JP4533047B2 - Optical device for electromagnetic waves - Google Patents
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Description
本発明は、伝搬する電磁波の伝搬状態を制御・変化させる電磁波用の光学素子ないし光学装置に関し、特に周波数30GHz〜30THz程度のいわゆるミリ波からテラヘルツ波と呼ばれる周波数領域の電磁波に対して機能する光学素子ないし光学装置に関する。さらに特には、空間を伝播する電磁波を導波路に結合させたり、或いは導波路中を伝播する電磁波を空間に放射させたり、或いは導波路中を伝播する電磁波の伝播状態を変化させる光学素子ないし光学装置に関する。 The present invention relates to an optical element or an optical device for electromagnetic waves that controls / changes the propagation state of propagating electromagnetic waves, and in particular, an optical that functions with respect to electromagnetic waves in a frequency region called a so-called millimeter wave to terahertz wave with a frequency of about 30 GHz to 30 THz. The present invention relates to an element or an optical device . More particularly, an optical element or optical device that couples an electromagnetic wave propagating in space to a waveguide, radiates an electromagnetic wave propagating in the waveguide, or changes the propagation state of the electromagnetic wave propagating in the waveguide. Relates to the device .
近年、いわゆるテラヘルツ波を応用した技術が注目されている。そして、テラヘルツ波を利用した分光分析やイメージングなどが、産業応用技術として期待されている。 In recent years, a technique applying so-called terahertz waves has attracted attention. Spectral analysis and imaging using terahertz waves are expected as industrial applied technology.
テラヘルツ波を実用的なシステムに応用するには、伝播するテラヘルツ波の伝播状態を制御する光学素子が必要である。特に、システムの小型化に貢献する光学素子が必要である。 In order to apply the terahertz wave to a practical system, an optical element that controls the propagation state of the propagating terahertz wave is required. In particular, an optical element that contributes to miniaturization of the system is required.
こうした状況において、例えば導波路を用いると、テラヘルツ波を用いたシステムを小型化することができる。その際、特に空間を伝播するテラヘルツ波を導波路に結合させたり、或いは導波路中を伝播するテラヘルツ波を空間に放射させたりする結合器や、或いは導波路中を伝播するテラヘルツ波の伝播状態を変化させる光学素子が必要である。 In such a situation, for example, when a waveguide is used, a system using a terahertz wave can be reduced in size. At that time, in particular, a coupler that couples a terahertz wave propagating in space to a waveguide, or a coupler that radiates a terahertz wave propagating in the waveguide to space, or a propagation state of the terahertz wave propagating in the waveguide An optical element that changes the angle is required.
結合器としては、一般に、コア層やクラッド層などの導波路の一部の屈折率を回折格子状に周期的に変化させたものが用いられている（特許文献1参照）。或いは、コア層やクラッド層などの導波路の一部に非線形媒質を周期的に埋設し、外部から光を照射することで非線形媒質の屈折率を変化させ、回折格子としての機能を発現させることで結合器としての機能をオン・オフさせるものが知られている（特許文献2参照）。
特許文献1には、コア層やクラッド層などの導波路の一部にレーザ光を照射することで導波路を構成する材料の性質を変化させ、前記導波路を構成する材料の屈折率を回折格子状に周期的に変化させた構造を形成して、光結合器を作製する技術が開示されている。しかし特許文献1に開示されている方法では、レーザ光照射による材料の屈折率変化は不可逆変化であるため、結合器としての特性を変化させられなく、また結合器としての機能を任意の場所に任意に発現、消滅させることが出来ない。 Patent Document 1 diffracts the refractive index of the material constituting the waveguide by changing the properties of the material constituting the waveguide by irradiating a part of the waveguide such as the core layer and the cladding layer with laser light. A technique for manufacturing an optical coupler by forming a structure periodically changed in a lattice shape is disclosed. However, in the method disclosed in Patent Document 1, since the refractive index change of the material due to laser light irradiation is an irreversible change, the characteristics as a coupler cannot be changed, and the function as a coupler can be changed to an arbitrary place. It cannot be expressed or disappeared arbitrarily.
また、特許文献2に開示されているような、線形な屈折率を有する光透過媒質で構成された光導波路に、外部条件に応じて異なる屈折率を呈する非線形光透過媒質による回折格子を埋設・形成する構造の結合器は、結合器としての機能を任意に発現、消滅させることは出来るが、埋設・形成された回折格子の格子定数を加工後に変更することが出来ない。そのため、異なる入射角度からの電磁波を結合させたり、或いは異なる波長の電磁波を結合させたりするために必要な、回折格子型導波路結合器の格子定数に由来した光学特性を変化させることはできない。また、非線形光透過媒質を埋設・形成した場所以外の任意の場所に結合器としての機能を発現させることも出来ない。 Further, as disclosed in Patent Document 2, a diffraction grating made of a non-linear light transmission medium that embeds a different refractive index in accordance with external conditions is embedded in an optical waveguide composed of a light transmission medium having a linear refractive index. The coupler having the structure to be formed can arbitrarily develop and extinguish the function as a coupler, but the grating constant of the buried and formed diffraction grating cannot be changed after processing. Therefore, it is impossible to change the optical characteristics derived from the grating constant of the diffraction grating type waveguide coupler, which are necessary for coupling electromagnetic waves from different incident angles or coupling electromagnetic waves of different wavelengths. In addition, the function as a coupler cannot be expressed at any place other than the place where the nonlinear light transmission medium is embedded and formed.
上記課題に鑑み、本発明の光学素子は、一部に半導体層を含んだ電磁波導波路と、半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の第1の電磁波（照射光）を、半導体層上の任意の場所に任意のパターンで照射する照射部を有し、照射部による照射で生じた半導体層表面近傍のフォトキャリアの濃度高低パターンが、半導体層のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つ波長の第2の電磁波に対して複素屈折率の異なるパターンを生じさせることによって、導波路を伝搬するかこのパターン上に照射される第2の電磁波（長波長光）の伝搬状態を制御することを特徴とする。 In view of the above problems, an optical element according to the present invention includes an electromagnetic wave waveguide partially including a semiconductor layer and a first electromagnetic wave (irradiation light) having a wavelength having a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer. It has an irradiation part that irradiates with an arbitrary pattern at an arbitrary position on the layer, and the photocarrier density pattern near the surface of the semiconductor layer generated by irradiation by the irradiation part has a photon energy lower than the band gap energy of the semiconductor layer. Controls the propagation state of the second electromagnetic wave (long wavelength light) propagating in the waveguide or irradiating on this pattern by generating a pattern with a different complex refractive index for the second electromagnetic wave having the wavelength It is characterized by that.
