JP6479803B2 - テラヘルツ画像の高コントラスト準リアルタイム取得のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ及びＰａｔｒｉｃｋ Ｆ．Ｔｅｋａｖｅｃの名義において、それぞれ、２０１３年１２月４日及び２０１４年６月４日付けで出願された米国仮出願第６１／９１２，００４号及び第６２／００７，９０４号に伴う優先権を主張するものであり、これらの米国仮出願は、引用により、あたかも本明細書においてそのすべてが記述されているかのように、本明細書に包含される。

本発明は、全米科学財団によって付与された契約番号ＮＳＦ−ＳＢＩＲ−７３２４１９１号の下における政府の支援によって実施されたものである。米国政府は、本発明における特定の権利を有する。

本発明の分野は、テラヘルツ周波数放射を使用した撮像に関する。具体的には、テラヘルツ画像の高コントラスト準リアルタイム取得のためのシステム及び方法が開示される。

テラヘルツ周波数放射に伴う生成、検出、及び撮像のための多数のシステム及び方法が既に開示されている。これらのうちのいくつかは、以下の文献において開示されており、これらの文献の内容は、引用により、あたかもそのすべてが本明細書において記述されているかのように、本明細書に包含される。
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して１９９７年４月２２日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，６２３，１４５号明細書
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して１９９８年１月２０日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，７１０，４３０号明細書
−Ｎｕｓｓ（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して１９９８年８月４日付けで発行された「Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第５，７８９，７５０号明細書
−Ｂｒｅｎｅｒ他（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して１９９７年８月１８日付けで発行された「Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８９４，１２５号明細書
−Ｊａｃｏｂｓｅｎ他（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して１９９９年８月１７日付けで発行された「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ」という名称の米国特許第５，９３９，７２１号明細書
−Ｚｈａｎｇ他（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）に対して１９９９年９月１４日付けで発行された「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第５，９５２，７２１号明細書
−Ｍｉｔｔｌｅｍａｎ他（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）に対して２０００年６月２０日付けで発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ」という名称の米国特許第６，０７８，０４７号明細書
−Ｚｈａｎｇ他（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）に対して２００２年７月２日付けで発行された「ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ／ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｃｈｉｒｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ」という名称の米国特許第６，４１４，４７３号明細書
−Ｆｅｒｇｕｓｏｎ他（Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の名義において２００３年５月２２日付けで公開された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｎ ａｎ ｏｂｊｅｃｔ」という名称の国際特許出願公開第２００３／０４２６７０号パンフレット
−Ｈａｙｅｓ他に対して２００７年９月１８日付けで発行された「Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｐｕｌｓｅｄ ＴＨｚ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｇｒｏｕｐ−ｍａｔｃｈｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ＴＨｚ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ」という名称の米国特許第７，２７２，１５８号明細書
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ他（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｏｒｅｇｏｎ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）に対して２００８年３月４日付けで発行された「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」という名称の米国特許第７，３３９，７１８号明細書
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ他に対して２００８年３月２５日付けで発行された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｈｅｒｅｆｏｒ」という名称の米国特許第７，３４９，６０９号明細書
−Ｍｏｅｌｌｅｒ（Ａｌｃａｔｅｌ−Ｌｕｃｅｎｔ ＵＳＡ Ｉｎｃ．）に対して２０１１年４月１９日付けで発行された「Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｐｕｌｓｅ Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という名称の米国特許第７，９２９，５８０号明細書
−Ｋｏｚｌｏｖ他（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．）に対して２０１１年１０月１１日付けで発行された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｕｎａｂｌｅ ｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許第８，０３５，０８３号明細書
−Ｋｈａｎ他（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の名義において２０１２年１月１２日付けで公開された「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０００８１４０号（現在では、２０１３年８月２０日付けで発行された米国特許第８，５１４，３９３号）明細書
−Ｋｏｚｌｏｖ他（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ ｐｕｍｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｆｏｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７４号明細書
−Ｋｏｚｌｏｖ他（Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ ｐｕｍｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｆｏｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７５号明細書
−Ｋｏｚｌｏｖ ｅｔ ａｌ （Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）に対して２０１３年１２月３日付けで発行された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ ｐｕｍｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｆｏｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第８，５９９，４７６号明細書
−Ｗｕ ｅｔ ａｌ；“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ＴＨｚ ｂｅａｍｓ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６９Ｎｏ．８ｐ．１０２６（１９９６）
−Ｊｉａｎｇ ｅｔ ａｌ；“Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ ｖｉａ ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ”；ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．１２ ｐ．２６４４（１９９９）
−Ｊｉａｎｇ ｅｔ ａｌ；“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１７ ｐ．２９８２（２０００）
−Ｎａｈａｔａ ｅｔ ａｌ；“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８１ Ｎｏ．６ ｐ．９６３（２００２）
−Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ ｅｔ ａｌ；Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃｓ ２ｅｄ（２００３）；Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ
−Ｙｏｎｅｒａ ｅｔ ａｌ；“Ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ＴＨｚ ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＥＯ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ＣＭＯＳ ｃａｍｅｒａ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＣＭＢ３（２００４）
−Ｄｉｎｇ ｅｔ ａｌ；“Ｐｈａｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ ＴＨｚ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ａ ＧａＰ Ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＣＴｕＬ３（２００６）
−Ｄｉｎｇ ｅｔ ａｌ；“Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＨｚ ｔｏ ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ＺｎＧｅＰ２ ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１４ Ｎｏ．１８ｐ．８３１１（２００６）
−Ｈｕｒｌｂｕｔ ｅｔ ａｌ；“Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅｍａｔｃｈｅｄ ＴＨｚ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ＧａＡｓ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＣＴｕＧＧ（２００６）
−Ｃａｏ ｅｔ ａｌ；“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８８ ｐ．０１１１０１（２００６）
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ；“Ｏｐｔｉｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｐａｃｋｅｔｓ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ：ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｏｐｔｉｍａｌ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ ｆｏｒｍａｔ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１４ Ｎｏ．６ ｐ．２２６３（２００６）
−Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ；“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｅ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｐｕｌｓｅｓ ｖｉａ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ＧａＡｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８９ ｐ．１８１１０４（２００６）
−Ｋｈａｎ ｅｔ ａｌ；“Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．２２ ｐ．３２４８（２００７）
−Ｓｃｈａａｒ ｅｔ ａｌ；“Ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ−ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ ｐｕｍｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ ＧａＡｓ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１０ ｐ．１２８４（２００７）
−Ｋｈａｎ ｅｔ ａｌ；“Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｕｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．２３ ｐ．２７２５ （２００８）
−Ｖｏｄｏｐｙａｎｏｖ ｅｔ ａｌ；“Ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ＴＨｚ−ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｖｉａ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｍｉｘｉｎｇ ｉｎｓｉｄｅ ａ ｒｉｎｇ−ｃａｖｉｔｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＣＴｕＧ１（２００９）
−Ｐｅｄｅｒｓｅｎ ｅｔ ａｌ；“Ｅｎｈａｎｃｅｄ ２Ｄ−ｉｍａｇｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｌａｓｅｒｓ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．２３ ｐ．２０８８５（２００９）
−Ｈｕｒｌｂｕｔ ｅｔ ａｌ；“ＴＨｚ−ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｓｉｄｅ ａ ｈｉｇｈ−ｆｉｎｅｓｓｅ ｒｉｎｇ−ｃａｖｉｔｙ ＯＰＯ ｐｕｍｐｅｄ ｂｙ ａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ”；Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＣＷＦ３（２０１０）
−Ｔｅｋａｖｅｃ ｅｔ ａｌ；“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ ｔｕｎａｂｌｅ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｏｕｒｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ”； Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．ＩＲＭＭＷ ＴＨｚ−ｉｎ ３６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ，Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ａｎｄ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｗａｖｅｓ（２０１１）
−Ｔｅｋａｖｅｃ ｅｔ ａｌ；“Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｅｄ ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｔｙｐｅ ＩＩ ｒｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”；Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ８２６１，Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖ， ８２６１０Ｖ；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．９０９５２９（２０１２）
−Ｃｌｅｒｉｃｉ ｅｔ ａｌ；“ＣＣＤ−ｂａｓｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ３Ｄ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｆｉｅｌｄｓ ｖｉａ Ｋｅｒｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”；Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１１ ｐ．１８９９（Ｊｕｎｅ １，２０１３）
−Ｆａｎ ｅｔ ａｌ；“Ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｗａｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ａｔ ６０ ｆｐｓ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ＤＡＳＴ ｃｒｙｓｔａｌ”；Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ８９６４，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＩＩＩ，８９６４０Ｂ（Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０，２０１４）；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．２０３８６８５
−Ｆａｎ ｅｔ ａｌ；“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｗａｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｂｙ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ａ ４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ’−ｍｅｔｈｙｌ−４’−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ ｔｏｓｙｌａｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ”；Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１０４，１０１１０６（２０１４）；ｄｏｉ：１０．１０６３／１．４８６８１３４
−Ｔｅｋａｖｅｃ ｅｔ ａｌ；“Ｖｉｄｅｏ Ｒａｔｅ ３Ｄ ＴＨｚ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ’：ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ ｐａｐｅｒ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ（Ｊｕｎｅ ８−１３，２０１４，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）

テラヘルツ画像ビームが、非線形光学プロセス(例えば、近ＩＲアップコンバージョンビームによる和又は差周波数生成）によってアップコンバージョンされる。アップコンバージョンされた画像は、近ＩＲ画像検出器によって取得される。テラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームは、ピコ秒パルスのトレーンを有する。テラヘルツ画像ビーム及びアップコンバージョンビームの帯域幅及び中心波長は、波長フィルタリングを利用することにより、アップコンバージョンビームを遮断するか又は実質的に減衰させつつ、アップコンバージョンされた画像ビームが検出器に到達できるようにすることが可能なものになっている。

テラヘルツ画像のアップコンバージョン及びアップコンバージョンされた画像の検出に関係した目的及び利点については、添付図面において図示されていると共に以下の書面による説明において開示されている例示用の実施形態を参照することにより、明らかとなろう。

この概要は、「発明を実施するための形態」の節において更に後述される概念の組を簡単な形態において紹介するべく提供されるものである。この概要の説明は、開示されている主題の主要な特徴又は不可欠な特徴を識別することを意図したものではなく、以下において特許請求されている主題の範囲の判定を支援するべく使用されることを意図したものでもない。

図１は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置の第１の例を概略的に示す。 図２は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置の第２の例を概略的に示す。 図３Ａは、任意の偏光又は波長に基づいたフィルタリング以前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例の１つである。 図３Ｂは、任意の偏光又は波長に基づいたフィルタリング以前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例の１つである。 図３Ｃは、任意の偏光又は波長に基づいたフィルタリング以前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例の１つである。 図３Ｄは、任意の偏光又は波長に基づいたフィルタリング以前のアップコンバージョン光ビーム及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像ビームのスペクトルの例の１つである。 図３Ｅは、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像ビーム及び残留アップコンバージョン光ビームの偏光及び波長によってフィルタリングされたスペクトルの一例である。 図４は、テラヘルツ画像を取得するためのいくつかの技法の推定信号強度を比較した表である。 図５は、テラヘルツ撮像ビーム及びアップコンバージョンビームの供給源の一例を概略的に示す。 図６Ａは、３つの試験物体の可視画像の１つである。 図６Ｂは、３つの試験物体の可視画像の１つである。 図６Ｃは、３つの試験物体の可視画像の１つである。 図７Ａは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図７Ｂは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図７Ｃは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図８Ａは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図８Ｂは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図８Ｃは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図９Ａは、３つのその他の試験物体の可視画像の１つである。 図９Ｂは、３つのその他の試験物体の可視画像の１つである。 図９Ｃは、３つのその他の試験物体の可視画像の１つである。 図１０Ａは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１０Ｂは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１０Ｃは、これらの物体の未加工の透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１１Ａは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１１Ｂは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１１Ｃは、これらの物体の正規化済みの透過におけるアップコンバージョンされたテラヘルツ画像の１つである。 図１２は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置の第３の例を概略的に示す。 図１３Ａは、試験物体の可視状態のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像である。 図１３Ｂは、試験物体の反射されたアップコンバージョンされたテラヘルツ画像である。 図１４Ａは、深さに依存した反射型テラヘルツ撮像用の試験物体の概略分解図である。 図１４Ｂは、一連の異なる深さにおける図１４Ａの試験物体の反射及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を含む。 図１５は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置の第４の例を概略的に示す。 図１６は、図１５の装置を使用して生成されうるシミュレーション信号を概略的に示す。

