JP2017138461A - テラヘルツ光発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザ光生成手段２からの第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とが入射されてテラヘルツ光ＴＨ１を発生する第１非線形光学結晶３を備えている。上記レーザ光生成手段は、上記第２レーザ光と同じ波長のレーザ光が入射されることによって複数の波長を含んだアイドラー光Ｌ１を発生させる第２非線形光学結晶７を有しており、該第２非線形光学結晶から発生したアイドラー光を上記第１レーザ光Ｌ１として上記第１非線形光学結晶に入射させることによって、該第１非線形光学結晶から複数の波長を含むテラヘルツ光を発生させる。必要に応じて、複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光透過部を有する波長選択手段を設けることができる。
【効果】 出力の大きい複数の波長を含むテラヘルツ光を得ることができる。また、波長選択手段により必要とする特定の波長のテラヘルツ光を得ることが容易となる。
【選択図】 図１
【効果】 出力の大きい複数の波長を含むテラヘルツ光を得ることができる。また、波長選択手段により必要とする特定の波長のテラヘルツ光を得ることが容易となる。
【選択図】 図１
Description
本発明はテラヘルツ光発生装置に関し、より詳しくは、第１非線形光学結晶のパラメトリック効果によってテラヘルツ光を発生させるようにしたテラヘルツ光発生装置に関する。
従来、テラヘルツ光発生装置として、シード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とを生成するレーザ光生成手段と、上記第１レーザ光と第２レーザ光とが入射されてパラメトリック効果によりテラヘルツ光を発生する第１非線形光学結晶とを備えたものが知られている（特許文献１）。
上記テラヘルツ光発生装置においては、第１非線形光学結晶にシード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とを入射することにより、該第１非線形光学結晶からピーク出力の大きなパルスのテラヘルツ光を狭線化したスペクトル幅で発生させることができる。
上記テラヘルツ光発生装置においては、第１非線形光学結晶にシード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とを入射することにより、該第１非線形光学結晶からピーク出力の大きなパルスのテラヘルツ光を狭線化したスペクトル幅で発生させることができる。
上記特許文献１においては、第１レーザ光と第２レーザ光とはそれぞれ単一波長のレーザ光が用いられており、その結果、テラヘルツ光は狭線化したスペクトル幅で発生されるようになる。換言すれば、テラヘルツ光を広い波長帯で発生させることはできなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、出力の大きなテラヘルツ光を広い波長帯で発生させることができるテラヘルツ光発生装置を提供するものである。
本発明はそのような事情に鑑み、出力の大きなテラヘルツ光を広い波長帯で発生させることができるテラヘルツ光発生装置を提供するものである。
請求項１の発明は、シード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とを生成するレーザ光生成手段と、上記第１レーザ光と第２レーザ光とが入射されてパラメトリック効果によりテラヘルツ光を発生する第１非線形光学結晶とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記レーザ光生成手段は、上記第２レーザ光と同じ波長のレーザ光が入射されることによって複数の波長を含んだアイドラー光を発生させる第２非線形光学結晶を有しており、該第２非線形光学結晶から発生したアイドラー光を上記第１レーザ光として上記第１非線形光学結晶に入射させることによって、該第１非線形光学結晶から複数の波長を含むテラヘルツ光を発生させるようにしたものである。
また請求項３の発明は、上記第２非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光透過部を有する波長選択手段が設けられ、該波長選択手段の光透過部を通過させた特定の波長のアイドラー光に基づいて、上記第１非線形光学結晶から特定の波長のテラヘルツ光を発生させることを特徴とするものである。
上記レーザ光生成手段は、上記第２レーザ光と同じ波長のレーザ光が入射されることによって複数の波長を含んだアイドラー光を発生させる第２非線形光学結晶を有しており、該第２非線形光学結晶から発生したアイドラー光を上記第１レーザ光として上記第１非線形光学結晶に入射させることによって、該第１非線形光学結晶から複数の波長を含むテラヘルツ光を発生させるようにしたものである。
また請求項３の発明は、上記第２非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光透過部を有する波長選択手段が設けられ、該波長選択手段の光透過部を通過させた特定の波長のアイドラー光に基づいて、上記第１非線形光学結晶から特定の波長のテラヘルツ光を発生させることを特徴とするものである。
請求項１の発明によれば、上記レーザ光生成手段により、第２非線形光学結晶に上記第２レーザ光と同じ波長のレーザ光を入射することによって複数の波長を含んだアイドラー光を発生させることができ、この複数の波長を含んだアイドラー光を上記第１レーザ光として第１非線形光学結晶に入射させることによって、該第１非線形光学結晶から出力が大きく、かつ複数の波長を含むテラヘルツ光を発生させることができる。
