JP2000235203A - Terahertz wave generating device - Google Patents

Terahertz wave generating device

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JP2000235203A
JP2000235203A JP11037417A JP3741799A JP2000235203A JP 2000235203 A JP2000235203 A JP 2000235203A JP 11037417 A JP11037417 A JP 11037417A JP 3741799 A JP3741799 A JP 3741799A JP 2000235203 A JP2000235203 A JP 2000235203A
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resonator
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to output a high intensity terahertz wave. SOLUTION: A two-wavelength oscillation laser 2 used for supplying an excitation beam for generating terahertz waves from an optical switch element 1 is constituted of an exciting laser 3, a main resonator 4 and a two-wavelength setting means 5 having a first sub-resonator 6 and a second sub-resonator 7, and two-wavelength oscillation is realized using the prisms 61, 71 of the sub- resonators 6, 7 and total reflection mirrors 62, 72 and selecting respectively different wavelength components. By such a constitution, the two-wavelength oscillation is made to be efficient, and the output of the generated terahertz waves is made be large in intensity. Further, the control and the setting change of the frequency, etc., of the terahertz waves are realized easily by adjusting/ controlling each of the sub-resonators 6, 7 also.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数1THz
(テラヘルツ)周辺の電磁波であるテラヘルツ波発生装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
(Terahertz) The present invention relates to a terahertz wave generator which is an electromagnetic wave in the vicinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】周波数1THz(テラヘルツ)周辺の電
磁波領域(テラヘルツ波領域、例えばおよそ100GH
z〜10THz、あるいはさらにその周辺領域を含んだ
広い周波数領域を指す)は、光波と電波の境界に位置す
る周波数領域であり、テラヘルツ波は、例えば赤外の分
光やイメージングへの応用等に有効である。このような
周波数領域は光源や検出器などの開発が比較的遅れてお
り、技術面でも応用面でも未開拓の部分が多い。特に、
産業上の応用という点から言えば、小型かつ簡便な光源
であるテラヘルツ波発生装置が不可欠であるが、近年、
光スイッチ素子を用いたそのような光源の開発が進めら
れつつある。電気回路の発振器による方法ではテラヘル
ツ波領域の電磁波発生は難しいが、パルス状の光を用い
て電流を変調することによって、この領域の電磁波発生
の光源を実現することができる(文献として、例えば、
「レーザー研究26巻7号 pp.515−521 (1998)」があ
る)。
2. Description of the Related Art An electromagnetic wave region around a frequency of 1 THz (terahertz) (terahertz wave region, for example, about 100 GHz)
z to 10 THz, or a wide frequency region including the peripheral region thereof) is a frequency region located at the boundary between light waves and radio waves, and a terahertz wave is effective for application to infrared spectroscopy and imaging, for example. It is. In such a frequency range, the development of light sources and detectors is relatively delayed, and there are many unexplored parts in terms of technology and application. In particular,
In terms of industrial applications, a terahertz wave generator, which is a small and simple light source, is indispensable.
Development of such a light source using an optical switch element is being advanced. Although it is difficult to generate electromagnetic waves in the terahertz wave region by a method using an oscillator in an electric circuit, a light source for generating electromagnetic waves in this region can be realized by modulating current using pulsed light (for example, as a document,
“Laser Research Vol. 26, No. 7, pp. 515-521 (1998)”).

【0003】図5に、テラヘルツ波発生に従来用いられ
ている光スイッチ素子1の一例の構成図を示す。この光
スイッチ素子1では、GaAsなど高速応答する半導体の基
板15と低温成長GaAsなどの光伝導薄膜16上に伝送線
路12a及び12bからなる平行伝送線路12が形成さ
れ、その中央部分に微小ダイポールアンテナからなる単
一の光スイッチ10が設けられている。光スイッチ10
の中央には、例えば数μm程度の微小なギャップ11が
あり、ギャップ11には直流電源17によって適当な電
圧が印加される。
FIG. 5 shows an example of the configuration of an optical switch element 1 conventionally used for generating terahertz waves. In this optical switch element 1, a parallel transmission line 12 composed of transmission lines 12a and 12b is formed on a substrate 15 of a semiconductor which responds at a high speed such as GaAs and a photoconductive thin film 16 such as a low-temperature grown GaAs. A single optical switch 10 is provided. Optical switch 10
A small gap 11 of, for example, about several μm is provided at the center of the gap, and an appropriate voltage is applied to the gap 11 by a DC power supply 17.

【0004】このギャップ11間に半導体のバンドギャ
ップよりも高いエネルギーのレーザ光を例えば光パルス
として入射すると、半導体中に自由キャリアが生成され
てパルス状の電流が流れ、このパルス状の電流によって
パルス状にテラヘルツ波が発生される。また、2波長の
レーザ光を光スイッチ10に入射し、その差周波を利用
することによって連続テラヘルツ波を発生することがで
きる。
When a laser beam having an energy higher than the band gap of the semiconductor is injected into the gap 11 as, for example, an optical pulse, free carriers are generated in the semiconductor and a pulse-like current flows. A terahertz wave is generated in the shape. Further, continuous terahertz waves can be generated by injecting laser light of two wavelengths into the optical switch 10 and utilizing the difference frequency.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記したような連続テ
ラヘルツ波の発生装置としては、例えば「Appl. Phys.L
ett. 70 (5), pp.559−561 (1997)」に開示されている
ものがある(図6)。この装置においては、2波長のレ
ーザ光の光源としてそれぞれ異なる波長成分のレーザ光
を供給する2台の半導体レーザ9a、9bを用いてい
る。半導体レーザ9a、9bからのレーザ光は、それぞ
れレンズ91及びアイソレータ92を含む光学系を介し
て光ファイバ93a、93bに入射され結合器94で合
成されて、光ファイバ95a、及びチョッパ96等を含
む光学系を介して光スイッチ素子1に入射される。
As an apparatus for generating a continuous terahertz wave as described above, for example, "Appl. Phys.L
ett. 70 (5), pp. 559-561 (1997) "(FIG. 6). In this apparatus, two semiconductor lasers 9a and 9b for supplying laser light of different wavelength components are used as light sources of laser light of two wavelengths. Laser beams from the semiconductor lasers 9a and 9b are incident on optical fibers 93a and 93b via optical systems including a lens 91 and an isolator 92, are combined by a coupler 94, and include an optical fiber 95a and a chopper 96 and the like. The light enters the optical switch element 1 via the optical system.

【0006】ここで、光スイッチ素子1の光スイッチは
光混合器として機能する。このとき、光スイッチはレー
ザ光の2波長成分の差周波数に対して応答し、差周波数
による電磁波として連続テラヘルツ波が発生される。な
お、図6に示した装置においては、光スイッチ素子1で
発生したテラヘルツ波は出射レンズ1aを介して出力さ
れ、2つの放物面鏡1cによってボロメータ1dに入射
されて検出・測定される。また、結合器94からの光は
光ファイバ95bを介してスペクトルアナライザー97
にも入射されて、その波長分布等が測定されている。
Here, the optical switch of the optical switch element 1 functions as an optical mixer. At this time, the optical switch responds to the difference frequency between the two wavelength components of the laser light, and a continuous terahertz wave is generated as an electromagnetic wave based on the difference frequency. In the apparatus shown in FIG. 6, the terahertz wave generated by the optical switch element 1 is output through the exit lens 1a, is incident on the bolometer 1d by two parabolic mirrors 1c, and is detected and measured. The light from the coupler 94 is transmitted to the spectrum analyzer 97 via the optical fiber 95b.
And its wavelength distribution and the like are measured.