本開示において示されている実施形態は、概略的に示されているに過ぎず、且つ、すべての特徴が、十分詳細に又は適切な比率において、示されているわけではない場合があることに留意されたい。わかりやすくするべく、その他のものとの関係において、特定の特徴又は構造が誇張されている場合がある。図示の実施形態は、例に過ぎず、且つ、以下の書面による説明又は添付の請求項の範囲を限定するものと解釈するべきではないことに更に留意されたい。

マイクロ波と長波赤外スペクトル領域の間の相対的に十分に開発されていないスペクトル「ギャップ」である電磁スペクトルのテラヘルツ（ＴＨｚ）波領域（即ち、約０．１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚ）は、いくつかの理由から、興味深い。多くの生物学的且つ化学的な化合物は、このスペクトル領域において固有の吸収特徴を有しており、その結果、テラヘルツ放射は、防衛、セキュリティ、生物医学、及び産業の環境における撮像において、魅力的なものとなっている。テラヘルツ放射は、光、紫外、又は赤外放射に対して不透明である多くの物質（例えば、セラミック、織物、乾燥した有機材料、プラスチック、紙、又は様々な包装材料）をほとんど又はまったく減衰を伴うことなしにほとんど減衰を伴うことなしに通過することができる。テラヘルツ放射による撮像によれば、ミリメートル未満の空間分解能が可能であり、これにより、更に長い波長において（例えば、ミリメートル波を使用して）取得される画像との比較において、相対的に高品質の画像が潜在的に得られる。

テラヘルツ周波数における画像の直接的な取得又は検出は、適切な検出器（例えば、ボロメータ、ゴーレイセル、又はマイクロボロメータアレイ）の通常は低い感度又は低い空間分解能により、単一チャネル検出器が使用される場合の二次元画像を取得するためのラスタスキャニングに対するニーズにより、或いは、ボロメータ検出器又はアレイの低温冷却に対するニーズにより、妨げられる。電磁スペクトルの可視及び近赤外（近ＩＲ）部分（即ち、約４００ｎｍ〜約３０００ｎｍの波長）における画像の検出のために、室温において動作可能な高空間分解能を有する高感度な二次元検出器アレイ（例えば、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、又はＩｎＧａＡｓアレイ）が容易に入手可能であり、このような検出器を使用することにより、テラヘルツ周波数画像の直接的な検出について上述した問題を回避することができるが、これらの検出器は、テラヘルツ放射に対する感度が低い。可視又は近ＩＲ検出器又はアレイを使用したテラヘルツ画像の取得を可能にするべく、様々な非線形光学効果を活用することができる。

可視又は近ＩＲ検出を使用してテラヘルツ画像を取得するべく、所謂コヒーレント検出を利用することが可能であり、例は、（先程引用した）Ｗｕ他、Ｙｏｎｅｒａ他、Ｊｉａｎｇ他、及びＺｈａｎｇ他の参考文献において開示されている。コヒーレント検出法においては、通常、短い光ポンピングパルス（例えば、可視又は近ＩＲ波長における１００フェムト秒（ｆｓ）未満）を利用して広帯域のＴＨｚパルスを生成している。ＴＨｚパルスのコヒーレント検出は、これを電気光学結晶内において短い光プローブパルス（例えば、可視又は近ＩＲ波長における１００ｆｓ未満であり、通常は、ポンピングパルスの振幅がスケーリングされた複製である）と混合することにより、実現することができる。光プローブパルスの偏光は、ポッケルス効果に起因し、ＴＨｚパルス電界によって回転され、回転の量は、ＴＨｚ電界の振幅に比例しており、且つ、アナライザ偏光器を通じた検出により、計測することができる。コヒーレント検出は、物体又はＴＨｚ画像のラスタースキャニングとの組合せにおいて単一検出器要素を使用して実装することが可能であり、或いは、可視又は近ＩＲ検出器アレイ（ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳアレイ）を利用することも可能であり、これにより、ラスタスキャニングに対するニーズが除去される。但し、取得される画像の画像コントラストは、通常、低い信号対ノイズ比により、制限される。更には、短い光パルスによって生成されるＴＨｚ放射の広い光周波数帯域幅（通常、約２〜３ＴＨｚ）は、しばしば、その帯域内の特定周波数の大きな雰囲気吸収を結果的にもたらし、これにより、ＴＨｚ周波数スペクトルのＴＨｚパワーの損失と歪を結果的にもたらす。

本明細書においては、コヒーレント検出の代替肢が開示されており、この場合に、（ｉ）光又は近赤外波長（即ち、約４００ｎｍ〜約３０００ｎｍ）へのＴＨｚ画像の非線形光学アップコンバージョンと、（ｉｉ）検出器又はアレイを使用したアップコンバージョンされた画像の検出と、により、ＴＨｚ画像を取得するべく、可視又は近ＩＲ検出器又はアレイを使用することができる。図１及び図２には、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像を生成及び取得するシステムの例が概略的に示されている。それぞれの例において、物体１０は、λ_ＴＨｚ＝ｃ／ｖ_ＴＨｚ（ｃは、光の速度）の波長を有するテラヘルツ放射のビーム（即ち、テラヘルツ撮像ビーム２１）によって照射されている。物体１０からの反射又は散乱により、或いは、物体１０を通じた又はその周りにおける透過により、テラヘルツ画像を生成することができる。反射又は透過されたテラヘルツ画像ビーム２０は、第１合焦要素３１（図１及び図２においては、単一レンズとして示されており、軸外しパラボラ形反射器又はテラヘルツ放射に適したその他の１つ又は複数の透過又は反射型合焦要素を使用することができる）によって収集され、且つ、アップコンバージョン非線形光学媒質３６に中継されている。可視又は近ＩＲ波長λ_ＵＣを有するアップコンバージョンビーム２２が、ビームコンバイナ３４により、テラヘルツ画像ビーム２０と（通常は、実質的に共線的に）組み合わせられており、ビームコンバイナは、任意の適切なタイプ又は構造であってよく（例えば、薄膜）、且つ、（図１及び図２に示されているように）テラヘルツ画像ビーム２０を透過しつつ、アップコンバージョンビーム２２を反射することも可能であり、或いは、テラヘルツ画像ビーム２０を反射しつつ、アップコンバージョンビーム２２を透過させることもできる（図示されてはいない）。

テラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２は、アップコンバージョン非線形光学媒質３６を通じて一緒に伝播し、その際に、テラヘルツ画像ビーム２０とアップコンバージョンビーム２２の間の非線形光学相互作用（和又は差周波数生成、それぞれ、ＳＦＧ又はＤＦＧ）により、１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４が生成される。アップコンバージョンビーム２２からの残留放射は、（画像フィルタリング要素を集合的に構成している）１つ又は複数の波長依存フィルタ３８又は１つ又は複数の偏光器３９により、減衰又は遮断される。（１／λ_ＤＦＧ＝１／λ_ＵＣ−１／λ_ＴＨｚ、或いは、１／λ_ＳＦＧ＝１／λ_ＵＣ＋１／λ_ＴＨｚを有する）１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４は、第２合焦要素３２（図１及び図２においては、単一レンズとして示されているが、１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビームの１つ又は複数の波長に適した任意の１つ又は複数の透過型又は反射型合焦要素を利用することができる）によって収集され、且つ、アップコンバージョンされた画像の検出のために、可視又は近ＩＲ検出器アレイ４０に中継される。テラヘルツ画像ビーム２０からのなんらかの残留放射が検出器アレイ４０に到達するかどうかは、ほとんど無関係であり、その理由は、テラヘルツ放射は、通常、可視又は近ＩＲ検出器アレイ４０に対して識別可能な影響を及ぼさないからである。但し、検出器アレイ４０は、アップコンバージョンビーム２２からの残留放射の影響を受けやすく、検出器アレイ４０に到達するなんらかのこのような残留アップコンバージョン放射は、１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４の検出における望ましくないバックグラウンド信号を表している（更に後述する）。

これらの例においては、検出器アレイの複数の対応した検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取ることにより、全体画像の取得を可能にする検出器アレイ４０が図示及び記述されている。但し、本開示又は添付の請求項は、単一の検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、アップコンバージョンされた画像ビームに跨ってスキャニングされる単一検出器要素の使用をも含むことができる。

第１合焦要素３１の有効焦点距離（例えば、単一レンズ又は単一湾曲ミラーの焦点距離、或いは、マルチコンポーネント合焦要素の有効焦点距離）は、ｆ_１であり、第２合焦要素３２の有効焦点距離は、ｆ_２である。図１の構成においては、物体１０と第１合焦要素３１の間の距離は、ｄ_ｏ１であり、第１合焦要素３１と非線形光学媒質３６の間の距離は、ｄ_ｉ１であり、且つ、物体１０、第１合焦要素３１、及び非線形光学媒質３６は、１／ｄ_ｏ１＋１／ｄ_ｉ１＝１／ｆ_１となるように、即ち、物体１０及び非線形光学媒質３６が、合焦要素３１によって定義された共役平面において位置決めされ、これにより、物体１０のテラヘルツ画像が、−ｄ_ｉ１／ｄ_ｏ１の倍率により、非線形光学媒質３６において形成されるように、位置決めされている。このテラヘルツ画像は、非線形光学媒質３６内において、アップコンバージョンビーム２２に伴うＳＦＧ又はＤＦＧにより、アップコンバージョンされる。非線形媒質３６と第２合焦要素３２の間の距離は、ｄ_ｏ２であり、第２合焦要素３２と検出器アレイ４０の間の距離は、ｄ_ｉ２であり、且つ、非線形光学媒質３６、第２合焦要素３２、及び検出器アレイ４０は、１／ｄ_ｏ２＋１／ｄ_ｉ２＝１／ｆ_２となるように、即ち、非線形光学媒質３６及び検出器アレイ４０が、合焦要素３２によって定義された共役平面において位置決めされ、これにより、非線形光学媒質３６内において生成されたアップコンバージョンされた画像が、−ｄ_ｉ２／ｄ_ｏ２の倍率により、検出器アレイ４０において再結像されるように、位置決めされている。物体１０との関係における検出器アレイ４０上において形成される画像の全体的な倍率は、（ｄ_ｉ１・ｄ_ｉ２）／（ｄ_ｏ１・ｄ_ｏ２）である。

図２の構成においては、物体１０と第１合焦要素３１の間の距離は、ｆ_１であり、第１合焦要素３１と非線形光学媒質３６の間の距離も、ｆ_１である。この結果、テラヘルツ画像の空間フーリエ変換が、非線形光学媒質３６において形成され、テラヘルツ画像の１つ又は複数のアップコンバージョンされた空間フーリエ変換を生成するべく、ＳＦＧ又はＤＦＧにより、非線形光学媒質３６内においてアップコンバージョンビーム２２によってアップコンバージョンされるのは、この空間フーリエ変換である。非線形光学媒質３６と第２合焦要素３２の間の距離は、ｆ_２であり、第２合焦要素３２と検出器アレイ４０の間の距離も、ｆ_２である。この結果、非線形光学媒質３６内において生成されたアップコンバージョンされた空間フーリエ変換から、アップコンバージョンされた画像が、検出器アレイ４０において形成される。物体１０との関係における検出器アレイ４０上において形成される画像の全体的な倍率は、−（λ_ＵＣ・ｆ_２）／（λ_ＴＨｚ・ｆ_１）である。図２の構成は、いくつかの例においては、画像アップコンバージョンシステムの相対的に小型の構成をもたらすことが可能であり、その理由は、多くの場合に、ｄ_ｉ１＋ｄ_ｉ２＋ｄ_ｏ１＋ｄ_ｏ２は、２・（ｆ_２＋ｆ_１）を上回っているからである。

任意の実際のシステムにおいては、物体１０、合焦要素３１及び３２、非線形光学媒質３６、或いは、検出器アレイ４０の場所は、上述の２つの構成について付与されている正確な位置から逸脱する場合があろう。本開示又は添付の請求項を目的として、所与の撮像構成は、所与の用途について十分に良好な品質のアップコンバージョンされた画像が検出器アレイ４０において形成される場合に、これらの構成のうちの１つに準拠しているものと見なされることになる。

