JP7381867B2

JP7381867B2 - テラヘルツ光発生装置およびテラヘルツ光発生方法

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Publication number: JP7381867B2
Application number: JP2019220124A
Authority: JP
Inventors: 俊明中; 基佐々木; 暁人土谷; 崇晴木倉
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2039-12-05
Also published as: JP2021089379A

Description

本発明はテラヘルツ光発生装置およびテラヘルツ光発生方法に関し、より詳しくは、非線形光学結晶に所定の位相整合条件を満たした交差角でポンプ光とシード光とを入射させてテラヘルツ光を発生させるテラヘルツ光発生装置と、その際のポンプ光とシード光との交差角を測定するテラヘルツ光発生方法に関する。

従来、テラヘルツ光発生装置は公知であり、例えば光注入型テラヘルツパラメトリック発生装置（Ｉｓ－ＴＰＧ）として、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、ポンプ光とシード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶とを備えたものが知られている（特許文献１）。
特に特許文献１のテラヘルツ光発生装置では所要の波長のテラヘルツ光を発生させることが可能となっており、ポンプ光とシード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光またはシード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段が設けられている。

特開２０１８－７７４２７号公報

上記特許文献１では、上記導光手段を用いてポンプ光とシード光との交差角を設定できるが、実際には装置全体での機械的な誤差等が存在することから、導光手段によって導光したポンプ光とシード光との交差角が位相整合条件を満たしているか否かを確認する必要がある。
そのための作業としては、上記テラヘルツ光発生装置より非線形光学結晶を取り外し、ポンプ光とシード光との交差位置から離隔した２点でポンプ光とシード光との光軸間距離を測定し、これら測定した２点の光軸間距離と、交差位置から各測定位置までの距離とを用いて、交差角を算出する方法が取られていた。
しかしながら、このような測定方法では非線形光学結晶の取り外しや装着といった作業が必要であり、作業が煩雑であるという問題があるほか、これらの作業によってさらなるずれを生じさせるおそれがあった。
このような問題に鑑み、本発明はポンプ光とシード光との交差角を容易に測定することが可能なテラヘルツ光発生装置を提供するとともに、テラヘルツ光発生方法を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかるテラヘルツ光発生装置は、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光と上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光と上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記導光手段と上記非線形光学結晶との間に設けられ、上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出すとともに残りを上記非線形光学結晶に照射させる取り出し手段と、上記取り出し手段より取り出した上記ポンプ光と上記シード光との交差位置に設けられ、当該ポンプ光と当該シード光とを通過させる通過部が形成された交差位置規定部材と、上記通過部を通過した上記ポンプ光および上記シード光を受光する撮像手段と、上記撮像手段が受光した画像に基づいて上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離を測定する光軸間距離測定手段と、上記光軸間距離と上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出する算出手段とを備えることを特徴としている。
また請求項４の発明にかかるテラヘルツ光発生方法は、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光と上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光と上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置に対し、
上記非線形光学結晶に入射する前の上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出し、
取り出した上記ポンプ光と上記シード光とが交差する交差位置に、上記ポンプ光および上記シード光とが通過可能な通過部を有する交差位置規定部材を配置し、
上記交差位置規定部材の通過部を通過した上記ポンプ光と上記シード光とを撮像手段によって受光し、
撮像手段が撮像した画像から認識した上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離と、上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出することを特徴としている。

上記発明によれば、ポンプ光およびシード光の一部を取り出して交差角を測定するため、非線形光学結晶を装着したまま作業を行うことができ、また交換に伴うずれも生じないため、効率的かつ容易に交差角の測定を行うことができる。

本実施例にかかるテラヘルツ光発生装置の平面図ポンプ光とシード光の交差角を測定する交差角測定装置の拡大図撮像手段によって撮影されたポンプ光とシード光とについての参考画像