上記構成で第2の電磁波（長波長光）の伝搬状態を制御できる原理は以下の通りである。
前記半導体層表面の照射光パターンが照射された部分（半導体層表面照射光明暗パターン部分）のうち、明部分すなわち照射光が半導体層表面に入射した部分にはフォトキャリアが発生し、半導体層表面照射光明暗パターン部分のうち、暗部分すなわち照射光が陰になった部分にはフォトキャリアが発生しないか少ししか発生しない。ゆえに、照射光明暗パターンに略一致したフォトキャリアの濃度高低パターンが半導体層表面照射光明暗パターン部分に形成される。
The principle that the propagation state of the second electromagnetic wave (long wavelength light) can be controlled with the above configuration is as follows.
Of the portion irradiated with the irradiation light pattern on the surface of the semiconductor layer (semiconductor layer surface irradiation light bright / dark pattern portion), photocarriers are generated in the bright portion, that is, the portion where the irradiation light is incident on the semiconductor layer surface. Among the bright and dark pattern portions of the irradiation light, photo carriers are not generated or only slightly generated in the dark portions, that is, the portions where the irradiation light is shaded. Therefore, a photocarrier density high / low pattern substantially coincident with the irradiated light bright / dark pattern is formed in the semiconductor layer surface irradiated light bright / dark pattern portion.
フォトキャリア濃度の高い部分は、第2の電磁波（長波長光）に対して金属のように振舞い、フォトキャリアが無い部分は長波長光に対して誘電体のように振舞うことが知られている。よって、半導体層表面照射光明暗パターン部分は、長波長光に対して金属と誘電体のパターンのように振舞って、光学素子として機能する。 It is known that the portion with high photocarrier concentration behaves like a metal with respect to the second electromagnetic wave (long wavelength light), and the portion without photocarrier behaves like a dielectric with respect to long wavelength light. . Therefore, the bright / dark pattern portion irradiated with the semiconductor layer surface behaves like a metal and dielectric pattern with respect to long wavelength light and functions as an optical element.
ここにおいて、波長の充分長い電磁波（長波長光）の伝搬状態の制御を対象とするので、フォトキャリアが発生して消滅するまでに動く距離に比べて、上記パターンのサイズは充分大きく、半導体層表面照射光明暗パターン部分は、長波長光に対して金属と誘電体のパターンのように確実に振舞って、光学素子として機能する。また、半導体層の抵抗率は充分大きいことが好ましい。なぜなら、高抵抗半導体は、テラヘルツ波などの長波長光に対して吸収および分散が小さい誘電体であって、この吸収および分散が充分小さいと、フォトキャリアの濃度高低パターンのコントラストが充分シャープにできるからである。 Here, since the object is to control the propagation state of an electromagnetic wave (long wavelength light) having a sufficiently long wavelength, the size of the pattern is sufficiently large compared to the distance traveled until the photocarrier is generated and disappears. The surface illumination light bright / dark pattern portion reliably behaves like a metal and dielectric pattern for long wavelength light and functions as an optical element. The resistivity of the semiconductor layer is preferably sufficiently large. This is because a high-resistance semiconductor is a dielectric that has low absorption and dispersion with respect to long-wavelength light such as terahertz waves. If the absorption and dispersion are sufficiently small, the contrast of the photocarrier density high and low patterns can be sufficiently sharpened. Because.
上記構成において、前記半導体層上の照射光の明暗パターンを回折格子状にすることで、半導体層表面照射光明暗パターン部分は長波長光に対し回折格子のように振舞う。すなわち、照射光の明暗パターンを適切に選ぶことで、半導体層表面照射光明暗パターン部分は長波長光に対し回折を生じせしめることが出来、これを利用して導波路中を伝播する長波長光を導波路外に放射させたり、或いは空間を伝播する長波長光を導波路に結合させたりすることが出来、光結合器として機能する。 In the above configuration, the light / dark pattern of the irradiation light on the semiconductor layer is formed in a diffraction grating shape, so that the light / dark pattern portion of the semiconductor layer surface irradiation light behaves like a diffraction grating with respect to long wavelength light. In other words, by appropriately selecting the light / dark pattern of the irradiated light, the semiconductor layer surface irradiated light / dark pattern part can cause diffraction of the long wavelength light, and the long wavelength light propagating in the waveguide using this. Can be radiated to the outside of the waveguide, or long-wavelength light propagating in space can be coupled to the waveguide, thereby functioning as an optical coupler.
また、照射光の明暗パターン形状を変更することによって、長波長光に対する上記機能および光学特性を変化させることができる。さらに、照射光を遮ることで半導体層表面上の照射光明暗パターンは消失し、よって半導体層上のフォトキャリア濃度高低パターンも消失し、半導体層は長波長光に対し一様な誘電体として振舞うことから、長波長光に対する光結合器としての機能は消失する。 Moreover, the said function and optical characteristic with respect to long wavelength light can be changed by changing the light-dark pattern shape of irradiated light. In addition, by blocking the irradiated light, the irradiated light bright / dark pattern on the surface of the semiconductor layer disappears, and thus the pattern of high and low photocarrier density on the semiconductor layer also disappears, and the semiconductor layer behaves as a uniform dielectric for long wavelength light. Therefore, the function as an optical coupler for long wavelength light is lost.
本発明による光結合器などの光学素子は、導波路そのものに対しては何ら加工を要しないので、導波路上の任意の場所にある高抵抗半導体層上に照射光を照射することで、任意の場所に光結合器などの光学素子としての機能を発現させることが出来る。したがって、照射光明暗パターンをオン・オフさせたり、照射光明暗パターン形状を変化させることで、導波路上の任意の場所で長波長光に対する光結合器などの光学素子としての機能をオン・オフさせたり、その光学特性を変化させることができる。 Since the optical element such as the optical coupler according to the present invention does not require any processing on the waveguide itself, it is possible to irradiate the irradiation light on the high resistance semiconductor layer at an arbitrary position on the waveguide. The function as an optical element such as an optical coupler can be expressed at the location. Therefore, by turning on / off the illumination light brightness / darkness pattern or changing the illumination light brightness / darkness pattern shape, the function as an optical element such as an optical coupler for long wavelength light can be turned on / off at any location on the waveguide. Or change its optical characteristics.