上述の２つの構成のいずれにおいても、アップコンバージョン合焦要素３３が、テラヘルツ画像ビーム２０との間において相互作用するように、アップコンバージョンビーム２２を非線形光学媒質３６内に伝達している。アップコンバージョンビーム２２は、好ましくは、依然として実質的にテラヘルツ画像ビーム２０の全体とオーバーラップすると共にテラヘルツ画像又はフーリエ変換の空間的広がりに跨って実質的にフラットな波面及び十分に小さな空間的強度変動を有する状態において、（増大したアップコンバージョン係数を結果的にもたらすアップコンバージョンビームの増大した強度のために）非線形光学媒質３６において実行可能な限り小さなものとされる。これらを目的として、通常、合焦要素３３（例えば、単一レンズ、単一湾曲ミラー、望遠鏡、又は１つ又は複数の透過型又は反射型合焦コンポーネントの適切な組合せ）は、非線形光学媒質３６においてアップコンバージョンビーム２２の相対的に穏やかな合焦されたビームウエストを形成するように、構成されている。例えば、合焦要素３３は、幅が７ｍｍのビームウエスト（半値全幅、即ち、ＦＭＨＭ）を非線形光学媒質３６において生成するように構成することが可能であり、その他の適切な幅を利用することもできる。小さ過ぎるアップコンバージョンビームサイズの効果は、撮像システムの構成によって左右される。図１の構成においては、小さなアップコンバージョンビーム２２は、テラヘルツ画像の周辺部分がアップコンバージョンされない場合に、アップコンバージョンされた画像の周辺部分の損失を結果的にもたらす可能性がある。図２の構成においては、小さなアップコンバージョンビーム２２は、テラヘルツ画像の相対的に大きな波ベクトル成分（即ち、空間フーリエ変換の周辺部分）がアップコンバージョンされない場合に、アップコンバージョンされた画像の鋭さの損失を結果的にもたらす可能性がある。いずれの構成においても、アップコンバージョンビーム２２のフラットな波面又は均一な強度からの逸脱は、通常、許容することが可能であり、許容しうるこのような逸脱の大きさは、変化可能であり、且つ、通常は、アップコンバージョンされた画像について必要とされる又は望ましい画像品質によって左右される。又、上述のテラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２の空間的なオーバーラップに加えて、これらのビームの個々のパルストレーンの大きな時間的オーバーラップも、テラヘルツ画像のアップコンバージョンの望ましい効率を実現するべく、必要とされる。適切な遅延ラインをテラヘルツ画像ビーム２０又はアップコンバージョンビーム２２のうちの一方又は両方のビームのビーム経路に挿入することが可能であり（例えば、図１２の遅延ライン４２）、この遅延ラインは、アップコンバージョン効率の最適化を可能にするように、調節可能であってもよい。

図３Ａ〜図３Ｄには、アップコンバージョンビーム２２及び２つのアップコンバージョンされた画像ビーム２４の波長スペクトルの例が示されている。それぞれの例において、アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、Ｔｈｚ画像ビーム２０（ｖ_Ｔｈｚ≒１．５５Ｔｈｚにおいてセンタリングされている）とアップコンバージョンビーム２２（図３Ａにおいては、λ_ＵＣ≒８００ｎｍにおいてセンタリングされており、図３Ｂ〜図３Ｄにおいては、λ_ＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされている）の間における和及び差周波数生成（それぞれ、ＳＦＧ及びＤＦＧ）により、非線形光学媒質３６内において形成されている。ＳＦＧ及びＤＦＧ非線形光学プロセスの特性に応じて、いくつかの例においては、これらのプロセスのうちの１つのみが、対応したアップコンバージョンされた画像ビーム２４を生成することになる。

図３Ａの例においては、アップコンバージョンビーム２２は、λ_ＵＣ≒８００ｎｍにおいてセンタリングされた約１５ｎｍという対応した空間的帯域幅を有する持続時間が約１００ｎｓのパルスのトレーンを有する。アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、類似のスペクトル帯域幅と共に、λ_ＳＦＧ≒７９６ｎｍ及びλ_ＤＦＧ≒８０４ｎｍという対応した中心波長を有する。この例においては、アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、非線形光学媒質３６内においてＳＦＧ及びＤＦＧのために利用されている非線形光学プロセス（例えば、タイプＩ及びタイプＩＩ非線形光学プロセス）の特性に起因して、アップコンバージョンビーム２２との関係において直交するように偏光されている。相対的に短いパルス持続時間（約１００ｆｓ）は、ＳＦＧ及びＳＦＧプロセスの効率を改善するが、付随する相対的に大きな帯域幅（約１５ｎｍ）が、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョンされた画像ビーム２４の間における大きなスペクトルオーバーラップを生成する。このオーバーラップに起因し、通常、波長依存フィルタ３８を残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素の一部として利用することができない。アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョンされた画像ビーム２４の直交偏光は、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素としての偏光器３９の使用を可能にする。但し、偏光器は、最良でも、遮断された偏光状態において、約１０^−６（１０^−４〜１０^−５が更に現実的である）の減衰を有することになり、且つ、残留アップコンバージョンビーム２２は、通常、非線形光学媒質３６及び様々なその他の光学コンポーネントを通じた通過に起因して、純粋な線形偏光状態にはない。偏光器３９を通じて漏洩する残留アップコンバージョンビーム２２の部分は、しばしば、アップコンバージョンされた画像ビーム２４よりも格段に強度が大きい可能性がある。更には、上述のように、ＴＨｚ画像ビーム２０の広い光学周波数帯域幅は、特定の周波数成分の大きな雰囲気吸収を経験する。これらのすべての理由から、このような短い持続時間（数百フェムト秒以下、相応して大きなスペクトル帯域幅を伴っている）のパルスは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンのために、特に良好に適しているわけではない。

様々なその他のこれまでの例（例えば、先程引用したＫｈａｎ他、Ｎａｈａｔａ他、Ｃａｏ他、及びＤｉｎｇ他の参考文献において開示されているもの、λ_ＵＣ≒１０６４ｎｍ、λ_ＳＦＧ≒１０５８ｎｍ、及びλ_ＤＦＧ≒１０７０ｎｍを有する図３Ｂに示されている代表的なスペクトル）においては、テラヘルツビーム及びアップコンバージョンビームは、相応して狭いスペクトル帯域幅（例えば、０．１ｎｍ未満）を有する持続時間が数ナノ秒（ｎｓ）のパルスを有しており、これにより、アップコンバージョンされた信号の検出の前の残留アップコンバージョン放射を減衰させるための画像フィルタリング要素内における波長依存フィルタの利用が可能になっている。但し、相対的に長いパルスは、テラヘルツ画像の検出可能なアップコンバージョンを実現するべく、アップコンバージョンビームのパルスエネルギーが非線形光学媒質３６の損傷閾値に近接することを必要としている。このようなパルスエネルギーは、通常、低反復レートパルス化レーザー（例えば、１０Ｈｚのレベルのパルス反復レート）においてのみ、入手可能であるが、パルスの間の変動が、アップコンバージョンされた画像の小さな信号レベルの検出を不明瞭にする傾向を有する。大部分の検出器アレイは、平均パワーに対する感度を有しており、平均パワーは、このような小さな反復レートにおいては、非常に小さい。又、この反復レートは、準リアルタイム撮像用の望ましいフレームレートにも匹敵しており、且つ、従って、この用途に良好に適してはおらず、ビデオレート撮像は、フレーム当たりに単一のショットを必要とすることになろう。更には、アップコンバージョンビームは、通常、アップコンバージョンされた画像の検出を可能にするべく、望ましいＤＦＧ波長を有する放射を含んでいなければならず、その結果、この検出は、（例えば、Ｃａｏ他の参考文献におけるように）本質的に非ゼロのバックグラウンドプロセスとなる。これらの理由のすべてにより、このような長い持続時間のパルス（数ナノ秒以上、相応して狭いスペクトル帯域幅を有する）及びこのような大きなパルスエネルギーは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンに特に良好に適しているわけではない。

本開示による発明の一例（図３Ｃ）においては、テラヘルツ画像ビーム２０及びアップコンバージョンビーム２２は、持続時間が約６〜１０ピコ秒（ｐｓ、ＦＷＨＭ）のパルスのトレーンを有し、アップコンバージョンビームは、帯域幅が約０．３ｎｍであり（ＦＷＨＭ）、且つ、テラヘルツ画像ビームも、同様に、その周波数スペクトルが狭く（例えば、約１．５５ＴＨｚにおいてセンタリングされた１００ＧＨｚ未満（ＦＷＨＭ）であり、従って、雰囲気吸収帯域の実質的な回避を可能にする）、これらのパルストレーンの生成については、更に後述する。λ_ＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされたアップコンバージョンビーム２２により、アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、λ_ＳＦＧ≒１０５８ｎｍ及びλ_ＤＦＧ≒１０７０ｎｍという対応した中心波長と、同様に狭いスペクトル帯域幅と、を有する。先程の例と同様に、アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、非線形光学媒質３６内におけるＳＦＧ及びＤＦＧのために利用されている非線形光学プロセス（例えば、タイプＩ又はタイプＩＩ非線形光学プロセス）の特性に起因して、アップコンバージョンビーム２２との関係において直交するように偏光されている。アップコンバージョンビーム２２及びアップコンバージョンされたビーム２４の直交偏光は、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための画像フィルタリング要素内における偏光器３９の使用を可能にする。図３Ａの例との関係における相対的に長いパルスは、ＳＦＧ及びＤＦＧプロセスのピーク強度の低減及び効率の低減を結果的にもたらすが、これらのプロセスは、依然として、図３Ｂの例におけるものよりも効率的である。但し、相応して相対的に小さなスペクトル帯域幅は、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョンされた画像ビーム２４のスペクトルオーバーラップを実質的に除去し、これにより、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰させるための、偏光器３９の代わりの又はこれに加わる、画像フィルタリング要素内における１つ又は複数の波長依存フィルタ３８の使用が可能となる。１つ又は複数の波長依存フィルタ３８と偏光器３９の組合せは、控えめに見ても、１０^−１０の、且つ、恐らくは、１０^−１２程度の、レベルの残留アップコンバージョンビーム２２の減衰をもたらすことが可能であり、これにより、上述の及び引用された参考文献におけるこれまでに利用されている方法との関係において、格段に大きな信号対バックグラウンドをもたらす（図３Ｅのスペクトル及び図４の表を参照されたい）。或いは、この代わりに、アップコンバージョンされた画像ビーム２４との間におけるアップコンバージョンビーム２２のスペクトルオーバーラップの欠如は、画像フィルタリング要素からの偏光器３９の除去と、例えば、すべての偏光が互いに平行であるタイプ０非線形光学プロセスなどの非線形光学媒質３６内における、代替の、潜在的に相対的に効率的な、非線形光学プロセスの使用と、を可能にすることができる。又、このパルス持続時間によれば、数ミリメートルのレベルにおける空間分解能を有するサンプル内の異なる深さに由来した画像を取得するべく、テラヘルツ画像の取得をテラヘルツ断層撮影技法と組み合わせることも可能である。

本開示による発明の別の例（図３Ｄ）は、利用されているパルスの持続時間が約１〜２ｐｓであり（ＦＷＨＭ）、且つ、帯域幅が約１ｎｍである（ＦＷＨＭ）ことを除いて、図３Ｃのものに類似している。これらのパラメータは、残留アップコンバージョンビームの有効波長に基づいたフィルタリングを依然として可能にしつつ、テラヘルツ画像のアップコンバージョンの効率を増大させることができる（相対的に短いパルス持続時間に起因した相対的に大きな強度）。又、相対的に短いパルス持続時間は、テラヘルツ画像の取得が、サンプル内の異なる深さに由来した画像を取得するべく、テラヘルツ断層撮影技法と組み合わせられた際に、改善された空間分解能（例えば、ミリメートルのレベル）をも可能にする。

発明の別の例においては、テラヘルツ画像ビームは、先行する例のうちの１つに類似したスペクトル幅を伴って、約０．８５ＴＨｚにおいてセンタリングさせることができる（これにより、雰囲気吸収帯域の実質的な回避が可能になる）。アップコンバージョンビームが、同様のスペクトル幅を伴って、約λ_ＵＣ≒１０６４ｎｍにおいてセンタリングされた場合には、アップコンバージョンされた画像ビームは、λ_ＳＦＧ≒１０６１ｎｍ及びλ_ＤＦＧ≒１０６７ｎｍという対応した中心波長と、類似のスペクトル幅と、を有することになる。アップコンバージョンビームとアップコンバージョンされた画像ビームの間の相対的に小さなスペクトル分離は、アップコンバージョンビームの十分な減衰のための改善されたスペクトルフィルタリングを必要としうる。

１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４を生成するべく、任意の適切な非線形光学媒質３６を利用することができる。１つの適切な媒質は、２つ以上の光学的に接触したヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はガリウムリン化物（ＧａＰ）プレートの積層体を有する。プレートの厚さは、アップコンバージョンビーム２２による１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４へのテラヘルツ画像ビーム２０の準位相整合されたアップコンバージョンを結果的にもたらすように、選択される。一例においては、タイプＩ又はＩＩ非線形光学プロセス（即ち、１つ又は複数のアップコンバージョンされたビーム２４のものに実質的に直交したアップコンバージョンビーム２２の偏光）を使用することにより、約１．５５ＴＨｚを有するテラヘルツ画像ビーム２０及び約１０６４ｎｍを有するアップコンバージョンビーム２２から、１０５８ｎｍ及び１０７０ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像ビーム２４を生成するべく、それぞれが約３００μｍの厚さである６〜１２枚のＧａＡＳプレートの積層体を利用することができる。プレートの数が多いほど、結果的に得られるアップコンバージョン効率を高くすることができるが、プレートの数の増大に伴って、十分に高い光学品質を維持することが困難になる。テラヘルツ周波数とアップコンバージョン波長のその他の組合せにおいては、その他のプレートの厚さを利用することができる。１つ又は複数の任意のその他の適切な非線形光学材料を利用することが可能であり、任意のその他の位相整合又は準位相整合方式を利用することが可能であり、且つ、例えば、タイプ０、Ｉ、ＩＩなどのような任意の適切な非線形光学プロセスを利用することができる。

