が大きく、ファイバの揺れにより出力に影響を与えてしまうファイバを用いる場合には、許容される最小の曲げ半径でファイバ固定できるような樹脂ガイドを作製すると安定性を保ったまま装置を小型化することができる。 The photonic crystal fiber has a shape with fine pores and may be affected by dust or moisture, so the characteristics may deteriorate. Therefore, end sealing the fiber end face or fixing the lens. When doing so, it is advisable to reduce the influence of dust and moisture by sealing the fiber holder. In addition, when using a fiber that has a large bending loss and affects the output due to the fluctuation of the fiber, such as a photonic crystal fiber, create a resin guide that can fix the fiber with the minimum allowable bending radius. Then, the apparatus can be miniaturized while maintaining stability.

なお、本実施形態においては、光ファイバカプラ１０８ａはファイバ増幅器１０９の入射側に設置されているが、ファイバ増幅器１０９の出射側に設置されていてもよい。その場合には、励起レーザ１０７ａからの励起光が光ファイバカプラ１０８ａを介してファイバ増幅器１０９に注入されることにより、ファイバ増幅器１０９において強度変調器１０３からのテラヘルツ波発生用の種光パルスが増幅される。その後、増幅されたテラヘルツ波発生用の種光パルスは、光ファイバカプラ１０８ａを介してファイバ圧縮器１１０へ出力される。 In this embodiment, the optical fiber coupler 108 a is installed on the incident side of the fiber amplifier 109, but may be installed on the output side of the fiber amplifier 109. In that case, the pumping light from the pumping laser 107a is injected into the fiber amplifier 109 via the optical fiber coupler 108a, whereby the seed light pulse for generating the terahertz wave from the intensity modulator 103 is amplified in the fiber amplifier 109. Is done. Thereafter, the amplified seed light pulse for generating the terahertz wave is output to the fiber compressor 110 via the optical fiber coupler 108a.

光ファイバカプラ１０８ｂ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１０６の出射端とが、ファイバ伝送部１６０を介して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１０７ｂとが、ファイバ伝送部１６０を介して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１０７ｂは、後述するファイバ増幅器１１１に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。従って、光ファイバカプラ１０８ｂの一方の入射端からは、光路長調整器１０６から出射されたテラヘルツ波検出用の種光パルスが入射され、該種光パルスを出射端から出射する。一方、光ファイバカプラ１０８ｂの他方の入射端からは、励起レーザ１０７ｂから出射された励起光が入射され、該励起光を出射端から出射する。 The optical fiber coupler 108b has two incident ends and one outgoing end, and one of the two incident ends is connected to the outgoing end of the optical path length adjuster 106 by the PMF via the fiber transmission unit 160. The other of the two incident ends and the pump laser 107b are connected by the PMF via the fiber transmission unit 160, and light incident from each of the two incident ends is emitted from the emission end. To do. The pump laser 107b oscillates pump light for giving an amplification function to a fiber amplifier 111 described later. Accordingly, the terahertz wave detecting seed light pulse emitted from the optical path length adjuster 106 is incident from one incident end of the optical fiber coupler 108b, and the seed light pulse is emitted from the emitting end. On the other hand, the excitation light emitted from the excitation laser 107b is incident from the other incident end of the optical fiber coupler 108b, and the excitation light is emitted from the emission end.

光ファイバカプラ１０８ｂの出射端と、ファイバ増幅器１１１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１１１は、異常分散特性を有するファイバ増幅器およ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する。すなわち、ファイバ増幅器１１１へのテラヘルツ波検出用の種光パルス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、上記種光パルス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。ファイバ増幅器１１１における増幅の前半部分において異常分散特性を有するファイバ増幅器を用いることにより、入射された光パルスのパワー（光強度）が比較的弱い場合には、パルス圧縮とパルス増幅とを同時に行うことができる。あるレベルまでパワー（光強度）が増幅された後には正常分散特性を有するファイバ増幅器を用いて光増幅を行う。これは、正常分散中で非線形効果を誘起することで、パルス***を生じないまま自己位相変調によりスペクトル幅を大きく広げ、光パルスに正の単調なチャープを付加することができるからである。このような構成により、本実施形態では、ファイバ増幅器１１１は、励起用レーザダイオードである励起レーザ１０７ｂからの励起光が光ファイバカプラ１０８ｂを介して注入されることにより、テラヘルツ波検出用の種光パルスのパワーを２００ｍＷまで増幅することができる。 The exit end of the optical fiber coupler 108b and the entrance end of the fiber amplifier 111 are connected by PMF. The fiber amplifier 111 has a structure in which a fiber amplifier having an anomalous dispersion characteristic and a fiber amplifier having a normal dispersion characteristic are provided in two stages. That is, a first fiber amplifier having anomalous dispersion characteristics is provided on the incident side of the seed light pulse for detecting the terahertz wave to the fiber amplifier 111, and normal dispersion is provided on the rear side in the traveling direction of the seed light pulse. A second fiber amplifier having characteristics is provided. By using a fiber amplifier having anomalous dispersion characteristics in the first half of amplification in the fiber amplifier 111, when the power (light intensity) of the incident optical pulse is relatively weak, pulse compression and pulse amplification are performed simultaneously. Can do. After power (light intensity) is amplified to a certain level, optical amplification is performed using a fiber amplifier having normal dispersion characteristics. This is because, by inducing a nonlinear effect in normal dispersion, the spectral width can be broadened by self-phase modulation without causing pulse splitting, and a positive monotonous chirp can be added to an optical pulse. With this configuration, in the present embodiment, the fiber amplifier 111 is configured so that the pumping light from the pumping laser 107b, which is a pumping laser diode, is injected through the optical fiber coupler 108b, so that seed light for terahertz wave detection is obtained. The power of the pulse can be amplified up to 200 mW.

