CN104733983A - 短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、照相机、成像装置及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。本发明的短光脉冲产生装置(100)包括：光脉冲生成部(10)，其生成光脉冲；半导体可饱和吸收镜(20)，其具有多层膜反射镜以及量子阱结构并反射光脉冲；以及群速度色散部(30)，其使被半导体可饱和吸收镜(20)反射的光脉冲产生与波长对应的群速度差。

Description

短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、照相机、成像装置及测量装置

技术领域

本发明涉及短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、照相机、成像装置、以及测量装置。

背景技术

近年，具有100GHz以上30THz以下的频率的电磁波亦即太赫兹波备受瞩目。太赫兹波例如能够用于成像、光谱测量等各种测量、无损检查等。

产生该太赫兹波的太赫兹波产生装置例如具有产生具有亚皮秒(数百飞秒)左右的脉冲宽度的光脉冲的短光脉冲产生装置、和通过被短光脉冲产生装置所产生的光脉冲照射从而产生太赫兹波的光导天线。一般来说，作为产生亚皮秒左右的脉冲宽度的光脉冲的短光脉冲产生装置，使用飞秒光纤激光器、钛蓝宝石激光器以及半导体激光器等。

例如在专利文献1中，记载了一种使半导体激光直接调制而对光脉冲的频率进行线性调频后，利用由光纤构成的光脉冲压缩部(群速度色散部)来压缩脉冲宽度的光脉冲产生装置。

专利文献1：日本特开平11－40889号公报

然而，在专利文献1的光脉冲产生装置中，由于使半导体激光直接调制而对光脉冲的频率进行线性调频，所以线性调频量较少，无法在群速度色散部中充分压缩脉冲宽度。

发明内容

本发明的几个方式的目的之一在于，提供一种能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。另外，本发明的几个方式的目的之一在于，提供包括上述短光脉冲产生装置的太赫兹波产生装置、照相机、成像装置、以及测量装置。

本发明的短光脉冲产生装置包括：

光脉冲生成部，其生成光脉冲；

半导体可饱和吸收镜，其具有多层膜反射镜以及量子阱结构，并反射上述光脉冲；以及

群速度色散部，其使被上述半导体可饱和吸收镜反射的上述光脉冲产生与波长对应的群速度差。

在这种短光脉冲产生装置中，半导体可饱和吸收镜能够对通过量子阱层的光脉冲的频率进行线性调频。因此，这种短光脉冲产生装置例如与没有半导体可饱和吸收镜的方式相比，能够使光脉冲的线性调频量增多，并能够在群速度色散部中充分压缩脉冲宽度。由此，这种短光脉冲产生装置能够产生脉冲宽度较小的光脉冲。

在本发明的短光脉冲产生装置中，也可以构成为，

包括向上述半导体可饱和吸收镜施加反向偏压的电极。

在这种短光脉冲产生装置中，能够控制半导体可饱和吸收镜的吸收特性，并能够调整频率的线性调频量。

在本发明的短光脉冲产生装置中，也可以构成为，

上述半导体可饱和吸收镜设置为两个，

上述群速度色散部以被两个上述半导体可饱和吸收镜夹持的方式设置，

入射至上述群速度色散部的上述光脉冲被两个上述半导体可饱和吸收镜反射多次而在上述群速度色散部中行进。

在这种短光脉冲产生装置中，能够反复对光脉冲进行频率线性调频的赋予以及脉冲压缩。由此，能够增大光脉冲的线性调频量、以及相对于光脉冲的群速度色散值。因此，这种短光脉冲产生装置能够产生脉冲宽度更小的光脉冲。

在本发明的短光脉冲产生装置中，也可以构成为，

包括改变上述光脉冲相对于上述半导体可饱和吸收镜的入射角度的可变机构。

在这种短光脉冲产生装置中，能够改变光脉冲在半导体可饱和吸收镜中的反射次数。其结果是，在这种短光脉冲产生装置中，能够改变光脉冲的线性调频量以及群速度色散部的群速度色散值，并能够改变在短光脉冲产生装置中产生的光脉冲的脉冲宽度。

在本发明的短光脉冲产生装置中，也可以构成为，

包括将向上述群速度色散部入射的光脉冲转换为平行光的准直透镜。

在这种短光脉冲产生装置中，能够抑制光脉冲生成部所生成的光脉冲发散。

在本发明的短光脉冲产生装置中，也可以构成为，

上述群速度色散部是玻璃基板。

在这种短光脉冲产生装置中，能够实现低成本化。并且，玻璃基板不极度吸收由光脉冲生成部生成的光脉冲。因此，在这种短光脉冲产生装置中，能够抑制光脉冲的强度降低。

本发明的太赫兹波产生装置包括：

本发明的短光脉冲产生装置；以及

光导天线，其被照射上述短光脉冲产生装置所产生的短光脉冲而产生太赫兹波。

在这种太赫兹波产生装置中，能够包括能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。

本发明的照相机包括：

本发明的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射上述短光脉冲产生装置所产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从上述光导天线射出，并透过对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波；以及