【0007】テラヘルツ波発生装置を分光用等の光源と
して応用する場合、分光測定のSN比及び測定精度を向
上するためには、得られるテラヘルツ波の出力強度を大
きくすることが必要である。ここで、上記した装置にお
いて励起光源として用いられている半導体レーザは、温
度や駆動電流で発振波長を可変できるなどの利点がある
が、得られるテラヘルツ波の出力を大きくすることがで
きない。例えば、上記した装置においては、半導体レー
ザ9a、9bの波長可変範囲は810〜830nm、最
大合計パワーは50mWであって、このとき得られるテ
ラヘルツ波は、その周波数については約9THzを上限
とし、また、最大出力強度は約10nWである。
When the terahertz wave generator is applied as a light source for spectroscopy or the like, it is necessary to increase the output intensity of the obtained terahertz wave in order to improve the SN ratio and the measurement accuracy of the spectroscopic measurement. Here, the semiconductor laser used as an excitation light source in the above-described device has an advantage that the oscillation wavelength can be varied by temperature or driving current, but cannot increase the output of the obtained terahertz wave. For example, in the above-described apparatus, the wavelength variable range of the semiconductor lasers 9a and 9b is 810 to 830 nm, the maximum total power is 50 mW, and the obtained terahertz wave has an upper limit of about 9 THz for its frequency, , The maximum output intensity is about 10 nW.

【0008】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、大強度のテラヘルツ波を出力することが可
能なテラヘルツ波発生装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a terahertz wave generator capable of outputting a high-intensity terahertz wave.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明によるテラヘルツ波発生装置は、励起
光源と、少なくとも1つの光スイッチを有する光スイッ
チ素子とを備え、励起光源からの励起光が光スイッチ素
子に入射されることによってテラヘルツ波を発生するテ
ラヘルツ波発生装置であって、励起光源は、レーザ媒質
励起手段と、主共振器と、2波長設定手段とを含み、異
なる2つの波長成分を有するレーザ光を励起光として供
給する2波長発振レーザを備えて構成され、主共振器
は、レーザ媒質励起手段により励起されるレーザ媒質
と、少なくとも2つの共振器鏡と、2波長設定手段への
光の入出力を行う光入出力手段とを有し、2波長設定手
段は、第1の波長成分の光を選択的に主共振器へ戻す第
1の副共振器と、第1の波長成分とは異なる第2の波長
成分の光を選択的に主共振器へ戻す第2の副共振器と、
光入出力手段と第1の副共振器及び第2の副共振器との
間に設置される光分岐器とを有するとともに、第1の副
共振器及び第2の副共振器は、光入出力手段からの光の
うち、それぞれ第1の波長成分及び第2の波長成分を選
択する波長選択手段と、波長選択された光を光入出力手
段を介して主共振器へ戻すための光フィードバック手段
とを有し、レーザ媒質励起手段、主共振器、または2波
長設定手段のいずれかに、励起光となるレーザ光を2波
長発振レーザから出力する光出力手段が設けられている
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a terahertz wave generator according to the present invention comprises an excitation light source and an optical switch element having at least one optical switch. A terahertz wave generation device that generates a terahertz wave by making excitation light incident on an optical switch element, wherein the excitation light source includes a laser medium excitation unit, a main resonator, and a two-wavelength setting unit. A two-wavelength oscillation laser for supplying laser light having two wavelength components as excitation light, the main resonator comprising: a laser medium excited by laser medium excitation means; at least two resonator mirrors; Light input / output means for inputting / outputting light to / from the setting means, the two-wavelength setting means comprising: a first sub-resonator for selectively returning light of the first wavelength component to the main resonator; 1 A second sub-resonator returns light of a different second wavelength component selectively to the main resonator to the wavelength components,
An optical branching device is provided between the optical input / output means and the first sub-resonator and the second sub-resonator. Wavelength selecting means for selecting a first wavelength component and a second wavelength component of the light from the output means, and optical feedback for returning the wavelength-selected light to the main resonator via the optical input / output means. And a laser output means for outputting a laser beam serving as excitation light from a two-wavelength oscillation laser to any one of the laser medium pumping means, the main resonator, and the two-wavelength setting means. And

【0010】上記した装置では、2波長成分の光を光ス
イッチに入射し、その差周波から連続テラヘルツ波を発
生させるテラヘルツ波発生装置において、励起光として
用いられる2波長成分の光を2波長発振レーザによって
供給している。この2波長発振レーザは、固体レーザ媒
質などのレーザ媒質を有する主共振器に、2つの副共振
器を併設して構成されており、2波長設定手段における
これら2つの副共振器は、主共振器からの光のうちそれ
ぞれ異なる波長成分を選択して主共振器内に戻す。これ
によって、テラヘルツ波の発生に利用可能な2波長成分
のレーザ光を効率的に生成・供給することができ、した
がって、大出力強度のテラヘルツ波を得ることが可能と
なる。
In the above-described device, in a terahertz wave generating device in which light of two wavelength components is incident on an optical switch and a continuous terahertz wave is generated from the difference frequency, light of two wavelength components used as excitation light is oscillated by two wavelengths. Powered by laser. This two-wavelength oscillation laser is configured by adding two sub-resonators to a main resonator having a laser medium such as a solid-state laser medium. The different wavelength components of the light from the device are selected and returned into the main resonator. This makes it possible to efficiently generate and supply laser light of two wavelength components that can be used for generation of a terahertz wave, and thus to obtain a terahertz wave having a large output intensity.

【0011】ここで、2波長発振レーザのレーザ媒質
は、チタンサファイアであることが好ましい。これによ
って、得られるテラヘルツ波の出力強度を特に高めるこ
とができる。また、例えば上述した半導体レーザを用い
た従来装置では、半導体レーザの波長可変範囲(ゲイン
バンド幅)が狭いため、その差周波数によって得られる
テラヘルツ波の周波数の選択範囲が狭くなってしまう。
これに対して、波長可変範囲の広いチタンサファイアレ
ーザを用いることによって、広い周波数範囲でテラヘル
ツ波の周波数を設定することが可能となる。
Here, the laser medium of the two-wavelength oscillation laser is preferably titanium sapphire. Thereby, the output intensity of the obtained terahertz wave can be particularly increased. Further, for example, in a conventional device using the above-described semiconductor laser, the wavelength variable range (gain bandwidth) of the semiconductor laser is narrow, so that the selection range of the frequency of the terahertz wave obtained by the difference frequency becomes narrow.
On the other hand, by using a titanium sapphire laser having a wide wavelength variable range, it is possible to set the frequency of the terahertz wave in a wide frequency range.

【0012】また、第1の副共振器及び第2の副共振器
の波長選択手段の少なくとも一方は、その選択波長が可
変であるように構成された可変波長選択手段であること
を特徴としても良い。
Further, at least one of the wavelength selecting means of the first sub-resonator and the second sub-resonator is a variable wavelength selecting means configured so that the selected wavelength is variable. good.

【0013】さらに、第1の副共振器及び第2の副共振
器の少なくとも一方は、主共振器へ戻す波長選択された
光の光量を調整するための光量調整手段を有することを
特徴としても良い。
Further, at least one of the first sub-resonator and the second sub-resonator has a light amount adjusting means for adjusting the light amount of the wavelength-selected light to be returned to the main resonator. good.

【0014】このように、2波長成分の光について、そ
の一方または両方の対応する副共振器に選択波長または
光量を可変とする手段を設置することによって、2波長
成分の差周波数・光量比等を可変として、得られるテラ
ヘルツ波の周波数や、その発生効率等を変更することが
できる構成とすることができる。
As described above, by installing means for changing the selected wavelength or the light amount in one or both of the corresponding sub-resonators for the light of the two wavelength components, the difference frequency / light amount ratio of the two wavelength components, etc. Can be varied to change the frequency of the obtained terahertz wave, its generation efficiency, and the like.

【0015】また、2波長発振レーザは、レーザ光の波
長・強度分布を測定するレーザ光測定手段と、レーザ光
測定手段による測定結果に基づいて得られるテラヘルツ
波のモニターまたは装置各部の制御を行う制御手段とを
有することを特徴とする。
The two-wavelength oscillation laser performs a laser beam measuring means for measuring the wavelength and intensity distribution of the laser beam, and monitors a terahertz wave obtained based on the measurement result by the laser beam measuring device or controls each unit of the apparatus. And control means.