ファイバ増幅器１１１の出射端と、ファイバ圧縮器１１２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１１２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１１１から出射された正チャープを有するテラヘルツ波発生用の種光パルス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１１２は、上記テラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅を５０ｆｓまで細くするように構成されている。 The exit end of the fiber amplifier 111 and the entrance end of the fiber compressor 112 are connected by PMF. The fiber compressor 112 is a single mode optical fiber, and the single mode optical fiber can pulse-compress the seed light pulse for generating the terahertz wave having the positive chirp emitted from the fiber amplifier 111. In this embodiment, the fiber compressor 112 is configured to reduce the pulse width of the seed light pulse for generating the terahertz wave to 50 fs.

なお、本実施形態においては、光ファイバカプラ１０８ｂはファイバ増幅器１１１の入射側に設置されているが、ファイバ増幅器１１１の出射側に設置されていてもよい。その場合には、励起レーザ１０７ｂからの励起光が光ファイバカプラ１０８ｂを介してファイバ増幅器１１１に注入されることにより、ファイバ増幅器１１１において光路長調整器１０６からのテラヘルツ波検出用の種光パルスが増幅される。その後、増幅されたテラヘルツ波検出用の種光パルスは、光ファイバカプラ１０８ｂを介してファイバ圧縮器１１２へ出力される。 In the present embodiment, the optical fiber coupler 108b is installed on the incident side of the fiber amplifier 111, but may be installed on the output side of the fiber amplifier 111. In that case, the pumping light from the pumping laser 107b is injected into the fiber amplifier 111 via the optical fiber coupler 108b, so that the seed light pulse for terahertz wave detection from the optical path length adjuster 106 in the fiber amplifier 111 is generated. Amplified. Thereafter, the amplified seed light pulse for detecting the terahertz wave is output to the fiber compressor 112 via the optical fiber coupler 108b.

このような構成により、光学ヘッド側ユニット１７０は、高いパワー（光強度）を有し、細いパルス幅の光パルスである、テラヘルツ波発生用光パルスをテラヘルツ波発生部１１３へと出射する。 With such a configuration, the optical head unit 170 emits a terahertz wave generating light pulse, which is a light pulse having a high power (light intensity) and a narrow pulse width, to the terahertz wave generating unit 113.

ファイバ圧縮器１１０の出射端（フォトニッククリスタルファイバの出射端）は、テラヘルツ波発生部１１３の入射端に接続されている。該テラヘルツ波発生部１１３は、ファイバ圧縮器１１０としてのラージモードエリアファイバであるフォトニッククリスタルファイバの出射端に接続されたコリメートレンズと、該コリメートレンズにてコリメートされた光を集光するように設けられた集光レンズと、該集光レンズにて集光された光が入射するように設けられたテラヘルツ波発生用の非線形結晶とを有している。上記フォトニッククリスタルファイバ出射端、コリメートレンズ、集光レンズ、およびＤＡＳＴ結晶はモジュール化されている。このような構成で、フォトニッククリスタルファイバから出射されたテラヘルツ波発生用光パルスは、コリメートレンズおよび集光レンズによりコリメート・集光されテラヘルツ波発生用非線形結晶であるＤＡＳＴ結晶に入射され、ＤＡＳＴ結晶はテラヘルツ波を発生する。
なお、本実施形態では、非線形結晶を用いてテラヘルツ波を検出したが、代わりに光伝導アンテナを用いてテラヘルツ波を発生してもよい。光伝導アンテナを用いる場合には、ＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ）を用いて、入射されるテラヘルツ波発生用光パルスの波長変換を行うことが望ましい。 The exit end of the fiber compressor 110 (the exit end of the photonic crystal fiber) is connected to the entrance end of the terahertz wave generation unit 113. The terahertz wave generation unit 113 collects the collimated lens connected to the output end of the photonic crystal fiber, which is a large mode area fiber as the fiber compressor 110, and the light collimated by the collimating lens. And a non-linear crystal for generating a terahertz wave provided so that the light condensed by the condensing lens is incident thereon. The photonic crystal fiber emitting end, collimating lens, condensing lens, and DAST crystal are modularized. With such a configuration, the terahertz wave generating optical pulse emitted from the photonic crystal fiber is collimated and condensed by the collimating lens and the condensing lens, and is incident on the DAST crystal which is a nonlinear crystal for generating the terahertz wave. Generates terahertz waves.
In this embodiment, a terahertz wave is detected using a nonlinear crystal, but a terahertz wave may be generated using a photoconductive antenna instead. In the case of using a photoconductive antenna, it is desirable to perform wavelength conversion of an incident terahertz wave generating optical pulse using PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate).