存储部，其存储上述太赫兹波检测部的检测结果。

在这种照相机中，能够包括能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。

本发明的成像装置包括：

本发明的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射上述短光脉冲产生装置所产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从上述光导天线射出，并透过对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波；以及

图像形成部，其根据上述太赫兹波检测部的检测结果，生成上述对象物的图像。

在这种成像装置中，能够包括能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。

本发明的测量装置包括：

本发明的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射上述短光脉冲产生装置所产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从上述光导天线射出，并透过对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波；以及

测量部，其根据上述太赫兹波检测部的检测结果，测量上述对象物。

在这种测量装置中，能够包括能够产生脉冲宽度较小的光脉冲的短光脉冲产生装置。

附图说明

图1是示意地表示本实施方式的短光脉冲产生装置的图。

图2是示意地表示本实施方式的短光脉冲产生装置的半导体可饱和吸收镜的剖视图。

图3是表示光脉冲生成部所生成的光脉冲的一个例子的图表。

图4是表示半导体可饱和吸收镜的线性调频特性的一个例子的图表。

图5是表示群速度色散部所生成的光脉冲的一个例子的图表。

图6是表示群速度色散部所生成的光脉冲的一个例子的图表。

图7是示意地表示本实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置的半导体可饱和吸收镜的剖视图。

图8是示意地表示本实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置的图。

图9是示意地表示用于对光脉冲相对于半导体可饱和吸收镜的入射角度与线性调频量以及群速度色散值的关系进行说明的模型的图。

图10是表示光脉冲相对于半导体可饱和吸收镜的入射角度与群速度色散值的关系的图表。

图11是表示本实施方式的太赫兹波产生装置的构成的图。

图12是表示本实施方式的成像装置的框图。

图13是示意地表示本实施方式的成像装置的太赫兹波检测部的俯视图。

图14是表示对象物的太赫兹波段下的光谱的图表。

图15是表示对象物的物质A、B以及C的分布的图像的图。

图16是表示本实施方式的测量装置的框图。

图17是表示本实施方式的照相机的框图。

图18是示意地表示本实施方式的照相机的立体图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式并不对要求保护的范围所记载的本发明的内容进行不恰当的限定。另外，并不限定以下说明的构成都是本发明的必须构成要件。

1.短光脉冲产生装置

首先，参照附图对本实施方式的短光脉冲产生装置进行说明。图1是示意地表示本实施方式的短光脉冲产生装置100的图。图2是示意地表示本实施方式的短光脉冲产生装置100的半导体可饱和吸收镜20的剖视图。

如图1以及图2所示，短光脉冲产生装置100包括光脉冲生成部10、半导体可饱和吸收镜(SESAM)20、群速度色散部30、防反射膜40、42、以及准直透镜50。此外，为了方便说明，在图1中简化地示出了半导体可饱和吸收镜20。

光脉冲生成部10生成光脉冲。这里，光脉冲是指强度在短时间内急剧地变化的光。光脉冲生成部10生成的光脉冲的脉冲宽度(半峰全宽FWHM)虽然没有特别地限定，但是例如是1ps(皮秒)以上100ps以下。光脉冲生成部10例如是半导体激光器、超辐射发光二极管(SLD)等。

半导体可饱和吸收镜20对光脉冲生成部10所生成的光脉冲的频率进行线性调频。半导体可饱和吸收镜20例如由半导体材料构成，并且具有量子阱结构。在图2所示的例子中，半导体可饱和吸收镜20具有量子阱层24，该量子阱层24具有量子阱结构。若光脉冲在量子阱层24中通过，则根据光学克尔效应，量子阱层24的折射率产生变化，电场的相位也产生变化(自相位调制效应)。根据该自相位调制效应，光脉冲的频率被线性调频。这里，频率被线性调频是指使光脉冲的频率随时间产生变化。

由于半导体可饱和吸收镜20的量子阱层24由半导体材料构成，所以对具有1ps至100ps左右的脉冲宽度的光脉冲，响应速度较慢。因此，在量子阱层24中，与该光脉冲的强度(电场振幅的平方)成比例地对光脉冲的频率进行线性调频(向上线性调频、向下线性调频)。这里，向上线性调频是指使光脉冲的频率随时间增加的情况，向下线性调频是指使光脉冲的频率随时间减少的情况。换言之，向上线性调频是指使光脉冲的波长随时间变短的情况，向下线性调频是指使光脉冲的波长随时间变长的情况。