媒質３６内における非線形光学プロセスが、１つのアップコンバージョンされた画像ビーム２４のみを生成する場合には、或いは、複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４のうちの１つのみが、検出器アレイ４０において検出されることが望ましい場合には、１つのアップコンバージョンされた画像ビームの（スペクトルの観点における）少なくとも一部分が検出器４０に到達することを可能にしつつ、アップコンバージョンビーム２２を減衰又は遮断するショートパス又はロングパスカットオフフィルタ３８を利用することができる。例えば、図３Ｃ及び図３Ｄに示されている例示用のスペクトルの場合には、１０６４ｎｍを有する残留アップコンバージョンビーム２２及び（存在する場合に）１０５８ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像ビーム２４を減衰又は遮断する一方において、１０７０ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像ビーム２４の少なくとも一部分を検出器アレイ４０に透過することになる１０６４ｎｍ〜１０７０ｎｍのカットオフ波長を有するロングパスフィルタ３８を利用することが可能であり、図３Ｅには、このような構成によって透過されたスペクトルの例が示されている。同様に、１０６４ｎｍを有する残留アップコンバージョンビーム２２及び（存在する場合に）１０７０ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像ビーム２４を減衰又は遮断しつつ、１０５８ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像ビームが検出器アレイ４０に到達することを可能にするべく、１０５８ｎｍ〜１０６４ｎｍのカットオフ波長を有するショートパスフィルタ３８を使用することもできよう。

別の例として、両方のアップコンバージョンされたビーム２４の（スペクトルの観点における）少なくとも一部分が検出器４０に到達することを可能にしつつ、残留アップコンバージョンビーム２２を減衰又は遮断するべく、公称的に１０６４ｎｍにおいてセンタリングされた所謂ノッチフィルタ３８（例えば、ブラッグフィルタ）を利用することもできよう。実際には、図３Ｃ又は図３Ｄに示されている波長の特定の組合せに適したノッチフィルタは、アップコンバージョンビーム２２とアップコンバージョンされた画像ビーム２４の間における十分な弁別を提供しない場合があり、即ち、現時点においては、残留アップコンバージョンビーム２２の十分な減衰とそれぞれの波長を有するアップコンバージョンされた画像ビーム２４の十分な透過の両方を有するこのようなノッチフィルタを設計及び製造することが困難である。又、アップコンバージョンビーム２２の供給源の特性に応じて、そのスペクトルは、いくつかの例においては、過剰な帯域幅又は望ましくない側波帯を有する可能性があり、この問題は、いくつかの例においては、アップコンバージョンビーム２２のスペクトルを「クリーンアップ」するためのλ_ＵＣにおいてセンタリングされた帯域通過フィルタを使用することにより、軽減することができる。いずれの場合にも、現時点において入手可能なノッチフィルタを波長のその他の更に広く分離された組合せのために適切に利用することが可能であり、或いは、改善された設計及び性能を有する将来のノッチフィルタを図３Ｃ又は図３Ｄの波長の組合せと共に利用することができよう。

１つのアップコンバージョンされた画像ビーム２４のみの検出器アレイ４０における取得を要する場合にも、ＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の生成が有利でありうることに留意されたい。それぞれのＳＦＧ光子は、テラヘルツ画像ビーム２０から失われる対応したテラヘルツ光子を犠牲にして生成されており、従って、ＳＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の強度は、テラヘルツ画像ビーム２０において入手可能な光子の数によって制限される。これとは対照的に、アップコンバージョンされた画像ビーム２４内において生成されるそれぞれのＤＦＧ光子は、テラヘルツ画像ビーム２０内において生成される新しい光子を更に結果的にもたらす。従って、ＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の強度は、アップコンバージョンビーム２２内において入手可能な（格段に大きい）光子の数によって制限されている。この結果、１つのアップコンバージョンされた画像のみの取得を要する場合には、そのアップコンバージョンされた画像をＤＦＧを利用して生成することが望ましくありうる。但し、ＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の生成は、ＳＦＧ用のテラヘルツ画像ビーム２０内における更なる光子を提供する。ＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４が、フィルタ３８により、減衰又は遮断され、且つ、ＳＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４のみが、検出器アレイ４０に到達する場合にも、ＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の生成は、ＳＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の検出強度を増大させる可能性がある。

以前の段落において記述されている同時ＳＦＧ及びＤＦＧは、特定の条件下においてのみ発生することに留意されたい。本明細書において記述されている例においては、準位相整合されたＳＦＧ及びＤＦＧプロセスの受容帯域幅は、両方のプロセスが、図３Ｃ及び図３Ｄの例において示されているλ_ＵＣ≒１０６４ｎｍ、λ_ＳＦＧ≒１０５８ｎｍ、及びλ_ＤＦＧ≒１０７０ｎｍの組合せにおいて、ほぼ最適な効率を伴って発生しうるように、十分に大きくなっている。相対的に広く分離されたＳＦＧ及びＤＦＧ波長の場合には（即ち、相対的に高いテラヘルツ周波数の場合には）、或いは、相対的に小さな受容帯域幅を有する非線形光学媒質の場合には、ＳＦＧ及びＤＦＧアップコンバージョンされた画像ビーム２４の両方を生成することが不可能である場合がある。

（ｉ）テラヘルツ撮像ビーム２１を生成するべく使用されるピコ秒持続時間パルス化テラヘルツ放射を生成するべく、且つ、（ｉｉ）ピコ秒持続時間のパルス化アップコンバージョンビーム２２を生成するべく、１つ又は複数の任意の適切な供給源を利用することができる。別個の供給源が利用される場合には、それらの供給源は、１つ又は複数のアップコンバージョンされた画像ビーム２４を生成するための非線形光学媒質３６内におけるそれらのピコ秒持続時間パルスの時間的なオーバーラップを可能にするように、十分良好に同期化されなければならない。好適な方式は、テラヘルツ及びアップコンバージョン放射の両方用の共通供給源の使用を含み、この例においては、テラヘルツ及びアップコンバージョンパルスは、本質的に同期化されている。例については、後述する。

図５は、テラヘルツ及びアップコンバージョンビーム２０及び２２の共通供給源の一例を概略的に示しており、この供給源は、連続波（ｃｗ）モード固定ファイバレーザー（ポンピングレーザー２００）によってポンピングされると共にテラヘルツ放射を生成するための空洞内非線形光学媒質１５０を含む同期ポンピング型の光学パラメトリック発振器１００（ＯＰＯ１００）を有する。このようなシステムの例は、市販されており（例えば、Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．から提供されているＭｏｄｅｌ Ｎｏ． ＴＰＯ−１５００−ＨＰ）、或いは、先程引用した参考文献のうちのいくつかにおいて開示されている（例えば、米国特許第７，３４９，６０９号明細書、第８，５９９，４７４号明細書、第８，５９９，４７５号明細書、及び第８，５９９，４７６号明細書であり、これらのそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書に包含される）。ＴＰＯ−１５００−ＨＰについては、後述するが、本明細書において開示されているシステム及び方法は、このテラヘルツ供給源の使用に限定されるものではない。

ｃｗモード固定ファイバレーザー２００（即ち、ポンピングレーザー２００）は、１０６４ｎｍの波長において約１０Ｗの平均パワーを生成し、その出力は、約１１０ＭＨｚの反復レートを有する持続時間が約６ｐｓのパルスのトレーンを有する。ポンピング出力パワーの一部分（例えば、約１００ｍＷであり、これは、例えば、図１２におけるように、必要に応じて、波長板２０２及び偏光ビームスプリッタ２０４を利用することにより、調節可能である）を分割することが可能であると共にアップコンバージョンビーム２２として使用することができる。ポンピング出力パワーの大部分は、ＯＰＯ１００を同期ポンピングするべく使用され、ＯＰＯ１００は、２１００ｎｍを中心とした範囲内において高度な反射性を有する空洞ミラーＭ１〜Ｍ６を有するリング空洞として構成されており、ＯＰＯ共振器は、必要又は所望に応じて、更なる光学要素（例えば、１．５５ＴＨｚの自由スペクトル範囲を有する空洞内エタロン１２０）を含むことができる。任意の適切な方式によって構成された任意の適切な非線形光学材料が、ＯＰＯ１００用のパラメトリック利得媒質１１０として機能することができる。ＴＰＯ−１５００−ＨＰにおいては、パラメトリック利得媒質１１０は、それぞれ、約２１１６ｎｍ及び約２１４０ｎｍを有する信号及びアイドラ放射への１０６４ｎｍを有するポインピング放射のタイプ０の準位相整合された（ＱＰＭ）パラメトリックダウンコンバージョンのために構成された周期分極型ニオブ酸リチウムである。

空洞内非線形光学媒質１５０は、信号とアイドラ放射の間におけるタイプＩＩＱＰＭ差周波数生成のために構成された２枚以上の光学的に接触したヒ化ガリウムプレートの積層体を有し、これにより、約１００ＧＨｚの帯域幅を有する約１．５５ＴＨｚを有するテラヘルツ放射が得られる。通常、６〜１２枚以上の光学的に接触したＧａＡｓプレートが利用され、プレートの数が多いほど、得られるテラヘルツ生成効率が高くなるが、十分な光学品質を維持しつつ、積層体を製造することが困難になる。それぞれのＧａＡｓプレートは、厚さが約５５０μｍであり、且つ、望ましいテラヘルツ周波数及び信号及びアイドラ波長（それぞれ、この例においては、１．５５ＴＨｚ、２１１６ｎｍ、及び２１４０ｎｍである）において準位相整合を実現するべく、積層体内の隣接するプレートとの関係において伝播軸を中心として１８０°だけ回転したその結晶軸を有する。積層体は、垂直入射において方向付けされており、且つ、ＯＰＯ共振器空洞内における挿入損失を低減するべく、その第１及び第２表面上において反射防止被覆されている。テラヘルツ放射は、共振する信号及びアイドラビーム１０８の通過を許容するための孔を有する軸外しパラボラ形ミラー１３０により、ＯＰＯ空洞から外に結合されている。テラヘルツ出力は、１１０ＭＨｚの反復レート及び約３００μＷの平均パワー及び約４００ｍＷのピークパワーを有する持続時間が約６〜１０ｐｓのパルスのトレーンを有する。テラヘルツ出力ビームは、テラヘルツ撮像ビーム２１として利用され、且つ、物体１０を通じた又はその周囲における透過の後に、或いは、物体１０からの反射又は散乱の後に、テラヘルツ画像ビーム２０となる。後続する例においては、アップコンバージョンされた画像信号が、飽和の徴候を伴うことなしに、テラヘルツ撮像ビームのパワー及びアップコンバージョンビームのパワーに伴って実質的に線形で変化することが観察された。これは、テラヘルツ及びアップコンバージョンビームのパワーを更に増大させることにより、アップコンバージョンされた画像信号の更なる増大を実現することができることを示唆している。平均的なテラヘルツ及びアップコンバージョンビームパワー及び高パルス反復レートは、例えば、約５〜３０ＦＰＳ以上のフレームレートを有するビデオレートテラヘルツ撮像などの準リアルタイムのテラヘルツ撮像を可能にする。

