JP4883350B2 - Terahertz wave generator / detector - Google Patents

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Description

テラヘルツ波は周波数が０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３０００μｍ）の電磁波であり、波長が赤外〜遠赤外領域とほぼ一致する。０．１〜１０ＴＨｚのテラヘルツ波帯はこれまで未開拓電磁波であったが、この周波数帯の電磁波の特徴を生かした時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーション、環境計測、生物や医学への応用などが検討され、近年重要になってきている。本発明は、テラヘルツ波の応用に必要不可欠なテラヘルツ波発生・検出装置に関する。     The terahertz wave is an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 to 10 THz (wavelength is 30 μm to 3000 μm), and the wavelength substantially coincides with the infrared to far infrared region. The terahertz wave band of 0.1 to 10 THz was an undeveloped electromagnetic wave so far, but it is useful for characterization of materials by time-domain spectroscopy, imaging and tomography, environmental measurement, living organisms and medicine utilizing the characteristics of electromagnetic waves in this frequency band. In recent years, it has become important. The present invention relates to a terahertz wave generation / detection device indispensable for terahertz wave applications.

テラヘルツ波の発生には、パラメトリック素子を用いた差周波による発生法、非線形素子を用いたパラメトリック発振器による発生法、半導体基板に形成された光伝導アンテナや電気光学（Electro-Optical）効果（以後EO効果と略記する）を有する結晶にピコ秒〜フェムト秒の短パルスレーザ光を入力して発生する方法がある。このうち、光伝導アンテナやEO結晶を用いてテラヘルツ波を発生する方法は、光学調整が簡単で、実用性が高い方法である。   The generation of terahertz waves includes the generation method using a difference frequency using a parametric element, the generation method using a parametric oscillator using a non-linear element, a photoconductive antenna formed on a semiconductor substrate, and an electro-optic effect (hereinafter referred to as EO). There is a method in which a short pulse laser beam of picoseconds to femtoseconds is input to a crystal having an abbreviated effect). Among these, the method of generating terahertz waves using a photoconductive antenna or EO crystal is a method that is easy to adjust optically and highly practical.

また、テラヘルツ波の検出には、ボロメータを用いる方法、上記テラヘルツ波の発生に用いられる光伝導アンテナや、EO結晶を用いる方法等がある。このうち、光伝導アンテナとEO結晶を用いる方法は、素子を冷却したりする必要もなく、比較的検出効率も高いことから、最も広く用いられている。しかしながら、テラヘルツ波を効率よく検出するためには、次のようにする必要がある。光伝導アンテナは、半導体を基板としているため、半導体のバンドギャップ以下の波長、たとえばGaAsの場合８７０ｎｍ以下の波長を有するプローブ光を使用する必要がある。一方、EO結晶は、テラヘルツ波とプローブ光の位相整合をとる必要があり、例えばZnTeの場合、７６０〜８４０ｎｍの波長を有するプローブ光を必要とする。   For detecting terahertz waves, there are a method using a bolometer, a photoconductive antenna used for generating the terahertz waves, a method using an EO crystal, and the like. Among them, the method using a photoconductive antenna and an EO crystal is most widely used because it does not require cooling of the element and has a relatively high detection efficiency. However, in order to detect terahertz waves efficiently, it is necessary to do the following. Since the photoconductive antenna uses a semiconductor as a substrate, it is necessary to use probe light having a wavelength less than the band gap of the semiconductor, for example, 870 nm or less in the case of GaAs. On the other hand, the EO crystal needs to achieve phase matching between the terahertz wave and the probe light. For example, in the case of ZnTe, probe light having a wavelength of 760 to 840 nm is required.

このような波長域はチタンサファイアレーザの発振波長域であるため、チタンサファイアレーザが多用されてきたが、安定性、大きさ、扱い易さの点で産業用レーザとして使用することが困難であった。そこで、チタンサファイアレーザに代わる産業用レーザとしてＥｒドープファイバを利得媒質とするレーザの２倍高調波が利用されている（たとえば、非特許文献１参照。）。これは、ファイバレーザ装置からの波長１．５６μｍ、パルス幅１００ｆｓの短パルスレーザ光をビームスプリッタで２分割して、一方のレーザ光でテラヘルツ波を発生させ、他方のレーザ光で第二高調波を発生させ、第二高調波をプローブ光としてテラヘルツ波をEOサンプリング法により計測するものである。
Masaya Nagai, et. al., “ Generation and detection of terahertz radiation by electro-optical process in GaAs using 1.56um fiber laser pulse “, Applied Physics Letters , Vol. 85, No. 18, (1 November 2004) pp.1-3 Since such a wavelength range is the oscillation wavelength range of a titanium sapphire laser, a titanium sapphire laser has been widely used, but it is difficult to use as an industrial laser in terms of stability, size, and ease of handling. It was. Therefore, a second harmonic of a laser using an Er-doped fiber as a gain medium is used as an industrial laser instead of a titanium sapphire laser (see, for example, Non-Patent Document 1). This is because a short pulse laser beam having a wavelength of 1.56 μm and a pulse width of 100 fs from a fiber laser device is divided into two by a beam splitter, a terahertz wave is generated by one laser beam, and a second harmonic is generated by the other laser beam. The terahertz wave is measured by the EO sampling method using the second harmonic as the probe light.
Masaya Nagai, et. Al., “Generation and detection of terahertz radiation by electro-optical process in GaAs using 1.56um fiber laser pulse“, Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 18, (1 November 2004) pp.1 -3

従来のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記のように、パルス光源からの短パルスレーザ光を２分割してから波長変換しているため、テラヘルツ波発生のための励起光と、テラヘルツ波検出のためのプローブ光の強度の相関関係は、次のようになる。すなわち、パルス光源から発生された短パルスレーザ光の強度をＩo、第二高調波の強度をＩ2、第二高調波変換効率をｋとすると、テラヘルツ波の励起光強度は、０．５Ｉo、プローブ光強度は、Ｉ2＝０．５ｋＩ0となる。第二高調波の変換効率は最大でも４０％であり、最大プローブ光強度は０．２Ｉ0となる。したがって、０．３Ｉ0がテラヘルツ波検出に利用されないで捨てられていることになり、テラヘルツ波検出のエネルギ効率が低い。 As described above, the conventional terahertz wave generation / detection device divides the short pulse laser beam from the pulse light source into two parts and converts the wavelength, so that the excitation light for generating the terahertz wave and the terahertz wave detection can be detected. Therefore, the correlation of the intensity of the probe light is as follows. That is, assuming that the intensity of the short pulse laser beam generated from the pulse light source is I o , the intensity of the second harmonic is I 2 , and the second harmonic conversion efficiency is k, the excitation light intensity of the terahertz wave is 0.5I. o The probe light intensity is I 2 = 0.5 kI 0 . The conversion efficiency of the second harmonic is 40% at the maximum, and the maximum probe light intensity is 0.2I 0 . Therefore, 0.3I 0 is not used for terahertz wave detection and is discarded, and the energy efficiency of terahertz wave detection is low.

