JP5943594B2 - テラヘルツ波素子、テラヘルツ波検出装置、テラヘルツ時間領域分光システム及びトモグラフィ装置 - Google Patents
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Description
本発明による第1の実施形態であるLN結晶より成るテラヘルツ波素子について図1を用いて説明する。(a)は斜視図、(b)は導波路部におけるA−A’断面図を表す。
本発明の第2の実施形態を図5を用いて説明する。本実施形態ではレーザ光を伝搬させる導波層42がサンドイッチ型のスラブ導波路になっているとともに、導波層を保持するLN基板がない構造になっている。導波路長はたとえば5mmとなっている。なお、図5は図1とは異なり、プリズム側が下側になるような図を示している。
後段の光検出手段は省略してあるが、テラヘルツ波の検出方法は実施形態1と同様である。
本発明による第3の実施形態は図6のように検出器も同一基板上に集積化するものである。基板50には実施形態1と同様なチェレンコフ型位相整合によるテラヘルツ波素子51が備えられ、その出力端には2つの集積光導波路53、54に入射光を2つの偏光成分に分岐して導波させるための導波型偏光ビームスプリッタ52が備えられている。さらに2つの光検出器55,56が導波路53、54の光出力を検出するために集積化されている。2つの光検出器の出力は、実施形態1と同様、バランス受信によりテラヘルツ波信号を検出するために用いる。
本発明による第4の実施形態は図7の平面図に示すようにY分岐67、合波器68をもつマッハツェンダ干渉計64を備え、その出力を導波路63に伝搬させて光検出器66で信号を取得するようにした集積型素子である。材料はこれまでと同様にLNを始めとした非線形光学結晶を用いることができる。Y分岐67は、被検光を伝播する被検導波路(被検光路)と参照光を伝播する参照導波路(参照光路)とに導波路61を分岐している。本発明のテラヘルツ波素子62の導波路は、被検導波路に含まれている。
本発明による第5の実施形態は、実施形態1で説明した電気光学的チェレンコフ放射を用いたテラヘルツ波発生を用い、本発明によるチェレンコフ型位相整合によるテラヘルツ波検出素子と集積化させたものである。
本発明による第6の実施例は、テラヘルツ波の集光性を高めるために結合部材の形状に曲面を取り入れたものである。図10(a),(b)は、結合部材として超半球レンズを2面カットした構造体92を設置したものである。図において、図1と同じ部分には同符号を付してある。この場合、テラヘルツ波はレンズの焦点位置に集光されるため、実施形態1とは異なる方向から入射させている。すなわち、レーザ光とテラヘルツ波が対抗する方向から入れている。レーザ光として数10fs以下の超短パルスを用いた場合には、導波路内では波長分散によりパルス幅が広がるため、むしろ入射端近傍で相互作用を行うようにした方が広帯域にできる場合がある。
2 接着剤層
3 導波路周囲領域
4 導波層
5 低屈折率バッファ層
7 光結合部材
Claims (15)
- チェレンコフ型位相整合によりテラヘルツ波を検出するためのテラヘルツ波検出素子であって、
電気光学結晶を含み、光を伝搬する導波路と、
前記導波路に前記テラヘルツ波を入力する結合部材と、を備え、
前記電気光学結晶の厚さは、前記テラヘルツ波の最大周波数に相当する波長の前記電気光学結晶における等価波長の半分以下であり、
前記導波路を伝搬する前記光の伝搬状態は、前記結合部材を介して前記導波路に前記テラヘルツ波が入射することで変化する
ことを特徴とするテラヘルツ波検出素子。 - 前記導波路は、前記電気光学結晶を含み前記光が伝搬するコア層と、クラッド層と、を有し、
前記クラッド層は、前記結合部材と前記コア層との間に配置されており、
前記クラッド層の厚さdは、前記光の前記コア層における光強度の1/e2(eは自然対数の底)になる厚みをa、前記テラヘルツ波の最大周波数に相当する波長の前記クラッド層における等価波長をλeqとしたとき、
a<d<λeq/10
を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波検出素子。 - 前記電気光学結晶に対する前記光の実効的な群屈折率をng、前記電気光学結晶に対する前記テラヘルツ波の実効的な屈折率をnTHzとしたときに、前記光と前記テラヘルツ波のなす角度θcは、