半導体層上の任意の場所に任意のパターンで光照射する方法としては、任意のパターンの形成されたパターン形成部材を用いる方法、2つ以上のレーザ光などの光束を干渉させる方法などがある。前記パターン形成部材としては、第1の電磁波に対して透明もしくは吸収の小さい媒質に第1の電磁波に対して不透明もしくは吸収の大きい物質（すなわち不透明もしくは半透明）を任意のパターンで施した部材、第1の電磁波に対する反射率が異なるものによって任意のパターンを施した第1の電磁波を反射する部材（例えば、低反射率な物質上に照射光に対して高反射率な物質を施した部材）、或いは第1の電磁波に対して透明な媒質上に第1の電磁波に対して不透明もしく吸収が大きい物質を任意のパターンで施した部材としての液晶表示装置またはガラス上にクロムなどの金属を施した部材などが挙げられる。 Examples of the method of irradiating light at an arbitrary position on the semiconductor layer with an arbitrary pattern include a method using a pattern forming member on which an arbitrary pattern is formed, a method of causing interference of two or more light beams such as laser beams, and the like. As the pattern forming member, a member obtained by applying an opaque or highly absorbing substance (that is, opaque or translucent) to the first electromagnetic wave in an arbitrary pattern in a medium that is transparent or small to absorb the first electromagnetic wave, A member that reflects the first electromagnetic wave that has an arbitrary pattern depending on what has a different reflectivity with respect to the first electromagnetic wave (for example, a member that has a low-reflectivity material and a high-reflectivity material applied to irradiation light) Alternatively, a liquid crystal display device as a member in which a material that is opaque or highly absorbing with respect to the first electromagnetic wave is applied in an arbitrary pattern on a medium that is transparent to the first electromagnetic wave, or a metal such as chrome on the glass The member etc. which gave are mentioned.
また、上記課題に鑑み、本発明の分光器ないしモノクロメータは、上記の光学素子を回折格子として用い、回折格子の格子定数を変更することが出来る様に構成されたことを特徴とする。さらに、本発明の装置は、上記の光学素子を含み、前記照射部が導波路に沿って移動することが出来、前記半導体層上の任意の場所に第1の電磁波を任意のパターンで照射する様に構成されたことを特徴とする。 In view of the above problems, a spectroscope or a monochromator according to the present invention is characterized in that the optical element described above is used as a diffraction grating and the grating constant of the diffraction grating can be changed. Furthermore, the apparatus of the present invention includes the optical element described above, the irradiation unit can move along the waveguide, and irradiates the first electromagnetic wave in an arbitrary pattern on an arbitrary place on the semiconductor layer. It is characterized by having been comprised.
また、上記課題に鑑み、本発明の電磁波の伝搬状態制御方法は、一部に半導体層を含んだ電磁波導波路の半導体層上の任意の場所に、半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の第1の電磁波を任意のパターンで照射し、この照射で生じた半導体層表面近傍のフォトキャリアの濃度高低パターンが、半導体層のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つ波長の第2の電磁波に対して複素屈折率が異なるパターンを生じさせることによって、導波路を伝搬するかこのパターン上に照射される第2の電磁波の伝搬状態を制御することを特徴とする。 In view of the above problems, the electromagnetic wave propagation state control method of the present invention provides a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer at an arbitrary location on the semiconductor layer of the electromagnetic wave waveguide partially including the semiconductor layer. Irradiate the first electromagnetic wave of a wavelength with an arbitrary pattern, and the photocarrier concentration pattern near the surface of the semiconductor layer generated by this irradiation is a second wavelength with a photon energy lower than the band gap energy of the semiconductor layer. By generating a pattern having a different complex refractive index with respect to the electromagnetic wave, the propagation state of the second electromagnetic wave propagating through the waveguide or irradiated onto the pattern is controlled.
本発明の光結合器などの光学素子においては、電磁波導波路を構成する半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の前記第1の電磁波を、半導体層上の任意の場所に任意のパターンで照射することで、導波路を伝搬するかこのパターン上に照射される前記第2の電磁波の伝搬状態を制御するので、外部からの操作によって比較的容易に光学素子の光学特性、機能等を変更でき、また光学素子を導波路の任意の場所において任意に発現させたり消滅させたりすることができる。 In the optical element such as the optical coupler of the present invention, the first electromagnetic wave having a wavelength having a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer constituting the electromagnetic wave waveguide may be set at any place on the semiconductor layer. By irradiating with a pattern, it propagates through the waveguide or controls the propagation state of the second electromagnetic wave irradiated onto this pattern, so the optical characteristics, functions, etc. of the optical element are relatively easy by external operations. In addition, the optical element can be arbitrarily developed and extinguished at an arbitrary position of the waveguide.
以下に、本発明による電磁波用光学素子及び電磁波の伝搬状態制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で示す周波数や角度、波長など具体的な数字および具体的物質名等はあくまで一例であって、本発明の趣旨を限定するものではない。また図は模式的に描かれたものであり、正確な寸法を示すものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of an electromagnetic wave optical element and an electromagnetic wave propagation state control method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, specific numbers such as frequency, angle, and wavelength, and specific substance names shown below are merely examples, and do not limit the gist of the present invention. Moreover, the figure is drawn schematically and does not show an accurate dimension.
（実施形態１）
本発明の第1の実施の形態を、図1を参照しながら説明する。本実施形態において、導波路04は、高抵抗Si層01をコア層とし、空気層02と溶融石英基板03をクラッド層とした三層非対称導波路である。テラヘルツ波に対して高抵抗Siは吸収が十分小さく、誘電体として振舞い、その屈折率は約3.4である。一方、溶融石英のテラヘルツ波に対する屈折率は約1.95であることが知られている。したがって、上記導波路04はテラヘルツ波に対して光導波機能を有する。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the waveguide 04 is a three-layer asymmetric waveguide in which the high-resistance Si layer 01 is a core layer and the air layer 02 and the fused silica substrate 03 are cladding layers. High resistance Si with respect to terahertz waves has a sufficiently small absorption, behaves as a dielectric, and its refractive index is about 3.4. On the other hand, it is known that the refractive index of fused silica with respect to terahertz waves is about 1.95. Therefore, the waveguide 04 has an optical waveguide function for terahertz waves.
クラッド層には、テラヘルツ波に対して低損失で、かつ屈折率が高抵抗Siより小さい有機物層を用いてもよい。半導体層としての前記高抵抗Si層の抵抗率は、100Ωcm以上であることが好ましく、500Ωcm以上であることがより好ましく、1kΩcm以上であることが更に好ましい。理由は上記した通りである。 As the cladding layer, an organic material layer having a low loss with respect to terahertz waves and having a refractive index smaller than that of high-resistance Si may be used. The resistivity of the high resistance Si layer as the semiconductor layer is preferably 100 Ωcm or more, more preferably 500 Ωcm or more, and further preferably 1 kΩcm or more. The reason is as described above.