以下、図示実施例について説明すると、図１はテラヘルツ光ＴＨを用いて検査対象物Ｏの品質検査を行うテラヘルツ光発生装置１を示している。
上記テラヘルツ光発生装置１は、ポンプ光Ｌ１を発振させるポンプ光発振器２と、シード光Ｌ２を発振させるシード光発振器３と、シード光Ｌ２とポンプ光Ｌ１とが入射されるとテラヘルツ光ＴＨを発生させる非線形光学結晶４と、シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２を上記非線形光学結晶４に対して所定の入射角で入射させる導光手段５とを備え、これらはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やプログラマブルロジックコンピュータ（ＰＬＣ）からなる制御手段６によって制御されるようになっている。
上記構成を有するテラヘルツ光発生装置１によれば、上記シード光Ｌ２とポンプ光Ｌ１とを非線形光学結晶４の位相整合条件を満たす所要の交差角θで入射させることによりテラヘルツ光ＴＨを発生させるものとなっており、本実施例のテラヘルツ光発生装置１は光注入型テラヘルツパラメトリック発生装置（Ｉｓ－ＴＰＧ）として構成されたものとなっている。

上記ポンプ光発振器２はポンプ光Ｌ１としてのレーザ光を照射するマイクロチップレーザからなり、非線形光学結晶４の端面４Ａから離隔した位置に、非線形光学結晶４と同じ高さに水平に支持されている。
上記ポンプ光発振器２より発振されたポンプ光Ｌ１は非線形光学結晶４の端面４Ａの中央部（端面４Ａに非線形光学結晶４の軸心が交差する位置）に対して垂直に入射するようになっている。
またポンプ光Ｌ１の光軸上には、非線形光学結晶４を通過したポンプ光Ｌ１および、非線形光学結晶４内で生成されたアイドラー光Ｌ３を吸収するダンパー７が設けられている。
さらに、上記ポンプ光発振器２と非線形光学結晶４との間にはコリメータ８が配置され、このコリメータ８によって平行光線に調整された後のポンプ光Ｌ１が非線形光学結晶４の端面４Ａに入射されるようになっている。
そしてポンプ光発振器２は、ポンプ光Ｌ１としてのレーザ光を非線形光学結晶４に向けてパルス発振し、本実施例においてパルスレーザの波長は１０６４．４ｎｍであり、パルス発振する際の繰り返し周波数は１００Ｈｚ、パルス幅４００ｐｓｅｃとなっている。

上記シード光発振器３はシード光Ｌ２としてのレーザ光を照射する半導体レーザからなり、上記非線形光学結晶４の軸心と平行な状態で、かつ、非線形光学結晶４と同じ高さで水平に固定されている。
シード光発振器３は、シード光Ｌ２を連続的に発振するようになっており、発振された直後のシード光Ｌ２の光路は、非線形光学結晶４の軸心と平行であるものの、発振方向はポンプ光発振器２から発振されるポンプ光Ｌ１の発振方向と逆方向に設定されている。
そして本実施例では、シード光Ｌ２としてのレーザ光の波長は１０６８～１０７５ｎｍの範囲で可変可能となっており、これにより上記非線形光学結晶４からは０．８～３ＴＨｚのテラヘルツ光ＴＨを発生させることが可能となっている。

上記非線形光学結晶４は四角柱状に形成されており、軸心が所定高さで水平に設けられており、当該非線形光学結晶４におけるポンプ光発振器２側の端面４Ａには、上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが交差して入射するようになっている。
上記非線形光学結晶４の端面４Ａに入射するポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θが位相整合条件を満たしている場合には、非線形光学結晶４においてテラヘルツ光ＴＨが発生するようになっている。
また上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置が非線形光学結晶４の端面４Ａに位置している場合には、テラヘルツ光ＴＨを高効率で発生させることが可能となっている。
そして本実施例では、テラヘルツ光発生装置１のメンテナンス時などの際に、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置を上記端面４Ａに位置させるため、上記非線形光学結晶４を上記ポンプ光Ｌ１の光軸方向に沿って移動させる結晶移動手段１４を備えている。