如图2所示，半导体可饱和吸收镜20是在支承基板21上层叠多层膜反射镜22与量子阱层24而成的半导体元件，并且是利用多层膜反射镜22反射通过了量子阱层24的光脉冲的半导体元件。以下，对半导体可饱和吸收镜20的具体的结构进行说明。

半导体可饱和吸收镜20具有支承基板21、多层膜反射镜22、第一层23、量子阱层24、以及第二层25。此外，也可以不设置第一层23、第二层25中的一方或者双方。

支承基板21例如是GaAs基板。

多层膜反射镜22设置在支承基板21上。多层膜反射镜22是使高折射率层(未图示)与低折射率层(未图示)交替地层叠而成的分布式布拉格反射(DBR)镜。高折射率层例如是GaAs层。低折射率层例如是AlAs层。多层膜反射镜22对入射至半导体可饱和吸收镜20的光脉冲进行反射。光脉冲相对于多层膜反射镜22的上表面(与第一层23接触的面)倾斜地入射。

第一层23设置在多层膜反射镜22上。第一层23例如是作为缓冲层而发挥作用的AlGaAs层。入射至半导体可饱和吸收镜20的光脉冲能够透过第一层23。第一层23能够缓和量子阱层24相对于多层膜反射镜22的晶格失配。此外，第一层23可以不是缓冲层，也可以设置作为折射率的调整层。

量子阱层24设置在第一层23上。量子阱层24例如具有将三个由GaAs层与AlGaAs层构成的量子阱结构重叠而成的多重量子阱结构。入射至半导体可饱和吸收镜20的光脉冲能够透过量子阱层24。如上述那样，量子阱层24对通过量子阱层24的光脉冲的频率进行线性调频。量子阱层24例如作为可饱和吸收体而发挥作用。即，量子阱层24对于强度低的入射光(脉冲)来说，作为吸收体而发挥作用，对于强度高的入射光来说，作为吸收体的能力饱和而作为透明体发挥作用。

此外，量子阱结构是指半导体发光装置领域中的一般的量子阱结构，并且是使用具有不同带隙的两种以上的材料，并用带隙较大的材料的薄膜夹着带隙较小的材料的薄膜(nm数量级)而成的结构。

第二层25设置在量子阱层24上。第二层25例如是作为保护层而发挥作用的AlGaAs层。入射至半导体可饱和吸收镜20的光脉冲能够透过第二层25。第二层25能够抑制量子阱层24附着异物等。在第二层25的上表面26设置有第一防反射膜40。此外，第二层25可以不是保护层，也可以设置作为折射率的调整层。

如图1所示，半导体可饱和吸收镜20设置为两个(第一半导体可饱和吸收镜20a、第二半导体可饱和吸收镜20b)。半导体可饱和吸收镜20a、20b以夹持群速度色散部30，并使第二层25(具体而言为第二层25的上表面26)相互对置的方式配置。即，第一半导体可饱和吸收镜20a的第二层25的上表面(与第一防反射膜40接触的面)26与第二半导体可饱和吸收镜20b的第二层25的上表面26以夹着群速度色散部30的方式相互对置。在图示的例子中，光脉冲生成部所生成的光脉冲与第二半导体可饱和吸收镜20b相比先向第一半导体可饱和吸收镜20a入射。

群速度色散部30使由半导体可饱和吸收镜20反射的光脉冲(即频率经过了线性调频的光脉冲)产生与波长(频率)对应的群速度差。具体而言，群速度色散部30能够使频率经过了线性调频的光脉冲产生使光脉冲的脉冲宽度变小那样的群速度差(脉冲压缩)。

群速度色散部30例如是玻璃基板、GaN基板、SiC基板、塑料基板、蓝宝石基板等。在该情况下，群速度色散部30是正常色散介质。因此，在群速度色散部30中，能够使经过了向下线性调频的光脉冲产生正群速度色散，从而减小脉冲宽度。这样，在群速度色散部30中，进行基于群速度色散的脉冲压缩。此外，群速度色散是指由于光脉冲的传播速度因波长而不同，从而群速度取决于频率而变化的现象。另外，正群速度色散是指随着波长变长，群速度加快的现象。换言之，正群速度色散是指随着频率变低，群速度加快的现象。