本発明は、上記従来のテラヘルツ波発生・検出装置の問題に鑑みてなされたものであり、発生と検出のエネルギ効率の高いテラヘルツ波発生・検出装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems of the conventional terahertz wave generation / detection device, and an object thereof is to provide a terahertz wave generation / detection device with high energy efficiency of generation and detection.

上記課題を解決するための本発明のテラヘルツ波発生・検出装置は、短パルスレーザ光を発生するパルス光源と、前記パルス光源から発生される前記短パルスレーザ光を入力してテラヘルツ波の発生・検出に使われる波長変換された短パルスレーザ光及び波長変換されない短パルスレーザ光を含む短パルスレーザ光を出力する波長変換手段と、前記波長変換手段から出力される短パルスレーザ光のうち、波長変換されない基本波の短パルスレーザ光と、波長変換された第二高調波の短パルスレーザ光のみを透過するフィルタと、前記フィルタを透過した短パルスレーザ光を、前記基本波の短パルスレーザ光と前記第二高調波の短パルスレーザ光に分離する光分離手段と、前記光分離手段で分離された基本波の短パルスレーザ光又は前記第二高調波の短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段と、前記光分離手段で分離された前記基本波の短パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、前記光分離手段で分離された前記第二高調波の短パルスレーザ光をプローブ光として前記テラヘルツ波発生手段から発生される前記テラヘルツ波を受光検出する検出手段と、を有することを特徴としている。 A terahertz wave generation / detection device according to the present invention for solving the above-described problem is a pulse light source that generates a short pulse laser beam, and a terahertz wave generation / input unit that receives the short pulse laser beam generated from the pulse light source. and a wavelength conversion means for outputting the short Parusure the light including a short-pulse laser beam that is not converted short pulse laser light and the wavelength whose wavelength is converted are used to detect, among the short-pulse laser light output from the wavelength converter, the wavelength A fundamental short pulse laser beam that is not converted, a filter that transmits only the wavelength-converted second harmonic short pulse laser beam, and a short pulse laser beam that has passed through the filter are converted into the fundamental short pulse laser beam. the second and the light separating means for separating the pulse laser light of a harmonic, the light-pulse laser light of the fundamental wave separated by the separating means or said second high and An optical delay means for controlling the time delay of the pulse laser light of a wave, and the terahertz wave generating means for generating a terahertz wave is excited by the short pulse laser light of the fundamental wave which is separated by the light separating means, the light And detecting means for receiving and detecting the terahertz wave generated from the terahertz wave generating means by using the second harmonic short pulse laser beam separated by the separating means as probe light.

パルス光源からのレーザ光を波長変換して波長変換されなかった基本波のレーザ光をテラヘルツ波発生の励起光とし、波長変換された第二高調波のレーザ光をテラヘルツ波検出のプローブ光にするので、パルス光源からのレーザ光強度をＩ0とすると、励起光強度が最小０．６Ｉ0、プローブ光強度が最大０．４Ｉ0となる。すなわち、パルス光源から発生されたレーザ光のすべてがテラヘルツ波発生と検出に利用されエネルギ効率が最大１００％になる。 The fundamental laser beam that has not been wavelength-converted by converting the wavelength of the laser beam from the pulsed light source is used as excitation light for terahertz wave generation, and the second-harmonic laser beam that has been wavelength-converted is used as probe light for terahertz wave detection. Therefore, when the intensity of the laser beam from the pulse light source is I0, the excitation light intensity is a minimum of 0.6I0 and the probe light intensity is a maximum of 0.4I0. That is, all of the laser light generated from the pulse light source is used for terahertz wave generation and detection, and the energy efficiency is 100% at the maximum.

また、前記パルス光源と前記波長変換手段とを同一筐体に組み込むことが望ましい。   Further, it is desirable that the pulse light source and the wavelength converting means are incorporated in the same casing.

パルス光源と波長変換手段が同一筐体に組み込まれていると、波長変換手段でのレーザ光スポットの位置変動が少なく、安定した波長変換を行うことができる。   When the pulse light source and the wavelength conversion unit are incorporated in the same casing, the position of the laser beam spot at the wavelength conversion unit is small and stable wavelength conversion can be performed.

また、前記パルス光源は、Er、Ybの少なくとも一つをドープしたファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記テラヘルツ波発生手段は、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsのうちいずれか一つを含むことが望ましい。   The pulse light source includes a laser device using a fiber doped with at least one of Er and Yb as a gain medium, and the terahertz wave generating means is any one of InAs, InSb, InP, InGaAs, and InAlAs. It is desirable to include.

Erドープファイバレーザ装置からは１５３０〜１６２０ｎｍの短パルスレーザ光が発生されるので、その波長帯域の短パルスレーザ光とテラヘルツ波パルスとの位相整合がとれる相互作用長（コヒーレント長）が大きい。また、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsは、ナローギャップ型半導体であるため、１５３０〜１５７０ｎｍの波長帯域でΓ点近傍の有効質量の小さい電子を光励起することが可能となる。その結果、１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯域の短パルスレーザ光を励起光としてテラヘルツ波を高効率に発生することができる。   Since the Er-doped fiber laser device generates short pulse laser light of 1530 to 1620 nm, the interaction length (coherent length) that can achieve phase matching between the short pulse laser light in the wavelength band and the terahertz wave pulse is large. Since InAs, InSb, InP, InGaAs, and InAlAs are narrow gap semiconductors, it is possible to photoexcite electrons with a small effective mass near the Γ point in the wavelength band of 1530 to 1570 nm. As a result, a terahertz wave can be generated with high efficiency by using a short pulse laser beam having a wavelength band of 1530 to 1620 nm as excitation light.

さらに、前記パルス光源は、Erドープファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記波長変換手段は、第二高調波発生器を含み、前記検出手段は、低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナ又はZnTe又はGaPを用いたEOサンプリングタイプを含むことが望ましい。   Further, the pulse light source includes a laser device using an Er-doped fiber as a gain medium, the wavelength conversion means includes a second harmonic generator, and the detection means is formed on a low-temperature grown GaAs substrate or an InGaAs substrate. It is desirable to include an EO sampling type using ZnTe or GaP.

