JP5799538B2 - テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、計測装置および光源装置 - Google Patents

テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、計測装置および光源装置 Download PDF

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Description

本発明は、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置に関するものである。
近年、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。
このテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置は、サブピコ秒（数百ｆ秒）程度のパルス幅をもつ光パルスを発生する光源装置と、光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを有している。サブピコ秒程度のパルス幅の光パルスを発生する光源装置としては、フェムト秒ファイバーレーザーや、チタンサファイヤレーザー等が使用されている。
しかしながら、フェムト秒ファイバーレーザーや、チタンサファイヤレーザー等を使用すると、大型化してしまうので、小型化を図るために、目標のパルス幅よりも大きいパルス幅の光パルスを発生する光パルス発生装置と、その光パルス発生装置で発生した光パルスに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮装置とを用いて、目標のパルス幅の光パルスを発生する方法も採用されている。
このパルス圧縮の方法としては、可飽和吸収体を用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、前記可飽和吸収体を用いる方法では、所望のパルス幅の光パルスを得るには、光パルスを複数の可飽和吸収体を通過させる必要があり、光源装置の長さが非常に長くなってしまうという問題がある。
また、別のパルス圧縮の方法としては、群速度分散補償媒体を用いる方法がある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、前記群速度分散補償媒体を用いる方法のみでは、所望のパルス幅の光パルスを得ることができない。
特許第３３２８８８１号公報 特許第３０１４０３９号公報
本発明の目的は、光源装置を小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができるテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のテラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有することを特徴とする。
これによれば、光源装置が増幅部、第１のパルス圧縮部および第２のパルス圧縮部を有しているので、小型化を図りつつ、所望の波高で、かつ所望のパルス幅の光パルスを発生することができ、これにより、所望のテラヘルツ波を確実に発生することができる。
本発明のテラヘルツ波発生装置では、前記第１のパルス圧縮部または前記増幅部は、少なくとも１回、折り曲げてなる導波路を有することが好ましい。
これにより、さらに小型化を図ることができる。
本発明のテラヘルツ波発生装置では、前記光源装置は、前記導波路の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜を有することが好ましい。
これにより、導波路に沿って確実に光パルスを反射させることができる。
本発明のテラヘルツ波発生装置では、前記光源装置は、前記光パルス発生部と、前記第１のパルス圧縮部と、前記第２のパルス圧縮部と、前記増幅部とを有する複数の単位ユニットを備え、該複数の単位ユニットが並設されていることが好ましい。
これにより、各単位ユニットから出射した光パルスを、アンテナの共通の１対の電極の電極間に照射することにより、高出力のテラヘルツ波を発生することができる。
本発明のカメラは、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置とを備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有することを特徴とする。
これにより、前記本発明の効果を有するカメラを提供することができる。
本発明のイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部とを備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有することを特徴とする。
これにより、前記本発明の効果を有するイメージング装置を提供することができる。
本発明の計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部とを備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有することを特徴とする。
これにより、前記本発明の効果を有する計測装置を提供することができる。
本発明の光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有することを特徴とする。
本発明のテラヘルツ波発生装置の第１実施形態を摸式的に示す図である。 図１に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図である。 図２中のＡ−Ａ線での断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線での断面図である。 本発明のテラヘルツ波発生装置の第２実施形態における光源装置を示す断面斜視図である。 本発明のテラヘルツ波発生装置の第３実施形態における光源装置を摸式的に示す平面図である。 本発明のテラヘルツ波発生装置の第４実施形態における光源装置を摸式的に示す平面図である。 本発明のテラヘルツ波発生装置の第５実施形態における光源装置を摸式的に示す平面図である。 本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。 図９に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図である。 対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。 対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。 本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。 本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