そして非線形光学結晶４における側面にはシリコンプリズム１１が一体に取り付けられており、当該シリコンプリズム１１を介してテラヘルツ光ＴＨが外方へ放射されるようになっている。
またシリコンプリズム１１より照射されるテラヘルツ光ＴＨの光路上には、一対の凸レンズ１２Ａ、１２Ｂが離隔されて配置され、また外方側の凸レンズ１２Ｂに隣接した位置には検査対象物Ｏの検査に用いる受光素子１３が配置されている。
このような構成により、検査対象物Ｏの検査作業時においては、一対の凸レンズ１２Ａ、１２Ｂの中間の位置に検査対象物Ｏをセットし、検査対象物Ｏを透過した後のテラヘルツ光ＴＨを上記受光素子１３に受光させることで、検査対象物Ｏの品質の良否を判定するようになっている。

上記導光手段５は、上記シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２を上記非線形光学結晶４に導光するものとなっており、ポンプ光Ｌ１の光軸に対してシード光発振器３側（図示上方）に設けた第１全反射ミラー２１と、ポンプ光Ｌ１の光軸に対して反対側（図示下方）に設けた第２全反射ミラー２２と、第１全反射ミラー２１と第２全反射ミラー２２との間に設けられた凸レンズ２３とから構成されている。
またシード光発振器３と第１全反射ミラー２１との間には、シード光Ｌ２の光路上にコリメータ２４が設けられており、シード光発振器３から発振された直後のシード光Ｌ２をコリメータ２４によって平行光線となるように調整するようになっている。
上記第１全反射ミラー２１はシード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２の光軸に対して４５°傾斜された状態で支持されており、これにより上記シード光Ｌ２を上記凸レンズ２３に向けて９０°の角度で反射させるようになっている。
また本実施例の第１全反射ミラー２１は、ミラー移動手段２５によってシード光発振器３から発振された直後のシード光Ｌ２の光軸方向に移動可能となっており、後述するようにテラヘルツ光ＴＨの波長を変更する際に用いられる。

上記第２全反射ミラー２２は、第１全反射ミラー２１によって反射された後のシード光Ｌ２の光軸に対して所定角度傾斜した状態に固定されている。より具体的には、図１の左右方向を０°とした場合において、それに対する第２全反射ミラー２２の傾斜角度は１～２°程度に設定されている。
これにより、第２全反射ミラー２２で反射したシード光Ｌ２は上記非線形光学結晶４の端面４Ａに対して傾斜した状態で入射することとなり、これにより上記端面４Ａにおいてポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが交差するようになっている。

上記凸レンズ２３は、上記シード光発振器３から発振されて上記第１全反射ミラー２１で反射したシード光Ｌ２を、上記第２全反射ミラー２２に向けて集光し、さらに非線形光学結晶４の端面４Ａの中心に斜めに入射させ、当該端面４Ａにおいてシード光Ｌ２がポンプ光Ｌ１と交差するようにする。
つまり、上記第１全反射ミラー２１をミラー移動手段２５によって移動させると、凸レンズ２３に対するシード光Ｌ２の入射位置が変更されるが、凸レンズ２３の焦点位置は、集光したシード光Ｌ２を第２全反射ミラー２２によって反射させた後、非線形光学結晶４の端面４Ａの中心に集光するように設定されている。
ここで、例えばテラヘルツ光発生装置１のメンテナンスを行った場合など、導光手段５によって導光したシード光Ｌ２が端面４Ａでポンプ光Ｌ１と交差しなかった場合には、上記非線形光学結晶４を上記結晶移動手段１４によって移動させ、交差位置が端面４Ａに位置するようにする。