Erドープファイバレーザ装置から発生される１５３０〜１６２０ｎｍの短パルスレーザ光の第二高調波は、７６５〜８１０ｎｍの波長範囲にある。この波長範囲は、GaAs、InGaAsのバンドギャップより短く、ZnTe、GaPと位相整合がとれるので、テラヘルツ波検出効率が高い。   The second harmonic of the short pulse laser light of 1530 to 1620 nm generated from the Er-doped fiber laser device is in the wavelength range of 765 to 810 nm. This wavelength range is shorter than the band gap of GaAs and InGaAs, and phase matching with ZnTe and GaP can be obtained, so that the terahertz wave detection efficiency is high.

パルス光源からのレーザ光を波長変換して波長変換されなかったレーザ光をテラヘルツ波発生の励起光とし、波長変換されたレーザ光をテラヘルツ波検出のプローブ光にするので、パルス光源から発生されたレーザ光のすべてがテラヘルツ波発生と検出に利用されエネルギ効率が最大１００％になる。   Laser light from a pulsed light source is converted into a wavelength, and laser light that has not been converted into wavelength is used as excitation light for terahertz wave generation, and the wavelength-converted laser light is used as probe light for terahertz wave detection. All of the laser light is used for terahertz wave generation and detection, resulting in a maximum energy efficiency of 100%.

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施形態１）図１は、実施形態１のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、波長λ0の短パルスレーザ光を発生するパルス光源１と、波長λ0の短パルスレーザ光を入力して波長変換されて波長がλ2の短パルスレーザ光及び波長変換されない波長λ0の短パルスレーザ光を含む短パルスレーザ光を出力する波長変換手段２と、波長変換手段２から出力される短パルスレーザ光をλ0のレーザ光とλ2のレーザ光に分離する光分離手段３と、波長λ0の短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段４と、光学遅延手段４で時間遅延が制御された波長λ0の短光パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段５と、波長変換されて波長がλ2の短パルスレーザ光をプローブ光としてテラヘルツ波発生手段５から発生されたテラヘルツ波を受光検出する検出部６と、を有している。 (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generating / detecting apparatus according to Embodiment 1. A terahertz wave generating and detecting apparatus of the present embodiment, the wavelength lambda and the pulse light source 1 for generating a short pulse laser beam of 0, the wavelength lambda 0 of the Type converting the wavelength of pulsed laser light wavelength is lambda 2 short Wavelength converting means 2 for outputting a short pulse laser light including a pulse laser light and a short pulse laser light having a wavelength λ 0 that is not wavelength-converted, and a short pulse laser light output from the wavelength converting means 2 is converted into a laser light of λ 0 and λ a light separation unit 3 for separating the second laser beam, an optical delay means 4 for controlling the time delay of the short-pulse laser beam having a wavelength lambda 0, the short light of the wavelength lambda 0 the time delay in the optical delay means 4 is controlled Terahertz wave generating means 5 for generating terahertz waves excited by pulsed laser light, and terahertz waves generated from the terahertz wave generating means 5 using light-converted short pulse laser light having a wavelength of λ 2 as probe light. You It has a detection unit 6, a.

パルス光源１は、Erドープモードロックファイバレーザ装置で、たとえばフェムトライトレーザ（アイシン精機製、ＣＳ−２０−ＳＴＤ）ある。この装置からは、パルス幅６８ｆｓ、繰り返し周波数５０．１ＭＨｚ、平均出力４０ｍＷ、中心波長１５６０ｎｍ（λ0）
の短パルスレーザ光が出力される。 The pulse light source 1 is an Er-doped mode-locked fiber laser device, for example, a femtolite laser (Aisin Seiki, CS-20-STD). From this apparatus, the pulse width is 68 fs, the repetition frequency is 50.1 MHz, the average output is 40 mW, and the center wavelength is 1560 nm (λ 0 ).
Short pulse laser light is output.

なお、パルス光源１は上記に限定されるものでなく、Ybや、ErとYb等の希土類元素をドープしたファイバレーザ装置、或いは、中心波長８００ｎｍ（λ0）のフェムト秒パルスレーザ光を出力するチタンサファイアレーザ装置でもよい。しかし、チタンサファイアレーザ装置は、共振器が空間配置されているため、外部からの振動や温度変動の影響を受け易い。それに対して、モードロックファイバレーザ装置は、共振器も含め、ほとんどの構成要素がファイバで構成されているので、外部からの振動や温度変動の影響を受けにくいため産業用途に適している。 The pulse light source 1 is not limited to the above, and a fiber laser device doped with rare earth elements such as Yb or Er and Yb, or a femtosecond pulse laser beam having a center wavelength of 800 nm (λ 0 ) is output. A titanium sapphire laser device may be used. However, the titanium sapphire laser device is susceptible to external vibrations and temperature fluctuations because the resonators are spatially arranged. On the other hand, the mode-locked fiber laser device is suitable for industrial applications because it is hardly affected by external vibrations and temperature fluctuations because most of the components including the resonator are made of fiber.

さらに、モードロックファイバレーザ装置は、中心波長（λ0）が１５３０〜１５７０ｎｍの範囲のフェムト秒パルスレーザ光を出力するErドープモードロックファイバレーザ装置が望ましい。波長変換手段２に第二高調波発生器を使用して、後述の検出手段６の検出素子６１に冷却の不要なZnTe又はGaPを用いる場合、第二高調波（λ2）は、７６５〜７８５ｎｍの波長範囲にあるので、テラヘルツ波検出効率が高い。すなわち、この波長範囲は、GaAs、InGaAsのバンドギャップより短く、ZnTe、GaPと位相整合がとれるので、テラヘルツ波検出効率が高い。 Further, the mode-locked fiber laser device is desirably an Er-doped mode-locked fiber laser device that outputs femtosecond pulsed laser light having a center wavelength (λ 0 ) in the range of 1530 to 1570 nm. When a second harmonic generator is used for the wavelength conversion means 2 and ZnTe or GaP that does not require cooling is used for the detection element 61 of the detection means 6 described later, the second harmonic (λ 2 ) is 765 to 785 nm. Therefore, the terahertz wave detection efficiency is high. That is, this wavelength range is shorter than the band gap of GaAs and InGaAs, and phase matching with ZnTe and GaP can be achieved, so that the terahertz wave detection efficiency is high.