群速度色散部30以被两个半导体可饱和吸收镜20a、20b夹着的方式设置。入射至群速度色散部30的光脉冲被两个半导体可饱和吸收镜20a、20b反射多次，从而在群速度色散部30中行进。这里，“在群速度色散部30中行进”包括光脉冲始终在群速度色散部30中行进的情况、和如图1所示那样光脉冲在从群速度色散部30向外部(大气)射出后，再次从外部向群速度色散部30入射的情况。光脉冲的半导体可饱和吸收镜20a、20b中的反射次数没有特别地限定。在被群速度色散部30压缩后从短光脉冲产生装置100射出的光脉冲的脉冲宽度虽然没有特别地限定，但是例如为1fs(飞秒)以上800fs以下。

群速度色散部30具有第一面32、和与第一面32相反的一侧的第二面34。第一面32以及第二面34与半导体可饱和吸收镜20的第二层25的上表面26对置。第一面32以及第二面34是在群速度色散部30中供光脉冲入射并且射出光脉冲的面。群速度色散部30的厚度(第一面32与第二面34之间的距离)虽然没有特别地限定，但是例如为100μm以上20mm以下。

第一防反射膜40设置于半导体可饱和吸收镜20的供光脉冲入射并且射出光脉冲的面。具体而言，第一防反射膜40设置在半导体可饱和吸收镜20的第二层25上(上表面26)。第一防反射膜40例如是SiO₂层、Ta₂O₅层、Al₂O₃层、TiN层、TiO₂层、SiON层、SiN层、或者它们的多层膜。第一防反射膜40能够降低光脉冲在上表面26的反射率。

第二防反射膜42设置于群速度色散部30的第一面32以及第二面34。第二防反射膜42例如是SiO₂层、Ta₂O₅层、Al₂O₃层、TiN层、TiO₂层、SiON层、SiN层、或者它们的多层膜。第二防反射膜42能够降低光脉冲在面32、34的反射率。

此外，在图1所示的例子中，第一防反射膜40与第二防反射膜42相互分离，但是也可以相互接触。由此，能够实现短光脉冲产生装置100的小型化。并且，能够抑制防反射膜40、42的表面附着异物。

准直透镜50设置在光脉冲生成部10与群速度色散部30之间。准直透镜50的材质例如是玻璃。光脉冲生成部10所生成的光脉冲向准直透镜50入射。准直透镜50能够将向群速度色散部30入射的光脉冲转换为平行光。

接下来，对短光脉冲产生装置100的动作进行说明。图3是表示光脉冲生成部10所生成的光脉冲P1的一个例子的图表。图4是表示半导体可饱和吸收镜20的线性调频特性的一个例子的图表。图5是表示群速度色散部30所生成的光脉冲P3的一个例子的图表。图6是表示群速度色散部30所生成的光脉冲P4的一个例子的图表。

此外，如图1所示，图3所示的光脉冲P1是在从光脉冲生成部10射出而通过准直透镜50以及群速度色散部30后，向第一半导体可饱和吸收镜20a入射前的状态下的光脉冲。图5所示的光脉冲P3是光脉冲P1在第一半导体可饱和吸收镜20a中被反射而通过群速度色散部30后，向第二半导体可饱和吸收镜20b入射前的状态下的光脉冲。图6所示的光脉冲P4是光脉冲P3在半导体可饱和吸收镜20a、20b之间反射多次的同时在群速度色散部30中通过后，从群速度色散部30射出的状态(从短光脉冲产生装置100射出的状态)下的光脉冲。

另外，图3所示的图表的横轴t是时间，纵轴I是光强度(与电场振幅的平方成比例)。图4所示的图表的横轴t是时间，纵轴Δω是线性调频量(频率的变化量)。在图4中，用点划线表示光脉冲P1，用实线表示与光脉冲P一对应的线性调频量Δω。图5以及图6所示的图表的横轴t是时间，纵轴I是光强度。图5以及图6所示的图表与图3所示的图表对应。

如图3所示，光脉冲生成部10所生成的光脉冲P1例如是高斯波形。在图示的例子中，光脉冲P1的脉冲宽度(半峰全宽FWHM)t是10ps。由光脉冲生成部10生成并通过群速度色散部30的光脉冲P1向第一半导体可饱和吸收镜20a入射(参照图1)。入射至第一半导体可饱和吸收镜20a的光脉冲P1通过第二层25、量子阱层24、以及第一层23，并在多层膜反射镜22中被反射，而再次通过第一层23、量子阱层24、以及第二层25，从而从第一半导体可饱和吸收镜20a射出。

