JP5818084B2 - テラヘルツ波発生検出装置、およびフェムト秒レーザ発生装置 - Google Patents
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Description
このように、特許文献3では、繰り返し周波数を下げることはできるが、それと同時に、通過する光パルスのパルス幅を広げてしまい、光強度も下げてしまう。従って、特許文献3に開示された発明では、広帯域テラヘルツ波を発生させることが困難である。
図1は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置の概略構成図である。
図1において、テラヘルツ波発生検出装置100は、テラヘルツ波発生部に入射すべき条件が整ったフェムト秒レーザの光パルス(以下、簡単のため“テラヘルツ波発生用光パルス”と呼ぶこともある)、およびテラヘルツ波検出部に入射すべきフェムト秒レーザの光パルス(以下、簡単のため“テラヘルツ波検出用光パルス”と呼ぶこともある)を出射するフェムト秒レーザ発生装置101を備える。また、テラヘルツ波発生検出装置100は、フェムト秒レーザ発生装置101から出射されたテラヘルツ波発生用光パルスによりテラヘルツ波の光パルス(以下、簡単のため“テラヘルツ波パルス”と呼ぶこともある)を発生するテラヘルツ波発生部102と、反射または透過により被測定物105から出射されたテラヘルツ波パルスを検出するテラヘルツ波検出部103と、テラヘルツ波パルスを伝播するための伝播モジュール104とを備える。該伝播モジュール104は、複数の軸外し放物面鏡を有し、テラヘルツ波発生部102から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光して被測定物105に入射させ、かつ被測定物105から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光してテラヘルツ波検出部103に入射させるように構成されている。
なお、本実施形態では、ファイバ増幅器115に増幅機能を持たせるための励起光を、ファイバ増幅器115の種光パルスの入射側からファイバ増幅器115に入射させているが、上記励起光をファイバ増幅器115の種光パルスの出射側からファイバ増幅器115に入射させても良い。この場合は、励起レーザ114aに接続された光ファイバカプラ113aを、ファイバ増幅器115とファイバ圧縮器116との間に設け、励起レーザ114aから出射された励起光を光ファイバカプラ113aを介してファイバ増幅器115の種光パルスの出射側から該ファイバ増幅器115に入射するようにすれば良い。
この偏波調整を容易にするために、ファイバ増幅器115を多段構成にし、それぞれ偏波コントローラを設置しても良い。また、各ファイバ増幅器の後(ファイバ増幅器の出力側)には戻り光を防ぐためにアイソレータを挿入しても良い。それぞれの偏波コントローラは、各ファイバ増幅器の後に設置したTAPモニタ出力パワーを観測し、その強度が最大になるように最適化する。多段で増幅・偏波調整を繰り返すことにより、1段のファイバ増幅器で強度増幅する場合と比べて、ファイバ中で生じる非線形偏波回転による偏光の乱れを抑圧することができる。
なお、本実施形態では、ファイバ増幅器117に増幅機能を持たせるための励起光を、ファイバ増幅器117の種光パルスの入射側からファイバ増幅器117に入射させているが、上記励起光をファイバ増幅器117の種光パルスの出射側からファイバ増幅器117に入射させても良い。この場合は、励起レーザ114bに接続された光ファイバカプラ113bを、ファイバ増幅器117とファイバ圧縮器118との間に設け、励起レーザ114bから出射された励起光を光ファイバカプラ113bを介してファイバ増幅器117の種光パルスの出射側から該ファイバ増幅器117に入射するようにすれば良い。
なお、非線形結晶以外にも光伝導アンテナを用いてテラヘルツ波を発生させることができる。その際には、PPLNを用いて波長変換することが望ましい。
なお、本実施形態では、光伝導アンテナを用いてテラヘルツ波を検出したが、変わりに非線形結晶を用いてEO検出してもよい。非線形結晶を用いたEO検出においては第2高調波を発生しなくてもテラヘルツ波を検出することができる。
まずは、ファイバレーザ発振器108は、テラヘルツ波発生部102への入射光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスとして設定されたパワー(光強度)(500mW)よりも低く、かつ該テラヘルツ波発生用光パルスとして設定されたパルス幅(50fs)よりも広いパルス幅を有する種光パルス(平均パワー40mW、パルス幅500fs、繰り返し周波数100MHz)を発振する。該種光パルスは、ビームスプリッタ109にて2つに分岐され、分岐された一方がテラヘルツ波発生用の種光パルス(平均パワー20mW、パルス幅500fs、繰り返し周波数100MHz)として強度変調器110に入射し、他方がテラヘルツ波検出用の種光パルス(平均パワー20mW、パルス幅500fs、繰り返し周波数100MHz)として遅延ラインスキャナ111に入射する。
本発明では、種光の段階でテラヘルツ波発生用の光パルスに所定の変調をかけ、該変調が施された光パルスを、最終的に出力すべき光パルスのパルス幅(テラヘルツ波発生部に入射するものとして設定されたパルス幅)を有するように成形し、かつ最終的に出力すべき光パルスのパワー(光強度)(テラヘルツ波発生部に入射するものとして設定されたパワー(光強度))を有するように増幅することが重要である。このために、テラヘルツ波発生用の光パルスの伝播経路において、所定の変調をかけるために強度変調器を設け、さらに、該強度変調器の、光パルスの進行方向に対して後段に、変調済みの光パルスのパワーを出力値となるパワーに増幅するための増幅器および該変調済みの光パルスのパルス幅を出力値となるパルス幅まで細くするためのパルス圧縮器を設けることに特徴がある。従って、このような構成を採るものであれば、第1の実施形態のように、レーザ発振器からテラヘルツ波発生部およびテラヘルツ波検出部までの各構成要素を光ファイバにて接続する形態に限らず、空間伝播系を用いても良いし、空間伝播系と光ファイバ接続とを混合させた形態を用いても良い。