また、ファイバ圧縮器１１２の出射端（シングルモード光ファイバの出射端）は、テラヘルツ波検出部１１４に接続されている。該テラヘルツ波検出部１１４は、ファイバ圧縮器１１２であるシングルモード光ファイバの出射端に接続され、第２高調波を発生可能な非線形結晶（本実施形態では、ＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ））と、該非線形結晶から発生した光から第２高調波を抽出する光学フィルタと、該光学フィルタにより抽出された第２高調波を光伝導アンテナに入射させるためのレンズと、該光学フィルタにて抽出された第２高調波が入射するように設けられた光伝導アンテナとを有する。該光伝導アンテナの裏面（ファイバ圧縮器１１２と反対側の面）にはシリコンの半球または超半球レンズが設置されている。本実施形態では、上記シングルモード光ファイバの出射端からシリコンレンズまで１つのモジュールとなっており、空間伝搬時と比べて小型化・堅牢化が実現されている。このような構成により、ファイバ圧縮器１１２から出射されたテラヘルツ波検出用光パルスがＰＰＬＮに入射すると、該ＰＰＬＮから第２高調波が発生し、光学フィルタにより第２高調波のみが取り出され、該取り出された第２高調波はレンズにより光伝導アンテナへ集光される。このとき、光伝導アンテナのシリコンレンズ側から被測定物１１６から出射されたテラヘルツ波が入射されることにより、該テラヘルツ波の検出が行われる。
なお、本実施形態では、光伝導アンテナを用いてテラヘルツ波を検出したが、代わりに非線形結晶を用いてＥＯ検出してもよい。非線形結晶を用いたＥＯ検出においては第２高調波を発生しなくてもテラヘルツ波を検出することができる。 The output end of the fiber compressor 112 (the output end of the single mode optical fiber) is connected to the terahertz wave detection unit 114. The terahertz wave detection unit 114 is connected to an output end of a single mode optical fiber that is a fiber compressor 112, and can generate a second harmonic wave. In this embodiment, the terahertz wave detection unit 114 is a non-linear crystal (in this embodiment, PPLN: An optical filter for extracting the second harmonic from the light generated from the nonlinear crystal, a lens for causing the second harmonic extracted by the optical filter to enter the photoconductive antenna, and the optical filter. And a photoconductive antenna provided so that the second harmonic is incident thereon. A silicon hemisphere or super hemisphere lens is installed on the back surface (the surface opposite to the fiber compressor 112) of the photoconductive antenna. In the present embodiment, one module is formed from the exit end of the single mode optical fiber to the silicon lens, and the size and the robustness are realized as compared with the space propagation. With such a configuration, when the terahertz wave detection optical pulse emitted from the fiber compressor 112 is incident on the PPLN, a second harmonic is generated from the PPLN, and only the second harmonic is extracted by the optical filter. The extracted second harmonic is focused on the photoconductive antenna by the lens. At this time, when the terahertz wave emitted from the DUT 116 is incident from the silicon lens side of the photoconductive antenna, the terahertz wave is detected.
In the present embodiment, a terahertz wave is detected using a photoconductive antenna, but EO detection may be performed using a nonlinear crystal instead. In EO detection using a nonlinear crystal, a terahertz wave can be detected without generating the second harmonic.

次に、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置１００の動作を説明する。
まずは、ファイバレーザ発振器１０１は、テラヘルツ波発生部１１３への入射光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスとして設定されたパワー（光強度）（５００ｍＷ）よりも低く、かつ該テラヘルツ波発生用光パルスとして設定されたパルス幅（５０ｆｓ）よりも広いパルス幅を有する種光パルス（平均パワー４０ｍＷ、パルス幅５００ｆｓ、繰り返し周波数１００ＭＨｚ）を発振する。該種光パルスは、ビームスプリッタ１０２にて２つに分岐され、分岐された一方がテラヘルツ波発生用の種光パルスとして強度変調器１０３に入射し、他方がテラヘルツ波検出用の種光パルスとして遅延ラインスキャナ１０５に入射する。 Next, the operation of the terahertz wave generation detection device 100 according to the present embodiment will be described.
First, the fiber laser oscillator 101 is lower than the power (light intensity) (500 mW) set as a terahertz wave generating optical pulse that is an incident light pulse to the terahertz wave generating unit 113, and the terahertz wave generating optical pulse. A seed light pulse (average power 40 mW, pulse width 500 fs, repetition frequency 100 MHz) having a pulse width wider than the pulse width (50 fs) set as is oscillated. The seed light pulse is branched into two by the beam splitter 102, one of the branched light is incident on the intensity modulator 103 as a seed light pulse for generating a terahertz wave, and the other is used as a seed light pulse for detecting a terahertz wave. The light enters the delay line scanner 105.