cosθc=ng/nTHz
を満たす
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検出素子。 - 前記結合部材は、前記テラヘルツ波を線状に集光する円錐面を有する
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検出素子。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のテラヘルツ波検出素子と、
前記テラヘルツ波検出素子の導波路を伝搬した光を検出する検出手段と、備える
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - 前記検出手段は、前記光の偏光状態を検出する
ことを特徴とする請求項5に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記電気光学結晶は、Yカットのニオブ酸リチウムを含み、
前記導波路の前記光の伝搬方向をX軸、前記伝搬方向と垂直な方向をZ軸とした場合に、前記導波路に入射する前記光は、電界のY軸成分とZ軸成分とを含む偏光であり、
前記検出手段は、前記導波路を伝搬した前記光を互いに偏光方向の異なる直線偏光に分離する偏光分離素子と、前記直線偏光の夫々を検出する光検出器と、を有する
ことを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記偏光分離素子および前記光検出器は、前記導波路と同一基板上に形成されており、前記偏光分離素子と前記光検出器とは、導波路で結合されている
ことを特徴とする請求項7に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記検出手段は、前記光の位相状態を検出する
ことを特徴とする請求項5に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 前記検出手段は、被検光路と参照光路とを持つマッハツェンダ干渉計を有し、
前記被検光路は、前記テラヘルツ波素子の導波路を含む
ことを特徴とする請求項9に記載のテラヘルツ波検出装置。 - パルス光を受け二つの分岐光に分岐する分岐部と、前記分岐部から前記二つの分岐光のそれぞれを受けて伝搬する二つの伝搬部と、を有する導波路と、
前記二つの伝搬部の一方の伝搬部にテラヘルツ波を入力する結合部材と、
前記二つの伝搬部を伝搬した前記二つの分岐光の位相差を検出する検出部と、を備え、
前記テラヘルツ波が入力される前記一方の伝搬部は、電気光学結晶を含む
ことを特徴とするテラヘルツ波検出装置。 - チェレンコフ型位相整合により前記テラヘルツ波を検出する
ことを特徴とする請求項11に記載のテラヘルツ波検出装置。 - 第1の電気光学結晶を含み第1の光を伝搬する第1の導波路と、
第2の電気光学結晶を含み第2の光を伝搬する第2の導波路と、
前記第1の導波路を前記第1の光が伝播することで前記第1の電気光学結晶から発生するテラヘルツ波を空間に取り出す第1の結合部材と、
前記空間から前記第2の導波路にテラヘルツ波を入力する第2の結合部材と、を備え、
前記第1の導波路と前記第2の導波路とは、同一基板上に配置されており、
前記電気光学結晶の厚さは、前記テラヘルツ波の最大周波数に相当する波長の前記電気光学結晶における等価波長の半分以下であり、
前記第2の電気光学結晶を伝搬する前記第2の光の伝搬状態は、前記第2の結合部材を介して前記第2の導波路に前記テラヘルツ波が入射することで変化する
ことを特徴とするテラヘルツ波検出素子。 - サンプルからのテラヘルツ波を測定するテラヘルツ時間領域分光システムであって、
テラヘルツ波を発生する発生器と、
前記サンプルからのテラヘルツ波を検出する請求項5乃至12のいずれか一項に記載のテラヘルツ波検出装置と、を備える
ことを特徴とするテラヘルツ時間領域分光システム。 - 請求項14に記載のテラヘルツ時間領域分光システムを備える
ことを特徴とするトモグラフィ装置。
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