したがって、例えば該テラヘルツ光を被検査物に透過させて該被検査物の成分等を検査するようにした場合には、該テラヘルツ光は広い波長帯を有しているので、個々の波長のテラヘルツ光を被検査物に透過させる場合に比較して、該被検査物の成分等を一度で検査することが可能となる。
また、上記第１非線形光学結晶から発生されるテラヘルツ光は波長ごとに異なる角度で射出されるので、スペクトル分析が容易となる。つまり、複数の波長が混ざった光で検査を行うようにした場合には、受光側で波長ごとに分離する必要が生じるが、本発明によればそのような操作を省略することができる。
さらに請求項３の発明によれば、上記波長選択手段の光透過部により、第２非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させることができるので、該第２非線形光学結晶から発生されるアイドラー光自体の波長を変更することなく、上記波長選択手段によって特定の波長のアイドラー光のみを選択使用することができる。
したがって、例えば該テラヘルツ光を被検査物に透過させて該被検査物の成分等を検査するようにした場合には、該テラヘルツ光は広い波長帯を有しているので、個々の波長のテラヘルツ光を被検査物に透過させる場合に比較して、該被検査物の成分等を一度で検査することが可能となる。
また、上記第１非線形光学結晶から発生されるテラヘルツ光は波長ごとに異なる角度で射出されるので、スペクトル分析が容易となる。つまり、複数の波長が混ざった光で検査を行うようにした場合には、受光側で波長ごとに分離する必要が生じるが、本発明によればそのような操作を省略することができる。
さらに請求項３の発明によれば、上記波長選択手段の光透過部により、第２非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させることができるので、該第２非線形光学結晶から発生されるアイドラー光自体の波長を変更することなく、上記波長選択手段によって特定の波長のアイドラー光のみを選択使用することができる。
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、テラヘルツ光発生装置１は、シード光としての第１レーザ光Ｌ１とポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２とを生成するレーザ光生成手段２と、上記両レーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射されることによってアイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨ１とを発生させる第１非線形光学結晶３とを備えている。
上記第１非線形光学結晶３にシード光としての第１レーザ光Ｌ１とポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２とを入射することにより、アイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨ１とを発生させる光注入型テラヘルツパラメトリック発生器（Ｉｓ−ＴＰＧ）が構成されている。
特許文献１のテラヘルツ光発生装置では、シード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とはいずれも単一波長のレーザ光が用いられており、その結果として第１非線形光学結晶３で発生されるテラヘルツ光も狭い波長帯のスペクトル幅を持つことになるが、本実施例においては、上記シード光としての第１レーザ光Ｌ１は広い波長帯のスペクトル幅を有し、かつ、波長ごとに空間分離されており、それによって上記第１非線形光学結晶３で発生させるテラヘルツ光ＴＨ１も広い波長帯のスペクトル幅を持っている。
上記第１非線形光学結晶３にシード光としての第１レーザ光Ｌ１とポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２とを入射することにより、アイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨ１とを発生させる光注入型テラヘルツパラメトリック発生器（Ｉｓ−ＴＰＧ）が構成されている。
特許文献１のテラヘルツ光発生装置では、シード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とはいずれも単一波長のレーザ光が用いられており、その結果として第１非線形光学結晶３で発生されるテラヘルツ光も狭い波長帯のスペクトル幅を持つことになるが、本実施例においては、上記シード光としての第１レーザ光Ｌ１は広い波長帯のスペクトル幅を有し、かつ、波長ごとに空間分離されており、それによって上記第１非線形光学結晶３で発生させるテラヘルツ光ＴＨ１も広い波長帯のスペクトル幅を持っている。
上記レーザ光生成手段２は、上記第１非線形光学結晶３に入力させるポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２を発振するレーザ光照射手段６を備えており、このレーザ光照射手段６としてはパルスレーザを発振する半導体レーザを用いることができる。
本実施例では、上記レーザ光照射手段６から発振された第２レーザ光Ｌ２は、該第２レーザ光Ｌ２の光軸上に設けた第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２によって２つに分岐させるようにしてあり、分岐させた第２レーザ光Ｌ２を第２全反射ミラーＭ２を介して上記第１非線形光学結晶３の光軸上から該第１非線形光学結晶３に入射させるようにしてある。