以下、本発明のテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第１実施形態を摸式的に示す図、図２は、図１に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図、図３は、図２中のＡ−Ａ線での断面図、図４は、図２中のＢ−Ｂ線での断面図である。
図１に示すように、テラヘルツ波発生装置１は、光パルスを発生する光源装置３と、光源装置３で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナ２とを有している。
アンテナ２は、本実施形態では、ダイポール形状光伝導アンテナ（ＰＣＡ）であり、半導体基板である基板２１と、半導体基板２１上に設けられ、ギャップ２３を介して対向配置された１対の電極２２とを有している。この電極２２間に、光パルスが照射されると、アンテナ２は、テラヘルツ波を発生する。なお、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の電磁波を言う。
また、１対の電極２２の電極間距離は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
図２〜図４に示すように、光源装置３は、光パルスを発生する光パルス発生部４と、光パルス発生部４で発生した光パルスに対し、パルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部５と、第１のパルス圧縮部５でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、パルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部７と、光パルスを増幅する増幅部６とを有している。
増幅部６は、第１のパルス圧縮部５の前段、または第１のパルス圧縮部５と第２のパルス圧縮部７との間に設けられるが、図示の構成では、増幅部６は、第１のパルス圧縮部５と第２のパルス圧縮部７との間に設けられている。これにより、第１のパルス圧縮部５でパルス圧縮がなされた光パルスが、増幅部６で増幅され、増幅部６で増幅された光パルスが、第２のパルス圧縮部７でパルス圧縮がなされる。
また、光源装置３から出射する光パルスのパルス幅（半値幅）は、特に限定されないが、１０フェムト秒以上８００フェムト秒以下であることが好ましい。
また、光パルス発生部４は、例えば、ＤＢＲレーザー、ＤＦＢレーザー、モード同期レーザー等を用いることができる。この光パルス発生部４で発生する光パルスのパルス幅は、特に限定されないが、１ｐ秒以上１００ｐ秒以下であることが好ましい。
また、第１のパルス圧縮部５は、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第１のパルス圧縮部５は、可飽和吸収体を有しており、その可飽和吸収体により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
また、第２のパルス圧縮部７は、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第１のパルス圧縮部５は、群速度分散補償媒体、本実施形態では、結合導波路構造を有しており、その結合導波路構造により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
また、光源装置３の光パルス発生部４と、第１のパルス圧縮部５と、増幅部６と、第２のパルス圧縮部７とは、一体化、すなわち同一基板上に集積されている。
具体的には、光源装置３は、半導体基板である基板３１と、基板３１上に設けられたクラッド層３２と、クラッド層３２上に設けられた活性層３３と、活性層３３上に設けられた導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４上に設けられたクラッド層３５と、クラッド層３５上に設けられたコンタクト層３６と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３６上に設けられた絶縁層３７と、基板３１の表面に設けられたクラッド層３２側の電極３８と、コンタクト層３６および絶縁層３７の表面に設けられたクラッド層３５側の電極３９１、３９２、３９３、３９４および３９５とを有している。また、第２のパルス圧縮部７の導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、クラッド層３５との間には、回折格子３０が設けられている。なお、導波路構成プロセス用エッチングストップ層は、活性層の直上に限らず、例えば、クラッド層の中に設けられていてもよい。
なお、各部の構成材料は、特に限定されないが、一例として、基板３１、コンタクト層３６としては、それぞれ、例えば、ＧａＡｓ等が挙げられる。また、クラッド層３２、３５、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３６、回折格子３０としては、それぞれ、例えば、ＡｌＧａＡｓ等が挙げられる。また、活性層３３としては、例えば、多重量子井戸と呼ばれる量子効果を用いた構成等が挙げられる。具体的には、活性層３３としては、例えば、井戸層（ＧａＡｓ井戸層）とバリア層（ＡｌＧａＡｓバリア層）とを交互に複数ずつ設けてなる多重量子井戸等で構成された分布屈折率型多重量子井戸と呼ばれる称される構造のもの等が挙げられる。
また、図示の構成では、光源装置３における導波路は、クラッド層３２と、活性層３３と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、クラッド層３５とで構成されている。また、クラッド層３５は、導波路の上部にのみ、その導波路に対応した形状に設けられている。また、クラッド層３５は、不要な部分をエッチングにより除去することにより形成されている。なお、製造方法によっては、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４を省略してもよい。
また、クラッド層３５およびコンタクト層３６は、それぞれ、２つずつ設けられている。一方のクラッド層３５およびコンタクト層３６は、光パルス発生部４と、第１のパルス圧縮部５と、増幅部６と、第２のパルス圧縮部７の一部を構成し、連続的に設けられており、他方のクラッド層３５およびコンタクト層３６は、第２のパルス圧縮部７の一部を構成している。すなわち、第２のパルス圧縮部７には、１対のクラッド層３５と、１対のコンタクト層３６とが設けられている。