一方、光源（図示せず）から出射した照射光06は、結像光学系07によりフォトマスク05（パターン形成部材）の像08を高抵抗Si層01の表面上に結像する。照射光06の波長は、コア層である高抵抗Si層01のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つものを選ぶ。例えば、1060nmのレーザ光を用い、強度は1Wとする。 On the other hand, the irradiation light 06 emitted from the light source (not shown) forms an image 08 of the photomask 05 (pattern forming member) on the surface of the high resistance Si layer 01 by the imaging optical system 07. The wavelength of the irradiation light 06 is selected to have a photon energy higher than the band gap energy of the high-resistance Si layer 01 that is the core layer. For example, 1060 nm laser light is used and the intensity is 1 W.
本実施形態において、前記光源から出射した照射光06は、例えば、拡大光学系（図示せず）によってビーム径が縦10mm×横20mm程度に拡大される。フォトマスク05は、1060nmの照射光06に対して透明な材質の板に、照射光06に対して不透明な物質を用いて所望のパターンを描いたものである。パターンの描画には、市販のプリンタなどを用いてもよい。または、フォトマスク05に液晶表示装置を用い、1060nmの照射光06に対して透明な部分と照射光06に対し不透明な部分を電気的駆動により任意に表示できるものを使用してもよい。また、1060nmの照射光06に対して高反射率を有する材質の板に、照射光06に対して低反射率を有する物質を用いて所望のパターンを描いたものを用いてもよい。図1では、細長い明暗パターンが描かれたフォトマスク05の例が模式的に示されている。 In the present embodiment, the irradiation light 06 emitted from the light source is expanded to a beam diameter of about 10 mm × 20 mm by, for example, an enlargement optical system (not shown). The photomask 05 is obtained by drawing a desired pattern on a plate made of a material transparent to the irradiation light 06 of 1060 nm using a material that is opaque to the irradiation light 06. A commercially available printer or the like may be used for drawing the pattern. Alternatively, a liquid crystal display device may be used for the photomask 05, and a portion that is transparent with respect to the irradiation light 06 of 1060 nm and an opaque portion with respect to the irradiation light 06 may be arbitrarily displayed by electrical driving. Further, a plate made of a material having a high reflectance with respect to the irradiation light 06 of 1060 nm and a desired pattern drawn using a substance having a low reflectance with respect to the irradiation light 06 may be used. FIG. 1 schematically shows an example of a photomask 05 on which a long and dark light / dark pattern is drawn.
結像光学系07は、フォトマスク05の像を高抵抗Si層01上に投影する。このとき、縮小投影光学系、等倍投影光学系、拡大投影光学系のいずれを用いてもよい。光学系の投影倍率が容易に変更できるズームレンズを用いるのもよい。また、2つ以上のレーザ光の光束を干渉させることで、高抵抗Si層01上に明暗パターンを照射するのもよい。 The imaging optical system 07 projects the image of the photomask 05 onto the high resistance Si layer 01. At this time, any one of a reduction projection optical system, an equal magnification projection optical system, and an enlargement projection optical system may be used. A zoom lens that can easily change the projection magnification of the optical system may be used. Further, it is also possible to irradiate a light / dark pattern on the high resistance Si layer 01 by causing interference between two or more laser light beams.
例えば、フォトマスク05のパターンとして、縦10mm、横20mm程度の領域に、横幅0.1mm〜1.0mm程度の細長い黒線を適当間隔で多数平行に並べたものを描いたとする。結像光学系07に倍率4分の1の縮小投影光学系を用いた場合、高抵抗Si層01上には、更に細長い明線が更に狭い間隔で多数平行に並び、これが前記フォトマスク05の像08である。 For example, it is assumed that a pattern of the photomask 05 is formed by arranging a large number of elongated black lines having a width of about 0.1 mm to 1.0 mm in parallel at appropriate intervals in an area of about 10 mm in length and 20 mm in width. When a reduction projection optical system with a magnification of 1/4 is used for the imaging optical system 07, a large number of further elongated bright lines are arranged in parallel at narrower intervals on the high-resistance Si layer 01, and this is the photomask 05 Image 08.
上記原理説明のところで述べたように、像08の明線部分には、照射光06によって励起されたフォトキャリアが存在し、それ以外の部分はフォトキャリアが存在しないか、或いは非常に少ない。フォトキャリア濃度の高い部分はテラヘルツ波に対し金属様に振舞い、フォトキャリア濃度の低い部分はテラヘルツ波に対し誘電体として振舞う。こうして、周期的にフォトキャリア濃度が変化した高抵抗Si層01上の像08部分は、複素屈折率が周期的に変化していることとなり、テラヘルツ波に対して回折格子として機能する。例えば、前記像08部分は格子定数約100μmの回折格子として機能する。 As described in the above description of the principle, the photo carrier excited by the irradiation light 06 exists in the bright line portion of the image 08, and the photo carrier does not exist or very few in other portions. The portion with high photocarrier concentration behaves like a metal with respect to terahertz waves, and the portion with low photocarrier concentration behaves as a dielectric with respect to terahertz waves. Thus, the image 08 portion on the high-resistance Si layer 01 in which the photocarrier concentration has periodically changed has the complex refractive index periodically changed, and functions as a diffraction grating with respect to the terahertz wave. For example, the image 08 portion functions as a diffraction grating having a grating constant of about 100 μm.
ここで、高抵抗Si層01上の像08部分に周波数1THzのテラヘルツ波を入射長波長光09として垂直に入射させるとする。このとき、入射テラヘルツ波の偏光面を、位相板などを用いて適切に調節する。高抵抗Si層01上の像08部分は入射長波長光09に対して回折格子型光結合器として機能し、例えば、このときのコア層である高抵抗Si層01の厚さが約60μmであれば、導波長波長光10としてTE0次モードの導波光が励起される。 Here, it is assumed that a terahertz wave having a frequency of 1 THz is vertically incident on the image 08 portion on the high resistance Si layer 01 as the incident long wavelength light 09. At this time, the polarization plane of the incident terahertz wave is appropriately adjusted using a phase plate or the like. The image 08 portion on the high resistance Si layer 01 functions as a diffraction grating type optical coupler for the incident long wavelength light 09. For example, the thickness of the high resistance Si layer 01 as the core layer at this time is about 60 μm. If there is, the TE 0- order mode guided light is excited as the guided long wavelength light 10.