強度変調器１０３は、入射されたテラヘルツ波発生用の種光パルスに対して９０ｋＨｚの変調をかける。該変調がかけられたテラヘルツ波発生用の種光パルスは光ファイバカプラ１０８ａを介してファイバ増幅器１０９に入射する。ファイバ増幅器１０９は、励起レーザ１０７ａから光ファイバカプラ１０８ａを介して入力された励起光により、上記変調がかけられたテラヘルツ波発生用の種光パルスのパワーを出力値である５００ｍＷに増幅してファイバ圧縮器１１０へと出射する。該ファイバ圧縮器１１０は、入射された変調がかけられ、増幅されたテラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅を５０ｆｓまで細くする。これにより、光学ヘッド側ユニット１７０は、パワー５００ｍＷ、パルス幅５０ｆｓのテラヘルツ波発生用光パルスを出射する。 The intensity modulator 103 modulates 90 kHz with respect to the incident seed light pulse for generating the terahertz wave. The modulated terahertz wave generation seed light pulse enters the fiber amplifier 109 via the optical fiber coupler 108a. The fiber amplifier 109 amplifies the power of the modulated seed light pulse for generating the terahertz wave to 500 mW, which is an output value, by the pumping light input from the pumping laser 107a through the optical fiber coupler 108a. Output to the compressor 110. The fiber compressor 110 is modulated by the incident light and narrows the pulse width of the amplified seed light pulse for generating the terahertz wave to 50 fs. Thereby, the optical head side unit 170 emits a terahertz wave generating optical pulse having a power of 500 mW and a pulse width of 50 fs.

上記光学ヘッド側ユニット１７０から出射されたテラヘルツ波発生用光パルスはテラヘルツ波発生部１１３に入射し、該テラヘルツ波発生部１１３はテラヘルツ波を発生する。該発生したテラヘルツ波は伝播モジュール１１５を介して被測定物１１６に入射する。該被測定物１１６に入射されたテラヘルツ波は該被測定物１１６にて反射され、該反射されたテラヘルツ波は伝播モジュール１１５を介してテラヘルツ波検出部１１４に入射する。 The terahertz wave generating optical pulse emitted from the optical head side unit 170 is incident on the terahertz wave generating unit 113, and the terahertz wave generating unit 113 generates a terahertz wave. The generated terahertz wave is incident on the measurement object 116 via the propagation module 115. The terahertz wave incident on the device under test 116 is reflected by the device under test 116, and the reflected terahertz wave enters the terahertz wave detection unit 114 via the propagation module 115.

一方、テラヘルツ波波形を観測するために、テラヘルツ波検出用の種光パルスが通過する遅延ラインスキャナ１０５を制御装置で駆動し、被測定物１１６から出射される反射されたテラヘルツ波とテラヘルツ波検出用光パルスの時間差を変化させながら、テラヘルツ波検出部１１４の光伝導アンテナ出力電流を検出する。遅延ラインスキャナ１０５によるスキャンのスキャン幅、スキャンレートは被測定物１１６に応じて調整するとよい。 On the other hand, in order to observe the terahertz wave waveform, the delay line scanner 105 through which the seed light pulse for detecting the terahertz wave passes is driven by the control device, and the reflected terahertz wave and the terahertz wave detected emitted from the measurement object 116 are detected. The photoconductive antenna output current of the terahertz wave detection unit 114 is detected while changing the time difference between the optical pulses for use. The scan width and scan rate of the scan performed by the delay line scanner 105 may be adjusted according to the measurement object 116.

上記遅延ラインスキャナ１０５により所定の遅延時間が付与されたテラヘルツ波検出用の種光パルスは、光ファイバカプラ１０８ｂを介してファイバ増幅器１１１に入射する。光ファイバ増幅器１１１は、励起レーザ１０７ｂから光ファイバカプラ１０８ｂを介して入力された励起光により、上記所定の遅延時間が付与されたテラヘルツ波検出用の種光パルスのパワーを出力値である２００ｍＷに増幅してファイバ圧縮器１１２へと出射する。該ファイバ圧縮器１１２は、入射された所定の遅延時間が付与され、増幅されたテラヘルツ波検出用の種光パルスのパルス幅を５０ｆｓまで細くする。これにより、光学ヘッド側ユニット１７０は、パワー２００ｍＷ、パルス幅５０ｆｓのテラヘルツ波検出用光パルスを出射する。 The terahertz wave detection seed light pulse provided with a predetermined delay time by the delay line scanner 105 enters the fiber amplifier 111 through the optical fiber coupler 108b. The optical fiber amplifier 111 uses the pumping light input from the pumping laser 107b through the optical fiber coupler 108b to increase the power of the seed light pulse for detecting the terahertz wave to which the predetermined delay time is given to an output value of 200 mW. Amplified and output to the fiber compressor 112. The fiber compressor 112 is provided with a predetermined delay time, and narrows the pulse width of the amplified seed light pulse for detecting the terahertz wave to 50 fs. As a result, the optical head unit 170 emits a terahertz wave detection optical pulse having a power of 200 mW and a pulse width of 50 fs.

テラヘルツ波検出部１１４は、光学ヘッド側ユニット１７０から出射されたテラヘルツ波検出用光パルスと、伝播モジュール１１５から出射された、被測定物１１６にて反射されたテラヘルツ波とにより、光伝導アンテナにて生じた電流を出力する。電流増幅器及びロックインアンプにより、強度変調器１０３から出力された変調信号と、テラヘルツ波検出部１１４から出力された電流とによりテラヘルツ波の電場時間波形を測定してもよい。 The terahertz wave detection unit 114 is used as a photoconductive antenna by the terahertz wave detection light pulse emitted from the optical head side unit 170 and the terahertz wave reflected from the object to be measured 116 emitted from the propagation module 115. The generated current is output. The electric field time waveform of the terahertz wave may be measured by the current amplifier and the lock-in amplifier using the modulation signal output from the intensity modulator 103 and the current output from the terahertz wave detection unit 114.

