JP5468195B2 - 回折格子 - Google Patents
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Description
従来より、テラヘルツ波を発生させる手段として、例えば、ニオブ酸リチウム等の非線形光学結晶に2波長のレーザー光(ポンプ光およびシード光)を同時に入射させて、パラメトリック発振によりテラヘルツ波を発生させるようにした光注入テラヘルツ波パラメトリック発生器(以下、適宜に「is−TPG方式」と称する。)や、非線形光学結晶にフェムト秒レーザー(1フェムト秒=10−15秒)を照射してテラヘルツ波を発生させる光伝導方式が知られており、既に実用化されている。
ところで、上記したような手法により非線形光学結晶を用いてテラヘルツ波を発生することができるが、テラヘルツ波は非線形光学結晶内での吸収が大きいために、結晶の表面近傍、即ち、非線形光学結晶と外部媒質との界面近傍でテラヘルツ波を発生させる必要がある。
ところで、図2に示されるように、非線形光学結晶100に対して大きなシリコンプリズムのカップラ102を用いた場合には、光源サイズが大きくなってしまうため取り扱い難くなるとともに、発生したテラヘルツ波がシリコンに吸収されることにより損失が大きく効率が悪いという問題点があった。
また、上記したシリコンプリズムのカップラとして、図3に示すように、異方性エッチングにより加工されたシリコンの格子104が用いられている場合にはこうしたシリコンの格子104は光の出射表面104aが階段形状をしており、それぞれのV溝の角度αが72度に固定されるために形状の自由度が少なく、非線形光学結晶100と格子104との界面および格子104と空気あるいは真空などの外部媒質との界面においてフレネル反射損失が生じる等、必ずしも最適な条件で使用することができないという問題点があった。
Hayashi、Shin’ichiro;Minamide、Hiroaki;Ikari、Tomofumi;Ogawa、Yuichi;Shikata、Jun−Ichi;Ito、Hiromasa;Otani、Chiko;Kawase、Kodo、"Output power enhancement of a palmtop terahertz−wave parametric generator"、Applied Optics IP、117−123、(2007) K.Kawase、J.Shikata、H.Ito、"TOPICAL REVIEW:Terahertz wave parametric source"、Journal of Physics D:Appl.Phys.、R1−R14、(2001)
まず、図4には、本発明による回折格子の溝型導光格子構造10の第1の実施の形態の概念構成断面説明図が示されている。
上記した構成を有する溝型導光格子構造10は、例えば、非線形光学結晶100上に載置され、非線形光学結晶100内においてパラメトリック発振により発生されたテラヘルツ波を非線形光学結晶100から外部に取り出すためのカップラとして用いられるものである。
ここで、溝型導光格子構造10を非線形光学結晶100上に載置して、非線形光学結晶100内においてパラメトリック発振により発生された波長30〜600μmのテラヘルツ波を非線形光学結晶100から外部に取り出すためのカップラとして用いる場合について具体的に説明すると、溝型導光格子構造10の材質としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、シリコン、ダイアモンドおよび樹脂などを用いることが好ましい。なお、本実施の形態においては、溝型導光格子構造10の材質としてシリコンを選択し、シリコンにより形成された溝型導光格子構造10を用いた。
また、本実施の形態においては、溝型導光格子構造10の下部に配置する非線形光学結晶100の材質としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いるものとした。
以上の構成において、図5を参照しながら溝型導光格子構造10によるテラヘルツ波の発生について説明する。
即ち、まず、ポンプ光を発生する光源(図示せず。)とシード光を発生する光源(図示せず。)とによりポンプ光とシード光とをそれぞれ発生させ、溝型導光格子構造10の下部に設置した非線形光学結晶100にポンプ光とシード光とを同時に入射する。
次に、図6を参照しながら、本発明による回折格子の溝型導光格子構造の第2の実施の形態について説明する。
こうした第2の実施の形態の溝型導光格子構造20(図6参照)は、上記した第1の実施の形態の溝型導光格子構造10(図4参照)と比較すると、非線形光学結晶で溝型導光格子構造20を構成している点と、溝型導光格子構造20の表面20bに刻設された溝20aが有する幅w2が溝型導光格子構造10の溝10aの幅w1に比べて細く、かつ、溝20aの内部に樹脂などが充填されている点とにおいて異なっている。
具体的には、溝型導光格子構造20は、固体状の透明媒質よりなる直方体形状を備えている。こうした溝型導光格子構造20は、真空中や透明媒質(気体、液体または固体)中で使用されるものである。
ここで、溝型導光格子構造20を用いてパラメトリック発振により波長30〜600μmのテラヘルツ波を発生させる場合について具体的に説明すると、溝型導光格子構造20の材質としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、シリコン、ダイアモンドおよび樹脂などが挙げられるが、本発明による第2の実施の形態においては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いた。
また、溝20aの内部には樹脂などが充填されるが、その材質としては、例えば、ポリエチレンや透明な樹脂などが挙げられる。なお、本実施の形態においては、透明な樹脂を充填するものとした。
以上の構成において、図7を参照しながら溝型導光格子構造20によるテラヘルツ波の発生および伝搬について幾何光学的に概念を説明する。
ここで、溝型導光格子構造10ならびに溝型導光格子構造20の作製方法について、以下に説明する。
また、溝型導光格子構造10ならびに20の格子間隔を調整することにより、非線形光学結晶内において発生するテラヘルツ波の出射角の周波数依存性を打ち消すことも可能である。
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(8)に示すように変形することができるものである。
10a 溝
10b 表面
12、12a、12b、12c、12d テラヘルツ波
20 溝型導光格子構造
20a 溝
20aa 下端部
20b 表面
20c 下部
22、22a、22b、22c、22d、22e テラヘルツ波
100 非線形光学結晶
100a 表面
102 カップラ
104 回折格子
104a 出射表面
Claims (7)
- 屈折率n1の固体状の透明媒質よりなる板状体である溝型導光格子構造を持つ回折格子であって、
X軸をY軸に重ねるように回転したとき、右ねじが進む方向をZ軸の正方向とするXYZ直交座標系において、
XZ平面に平行な前記溝型導光格子構造と外部領域との界面である表面には、透過する電磁波の波長以下の幅w2を持つ溝が複数刻設され、
前記溝の長方形状の開口部は開口部の長辺がZ軸に平行に等間隔p2で隣接して設けられ、
前記溝の全体はXZ平面に対して角度θ2傾斜しており、
前記溝の内部には、屈折率n1よりも低い屈折率n2の材質が充填され、
回折格子に入射した電磁波は、前記溝の側面で反射する電磁波と前記溝を透過する電磁波とに分岐することを特徴とする回折格子。 - 前記溝の幅w2は透過する電磁波の1/4程度であることを特徴とする請求項1に記載の回折格子。
- 前記溝の開口部の間隔p2は透過する電磁波の波長の0.5〜10倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の回折格子。
- 前記溝の深さd2は、前記溝の開口部の間隔p2の1.5〜100倍であることを特徴とする請求項3に記載の回折格子。
- 角度θ2は45〜90度の範囲内であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回折格子。
- 前記溝の内部に充填された材質は透明媒質であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の回折格子。
- 前記電磁波はテラヘルツ波であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の回折格子。
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