【0016】周波数分布等の測定が困難なテラヘルツ波
に対して、テラヘルツ波を直接測定するのではなく励起
光であるレーザ光の2波長成分を測定し、その差周波数
を制御手段によって求めることによってテラヘルツ波の
波長等をモニターすることができる。また、その測定結
果に基づいて装置各部を制御することも可能となる。
For a terahertz wave for which it is difficult to measure a frequency distribution or the like, two wavelength components of laser light as excitation light are measured instead of directly measuring the terahertz wave, and the difference frequency is obtained by control means. It is possible to monitor the wavelength of the terahertz wave and the like. In addition, it becomes possible to control each unit of the device based on the measurement result.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるテ
ラヘルツ波発生装置の好適な実施形態について詳細に説
明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一
符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸
法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a terahertz wave generator according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.

【0018】図1は、本発明に係るテラヘルツ波発生装
置の第1の実施形態を示す構成図である。このテラヘル
ツ波発生装置においては、光スイッチ(図示していな
い)が形成されている光スイッチ素子1に入射される励
起光を出力する励起光源として2波長発振レーザ2が用
いられている。2波長発振レーザ2から出力された2つ
の異なる波長成分を有するレーザ光は、集光レンズ1b
を介して励起光として光スイッチ素子1に入射される。
光スイッチ素子1の微小ダイポールアンテナからなる光
スイッチには微小なギャップ(例えば5μm)が形成さ
れており、このギャップにはバイアス電源17によって
所定の電圧が印加されている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a terahertz wave generator according to the present invention. In this terahertz wave generation device, a two-wavelength oscillation laser 2 is used as an excitation light source that outputs excitation light incident on an optical switch element 1 in which an optical switch (not shown) is formed. The laser light having two different wavelength components output from the two-wavelength oscillation laser 2 is collected by the condenser lens 1b.
Through the optical switch element 1 as excitation light.
A small gap (for example, 5 μm) is formed in the optical switch composed of the small dipole antenna of the optical switch element 1, and a predetermined voltage is applied to this gap by the bias power supply 17.

【0019】このとき、光スイッチ素子1の光スイッチ
は光混合器として機能するが、この2波長成分を有する
レーザ光に対する光スイッチの応答は、2波長成分の和
周波数には追従できず、その差周波数に応答し差周波数
による電磁波が放射される。この差周波数は例えば0〜
数THz程度に相当し、これによって連続テラヘルツ波
が得られる。なお、励起される光電流は励起光である2
波長発振レーザ2からのレーザ光強度に比例し、したが
って、入射電界の2乗に比例する。
At this time, the optical switch of the optical switch element 1 functions as an optical mixer, but the response of the optical switch to the laser light having the two wavelength components cannot follow the sum frequency of the two wavelength components. An electromagnetic wave is emitted in response to the difference frequency in response to the difference frequency. This difference frequency is, for example, 0 to
This corresponds to about several THz, whereby a continuous terahertz wave can be obtained. The excited photocurrent is excitation light 2
It is proportional to the intensity of the laser beam from the wavelength oscillating laser 2, and is therefore proportional to the square of the incident electric field.

【0020】発生された連続テラヘルツ波は、出射レン
ズ1aを介して外部の測定系等に向けて出射される。な
お、光スイッチ素子1については、単一の光スイッチを
有する構成のみでなく、例えば複数の光スイッチからな
る1次元または2次元の光スイッチアレイを有する構成
など、様々な光スイッチ素子を用いることができる。こ
のとき、励起光の光スイッチ素子への入射光学系につい
ては、図1に示した単一の集光レンズ1bに限られず、
各光スイッチに対応させるなどして様々な構成による光
学系を用いることができる。また、例えば光ファイバを
入射光学系に用いても良い。
The generated continuous terahertz wave is emitted toward an external measurement system or the like via the emission lens 1a. In addition, as the optical switch element 1, not only a configuration having a single optical switch but also various optical switch elements such as a configuration having a one-dimensional or two-dimensional optical switch array including a plurality of optical switches can be used. Can be. At this time, the optical system for inputting the excitation light to the optical switch element is not limited to the single condenser lens 1b shown in FIG.
Optical systems having various configurations can be used, for example, corresponding to each optical switch. Further, for example, an optical fiber may be used for the incident optical system.

【0021】本実施形態によるテラヘルツ波発生装置に
用いられる2波長発振レーザ2は、レーザ媒質励起手段
である励起用レーザ3と、レーザ光を発生させる主共振
器4と、第1副共振器6及び第2副共振器7を有する2
波長設定手段5と、を有して構成されている。
The two-wavelength oscillation laser 2 used in the terahertz wave generator according to the present embodiment includes an excitation laser 3 as a laser medium excitation means, a main resonator 4 for generating laser light, and a first sub-resonator 6. And the second sub-resonator 7
And a wavelength setting means 5.

【0022】レーザ媒質励起手段としては、ここでは励
起用レーザ3が用いられる。なお、レーザ媒質励起手段
としては例えば電流、放電、Arレーザなどの気体レー
ザ光、半導体レーザ、フラッシュランプ光、色素レーザ
等を用いることができる。励起用レーザ3から出力され
た励起用レーザ光は、主共振器4へと入力される。
As the laser medium exciting means, an exciting laser 3 is used here. As the laser medium exciting means, for example, current, discharge, gas laser light such as Ar laser, semiconductor laser, flash lamp light, dye laser, or the like can be used. The excitation laser light output from the excitation laser 3 is input to the main resonator 4.

【0023】主共振器4は、レーザ媒質40、2つの共
振器鏡41、42、及び凹面反射鏡からなる反射鏡4
3、44を有して構成されている。反射鏡43として
は、励起用レーザ光に相当する波長成分の光を高率で透
過するとともに、主共振器4内において形成されるレー
ザ光に相当する波長成分の光を高率で反射するものが用
いられる。反射鏡44についても、同様に主共振器4内
において形成されるレーザ光に相当する波長成分の光を
高率で反射するものが用いられている。このような構成
によって、励起用レーザ3からの励起用レーザ光が効率
的にレーザ媒質40へと入射されて、レーザ媒質40の
励起が行われる。
The main resonator 4 includes a laser medium 40, two resonator mirrors 41 and 42, and a reflecting mirror 4 comprising a concave reflecting mirror.
3 and 44. The reflecting mirror 43 transmits the light of the wavelength component corresponding to the excitation laser light at a high rate and reflects the light of the wavelength component corresponding to the laser light formed in the main resonator 4 at a high rate. Is used. As the reflecting mirror 44, a mirror that reflects light of a wavelength component corresponding to the laser light formed in the main resonator 4 at a high rate is used. With such a configuration, the excitation laser light from the excitation laser 3 is efficiently incident on the laser medium 40, and the laser medium 40 is excited.

【0024】ここで、レーザ媒質40としては例えばチ
タンサファイアを用いることが好ましい。代表的な固体
レーザの1つであるチタンサファイアレーザは、波長帯
域が680〜1100nm程度と最も広く、波長可変レ
ーザやフェムト秒レーザとして広く利用されている。な
お、使用する波長帯域等の条件によって、様々な媒質を
レーザ媒質40として用いることが可能である。例え
ば、Ti3+ドープ結晶であるチタンサファイア以外の固
体レーザ媒質としては、クロムフォルステライトやC
r:YAGなどのCr4+ドープ結晶、アレキサンドライ
トやエメラルドなどのCr3+ドープ結晶、またV2+ドー
プ結晶などがある。
Here, for example, titanium sapphire is preferably used as the laser medium 40. Titanium sapphire laser, which is one of the typical solid-state lasers, has the widest wavelength band of about 680 to 1100 nm, and is widely used as a tunable laser and a femtosecond laser. Note that various media can be used as the laser medium 40 depending on conditions such as a wavelength band to be used. For example, solid laser media other than titanium sapphire, which is a Ti 3+ doped crystal, include chromium forsterite and C
r: Cr 4+ doped crystal such as YAG, Cr 3+ doped crystal such as alexandrite and emerald, and V 2+ doped crystal.