また、電極３９１は、光パルス発生部４のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９２は、第１のパルス圧縮部５のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９３は、増幅部６のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９４および３９５は、それぞれ、第２のパルス圧縮部７の２つのクラッド層３５に対応するように設けられている。なお、電極３８は、光パルス発生部４、第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７の共通の電極である。そして、電極３８と電極３９１とで光パルス発生部４の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９２とで第１のパルス圧縮部５の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９３とで増幅部６の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９４、電極３８と電極３９５とで第２のパルス圧縮部７の２対の電極が構成される。
なお、光源装置３の全体形状は、図示の構成では、直方体をなしているが、これに限定されないことは、言うまでもない。
また、光源装置３の寸法は、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下×０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下×０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。
次に、テラヘルツ波発生装置１の作用について説明する。
テラヘルツ波発生装置１では、まず、光源装置３の光パルス発生部４で光パルスを発生する。この光パルスのパルス幅は、目標のパルス幅に比べて大きい。光パルス発生部４で発生した光パルスは、導波路を通り、第１のパルス圧縮部５、増幅部６、第２のパルス圧縮部７をこの順序で順次通過する。
まず、第１のパルス圧縮部５で、光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅が減少する。次に、増幅部６で、光パルスが増幅される。最後に、第２のパルス圧縮部７で、光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅がさらに減少する。このようにして、目標のパルス幅の光パルスが発生し、第２のパルス圧縮部７から出射する。
光源装置３から出射した光パルスは、アンテナ２の電極２２間に照射され、そのアンテナ２で、テラヘルツ波が発生する。
以上説明したように、このテラヘルツ波発生装置１によれば、光源装置３が第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７を有しているので、光源装置３の小型化、ひいてはテラヘルツ波発生装置１の小型化を図りつつ、所望の波高で、かつ所望のパルス幅の光パルスを発生することができ、これにより、所望のテラヘルツ波を確実に発生することができる。
＜第２実施形態＞
図５は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第２実施形態における光源装置を示す断面斜視図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図５に示すように、第２実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、光源装置３は、光パルス発生部４と、第１のパルス圧縮部５と、増幅部６と、第２のパルス圧縮部７とを有する複数の単位ユニット８を備えており、これらの単位ユニット８が並設、すなわちアレイ化されている。各単位ユニット８は、それぞれ、前記第１実施形態における光源装置３に対応している。
単位ユニット８の数は、図示の構成では、４つであるが、これに限定されず、２つ、３つ、または５つ以上でもよい。
また、各単位ユニット８から出射した光パルスは、アンテナ２の共通の１対の電極２の電極間に照射されるよう構成されている。これにより、高出力のテラヘルツ波を発生することができる。
また、このテラヘルツ波発生装置１を複数用意し、各テラヘルツ波発生装置１で発生したテラヘルツ波を合成することにより、さらに高出力のテラヘルツ波を得ることができる。
なお、アンテナと光源装置とが１対１で対応しているテラヘルツ波発生装置を複数用意し、各テラヘルツ波発生装置で発生したテラヘルツ波を合成して高出力のテラヘルツ波を得るには、テラヘルツ波発生装置を多数用意し、その多数のテラヘルツ波発生装置で発生したテラヘルツ波を合成する必要があるので、テラヘルツ波の合成が非常に困難である。これに対し、本実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、光源装置３がアレイ化されており、１つのテラヘルツ波発生装置１から発生するテラヘルツ波の出力が高いので、高出力のテラヘルツ波を得るために使用するテラヘルツ波発生装置１の数は比較的少なくてよいので、テラヘルツ波の合成を容易かつ確実に行うことができる。
なお、この第２実施形態は、後述する第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態にも適用することができる。
＜第３実施形態＞
図６は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第３実施形態における光源装置を摸式的に示す平面図である。なお、図６では、導波路９１を破線で示し、また、第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７をそれぞれ破線で囲って示す。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図６に示すように、第３実施形態のテラヘルツ波発生装置１の光源装置３では、導波路９１が複数回、交互に折り曲げられている。すなわち、導波路９１は、ジグザグに形成されている。
また、第１のパルス圧縮部５は、図６中下側に位置し、また、増幅部６は、図６中上側に位置している。そして、第１のパルス圧縮部５および増幅部６において、それぞれ導波路９１が複数回折り曲げられている。また、光パルス発生部４と第１のパルス圧縮部５との境界部、増幅部６と第２のパルス圧縮部７との境界部において、それぞれ導波路９１が１回折り曲げられている。