また、Erドープモードロックファイバレーザ装置を用いる場合、ファイバでのラマンシフトを利用してλ0を１６８０ｎｍまでシフトさせてもよい。ラマンシフトを利用すると、さらに長波長までシフトできるが、ZnTe、GaPとの位相整合条件から１６８０ｎｍが限界である。なお、テラヘルツ波検出手段６に冷却の不要な低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナを用いる場合、常温での半導体基板のバンドギャップが８７０ｎｍであるので、１７４０ｎｍ以下にシフトさせる必要がある。１７４０ｎｍ以上の長波長になると、第二高調波での検出効率が低下する。 Further, when using an Er-doped mode-locked fiber laser device, λ 0 may be shifted to 1680 nm using Raman shift in the fiber. If the Raman shift is used, it is possible to shift to a longer wavelength, but the limit is 1680 nm due to the phase matching conditions with ZnTe and GaP. When an antenna formed on a low-temperature grown GaAs substrate or InGaAs substrate that does not require cooling is used for the terahertz wave detection means 6, the band gap of the semiconductor substrate at room temperature is 870 nm, so it is necessary to shift it to 1740 nm or less. . When the wavelength is longer than 1740 nm, the detection efficiency at the second harmonic is lowered.

本発明の短パルスレーザ光のパルス幅は、２０ｆｓ〜１ｐｓであることが望ましく、５０〜２００ｆｓであることがさらに望ましい。又、短パルスレーザ光の波長は、５００〜２０００ｎｍであることが望ましく、７００〜１６５０ｎｍであることがさらに望ましい。   The pulse width of the short pulse laser beam of the present invention is desirably 20 fs to 1 ps, and more desirably 50 to 200 fs. The wavelength of the short pulse laser beam is preferably 500 to 2000 nm, and more preferably 700 to 1650 nm.

波長変換手段２は、ＰＰＬＮ（Periodical Poled LiNbO3）第二高調波発生器である。波長変換手段２から出力されるλ0＝１５６０ｎｍの短パルスレーザ光（基本波）は、パルス幅６８ｆｓ、平均出力４０ｍＷであり、λ2＝７８０ｎｍの短パルレーザ光（第二高調波）は、パルス幅７０ｆｓ、平均出力２３ｍＷである。 The wavelength conversion means 2 is a PPLN (Periodical Poled LiNbO3) second harmonic generator. The short pulse laser beam (fundamental wave) of λ 0 = 1560 nm output from the wavelength converting means 2 has a pulse width of 68 fs and an average output of 40 mW, and the short pulse laser beam (second harmonic) of λ 2 = 780 nm is pulsed. The width is 70 fs and the average output is 23 mW.

第二高調波発生器としては、ＰＰＬＮの他にたとえば、ＭｇドープＰＰＬＮ、周期反転Ｍｇ：ＳＬＴ（ストイキメトリックリチウムタンタレート）或いはＢＢＯ等の非線形結晶を使用することができる。   As the second harmonic generator, in addition to PPLN, for example, Mg-doped PPLN, periodic inversion Mg: SLT (stoichiometric lithium tantalate), or non-linear crystal such as BBO can be used.

なお、波長変換手段２に上記のように第二高調波発生器を使用することが望ましいが、これに限定されない。たとえば、第三高調波発生器、第四高調波発生器、第五高調波発生器等でもよい。上記パルス光源１から出力される短パルスレーザ光の中心波長λ0に応じて選定すればよい。たとえば、パルス光源１がＨＦレーザ装置で、中心波長λ0＝２５００ｎｍの短パルスレーザ光を出力する場合、波長変換手段２として第三高調波発生器を使用し、λ３＝８３３ｎｍに変換すれば、検出素子６１のZnTe、GaPとの位相整合条件を満足させることができる。 In addition, although it is desirable to use a 2nd harmonic generator as mentioned above for the wavelength conversion means 2, it is not limited to this. For example, a third harmonic generator, a fourth harmonic generator, a fifth harmonic generator, or the like may be used. What is necessary is just to select according to the center wavelength (lambda) 0 of the short pulse laser beam output from the said pulse light source 1. FIG. For example, when the pulse light source 1 is an HF laser device and a short pulse laser beam having a center wavelength λ 0 = 2500 nm is output, a third harmonic generator is used as the wavelength conversion means 2 and converted to λ 3 = 833 nm. Thus, the phase matching condition with ZnTe and GaP of the detection element 61 can be satisfied.

７は、筐体で、上記のパルス光源１と波長変換手段２を同一のベンチに固定する構造をしている。波長変換手段２で安定に波長変換するためには、波長変換手段でのレーザ光スポットの位置変動を少なくする（ポインティングスタビリティをよくする）必要があるが、パルス光源１と波長変換手段２を同一のベンチに固定する構造であるので、安定した波長変換を行うことができる。   Reference numeral 7 denotes a housing having a structure for fixing the pulse light source 1 and the wavelength converting means 2 to the same bench. In order to stably convert the wavelength by the wavelength converting means 2, it is necessary to reduce the positional fluctuation of the laser light spot at the wavelength converting means (to improve pointing stability). Since the structure is fixed to the same bench, stable wavelength conversion can be performed.

８は、波長変換手段２から出力されるレーザ光が通過する筐体６の開口部に挿入されたフィルタで、波長変換手段２から出力されるレーザ光のうち、余分な波長をカットする。本実施形態では、基本波であるλ0＝１５６０ｎｍの短パルスレーザ光と、第二高調波であるλ2＝７８０ｎｍの短パルレーザ光のみを透過し、３次以上の高調波をカットするフィルタである。すなわち、１５６０ｎｍ及び７８０ｎｍの波長に対して９５％以上の透過率を、６００ｎｍ以下の波長に対して１％以下の透過率を有し、且つレーザ光が通過する２面に１５６０ｎｍと７８０ｎｍの波長に対して反射率を１％以下にするＡＲコートが施された光学フィルタである。なお、第二高調波発生器の位相整合が完全な場合、高調波発生が無視できるので、この場合は、フィルタ８を省略してもよい。 Reference numeral 8 denotes a filter inserted into the opening of the housing 6 through which the laser beam output from the wavelength conversion unit 2 passes, and cuts extra wavelengths from the laser beam output from the wavelength conversion unit 2. In this embodiment, it is a filter that transmits only a short pulse laser beam having a fundamental wave of λ 0 = 1560 nm and a short pulse laser beam having a second harmonic wave of λ 2 = 780 nm, and cuts third and higher harmonics. That is, the transmittance of 95% or more for the wavelengths of 1560 nm and 780 nm, the transmittance of 1% or less for the wavelength of 600 nm or less, and the wavelengths of 1560 nm and 780 nm on the two surfaces through which the laser light passes. On the other hand, it is an optical filter to which an AR coating is applied to make the reflectance 1% or less. If the phase matching of the second harmonic generator is perfect, harmonic generation can be ignored. In this case, the filter 8 may be omitted.