上述のテラヘルツ供給源は、１０６４ｎｍにおいて過剰放射を最も十分に提供することが可能であり、この事実と、この波長領域における高感度な検出器アレイの容易な入手可能性と、に起因し、１０６４ｎｍは、多くの例におけるアップコンバージョンビーム２２の波長λ_ＵＣの自然な選択肢となっている。但し、その他の例においては、ＯＰＯ１００によって生成される２１００ｎｍ近傍の信号又はアイドラ放射（又は、これらの両方）をアップコンバージョンビーム２２として利用することができる。これらのビームは、ＯＰＯ１００の共振器ミラーのうちの１つに対して、信号及びアイドラ波長におけるわずかな透過性を付与することにより、容易に提供することができる。ヒ化ガリウムは、１０６４ｎｍにおいて無視できない２光子吸収を有しており、これは、いくつかの例においては、非線形光学媒質３６上に入射するアップコンバージョンビーム２２のピーク強度を制限する可能性があり、２１００ｎｍ放射の場合には、大幅な２光子吸収は存在しない。非線形光学媒質３６は、非線形光学媒質１５０のものと実質的に同一のＧａＡｓプレートを使用することにより、製造することができよう。既に上述したように、信号又はアイドラは、ＳＦＧ、ＤＦＧ、又はこれらの両方を使用することにより、アップコンバージョンビーム２２として単独で利用することができる。約２１１６ｎｍにおける信号波長が利用される場合に、ＳＦＧは、約２０９４ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像を結果的にもたらし、且つ、ＤＦＧは、約２１４０ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像を結果的にもたらし、約２１４０ｎｍを有するアイドラ波長が利用された場合には、ＳＦＧは、約２１１６ｎｍを有する画像を結果的にもたらし、且つ、ＤＦＧは、約２１６４ｎｍを有するアップコンバージョンされた画像をもたらす。１０６４ｎｍのアップコンバージョンビーム２２を使用したＳＦＧ及びＤＦＧ画像アップコンバージョンについて上述した同一の課題の多く（例えば、波長又は偏光に基づいたフィルタリング）が当て嵌まる。アップコンバージョンビーム２２用に信号及びアイドラ波長の両方を同時に使用することは、両方の波長の存在がテラヘルツ画像ビーム２４を増幅するように機能する、即ち、約２１４０ｎｍを有するアイドラ波長のアップコンバージョンビーム２２における存在が、アップコンバージョンビーム２２から失われる約２１１６ｎｍを有するそれぞれの信号光子がテラヘルツ画像ビーム２０内の新しいテラヘルツ光子を結果的にもたらすＤＦＧプロセスを大幅に改善する、という更なる利点を提供することができる。アップコンバージョンされた画像ビーム２４は、約２０９４ｎｍと約２１６４ｎｍの両方において生成される。上述のように、波長又は偏光に基づいたフィルタリングの課題が、同様に、このシナリオにも当て嵌まることになろう。

図６Ａ〜図６Ｃは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンを使用して（透過状態において、物体１０として）撮像された、それぞれ、シート金属片内の交差形状のアパーチャ、ナット、及びカミソリの刃を示している。図７Ａ〜図７Ｃは、これらに対応した、左側における未加工の透過及びアップコンバージョンされた画像と、右側における（物体１０を有していない）アップコンバージョンされたテラヘルツ撮像ビーム２１と、であり、且つ、図８Ａ〜図８Ｃは、これらに対応した正規化済みのアップコンバージョンされた画像である（未加工のアップコンバージョンされた画像ビームをアップコンバージョンされたテラヘルツ撮像ビームによって除算することにより、正規化されている）。これらの画像の集合体用の動作パラメータは、以下のとおりである（これらは、例に過ぎず、必要又は所望に応じて、動作パラメータのその他の適切な組合せを利用することができる）。
−アップコンバージョンビーム：１０６４ｎｍにおける約６００ｍＷの平均パワー、約０．１５ｎｍのスペクトル幅、約１０ｐｓのパルス持続時間、約８０ＭＨｚの反復レート、直径が約７ｍｍである非線形光学媒質３６内におけるビームサイズ
−テラヘルツ撮像ビーム２１：１．５５ＴＨｚにおける約７００μＷの平均パワー、約８０ＧＨｚのスペクトル幅、約８ｐｓのパルス持続時間、約８０ＭＨｚの反復レート、直径が約２０ｍｍである物体１０におけるビームサイズ
−図２と同一の構成、ｆ_１＝７５ｍｍ、ｆ_２＝２５０ｍｍ
−テラヘルツ画像ビーム２０：直径が約１ｍｍである非線形光学媒質３６内におけるビームサイズ
−非線形光学媒質３６：それぞれの厚さが約３００μｍである６枚のＧａＡｓプレートの積層体
−偏光器３９：グランレーザー偏光器、少なくとも１０^−４の減衰、いくつかの例においては、恐らくは、１０^−５程度に良好
−フィルタ３８：ロングパスフィルタ、１０６４ｎｍにおいて約６であるＯＤ、１０７０ｎｍにおいて０．１未満であるＯＤ
−検出器アレイ４０：ＣＭＯＳ検出器アレイ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ（登録商標） Ｐ／Ｎ ＤＣＣ３２４０Ｎ）、１２８０×１０２４ピクセル、８．６９ｍｍ×５．４３ｍｍのセンサ面積、５．３μｍのピクセルサイズ、正方形

図９Ａ〜図９Ｃは、テラヘルツ画像のアップコンバージョンを使用して（透過状態において、物体１０として）撮像された、それぞれ、接着テープによってカバーされたカミソリの刃、葉っぱ、及び水を有する紙片を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃは、これらに対応した未加工の透過及びアップコンバージョンされた画像であり、且つ、図１１Ａ〜図１１Ｃは、これらに対応した正規化済みの透過及びアップコンバージョンされた画像である（未加工のアップコンバージョンされた画像ビームをアップコンバージョンされたテラヘルツ撮像ビームによって除算することにより、正規化されている）。これらの画像の集合体用の動作パラメータは、先程付与されたものに類似しており、必要又は所望に応じて、動作パラメータのその他の適切な組合せを利用することができる。図６Ａ〜図８Ｃの例は、テラヘルツ放射にとっては不透明である物体の透過テラヘルツ画像のアップコンバージョン（即ち、このような物体のテラヘルツ「シャドー」のアップコンバージョン）を示している。図９Ａ〜図１１Ｃの例は、（例えば、葉っぱ内の葉脈又は紙の湿った領域などの）空間的に変化するテラヘルツ透過を有する又は（例えば、テープによって隠蔽されたカミソリの刃などの）光学照明下においては識別不能である特徴を有する物体の透過テラヘルツ画像のアップコンバージョンを示している。

図１２には、反射及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を生成及び取得するシステムの一例が概略的に示されている。この例においては、反射されたテラヘルツ画像ビーム２０が、検出のために、アップコンバージョンされる物体１０内の深さを選択するべく、遅延ライン４２を（この例においては、アップコンバージョンビーム２２の経路内において）利用することができる。アップコンバージョンビーム２２の相対的に長い遅延は、アップコンバージョンビーム２２のパルスとの間において時間的にオーバーラップしたパルスを有する物体１０内の相応して相対的に大きな深さから反射されるテラヘルツ画像ビーム２２に対応している。或いは、この代わりに、テラヘルツ画像ビーム２０のパルストレーンとアップコンバージョンビーム２２のパルストレーンの間の相対的な遅延は、物体１０を運動させることにより、変化させることもできる。図１３Ａは、カミソリの刃である試験物体の光学画像である。図１３Ｂは、カミソリの刃の反射及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像である。これらの画像の集合体用の動作パラメータは、テラヘルツ撮像ビーム２１が４５°において入射し、且つ、テラヘルツ画像ビーム２０が４５°において反射されていることを除いて、先程付与したものに類似しており、必要又は所望に応じて、動作パラメータのその他の適切な組合せを利用することができる。

図１２の反射型構成は、テラヘルツ放射を部分的に透過させる物体の三次元（３Ｄ）テラヘルツ撮像（即ち、断層撮影）を提供するべく、利用することができる。試験物体が、図１４Ａの分解図において概略的に示されており、且つ、アルミニウムミラー５０と、２つのスペーサリング５２と、２つのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ウエハ５４と、アルミニウムマスク５６（この例においては、交差形状のアパーチャを有する）と、を有する。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ウエハ５４は、可視及び近赤外光を遮断し、スペーサは、ミラー５０の反射表面とマスク５６の間の深さの差を決定する。図１４Ｂは、遅延ライン４２の異なる位置において取得された一連の反射及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像である。テラヘルツ画像ビーム２０のパルスとアップコンバージョンビーム２２のパルスの間の特定の相対的な時間的遅延を選択することにより、物体内の対応した特定の深さから反射されたテラヘルツ画像の選択的アップコンバージョンが可能となる。アップコンバージョンパルスが早すぎる場合には（図１４Ｂの０ｍｍフレーム）、テラヘルツ画像は、アップコンバージョンされず、アップコンバージョンパルスが、マスク５６から反射されたテラヘルツパルスと時間的にオーバーラップしている際には、マスク５６の反射されたテラヘルツ画像がアップコンバージョンされ（２、３、４、及び５ｍｍフレーム）、マスク５６とミラー５０の間の空間に対応した時間遅延においては、識別可能な信号は、ほとんどアップコンバージョンされず（７ｍｍフレーム）、アップコンバージョンパルスが、ミラー５０から反射されたテラヘルツパルスと時間的にオーバーラップし、且つ、部分的に、マスク５６によって塞がれている際には、マスク５６の反射されたネガ画像がアップコンバージョンされる（図１４Ｂの８及び９ｍｍフレーム）。

テラヘルツ画像の深さ依存アップコンバージョンを使用したテラヘルツ断層撮影は、様々な環境において有用に利用することができる。一例において、このようなシステムは、セキュリティスキャニングのために利用することができる。別の例においては、癌性組織対非癌性組織のテラヘルツ領域における異なる吸収係数及び屈折率に基づいて、癌性組織を包囲している非癌性組織の厚さ又はマージンを迅速に判定するべく、乳腺腫瘤摘出又はその他の***保存手術において除去された摘出された***組織を検査することができる。現時点においては、マージンは、通常、完了に少なくとも一日を必要とする摘出された***組織の組織学的検査により、判定されている。１〜２ｍｍのマージンが、望ましいものと見なされており、且つ、これを下回るマージンは、更なる手術を必要とする。深さ依存テラヘルツ撮像用のシステムは、（不十分なマージンに起因して必要とされる場合に）更なる組織を同一の手術手順において除去することができるように、組織マージンのほぼ即時の（例えば、数分以下の）評価を可能にするべく、手術室内において又はその近傍において実装することができよう。更なる手術手順、並びに、付随する費用及び合併症のリスクにおける潜在的な低減は、大きなものになりうる。

本明細書において開示されている２Ｄ又は３Ｄテラヘルツ撮像の無数のその他の用途を実装することができる。テラヘルツ撮像の様々な潜在的な用途は、例えば、所謂ウェアラブル電子装置に使用される多層構造の検査を含み、この場合には、様々なセンサ、電子回路、及び表示要素が、曲がりやすいポリマー材料の複数の層の間において配置されている。例えば、製造ライン上における物体内の構造的欠陥を識別するべく、このような物体の準リアルタイムのテラヘルツ撮像を産業的な環境において利用することができる。

図１５には、所謂ホモダイン検出を使用して反射及びアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を生成及び取得するシステムの別の例が概略的に示されている。先行する例においては、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像の位置依存強度は、テラヘルツ画像の強度にのみ依存し、即ち、アップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、その画像の位置依存位相とは実質的に独立している。この例においては、撮像テラヘルツビーム２０からテラヘルツ基準ビーム２３を分割するべく、ビームスプリッタ４４を利用している。ビームスプリッタ４４は、テラヘルツ基準ビーム２３をテラヘルツ画像ビーム２１と組み合わせており、次いで、これらのビームは、非線形光学媒質３６を通じて一緒に伝播している。テラヘルツ基準ビーム２３及びテラヘルツ画像ビーム２１の相対的な位相は、例えば、図１５に示されているように、遅延ラインの長さを変化させることにより、変化させることができる。この構成においては、それぞれのアップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、少なくとも部分的に、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応した相対的な位相に依存している。それぞれの画像位置における強度及び位相の両方を含むテラヘルツ画像を取得することにより、画像強度のみの場合よりも、物体１０に関する相対的に多くの情報を潜在的に得ることができる。例えば、所与の物体は、強度のみが検出された場合には、特徴の無い画像をもたらしうるが、画像に跨る位相変動として表された画像の特徴を示しうるであろう。このような例は、可視光に対して均一に透明であるが、空間依存性の屈折率を有する物体に類似しており、透過された強度のみから構成された画像は、この空間的な変動を見逃すことになろう。

図１５のホモダイン検出構成においては、組み合わせられたテラヘルツ基準ビーム２３及びテラヘルツ画像ビーム２１は、コヒーレントな重畳として、非線形光学媒質３６に到達している。組み合わせられたビームの合計テラヘルツ強度は、個々の基準及び画像ビームの二乗された振幅に対応した位相独立部分を含むことになり、且つ、両方の振幅を伴う交差項に対応した位相依存部分をも含むことになる。図１６のプロットには、このような信号のシミュレーションが示されており、この場合には、合計強度（単一検出器信号のもの）が、基準及び画像ビームの間の相対的な時間遅延（相対的位相に等価である）の関数としてプロットされている。合計強度は、画像ビームよりも１００倍だけ強い基準ビーム１００と組み合わせられた画像ビームのアップコンバージョンに起因している（信号は、基準ビーム強度に対して正規化されている）。これらのビームの干渉は、基準強度の約±２０％の位相依存強度変動を結果的にもたらす。これは、画像ビームの事実上の増幅と見なすことが可能であり、例えば、いくつかの例においては、ノイズ又は検出感度などの要因に応じて、非ゼロのバックグラウンドの±２０％の変調が、１００分の１の小さな公称的にゼロのバックグランド信号よりも、相対的に容易に検出及び定量化されうるであろう。