また、光源装置３は、導波路９１の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜９２を有している。この反射膜９２は、光源装置の１対の側面に、それぞれ設けられている。この反射膜９２により、光パルスが導波路９１に沿って進むようにその光パルスを反射させることができる。
なお、光源装置３の光パルスの出射部９３には、反射膜９２は設けられていない。また、出射部９３には、反射防止膜（図示せず）を設けてもよい。
このテラヘルツ波発生装置１によれば、光源装置３の導波路９１が複数回折り曲げられているので、光路長、すなわち、導波路９１の直線距離を長くすることができ、これにより、光源装置３の長さを短くすることができ、さらに小型化を図ることができる。
＜第４実施形態＞
図７は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第４実施形態における光源装置を示す平面図である。なお、図７では、導波路を破線で示し、また、第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７をそれぞれ破線で囲って示す。
以下、第４実施形態について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図７に示すように、第４実施形態のテラヘルツ波発生装置１の光源装置３では、導波路９１が３回、交互に折り曲げられており、増幅部６においては、導波路９１は、１回だけ折り曲げられている。
なお、増幅部６を第１のパルス圧縮部５の前段に設ける場合は、第１のパルス圧縮部５において、導波路９１は、１回だけ折り曲げられる。
＜第５実施形態＞
図８は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第５実施形態における光源装置を摸式的に示す平面図である。なお、図８では、導波路を破線で示し、また、第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７をそれぞれ破線で囲って示す。
以下、第５実施形態について、前述した第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８に示すように、第５実施形態のテラヘルツ波発生装置１の光源装置では、反射膜９２は省略されている。
また、導波路９１の折り曲げ部分における図８に示す角度θは、臨界角以上に設定されている。これにより、導波路９１の折り曲げ部分に反射膜９２を設けることなく、光パルスを反射させることができ、構造を簡素化することができる。
また、光源装置３の光パルスの出射部９３に反射防止膜９４が設けられている。これにより、出射部９３から光パルスを出射させることができる。
なお、この第５実施形態は、前記第３実施形態にも適用することができる。
＜イメージング装置の実施形態＞
図９は、本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。図１０は、図９に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図である。
図９に示すように、イメージング装置１００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１５０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１と、テラヘルツ波検出装置１１の検出結果に基づいて、対象物１５０の画像、すなわち、画像データを生成する画像生成部１２とを備えている。
テラヘルツ波発生置１としては、本実施形態では、前記第１実施形態〜第５実施形態のうちのいずれかのものを用いる。
また、テラヘルツ波検出装置１１としては、例えば、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター１５と、フィルター１５を通過した前記目的の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部１７とを備えたものを用いる。また、検出部１７としては、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー（強度）を検出し得るものを用いる。このような検出部としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。なお、テラヘルツ波検出装置１１としては、前記の構成のものに限定されないことは、言うまでもない。
また、フィルター１５は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）１６を有している。すなわち、各画素１６は、行列状に配置されている。
また、各画素１６は、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）が互いに異なる複数の領域を有している。なお、図示の構成では、各画素１６は、第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を有している。
また、検出部１７は、フィルター１５の各画素１６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部１７１、第２の単位検出部１７２、第３の単位検出部１７３および第４の単位検出部１７４を有している。各第１の単位検出部１７１、各第２の単位検出部１７２、各第３の単位検出部１７３および各第４の単位検出部１７４は、それぞれ、各画素１６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素１６のそれぞれにおいて、４つの目的の波長のテラヘルツ波をそれぞれ確実に検出することができる。
次に、イメージング装置１００の使用例について説明する。
まず、分光イメージングの対象となる対象物１５０は、３つの物質Ａ、ＢおよびＣで構成されている。イメージング装置１００は、この対象物１５０の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置１は、対象物１５０を反射したテラヘルツ波を検出することとする。
図１１は、対象物１５０のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。
テラヘルツ波検出装置１のフィルター１５の各画素１６においては、第１の領域１６１および第２の領域１６２を使用する。
また、第１の領域１６１の通過波長をλ１、第２の領域１６２の通過波長をλ２とし、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、前記第１の領域１６１の通過波長λ１および第２の領域１６２の通過波長λ２が設定されている。