光分離手段３は、フィルタ８を通過した、基本波である波長λ0の短パルスレーザ光を反射し、第二高調波である波長λ2の短パルスレーザ光を透過する２色ミラーである。本実施形態では、２色ミラーとして、ハーモニックビームスプリッタ（市販品）を使用している。 The light separating means 3 is a two-color mirror that reflects the short pulse laser light having the wavelength λ 0 that is the fundamental wave and passes through the filter 8 and transmits the short pulse laser light having the wavelength λ 2 that is the second harmonic. . In the present embodiment, a harmonic beam splitter (commercially available) is used as the two-color mirror.

なお、波長変換手段２にタイプ２の非線形結晶を使用する場合、基本波と第二高調波の偏光が異なるので、この場合、光分離手段３として、偏光ビームスプリッタを使用することもできる。   When a type 2 nonlinear crystal is used for the wavelength conversion means 2, the polarization of the fundamental wave and the second harmonic is different. In this case, a polarization beam splitter can also be used as the light separation means 3.

Ｌeは、テラヘルツ波発生手段５を励起する励起光で、波長λ0の基本波である。本実施形態では、基本波のすべてをテラヘルツ波Ｌt発生の励起に使用するので、発生されるテラヘルツ波Ｌtの強度は、第二高調波を分割して励起する場合（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、約４倍となる。 Le is excitation light that excites the terahertz wave generating means 5 and is a fundamental wave having a wavelength λ 0 . In this embodiment, since all of the fundamental waves are used for excitation of the terahertz wave Lt generation, the intensity of the generated terahertz wave Lt is obtained when the second harmonic is divided and excited (see IMRA APPLICATION NOTE A-0402). )) About 4 times.

Ｌpは、検出手段６でテラヘルツ波を検出する際のプローブ光で、前記波長λ２の第二高調波である。 Lp is the probe light when detecting a terahertz wave detecting unit 6, a second harmonic of the wavelength lambda 2.

光学遅延手段４は、プローブ光Ｌpに対して励起光Ｌeにより励起されて発生するテラヘルツ波に時間的な遅れ、或いは進みを与えるものである。本実施形態では、パソコンで制御された電動ステージ上に直角プリズムを設置し、プローブ光Ｌpとの相対的な位置関係を自由に調整できる装置を使用した。   The optical delay means 4 gives time delay or advance to the terahertz wave generated by being excited by the excitation light Le with respect to the probe light Lp. In this embodiment, a device in which a right-angle prism is installed on an electric stage controlled by a personal computer and the relative positional relationship with the probe light Lp can be freely adjusted is used.

９は、後述のロックインアンプ１２でロックイン増幅するために励起光Ｌeを変調する変調器である。本実施形態では口径１ｍｍの音響光学変調器（AOM）用いた。AOMの他にＬＮ光変調器や機械的なチョッパなどを用いてもよいが、変調周波数を固定できる機能を有する変調器が望ましい。   A modulator 9 modulates the excitation light Le for lock-in amplification by a lock-in amplifier 12 described later. In this embodiment, an acousto-optic modulator (AOM) having a diameter of 1 mm is used. In addition to AOM, an LN optical modulator or a mechanical chopper may be used, but a modulator having a function capable of fixing the modulation frequency is desirable.

テラヘルツ波発生手段５には、本実施形態では、InSb結晶を用いた。InSb の他に、たとえば、InAs、InP、InGaAs、InAlAs半導体結晶、または、In、Ga、As、Sb、P、Alの半導体混晶が使用可能である。テラヘルツ波発生手段５には、１〜３Ｔ程度の外部磁場を印加してもよい。   In the present embodiment, an InSb crystal is used for the terahertz wave generating means 5. In addition to InSb, for example, InAs, InP, InGaAs, InAlAs semiconductor crystals, or semiconductor mixed crystals of In, Ga, As, Sb, P, and Al can be used. An external magnetic field of about 1 to 3 T may be applied to the terahertz wave generating means 5.

テラヘルツ波の周波数は、０．１〜１０ＴＨｚであることが望ましく、０．１〜５ＴＨｚであることがさらに望ましい。   The frequency of the terahertz wave is desirably 0.1 to 10 THz, and more desirably 0.1 to 5 THz.

１０は、焦点距離１００ｍｍの軸外し放物面鏡で、テラヘルツ波発生手段５から発生されるテラヘルツ波Ｌtをコリメートする。   Reference numeral 10 denotes an off-axis parabolic mirror having a focal length of 100 mm, which collimates the terahertz wave Lt generated from the terahertz wave generating means 5.

１０´は、焦点距離１００ｍｍの軸外し放物面鏡で、テラヘルツ波Ｌt及びプローブ光Ｌpを後述の検出素子６１に集光する。プローブ光Ｌpの検出素子６１上での集光径は、第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、１．４倍程度まで拡大してもよい。第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例では、プローブ光強度をIp、プローブ光の集光面積をＳpとすると、励起密度は、Ip／Ｓpである。第二高調波をすべてプローブ光とする本実施形態では、プローブ光強度は２Iｐとなる。この場合、上記励起密度Ip／Ｓpとなるプローブ光集光面積は２Ｓpであるので、プローブ光集光面積は２倍になる。プローブ光集光面積を２倍にできるということは、集光径を１．４倍にできることである。この際、テラヘルツ波Ｌtとプローブ光Ｌpの検出素子６１上での調整は、ＬtとＬpが検出素子６１上で重なるように行えばよい。集光径を拡大しているため、テラヘルツ波Ｌtとプローブ光Ｌpのビーム位置が集光径の大きさに比べ４０％程度移動しても出力の変化が従来例より２０％程度小さくできる。   Reference numeral 10 'denotes an off-axis parabolic mirror having a focal length of 100 mm, which condenses the terahertz wave Lt and the probe light Lp on the detection element 61 described later. The condensing diameter of the probe light Lp on the detection element 61 is about 1.4 times that of the conventional example (see IMRA APPLICATION NOTE A-0402) in which the second harmonic is divided into excitation light and probe light. You may zoom in. In the conventional example in which the second harmonic is divided into excitation light and probe light, the excitation density is Ip / Sp, where Ip is the probe light intensity and Sp is the condensing area of the probe light. In the present embodiment in which the second harmonics are all probe light, the probe light intensity is 2Ip. In this case, since the probe light condensing area having the excitation density Ip / Sp is 2Sp, the probe light condensing area is doubled. That the probe light condensing area can be doubled means that the condensing diameter can be 1.4 times. At this time, the terahertz wave Lt and the probe light Lp may be adjusted on the detection element 61 so that Lt and Lp overlap on the detection element 61. Since the condensing diameter is enlarged, even if the beam positions of the terahertz wave Lt and the probe light Lp move by about 40% compared to the condensing diameter, the change in output can be reduced by about 20% compared to the conventional example.