半导体可饱和吸收镜20的量子阱层24具有与光强度成比例的线性调频特性。下述式子(1)是表示频率线性调频的效果的式子。

式子1

$\mathrm{\Δ\ω}=-\frac{n_{2}l{\mathrm{\ω}}_0}{{2\mathrm{c\τ}}_r}{\left|E\right|}^2---\left(1\right)$

这里，Δω为线性调频量(频率的变化量)，c为光速，τ_r为非线性折射率效应的响应时间，n₂为非线性折射率，l为光脉冲通过量子阱层24时的移动距离，ω₀为初始频率，E为电场的振幅。

半导体可饱和吸收镜20的量子阱层24对通过量子阱层24的光脉冲P1，赋予式子(1)所示的频率线性调频。具体而言，如图4所示，量子阱层24针对光脉冲P1，在光脉冲P1的前部使频率随时间减少，在光脉冲P1的后部使频率随时间增加。即，量子阱层24使光脉冲P1的前部进行向下线性调频，使光脉冲P1的后部进行向上线性调频。因此，光脉冲P1通过量子阱层24，从而成为前部经过了向下线性调频、后部经过了向上线性调频的光脉冲(以下称为“光脉冲P2”)。经过了线性调频的光脉冲P2(未图示)向群速度色散部30入射。

群速度色散部30使经过了线性调频的光脉冲P2产生与波长(频率)对应的群速度差(群速度色散)，而进行脉冲压缩。具体而言，群速度色散部30使光脉冲P2产生正群速度色散，从而压缩经过了向下线性调频的光脉冲P2的前部。由此，如图5所示，生成光脉冲P3。光脉冲P3的脉冲宽度比光脉冲P1的脉冲宽度小。从群速度色散部30射出的光脉冲P3向第二半导体可饱和吸收镜20b入射。然后，光脉冲P3的频率在第二半导体可饱和吸收镜20b的量子阱层24中被线性调频。

如以上，光脉冲边在半导体可饱和吸收镜20a、20b之间反射多次边在群速度色散部30中通过。即，在短光脉冲产生装置100中，反复对光脉冲进行频率线性调频的赋予以及脉冲压缩。光脉冲的脉冲宽度在每次反复进行频率线性调频的赋予以及脉冲压缩时变小。即，半导体可饱和吸收镜20a、20b之间的反射次数越多，则向光脉冲赋予的线性调频量越多，并且越产生光脉冲的较大的群速度差。而且，如图6所示，短光脉冲产生装置100将多次反射而脉冲宽度变小的光脉冲P4射出。在图示的例子中，光脉冲P4的脉冲宽度t为0.33ps。

短光脉冲产生装置100例如具有以下的特征。

在短光脉冲产生装置100中，具有多层膜反射镜22以及量子阱结构，并且包括反射光脉冲的半导体可饱和吸收镜20、和使半导体可饱和吸收镜20所反射的光脉冲产生与波长对应的群速度差的群速度色散部30。半导体可饱和吸收镜20能够对通过量子阱层24的光脉冲的频率进行线性调频。因此，短光脉冲产生装置100例如与没有半导体可饱和吸收镜的方式相比，能够使光脉冲的线性调频量增多，并能够在群速度色散部30中充分压缩脉冲宽度。由此，短光脉冲产生装置100能够产生脉冲宽度较小的光脉冲。

在短光脉冲产生装置100中，入射至群速度色散部30的光脉冲被两个半导体可饱和吸收镜20a、20b反射多次而在群速度色散部30中行进。因此，在短光脉冲产生装置100中，能够反复对光脉冲进行频率线性调频的赋予以及脉冲压缩。由此，能够增大光脉冲的线性调频量、以及群速度色散部30的群速度色散值。因此，短光脉冲产生装置100能够产生脉冲宽度更小的光脉冲。

在短光脉冲产生装置100中，包括将向群速度色散部30入射的光脉冲转换为平行光的准直透镜50。因此，在短光脉冲产生装置100中，能够抑制光脉冲生成部10所生成的光脉冲发散。

在短光脉冲产生装置100中，群速度色散部30是玻璃基板。因此，能够实现短光脉冲产生装置100的低成本化。并且，玻璃基板并不极度吸收光脉冲生成部10所生成的光脉冲。因此，在短光脉冲产生装置100中，能够抑制光脉冲的强度降低。

2.短光脉冲产生装置的变形例

2.1.第一变形例

接下来，参照附图对本实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置进行说明。图7是示意地表示本实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置200的剖视图，其与图2对应。

以下，对本实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置200中，相对于本实施方式的短光脉冲产生装置100的例子的不同点进行说明，而对于相同的点省略其说明。这对于以下所示的本实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置也是相同的。