【0025】共振器鏡41は、励起されたレーザ媒質4
0からの誘導放出光によって形成されるレーザ光の大部
分を反射(例えば99.2%)してレーザ光を閉じ込め
る。また、この共振器鏡41は、そのレーザ光の一部を
所定の割合で透過させて2波長設定手段5へと出力し、
また2波長設定手段5によって波長選択された光を主共
振器4へと入力させる光入出力手段としても機能する。
The resonator mirror 41 includes the excited laser medium 4.
Most of the laser light formed by the stimulated emission light from 0 is reflected (for example, 99.2%) to confine the laser light. The resonator mirror 41 transmits a part of the laser light at a predetermined ratio and outputs the laser light to the two-wavelength setting means 5.
It also functions as an optical input / output unit for inputting the light whose wavelength has been selected by the two-wavelength setting unit 5 to the main resonator 4.

【0026】一方、共振器鏡42は、共振器鏡41と同
様にレーザ光の大部分を反射(例えば99.2%)して
レーザ光を閉じ込めるとともに、そのレーザ光の一部を
所定の割合で透過させて2波長発振レーザ2の外部、本
装置においては光スイッチ素子1の方向、へと出力させ
る光出力手段としても機能している。なお、この主共振
器4は、2波長設定手段5を設置しない場合においても
レーザ発振する構成とされている。
On the other hand, the resonator mirror 42 reflects most of the laser light (for example, 99.2%) to confine the laser light as in the case of the resonator mirror 41, and also a part of the laser light to a predetermined ratio. The device also functions as an optical output means for transmitting the light to the outside of the two-wavelength oscillation laser 2, in this device, in the direction of the optical switch element 1. The main resonator 4 is configured to oscillate laser even when the two-wavelength setting means 5 is not provided.

【0027】光入出力手段として機能する共振器鏡41
を介して2波長設定手段5へと入射された光は、ハーフ
ミラーまたはビームスプリッター等からなる光分岐器5
1によって分岐されて、それぞれ対称に構成された第1
副共振器6及び第2副共振器7へと入射される。
Resonator mirror 41 functioning as light input / output means
Incident on the two-wavelength setting means 5 via the optical splitter 5 is a light splitter 5 such as a half mirror or a beam splitter.
1 and each symmetrically configured first
The light is incident on the sub-resonator 6 and the second sub-resonator 7.

【0028】第1副共振器6は、入射した光のうち第1
の波長成分(波長λ1とする)を選択して主共振器4へ
と戻すものであって、プリズム61、及び光フィードバ
ック手段である全反射鏡62を有して構成されている。
また、第2副共振器7は、入射した光のうち第1の波長
成分と異なる第2の波長成分(波長λ2とする)を選択
して主共振器4へと戻すものであって、プリズム71、
及び光フィードバック手段である全反射鏡72を有して
構成されている。なお、それぞれの選択波長λ 1、λ
2は、プリズム61、71、及び全反射鏡62、72の
構成・配置によって決定されるので、第1副共振器6に
おいてはプリズム61及び全反射鏡62、第2副共振器
7においてはプリズム71及び全反射鏡72がそれぞれ
の波長選択手段となる。
The first sub-resonator 6 is the first sub-resonator
Wavelength component (wavelength λ1To the main resonator 4
And the prism 61 and the optical feed
It has a total reflection mirror 62 which is a locking means.
The second sub-resonator 7 has a first wavelength of the incident light.
A second wavelength component (wavelength λTwoSelect)
To return to the main resonator 4, the prism 71,
And a total reflection mirror 72 as an optical feedback means.
It is configured. Note that each selected wavelength λ 1, Λ
TwoOf the prisms 61 and 71 and the total reflection mirrors 62 and 72
Since it is determined by the configuration and arrangement, the first sub-resonator 6
The prism 61, the total reflection mirror 62, the second sub-resonator
7, a prism 71 and a total reflection mirror 72 are respectively provided.
Wavelength selection means.

【0029】本実施形態においては、第1副共振器6の
プリズム61及び全反射鏡62は固定されており、した
がって、選択波長λ1は固定される。これに対して、第
2副共振器7では全反射鏡72が図中に矢印で示した方
向に回転ステージ等によって回転可能なように構成され
ている。このとき、全反射鏡72の角度によって主共振
器4へと戻るレーザ光成分の波長が変化するので、した
がって選択波長λ2は可変とされている。
In this embodiment, the prism 61 and the total reflection mirror 62 of the first sub-resonator 6 are fixed, so that the selected wavelength λ 1 is fixed. On the other hand, in the second sub-resonator 7, the total reflection mirror 72 is configured to be rotatable by a rotary stage or the like in a direction indicated by an arrow in the drawing. At this time, since the wavelength of the laser beam component returning to the main resonator 4 changes depending on the angle of the total reflection mirror 72, the selected wavelength λ 2 is therefore variable.

【0030】さらに、第2副共振器7においては、主共
振器4へと戻される光量を調整するための光量調整手段
である可変減衰フィルター73が設けられている。可変
減衰フィルター73としては、例えば、濃度を徐々に変
化させたクロム等の蒸着膜が形成された円盤状のガラス
を回転させることによって減衰量を調整・変更する回転
駆動式の可変NDフィルターなどを用いることができ
る。
Further, the second sub-resonator 7 is provided with a variable attenuation filter 73 which is a light amount adjusting means for adjusting the amount of light returned to the main resonator 4. As the variable attenuation filter 73, for example, a rotary drive type variable ND filter or the like that adjusts and changes the amount of attenuation by rotating a disk-shaped glass on which a deposited film of chromium or the like whose concentration is gradually changed is formed. Can be used.

【0031】以上の構成によって、主共振器4から2波
長設定手段5に入射された光は、第1副共振器6または
第2副共振器7に入射され、波長λ1またはλ2の2波長
成分が選択されて、主共振器4へと再び入力される。こ
のような動作によって、最終的に主共振器4内に波長λ
1及びλ2の2波長成分を有するレーザ光が形成されて、
光出力手段として機能する共振器鏡42から光スイッチ
素子1へと出射される。
With the above configuration, the light that has entered the two-wavelength setting means 5 from the main resonator 4 enters the first sub-resonator 6 or the second sub-resonator 7 and has a wavelength of λ 1 or λ 2 . The wavelength component is selected and input to the main resonator 4 again. By such an operation, finally, the wavelength λ in the main resonator 4 is obtained.
A laser beam having two wavelength components of 1 and λ 2 is formed,
The light is emitted from the resonator mirror 42 functioning as light output means to the optical switch element 1.

【0032】上記した構成の2波長発振レーザ2におい
ては、形成されるレーザ光における2波長成分のそれぞ
れの波長及び強度比等について測定・モニターするた
め、レーザ光測定手段であるスペクトラムアナライザー
23が設置されている。すなわち、レーザ光の一部が2
波長設定手段5中に設置された光分岐器51によって分
岐されて入射レンズ21を介して光ファイバ22に入射
され、スペクトラムアナライザー23に導光される。
In the two-wavelength oscillation laser 2 having the above-described configuration, a spectrum analyzer 23 as a laser light measuring means is installed in order to measure and monitor the respective wavelengths and intensity ratios of the two wavelength components in the formed laser light. Have been. That is, a part of the laser light is 2
The light is split by an optical splitter 51 provided in the wavelength setting means 5, enters the optical fiber 22 via the incident lens 21, and is guided to the spectrum analyzer 23.