図１１に示すように、物質Ａにおいては、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と波長λ１の成分の強度α１の差分（α２−α１）は、正値となる。
また、物質Ｂにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、零となる。
また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、負値となる。
イメージング装置１００により、対象物１５０の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１５０に照射する。そして、対象物１５０で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で検出する。この検出結果は、画像生成部１２に送出される。なお、この対象物１５０へのテラヘルツ波の照射および対象物１５０で反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１５０の全体に対して行う。
画像生成部１２においては、前記検出結果に基づいて、フィルター１５の第２の領域１６２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、第１の領域１６１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度差α１の差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、前記差分が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
また、画像生成部１２では、図１２に示すように、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像生成部１２から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物１５０の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物１５０の物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１００では、以上のように、対象物１５０を構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。
なお、イメージング装置１００の用途は、前記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像生成部１２において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。
＜計測装置の実施形態＞
図１３は、本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１３に示すように、計測装置２００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１と、テラヘルツ波検出装置１１の検出結果に基づいて、対象物１６０を計測する計測部１３とを備えている。
次に、計測装置２００の使用例について説明する。
計測装置２００により、対象物１６０の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１６０に照射する。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で検出する。この検出結果は、計測部１３に送出される。なお、この対象物１６０へのテラヘルツ波の照射および対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１６０の全体に対して行う。
計測部１３においては、前記検出結果から、フィルター１５の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物１６０の成分およびその分布の分析等を行う。
＜カメラの実施形態＞
図１４は、本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
以下、カメラの実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１４に示すように、カメラ３００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１とを備えている。
次に、カメラ３００の使用例について説明する。
カメラ３００により、対象物１７０を撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１７０に照射する。そして、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で検出する。この検出結果は、記憶部１４に送出され、記憶される。なお、この対象物１７０へのテラヘルツ波の照射および対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１７０の全体に対して行う。また、前記検出結果は、例えば、パーソナルコンピュータ等の外部装置に送信することもできる。パーソナルコンピュータでは、前記検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
以上、本発明のテラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
なお、本発明では、光源装置３において、光パルス発生部が別体になっていてもよい。
１…テラヘルツ波発生装置 ２…アンテナ ２１…基板 ２２…電極 ２３…ギャップ ３…光源装置 ３０…回折格子 ３１…基板 ３２、３５…クラッド層 ３３…活性層 ３４…導波路構成プロセス用エッチングストップ層 ３６…コンタクト層 ３７…絶縁層 ３８、３９１〜３９５…電極、 ４…光パルス発生部 ５…第１のパルス圧縮部 ６…増幅 ７…第２のパルス圧縮部 ８…単位ユニット ９１…導波路 ９２…反射膜 ９３…出射部 ９４…反射防止膜 １１…テラヘルツ波検出装置 １２…画像生成部 １３…計測部 １４…記憶部 １５…フィルター １６…画素 １６１…第１の領域 １６２…第２の領域 １６３…第３の領域 １６４…第４の領域 １７…検出部 １７１…第１の単位検出部 １７２…第２の単位検出部 １７３…第３の単位検出部 １７４…第４の単位検出部 １００…イメージング装置 １５０、１６０、１７０…対象物 ２００…計測装置 ３００…カメラ

Claims (9)