在短光脉冲产生装置200中，如图7所示，在半导体可饱和吸收镜20设置有第一电极60以及第二电极62，在这一点上与上述短光脉冲产生装置100不同。电极60、62是用于向半导体可饱和吸收镜20(具体而言向量子阱层24)施加反向偏压的电极。

第一电极60设置于支承基板21的下表面。作为第一电极60，例如使用层叠Cr层、AuGe层、Ni层、以及Au层而成的电极。第二电极62设置于在第二层25上设置的接触层28上。第二电极62以避开供光脉冲入射的区域以及射出光脉冲的区域的方式设置。作为第二电极62，例如使用层叠Cr层、AuZn层、以及Au层而成的电极。

在短光脉冲产生装置200中，支承基板21例如是n型的GaAs基板。多层膜反射镜22是n型的DBR。第一层23是n型的AlGaAs层。量子阱层24是i型。第二层25是p型的AlGaAs层。接触层28是p型的GaAs层。

此外，电极60、62也可以是由ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)等构成的透明电极。在该情况下，第二电极62也可以设置在上表面26的整个面上，但未对此进行图示。另外，在图示的例子中，在第二电极62上设置有第一防反射膜40，但是第一防反射膜40也可以仅设置于上表面26的供光脉冲入射的区域以及射出光脉冲的区域。

在短光脉冲产生装置200中，如上述那样，包括向半导体可饱和吸收镜20施加反向偏压的电极60、62。因此，在短光脉冲产生装置200中，能够控制量子阱层24的吸收特性，并能够调整频率的线性调频量。

2.2.第二变形例

接下来，参照附图对本实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置进行说明。图8是示意地表示本实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置300的图，其与图一对应。

如图8所示，短光脉冲产生装置300包括改变光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度的可变机构70，在这一点上与上述短光脉冲产生装置100不同。

可变机构70例如具有放置光脉冲生成部10的工作台72、和用于使工作台72驱动(旋转)的驱动电路(未图示)。工作台72能够基于来自驱动电路的信号旋转。通过使工作台72旋转，能够使光脉冲生成部10旋转，从而能够改变光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度。

此外，可变机构70并不限定于使光脉冲生成部10旋转的方式，也可以是通过使半导体可饱和吸收镜20旋转，从而改变光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度的方式。另外，可变机构70也可以是通过使改变向半导体可饱和吸收镜20入射的光脉冲的行进方向的镜子等光学元件(未图示)旋转，从而改变光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度的方式。

另外，短光脉冲产生装置300可以如图7所示包括向半导体可饱和吸收镜20施加反向偏压的电极60、62，也可以如图2所示不包含电极。

在短光脉冲产生装置300中，如上述那样，包括改变光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度的可变机构70。由此，在短光脉冲产生装置300中，能够改变光脉冲的半导体可饱和吸收镜20中的反射次数。其结果是，在短光脉冲产生装置300中，能够改变光脉冲的线性调频量以及群速度色散部30的群速度色散值，而能够改变在短光脉冲产生装置300中产生的光脉冲的脉冲宽度。

以下，对光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度与线性调频量以及群速度色散值的关系进行说明。图9是示意地表示用于对光脉冲的相对于半导体可饱和吸收镜20的入射角度与线性调频量以及群速度色散值的关系进行说明的模型M的图。

在模型M中，如图9所示，将光脉冲生成部10所生成的光脉冲向群速度色散部30入射的入射角度设为θ₁。将群速度色散部30中的光脉冲的折射角度设为θ₂。将光脉冲向群速度色散部30入射前的介质(例如空气)的折射率设为n₁。将群速度色散部30的折射率设为n₂。将群速度色散部30的长度(半导体可饱和吸收镜20的长度)设为X。将群速度色散部30的厚度设为d。将光脉冲在两个半导体可饱和吸收镜20之间反射的同时在群速度色散部30中行进时，光脉冲从一个半导体可饱和吸收镜20的多层膜反射镜22行进至另一个半导体可饱和吸收镜20的多层膜反射镜22时的移动距离设为L。

在图9所示的模型M中，计算为了得到希望的群速度色散值所需的反射次数。首先，根据斯涅尔定律，下述式子(2)成立。

式子2

n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂    (2)

若使用式子(2)，则距离L如下述式子(3)那样表示。此外，假设能够忽略光脉冲通过半导体可饱和吸收镜20的透过层叠体(由第一层23、量子阱层24、以及第二层25构成的层叠体)27时的距离。