図2において、テラヘルツ波発生検出装置200は、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスを出射するフェムト秒レーザ発生装置201と、フェムト秒レーザ発生装置201から出射されたテラヘルツ波発生用光パルスによりテラヘルツ波パルスを発生するテラヘルツ波発生部202と、反射または透過により被測定物205から出射されたテラヘルツ波パルスを検出するテラヘルツ波検出部203と、テラヘルツ波パルスを伝播するための伝播モジュール204とを備える。該伝播モジュール204は、上述した伝播モジュール204と同様の構成を有する。
201、201 フェムト秒レーザ発生装置
102、202 テラヘルツ波発生部
103、203 テラヘルツ波検出部
109、207 ビームスプリッタ
110、208 強度変調器
115、117 ファイバ増幅器
116、118 ファイバ圧縮器
111、211 遅延ラインスキャナ
209、212 増幅器
210、213 パルス圧縮器
Claims (7)
- 光パルスを発振するレーザ発振器と、
前記光パルスを発生用光パルスおよび検出用光パルスに分岐する分岐手段と、
前記発生用光パルスに所定の変調をかける変調手段と、
前記変調手段により変調をかけられた後の前記発生用光パルスのパワーを増幅する第1の増幅手段と、
前記第1の増幅手段により増幅された後の前記発生用光パルスのパルス幅を細くする第1の圧縮手段と、
前記第1の圧縮手段から出射された前記発生用光パルスによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記検出用光パルスのパワーを増幅する第2の増幅手段と、
前記第2の増幅手段により増幅された後の前記検出用光パルスのパルス幅を細くする第2の圧縮手段と、
前記第2の圧縮手段から出射された前記検出用光パルスと、前記テラヘルツ波発生手段から発生したテラヘルツ波が入射された被測定物から出射されたテラヘルツ波とが入射されるように構成され、前記出射されたテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波検出手段と、
前記分岐手段と、前記第1の増幅手段または前記第2の増幅手段との間において、前記発生用光パルスおよび前記検出用光パルスのいずれか一方を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波発生検出装置。 - 前記レーザ発振器は、第1のパワーおよび第1のパルス幅を有する光パルスを発振するレーザ発振器であり、
前記第1の増幅手段は、前記変調手段により変調をかけられた後の前記発生用光パルスのパワーを前記第1のパワーよりも高い第2のパワーまで増幅するように構成され、
前記第1の圧縮手段は、前記第1の増幅手段にて増幅された後の前記発生用光パルスのパルス幅を前記第1のパルス幅よりも細い第2のパルス幅まで細くするように構成され、
前記テラヘルツ波発生手段には、前記第1の圧縮手段から出射された、前記第2のパワーおよび前記第2のパルス幅を有する前記発生用光パルスが入射する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。 - 前記変調手段は、前記発生用光パルスの強度を変調する変調器であることを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
- 前記レーザ発振器と前記分岐手段とが、前記分岐手段と前記変調手段とが、前記変調手段と前記第1の増幅手段とが、前記第1の増幅手段と前記第1の圧縮手段とが、前記第1の圧縮手段と前記テラヘルツ波発生手段とが、前記分岐手段と前記遅延手段とが、前記遅延手段と前記第1の増幅手段または前記第2の増幅手段とが、前記第2の増幅手段と前記第2の圧縮手段とが、前記第2の圧縮手段と前記テラヘルツ波検出手段とが、それぞれ、光ファイバを介して接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
- 前記分岐手段は、インライン型のビームスプリッタであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
- 前記変調手段は、音響光学変調器および電気光変調器のいずれか一方であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
- 第1および第2のパワーおよび第1および第2のパルス幅を有するフェムト秒レーザ光パルスを出射するフェムト秒レーザ発生装置であって、
光パルスを発振するレーザ発振器と、
前記光パルスを発生用光パルスおよび検出用光パルスに分岐する分岐手段と、
前記発生用光パルスに所定の変調をかける変調手段と、
前記変調手段により変調をかけられた後の前記発生用光パルスのパワーを前記第1のパワーまで増幅する第1の増幅手段と、
前記第1の増幅手段により増幅された後の前記発生用光パルスのパルス幅を前記第1のパルス幅まで細くして、前記第1のパワーおよび前記第1のパルス幅を有するフェムト秒レーザ光パルスとして出射する第1の圧縮手段と、
前記検出用光パルスのパワーを前記第2のパワーまで増幅する第2の増幅手段と、
前記第2の増幅手段により増幅された後の前記検出用光パルスのパルス幅を前記第2のパルス幅まで細くして、前記第2のパワーおよび前記第2のパルス幅を有するフェムト秒レーザ光パルスとして出射する第2の圧縮手段と、
前記分岐手段と、前記第1の増幅手段または前記第2の増幅手段との間において、前記発生用光パルスおよび前記検出用光パルスのいずれか一方を所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と
を備えることを特徴とするフェムト秒レーザ発生装置。
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