単一検出器を使用することにより、ホモダイン検出を利用することが可能であり、検出器は、アップコンバージョンされた画像ビーム２４に跨ってスキャニングされ、且つ、それぞれの検出器場所において、テラヘルツ基準及び画像ビームの相対的位相を変化させるように、遅延ラインがスキャニングされる。或いは、この代わりに、アレイ検出器を利用することも可能であり、これにより、それぞれの異なる相対的位相において完全な画像が取得される。いずれの場合にも、結果的に得られる画像は、（例えば、対応した振幅及び位相画像を使用することによるか、又は複素値画像の実数及び虚数部分とも呼称されうる所謂「同相」又は「直交」画像を使用することによるなどの）位相依存量を処理するための標準的な方法に従って、提示又は解釈することができる。ホモダイン検出技法は、光学コヒーレンス断層撮影の分野において広く利用されており、この分野において開発された様々な数値的、演算的、及び分析方法は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像のホモダイン検出に容易に適用することができる。

図５の供給源の一変形においては、ＯＰＯ１００の信号及びアイドラ波長を任意の適切な方式により（例えば、温度チューニングにより）、チューニングすることができる。例えば、非線形光学媒質１５０は、それぞれ、２１２２．４ｎｍ及び２１３３．７ｎｍを有する信号及びアイドラ波長を有する１次ＱＰＭパラメトリックプロセスにより、第１テラヘルツ周波数（例えば、０．７５ＴＨｚ）を有するテラヘルツ撮像ビーム２１を生成するように構成されたＱＰＭ媒質（例えば、上述のＧａＡｓプレートの積層体）を有することができる。信号及びアイドラ波長が、それぞれの波長から離れるように（遠く離れるように）チューニングされるのに伴って、最終的に、信号及びアイドラ波長の組合せは、２．３ＴＨｚを有するテラヘルツ放射が３次ＱＰＭパラメトリックプロセスによって生成されるところに到達する。信号及びアイドラの更なるチューニングは、５次ＱＰＭパラメトリックプロセスによって生成される３．４ＴＨｚを有するテラヘルツ放射を結果的にもたらす。ＱＰＭ非線形光学媒質１５０は、これらのパラメトリックプロセスのそれぞれごとに、有限な受容帯域幅を有することになり、これにより、出力周波数のそれぞれに関するテラヘルツ出力のなんらかの限られた程度のチューニングが可能となる。このような供給源を使用することにより、画像を複数のテラヘルツ出力周波数において生成することができる。いくつかの例における異なるテラヘルツ周波数におけるこれらの画像のアップコンバージョン及び取得は、同一の非線形光学媒質３６又は同一の波長依存フィルタ又はフィルタの組３８を使用することにより、実現することが可能であり、その他の例においては、異なるテラヘルツ周波数における画像のアップコンバージョン及び取得は、異なる非線形光学媒質３６又は異なる波長依存フィルタ３８を必要としうる。一構成においては、これらの異なる媒質又はフィルタは、それぞれが、必要に応じて、対応したテラヘルツ撮像周波数用の位置に運動しうるように、フィルタホイールに似た可動マウント内において取り付けることができよう。

図１及び図２の構成は、アップコンバージョンされたテラヘルツ画像に加えて、その他の波長における物体１０の画像の便利な取得を可能にするべく、変更することができる。例えば、テラヘルツ撮像ビーム２１の経路に沿って伝播するようにアップコンバージョンビーム２２を導くべく、運動可能なオプティクスを利用することができる。ビームスプリッタ３４及び非線形光学媒質３６は、ビーム経路から容易に除去されうるように、且つ、１つ又は複数のフィルタ３８又は偏光３９が、適宜、除去又は再配置されうるように、取り付けることができる。例えば、これらの要素をビーム経路内に又はそれから外にスワッピングするべく、フィルタホイールを利用することができる。この結果、所与の物体を異なる波長（例えば、１．５５ＴＨｚ及び１０６４ｎｍ）において定位置において撮像することが可能であり、且つ、次いで、これらの画像の間において、比較又は関連付けを実施することができる。更には、利用可能でありうるその他の波長（λ_ＵＣに加えて）も、同様に、物体１０を撮像するべく、使用することができる。例えば、ＯＰＯ１００によって生成された信号又はアイドラ波長のうちの一方又は両方において物体１０を撮像するべく、これらの波長をテラヘルツ撮像ビーム２１の経路に沿って導くことができる。別の例においては、物体１０を撮像するべく、その出力をテラヘルツ撮像ビーム２１の経路に沿って導くことにより、完全に独立した供給源を利用することができる。

以上の内容に加えて、以下の例が、本開示又は添付の請求項の範囲に含まれる。

例１：物体のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する方法であって、方法は、（ａ）約０．１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、テラヘルツ平均パワー、テラヘルツピークパワー、テラヘルツパルス持続時間、及びパルス反復レートによって特徴付けられたテラヘルツ撮像ビームによって物体を照射するステップと、（ｂ）物体によって又はその周囲において透過されるか又は物体から反射又は散乱されたテラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その部分を導くステップであって、テラヘルツ画像ビームは、非線形光学媒質におけるテラヘルツ画像ビームサイズによって特徴付けられている、ステップと、（ｃ）非線形光学媒質を通じて伝播するように、アップコンバージョンビームを導くステップであって、アップコンバージョンビームは、非線形光学媒質内においてテラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョン平均パワー、アップコンバージョンピークパワー、パルスレート、非線形光学媒質におけるアップコンバージョンビームサイズによって特徴付けられている、ステップと、（ｄ）非線形光学媒質内におけるテラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、テラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームの間の和又は差周波数生成によって生成された一方又は両方の波長によって特徴付けられるアップコンバージョンされた画像ビームを形成するべく、テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするステップと、(ｅ）画像検出器を使用してアップコンバージョンされた画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、画像検出器により、アップコンバージョンされた画像ビームによって画像検出器において形成されたアップコンバージョンされた画像を検出するステップと、（ｆ）画像フィルタリング要素を使用することにより、アップコンバージョンビームの約１０^８分の１未満が画像検出器に到達することを許容するステップと、を有し、（ｇ）ここで、パルス反復レートは、約１ＭＨｚを上回り、アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約５ｎｍ未満であり、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１００ｐｓ未満である。

例２：例１の方法であって、この場合に、パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約２ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満である。

例３：例１又は例２のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍであり、且つ、アップコンバージョンされた画像波長は、(ｉ）約１０５８ｎｍ又は約１０７０ｎｍ、或いは、これらの両方であり、或いは、（ｉｉ）約１０６１ｎｍ又は１０６７ｎｍ、或いは、これらの両方である。

例４：例１の方法であって、この場合に、パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、アップコンバージョン波長は、約２１００ｎｍ〜約２１５０ｎｍであり、且つ、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満である。

例５：例１〜例４のいずれか１つの例の方法であって、空洞内テラヘルツ生成媒質を含む同期ポンピング型の光学パラメトリック発振器を使用してテラヘルツ撮像ビームを生成するステップを更に有し、この場合に、空洞内信号及びアイドラビームは、テラヘルツ生成媒質内における差周波数生成により、テラヘルツ撮像ビームを生成する。

例６：例５の方法であって、この場合に、アップコンバージョンビームは、光学パラメトリック発振器用のポンピング源の出力ビームの一部分を有する。

例７：例５の方法であって、この場合に、アップコンバージョンビームは、光学パラメトリック発振器の外側において伝播するように導かれる空洞内信号又はアイドラビームの一部分を有する。

例８：例５〜例７のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、空洞内テラヘルツ生成媒質は、空洞内信号及びアイドラビームの準位相整合された差周波数生成のために構成された非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する。

例９：例８の方法であって、この場合に、２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体は、厚さが約５５０μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、信号波長は、約２１１６ｎｍであり、アイドラ波長は、約２１４０ｎｍであり、且つ、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚである。

例１０：例１〜図９のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存フィルタを含む。

例１１：例１０の方法であって、この場合には、１つ又は複数の波長依存フィルタの少なくとも１つは、アップコンバージョン波長とアップコンバージョンされた画像波長のうちの１つの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有する。

例１２：図１０の方法であって、この場合に、１つ又は複数の波長依存フィルタの少なくとも１つは、アップコンバージョン波長上において公称的にセンタリングされたノッチフィルタを有する。

例１３：例１〜例１２のうちの１つの例の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用がタイプＩ又はタイプＩＩプロセスとなり、これにより、アップコンバージョンされた画像ビームの偏光が、アップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に垂直になるように、構成されている。

例１４：例１〜例１３のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、アップコンバージョンビーム及びアップコンバージョンされた画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように、偏光されており、且つ、画像フィルタリング要素は、アップコンバージョンビームを実質的に遮断するように構成された１つ又は複数の偏光器を含む。

例１５：例１〜例１２のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用がタイプ０プロセスとなり、これにより、アップコンバージョンされた画像ビームの偏光が、アップコンバージョンビームの偏光と実質的に平行になるように、構成されている。

例１６：例１〜例１５のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例１７：例１〜例１５のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、非厳格に位相整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例１８：例１〜例１５のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例１９：例１８の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、周期分極型非線形光学結晶を有する。

例２０：例１８の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する。

例２１：例１８の方法であって、この場合に、非線形光学媒質は、厚さが約３００μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍである。

例２２：例１〜２１のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、(ｉ）第１合焦要素が、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）物体及び非線形光学媒質は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒質において物体のテラヘルツ画像を形成するように、第１合焦要素の個々の共役平面において位置決めされており、且つ、（ｉｉｉ）第２合焦要素が、アップコンバージョンされた画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器に伝播するように、アップコンバージョンされた画像ビームを導き、（ｉｖ）非線形光学媒質及び画像検出器は、アップコンバージョンされた画像ビームが画像検出器においてアップコンバージョンされた画像を形成するように、第２合焦要素の個々の共役平面において位置決めされている。

例２３：例１〜２１のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、（ｉ）有効焦点距離ｆ_１によって特徴付けられた第１合焦要素が、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）物体及び非線形光学媒質は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒質において物体のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、第１合焦要素から約ｆ_１の距離において位置決めされており、(ｉｉｉ）有効焦点距離ｆ_２によって特徴付けられた第２合焦要素が、アップコンバージョンされた画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器に伝播するように、アップコンバージョンされた画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒質及び画像検出器は、アップコンバージョンされた画像ビームが画像検出器においてアップコンバージョンされた画像を形成するように、それぞれ、第２合焦要素から約ｆ_２の距離において位置決めされている。

例２４：例１〜例２３のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、画像検出器は、撮像検出器アレイを有し、且つ、アップコンバージョンされた画像を検出するステップは、撮像検出器アレイの複数の対応した検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るステップを有する。

例２５：例１〜例２３のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、画像検出器は、単一検出器要素を有し、且つ、アップコンバージョンされた画像を検出するステップは、単一検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、アップコンバージョンされた画像ビームに跨って単一検出器要素をスキャニングするステップを有する。

例２６：例１〜例２５のいずれか１つの例の方法であって、テラヘルツ画像ビームのパルストレーンとアップコンバージョンビームのパルストレーンの間において非線形光学媒質において対応した異なる時間的オフセットを有する複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得するステップを更に有し、この場合に、（ｉ）テラヘルツ画像ビームは、物体から反射又は散乱されたテラヘルツ撮像ビームの一部分を有し、且つ、（ｉｉ）複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像のそれぞれのものは、物体内の異なる深さに対応しており、これにより、物体のテラヘルツ断層撮影が可能になっている。

例２７：例１〜例２６のいずれか１つの例の方法であって、この場合に、アップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、テラヘルツ画像の位置依存位相とは実質的に独立している。

例２８：例１〜例２６のいずれか１つの例の方法であって、テラヘルツ基準ビームを形成するべく、テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割するステップと、非線形光学媒質を通じて一緒に伝播するように、テラヘルツ基準ビームとテラヘルツ画像ビームを組み合わせるステップと、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応した異なる相対的位相を有する複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得するステップと、を更に有し、この場合に、それぞれのアップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応した相対的位相に少なくとも部分的に依存している。