本実施例のテラヘルツ光発生装置１では、検査対象物Ｏの種類に応じてテラヘルツ光ＴＨの波長を変更することが可能であるが、そのためにはテラヘルツ光ＴＨを発生させるための位相整合条件が変化することとなる。
そこで制御手段６は、シード光発振器３から発振されるシード光Ｌ２の波長を変更するとともに、上記導光手段５を制御することにより、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを上記位相整合条件を満たす所要の角度に変更する動作が必要となる。
具体的には、上記第１全反射ミラー２１をシード光発振器３から発振された直後のシード光Ｌ２の光路に沿って移動させることで、シード光Ｌ２を非線形光学結晶４の端面４Ａに入射させる入射角を変更し、これによりポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを変更するようになっている。
制御手段６には、発生させるテラヘルツ光ＴＨの波長ごとに、第１全反射ミラー２１の位置が登録されているため、使用するテラヘルツ光ＴＨを制御手段６に指示することにより、自動的に第１全反射ミラー２１を移動させて上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを変更することができる。
しかしながら、上記導光手段５のミラー移動手段２２に機械的な誤差などが存在する場合、第１全反射ミラー２１の位置がずれてシード光Ｌ２が所定の入射角とは違う角度で非線形光学結晶４に入射することとなる。
その結果、上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θが位相整合条件を満たさず、所要のテラヘルツ光ＴＨが得られないこととなるため、導光手段５によってシード光Ｌ２の導光経路を変更した後には、実際にポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが所要の交差角θで非線形光学結晶４の端面４Ａに入射しているか否かを確認する必要があり、誤差が認められた場合にはこれを修正する必要がある。

そこで本実施例のテラヘルツ光発生装置１は、導光手段５によって導光された後の上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを測定する交差角測定装置３１を備えており、測定の結果交差角θがずれていた場合にはこれを修正することが可能となっている。
上記交差角測定装置３１は導光手段５と非線形光学結晶４との間に設けられており、より具体的には上記ポンプ光発振器２によって照射されたポンプ光Ｌ１の光軸上であって、かつ導光手段５の第２全反射ミラー２２で反射した直後のシード光Ｌ２の光軸上に設けられている。
図２に示すように、交差角測定装置３１は、ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の光路上に設けられた２つの１／２波長板３２Ａ、３２Ｂと、１／２波長板３２Ａと１／２波長板３２Ｂとの間に設けられた偏光ビームスプリッタ３３と、偏光ビームスプリッタ３３によって取り出されたポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の光路上に設けられた交差位置規定部材としてのアイリスプレート３４と、アイリスプレート３４を移動させるアイリスプレート移動手段３５と、アイリスプレート３４に形成された通過部としての細孔３４ａを通過したポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２を受光する撮像手段としてのカメラ３６と、上記アイリスプレート３４とカメラ３６との部材間距離Ｄを測定する部材間距離測定手段３７とから構成されている。
また制御手段６には、上記カメラ３６が撮像した画像から上記ポンプ光Ｌ１の光軸とシード光Ｌ２の光軸との光軸間距離ｄを測定する光軸間距離測定手段３８と、上記光軸間距離ｄと上記部材間距離Ｄとから上記ポンプ光Ｌ１と上記シード光Ｌ２との交差角θを算出する算出手段３９とが設けられている。

上記１／２波長板３２Ａ、３２Ｂは、通過する光の偏光方向を調整する光学素子であって、従来公知のものとなっている。
２つの１／２波長板３２Ａ、３２Ｂのうち、ポンプ光発振器２および導光手段５側に位置する１／２波長板３２Ａは、透過させたポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２が上記偏光ビームスプリッタ３３で反射する割合を調整するものとなっている。
本実施例では例えば偏光ビームスプリッタ３３に到達したポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２のうち、５～１０％を上記カメラ３６側に反射させるような反射率に設定されている。
一方、非線形光学結晶４側に位置する１／２波長板３２Ｂは、偏光ビームスプリッタ３３で反射せずに透過したポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の偏光方向を、上記非線形光学結晶４に入射させるために元の偏光方向に戻すようになっている。