【0033】このスペクトラムアナライザー23はさら
に制御装置24に接続されており、制御装置24によっ
てスペクトラムアナライザー23の動作が制御されると
ともに、スペクトラムアナライザー23による測定結果
が制御装置24に送られる。制御装置24は、この測定
結果に基づいて、本実施形態においては第2副共振器7
の全反射鏡72及び可変減衰フィルター73を駆動制御
して、これによって、レーザ光の波長、強度比等の特性
のモニターと、その測定結果に基づいた2波長発振レー
ザ2から得られるレーザ光の制御・調整が実現される。
The spectrum analyzer 23 is further connected to a control device 24. The operation of the spectrum analyzer 23 is controlled by the control device 24, and the measurement result by the spectrum analyzer 23 is sent to the control device 24. The control device 24 controls the second sub-resonator 7 in the present embodiment based on the measurement result.
Drive of the total reflection mirror 72 and the variable attenuation filter 73 to monitor characteristics such as the wavelength and intensity ratio of the laser light, and to control the laser light obtained from the two-wavelength oscillation laser 2 based on the measurement result. Control and adjustment are realized.

【0034】なお、第1副共振器6及び第2副共振器7
における波長選択手段については、上記したプリズムを
用いる方法に限らず、様々な方法を用いることができ
る。図2は、図1に示した実施形態についての第1副共
振器6の変形例を示す。この第1副共振器6はAOTF
(acousto-optical tunable filter、音響光学波長可変
フィルター)64を有して構成されている。
The first sub-resonator 6 and the second sub-resonator 7
Is not limited to the above-described method using the prism, and various methods can be used. FIG. 2 shows a modification of the first sub-resonator 6 in the embodiment shown in FIG. The first sub-resonator 6 is an AOTF
(Acousto-optical tunable filter).

【0035】このAOTF64にはRFドライバー64
aから所定の周波数f1の駆動信号が供給されており、
これによりAOTF64内に生じた音響波によって波長
λ1のレーザ光成分のみが偏向される。この波長成分は
補償プリズム65の通過時に角度が変えられて、全反射
鏡62に垂直に入射して、選択波長λ1の光成分が選択
される。第2副共振器7についても、同様にAOTFを
用いた構成としても良い。このとき、RFドライバーか
ら供給される周波数を変化させることによって、選択波
長を可変とすることができる。この場合、制御装置24
はRFドライバー等を制御する構成とされる。
The AOTF 64 includes an RF driver 64
a is supplied with a drive signal of a predetermined frequency f 1 ,
As a result, only the laser beam component of the wavelength λ 1 is deflected by the acoustic wave generated in the AOTF 64. The wavelength components in the angle is changed during the passage of the compensating prism 65, and perpendicularly incident on the total reflection mirror 62, the light components of selected wavelengths lambda 1 is selected. Similarly, the second sub-resonator 7 may be configured to use AOTF. At this time, the selected wavelength can be made variable by changing the frequency supplied from the RF driver. In this case, the control device 24
Is configured to control an RF driver and the like.

【0036】以下に、本実施形態によるテラヘルツ波発
生装置の効果を説明する。
Hereinafter, effects of the terahertz wave generator according to the present embodiment will be described.

【0037】上記したテラヘルツ波発生装置では、励起
光源として、2つの副共振器6、7によって2波長成分
を選択する2波長発振レーザ2を用いている。主共振器
と副共振器とを備えたレーザ装置については、特開平5
−226749号公報及び「光学25巻9号 pp.505−5
11 (1996)」に示された波長選択自己注入同期法を用い
た波長可変レーザがある。この波長可変レーザにおいて
は、例えば822〜922nmの広い波長範囲に対して
大きな出力が得られている。
In the above-described terahertz wave generator, a two-wavelength oscillation laser 2 that selects two wavelength components by two sub-resonators 6 and 7 is used as an excitation light source. A laser device having a main resonator and a sub-resonator is disclosed in
No. 226,749 and "Optics, Vol. 25, No. 9, pp. 505-5
11 (1996) ", there is a wavelength tunable laser using the wavelength selective self-injection locking method. In this wavelength tunable laser, a large output is obtained in a wide wavelength range of, for example, 822 to 922 nm.

【0038】ただし、このレーザ装置は単一の副共振器
によってレーザ光を波長可変とするものである。これに
対して、本実施形態によるテラヘルツ波発生装置に用い
られる2波長発振レーザ2は、選択波長の可変性ではな
く、2波長の選択波長の併存・同時供給とそれによる差
周波数でのテラヘルツ波の発生を目的とし、これを2つ
の副共振器を併設することによって実現するものであ
る。
However, in this laser device, the wavelength of the laser light is tunable by a single sub-resonator. On the other hand, the two-wavelength oscillation laser 2 used in the terahertz wave generator according to the present embodiment is not a tunable selected wavelength but a coexistence and simultaneous supply of two selected wavelengths and a terahertz wave at a difference frequency due to the simultaneous supply. This is realized by providing two sub-resonators side by side.

【0039】また、従来の2波長発振レーザとしては、
「第59回応用物理学会学術講演会(1998秋), 17p−P
2−19」に示されたAOTFを用いた電子制御2波長発
振レーザがある。上記の装置においては、副共振器は設
けられておらず、主共振器内に設置されたAOTFにR
Fドライバーから2つの異なる周波数f1、f2からなる
駆動信号が供給され、これによって2つの異なる波長λ
1、λ2の波長成分が選択される。なお、AOTFによる
レーザでの波長選択については、例えば「Optics Let
t., Vol.21, No.10, pp.731-733 (1996)」に記載されて
いる。
As a conventional two-wavelength oscillation laser,
"The 59th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (Autumn 1998), 17p-P
There is an electronically controlled two-wavelength oscillation laser using the AOTF shown in 2-19. In the above device, the sub resonator is not provided, and the AOTF installed in the main resonator has R
A driving signal having two different frequencies f 1 and f 2 is supplied from the F driver, whereby two different wavelengths λ and f 2 are provided.
1 and λ 2 are selected. The wavelength selection by the laser using the AOTF is described in, for example, “Optics Let
t., Vol. 21, No. 10, pp. 731-733 (1996) ".

【0040】このような装置においては、主共振器内に
2波長を選択する手段であるAOTFを設置するため
に、AOTFに2つの周波数の信号を同時に供給してい
る。この場合、特に2つの選択波長が近いときにAOT
F内で異常な共振ビートが生じるなど動作が不安定とな
る。これに対して、本実施形態における2波長発振レー
ザ2では主共振器4とは別に2波長設定手段5を設け、
この2波長設定手段5内に2つの副共振器6、7を設置
して波長選択を行っている。これによって、2波長での
発振を安定に行うことが可能となるとともに、波長選択
手段についても様々な手段を適用することができる。
In such an apparatus, signals of two frequencies are simultaneously supplied to the AOTF in order to install the AOTF as means for selecting two wavelengths in the main resonator. In this case, especially when the two selected wavelengths are close, AOT
The operation becomes unstable, for example, an abnormal resonance beat occurs in F. On the other hand, in the two-wavelength oscillation laser 2 according to the present embodiment, the two-wavelength setting means 5 is provided separately from the main resonator 4.
Two sub-resonators 6 and 7 are installed in the two-wavelength setting means 5 to perform wavelength selection. Thereby, oscillation at two wavelengths can be performed stably, and various means can be applied to the wavelength selecting means.

【0041】また、2つの選択波長λ1、λ2に対してそ
れぞれ別個に副共振器6、7を設けているので、それぞ
れの波長及び強度比等をそれぞれ別個・独立に設定可能
である。このことは、テラヘルツ波の発生・制御を効率
的に行う上で特に重要である。さらに、例えば一方また
は両方の副共振器に可動の全反射鏡や可変NDフィルタ
ーなどを設置することによって、2波長成分の差周波数
や強度比等の相関を可変に制御することが可能である。
Further, since the sub-resonators 6 and 7 are provided separately for the two selected wavelengths λ 1 and λ 2 , the respective wavelengths and intensity ratios can be set separately and independently. This is particularly important for efficient generation and control of terahertz waves. Further, for example, by installing a movable total reflection mirror, a variable ND filter, or the like in one or both of the sub-resonators, it is possible to variably control the correlation between the difference frequency and the intensity ratio of the two wavelength components.