例２９：物体のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置であって、装置は、（ａ）約０．１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、テラヘルツ平均パワー、テラヘルツピークパワー、テラヘルツパルス持続時間、及びパルス反復レートによって特徴付けられたテラヘルツ撮像ビームによって物体を照射するように構成されたテラヘルツ供給源と、（ｂ）物体によって又はその周囲において透過された又は物体から反射又は散乱されたテラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その部分を導くように構成された１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントであって、この場合に、テラヘルツ画像ビームは、非線形光学媒質におけるテラヘルツ画像ビームサイズによって特徴付けられている、コンポーネントと、（ｃ）アップコンバージョンビームを放出するように構成された光源と、（ｄ）非線形光学媒質を通じて伝播するように、アップコンバージョンビームを導くように構成された１つ又は複数の光学コンポーネントであって、アップコンバージョンビームは、非線形光学媒質内においてテラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョン平均パワー、アップコンバージョンピークパワー、パルスレート、及び非線形光学媒質におけるアップコンバージョンビームサイズによって特徴付けられている、コンポーネントと、（ｅ）非線形光学媒質であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学媒質内におけるテラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームの非線形光学的相互作用により、テラヘルツ画像ビームとアップコンバージョンビームの間の和又は差周波数生成によって生成される一方又は両方の波長によって特徴付けられたアップコンバージョンされた画像ビームを形成するように、テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするように構成されている、非線形光学媒質と、（ｆ）アップコンバージョンされた画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、アップコンバージョンされた画像ビームによって画像検出器において形成されたアップコンバージョンされた画像を検出するように構成された画像検出器と、（ｇ）アップコンバージョンビームの約１０^８分の１未満が画像検出器に到達することを許容するように構成された画像フィルタリング要素と、を有し、（ｈ）この場合に、パルス反復レートは、約１ＭＨｚを上回り、アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約５ｎｍ未満であり、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１００ｐｓ未満である。

例３０：例２９の装置であって、この場合に、パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、アップコンバージョン帯域幅は、約２ｎｍ未満であり、且つ、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満である。

例３１：例２９又は例３０のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍであり、且つ、アップコンバージョンされた画像波長は、(ｉ）約１０５８ｎｍ又は約１０７０ｎｍ、或いは、これらの両方であり、或いは、（ｉｉ）約１０６１ｎｍ又は１０６７ｎｍ、或いは、これらの両方である。

例３２：例２９の装置であって、この場合に、パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、アップコンバージョン波長は、約２１００ｎｍ〜約２１５０ｎｍであり、且つ、アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満である。

例３３：例２９〜例３２のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、テラヘルツ供給源は、テラヘルツ生成媒質内における差周波数生成により、空洞内信号及びアイドラビームからテラヘルツ撮像ビームを生成するように構成された空洞内テラヘルツ生成媒質を含む同期ポンピング型の光学パラメトリック発振器を有する。

例３４：例３３の装置であって、この場合に、光源は、光学パラメトリック発振器用のポンピング源を有し、且つ、アップコンバージョンビームは、ポンピング源の出力ビームの一部分を有する。

例３５：例３３の装置であって、この場合に、光源は、光学パラメトリック発振器を有し、且つ、アップコンバージョンビームは、光学パラメトリック発振器の外側において伝播するように導かれた空洞内信号又はアイドラビームの一部分を有する。

例３６：例３３〜例３５のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、空洞内テラヘルツ生成媒質は、空洞内信号及びアイドラビームの準位相整合された差周波数生成のために構成された非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する。

例３７：例３６の装置であって、この場合に、２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体は、厚さが約５５０μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、信号波長は、約２１１６ｎｍであり、アイドラ波長は、約１２４０ｎｍであり、且つ、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚである。

例３８：例２９〜例３７のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存フィルタを含む。

例３９：例３８の装置であって、この場合に、１つ又は複数の波長依存フィルタの少なくとも１つは、アップコンバージョン波長とアップコンバージョンされた画像波長の１つの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有する。

例４０：例３８の装置であって、この場合に、１つ又は複数の波長依存フィルタの少なくとも１つは、公称的にアップコンバージョン波長上においてセンタリングされたノッチフィルタを有する。

例４１：例２９〜例４０のうちのいずれか１つの例の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用がタイプＩ又はタイプＩＩプロセスとなり、これにより、アップコンバージョンされた画像ビームの偏光が、アップコンバージョンビームの偏光に対して実質的に垂直になるように、構成されている。

例４２：例２９〜例４１のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、アップコンバージョンビーム及びアップコンバージョンされた画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように、偏光されており、且つ、画像フィルタリング要素は、アップコンバージョンビームを実質的に遮断するように構成された１つ又は複数の偏光器を含む。

例４３：例２９〜例４０のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用がタイプ０プロセスとなり、これにより、アップコンバージョンされた画像ビームの偏光が、アップコンバージョンビームの偏光と実質的に平行になるように、構成されている。

例４４：例２９〜例４３のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、厳格に位相整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例４５：例２９〜例４３のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、非厳格に位相性整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例４６：例２９〜例４３のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されている。

例４７：例４６の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、周期分極型非線形光学結晶を有する。

例４８：例４６の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有する。

例４９：例４６の装置であって、この場合に、非線形光学媒質は、厚さが約３００μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍである。

例５０：例２９〜例４９のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、（ｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントが、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導くように構成された第１合焦要素を含み、(ｉｉ）物体及び非線形光学媒質は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒質において物体のテラヘルツ画像を形成するように、第１合焦要素の個々の共役平面において位置決めされており、（ｉｉｉ）１つ又は複数の光学コンポーネントが、アップコンバージョンされた画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器に伝播するように、アップコンバージョンされた画像ビームを導くように構成された第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）非線形光学媒質及び画像検出器は、アップコンバージョンされた画像ビームが画像検出器においてアップコンバージョンされた画像を形成するように、第２合焦要素の個々の共役平面において位置決めされている。

例５１：例２９〜例４９のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、（ｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントが、テラヘルツ撮像ビームの一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じて伝播するように、テラヘルツ画像ビームを導くように構成された有効焦点距離ｆ_１によって特徴付けられた第１合焦要素を含み、(ｉｉ）物体及び非線形光学媒質は、テラヘルツ画像ビームが非線形光学媒質において物体のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、第１合焦要素のから約ｆ_１の距離において位置決めされており、(ｉｉｉ）１つ又は複数の光学コンポーネントが、アップコンバージョンされた画像ビームの一部分を収集し、且つ、画像検出器に伝播するように、アップコンバージョンされた画像ビームをダリレクトするように構成された有効焦点距離ｆ_２によって特徴付けられた第２合焦要素を含み、且つ（ｉｖ）非線形光学媒質及び画像検出器は、アップコンバージョンされた画像ビームが画像検出器においてアップコンバージョンされた画像を形成するように、それぞれ、第２合焦要素から約ｆ_２の距離において位置決めされている。

例５２：例２９〜例５１のうちの１つの例の装置であって、この場合に、画像検出器は、撮像検出器アレイの複数の対応した検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るように位置決め及び構成された撮像検出器アレイを有する。

例５３：例２９〜例５１のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、画像検出器は、単一検出器要素上においてアップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を順番に受け取るように、アップコンバージョンされた画像ビームに跨ってスキャニングされるように構成された単一検出器要素を有する。

例５４：例２９〜例５３のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、（ｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ画像ビームが、物体から反射又は散乱されたテラヘルツ撮像ビームの一部分を有するように、構成されており、(ｉｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は１つ又は複数の光学コンポーネントのうちの一方又は両方は、テラヘルツ画像ビームのパルストレーンとアップコンバージョンビームのパルストレーンの間において非線形光学媒質において異なる時間的オフセットを提供するように構成された光学遅延ラインを含み、且つ、（ｉｉｉ）１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は１つ又は複数の光学コンポーネントのうちの一方又は両方は、対応した異なる時間的オフセットにおいて取得されたそれぞれのアップコンバージョンされたテラヘルツ画像が、物体内における異なる深さに対応しており、これにより、物体のテラヘルツ断層撮影が可能となるように、構成されている。

例５５：例２９〜例５４のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は１つ又は複数の光学コンポーネントのうちの一方又は両方は、アップコンバージョンされた画像の位置依存強度がテラヘルツ画像の位置依存位相とは実質的に独立的になるように、構成されている。

例５６：例２９〜例５４のいずれか１つの例の装置であって、この場合に、１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ基準ビームを形成するようにテラヘルツ撮像ビームの一部分をスプリットし、且つ、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの異なる相対的位相を伴って非線形光学媒質を通じて一緒に伝播するように、テラヘルツ基準ビームとテラヘルツ画像ビームを組み合わせるように構成されており、且つ、それぞれのアップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、テラヘルツ画像ビーム及びテラヘルツ基準ビームの対応した相対的位相に少なくとも部分的に依存している。

開示されている例示用の実施形態及び方法の均等物は、本開示又は添付の請求項の範囲に含まれることが意図されている。開示されている例示用の実施形態及び方法、並びに、その均等物は、本開示の範囲に含まれた状態において、変更されうることが意図されている。

以上における詳細な説明においては、様々な特徴は、本開示を簡潔にすることを目的として、いくつかの例示用の実施形態において１つにグループ化されている場合がある。この開示の方法は、いずれかの添付の請求項において特許請求されている実施形態が、対応した請求項において明示的に記述されているものよりも多くの特徴を必要としているという意図を反映したものと解釈されるべきではない。むしろ、発明の主題は、単一の開示されている例示用の実施形態のすべての特徴を下回る状態において存在しうる。従って、本開示は、本明細書においては明示的に開示されていない場合がある組を含む、本開示又は任意の添付の請求項において記載されている１つ又は複数の開示又は特許請求された特徴の任意の適切な組（即ち、矛盾した又は相互に排他的である特徴の組）を有する任意の実施形態を黙示的に開示しているものと解釈されたい。

本開示及び添付の請求項を目的として、接続詞「又は」は、包含的に解釈することを要し（例えば、「犬又は猫」は、（ｉ）例えば、「〜でるか、又は〜である」、「〜のうちの１つのみ」、又はこれらに類似の言語の使用により、そうでないことが明示的に記述されているか、或いは、（ｉｉ）列挙された代替肢のうちの２つ以上が、特定の文脈において相互に排他的である、ということでない限り、「犬、又は猫、或いは、これらの両方」として解釈されることになり、例えば、「犬、猫、又は鼠」は、「犬、又は猫、又は鼠、又は任意の２つ、或いは、すべての３つ」として解釈されることになり、前者の場合には、「又は」は、相互に排他的ではない代替肢を伴う組合せのみを包含することになろう。本開示及び添付の請求項を目的として、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、並びに、これらの変形は、それらがどこに出現しているのかとは無関係に、あたかも、「少なくとも」というフレーズが、そのそれぞれのインスタンスの後に付加されているかのように、同一の意味を伴って、オープンエンド型の移行語として解釈することを要する。

任意の１つ又は複数の開示が、引用により、本明細書に包含されており、且つ、そのような包含された開示が、本開示と、部分的に又は全体的に、矛盾するか、或いは、その範囲が異なっている場合には、矛盾、より広範な開示、或いは、より広範な用語の定義という観点において、本開示が優先する。そのような包含された開示が相互に部分的に又は全体的に矛盾している場合には、矛盾の観点において、新しい日付の開示が優先する。

要約書は、必要に応じて、特許文献における特定の主題についてサーチする者に対する支援として提供されている。但し、要約書は、要約書において記述されている任意の要素、特徴、又は限度が、必然的に、添付の任意の特定の請求項によって包含されることを意味することを意図したものではない。提示されているそれぞれの請求項によって包含される主題の範囲は、その請求項のみの記述によって判定されることを要する。

Claims (30)