本実施例では、上記レーザ光照射手段６から発振された第２レーザ光Ｌ２は、該第２レーザ光Ｌ２の光軸上に設けた第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２によって２つに分岐させるようにしてあり、分岐させた第２レーザ光Ｌ２を第２全反射ミラーＭ２を介して上記第１非線形光学結晶３の光軸上から該第１非線形光学結晶３に入射させるようにしてある。
上記レーザ光生成手段２は上記第２レーザ光Ｌ２の光軸上に、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２よりも手前の位置に設けた第１偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を備えており、該第１偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって分岐させた第２レーザ光Ｌ２を第１全反射ミラーＭ１を介して第２非線形光学結晶７の光軸上から該第２非線形光学結晶７に入射させるようにしてある。
本実施例では上記第１非線形光学結晶３の光軸と第２非線形光学結晶７の光軸とを一致させてあり、また第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とは同一構成の光学結晶を用いている。
本実施例では上記第１非線形光学結晶３の光軸と第２非線形光学結晶７の光軸とを一致させてあり、また第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とは同一構成の光学結晶を用いている。
上記第２非線形光学結晶７に一定の方向から、例えば図示実施例のように光軸上から第２レーザ光Ｌ２を入射すると２つのアイドラー光Ｌ１、Ｌ１’が発生するとともにテラヘルツ光ＴＨ２が発生する。この際、上記アイドラー光Ｌ１、Ｌ１’およびテラヘルツ光ＴＨ２は広い波長帯で発生されているが、その出力は微弱である。
上記第２非線形光学結晶７にポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２を入射することにより、アイドラー光Ｌ１、Ｌ１’とテラヘルツ光ＴＨ２とを発生させるテラヘルツパラメトリック発生器（ＴＰＧ）が構成されている。
本実施例では、一方のアイドラー光Ｌ１は、以下に詳述するように上述した第１レーザ光Ｌ１として用いているが、他方のアイドラー光Ｌ１’を用いることはなく、該アイドラー光Ｌ１’と上記第２非線形光学結晶７を通過して不要となった第２レーザ光Ｌ２’とはビームダンパ８によって吸収するようにしてある。さらに上記テラヘルツ光ＴＨ２はそのまま消費される。
上記第２非線形光学結晶７にポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２を入射することにより、アイドラー光Ｌ１、Ｌ１’とテラヘルツ光ＴＨ２とを発生させるテラヘルツパラメトリック発生器（ＴＰＧ）が構成されている。
本実施例では、一方のアイドラー光Ｌ１は、以下に詳述するように上述した第１レーザ光Ｌ１として用いているが、他方のアイドラー光Ｌ１’を用いることはなく、該アイドラー光Ｌ１’と上記第２非線形光学結晶７を通過して不要となった第２レーザ光Ｌ２’とはビームダンパ８によって吸収するようにしてある。さらに上記テラヘルツ光ＴＨ２はそのまま消費される。
上記第２非線形光学結晶７で発生されたアイドラー光Ｌ１は、該アイドラー光Ｌ１を案内する導光手段１１を介して、上述したように第１レーザ光Ｌ１として上記第１非線形光学結晶３に入射される。
上記アイドラー光Ｌ１すなわち第１レーザ光Ｌ１は、広い波長帯を有しているので、該第１レーザ光Ｌ１とポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２が入射される第１非線形光学結晶３は、出力が大きく、かつ広い波長帯を有するアイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨ１とを発生させるようになる。
本実施例ではアイドラー光Ｌ３と第１非線形光学結晶３を通過して不要となった第２レーザ光Ｌ２’はビームダンパ８’によって吸収するようにし、テラヘルツ光ＴＨ１だけを利用するようにしてある。
上記アイドラー光Ｌ１すなわち第１レーザ光Ｌ１は、広い波長帯を有しているので、該第１レーザ光Ｌ１とポンプ光としての第２レーザ光Ｌ２が入射される第１非線形光学結晶３は、出力が大きく、かつ広い波長帯を有するアイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨ１とを発生させるようになる。
本実施例ではアイドラー光Ｌ３と第１非線形光学結晶３を通過して不要となった第２レーザ光Ｌ２’はビームダンパ８’によって吸収するようにし、テラヘルツ光ＴＨ１だけを利用するようにしてある。
上記レーザ光照射手段６から発振されたパルスレーザの第２レーザ光Ｌ２は、その光路長分だけ遅れたタイミングで第２非線形光学結晶７に入射され、第２非線形光学結晶７に第２レーザ光Ｌ２が入射されるとその入射タイミングと同じタイミングで上記アイドラー光Ｌ１、Ｌ１’が発生する。そして上記アイドラー光Ｌ１は、上記導光手段１１の光路長だけ遅れたタイミングで第１レーザ光Ｌ１として上記第１非線形光学結晶３に入射される。