【0042】なお、2波長発振レーザをテラヘルツ波発
生装置に用いる場合には、2波長成分の差周波数のみが
重要となるので、一方の副共振器に可変波長選択手段等
を設置することによって、テラヘルツ波の制御が可能で
ある。
When a two-wavelength oscillation laser is used in a terahertz wave generator, only the difference frequency between the two wavelength components is important. Therefore, by installing a variable wavelength selection means or the like in one of the sub-resonators, Terahertz wave control is possible.

【0043】上記した実施形態では、第2副共振器は、
全反射鏡72が回転可能に設置されることによって、選
択波長λ2が可変である波長選択手段の構成とされてい
る。これによって、選択波長λ1の光の周波数と、選択
波長λ2の光の周波数との差周波数によって生成される
テラヘルツ波の周波数を可変とすることができる。な
お、得られるテラヘルツ波の波長をλとすると、1/λ
=|1/λ1−1/λ2|が成り立つ。例えば、λ1=8
00nm、λ2=810nmとすると得られるテラヘル
ツ波はλ=65μm(周波数4.6THz)、また、λ
1=800nm、λ2=880nmとすると得られるテラ
ヘルツ波はλ=8.8μm(周波数34THz)であ
る。
In the above embodiment, the second sub-resonator is
By total reflection mirror 72 is rotatably mounted, the selected wavelength lambda 2 is the configuration of the wavelength selection means is variable. This can be the frequency of the selected wavelength lambda 1 of the light, the frequency of the terahertz wave generated by the difference frequency between the frequency of the selected wavelength lambda 2 of the optical variable. Here, assuming that the wavelength of the obtained terahertz wave is λ, 1 / λ
= | 1 / λ 1 −1 / λ 2 |. For example, λ 1 = 8
When the wavelength is 00 nm and λ 2 = 810 nm, the terahertz wave obtained is λ = 65 μm (frequency 4.6 THz).
If 1 = 800 nm and λ 2 = 880 nm, the terahertz wave obtained is λ = 8.8 μm (frequency: 34 THz).

【0044】ここで、チタンサファイアレーザは例えば
半導体レーザと比べてその出力パワーが非常に大きく、
したがって、大出力強度のテラヘルツ波を得ることが可
能となる。また、チタンサファイアレーザはその波長帯
域が広く、したがって取りうる2波長成分の差周波数の
範囲が広い。すなわち、様々な波長(周波数)のテラヘ
ルツ波を発生させる装置構成を実現することが可能であ
り、特に従来の装置に比べて差周波数を大きくして、短
波長(高周波数)のテラヘルツ波を得ることが可能であ
る。
Here, the output power of a titanium sapphire laser is much higher than that of a semiconductor laser, for example.
Therefore, it is possible to obtain a terahertz wave having a large output intensity. Further, the titanium sapphire laser has a wide wavelength band, and thus has a wide range of possible difference frequencies of two wavelength components. That is, it is possible to realize a device configuration for generating terahertz waves of various wavelengths (frequency), and obtain a terahertz wave of a short wavelength (high frequency) by increasing the difference frequency as compared with a conventional device. It is possible.

【0045】例えば波長帯域幅が750〜950nmの
200nmであるとすると、λ=3.6μm(周波数8
3THz)程度までのテラヘルツ波を発生させることが
可能である。ただし、光スイッチ素子1に形成される光
スイッチの応答速度によって、得られるテラヘルツ波の
周波数の上限は一般には数10THz程度に制限され
る。なお、チタンサファイア以外の媒質を用いた場合に
おいても、同様に出力の大強度化、波長帯域の広範囲化
が可能である。
For example, if the wavelength bandwidth is 750 to 950 nm and 200 nm, λ = 3.6 μm (frequency 8
It is possible to generate a terahertz wave up to about 3 THz). However, the upper limit of the frequency of the obtained terahertz wave is generally limited to about several tens THz depending on the response speed of the optical switch formed in the optical switch element 1. Even when a medium other than titanium sapphire is used, the output can be similarly increased in intensity and the wavelength band can be widened.

【0046】さらに、上記のように励起光である2波長
成分のレーザ光のうち、一方の選択波長を上記のように
可変とすることによって、広い波長(周波数)範囲につ
いてその周波数分布等の特性が可変なテラヘルツ波発生
装置とすることができる。なお、得られるテラヘルツ波
の周波数分布を変更する必要がない場合には、第1副共
振器6及び第2副共振器7の波長選択手段をともに固定
した構成としても良い。また、可変減衰フィルター73
については、2波長成分の光量比を変更する必要がない
場合には、その減衰率が固定されたNDフィルターなど
の減衰フィルターとしても良い。また、減衰フィルター
を設けない構成とすることも可能である。
Furthermore, by making one of the selected wavelengths variable among the two-wavelength component laser light as the excitation light as described above, the characteristics such as the frequency distribution over a wide wavelength (frequency) range are obtained. Can be varied. When it is not necessary to change the frequency distribution of the obtained terahertz wave, a configuration may be adopted in which the wavelength selecting means of the first sub-resonator 6 and the second sub-resonator 7 are both fixed. Also, the variable attenuation filter 73
When it is not necessary to change the light amount ratio of the two wavelength components, an attenuation filter such as an ND filter having a fixed attenuation rate may be used. It is also possible to adopt a configuration in which no attenuation filter is provided.

【0047】また、得られるテラヘルツ波の周波数等の
特性及びその制御について、本実施形態においてはスペ
クトラムアナライザー23を用いて2波長発振レーザ2
から得られるレーザ光を測定し、その測定結果から制御
装置24で差周波数を計算して、発生される赤外光であ
るテラヘルツ波の波長を決定する。赤外波長領域におい
ては、効率的な分光器や光検出器がなく、したがって、
テラヘルツ波の波長等をモニターすることは困難であ
る。これに対して、波長800nm前後のレーザ光の測
定によってテラヘルツ波の波長を決定する方法を用いる
ことによって、高感度での検出が可能となる。また、こ
のモニターの結果に基づいて2波長発振レーザ2を制御
しているので、外部環境等が変動してもテラヘルツ波の
波長を安定に保つことができる。
In the present embodiment, the characteristics of the obtained terahertz wave, such as the frequency and the control thereof, are described below.
Is measured, and the control device 24 calculates the difference frequency from the measurement result to determine the wavelength of the generated terahertz wave as the infrared light. In the infrared wavelength region, there is no efficient spectrometer or photodetector,
It is difficult to monitor the wavelength of the terahertz wave. On the other hand, by using a method of determining the wavelength of the terahertz wave by measuring a laser beam having a wavelength of about 800 nm, detection with high sensitivity becomes possible. Further, since the two-wavelength oscillation laser 2 is controlled based on the result of this monitor, the wavelength of the terahertz wave can be stably maintained even if the external environment or the like fluctuates.

【0048】図3は、本発明に係るテラヘルツ波発生装
置の第2の実施形態を示す構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the terahertz wave generator according to the present invention.