上に述べた構成では、1THz以外の任意の周波数のテラヘルツ波を導波路04にTE0次モードで結合することは出来ない。例えば、0.1THzのテラヘルツ波をTE0次モードで導波路04に結合することは出来ない。 In the configuration described above, a terahertz wave having an arbitrary frequency other than 1 THz cannot be coupled to the waveguide 04 in the TE 0th- order mode. For example, a 0.1 THz terahertz wave cannot be coupled to the waveguide 04 in the TE 0th- order mode.
しかし本実施形態では、コア層である高抵抗Si層01上の像08の明暗パターンを変化させることで、0.1THzのテラヘルツ波も導波路04にTE0次モードで結合させることが出来る。例えば、像08の明暗パターンを、幅が約260μmの明線と暗線を交互に並べたパターンにすることによって、高抵抗Si層01上の像08部分は、0.1THzのテラヘルツ波に対して、導波路04にTE0次モードで結合する回折格子型結合器として機能する。 However, in the present embodiment, by changing the light-dark pattern of the image 08 on the high-resistance Si layer 01 that is the core layer, a 0.1 THz terahertz wave can be coupled to the waveguide 04 in the TE 0th- order mode. For example, by changing the light-dark pattern of the image 08 to a pattern in which bright lines and dark lines having a width of about 260 μm are alternately arranged, the image 08 portion on the high-resistance Si layer 01 has a terahertz wave of 0.1 THz, It functions as a diffraction grating type coupler coupled to the waveguide 04 in the TE 0th order mode.
像08のパターンを変更する方法としては、結像光学系07の投影倍率を変更することが挙げられる。また、フォトマスク05に、照射光06に対して透明な材質の板に照射光06に対して不透明な物質を用いて所望のパターンを描いたものを用いている場合、または照射光06に対して高反射率を有する材質の板に照射光06に対して低反射率を有する物質を用いて所望のパターンを描いたものを用いている場合などは、別の所望のパターンを描いたフォトマスクと交換するのもよい。また、フォトマスク05として液晶表示装置を用いている場合は、表示するパターンを電気的駆動により変更させるのもよい。 As a method of changing the pattern of the image 08, changing the projection magnification of the imaging optical system 07 can be mentioned. Further, when the photomask 05 is a plate made of a material transparent to the irradiation light 06 and a desired pattern is drawn using a material opaque to the irradiation light 06, or If you are using a material with a high reflectance on a plate with a desired pattern using a material that has a low reflectance with respect to the irradiation light 06, a photomask depicting another desired pattern It is also good to exchange for. In the case where a liquid crystal display device is used as the photomask 05, the pattern to be displayed may be changed by electrical driving.
また、2つ以上のレーザ光の光束を干渉させて明暗パターンを照射する場合は、光束が交わる角度を変更することで、干渉による明暗パターンの間隔を変えられる。 In addition, when irradiating a light / dark pattern by causing two or more laser light beams to interfere with each other, the interval between the light and dark patterns due to the interference can be changed by changing the angle at which the light beams intersect.
以上により、光結合器の格子定数を外部からの操作によって変更させることによって、任意の周波数のテラヘルツ波09を導波路04に結合させることが出来るという効果が奏される。また、導波路04を伝播するテラヘルツ波10を外部に放射させることもできる。この例を以下に説明する。 As described above, there is an effect that the terahertz wave 09 having an arbitrary frequency can be coupled to the waveguide 04 by changing the lattice constant of the optical coupler by an external operation. It is also possible to radiate the terahertz wave 10 propagating through the waveguide 04 to the outside. This example will be described below.
図2に示すように、例えば前記フォトマスク05のパターンとして、上記と同様な細長い黒線を適当間隔で多数平行に並べたものを用いたとする。結像光学系07に倍率4分の1の縮小投影光学系を用いた場合、高抵抗Si層01上には更に細くて短い細長い明線が更に狭い間隔で多数平行に並び、これが前記フォトマスク05の像08である。これは、上記の説明と同様の原理で、例えば格子定数100μmの回折格子として機能する。 As shown in FIG. 2, it is assumed that, for example, the pattern of the photomask 05 is a pattern in which a large number of elongated black lines similar to the above are arranged in parallel at appropriate intervals. When a reduction projection optical system with a magnification of 1/4 is used for the imaging optical system 07, a number of narrower and shorter elongated bright lines are arranged in parallel at narrower intervals on the high-resistance Si layer 01, and this is the photomask. It is an image 08 of 05. This functions on the same principle as described above, for example, as a diffraction grating having a grating constant of 100 μm.
高抵抗Si層01上のこの像08部分は、導波路04中を伝搬している周波数1THzのテラヘルツ波である導波長波長光10を導波路04外へ放射させる回折格子型光結合器として機能する。このとき、像08の明暗パターンの100μmの明線と暗線が交互に並んでいる時は、放射されるテラヘルツ波である放射長波長光11は導波路04に対して垂直方向に放射される。 This image 08 part on the high-resistance Si layer 01 functions as a diffraction grating type optical coupler that radiates the guided long wavelength light 10 that is a terahertz wave having a frequency of 1 THz propagating in the waveguide 04 to the outside of the waveguide 04. To do. At this time, when 100 μm bright lines and dark lines of the light / dark pattern of the image 08 are alternately arranged, the radiation long wavelength light 11 that is the radiated terahertz wave is radiated in a direction perpendicular to the waveguide 04.
コア層である高抵抗Si層01上の像08の明暗パターンを変化させることで、放射長波長光11の放射角（コア層01の法線と放射長波長光11のなす角度）を変更することが出来る。例えば、像08の明暗パターンを、幅が約70μmの明線と暗線を交互に並べたパターンにすることによって、放射長波長光11の放射角は60°となる。よって、放射テラヘルツ波11のビーム偏向が出来る。像08のパターンを変更する方法は、上で説明した通りである。 By changing the light-dark pattern of the image 08 on the high-resistance Si layer 01 that is the core layer, the emission angle of the emission long wavelength light 11 (the angle formed by the normal of the core layer 01 and the emission long wavelength light 11) is changed. I can do it. For example, by changing the bright and dark pattern of the image 08 to a pattern in which bright and dark lines having a width of about 70 μm are alternately arranged, the radiation angle of the radiation long wavelength light 11 becomes 60 °. Therefore, beam deflection of the radiation terahertz wave 11 can be performed. The method for changing the pattern of the image 08 is as described above.