1. 物体のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する方法において、
   （ａ）約０．１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、テラヘルツ平均パワー、テラヘルツピークパワー、テラヘルツパルス持続時間、及びパルス反復レートによって特徴付けられたテラヘルツ撮像ビームによって前記物体を照射するステップと、
   （ｂ）前記物体によって又はその周りにおいて透過されるか又は前記物体から反射又は散乱された前記テラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その部分を導くステップであって、前記テラヘルツ画像ビームは、前記非線形光学媒質におけるテラヘルツ画像ビームサイズによって特徴付けられる、ステップと、
   （ｃ）前記非線形光学媒質を通じて伝播するようにアップコンバージョンビームを導くステップであって、前記アップコンバージョンビームは、前記非線形光学媒質内において前記テラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョンパルス持続時間、アップコンバージョン平均パワー、アップコンバージョンピークパワー、パルスレート、前記非線形光学媒質におけるアップコンバージョンビームサイズによって特徴付けられている、ステップと、
   （ｄ）前記非線形光学媒質内における前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームの間の和又は差周波数生成によって生成される一方又は両方の波長によって特徴付けられたアップコンバージョンされた画像ビームを形成するべく、前記テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするステップと、
   （ｅ）画像検出器を使用して前記アップコンバージョンされた画像ビームの少なくとも一部分を受け取り、且つ、前記画像検出器により、前記アップコンバージョンされた画像ビームによって前記画像検出器において形成されたアップコンバージョンされた画像を検出するステップと、
   （ｆ）画像フィルタリング要素を使用することにより、前記アップコンバージョンビームの約１０８分の１未満が前記画像検出器に到達することを許容するステップと、
   を有し、
   （ｇ）前記パルス反復レートは、約１ＭＨｚを上回り、前記アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約５ｎｍ未満であり、前記アップコンバージョンパルス持続時間は、約１００ｐｓ未満であることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、前記アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約２ｎｍ未満であり、且つ、前記アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満であることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、空洞内テラヘルツ生成媒質を含む同期ポンピング型の光学パラメトリック発振器を使用して前記テラヘルツ撮像ビームを生成するステップを更に有し、空洞内信号及びアイドラビームは、前記テラヘルツ生成媒質内における差周波数生成によって前記テラヘルツ撮像ビームを生成することを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記空洞内テラヘルツ生成媒質は、前記空洞内信号及びアイドラビームの準位相整合された差周波数生成のために構成された非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存フィルタを含むことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記１つ又は複数の波長依存フィルタのうちの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長と前記アップコンバージョンされた画像波長のうちの１つの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有することを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記アップコンバージョンビーム及び前記アップコンバージョンされた画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光されており、且つ、前記画像フィルタリング要素は、前記アップコンバージョンビームを実質的に遮断するように構成された１つ又は複数の偏光器を含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記非線形光学媒質は、前記非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように構成されていることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記非線形光学媒質は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする方法。
10. 請求項８に記載の方法において、前記非線形光学媒質は、厚さが約３００μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、前記テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、前記アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍであることを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法において、（ｉ）第１合焦要素が、前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒質を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）前記物体及び前記非線形光学媒質は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒質において前記物体のテラヘルツ画像を形成するように、前記第１合焦要素の個々の共役平面において位置決めされており、（ｉｉｉ）第２合焦要素が、前記アップコンバージョンされた画像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記画像検出器に伝播するように、前記アップコンバージョンされた画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒質及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョンされた画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョンされた画像を形成するように、前記第２合焦要素の個々の共役平面において位置決めされていることを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法において、（ｉ）有効焦点距離ｆ１によって特徴付けられた第１合焦要素が、前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒質を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導き、（ｉｉ）前記物体及び前記非線形光学媒質は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒質において前記物体のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、前記第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）有効焦点距離ｆ２によって特徴付けられた第２合焦要素が、前記アップコンバージョンされた画像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記画像検出器に伝播するように、前記アップコンバージョンされた画像ビームを導き、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒質及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョンされた画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョンされた画像を形成するように、それぞれ、前記第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされていることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法において、前記画像検出器は、撮像検出器アレイを有し、且つ、前記アップコンバージョンされた画像を検出するステップは、前記撮像検出器アレイの複数の対応した検出器要素上において前記アップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るステップを有することを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、前記テラヘルツ画像ビームのパルストレーンと前記アップコンバージョンビームのパルストレーンの間において前記非線形光学媒質において対応した異なる時間的オフセットを有する複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得するステップを更に有し、（ｉ）前記テラヘルツ画像ビームは、前記物体から反射又は散乱された前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を有し、且つ、（ｉｉ）前記複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像のそれぞれの画像は、前記物体内の異なる深さに対応しており、これにより、前記物体のテラヘルツ断層撮影を可能にすることを特徴とする方法。
15. 請求項１に記載の方法において、テラヘルツ基準ビームを形成するべく前記テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割するステップと、前記非線形光学媒質を通じて一緒に伝播するように、前記テラヘルツ基準ビームと前記テラヘルツ画像ビームを組み合わせるステップと、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの対応した異なる相対的位相を有する複数のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得するステップと、を更に有し、それぞれのアップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの前記対応した相対的位相に少なくとも部分的に依存していることを特徴とする方法。
16. 物体のアップコンバージョンされたテラヘルツ画像を取得する装置において、
    （ａ）約０．１ＴＨｚ〜約１０ＴＨｚのテラヘルツ周波数、テラヘルツ帯域幅、テラヘルツ平均パワー、テラヘルツピークパワー、テラヘルツパルス持続時間、及びパルス反復レートによって特徴付けられたテラヘルツ撮像ビームによって前記物体を照射するように構成されたテラヘルツ供給源と、
    （ｂ）前記物体によって又はその周りにおいて透過されるか又は前記物体から反射又は散乱された前記テラヘルツ撮像ビームの少なくとも一部分を収集し、且つ、非線形光学媒質を通じてテラヘルツ画像ビームとして伝播するように、その部分を導くように構成された１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントであって、前記テラヘルツ画像ビームは、前記非線形光学媒質におけるテラヘルツ画像ビームサイズによって特徴付けられている、コンポーネントと、
    （ｃ）アップコンバージョンビームを放出するように構成された光源と、
    （ｄ）前記非線形光学媒質を通じて伝播するように、前記アップコンバージョンビームを導くように構成された１つ又は複数の光学コンポーネントであって、前記アップコンバージョンビームは、前記非線形光学媒質内において前記テラヘルツ画像ビームと少なくとも部分的に空間的にオーバーラップしており、且つ、アップコンバージョン波長、アップコンバージョン帯域幅、アップコンバージョンパルス持続時間、アップコンバージョン平均パワー、アップコンバージョンピークパワー、パルスレート、及び前記非線形光学媒質におけるアップコンバージョンビームサイズによって特徴付けられている、コンポーネントと、
    （ｅ）前記非線形光学媒質であって、前記非線形光学媒質内における前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームの非線形光学相互作用により、前記テラヘルツ画像ビームと前記アップコンバージョンビームの間の和又は差周波数生成によって生成される一方又は両方の波長によって特徴付けられたアップコンバージョンされた画像ビームを形成するべく、前記テラヘルツ画像ビームの少なくとも一部分をアップコンバージョンするように構成されている非線形光学媒質と、
    （ｆ）画像検出器であって、前記アップコンバージョンされた画像ビームの少なくとも一部分を受け取るとともに、前記アップコンバージョンされた画像ビームによって当該画像検出器において形成されたアップコンバージョンされた画像を検出するように構成された画像検出器と
    （ｇ）前記アップコンバージョンビームの約１０８分の１未満が前記画像検出器に到達することを許容するように構成された画像フィルタリング要素と、
    を有し、
    （ｈ）前記パルス反復レートは、約１ＭＨｚを上回り、前記アップコンバージョン波長は、約４００ｎｍ〜約３５００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約５ｎｍ未満であり、前記アップコンバージョンパルス持続時間は、約１００ｐｓ未満であることを特徴とする装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、前記パルス反復レートは、約５０ＭＨｚ〜約１５０ＭＨｚであり、前記アップコンバージョン波長は、約１０００ｎｍ〜約１１００ｎｍであり、前記アップコンバージョン帯域幅は、約２ｎｍ未満であり、前記アップコンバージョンパルス持続時間は、約１０ｐｓ未満であることを特徴とする装置。
18. 請求項１６に記載の装置において、前記テラヘルツ供給源は、空洞内テラヘルツ生成媒質を含む同期ポンピング型の光学パラメトリック発振器を含み、前記空洞内テラヘルツ生成媒質は、当該テラヘルツ生成媒質内における差周波数生成によって前記テラヘルツ撮像ビームを空洞内信号及びアイドラビームから生成するように構成されていることを特徴とする装置。
19. 請求項１８に記載の装置において、前記空洞内テラヘルツ生成媒質は、前記空洞内信号及びアイドラビームの準位相整合された差周波数生成のために構成された非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする装置。
20. 請求項１６に記載の装置において、前記画像フィルタリング要素は、１つ又は複数の波長依存フィルタを含むことを特徴とする装置。
21. 請求項２０に記載の装置において、前記１つ又は複数の波長依存フィルタの少なくとも１つは、前記アップコンバージョン波長と前記アップコンバージョンされた画像波長のうちの１つの間の公称カットオフ波長を有するショートパス又はロングパスフィルタを有することを特徴とする装置。
22. 請求項１６に記載の装置において、前記アップコンバージョンビーム及び前記アップコンバージョンされた画像ビームは、相互の関係において実質的に直交するように偏光されており、且つ、前記画像フィルタリング要素は、前記アップコンバージョンビームを実質的に遮断するように構成された１つ又は複数の偏光器を含むことを特徴とする装置。
23. 請求項１６に記載の装置において、前記非線形光学媒質は、前記非線形光学相互作用が、準位相整合されたプロセスとなるように、構成されていることを特徴とする装置。
24. 請求項２３に記載の装置において、前記非線形光学媒質は、非線形光学材料の２枚以上の光学的に接触したプレートの積層体を有することを特徴とする装置。
25. 請求項２３に記載の装置において、前記非線形光学媒質は、厚さが約３００μｍのＧａＡｓの６〜１２枚の光学的に接触したプレートの積層体を有し、前記テラヘルツ周波数は、約１．５５ＴＨｚであり、且つ、前記アップコンバージョン波長は、約１０６４ｎｍであることを特徴とする装置。
26. 請求項１６に記載の装置において、（ｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒質を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導くように構成された第１合焦要素を含み、(ｉｉ）前記物体及び前記非線形光学媒質は、前記テラヘルツ画像ビームが、前記非線形光学媒質において前記物体のテラヘルツ画像を形成するように、前記第１合焦要素の個々の共役平面において位置決めされており、（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の光学コンポーネントは、前記アップコンバージョンされた画像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記画像検出器に伝播するように、前記アップコンバージョンされた画像ビームを導くように構成された第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒質及び前記画像検出器は、前記アップコンバージョンされた画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョンされた画像を形成するように、前記第２合焦要素の個々の共役平面において位置決めされていることを特徴とする装置。
27. 請求項１６に記載の装置において、（ｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記非線形光学媒質を通じて伝播するように、前記テラヘルツ画像ビームを導くように構成された有効焦点距離ｆ１によって特徴付けられた第１合焦要素を含み、（ｉｉ）前記物体及び前記非線形光学媒質は、前記テラヘルツ画像ビームが前記非線形光学媒質において前記物体のテラヘルツ画像の空間フーリエ変換を形成するように、それぞれ、前記第１合焦要素から約ｆ１の距離において位置決めされており、（ｉｉｉ）前記１つ又は複数の光学コンポーネントは、前記アップコンバージョンされた画像ビームの前記部分を収集し、且つ、前記画像検出器に伝播するように前記アップコンバージョンされた画像ビームを導くように構成された有効焦点距離ｆ２によって特徴付けられた第２合焦要素を含み、且つ、（ｉｖ）前記非線形光学媒質及び前記前記画像検出器は、前記アップコンバージョンされた画像ビームが前記画像検出器において前記アップコンバージョンされた画像を形成するように、それぞれ、前記第２合焦要素から約ｆ２の距離において位置決めされていることを特徴とする装置。
28. 請求項１６に記載の装置において、前記画像検出器は、前記撮像検出器アレイの複数の対応した検出器要素上において前記アップコンバージョンされた画像ビームの異なる空間的部分を同時に受け取るように位置決め及び構成された撮像検出器アレイを有することを特徴とする装置。
29. 請求項１６に記載の装置において、（ｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、前記テラヘルツ画像ビームが、前記物体から反射又は散乱された前記テラヘルツ撮像ビームの前記部分を有するように、構成されており、（ｉｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は前記１つ又は複数の光学コンポーネントの一方又は両方は、前記テラヘルツ画像ビームのパルストレーンと前記アップコンバージョンビームのパルストレーンの間において前記非線形光学媒質において異なる時間的オフセットを提供するように構成された光学遅延ラインを含み、且つ、（ｉｉｉ）前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネント又は前記１つ又は複数の光学コンポーネントの一方又は両方は、対応した異なる時間的オフセットにおいて取得されたそれぞれのアップコンバージョンされたテラヘルツ画像が、前記物体内の異なる深さに対応しており、これにより、前記物体のテラヘルツ断層撮影を可能にするように、構成されていることを特徴とする装置。
30. 請求項１６に記載の装置において、前記１つ又は複数のテラヘルツ光学コンポーネントは、テラヘルツ基準ビームを形成するべく前記テラヘルツ撮像ビームの一部分を分割し、且つ、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの異なる相対的位相を伴って前記非線形光学媒質を通じて一緒に伝播するように、前記テラヘルツ基準ビーム及び前記テラヘルツ画像ビームを組み合せるように構成されており、且つ、それぞれのアップコンバージョンされた画像の位置依存強度は、前記テラヘルツ画像ビーム及び前記テラヘルツ基準ビームの前記対応した相対的位相に少なくとも部分的に依存していることを特徴とする装置。

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