他方、上記レーザ光照射手段６から発振されたパルスレーザの第２レーザ光Ｌ２は、その光路長分だけ遅れたタイミングで第１非線形光学結晶３に入射されることになるが、この際、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２と第２全反射ミラーＭ２との間に従来公知のタイミング調整手段Ｔ１が設けられており、該タイミング調整手段Ｔ１によって、上記第１レーザ光Ｌ１が上記第１非線形光学結晶３に入射されるタイミングに一致したタイミングで、第２レーザ光Ｌ２が第１非線形光学結晶３に入射されるようになっている。
そして第１非線形光学結晶３に第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とが同時に入射されると、その入射タイミングと同じタイミングで上記テラヘルツ光ＴＨ１が発生するようになる。
他方、上記レーザ光照射手段６から発振されたパルスレーザの第２レーザ光Ｌ２は、その光路長分だけ遅れたタイミングで第１非線形光学結晶３に入射されることになるが、この際、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２と第２全反射ミラーＭ２との間に従来公知のタイミング調整手段Ｔ１が設けられており、該タイミング調整手段Ｔ１によって、上記第１レーザ光Ｌ１が上記第１非線形光学結晶３に入射されるタイミングに一致したタイミングで、第２レーザ光Ｌ２が第１非線形光学結晶３に入射されるようになっている。
そして第１非線形光学結晶３に第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とが同時に入射されると、その入射タイミングと同じタイミングで上記テラヘルツ光ＴＨ１が発生するようになる。
上記導光手段１１は、第２非線形光学結晶７と第１非線形光学結晶３と間で両者の光軸上に中心を一致させて配置した一対のシリンドリカルレンズ１２、１３を備えており、第２非線形光学結晶７に隣接する側のシリンドリカルレンズ１２は、上記アイドラー光Ｌ１の発生点から該シリンドリカルレンズ１２の焦点距離ｆ（図２参照）だけ離して配置してある。これにより、上記シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は、上記光軸と平行な平行光に変換される。
なお、上記第２非線形光学結晶７から発生されるアイドラー光Ｌ１の断面形状は、図１の紙面と垂直の方向に横長の断面楕円形状となっており、したがって上記平行光も断面楕円形状となる。また上記シリンドリカルレンズ１２、１３はいずれも単焦点の同一構成のもので、ＢＫ７や石英ガラスなどの構成されている。これらシリンドリカルレンズ１２、１３は、球面平凸レンズから構成してもよい。
なお、上記第２非線形光学結晶７から発生されるアイドラー光Ｌ１の断面形状は、図１の紙面と垂直の方向に横長の断面楕円形状となっており、したがって上記平行光も断面楕円形状となる。また上記シリンドリカルレンズ１２、１３はいずれも単焦点の同一構成のもので、ＢＫ７や石英ガラスなどの構成されている。これらシリンドリカルレンズ１２、１３は、球面平凸レンズから構成してもよい。
図２に示すように、上記シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は上記光軸と平行な平行光に変換される。ただし、アイドラー光Ｌ１は所定の幅を有して発生するため、焦点位置ｆから生じたアイドラー光Ｌ１は平行光に変換されるものの、焦点位置ｆから光軸と直交する方向にずれて発生したアイドラー光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ１２から焦点距離ｆの位置で上記平行光と交差するように屈折される。
したがって、上記シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ１２から焦点距離ｆの位置で収束されるとともにそこから拡散されてシリンドリカルレンズ１３に入射されるようになる。
したがって、上記シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ１２から焦点距離ｆの位置で収束されるとともにそこから拡散されてシリンドリカルレンズ１３に入射されるようになる。
その結果、上記第２非線形光学結晶７から出射されたアイドラー光Ｌ１と、シリンドリカルレンズ１３を通過して第１非線形光学結晶３に入射される第１レーザ光Ｌ１とは、２つのシリンドリカルレンズ１２、１３の中央の焦点位置ｆを通って光軸に直交する面に対して高精度に光学対称となり、したがって上記第２非線形光学結晶７から出射されたアイドラー光Ｌ１の光軸に対する出射角度と、シリンドリカルレンズ１３を通過して第１非線形光学結晶３に入射される第１レーザ光Ｌ１の光軸に対する入射角度は実質的に同一となる。
この状態では、上記第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とを同一構成としているので、第１非線形光学結晶３に入射される第１レーザ光Ｌ１は自動的に第１非線形光学結晶３に対する位相整合条件を満たした状態で該第１非線形光学結晶３に入射されるようになる。
この状態では、上記第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とを同一構成としているので、第１非線形光学結晶３に入射される第１レーザ光Ｌ１は自動的に第１非線形光学結晶３に対する位相整合条件を満たした状態で該第１非線形光学結晶３に入射されるようになる。
本実施例では、図１に示すように、上記第１非線形光学結晶３から出力されるテラヘルツ光ＴＨ１を利用した検査手段１６を設けてあり、上記テラヘルツ光ＴＨ１を容器や封筒あるいは生体試料などの被検査物１７に透過させることによってその成分を検査することができるようにしてある。