本実施形態によれば、ファイバ伝送部１６０を長くできるため、コントローラ側ユニット１５０をコントローラＣ内に設置し、光学ヘッド側ユニット１７０を光学ヘッドＨ内に設置している。この構成によって、ファイバレーザ発振器１０１や光学遅延部１０４等を光学ヘッドＨに設ける必要がないため、光学ヘッドを小型化することができる。 According to this embodiment, since the fiber transmission unit 160 can be lengthened, the controller side unit 150 is installed in the controller C, and the optical head unit 170 is installed in the optical head H. With this configuration, since it is not necessary to provide the fiber laser oscillator 101, the optical delay unit 104, and the like in the optical head H, the optical head can be reduced in size.

光学ヘッドＨ内にファイバレーザ発振器１０１、励起レーザ１０７ａ、１０７ｂ等の発熱源が配置されると、熱が光学ヘッドＨにおいて光軸ずれやノイズ発生を引き起こし、測定精度に影響を与える可能性がある。冷却手段である冷却ファンは振動発生するため、光学ヘッドに対して使用することは好ましくない。しかしながら、本実施形態によれば、ファイバレーザ発振器１０１、励起レーザ１０７ａ、１０７ｂ等の発熱源を含むコントローラ側ユニット１５０をコントローラＣ内に設置することができるため、光学ヘッドＨを発熱源から隔離することができる。この構成によれば、コントローラＣに冷却ファンを設けて発熱源を冷却することも可能になる。 If heat sources such as the fiber laser oscillator 101 and the excitation lasers 107a and 107b are arranged in the optical head H, the heat may cause an optical axis shift and noise generation in the optical head H, which may affect the measurement accuracy. . Since the cooling fan as the cooling means generates vibration, it is not preferable to use it for the optical head. However, according to the present embodiment, since the controller-side unit 150 including the heat source such as the fiber laser oscillator 101 and the pump lasers 107a and 107b can be installed in the controller C, the optical head H is isolated from the heat source. be able to. According to this configuration, it is possible to cool the heat source by providing the controller C with a cooling fan.

光学ヘッドＨ内にファイバレーザ発振器１０１や光学遅延部１０４等を配置する構成では、光学ヘッドＨが大型かつ重くなるため、被測定物を光学ヘッドに近付けてテラヘルツ波の測定を行うしかない。それに対して、本実施形態では、光学ヘッドＨはファイバレーザ発振器１０１や光学遅延部１０４等を含まないため、小型化及び軽量化が可能となる。その結果、光学ヘッドＨを被測定物１１６に近付けてテラヘルツ波測定を行うこと、つまりより自由度の高いテラヘルツ波測定を行うことが可能になる。 In the configuration in which the fiber laser oscillator 101, the optical delay unit 104, and the like are arranged in the optical head H, the optical head H becomes large and heavy, and therefore, there is no choice but to measure the terahertz wave by bringing the object to be measured close to the optical head. On the other hand, in this embodiment, the optical head H does not include the fiber laser oscillator 101, the optical delay unit 104, and the like, and thus can be reduced in size and weight. As a result, it is possible to perform terahertz wave measurement by bringing the optical head H close to the measurement object 116, that is, terahertz wave measurement with a higher degree of freedom.

本実施形態では、光学ヘッド側ユニット１７０、テラヘルツ波発生部１１３、テラヘルツ波検出部１１４及び伝搬モジュール１１５を光学ヘッドＨの内部に備える構成としているが、光学ヘッド側ユニット１７０のみを光学ヘッドＨの内部に備え、テラヘルツ波発生部１１３、テラヘルツ波検出部１１４及び伝搬モジュール１１５を光学ヘッドＨの外部に備えてもよい。 In this embodiment, the optical head side unit 170, the terahertz wave generation unit 113, the terahertz wave detection unit 114, and the propagation module 115 are configured to be included in the optical head H. However, only the optical head side unit 170 is included in the optical head H. The terahertz wave generation unit 113, the terahertz wave detection unit 114, and the propagation module 115 may be provided outside the optical head H.

本実施形態では、コントローラ側ユニット１５０はコントローラＣに内蔵された構成とされているが、コントローラＣの外部に設置してもよい。その場合でも、光学ヘッドを小型化し、光学ヘッドＨをファイバレーザ発振器１０１、励起レーザ１０７ａ、１０７ｂ等の発熱源から隔離するという効果が得られる。 In the present embodiment, the controller-side unit 150 is built in the controller C, but may be installed outside the controller C. Even in such a case, the effect of reducing the size of the optical head and isolating the optical head H from heat sources such as the fiber laser oscillator 101 and the pump lasers 107a and 107b can be obtained.