式子3

$L=\frac{d}{\cos {\mathrm{\θ}}_2}=\frac{d}{\sqrt{1-{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_2}}=\frac{d}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\right)}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}}---\left(3\right)$

若将群速度色散部30的每单位长度的群速度色散值设为p，将希望的群速度色散值设为q，则为了得到希望的群速度色散值q所需的距离为q/p。由此，所需的反射次数RT_g如下述式子(4)那样表示。

式子4

${\mathrm{RT}}_g=\frac{q/p}{L}-1=\frac{q}{p}\frac{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\right)}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}}{d}-1---\left(4\right)$

此时的群速度色散部30的长度X如下述式子(5)那样表示。

式子5

$X=({\mathrm{RT}}_g+1)d\tan {\mathrm{\θ}}_2=\frac{q}{p}\frac{n_i}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_1---\left(5\right)$

若将式子(5)变形，则在群速度色散部30得到的群速度色散值q如下述式子(6)那样表示。

式子6

$q=\frac{n_2}{n_1}\frac{\mathrm{pX}}{\sin {\mathrm{\θ}}_1}---\left(6\right)$

由式子(6)可知，能够使群速度色散部30的厚度d为不影响群速度色散值q的参数。因此，在能够忽略半导体可饱和吸收镜20中的反射损失那样的情况下，能够减小群速度色散部30的厚度d，而能够实现短光脉冲产生装置100的小型化。在无法忽略反射损失的情况下，能够增大群速度色散部30的厚度d，从而降低半导体可饱和吸收镜20中的反射次数。

这里，使光脉冲生成部10所生成的光脉冲的波长为850nm，使入射角度θ₁为0.1°，使光脉冲向群速度色散部30入射前的介质为空气(n₁＝1)，使群速度色散部30的材质为玻璃(BK7)，使群速度色散部30的厚度d为10mm。群速度色散部30的折射率n₂相对于波长850nm的光为1.51。群速度色散部30的每1mm的群速度色散值相对于波长850nm的光，为4.7×10^－29s²/mm。若将希望的群速度色散值q设为1×10^－24s²，则根据式子(4)，反射次数RT_g≈2127。另外，根据式子(5)，群速度色散部30的长度X≈2.5cm。

如上述那样，在使群速度色散部30的长度X为2.5cm、使n₁为1、使n₂为1.51的情况下，在使入射角度θ₁变化时，根据式子(6)，入射角度θ₁与群速度色散值q的关系如图10所示。根据图10可知，通过使入射角度θ₁变化，能够使群速度色散值大致在1.77×10^－27s²以上1×10^－24s²以下的范围内可变。

接下来，若将光脉冲每次在半导体可饱和吸收镜20中反射时被赋予的线性调频量设为r，将希望的线性调频量设为s，则所需的反射次数RT_s如下述式子(7)那样表示。但是，假设能够忽略由入射角度产生的影响。

式子7

${\mathrm{RT}}_s=\frac{s}{r}-1---\left(7\right)$

这里，若RT_s＝RT_g，则根据式子(4)以及式子(7)，r如下述式子(8)那样表示。

式子8

$r=\frac{s}{\frac{q}{p}\frac{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1}{n_2}\right)}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}}{d}}---\left(8\right)$

以满足式子(8)的方式，调整线性调频量r。作为调整线性调频量r的方法，例如列举调整半导体可饱和吸收镜20的量子阱层24的阱数的方法、调整利用电极60、62施加给半导体可饱和吸收镜20的偏压的方法、以及调整光脉冲的半导体可饱和吸收镜20中的反射次数的方法等。

3.太赫兹波产生装置

接下来，参照附图对本实施方式的太赫兹波产生装置1000进行说明。图11是表示本实施方式的太赫兹波产生装置1000的构成的图。

如图11所示，太赫兹波产生装置1000包括本发明的短光脉冲产生装置、和光导天线1010。这里，对作为本发明的短光脉冲产生装置，使用短光脉冲产生装置100的情况进行说明。

短光脉冲产生装置100产生作为激发光的短光脉冲(例如图6所示的光脉冲P4)。短光脉冲产生装置100所产生的短光脉冲的脉冲宽度例如为1fs以上800fs以下。

光导天线1010通过被照射短光脉冲产生装置100所产生的短光脉冲而产生太赫兹波。此外，太赫兹波是指频率在100GHz以上30THz以下的电磁波，特别是指300GHz以上3THz以下的电磁波。

在图示的例子中，光导天线1010是偶极形状光导天线(PCA)。光导天线1010具有作为半导体基板的基板1012、和设置在基板1012上，并经由间隙1016而对置配置的一对电极1014。若向上述电极1014之间照射光脉冲，则光导天线1010产生太赫兹波。