よって、機械的駆動部分なしに簡単な構成で容易に放射テラヘルツ波11のビーム偏向が出来る。また、照射光06をオン・オフすることで、回折格子型光結合器としての機能をオン・オフ出来、放射テラヘルツ波11のスイッチングや変調が可能になる。例えば、照射光06のオン・オフを利用して情報通信を行う場合、照射光06の情報を放射テラヘルツ波11のオン・オフに変換することが可能となる。 Therefore, it is possible to easily deflect the radiation terahertz wave 11 with a simple configuration without a mechanical driving portion. Also, by turning on / off the irradiation light 06, the function as a diffraction grating type optical coupler can be turned on / off, and the radiation terahertz wave 11 can be switched and modulated. For example, when information communication is performed using on / off of the irradiation light 06, the information of the irradiation light 06 can be converted into on / off of the radiation terahertz wave 11.
以上の構成を有する本実施形態は、外部からの操作によって（例えば、パターンを半導体基板に結像するための結像光学系07の投影倍率を変更したり、第1の電磁波06をオン・オフしたり、第1の電磁波06の強度または波長を変調したり、パターン形成部材05を交換したりする操作によって）容易に回折格子の格子定数に由来する光学特性を変更でき、また光結合器としての機能を任意の場所に任意に発現・消滅させることが出来、すなわちスイッチング・変調が出来、かつ光学調整が容易で構成が簡単であるという効果を有する。 In the present embodiment having the above-described configuration, the projection magnification of the imaging optical system 07 for imaging a pattern on a semiconductor substrate is changed or the first electromagnetic wave 06 is turned on / off by an external operation. The optical characteristics derived from the grating constant of the diffraction grating can be easily changed (by changing the intensity or wavelength of the first electromagnetic wave 06, replacing the pattern forming member 05), and as an optical coupler. These functions can be arbitrarily expressed and extinguished at an arbitrary place, that is, switching and modulation can be performed, optical adjustment is easy, and the configuration is simple.
ところで、本実施形態におけるパターン形成部材は任意のパターンを有し得るので、本発明の光学素子の機能は種々多様であり得る。上記機能の他に、半導体層のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つ波長の電磁波に対して、例えば、強度変調、フィルタリング等の機能も有し得る。 By the way, since the pattern formation member in this embodiment can have arbitrary patterns, the function of the optical element of the present invention can be various. In addition to the above functions, for example, it may have functions such as intensity modulation and filtering with respect to an electromagnetic wave having a wavelength having a photon energy lower than the band gap energy of the semiconductor layer.
（実施形態2）
本発明の第2の実施の形態を、図3を参照しながら説明する。本実施形態の導波路04は、実施形態1のものと同じである。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The waveguide 04 of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
本実施形態では、クラッド層である空気層02に、テラヘルツ帯の周波数領域の周波数分散を持つ物質13を置く。物質13は液体（溶液）・固体・気体を問わない。ここにおいて、コア層01を伝搬する導波長波長光10であるテラヘルツ波は、一部がクラッド層02に染み出す。クラッド層02に染み出したテラヘルツ波10と物質13の相互作用により、導波長波長光10の伝搬状態が変化する。したがって、この伝搬状態の変化を観察することで、物質13のセンシングが出来る。 In the present embodiment, a substance 13 having a frequency dispersion in the frequency region of the terahertz band is placed on the air layer 02 that is a cladding layer. The substance 13 may be liquid (solution), solid, or gas. Here, a part of the terahertz wave that is the guided long wavelength light 10 propagating through the core layer 01 oozes out into the cladding layer 02. Due to the interaction between the terahertz wave 10 that has oozed into the clad layer 02 and the substance 13, the propagation state of the guided-wavelength light 10 changes. Therefore, the substance 13 can be sensed by observing the change in the propagation state.
物質13と相互作用した後の導波長波長光10を検出するために、実施形態１の図2で述べた構成で導波長波長光10を外部に放射させる。このとき、高抵抗Si層01上の像08部分の光結合器によって放射される放射長波長光11は、波長によって放射角が異なるが、導波長波長光10が幅広い周波数範囲にわたっている時（例えば、0.1THz〜3THz）は、すべての周波数成分を外部に放射させることは出来ない。 In order to detect the guided wavelength light 10 after interacting with the substance 13, the guided wavelength light 10 is radiated to the outside with the configuration described in FIG. At this time, the emission long wavelength light 11 emitted by the optical coupler of the image 08 portion on the high-resistance Si layer 01 has a different emission angle depending on the wavelength, but when the guided long wavelength light 10 is in a wide frequency range (for example, , 0.1 THz to 3 THz) cannot radiate all frequency components to the outside.
しかし、コア層である高抵抗Si層01上に照射された明暗パターン08の明線と暗線の間隔を変更することで、順次全周波数にわたって外部に放射し、検出器12で検出することが可能である。すなわち、本実施形態によって、より幅広い周波数の導波長波長光10を外部に放射することが可能であり、好適にセンシング・分析装置を構成できる。 However, by changing the interval between the bright line and dark line of the light / dark pattern 08 irradiated on the high-resistance Si layer 01 that is the core layer, it is possible to radiate to the outside sequentially over all frequencies and detect with the detector 12 It is. That is, according to the present embodiment, it is possible to radiate guided wavelength light 10 having a wider frequency to the outside, and a sensing / analyzing apparatus can be suitably configured.
（実施形態3）
本発明の第3の実施の形態について、図4を参照しながら説明する。本実施形態では、導波長波長光10であるテラヘルツ波が、コア層として高抵抗半導体層01を持つ導波路04中を伝搬している。そして、高抵抗半導体層01上に任意の明暗パターンを照射できる照射部と、空間に放射された放射長波長光11を検出する検出部12を備え、かつ導波路04に沿って移動できる移動装置14が設けられている。これは、導波路04上の任意の位置の高抵抗半導体層01上に、任意の格子定数の回折格子状明暗パターン08を投影する。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the terahertz wave that is the guided long wavelength light 10 propagates through the waveguide 04 having the high-resistance semiconductor layer 01 as a core layer. The moving device includes an irradiating unit that can irradiate an arbitrary bright and dark pattern on the high-resistance semiconductor layer 01, and a detecting unit 12 that detects radiation long-wavelength light 11 radiated into the space, and can move along the waveguide 04. 14 is provided. This projects the diffraction grating light / dark pattern 08 having an arbitrary lattice constant onto the high-resistance semiconductor layer 01 at an arbitrary position on the waveguide 04.