上記偏光ビームスプリッタ３３は、所定方向の偏光方向の光を反射させるとともに、それ以外の偏光方向の光を透過させる従来公知の光学素子であって、上流側の１／２波長板３２Ａによって偏光方向が調整されたポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２を上記カメラ３６（図示下方）に向けて反射させるものとなっている。
本実施例では、上記ポンプ光発振器２より照射されるポンプ光Ｌ１の光軸に対して４５°の角度で反射面が設けられており、このためポンプ光Ｌ１は偏光ビームスプリッタ３３によって９０°の角度で反射するようになっている。
一方シード光Ｌ２も偏光ビームスプリッタ３３によって反射した後、上記カメラ３６側においてポンプ光Ｌ１と交差するようになっている。
ここで、上記偏光ビームスプリッタ３３で反射したポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θと、偏光ビームスプリッタ３３を透過したポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θとは同じ角度となる。
また上記偏光ビームスプリッタ３３で反射したポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置と、偏光ビームスプリッタ３３を透過したポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置とは、ポンプ光発振器２およびシード光発振器３からの光路長が同じとなる。

上記アイリスプレート３４は例えば板厚０．２～０．３ｍｍの板状部材によって構成され、アイリスプレート３４は上記ポンプ光Ｌ１の光軸に対して直交するように設けられている。アイリスプレート３４のほぼ中央には通過部として上記細孔３４ａが穿設され、当該細孔３４ａはポンプ光Ｌ１の光軸の位置に合わせて設けられている。
そして、上記アイリスプレート移動手段３５は上記アイリスプレート３４を上記ポンプ光Ｌ１の光軸方向に移動させ、例えば駆動手段によって回転するボールねじを用いてアイリスプレート３４を移動させる機構を採用することができる。

次に、上記アイリスプレート３４の細孔３４ａは直径約０．５ｍｍの円形に穿設されており、これに対し上記偏光ビームスプリッタ３３で反射したポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２は、アイリスプレート３４に入射する際には断面形状が縦２～３ｍｍ、横５～６ｍｍ程度の楕円形となっている。
このため、アイリスプレート３４をポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に位置させ、ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２が細孔３４ａを通過しても、これらの光軸近傍の部分のみが通過し、その他の部分は遮られることとなる。
その結果、上記カメラ３６にはポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２が断面形状が細孔３４ａによって円形形状にケラれた状態で受光されるようになっている（図３参照）。
このように、本実施例のアイリスプレート３４では上記細孔３４ａによってポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２のエネルギーの高い部分だけを取り出すようになっており、具体的に上記細孔３４ａの直径を以下のように設定することができる。
まず、ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２がいわゆるガウシアンビームである場合、その光軸部分のビーム強度が高くなり、その外周に向けてビーム強度が減少していくこととなる。
第１の方法としては、レーザ光の光軸部分を中心として、ビーム強度がピーク値（光軸部分）に対して１／ｅ^２となる２点間を結び、その距離を細孔３４ａの直径とする方法が考えられる。
また第２の方法としては、レーザ光のビーム強度の分布がガウシアン分布の場合、その強度分布を示すガウス曲線の標準偏差に対し、４倍（Ｄ４σ）の距離を細孔３４ａの直径とする方法が考えられる。

上記カメラ３６は従来公知のものを使用することができ、撮影した画像は上記制御手段６に送信されると従来公知の方法を用いてグレースケール化され、制御手段６は各画素の輝度からポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の光軸の位置を認識するようになっている。
具体的には、上記ポンプ光Ｌ１は常にアイリスプレート３４の細孔３４ａを垂直に通過するため、カメラ３６の受光素子３６ａの同じ位置に垂直に入射するようになっている。
このため制御手段６は、上記ポンプ光Ｌ１については同じ位置で受光した光のうち、最も輝度の高い位置を、ビーム強度の高いポンプ光Ｌ１の光軸部分として認識する。
上述したように、上記ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２がアイリスプレート３４に到達するまでの光路長は、これらポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２が非線形光学結晶４の端面４Ａに到達するまでの光路長と同じであるため、シード光Ｌ２はアイリスプレート３４の細孔３４ａを上記端面４Ａへの入射角と同じ角度で通過することとなる。
そして細孔３４ａを通過したシード光Ｌ２は、カメラ３６の受光素子３６ａに対して斜めに入射し、また制御手段６は、上記シード光Ｌ２についても最も輝度の高い位置をシード光Ｌ２の光軸部分として認識する。