  1. 光パルスを発生する光源装置と、
    前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
    前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
    前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有し、
    前記パルス発生部、前記第１のパルス圧縮部、前記増幅部および前記第２のパルス圧縮部は導波路を有し、
    前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は前記導波路に沿って複数設けられ、
    複数の前記第１パルス圧縮部には共通の第１電極が設けられ、複数の前記増幅部には共通の第２電極が設けられることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
  2. 前記導波路は、前記第１のパルス圧縮部または前記増幅部において、少なくとも１回、折り曲げられている請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
  3. 前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は、前記導波路に沿って交互に設けられている請求項１または２に記載のテラヘルツ波発生装置。
  4. 前記光源装置は、前記導波路の折り曲げ部分に、光パルスを反射させる反射膜を有する請求項２または３に記載のテラヘルツ波発生装置。
  5. 前記光源装置は、前記光パルス発生部と、前記第１のパルス圧縮部と、前記第２のパルス圧縮部と、前記増幅部とを有する複数の単位ユニットを備え、該複数の単位ユニットが並設されている請求項１ないし４のいずれかに記載のテラヘルツ波発生装置。
  6. テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
    前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置とを備え、
    前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
    前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
    前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
    前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有し、
    前記パルス発生部、前記第１のパルス圧縮部、前記増幅部および前記第２のパルス圧縮部は導波路を有し、
    前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は前記導波路に沿って複数設けられ、
    複数の前記第１パルス圧縮部には共通の第１電極が設けられ、複数の前記増幅部には共通の第２電極が設けられることを特徴とするカメラ。
  7. テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
    前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
    前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像生成部とを備え、
    前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
    前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
    前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
    前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有し、
    前記パルス発生部、前記第１のパルス圧縮部、前記増幅部および前記第２のパルス圧縮部は導波路を有し、
    前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は前記導波路に沿って複数設けられ、
    複数の前記第１パルス圧縮部には共通の第１電極が設けられ、複数の前記増幅部には共通の第２電極が設けられることを特徴とするイメージング装置。
  8. テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
    前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
    前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部とを備え、
    前記テラヘルツ波発生装置は、光パルスを発生する光源装置と、
    前記光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを備え、
    前記光源装置は、光パルスを発生する光パルス発生部と、
    前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有し、
    前記パルス発生部、前記第１のパルス圧縮部、前記増幅部および前記第２のパルス圧縮部は導波路を有し、
    前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は前記導波路に沿って複数設けられ、
    複数の前記第１パルス圧縮部には共通の第１電極が設けられ、複数の前記増幅部には共通の第２電極が設けられることを特徴とする計測装置。
  9. 光パルスを発生する光パルス発生部と、
    前記光パルス発生部で発生した光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部と、
    前記第１のパルス圧縮部の前段、または前記第１のパルス圧縮部と前記第２のパルス圧縮部との間に設けられ、光パルスを増幅する増幅部とを有し、
    前記パルス発生部、前記第１のパルス圧縮部、前記増幅部および前記第２のパルス圧縮部は導波路を有し、
    前記第１のパルス圧縮部および前記増幅部は前記導波路に沿って複数設けられ、
    複数の前記第１パルス圧縮部には共通の第１電極が設けられ、複数の前記増幅部には共通の第２電極が設けられることを特徴とする光源装置。
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