既に説明した如く、高抵抗半導体層01上の像08は、回折格子型光結合器として機能し、導波長波長光10を、空間を伝搬する放射長波長光11として取り出す。そして、検出部12で放射長波長光11を検出することで、移動装置14周辺の大気等の分光分析・センシングが可能となる。 As already described, the image 08 on the high-resistance semiconductor layer 01 functions as a diffraction grating type optical coupler, and the guided wavelength light 10 is taken out as emitted long wavelength light 11 propagating in space. Then, by detecting the radiation long wavelength light 11 by the detection unit 12, it becomes possible to perform spectroscopic analysis / sensing of the atmosphere around the mobile device 14.
例えば、高速道路などに導波路04を設置し、その始点にテラヘルツ波発生装置を設置し、発生したテラヘルツ波を導波路04に導波させ、移動装置14を高速道路の導波路04に沿って移動させながら任意の場所でテラヘルツ波10を導波路04より取り出し、検出部12で検出する。このことで、高速道路上任意の場所における大気成分などのセンシングが可能となる。 For example, a waveguide 04 is installed on a highway or the like, a terahertz wave generating device is installed at the starting point thereof, the generated terahertz wave is guided to the waveguide 04, and the moving device 14 is guided along the waveguide 04 on the highway. The terahertz wave 10 is taken out from the waveguide 04 at an arbitrary place while being moved, and is detected by the detection unit 12. This makes it possible to sense atmospheric components at any location on the highway.
（実施形態4）
本発明の第4の実施の形態を、図5を参照しながら説明する。本実施形態では、導波路として、基板15上に金属層16を有し、金属層16の上に高抵抗Si層01を絶縁体として用い、高抵抗Si層01上に金属線であるストリップライン17を有する構造の金属導波路を用いる。基板15には、例えば石英基板などを用いる。金属層16およびストリップライン17には、例えば金などを用いる。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the waveguide has a metal layer 16 on the substrate 15, a high resistance Si layer 01 is used as an insulator on the metal layer 16, and a strip line which is a metal wire on the high resistance Si layer 01. A metal waveguide having a structure having 17 is used. As the substrate 15, for example, a quartz substrate is used. For the metal layer 16 and the strip line 17, for example, gold is used.
ここにおいて、導波長波長光は、金属層16とストリップライン17によって挟まれた高抵抗Si層01に閉じ込められ、またストリップライン17によって、横方向（高抵抗Si層01に平行で、かつ導波長波長光の伝搬方向と垂直な方向）にも閉じ込められる。 Here, the guided wavelength light is confined in the high resistance Si layer 01 sandwiched between the metal layer 16 and the strip line 17, and is also laterally (parallel to the high resistance Si layer 01 and guided by the strip line 17). It is also confined in the direction perpendicular to the propagation direction of the wavelength light.
ここで、図5に示すように、照射光（図示せず）による明暗パターン08を、高抵抗Si層01上に照射する。このとき、導波長波長光の伝搬経路近傍であるストリップライン17近傍に照射する。図5のように、ストリップライン17を跨ぐように照射してもよい。ここでも、実施形態1で説明したように、半導体層01のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つ波長の第2の電磁波に対して伝搬状態を制御することができる。第2の電磁波は横方向にも閉じ込められているので、有効に利用でき、また照射光による比較的幅の狭いパターンにより効率的に制御できる。 Here, as shown in FIG. 5, the high-resistance Si layer 01 is irradiated with a light / dark pattern 08 by irradiation light (not shown). At this time, the light is irradiated in the vicinity of the strip line 17 that is in the vicinity of the propagation path of the guided wavelength light. As shown in FIG. 5, irradiation may be performed across the stripline 17. Again, as described in Embodiment 1, the propagation state can be controlled with respect to the second electromagnetic wave having a wavelength having a photon energy lower than the band gap energy of the semiconductor layer 01. Since the second electromagnetic wave is confined also in the lateral direction, it can be used effectively and can be controlled efficiently by a relatively narrow pattern by irradiation light.
（実施形態5）
本発明の第5の実施の形態を、図6を参照しながら説明する。本実施形態では、導波路として、溶融石英基板03上に高抵抗Si層01を持ち、高抵抗Si層01上に有機物（例えばポリシラン）の線18を持つ構造のものを用いる。有機物18には、テラヘルツ波に対して低損失で、かつ高抵抗Si01より屈折率の低い物を用いる。
(Embodiment 5)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a waveguide having a high resistance Si layer 01 on a fused silica substrate 03 and an organic substance (for example, polysilane) line 18 on the high resistance Si layer 01 is used. As the organic material 18, an organic material having a low loss with respect to terahertz waves and having a refractive index lower than that of the high resistance Si01 is used.
ここにおいても、導波長波長光は、溶融石英基板03と有機物線18によって高抵抗Si層01に閉じ込められる。このとき、高抵抗Si層01に垂直な方向と、高抵抗Si層01に平行でかつ導波長波長光の伝搬方向に垂直な方向（横方向）の、両方向で閉じ込められる。 Also in this case, the guided long wavelength light is confined in the high-resistance Si layer 01 by the fused silica substrate 03 and the organic wire 18. At this time, confinement is performed in both directions, ie, a direction perpendicular to the high-resistance Si layer 01 and a direction (lateral direction) parallel to the high-resistance Si layer 01 and perpendicular to the propagation direction of the guided wavelength light.
ここで、図6に示すように、照射光（図示せず）による明暗パターンを有機物線18近傍の高抵抗Si層01上に照射する。このとき、図6のように有機物のストリップライン18を跨ぐように照射してもよいし、有機物のストリップライン18が照射光に対して透明であれば、高抵抗Si層01の有機物線18直下の部分のみを照射してもよい。導波長波長光は上記横方向に閉じ込められているからである。ここでも、実施形態1で説明したように、半導体層01のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つ波長の第2の電磁波に対して伝搬状態を制御することができる。また、実施形態4と同様な効果を有する。 Here, as shown in FIG. 6, a light and dark pattern by irradiation light (not shown) is irradiated on the high resistance Si layer 01 in the vicinity of the organic matter line 18. At this time, irradiation may be performed so as to straddle the organic strip line 18 as shown in FIG. 6, or if the organic strip line 18 is transparent to the irradiation light, the organic resistance 18 is directly below the high resistance Si layer 01. Only the part of may be irradiated. This is because the guided wavelength light is confined in the lateral direction. Again, as described in Embodiment 1, the propagation state can be controlled with respect to the second electromagnetic wave having a wavelength having a photon energy lower than the band gap energy of the semiconductor layer 01. In addition, the same effect as in the fourth embodiment is obtained.