１１は、テラヘルツ波Ｌｔとプローブ光Ｌpを結合する光結合器で、本実施形態ではテラヘルツ波Ｌtを反射し、プローブ光Ｌpを透過するミラーを使用した。このミラーは、ＢＫ７ガラスの一面にITO膜（可視光から近赤外光透過、テラヘルツ波反射）を蒸着し、他面に７８０ｎｍの波長に対して低反射率のARコートを施したものである。本実施形態のミラー以外にも、たとえば、プローブ光Ｌpが通過する部分に穴があいた平面金属ミラーを使用してもよい。   Reference numeral 11 denotes an optical coupler that couples the terahertz wave Lt and the probe light Lp. In this embodiment, a mirror that reflects the terahertz wave Lt and transmits the probe light Lp is used. This mirror is formed by depositing an ITO film (visible to near-infrared light transmission, terahertz wave reflection) on one surface of BK7 glass, and applying an AR coating having a low reflectance with respect to a wavelength of 780 nm on the other surface. . In addition to the mirror of the present embodiment, for example, a planar metal mirror having a hole in a portion through which the probe light Lp passes may be used.

検出手段６は、検出素子６１、コリメータレンズ６２、波長板６３、偏光子６４及びバランス検出器６５を備えている。   The detection means 6 includes a detection element 61, a collimator lens 62, a wave plate 63, a polarizer 64, and a balance detector 65.

検出素子６１には、EO結晶として、ZnTe（１１０）を用いた。EO結晶には、テラヘルツ波Ｌtが誘起する光電場によって、プローブ光Ｌpの偏光が回転する物質を用いる。EO結晶は、第二高調波の帯域で透明であり、テラヘルツ波Ｌtとの位相整合がとれる物質が望ましい。たとえば、ZnTeやGaPの（１１０）面を使用するとよい。テラヘルツ波Ｌtの偏光及びプローブ光Ｌpの偏光は、ZnTe結晶の＜１００＞方向と平行に入射させることが望ましい。   For the detection element 61, ZnTe (110) was used as the EO crystal. For the EO crystal, a substance in which the polarization of the probe light Lp is rotated by the photoelectric field induced by the terahertz wave Lt is used. The EO crystal is preferably a material that is transparent in the second harmonic band and can be phase-matched with the terahertz wave Lt. For example, the (110) plane of ZnTe or GaP may be used. The polarized light of the terahertz wave Lt and the polarized light of the probe light Lp are preferably incident in parallel to the <100> direction of the ZnTe crystal.

コリメータレンズ６２は、焦点距離３０ｍｍの平凸レンズである。   The collimator lens 62 is a plano-convex lens having a focal length of 30 mm.

波長板６３には、テラヘルツ波ＬtによりEO結晶６１上に誘起される複屈折によって生じるプローブ光Ｌpの偏光回転（楕円回転）を任意に回転させるために１／４波長板を用いた。   For the wave plate 63, a quarter wave plate was used to arbitrarily rotate the polarization rotation (elliptical rotation) of the probe light Lp generated by birefringence induced on the EO crystal 61 by the terahertz wave Lt.

偏光子６４は、波長板６３により調整されたプローブ光Ｌpを縦偏光成分と横偏光成分に分割するためのものであり、ウォラストンプリズムを用いた。ウォラストンプリズム以外にも偏光ビームスプリッタを用いることができる。   The polarizer 64 is used to divide the probe light Lp adjusted by the wave plate 63 into a vertically polarized component and a horizontally polarized component, and used a Wollaston prism. Besides the Wollaston prism, a polarizing beam splitter can be used.

バランス検出器６５は、テラヘルツ波ＬtによりEO結晶６１上に誘起される複屈折により生じるプローブ光Ｌpの偏光回転量を、差動増幅機構を用いて抽出し、微量検出することができるもので、ニューフォーカス社製のニルバナを使用した。   The balance detector 65 can extract the amount of polarization rotation of the probe light Lp caused by birefringence induced on the EO crystal 61 by the terahertz wave Lt by using a differential amplification mechanism, and can detect a trace amount. Nirvana manufactured by New Focus was used.

１２は、バランス検出器６５で検出された信号の中から変調信号に同期した成分を抽出するロックインアンプである。   A lock-in amplifier 12 extracts a component synchronized with the modulation signal from the signal detected by the balance detector 65.

１３は、光学遅延手段４の位置情報と、ロックインアンプ１２からの信号を記録するＰＣ（パソコン）であり、光学遅延手段４とロックインアンプ１２を制御する機能も持たせてある。   Reference numeral 13 denotes a PC (personal computer) that records position information of the optical delay means 4 and a signal from the lock-in amplifier 12, and has a function of controlling the optical delay means 4 and the lock-in amplifier 12.

本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１からの短パルスレーザ光を第二高調波発生器２で波長変換し、その後基本波と第二高調波を分離して基本波を励起光としてテラヘルツ波発生手段５からテラヘルツ波を発生させ、第二高調波をプローブ光として発生したテラヘルツ波を検出しているので、パルス光源１から出力される短パルスレーザ光を無駄なくテラヘルツ波の発生と検出に用いていることになり、発生と検出のエネルギ効率が１００％近い。   As described above, the terahertz wave generation / detection device of the present embodiment converts the wavelength of the short pulse laser beam from the pulse light source 1 by the second harmonic generator 2, and then separates the fundamental wave and the second harmonic. The terahertz wave is generated from the terahertz wave generating means 5 using the fundamental wave as the excitation light and the terahertz wave generated using the second harmonic as the probe light is detected, and thus the short pulse laser beam output from the pulse light source 1 is used. It is used for generation and detection of terahertz waves without waste, and the energy efficiency of generation and detection is close to 100%.