上記検査手段１６は、上述した導光手段１１と同様な構成によってテラヘルツ光ＴＨ１を案内する導光手段１８と、該導光手段１８によって案内されたテラヘルツ光ＴＨ１が入射される第３非線形光学結晶１９と、さらに該第３非線形光学結晶１９から発生されたアイドラー光を検出光Ｌ４として入力する例えばＣＣＤカメラのような撮影装置２０とを備えている。
上記第３非線形光学結晶１９は、上記レーザ光照射手段６から発振された第２レーザ光Ｌ２の光軸上に配置してあり、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を通過した第２レーザ光Ｌ２を該第３非線形光学結晶１９に入射させるようにしてある。本実施例では、上記第３非線形光学結晶１９も上記第１非線形光学結晶３および第２非線形光学結晶７と同一の光学結晶を用いている。
上記検査手段１６は、上述した導光手段１１と同様な構成によってテラヘルツ光ＴＨ１を案内する導光手段１８と、該導光手段１８によって案内されたテラヘルツ光ＴＨ１が入射される第３非線形光学結晶１９と、さらに該第３非線形光学結晶１９から発生されたアイドラー光を検出光Ｌ４として入力する例えばＣＣＤカメラのような撮影装置２０とを備えている。
上記第３非線形光学結晶１９は、上記レーザ光照射手段６から発振された第２レーザ光Ｌ２の光軸上に配置してあり、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を通過した第２レーザ光Ｌ２を該第３非線形光学結晶１９に入射させるようにしてある。本実施例では、上記第３非線形光学結晶１９も上記第１非線形光学結晶３および第２非線形光学結晶７と同一の光学結晶を用いている。
上記第１非線形光学結晶３のテラヘルツ光ＴＨ１の発生する側の表面と、第３非線形光学結晶１９のテラヘルツ光ＴＨ１が入射される側の表面とにそれぞれプリズム結合器２３、２４を設けてあり、両プリズム結合器２３、２４間に上記導光手段１８を配置してある。
上記導光手段１８は上記導光手段１１と同様に一対のシリンドリカルレンズ２５、２６を備えており、両シリンドリカルレンズ２５、２６はそれぞれプリズム結合器２３、２４から焦点距離だけ離隔させて配置し、かつ両者の中間位置に上記被検査物１７を配置するようにしてある。
これにより上記第１非線形光学結晶３のプリズム結合器２３から射出されたテラヘルツ光ＴＨ１は、第１非線形光学結晶３に隣接する側のシリンドリカルレンズ２５によってその光軸と平行な平行光に変換され、上記被検査物１７を透過した後、第３非線形光学結晶１９に隣接する側のシリンドリカルレンズ２６によって収束されてプリズム結合器２４を介して第３非線形光学結晶１９に入射される。
上記導光手段１８は上記導光手段１１と同様に一対のシリンドリカルレンズ２５、２６を備えており、両シリンドリカルレンズ２５、２６はそれぞれプリズム結合器２３、２４から焦点距離だけ離隔させて配置し、かつ両者の中間位置に上記被検査物１７を配置するようにしてある。
これにより上記第１非線形光学結晶３のプリズム結合器２３から射出されたテラヘルツ光ＴＨ１は、第１非線形光学結晶３に隣接する側のシリンドリカルレンズ２５によってその光軸と平行な平行光に変換され、上記被検査物１７を透過した後、第３非線形光学結晶１９に隣接する側のシリンドリカルレンズ２６によって収束されてプリズム結合器２４を介して第３非線形光学結晶１９に入射される。
上述したように、上記第１非線形光学結晶３に第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とが同時に入射されると、その入射タイミングと同じタイミングで上記テラヘルツ光ＴＨ１が発生するが、このパルス状のテラヘルツ光ＴＨ１は導光手段１８の光路長分だけ遅れたタイミングで第３非線形光学結晶１９に入射されるようになる。
他方、上記レーザ光照射手段６から発振されたパルスレーザの第２レーザ光Ｌ２は、その光路長分だけ遅れたタイミングで第３非線形光学結晶１９に入射されることになるが、この際、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２と第３非線形光学結晶１９との間に従来公知のタイミング調整手段Ｔ２が設けられており、該タイミング調整手段Ｔ２によって、上記テラヘルツ光ＴＨ１が上記第３非線形光学結晶１９に入射されるタイミングに一致したタイミングで、第２レーザ光Ｌ２が第３非線形光学結晶１９に入射されるようになっている。
他方、上記レーザ光照射手段６から発振されたパルスレーザの第２レーザ光Ｌ２は、その光路長分だけ遅れたタイミングで第３非線形光学結晶１９に入射されることになるが、この際、上記第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２と第３非線形光学結晶１９との間に従来公知のタイミング調整手段Ｔ２が設けられており、該タイミング調整手段Ｔ２によって、上記テラヘルツ光ＴＨ１が上記第３非線形光学結晶１９に入射されるタイミングに一致したタイミングで、第２レーザ光Ｌ２が第３非線形光学結晶１９に入射されるようになっている。
上記第１非線形光学結晶３と第３非線形光学結晶１９とは上記一対のシリンドリカルレンズ２５、２６の中央位置を中心として光学対称となっており、上記第３非線形光学結晶１９に上記テラヘルツ光ＴＨ１と第２レーザ光Ｌ２とが入射されると、第１非線形光学結晶３とは逆の現象によって第３非線形光学結晶１９から検査光（アイドラー光）Ｌ４が生成される。そして該検査光Ｌ４は撮影装置２０によって受光されたのち、吸収される波長成分をスペクトル解析することで、被検査物１７の成分や特性等が検査される。