ここで、例えばテラヘルツ光発生装置１のメンテナンスを行ったことにより、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置がずれると、非線形光学結晶４を上記結晶移動手段１４によって移動させて端面４Ａの位置を修正するが、これに伴い、同じ光路長に位置するアイリスプレート３４も移動させる必要がある。
つまり、アイリスプレート３４がポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に位置していない場合には、上記細孔３４ａを通過できず、受光素子３６ａに受光されないこととなる。
すると、制御手段６は上記アイリスプレート移動手段３５によってアイリスプレート３４をポンプ光Ｌ１の光軸方向に例えば０．５ｍｍピッチで移動させる。
すると、シード光Ｌ２の一部が細孔３４ａを通過するようになるが、シード光Ｌ２の光軸部分が細孔３４ａを通過していない場合には、受光素子３６ａが受光した光の輝度が所定のしきい値に達しないため、制御手段６はシード光Ｌ２の光軸部分が細孔３４ａを通過していないものとして認識する。
そして、アイリスプレート３４がポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に位置すると、シード光Ｌ２の光軸部分が細孔３４ａを通過するようになり、受光素子３６ａでは受光した光の輝度が上記しきい値を超えることから、制御手段６はシード光Ｌ２の光軸部分を認識することができる。

このようにして制御手段６がポンプ光Ｌ１の光軸およびシード光Ｌ２の光軸を認識すると、上記光軸間距離測定手段３８がポンプ光Ｌ１の光軸の位置とシード光Ｌ２の光軸の位置との光軸間距離ｄを測定する。
上記部材間距離測定手段３７は従来公知のリニアスケールによって構成され、上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に位置しているアイリスプレート３４とカメラ３６の受光素子３６ａとの部材間距離Ｄを測定する。
そして上記算出手段３９は、光軸間距離測定手段３８が測定した光軸間距離ｄと、部材間距離測定手段３７が測定した部材間距離Ｄとから、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを算出する。
本実施例では、ポンプ光Ｌ１が受光素子３６ａに対して垂直に入射していることから、上記光軸間距離ｄと部材間距離Ｄとに基づいて容易に交差角θを算出することが可能となっている（θ=ａｔａｎ（ｄ／Ｄ））。
ここで算出したポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θは、本実施例では上記受光素子３６ａに対するシード光Ｌ２の入射角を意味し、これをさらに換言すると、非線形光学結晶４の端面４Ａに対するシード光Ｌ２の入射角を意味している。

以下、上記構成を有する交差角測定装置３１を用いて、テラヘルツ光発生装置１から所定の波長のテラヘルツ光ＴＨを発生させるための調整作業の手順について説明する。
まず制御手段６には、所定のテラヘルツ光ＴＨに対応するシード光Ｌ２の波長や、位相整合条件を満たすポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを形成するための導光手段５における第１全反射ミラー２１の位置が登録されている。
上記ポンプ光発振器２がポンプ光Ｌ１を照射し、シード光発振器３がシード光Ｌ２を照射すると、ポンプ光Ｌ１は非線形光学結晶４の端面４Ａに入射し、上記シード光Ｌ２は上記導光手段５に導光された後、所要の傾斜角で上記端面４Ａに入射する。
この時、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが所定の位相整合条件を満たした交差角θで非線形光学結晶４の端面４Ａに入射すれば、非線形光学結晶４から所要のテラヘルツ光ＴＨが発生することとなる。
しかしながら、機械的な誤差等によって上記導光手段５の第１全反射ミラー２１の位置が微妙にずれている場合など、シード光Ｌ２が所定の入射角で非線形光学結晶４の端面４Ａに入射しない場合、位相整合条件が満たされないことから、所要のテラヘルツ光ＴＨが得られないこととなる。