【0049】本実施形態における主共振器4は、レーザ
媒質40、レーザ媒質40の一方の端面にコーティング
によって形成された共振器鏡面41a、及び凹面反射鏡
である共振器鏡42を有して構成されている。共振器鏡
面41aは、励起用レーザ3からの励起用レーザ光を透
過し、形成されるレーザ光を全反射するように形成され
る。また、共振器鏡42は、レーザ光の一部を所定の割
合で2波長設定手段5へと透過させる光入出力手段とし
ても機能している。この場合、主共振器4の構成は第1
の実施形態に比べて簡単化されている。
The main resonator 4 in this embodiment has a laser medium 40, a resonator mirror surface 41a formed by coating one end face of the laser medium 40, and a resonator mirror 42 which is a concave reflecting mirror. Have been. The resonator mirror surface 41a is formed so as to transmit the excitation laser light from the excitation laser 3 and totally reflect the formed laser light. The resonator mirror 42 also functions as an optical input / output unit that transmits a part of the laser beam to the two-wavelength setting unit 5 at a predetermined ratio. In this case, the configuration of the main resonator 4 is the first
Is simplified as compared with the embodiment.

【0050】2波長設定手段5へと入射された光は、コ
リメートレンズ52を通過した後、光分岐器51によっ
て分岐される。第1副共振器6及び第2副共振器7は同
一の構成とされており、それぞれプリズム61、71、
全反射鏡62、72、及び可変減衰フィルター63、7
3を有して構成されている。また、全反射鏡62、72
はいずれも回転可能とされており、したがって、本実施
形態においては2つの選択波長λ1及びλ2、及びそれら
の光量がいずれも可変な構成となっている。これによっ
て、より細かい条件調整が可能となる。特に、2つの選
択波長が大きく異なった構成とした場合、最も高いレー
ザ出力強度が得られる波長を中心とし、その両側に2つ
の選択波長を設定することによって、常に大出力でのテ
ラヘルツ波を得ることが可能となる。
The light incident on the two-wavelength setting means 5 passes through the collimator lens 52 and is split by the optical splitter 51. The first sub-resonator 6 and the second sub-resonator 7 have the same configuration, and include prisms 61 and 71, respectively.
Total reflection mirrors 62 and 72 and variable attenuation filters 63 and 7
3. Further, the total reflection mirrors 62 and 72
Are rotatable, and therefore, in the present embodiment, the two selected wavelengths λ 1 and λ 2 and the light quantity thereof are both variable. This enables more detailed condition adjustment. In particular, when the two selected wavelengths are significantly different from each other, a terahertz wave with a large output is always obtained by setting two selected wavelengths around the wavelength at which the highest laser output intensity is obtained. It becomes possible.

【0051】また、光分岐器51がレーザ光を光スイッ
チ素子1の方向へと出力する光出力手段として機能して
いる。このように、2波長設定手段5内からレーザ光を
出力する構成とすることによって、主共振器4中のレー
ザパワーをより高く保つことができる。
The optical splitter 51 functions as an optical output means for outputting laser light in the direction of the optical switch element 1. As described above, the laser power is output from the two-wavelength setting unit 5, so that the laser power in the main resonator 4 can be kept higher.

【0052】このとき、出力光の一部がハーフミラーな
どの光分岐器25によって分岐され、入射レンズ21及
び光ファイバ22を介してスペクトラムアナライザー2
3に入力されてレーザ光についての測定が行われる。ま
た、制御装置24は、第1副共振器6に設置された全反
射鏡62及び可変減衰フィルター63と、第2副共振器
7に設置された全反射鏡72及び可変減衰フィルター7
3とを制御して、レーザ光の2波長成分の波長及び強度
比制御を行っている。
At this time, a part of the output light is split by an optical splitter 25 such as a half mirror and the like.
3 and the laser beam is measured. The control device 24 includes a total reflection mirror 62 and a variable attenuation filter 63 installed in the first sub-resonator 6, and a total reflection mirror 72 and variable attenuation filter 7 installed in the second sub-resonator 7.
3 to control the wavelength and intensity ratio of the two wavelength components of the laser light.

【0053】図4は、本発明に係るテラヘルツ波発生装
置の第3の実施形態を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the terahertz wave generator according to the present invention.

【0054】本実施形態においては、主共振器4につい
ては第2の実施形態と同様の構成とされている。一方、
2波長設定手段5については、第1副共振器6及び第2
副共振器7に減衰フィルターが設置されておらず、全反
射鏡62、72が回転可能であるとともに、移動ステー
ジ上に設置されるなどして光路軸方向について可動に設
置されている。
In the present embodiment, the main resonator 4 has the same configuration as that of the second embodiment. on the other hand,
Regarding the two-wavelength setting means 5, the first sub-resonator 6 and the second
The sub-resonator 7 is not provided with an attenuation filter, and the total reflection mirrors 62 and 72 are rotatable, and are movably installed in the optical axis direction by being installed on a moving stage.

【0055】このとき、プリズム61、71からの距離
が大きくなるように全反射鏡62、72を移動すると、
プリズムでの分光のときにより狭い波長範囲の光が主共
振器4へと戻るようになり、光量が減少されるので、こ
れによって減衰フィルターと同様に光量調整手段として
機能させることができる。この場合、副共振器6、7の
構成がより簡単化される。また、制御装置24は全反射
鏡62、72を制御して、レーザ光の2波長成分の波長
及び強度比制御を行っている。
At this time, when the total reflection mirrors 62 and 72 are moved so as to increase the distance from the prisms 61 and 71,
The light in a narrower wavelength range returns to the main resonator 4 when the light is separated by the prism, and the light amount is reduced. As a result, the light can be made to function as a light amount adjusting unit similarly to the attenuation filter. In this case, the configurations of the sub resonators 6 and 7 are further simplified. Further, the control device 24 controls the total reflection mirrors 62 and 72 to control the wavelength and the intensity ratio of the two wavelength components of the laser light.

【0056】また、コリメートレンズ52と光分岐器5
1との間に、さらに光スイッチ素子1への光出力手段と
して光分岐器53が設置されている。また、光スイッチ
素子1とは反対の方向へと出射された光は、反射鏡54
によって全反射されて、共振器内に戻るか、または光ス
イッチ素子1へと出力される。
The collimating lens 52 and the optical splitter 5
1, an optical splitter 53 is provided as an optical output unit to the optical switch element 1. The light emitted in the direction opposite to the optical switch element 1 is reflected by the reflecting mirror 54.
, And is returned to the inside of the resonator or output to the optical switch element 1.

【0057】本発明によるテラヘルツ波発生装置は、上
記した実施形態に限られるものではなく、様々な構成と
することが可能である。2波長発振レーザ2について
は、主共振器4、副共振器6、7ともに、エタロン、グ
レーティング、複屈折フィルター、干渉フィルターなど
の他の光学要素を使用するなどして、様々に変形するこ
とができる。
The terahertz wave generator according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may have various configurations. The two-wavelength oscillation laser 2 can be variously deformed by using other optical elements such as an etalon, a grating, a birefringent filter, and an interference filter for both the main resonator 4 and the sub resonators 6 and 7. it can.

【0058】また、光出力手段についても、上記した実
施形態に示したもの以外に様々な構成とすることができ
る。例えば、形成されたレーザ光の一部を励起用レーザ
3側に出力して、そこから外部に出力する構成とするこ
とも可能である。また、主共振器4内にハーフミラーを
設置することもできる。
The light output means may have various structures other than those shown in the above embodiment. For example, it is also possible to adopt a configuration in which a part of the formed laser light is output to the excitation laser 3 side, and is output to the outside from there. Further, a half mirror can be provided in the main resonator 4.

【0059】また、制御手段24は、例えばさらに表示
装置及び入力装置に接続して、表示された測定結果に基
づいて操作者が入力装置を介して制御条件を指定する構
成とするなど、様々な構成が可能である。
Further, the control means 24 is connected to a display device and an input device, for example, so that the operator can designate various control conditions via the input device based on the displayed measurement results. Configuration is possible.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によるテラヘルツ波発生装置は、
以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。す
なわち、連続テラヘルツ波の発生に用いる2波長成分を
有するレーザ光を、2台の半導体レーザ等を用いるので
はなく、2つの副共振器を有する2波長発振レーザとす
ることによって、2波長のレーザ光の生成を効率化して
得られるテラヘルツ波の出力を大強度化することができ
る。
The terahertz wave generator according to the present invention has the following features.
As described in detail above, the following effects are obtained. In other words, a two-wavelength laser having two sub-cavities is used as the laser light having two wavelength components for generating continuous terahertz waves, instead of using two semiconductor lasers or the like. The output of the terahertz wave obtained by increasing the efficiency of light generation can be increased.

