JP5721252B2 - 電磁波発振素子 - Google Patents
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Description
oscillator:BWO)、フォトミキシシング、1THz以上で自由電子レーザ、p-Geレーザ、量子カスケードレーザ(Quantum Cascade Laser:QCL)などが開発されているが、小型化、高出力化に課題があった。
一方、最近ではフェムト秒レーザを光源とした光スイッチあるいは光整流により広帯域のテラヘルツ波を発生し、時間領域分光(TDS:Time Domain
Spectroscopy)などに応用されている。
Appl. Phys. Lett., 68, PP.2483, 1996)では、アイドラー波に対して共振器を構成する(テラヘルツ波パラメトリック発振:TPO)ことで、アイドラー波の強度とともにテラヘルツ波の強度も高めることが可能としている。この場合、角度αを1°〜2°まで変化させることにより、0.97THz〜2.2THzまでの発生が可能である。y板LiNbO3基板を使用し、結晶表面にシリコンプリズムを圧着することで、(1)高効率で空気中に取り出し可能であり、(2)出射角度の変化が小さくなり(波長依存性が小さい)、(3)指向性の高いテラヘルツ波発生が可能である。しかし、この方法でも、結晶表面近傍を伝搬させる際のテラヘルツ波の減衰は大きい。
支持基板、
非線形光学結晶からなる発振基板であって、上面、底面、および前記ポンプ波が入射する入射面を備えている発振基板、
支持基板と発振基板とを接合する接着層、および
支持基板の接着層側の表面に電磁波を反射する反射膜を備えており、接着層のポンプ波に対する屈折率が、発振基板のポンプ波に対する屈折率よりも小さく、発振基板が非線形光学結晶からなるz板であり、ポンプ波および前記アイドラー波が底面と平行に伝搬したときにパラメトリック効果によって発振する電磁波に対してカットオフとなることを特徴とする。
ポラリトン誘導散乱過程では、上記のようにポンプ波、アイドラー波、およびテラヘルツ波の間にエネルギー保存則と運動量保存則を満足させる必要がある。このことから、ポンプ波を1064nmとしエネルギー保存則からアイドラー波およびテラヘルツ波の周波数(波長)を算出した。さらに、それぞれの波長に対する屈折率をセルマイヤーの式から算出し、運動量保存則から入射角度α、出射角度θを算出した。
また、信頼性上、熱膨張を発振基板と合わせるという観点では、支持基板は発振基板と同じ材質であることが望ましい。
電磁波反射膜に対する前記電磁波の大気中での反射率は、80%以上であることが好ましく、反射率の上限は特になく、100%であってよい。
テラヘルツ帯の反射率は、一般的に、フーリエ変換赤外分光装置(例えば、Bruker IFS66v/S)を使用して測定できる。
図3、図4および図5(b)を参照しつつ説明した発振素子を作製した。
具体的には、ニオブ酸リチウム単結晶のz板を支持基板13とし、支持基板13の接合面にチタン、白金、金をそれぞれ100オングストローム、200オングストローム、1μm蒸着し、さらに接着強度を上げるために白金、チタンをそれぞれ200オングストローム、100オングストローム蒸着した。形成した反射膜の反射率は、フーリエ変換赤外分光装置(例えば、Bruker IFS66v/S)によって測定し、テラヘルツ帯において90%以上であった。発振基板のポンプ波(波長1064nm)に対する屈折率は2.14である。支持基板13の接合面に接着剤を厚さ1μm均一に塗布し、MgOドープニオブ酸リチウム単結晶からなるz板を支持基板の接合面に貼り合わせた。使用した接着層は、カルドポリマーで波長1μm帯で屈折率が1.9のものを使用した。次いで、MgOドープニオブ酸リチウム単結晶からなるz板を精密研磨し、基板厚5μmまで均一に薄板加工した。その後、ダイシングにより素子長5cmにチップ切断し、発振素子を試作した。
実施例1と同様の発振素子を作製した。ただし、本例においては、支持基板13の接合面に電磁波反射膜15を形成しなかった。
図6を参照しつつ説明した発振素子を作製した。
具体的には、ニオブ酸リチウム単結晶のy板を支持基板13とし、支持基板13の接合面にチタン、白金、金をそれぞれ100オングストローム、200オングストローム、1μm蒸着し、さらに接着強度を上げるために白金、チタンをそれぞれ200オングストローム、100オングストローム蒸着した。形成した反射膜の反射率は、フーリエ変換赤外分光装置(例えば、Bruker IFS66v/S)によって測定し、テラヘルツ帯において90%以上であった。発振基板のポンプ波(波長1064nm)に対する屈折率は2.14である。次に、実施例1と同様に、支持基板13の接合面に厚さ1μmにわたって接着剤を塗布し、この接合面を、MgOドープニオブ酸リチウム単結晶からなるy板に接着した。使用した接着層は、カルドポリマーで波長1μm帯で屈折率が1.9のものを使用した。MgOドープニオブ酸リチウム単結晶からなるy板を精密研磨し、基板厚3.8μmまで均一に薄板加工を実施した。その後、ダイシングにより素子長5cmにチップ切断した。発振基板9の上方にシリコンプリズム6を設置し、図6に示す素子を試作した。
実施例2と同様にして発振素子を作製した。ただし、支持基板13の接合面に電磁波反射膜15を形成しなかった。
Claims (4)
- ポンプ波とアイドラー波とからパラメトリック効果によって0.1THz〜3THzの周波数を有する電磁波を発振する素子であって、
支持基板、
非線形光学結晶からなる発振基板であって、上面、底面、および前記ポンプ波が入射する入射面を備えている発振基板、
前記支持基板と前記発振基板とを接合する接着層、および
前記支持基板の前記接着層側の表面に前記電磁波を反射する反射膜を備えており、前記接着層の前記ポンプ波に対する屈折率が、前記発振基板の前記ポンプ波に対する屈折率よりも小さく、前記発振基板が前記非線形光学結晶からなるz板であり、前記ポンプ波および前記アイドラー波が前記底面と平行に伝搬したときにパラメトリック効果によって発振する前記電磁波に対してカットオフとなることを特徴とする、電磁波発振素子。 - 前記発振基板の厚さが20μm以下であることを特徴とする、請求項1記載の素子。
- 前記非線形光学結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1または2記載の素子。
- 前記接着層の前記ポンプ波に対する屈折率が2以下であり、前記接着層の前記電磁波に対する屈折率が5以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の素子。
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