この際、上記検査光Ｌ４は、第３非線形光学結晶１９に入力されるテラヘルツ光ＴＨ１が広い波長帯を有しているので、該検査光Ｌ４も広い波長帯を有することとなり、したがって広い波長帯のテラヘルツ光ＴＨ１によって被検査物１７の成分等を一度で検査することができる。
また第３非線形光学結晶１９を通過した第２レーザ光Ｌ２’は、ビームダンパ８’’によって吸収される。
この際、上記検査光Ｌ４は、第３非線形光学結晶１９に入力されるテラヘルツ光ＴＨ１が広い波長帯を有しているので、該検査光Ｌ４も広い波長帯を有することとなり、したがって広い波長帯のテラヘルツ光ＴＨ１によって被検査物１７の成分等を一度で検査することができる。
また第３非線形光学結晶１９を通過した第２レーザ光Ｌ２’は、ビームダンパ８’’によって吸収される。
以上の構成を有するテラヘルツ光発生装置１において、上記連続レーザ光照射手段６の具体例としては、出力１５ｍＪ、波長１０６４ｎｍのピコ秒パルスレーザを発振する半導体レーザを用いることができる。該連続レーザ光照射手段６から発振された第２レーザ光Ｌ２は、第１偏光ビームスプリッタＰＢＳ１により、一例として３ｍＪと１２ｍＪとに分岐され、３ｍＪの第２レーザ光Ｌ２が第２非線形光学結晶７に入力される。
また１２ｍＪの第２レーザ光Ｌ２は、第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２により、一例として７ｍＪと５ｍＪとに分岐され、７ｍＪの第２レーザ光Ｌ２が第１非線形光学結晶３に入力され、５ｍＪの第２レーザ光Ｌ２が第３非線形光学結晶１９に入力される。
また１２ｍＪの第２レーザ光Ｌ２は、第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２により、一例として７ｍＪと５ｍＪとに分岐され、７ｍＪの第２レーザ光Ｌ２が第１非線形光学結晶３に入力され、５ｍＪの第２レーザ光Ｌ２が第３非線形光学結晶１９に入力される。
上記第１〜第３非線形光学結晶３、７、１９は全て同一のものを用いることが好ましく、例えばＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）を用いることができる。
上記波長１０６４ｎｍの第２レーザ光Ｌ２をＬｉＮｂＯ３製の第２非線形光学結晶７に入射すると、波長１０７０〜１０７５ｎｍの範囲のアイドラー光Ｌ１が得られる。
この波長範囲１０７０〜１０７５ｎｍのアイドラー光Ｌ１を第１レーザ光Ｌ１としてＬｉＮｂＯ３製の第１非線形光学結晶３に入射すると、波長１〜３ＴＨｚの範囲のテラヘルツ光ＴＨ１が得られる。
そして上記被検査物１７を透過したテラヘルツ光ＴＨ１が第３非線形光学結晶１９に入射されると、それによって波長１０７０〜１０７５ｎｍの範囲の検査光Ｌ４を得ることができる。
上記波長１０６４ｎｍの第２レーザ光Ｌ２をＬｉＮｂＯ３製の第２非線形光学結晶７に入射すると、波長１０７０〜１０７５ｎｍの範囲のアイドラー光Ｌ１が得られる。
この波長範囲１０７０〜１０７５ｎｍのアイドラー光Ｌ１を第１レーザ光Ｌ１としてＬｉＮｂＯ３製の第１非線形光学結晶３に入射すると、波長１〜３ＴＨｚの範囲のテラヘルツ光ＴＨ１が得られる。
そして上記被検査物１７を透過したテラヘルツ光ＴＨ１が第３非線形光学結晶１９に入射されると、それによって波長１０７０〜１０７５ｎｍの範囲の検査光Ｌ４を得ることができる。
上記実施例では、第１非線形光学結晶３によって広い波長帯のテラヘルツ光ＴＨ１を発生させるようにしているが、必要に応じて、狭い波長帯のテラヘルツ光ＴＨ１を選択的に発生させることが可能である。
その場合には、図２の想像線で示すように、一対のシリンドリカルレンズ１２、１３の中央の焦点位置に光の通過を阻止する波長選択手段３１を設けて、該波長選択手段３１に設けたスリットなどの光透過部３２により、シリンドリカルレンズ１２を通過した広い波長帯を有するアイドラー光Ｌ１から特定の波長のアイドラー光Ｌ１のみの透過を選択できるようにすればよい。
すなわち上述したように、アイドラー光Ｌ１は広い波長帯を有しているので、シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は、各波長毎にシリンドリカルレンズ１２から焦点距離ｆの位置で収束されるとともにそこから拡散されてシリンドリカルレンズ１３に入射されるようになる。
上記光透過部３２は、実質的に１つの波長を選択可能なように、図２の紙面と垂直の方向に細い横長形状となっており、それによって広い波長帯を有しているアイドラー光Ｌ１から光透過部３２を介して特定の波長のみの通過を許容し、その他の波長は該波長選択手段３１によってその通過を遮断することができるようにしてある。
その場合には、図２の想像線で示すように、一対のシリンドリカルレンズ１２、１３の中央の焦点位置に光の通過を阻止する波長選択手段３１を設けて、該波長選択手段３１に設けたスリットなどの光透過部３２により、シリンドリカルレンズ１２を通過した広い波長帯を有するアイドラー光Ｌ１から特定の波長のアイドラー光Ｌ１のみの透過を選択できるようにすればよい。
すなわち上述したように、アイドラー光Ｌ１は広い波長帯を有しているので、シリンドリカルレンズ１２を通過したアイドラー光Ｌ１は、各波長毎にシリンドリカルレンズ１２から焦点距離ｆの位置で収束されるとともにそこから拡散されてシリンドリカルレンズ１３に入射されるようになる。
上記光透過部３２は、実質的に１つの波長を選択可能なように、図２の紙面と垂直の方向に細い横長形状となっており、それによって広い波長帯を有しているアイドラー光Ｌ１から光透過部３２を介して特定の波長のみの通過を許容し、その他の波長は該波長選択手段３１によってその通過を遮断することができるようにしてある。