【0061】特に、2波長発振レーザを、主共振器内に
おいて2波長成分を選択するのではなく、各波長成分に
対して別個に副共振器を設けて波長選択を行う構成とす
ることによって、それぞれの波長成分を安定的に発生さ
せてテラヘルツ波の発生を良好な条件によって行うこと
ができる。
In particular, the two-wavelength oscillation laser is configured not to select two wavelength components in the main resonator, but to provide a separate sub-resonator for each wavelength component to perform wavelength selection. Terahertz waves can be generated under favorable conditions by stably generating each wavelength component.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るテラヘルツ波発生装置の第1の実
施形態を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of a terahertz wave generator according to the present invention.

【図2】第1副共振器の変形例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a modification of the first sub-resonator.

【図3】本発明に係るテラヘルツ波発生装置の第2の実
施形態を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the terahertz wave generator according to the present invention.

【図4】本発明に係るテラヘルツ波発生装置の第3の実
施形態を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the terahertz wave generator according to the present invention.

【図5】光スイッチを用いたテラヘルツ波の発生方法を
説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a method for generating a terahertz wave using an optical switch.

【図6】従来のテラヘルツ波発生装置の一例を示す構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional terahertz wave generation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光スイッチ素子、1a…出射レンズ、1b…集光レ
ンズ、2…2波長発振レーザ、21…入射レンズ、22
…光ファイバ、23…スペクトラムアナライザー、24
…制御装置、25…光分岐器、3…励起用レーザ、4…
主共振器、40…レーザ媒質、41、42…共振器鏡、
41a…共振器鏡面、43、44…反射鏡、5…2波長
設定手段、51…光分岐器、52…コリメートレンズ、
53…光分岐器、54…反射鏡、6…第1副共振器、6
1…プリズム、62…全反射鏡、63…可変減衰フィル
ター、64…AOTF、64a…RFドライバー、65
…補償プリズム、7…第2副共振器、71…プリズム、
72…全反射鏡、73…可変減衰フィルター。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical switch element, 1a ... Outgoing lens, 1b ... Condensing lens, 2 ... 2-wavelength oscillation laser, 21 ... Incident lens, 22
... optical fiber, 23 ... spectrum analyzer, 24
... Control device, 25 ... Optical splitter, 3 ... Excitation laser, 4 ...
Main resonator, 40: laser medium, 41, 42: resonator mirror,
41a: Resonator mirror surface, 43, 44: Reflecting mirror, 5: Two wavelength setting means, 51: Optical splitter, 52: Collimating lens,
53: optical splitter, 54: reflecting mirror, 6: first sub-resonator, 6
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Prism, 62 ... Total reflection mirror, 63 ... Variable attenuation filter, 64 ... AOTF, 64a ... RF driver, 65
... compensating prism, 7 ... second sub-resonator, 71 ... prism,
72: total reflection mirror; 73: variable attenuation filter.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起光源と、少なくとも1つの光スイッ
チを有する光スイッチ素子とを備え、前記励起光源から
の励起光が前記光スイッチ素子に入射されることによっ
てテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置であっ
て、 前記励起光源は、レーザ媒質励起手段と、主共振器と、
2波長設定手段とを含み、異なる2つの波長成分を有す
るレーザ光を前記励起光として供給する2波長発振レー
ザを備えて構成され、 前記主共振器は、前記レーザ媒質励起手段により励起さ
れるレーザ媒質と、少なくとも2つの共振器鏡と、前記
2波長設定手段への光の入出力を行う光入出力手段とを
有し、 前記2波長設定手段は、第1の波長成分の光を選択的に
前記主共振器へ戻す第1の副共振器と、前記第1の波長
成分とは異なる第2の波長成分の光を選択的に前記主共
振器へ戻す第2の副共振器と、前記光入出力手段と前記
第1の副共振器及び前記第2の副共振器との間に設置さ
れる光分岐器とを有するとともに、 前記第1の副共振器及び前記第2の副共振器は、前記光
入出力手段からの光のうち、それぞれ前記第1の波長成
分及び前記第2の波長成分を選択する波長選択手段と、
波長選択された光を前記光入出力手段を介して前記主共
振器へ戻すための光フィードバック手段とを有し、 前記レーザ媒質励起手段、前記主共振器、または前記2
波長設定手段のいずれかに、前記励起光となる前記レー
ザ光を前記2波長発振レーザから出力する光出力手段が
設けられていることを特徴とするテラヘルツ波発生装
置。
1. A terahertz wave generator comprising: an excitation light source; and an optical switch element having at least one optical switch, wherein the excitation light from the excitation light source is incident on the optical switch element to generate a terahertz wave. Wherein the excitation light source is a laser medium excitation means, a main resonator,
A two-wavelength setting laser, comprising: a two-wavelength oscillation laser that supplies laser light having two different wavelength components as the pumping light, wherein the main resonator is a laser pumped by the laser medium pumping means. A medium, at least two resonator mirrors, and light input / output means for inputting / outputting light to / from the two-wavelength setting means, wherein the two-wavelength setting means selectively outputs light of the first wavelength component A first sub-resonator that returns to the main resonator, a second sub-resonator that selectively returns light of a second wavelength component different from the first wavelength component to the main resonator, An optical input / output means, and an optical branch provided between the first sub-resonator and the second sub-resonator; and the first sub-resonator and the second sub-resonator Is the first wavelength component and the light of the light from the light input / output unit, respectively. And the wavelength selection means for selecting the serial second wavelength component,
An optical feedback unit for returning the wavelength-selected light to the main resonator via the optical input / output unit; and the laser medium pumping unit, the main resonator, or the optical resonator.
A terahertz wave generator, wherein one of the wavelength setting means is provided with an optical output means for outputting the laser light serving as the excitation light from the two-wavelength oscillation laser.
【請求項2】 前記レーザ媒質は、チタンサファイアで
あることを特徴とする請求項1記載のテラヘルツ波発生
装置。
2. The terahertz wave generator according to claim 1, wherein the laser medium is titanium sapphire.
【請求項3】 前記第1の副共振器及び前記第2の副共
振器の前記波長選択手段の少なくとも一方は、その選択
波長が可変であるように構成された可変波長選択手段で
あることを特徴とする請求項1または2記載のテラヘル
ツ波発生装置。
3. The method according to claim 1, wherein at least one of the wavelength selecting means of the first sub-resonator and the second sub-resonator is a variable wavelength selecting means configured to change the selected wavelength. The terahertz wave generator according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記第1の副共振器及び前記第2の副共
振器の少なくとも一方は、前記主共振器へ戻す波長選択
された光の光量を調整するための光量調整手段を有する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のテ
ラヘルツ波発生装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of said first sub-resonator and said second sub-resonator has a light amount adjusting means for adjusting the light amount of the wavelength-selected light to be returned to said main resonator. The terahertz wave generator according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 前記2波長発振レーザは、前記レーザ光
の波長・強度分布を測定するレーザ光測定手段と、前記
レーザ光測定手段による測定結果に基づいて得られるテ
ラヘルツ波のモニターまたは装置各部の制御を行う制御
手段とを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれ
か一項記載のテラヘルツ波発生装置。
5. The laser device according to claim 2, wherein the two-wavelength oscillation laser includes a laser light measuring unit that measures a wavelength and an intensity distribution of the laser light, and a terahertz wave monitor or a component of an apparatus that is obtained based on a measurement result by the laser light measuring unit. The terahertz wave generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising control means for performing control.
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