そこで本実施例では、上記ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とを導光手段５と非線形光学結晶４との間に設けられた交差角測定装置３１に入射させ、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを測定し、必要に応じて誤差を修正するようになっている。
まず、上記ポンプ光発振器２より照射されたポンプ光Ｌ１と、上記シード光発振器３より照射されて上記導光手段５によって導光されたシード光Ｌ２とは、交差角測定装置３１の１／２波長板３２Ａを通過する。
これにより、ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の偏光方向が変換され、一部のポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２が上記偏光ビームスプリッタ３３によって反射し、その他は下流側の１／２波長板３２Ｂを通過した後、非線形光学結晶４に入射する。

上記偏光ビームスプリッタ３３で反射したポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２は、その後上記アイリスプレート３４に入射し、このときアイリスプレート３４をポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に合わせて位置させておく。
これにより、ポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２の光軸部分がアイリスプレート３４の細孔３４ａを通過して、カメラ３６にポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが受光されることとなる。
すると、制御手段６の光軸間距離測定手段３８がポンプ光Ｌ１の光軸とシード光Ｌ２の光軸との光軸間距離ｄを測定し、一方部材間距離測定手段３７がアイリスプレート３４とカメラ３６の受光素子３６ａとの部材間距離Ｄを測定する。
このようにして光軸間距離ｄおよび部材間距離Ｄが測定されると、上記算出手段３９がこれらの測定結果からポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを算出する。

このようにして算出手段３９がポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを算出すると、制御手段６は算出された交差角θがテラヘルツ光ＴＨを照射するために必要な位相整合条件を満たしているか否かを判定する。
交差角θが位相整合条件を満たさない場合、制御手段６は上記導光手段５の上記ミラー移動手段２２によって第１全反射ミラー２１を移動させ、シード光Ｌ２の光路を補正することにより、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを修正し、上記交差角θが上記位相整合条件を満たすまで上述した作業を繰り返す。

このように、本実施例のテラヘルツ光発生装置１によれば、上記交差角測定装置３１を用いることで、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを容易に測定することができ、そのうえ上記交差角θを位相整合条件に容易に一致させることが可能となっている。
これに対し従来のテラヘルツ光発生装置１では、交差角測定装置３１を備えていないため、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを所要の位相整合角に一致させる作業が煩雑となっていた。
具体的に図１の構成を用いて説明すると、従来はポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを測定するために、光路上から非線形光学結晶４を取り外し、その光路上にカメラを設置する。
続いて、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差位置に対する上記カメラの位置を測定しながら、当該カメラに撮影されるポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との光軸間距離ｄを複数回測定し、この交差位置からカメラまでの距離と、各計測位置における光軸間距離ｄとから、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θを算出していた。
しかしながら、この方法では非線形光学結晶４の取り外しと装着の作業が必要となり、作業が非常に煩雑であるばかりか、またその作業中に非線形光学結晶４の位置がずれる場合があった。
本実施例では、非線形光学結晶４を取り外す必要がないことから、作業が煩雑とはならず、また作業にともなう機械的なずれも生じないため、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との交差角θの測定を容易に行うことができ、また交差角θを修正する際のずれも生じないようにすることができる。