本発明においては、ファイバ圧縮器１１０、１１２がそれぞれテラヘルツ波発生部１１３、テラヘルツ波検出部１１４の直前に接続されていれば、細いパルス幅のテラヘルツ波発生用光パルス、テラヘルツ波検出用光パルスをテラヘルツ波発生部１１３、テラヘルツ波検出部１１４に提供できるため、広帯域のテラヘルツ波を発生及び検出できる。したがって、少なくともファイバ圧縮器１１０、１１２が光学ヘッドＨに備えられていればよく、その他の要素はファイバ伝送部１６０の前後のどちらに設けられていてもよい。例えば、ファイバ増幅器１０９、１１１がコントローラ側ユニット１５０に設けられてもよい。強度変調器１０３が光学ヘッド側ユニット１７０に設けられてもよい。発熱源となるファイバレーザ発振器１０１及び励起レーザ１０７ａ、１０７ｂと、一般的に大型である光学遅延部１０４とは、コントローラ側ユニット１５０に設けられることが好ましいが、光学ヘッド側ユニット１７０に設けられることも可能である。 In the present invention, if the fiber compressors 110 and 112 are connected immediately before the terahertz wave generation unit 113 and the terahertz wave detection unit 114, respectively, a terahertz wave generation optical pulse and a terahertz wave detection optical pulse with a narrow pulse width are provided. Can be provided to the terahertz wave generation unit 113 and the terahertz wave detection unit 114, so that a broadband terahertz wave can be generated and detected. Therefore, it is sufficient that at least the fiber compressors 110 and 112 are provided in the optical head H, and other elements may be provided either before or after the fiber transmission unit 160. For example, the fiber amplifiers 109 and 111 may be provided in the controller side unit 150. The intensity modulator 103 may be provided in the optical head side unit 170. The fiber laser oscillator 101 and the pump lasers 107a and 107b, which are heat sources, and the generally large optical delay unit 104 are preferably provided in the controller side unit 150, but are provided in the optical head side unit 170. Is also possible.

（第２の実施形態）
第１の実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置を搬送する際、コントローラＣと光学ヘッドＨを分離するために、光ファイバを脱着する必要がある。しかしながら、光ファイバを繰り返し脱着すると、ファイバ端面が汚れてしまう、さらには損傷してしまう恐れがあり、特に高強度レーザ光を扱う装置では問題となるかもしれない。これを防止又は低減するため、コントローラ側ユニット１５０の一部をコントローラＣから取り外し可能に構成してもよい。 (Second Embodiment)
When transporting the terahertz wave generation and detection apparatus according to the first embodiment, in order to separate the controller C and the optical head H, it is necessary to detach the optical fiber. However, if the optical fiber is repeatedly detached and attached, the fiber end face may become dirty or even damaged, which may be a problem particularly in an apparatus that handles high-intensity laser light. In order to prevent or reduce this, a part of the controller side unit 150 may be configured to be removable from the controller C.

図２は、本発明の第２の実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置２００の概略図である。本実施形態においては、コントローラ側ユニット１５０のうち光学遅延部１０４以外の部分を、脱着式光学ユニット２５０としてコントローラＣから脱着可能に構成している。 FIG. 2 is a schematic diagram of a terahertz wave generation detection device 200 according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the controller-side unit 150 other than the optical delay unit 104 is configured to be detachable from the controller C as a detachable optical unit 250.

第２の実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置２００は、脱着式光学ユニット２５０がコントローラＣから取り外し可能である点以外は、第１の実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置１００と同様の構成であり、同様の作用をもたらすことができる。 The terahertz wave generation detection device 200 according to the second embodiment has the same configuration as the terahertz wave generation detection device 100 according to the first embodiment, except that the removable optical unit 250 is removable from the controller C. Yes, it can produce the same effect.

テラヘルツ波発生検出装置２００においては、コントローラ側ユニット１５０は、コントローラＣから脱着可能なケースに囲まれた脱着式光学ユニット２５０をさらに備え、脱着式光学ユニット２５０は、ファイバレーザ発振器１０１と、インライン型のビームスプリッタ１０２と、強度変調器１０３と、励起レーザ１０７ａ、１０７ｂとを備える。遅延ラインスキャナ１０５及び光路長調整器１０６を含む光学遅延部１０４は、コントローラ側ユニット１５０内において、脱着式光学ユニット２５０の外部に設けられる。 In the terahertz wave generation detection device 200, the controller-side unit 150 further includes a detachable optical unit 250 surrounded by a case that is detachable from the controller C. The detachable optical unit 250 includes the fiber laser oscillator 101 and an inline type. Beam splitter 102, intensity modulator 103, and excitation lasers 107a and 107b. The optical delay unit 104 including the delay line scanner 105 and the optical path length adjuster 106 is provided outside the removable optical unit 250 in the controller side unit 150.

光学遅延部１０４を通るプローブ光は強度が低いため、光コネクタで接続が可能である。そのため、脱着式光学ユニット２５０に光コネクタ２５１ａ、２５１ｂが設けられ、コントローラ側ユニット１５０内の光学遅延部１０４に光コネクタ２５２ａ、２５２ｂが設けられる。光コネクタ２５１ａと光コネクタ２５２ａとの間、光コネクタ２５１ｂと光コネクタ２５２ｂとの間は、両端が光コネクタを備えるＰＭＦにより接続される。光コネクタには、例えば、ＦＣコネクタを用いることができる。 Since the probe light passing through the optical delay unit 104 has low intensity, it can be connected with an optical connector. Therefore, the optical connectors 251 a and 251 b are provided in the removable optical unit 250, and the optical connectors 252 a and 252 b are provided in the optical delay unit 104 in the controller side unit 150. Both ends of the optical connector 251a and the optical connector 252a and the optical connector 251b and the optical connector 252b are connected by a PMF provided with the optical connector. For example, an FC connector can be used as the optical connector.