また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１にErドープモードロックファイバレーザ装置を用い、テラヘルツ波発生手段５にInSbを用いているので、λ0＝１５６０ｎｍの励起光によりΓ点近傍の有効質量の小さい電子を光励起することができる。この電子が表面電場や光デンバー場、外部磁場などにより加速されテラヘルツ波を放射する。その結果、テラヘルツ波を高効率に発生することができる。 Further, as described above, the terahertz wave generation / detection device of this embodiment uses an Er-doped mode-locked fiber laser device for the pulse light source 1 and InSb for the terahertz wave generation means 5, so that λ 0 = 1560 nm. Electrons having a small effective mass near the Γ point can be photoexcited by the excitation light of. These electrons are accelerated by a surface electric field, an optical denver field, an external magnetic field, etc., and emit terahertz waves. As a result, terahertz waves can be generated with high efficiency.

また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、λ2＝７８０ｎｍの第二高調波をプローブ光として、ZnTe６１でテラヘルツ波を検出しているので、プローブ光の検出素子６２での吸収損失がなく、位相整合もとれ、テラヘルツ波検出効率が高い。 In addition, since the terahertz wave generation / detection device of this embodiment uses the second harmonic of λ 2 = 780 nm as the probe light and detects the terahertz wave with the ZnTe 61, the absorption loss of the probe light in the detection element 62 is reduced. There is no phase matching, and terahertz wave detection efficiency is high.

さらに、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、パルス光源１と波長変換手段２とが同一の筐体７に組み込まれているので、波長変換手段２でのレーザ光スポットの位置変動が少なく、安定した波長変換を行うことができる。   Further, in the terahertz wave generation / detection device of the present embodiment, the pulse light source 1 and the wavelength conversion unit 2 are incorporated in the same casing 7, so that the position variation of the laser light spot at the wavelength conversion unit 2 is small. Stable wavelength conversion can be performed.

（実施形態２）図２は、実施形態２のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、光学遅延手段と検出手段とが実施形態１と異なるだけで、その他の構成要素は同じである。同一の構成要素に同一の符号を付し、説明を省略する。   (Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation / detection apparatus according to Embodiment 2. In FIG. The terahertz wave generation / detection device of this embodiment is the same as the first embodiment except for the optical delay means and the detection means, and the other components are the same. The same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、光学遅延手段がプローブ光側に配置されている。図２において、４´が光学遅延手段で、励起光Ｌeによりテラヘルツ波発生手段のInSb５から発生するテラヘルツ波Ｌtに対して、プローブ光Ｌpに時間的な遅れ、或いは進みを発生させる装置である。本実施形態では、パソコンにより制御された市販の電動ステージの上にコーナーミラーを設置し、テラヘルツ波Ｌtとの相対的な位置関係を自由に調整できる装置を使用した。   In this embodiment, the optical delay means is arranged on the probe light side. In FIG. 2, reference numeral 4 'denotes an optical delay means, which is a device that generates a time delay or advance in the probe light Lp with respect to the terahertz wave Lt generated from the InSb 5 of the terahertz wave generation means by the excitation light Le. In the present embodiment, a corner mirror is installed on a commercially available electric stage controlled by a personal computer, and an apparatus that can freely adjust the relative positional relationship with the terahertz wave Lt is used.

６´が検出手段で、集光レンズ６２´、検出素子６１´及び電流アンプ６５´を備えている。   Reference numeral 6 'denotes detection means, which includes a condenser lens 62', a detection element 61 ', and a current amplifier 65'.

集光レンズ６２´は、検出素子６１´にプローブ光Ｌpを集光するするためにもので、焦点距離２０ｍｍの平凸レンズである。軸外し放物面鏡９´でテラヘルツ波Ｌtが集光された部位に、重なるようにプローブ光Ｌpを集光する。なお、後述するように、検出素子６２´が低温成長GaAsダイポールアンテナであるので、集光部位は、アンテナのギャップになる。   The condensing lens 62 ′ is a plano-convex lens having a focal length of 20 mm, for condensing the probe light Lp on the detection element 61 ′. The probe light Lp is condensed so as to overlap the portion where the terahertz wave Lt is condensed by the off-axis parabolic mirror 9 ′. As will be described later, since the detecting element 62 ′ is a low-temperature grown GaAs dipole antenna, the condensing part is an antenna gap.

プローブ光Ｌpの集光径は、第二高調波を分割して励起光とプローブ光とする従来例（IMRA APPLICATION NOTE A-0402参照。）に比べ、１．４倍程度まで拡大してもよい。集光径を拡大しているので、テラヘルツ波Ｌt及びプローブ光Ｌpのビーム位置が集光径の４０％程度変動しても出力の変化は、従来例より２０％程度小さくできる。集光レンズ６２´には、焦点距離が２０ｍｍ以下の短焦点レンズが好ましい。   The condensing diameter of the probe light Lp may be expanded to about 1.4 times compared to the conventional example (see IMRA APPLICATION NOTE A-0402) in which the second harmonic is divided into excitation light and probe light. . Since the condensing diameter is enlarged, even if the beam positions of the terahertz wave Lt and the probe light Lp fluctuate by about 40% of the condensing diameter, the output change can be reduced by about 20% compared to the conventional example. The condensing lens 62 ′ is preferably a short focus lens having a focal length of 20 mm or less.

検出素子６１´には、低温成長GaAs基板上に作成されたギャップ５μｍのダイポールアンテナを用いた。ボウタイアンテナでも検出可能であるが、ダイポールアンテナの方が帯域を広くとれるので好ましい。アンテナは、テラヘルツ波の偏光とギャップ方向が平行になるように配置される。   As the detection element 61 ′, a dipole antenna having a gap of 5 μm formed on a low-temperature grown GaAs substrate was used. Although it can be detected by a bow tie antenna, a dipole antenna is preferable because it can take a wider band. The antenna is arranged so that the polarization of the terahertz wave and the gap direction are parallel to each other.

電流アンプ６５´は、テラヘルツ波Ｌtを検出する際発生したプローブ光Ｌpによる光励起電流を増幅し、且つ電圧に変化するもので、本実施形態では、FEMTO社製のモデルDLCPA-200を使用した。１０７V／A以上の増幅効率、−３ｄＢの帯域が４５ｋＨｚ以上、及び１０μｓ以下の立ち上がりであることが望ましいので、たとえば、KEITHLEY社のモデル４２８等も使用可能である。 The current amplifier 65 'amplifies the photoexcitation current generated by the probe light Lp generated when detecting the terahertz wave Lt and changes the voltage. In this embodiment, a model DLCPA-200 manufactured by FEMTO is used. Since it is desirable that the amplification efficiency is 10 7 V / A or more, the −3 dB band is 45 kHz or more, and the rise is 10 μs or less, for example, the model 428 of KEITHLEY can be used.