このように、上記波長選択手段３１に光透過部３２を設けて特定の波長のみのアイドラー光Ｌ１の通過を許容するようにすれば、当該特定の波長のみの第１レーザ光Ｌ１を第１非線形光学結晶３に入射させることができるので、該第１非線形光学結晶３によって生成されるテラヘルツ光ＴＨ１も、上記特定の波長のみのアイドラー光Ｌ１に依存した特定の波長のみのテラヘルツ光ＴＨ１となる。
そしてテラヘルツ光ＴＨ１の波長を変更する際には、上記波長選択手段３１を図２の矢印で示すアイドラー光Ｌ１の光軸と交差する上下方向に移動させ、それによってアイドラー光Ｌ１から光透過部３２を介して通過される波長を変更することにより、容易に上記テラヘルツ光ＴＨ１の波長を変更することができる。
つまり上記光透過部３２は、広い波長帯を有しているアイドラー光Ｌ１の断面形状の中で、長い波長から短い波長の方向に往復移動可能となっており、それによって必要な波長のアイドラー光Ｌ１を選択できるようになっている。
上記波長選択手段３１の移動は、自動であっても手動であってもよく、あるいは光透過部３２の位置を異ならせた複数の波長選択手段３１を用意して、それらを交換するようにしてもよい。また波長選択手段３１は一対のシリンドリカルレンズ１２、１３の中央の焦点位置に設けることが波長の選択の精度を高める点で好ましいが、必ずしもそれに限定されるわけではない。
そしてテラヘルツ光ＴＨ１の波長を変更する際には、上記波長選択手段３１を図２の矢印で示すアイドラー光Ｌ１の光軸と交差する上下方向に移動させ、それによってアイドラー光Ｌ１から光透過部３２を介して通過される波長を変更することにより、容易に上記テラヘルツ光ＴＨ１の波長を変更することができる。
つまり上記光透過部３２は、広い波長帯を有しているアイドラー光Ｌ１の断面形状の中で、長い波長から短い波長の方向に往復移動可能となっており、それによって必要な波長のアイドラー光Ｌ１を選択できるようになっている。
上記波長選択手段３１の移動は、自動であっても手動であってもよく、あるいは光透過部３２の位置を異ならせた複数の波長選択手段３１を用意して、それらを交換するようにしてもよい。また波長選択手段３１は一対のシリンドリカルレンズ１２、１３の中央の焦点位置に設けることが波長の選択の精度を高める点で好ましいが、必ずしもそれに限定されるわけではない。
なお、上記実施例ではテラヘルツ光ＴＨ１を被検査物１７に透過させることによってその成分を検査するようにしているが、被検査物１７で反射されたテラヘルツ光ＴＨ１を検出することによってその成分を検査するようにしてもよい。
この場合には、被検査物１７の図１における上方側に、つまり第１非線形光学結晶３側に第３非線形光学結晶１９や撮影装置２０を配置し、被検査物１７で反射されたテラヘルツ光ＴＨ１をシリンドリカルレンズ２６で集光させて第３非線形光学結晶１９に設けたプリズム結合器２４を介して第３非線形光学結晶１９に入射させればよい。そして、第３非線形光学結晶１９から生成された検査光Ｌ４を撮影装置２０によって受光し、被検査物１７で反射された波長成分をスペクトル解析することで、被検査物１７の成分や特性等を検査することができる。
この場合には、被検査物１７の図１における上方側に、つまり第１非線形光学結晶３側に第３非線形光学結晶１９や撮影装置２０を配置し、被検査物１７で反射されたテラヘルツ光ＴＨ１をシリンドリカルレンズ２６で集光させて第３非線形光学結晶１９に設けたプリズム結合器２４を介して第３非線形光学結晶１９に入射させればよい。そして、第３非線形光学結晶１９から生成された検査光Ｌ４を撮影装置２０によって受光し、被検査物１７で反射された波長成分をスペクトル解析することで、被検査物１７の成分や特性等を検査することができる。
また、上記実施例では、第２非線形光学結晶７を透過した第２レーザ光Ｌ２’をビームダンパ８で吸収するようにしているが、該ビームダンパ８と第２偏光ビームスプリッタＰＢＳ２および第２全反射ミラーＭ２とを省略し、第２非線形光学結晶７を透過した第２レーザ光Ｌ２’を更に一対のシリンドリカルレンズ１２、１３を透過させて第２レーザ光Ｌ２として第１非線形光学結晶３に入射させるようにしてもよい。
また、上記実施例では、レーザ光照射手段６から発振されるパルスレーザをビームスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２で分割して第１非線形光学結晶３、第２非線形光学結晶７、第３非線形光学結晶１９に入射させているが、それぞれ別個にレーザ光照射手段を設けて、各レーザ光照射手段から各非線形光学結晶にそれぞれパルスレーザを入射させるようにしてもよい。この場合にも、上述したのと同様に各パルスレーザが第１非線形光学結晶３、第２非線形光学結晶７、第３非線形光学結晶１９に入射するタイミングを調整する必要がある。
また、上記実施例では第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とを同軸上に配置しているが、これに限定されるわけではなく、導光手段１１によって案内された第１レーザ光Ｌ１が第１非線形光学結晶３に適正に入射されれば、該第１非線形光学結晶３を上記同軸上とは異なる位置に配置してもよい。
さらに上記第１ないし第３非線形光学結晶３、７、１９としてＬｉＮｂＯ３を用いているが、これに限定されるわけではない。また第１ないし第３非線形光学結晶を全て同一構成のものとすれば適正な位相整合条件を得ることが容易となるが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、異なる構成の非線形光学結晶を組み合わせることが可能である。さらに上述した各構成部材の材質や数値は一例であり、必要に応じて適宜の材質や数値を用いることができることは勿論である。