本実施形態において、光学遅延部１０４は遅延ラインスキャナ１０５と光路長調整器１０６とを含んでいるが、遅延ラインスキャナ１０５のみを含む構成でもよい。脱着式光学ユニット２５０とコントローラＣとの間の接続は、脱着式光学ユニット２５０と光学遅延部１０４との接続に限られたものではなく、電源の接続やロックインアンプの接続等、任意の接続が含まれてよい。 In the present embodiment, the optical delay unit 104 includes the delay line scanner 105 and the optical path length adjuster 106, but may include only the delay line scanner 105. The connection between the detachable optical unit 250 and the controller C is not limited to the connection between the detachable optical unit 250 and the optical delay unit 104. Any connection such as a power supply connection or a lock-in amplifier connection is possible. May be included.

図３は、コントローラＣから脱着式光学ユニット２５０を取り外した際の、脱着式光学ユニット２５０及び光学ヘッドＨを表す図である。この状態でテラヘルツ波発生検出装置２００を搬送し、搬送先で脱着式光学ユニット２５０をコントローラＣに再度取り付けることができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating the removable optical unit 250 and the optical head H when the removable optical unit 250 is removed from the controller C. In this state, the terahertz wave generation detection device 200 can be transported, and the removable optical unit 250 can be attached to the controller C again at the transport destination.

ファイバ伝送部１６０の光ファイバは特に負荷がかかりやすいため、損傷を防ぐために金属製のアーマードケーブル内に挿入して保護することが望ましい。 Since the optical fiber of the fiber transmission unit 160 is particularly easily loaded, it is desirable to protect it by inserting it into a metal armored cable in order to prevent damage.

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果が得られることに加えて、さらに高強度レーザ光が通る部分の光ファイバを脱着せずに装置を分離して搬送することができる。第１の実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置１００を搬送する際には、コントローラＣと光学ヘッダＨを分離するために強度変調器１０３、光学遅延部１０４及び励起レーザ１０７ａ、１０７ｂと、光ファイバカプラ１０８ａ、１０８ｂとの間の光ファイバ接続をそれぞれ脱着する必要がある。その際には脱着の手間が掛かり、また脱着時にファイバ端面の汚染又は損傷が発生する可能性がある。それに対して、本実施形態によれば、脱着式光学ユニット２５０と光学遅延部１０４との光コネクタ接続を外すだけでコントローラＣと光学ヘッダＨを分離できるため、脱着の手間を軽減し、また脱着時に発生するファイバ端面の汚染又は損傷の可能性を低減することができる。 According to this embodiment, in addition to obtaining the effects of the first embodiment, the apparatus can be separated and transported without detaching the optical fiber through which the high-intensity laser beam passes. When transporting the terahertz wave generation and detection apparatus 100 according to the first embodiment, an intensity modulator 103, an optical delay unit 104, excitation lasers 107a and 107b, and an optical fiber to separate the controller C and the optical header H from each other. It is necessary to disconnect the optical fiber connection between the couplers 108a and 108b. At that time, it takes time and effort to desorb, and there is a possibility that the fiber end face is contaminated or damaged during desorption. On the other hand, according to the present embodiment, the controller C and the optical header H can be separated simply by removing the optical connector connection between the detachable optical unit 250 and the optical delay unit 104. It is possible to reduce the possibility of contamination or damage of the fiber end face that sometimes occurs.

本実施形態では伝搬する光強度が弱く、また重量の重い光学遅延部１０４をコントローラＣに残し、光コネクタで接続する構成にしているため、脱着式光学ユニット２５０を小型化及び軽量化することができる。光学遅延部１０４を脱着式光学ユニット２５０に内蔵してもよい。その場合には、脱着式光学ユニット２５０が重くなるが、光コネクタ２５１ａ、２５１ｂ、２５２ａ、２５２ｂが不要となり、脱着がより容易になるという別の効果が得られる。 In the present embodiment, the optical delay unit 104 having a low propagating light intensity and a heavy weight is left in the controller C and connected by an optical connector, so that the removable optical unit 250 can be reduced in size and weight. it can. The optical delay unit 104 may be built in the removable optical unit 250. In this case, the detachable optical unit 250 becomes heavy, but the optical connectors 251a, 251b, 252a, and 252b are unnecessary, and another effect that the detachment becomes easier can be obtained.