（実施形態6）
次に、本発明の第6の実施の形態を、図7を参照して説明する。図7は、実施形態5の導波路である図6の有機物のストリップライン18方向に沿った方向で、かつ高抵抗Si層01に垂直な方向の断面図である。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view in the direction along the direction of the stripline 18 of the organic substance in FIG. 6 which is the waveguide of the fifth embodiment, and in the direction perpendicular to the high resistance Si layer 01.
こうした構成の本実施形態では、溶融石英基板03上に高抵抗Si層01があり、高抵抗Si層01上に有機物のストリップライン18がある。導波長波長光10は有機物のストリップライン18近傍の高抵抗Si層01中を導波する。 In this embodiment having such a configuration, the high resistance Si layer 01 is provided on the fused quartz substrate 03, and the organic strip line 18 is provided on the high resistance Si layer 01. The guided long wavelength light 10 is guided through the high resistance Si layer 01 in the vicinity of the organic strip line 18.
ここで、照射光06で、高抵抗Si層01上でかつ有機物のストリップライン18の直下およびその近傍を、照射する。このとき、照射パターンとして、明部のみからなり、導波長波長光10（これは横方向にも閉じ込められている）の導波経路を覆うようなスポットパターン19を用いる。 Here, the irradiation light 06 irradiates the high resistance Si layer 01 directly below and in the vicinity of the organic strip line 18. At this time, as the irradiation pattern, a spot pattern 19 which is composed only of a bright part and covers the waveguide path of the guided long wavelength light 10 (which is also confined in the lateral direction) is used.
照射光06の照射によって高抵抗Si層に生じたフォトキャリア20によって、導波長波長光10は減衰するため、高抵抗Si層01上の照射光06の照射部分は導波長波長光10の減衰器として機能する。また、照射光06によって生じたフォトキャリアが十分多く、導波長波長光10を十分減衰せしめることができるときは、照射光06を制御光として導波長波長光10をオン・オフでき、スイッチとして機能する。 The guided-wavelength light 10 is attenuated by the photocarrier 20 generated in the high-resistance Si layer by the irradiation of the irradiation light 06. Therefore, the irradiated portion of the irradiation light 06 on the high-resistance Si layer 01 is an attenuator of the guided-wavelength light 10. Function as. In addition, when there are enough photocarriers generated by the irradiation light 06 and the waveguide wavelength light 10 can be sufficiently attenuated, the waveguide wavelength light 10 can be turned on / off using the irradiation light 06 as a control light and function as a switch. To do.
01 半導体層（高抵抗Si層）
04 電磁波導波路
05、07 照射部
05 パターン形成部材（フォトマスク、液晶表示装置）
06 第1の電磁波（照射光、レーザ光）
07 結像光学系
08 複素屈折率が異なるパターン（明暗パターン像）
09、10 第2の電磁波（入射長波長光、導波長波長光）
12 検出器
14 移動装置
20 フォトキャリア
01 Semiconductor layer (high resistance Si layer)
04 Electromagnetic wave guide
05, 07 Irradiation part
05 Pattern forming member (photomask, liquid crystal display)
06 First electromagnetic wave (irradiation light, laser light)
07 Imaging optics
08 Patterns with different complex refractive indices (bright and dark pattern images)
09, 10 Second electromagnetic wave (incident long wavelength light, guided long wavelength light)
12 Detector
14 Mobile device
20 Photo carrier
Claims (8)
前記半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の光を、前記半導体層の表面に明暗のパターンを形成する様に照射する照射部と、を有し、
前記半導体層の表面における前記明暗のパターンの形成された領域に、外部からテラヘルツ波を照射する様に構成され、且つ、
前記領域に照射されたテラヘルツ波のうち、該領域に形成された前記明暗どうしの間隔及び該照射されたテラヘルツ波の該領域への入射角に応じた周波数のテラヘルツ波を前記導波路に結合する様に構成されることを特徴とする光学装置。 The semi-conductor layer seen including, a waveguide for propagating the terahertz wave having a lower photon energy than the band gap energy of the semiconductor layer,
An irradiation unit configured to irradiate light having a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer so as to form a light and dark pattern on the surface of the semiconductor layer ;
The region where the bright and dark pattern is formed on the surface of the semiconductor layer is configured to irradiate a terahertz wave from the outside, and
Of the terahertz waves irradiated to the region, a terahertz wave having a frequency corresponding to the interval between the bright and dark formed in the region and the incident angle of the irradiated terahertz wave to the region is coupled to the waveguide. An optical device configured as described above.
前記半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の光を、前記半導体層の表面に明暗のパターンを形成する様に照射する照射部と、を有し、An irradiation unit configured to irradiate light having a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer so as to form a light and dark pattern on the surface of the semiconductor layer;
前記導波路を伝搬するテラヘルツ波のうち、前記明暗どうしの間隔に応じた周波数のテラヘルツ波を、前記半導体層の表面における前記明暗のパターンの形成された領域に結合する様に構成され、且つ、Among the terahertz waves propagating through the waveguide, the terahertz wave having a frequency corresponding to the interval between the light and dark is coupled to the region where the light and dark pattern is formed on the surface of the semiconductor layer, and
前記結合されたテラヘルツ波を前記明暗どうしの間隔に応じた放射角で外部に放射する様に構成されることを特徴とする光学装置。An optical device configured to emit the combined terahertz wave to the outside at an emission angle corresponding to the interval between the light and dark.
半導体層を含み、該半導体層のバンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーを持つテラヘルツ波を伝搬させる導波路と、A waveguide including a semiconductor layer and propagating a terahertz wave having a photon energy lower than a band gap energy of the semiconductor layer;
前記半導体層のバンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを持つ波長の光を、前記半導体層の表面に明暗のパターンを形成する様に照射する照射部と、An irradiation unit that irradiates light having a photon energy higher than the band gap energy of the semiconductor layer so as to form a light and dark pattern on the surface of the semiconductor layer;
前記導波路を伝搬するテラヘルツ波のうち、前記明暗どうしの間隔に応じた周波数のテラヘルツ波を、前記半導体層の表面における前記明暗のパターンの形成された領域に結合し、該結合されたテラヘルツ波を該明暗どうしの間隔に応じた放射角で外部に放射し、該外部に放射されたテラヘルツ波を検出する検出部と、を有することを特徴とする分析装置。Of the terahertz waves propagating in the waveguide, a terahertz wave having a frequency corresponding to the interval between the light and dark is coupled to the region where the light and dark pattern is formed on the surface of the semiconductor layer, and the coupled terahertz wave And a detection unit for detecting the terahertz wave radiated to the outside at a radiation angle corresponding to the interval between the light and dark.
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