なお、上記実施例においては、ポンプ光Ｌ１と発振直後のシード光Ｌ２が相互に平行となるようにポンプ光発振器２とシード光発振器３とを配置しているが、シード光Ｌ２を第１全反射ミラー２１に入射させる角度を適宜変更してもよい。この場合、第１全反射ミラー２１、第２全反射ミラー２２を支持する角度を調整して、位相整合条件を満たすように調整すればよい。
また上記実施例では、導光手段５はシード光Ｌ２を導光するようになっているが、ポンプ光Ｌ１を導光してもよく、またポンプ光Ｌ１およびシード光Ｌ２を導光する構成としてもよい。例えば、上記特許文献１における図２に示される構成にも適用することが可能である。
さらに、上記第１全反射ミラー２１は、必ずしもシード光発振器３から発振された直後のシード光Ｌ２の光軸（光路）に完全に沿って移動させる必要はない。
つまり、シード光Ｌ２に対する第１全反射ミラー２１の反射角が同じであれば、シード光Ｌ２の光軸（光路）に対して傾斜する経路を第１全反射ミラー２１が移動するようにしても良い。この場合には、傾斜する経路を第１全反射ミラー２１が移動する際に、シード光Ｌ２が入射する位置がずれることになる。
また上記アイリスプレート３４については、制御手段６によって制御されるアイリスプレート移動手段３５を用いて移動させているが、手動によりアイリスプレート３４を移動させる移動手段を用いてもよい。

１テラヘルツ光発生装置２ポンプ光発振器
３シード光発振器４非線形光学結晶
５導光手段６制御手段
２１第１全反射ミラー２２第２全反射ミラー
２３凸レンズ２５ミラー移動手段
３１交差角θ測定装置
３３偏光ビームスプリッタ（取り出し手段）
３４アイリスプレート（交差位置規定部材）
３４ａ細孔（通過部）３５アイリスプレート移動手段
３６カメラ（撮像手段）３７部材間距離測定手段
３８光軸間距離測定手段３９算出手段
Ｌ１ポンプ光Ｌ２シード光
ＴＨテラヘルツ光

Claims

ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光と上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光と上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記導光手段と上記非線形光学結晶との間に設けられ、上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出すとともに残りを上記非線形光学結晶に照射させる取り出し手段と、上記取り出し手段より取り出した上記ポンプ光と上記シード光との交差位置に設けられ、当該ポンプ光と当該シード光とを通過させる通過部が形成された交差位置規定部材と、上記通過部を通過した上記ポンプ光および上記シード光を受光する撮像手段と、上記撮像手段が受光した画像に基づいて上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離を測定する光軸間距離測定手段と、上記光軸間距離と上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出する算出手段とを備えることを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
上記導光手段は、上記算出手段による上記ポンプ光と上記シード光との交差角の算出結果に基づいて、上記ポンプ光と上記シード光との上記交差角が上記位相整合条件を満たすよう、上記ポンプ光または上記シード光の導光経路を変更することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ光発生装置。
上記交差位置規定部材を上記ポンプ光もしくは上記シード光のうちいずれか一方の光軸に沿って移動させる移動手段を備え、
上記撮像手段が受光した上記ポンプ光および上記シード光の画像に基づいて、上記交差位置規定部材が上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置に位置しているか否かを判定する判定手段を備え、
上記判定手段によって上記交差位置規定部材が上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置に位置していないと判定した場合、上記移動手段によって上記交差位置規定部材を上記ポンプ光と上記シード光との上記交差位置まで移動させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のテラヘルツ光発生装置。
ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記ポンプ光と上記シード光とが所要の位相整合条件を満たす交差角で入射するとテラヘルツ光を発生させる非線形光学結晶と、上記ポンプ光と上記シード光とが上記所要の位相整合条件を満たす交差角で上記非線形光学結晶に入射するよう、上記ポンプ光または上記シード光のうち少なくともいずれか一方を導光する導光手段とを備えたテラヘルツ光発生装置に対し、
上記非線形光学結晶に入射する前の上記ポンプ光および上記シード光の一部を取り出し、
取り出した上記ポンプ光と上記シード光とが交差する交差位置に、上記ポンプ光および上記シード光とが通過可能な通過部を有する交差位置規定部材を配置し、
上記交差位置規定部材の通過部を通過した上記ポンプ光と上記シード光とを撮像手段によって受光し、
撮像手段が撮像した画像から認識した上記ポンプ光と上記シード光との光軸間距離と、上記撮像手段から上記交差位置規定部材までの部材間距離とから、上記ポンプ光と上記シード光との交差角を算出することを特徴とするテラヘルツ光発生方法。