１００テラヘルツ波発生検出装置
１０１ファイバレーザ発振器
１０２スプリッタ
１０３強度変調器
１０４光学遅延部
１０５遅延ラインスキャナ
１０６光路長調整器
１０７ａ、１０７ｂ励起レーザ
１０８ａ、１０８ｂ光ファイバカプラ
１０９、１１１ファイバ増幅器
１１０、１１２ファイバ圧縮器
１１３テラヘルツ波発生部
１１４テラヘルツ波検出部
１１５伝播モジュール
１１６被測定物
１４０電気機器
１５０コントローラ側ユニット
１６０ファイバ伝送部
１７０光学ヘッド側ユニット
２５０脱着式光学ユニット
２５１ａ、２５１ｂ、２５２ａ、２５２ｂ光コネクタ
Ｃコントローラ
Ｈ光学ヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Terahertz wave generation detection apparatus 101 Fiber laser oscillator 102 Splitter 103 Intensity modulator 104 Optical delay part 105 Delay line scanner 106 Optical path length regulator 107a, 107b Excitation laser 108a, 108b Optical fiber coupler 109, 111 Fiber amplifier 110, 112 Fiber compression Device 113 Terahertz wave generation unit 114 Terahertz wave detection unit 115 Propagation module 116 Object to be measured 140 Electric device 150 Controller side unit 160 Fiber transmission unit 170 Optical head side unit 250 Detachable optical unit 251a, 251b, 252a, 252b Optical connector C Controller H Optical head

Claims

テラヘルツ波の発生及び検出を行う光学ヘッドを有するテラヘルツ波発生検出装置であって、
光パルスを発振するレーザ発振器と、
前記光パルスを２つに分岐する分岐手段と、
前記２つに分岐された一方の光パルスに所定の変調をかける変調手段と、
前記２つに分岐された一方の光パルスおよび他方の光パルスのいずれか一方を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記変調をかけられた一方の光パルスのパワーを増幅する増幅手段と、
前記増幅手段にて増幅された、前記変調がかけられた一方の光パルスのパルス幅を細くする圧縮手段と、
前記圧縮手段から出射された、前記変調がかけられた一方の光パルスによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記２つに分岐された他方の光パルスと、前記テラヘルツ波発生手段から発生したテラヘルツ波が入射された被測定物から出射されたテラヘルツ波とが入射されるように構成され、前記出射されたテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波検出手段と、
を備え、
前記光学ヘッドが、少なくとも前記圧縮手段と、前記テラヘルツ波発生手段と、前記テラヘルツ波検出手段と、を備える
ことを特徴とするテラヘルツ波発生検出装置。 A terahertz wave generation detection apparatus having an optical head for generating and detecting terahertz waves,
A laser oscillator that oscillates an optical pulse;
Branching means for branching the optical pulse into two;
Modulation means for applying a predetermined modulation to one of the two optical pulses branched;
Delay means for delaying one of the two optical pulses branched into the two and the other optical pulse by a predetermined delay time;
Amplifying means for amplifying the power of one of the modulated optical pulses;
Compression means for narrowing a pulse width of one of the modulated optical pulses amplified by the amplification means;
Terahertz wave generating means for generating a terahertz wave by one of the modulated optical pulses emitted from the compression means;
The other optical pulse branched into the two and the terahertz wave emitted from the object to be measured on which the terahertz wave generated from the terahertz wave generating unit is incident are incident and the emitted Terahertz wave detecting means for detecting terahertz waves;
With
The terahertz wave generation detection apparatus, wherein the optical head includes at least the compression unit, the terahertz wave generation unit, and the terahertz wave detection unit.

少なくとも前記レーザ発振器と、前記遅延手段とが、前記光学ヘッドの外部に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生検出装置。 The terahertz wave generation and detection apparatus according to claim 1, wherein at least the laser oscillator and the delay unit are disposed outside the optical head.

前記光学ヘッドに光ファイバによって接続されており、前記テラヘルツ波発生検出装置の制御を行うコントローラを更に備え、
少なくとも前記レーザ発振器と、前記遅延手段とが、前記コントローラの内部に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生検出装置。 A controller that is connected to the optical head by an optical fiber, and that controls the terahertz wave generation detection device;
The terahertz wave generation detection device according to claim 1, wherein at least the laser oscillator and the delay unit are arranged inside the controller.

前記コントローラから取り外し可能な脱着式光学ユニットを更に備え、
少なくとも前記レーザ発振器が、前記脱着式光学ユニットの内部に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波発生検出装置。 A detachable optical unit removable from the controller;
The terahertz wave generation and detection apparatus according to claim 3, wherein at least the laser oscillator is disposed inside the removable optical unit.

前記脱着式光学ユニットが光コネクタを更に備え、
前記脱着式光学ユニットと、前記コントローラとが、光コネクタを介して接続される
ことを特徴とする請求項４に記載のテラヘルツ波発生検出装置。 The removable optical unit further comprises an optical connector;
The terahertz wave generation detection device according to claim 4, wherein the removable optical unit and the controller are connected via an optical connector.

前記光学ヘッド外部に設けられ、少なくとも前記レーザ発振器と、前記遅延手段とを内部に含む光学ヘッド外ユニットを更に備え、
前記光学ヘッドと、前記光学ヘッド外ユニットとが光ファイバにより接続され、
前記光学ヘッドと、前記光学ヘッド外ユニットとを接続する光ファイバ中では、光パルスのソリトン伝搬が行われる
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生検出装置。 An optical head external unit provided outside the optical head and including at least the laser oscillator and the delay means inside;
The optical head and the optical head outer unit are connected by an optical fiber,
2. The terahertz wave generation and detection device according to claim 1, wherein soliton propagation of an optical pulse is performed in an optical fiber connecting the optical head and the unit outside the optical head.