また、上記実施例では、レーザ光照射手段６から発振されるパルスレーザをビームスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２で分割して第１非線形光学結晶３、第２非線形光学結晶７、第３非線形光学結晶１９に入射させているが、それぞれ別個にレーザ光照射手段を設けて、各レーザ光照射手段から各非線形光学結晶にそれぞれパルスレーザを入射させるようにしてもよい。この場合にも、上述したのと同様に各パルスレーザが第１非線形光学結晶３、第２非線形光学結晶７、第３非線形光学結晶１９に入射するタイミングを調整する必要がある。
また、上記実施例では第１非線形光学結晶３と第２非線形光学結晶７とを同軸上に配置しているが、これに限定されるわけではなく、導光手段１１によって案内された第１レーザ光Ｌ１が第１非線形光学結晶３に適正に入射されれば、該第１非線形光学結晶３を上記同軸上とは異なる位置に配置してもよい。
さらに上記第１ないし第３非線形光学結晶３、７、１９としてＬｉＮｂＯ３を用いているが、これに限定されるわけではない。また第１ないし第３非線形光学結晶を全て同一構成のものとすれば適正な位相整合条件を得ることが容易となるが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、異なる構成の非線形光学結晶を組み合わせることが可能である。さらに上述した各構成部材の材質や数値は一例であり、必要に応じて適宜の材質や数値を用いることができることは勿論である。
１ テラヘルツ光発生装置 ２ レーザ光生成手段
３ 第１非線形光学結晶 ６ レーザ光照射手段
７ 第２非線形光学結晶 １１ 導光手段
１２、１３ シリンドリカルレンズ １６ 検査手段
１７ 被検査物 １９ 第３非線形光学結晶
２０ 撮影装置 ３１ 波長選択手段
３２ 光透過部 Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光 ＴＨ１ テラヘルツ光
３ 第１非線形光学結晶 ６ レーザ光照射手段
７ 第２非線形光学結晶 １１ 導光手段
１２、１３ シリンドリカルレンズ １６ 検査手段
１７ 被検査物 １９ 第３非線形光学結晶
２０ 撮影装置 ３１ 波長選択手段
３２ 光透過部 Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光 ＴＨ１ テラヘルツ光
Claims (7)
- シード光としての第１レーザ光とポンプ光としての第２レーザ光とを生成するレーザ光生成手段と、上記第１レーザ光と第２レーザ光とが入射されてパラメトリック効果によりテラヘルツ光を発生する第１非線形光学結晶とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記レーザ光生成手段は、上記第２レーザ光と同じ波長のレーザ光が入射されることによって複数の波長を含んだアイドラー光を発生させる第２非線形光学結晶を有しており、該第２非線形光学結晶から発生したアイドラー光を上記第１レーザ光として上記第１非線形光学結晶に入射させることによって、該第１非線形光学結晶から複数の波長を含むテラヘルツ光を発生させることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。 - 上記第１非線形光学結晶と第２非線形光学結晶との間には、上記第２非線形光学結晶から発生したアイドラー光を導光して上記第１非線形光学結晶に入射させる導光手段が設けられており、
上記導光手段は、所定距離だけ離隔して配置した同一の焦点距離を有する一対のレンズから構成されるとともに、これら一対のレンズの軸心が同一直線上に位置するように配置され、さらに上記一対のレンズのうちの上記第２非線形光学結晶側のレンズは、当該第２非線形光学結晶における上記アイドラー光の発生点から上記焦点距離だけ離隔させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ光発生装置。 - 上記第２非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光透過部を有する波長選択手段が設けられ、該波長選択手段の光透過部を通過させた特定の波長のアイドラー光に基づいて、上記第１非線形光学結晶から特定の波長のテラヘルツ光を発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のテラヘルツ光発生装置。
- 上記波長選択手段は、上記一対のレンズの間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ光発生装置。
- 上記波長選択手段の光透過部をアイドラー光の光軸と交差する方向に移動させて、該光透過部を透過するアイドラー光の波長が変更可能となっていることを特徴とする請求項４に記載のテラヘルツ光発生装置。
- 上記一対のレンズは上記焦点距離の２倍の距離だけ離隔して配置されており、かつ上記波長選択手段は一対のレンズの中央位置に配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のテラヘルツ光発生装置。
- 上記テラヘルツ光発生装置は、上記第１非線形光学結晶から出力されたテラヘルツ光を被検査物に透過させてその成分を検査する検査手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のテラヘルツ光発生装置。
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