本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、上記したように、パルス光源１からの短パルスレーザ光を第二高調波発生器２で波長変換し、その後、基本波と第二高調波を分離して基本波を励起光としてテラヘルツ波発生手段５からテラヘルツ波を発生させ、第二高調波をプローブ光として発生したテラヘルツ波を検出しているので、パルス光源１から出力される短パルスレーザ光を無駄なくテラヘルツ波の発生と検出に用いていることになり、発生と検出のエネルギ効率が１００％近い。   As described above, the terahertz wave generation / detection device of the present embodiment converts the wavelength of the short pulse laser beam from the pulse light source 1 by the second harmonic generator 2, and then separates the fundamental wave and the second harmonic. Thus, the terahertz wave is generated from the terahertz wave generating means 5 using the fundamental wave as the excitation light, and the terahertz wave generated using the second harmonic as the probe light is detected. Therefore, the short pulse laser beam output from the pulse light source 1 is detected. Is used for generation and detection of terahertz waves without waste, and the energy efficiency of generation and detection is close to 100%.

また、本実施形態のテラヘルツ波発生・検出装置は、λ2＝７８０ｎｍの第二高調波をプローブ光として、低温成長GaAsダイポールアンテナ６１′でテラヘルツ波を検出しているので、プローブ光の検出素子６２での吸収損失がなくテラヘルツ波検出効率が高い。 Further, since the terahertz wave generation / detection device of the present embodiment detects the terahertz wave with the low-temperature grown GaAs dipole antenna 61 ′ using the second harmonic of λ 2 = 780 nm as the probe light, the probe light detection element There is no absorption loss at 62, and the terahertz wave detection efficiency is high.

時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーション、環境計測等への利用の可能性が高い。   It is highly possible to use for material characterization, environmental measurement, etc. by time domain spectroscopy, imaging and tomography.

実施形態１のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation / detection device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態２のテラヘルツ波発生・検出装置の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation / detection device according to a second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・・・・・パルス光源
２・・・・・・・波長変換手段（第二高調波発生器）
３・・・・・・・光分離手段
４、４′・・・・光学遅延手段
５・・・・・・・テラヘルツ波発生手段
６、６′・・・・検出手段
７・・・・・・・筐体
Ｌe・・・・・・ 波長変換されない短パルスレーザ光（基本波）
Ｌp・・・・・・ 波長変換された短パルスレーザ光（第二高調波）
Ｌt・・・・・・ テラヘルツ波 1 .... Pulse light source 2 .... Wavelength conversion means (second harmonic generator)
3... Optical separation means 4, 4 ′ Optical delay means 5 Terahertz wave generation means 6, 6 ′ Detection means 7.・ ・ Case Le ・ ・ ・ ・ ・ ・ Short pulse laser light (fundamental wave) without wavelength conversion
Lp ... ・ Wavelength converted short pulse laser light (second harmonic)
Lt ... Terahertz wave

Claims (4)

短パルスレーザ光を発生するパルス光源と、
前記パルス光源から発生される前記短パルスレーザ光を入力して、テラヘルツ波の発生・検出に使われる波長変換された短パルスレーザ光及び波長変換されない短パルスレーザ光を含む短パルスレーザ光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段から出力される短パルスレーザ光のうち、波長変換されない基本波の短パルスレーザ光と、波長変換された第二高調波の短パルスレーザ光のみを透過するフィルタと、
前記フィルタを透過した短パルスレーザ光を、前記基本波の短パルスレーザ光と前記第二高調波の短パルスレーザ光に分離する光分離手段と、
前記光分離手段で分離された前記基本波の短パルスレーザ光又は前記第二高調波の短パルスレーザ光の時間遅延を制御する光学遅延手段と、
前記光分離手段で分離された前記基本波の短パルスレーザ光で励起されてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記光分離手段で分離された前記第二高調波の短パルスレーザ光をプローブ光として前記テラヘルツ波発生手段から発生される前記テラヘルツ波を受光検出する検出手段と、を有することを特徴とするテラヘルツ波発生・検出装置。 A pulse light source that generates a short pulse laser beam;
Input the short pulse laser light generated from the pulse light source, and output short pulse laser light including wavelength-converted short pulse laser light and non-wavelength-converted short pulse laser light used for generation and detection of terahertz waves Wavelength converting means for
Of the short pulse laser light output from the wavelength conversion means, a filter that transmits only the fundamental short pulse laser light that is not wavelength converted, and the second harmonic short pulse laser light that has been wavelength converted,
A light separating means for separating the short pulse laser light transmitted through the filter into the short pulse laser light of the fundamental wave and the short pulse laser light of the second harmonic ;
An optical delay means for controlling the time delay of the light-pulse laser light of the fundamental wave which is separated by the separation means or the second harmonic pulse laser light,
A terahertz wave generating unit that generates a terahertz wave by being excited by the short pulse laser beam of the fundamental wave separated by the light separating unit;
Terahertz, comprising: detecting means for receiving and detecting the terahertz wave generated from the terahertz wave generating means using the second harmonic short pulse laser beam separated by the light separating means as probe light Wave generator / detector. 前記パルス光源と前記波長変換手段とを同一筐体に組み込む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。   2. The terahertz wave generation / detection device according to claim 1, wherein the pulse light source and the wavelength conversion unit are incorporated in the same casing. 前記パルス光源は、Er、Ybの少なくとも一つをドープしたファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記テラヘルツ波発生手段は、InAs、InSb、InP、InGaAs及びInAlAsのうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生・検出装置。   The pulsed light source includes a laser device using a fiber doped with at least one of Er and Yb as a gain medium, and the terahertz wave generating means includes any one of InAs, InSb, InP, InGaAs, and InAlAs. The terahertz wave generating / detecting device according to claim 1 or 2. 前記パルス光源は、Erドープファイバを利得媒質とするレーザ装置を含み、前記波長変換手段は、第二高調波発生器を含み、前記検出手段は、低温成長GaAs基板又はInGaAs基板に作成されたアンテナ又はZnTe又はGaPを用いたEO（electro-optical）サンプリングタイプを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生・検出装置。   The pulse light source includes a laser device using an Er-doped fiber as a gain medium, the wavelength converting means includes a second harmonic generator, and the detecting means is an antenna formed on a low-temperature grown GaAs substrate or InGaAs substrate 3. The terahertz wave generation / detection device according to claim 1, further comprising an EO (electro-optical) sampling type using ZnTe or GaP.
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