基板1012例如具有半绝缘性GaAs(SI－GaAs)基板、和设置在SI－GaAs基板上的低温生长GaAs(LT－GaAs)层。电极1014的材质例如是Au。一对电极1014之间的距离没有特别地限定，而根据条件适当地设定。一对电极1014之间的距离例如在1μm以上10μm以下。

在太赫兹波产生装置1000中，首先，短光脉冲产生装置100产生短光脉冲，并向光导天线1010的间隙1016射出。从短光脉冲产生装置100射出的短光脉冲照射光导天线1010的间隙1016。在光导天线1010中，通过向间隙1016照射短光脉冲，从而激发自由电子。然后，通过向电极1014之间施加电压而使该自由电子加速。由此，产生太赫兹波。

4.成像装置

接下来，参照附图对本实施方式的成像装置1100进行说明。图12是表示本实施方式的成像装置1100的框图。图13是示意地表示本实施方式的成像装置1100的太赫兹波检测部1120的俯视图。图14是表示对象物的太赫兹波段下的光谱的图表。图15是表示对象物的物质A、B以及C的分布的图像的图。

如图12所示，成像装置1100具备产生太赫兹波的太赫兹波产生部1110、检测从太赫兹波产生部1110射出，并透过对象物O的太赫兹波或者被对象物O反射的太赫兹波的太赫兹波检测部1120、以及根据太赫兹波检测部1120的检测结果，生成对象物O的图像，即、生成图像数据的图像形成部1130。

作为太赫兹波产生部1110，能够使用本发明的太赫兹波产生装置。这里，对作为本发明的太赫兹波产生装置使用太赫兹波产生装置1000的情况进行说明。

作为太赫兹波检测部1120，如图13所示，使用具备让目标波长的太赫兹波通过的滤波器80、以及检测通过了滤波器80的上述目标波长的太赫兹波的检测部84的部件。另外，作为检测部84，例如使用将太赫兹波转换为热量来进行检测的部件，即、使用能够将太赫兹波转换为热量，并检测该太赫兹波的能量(强度)的部件。作为这样的检测部，例如能够列举热电传感器、辐射热测量计等。此外，太赫兹波检测部1120的构成并不限定于上述构成。

另外，滤波器80具有多个二维配置的像素(单位滤波器部)82。即，各像素82呈矩阵状地配置。

另外，各像素82具有使相互不同的波长的太赫兹波通过的多个区域，即、具有所通过的太赫兹波的波长(以下，也称为“通过波长”)相互不同的多个区域。此外，在图示的结构中，各像素82具有第一区域821、第二区域822、第三区域823、以及第四区域824。

另外，检测部84具有分别与滤波器80的各像素82的第一区域821、第二区域822、第三区域823、以及第四区域824对应地设置的第一单位检测部841、第二单位检测部842、第三单位检测部843、以及第四单位检测部844。各第一单位检测部841、各第二单位检测部842、各第三单位检测部843、以及各第四单位检测部844分别将通过了各像素82的第一区域821、第二区域822、第三区域823、以及第四区域824的太赫兹波转换为热量来进行检测。由此，在各像素82的每一个中，能够分别可靠地检测四个目标波长的太赫兹波。

接下来，对成像装置1100的使用例进行说明。

首先，假设作为光谱成像的对象的对象物O由三种物质A、B以及C构成。成像装置1100进行该对象物O的光谱成像。另外，这里，作为一个例子，太赫兹波检测部1120检测被对象物O反射的太赫兹波。

另外，在太赫兹波检测部1120的滤波器80的各像素82中，使用第一区域821以及第二区域822。在将第一区域821的通过波长设为λ1，将第二区域822的通过波长设为λ2，将被对象物O反射的太赫兹波的波长λ1的成分的强度设为α1，并将波长λ2的成分的强度设为α2时，以能够在物质A、物质B以及物质C中相互显著地区分上述强度α2与强度α1的差量(α2－α1)的方式，设定第一区域821的通过波长λ1以及第二区域822的通过波长λ2。

如图14所示，在物质A中，由对象物O反射的太赫兹波的波长λ2的成分的强度α2与波长λ1的成分的强度α1的差量(α2－α1)为正值。另外，在物质B中，强度α2与强度α1的差量(α2－α1)为零。另外，在物质C中，强度α2与强度α1的差量(α2－α1)为负值。

在利用成像装置1100进行对象物O的光谱成像时，首先，利用太赫兹波产生部1110产生太赫兹波，并向对象物O照射该太赫兹波。然后，利用太赫兹波检测部1120，检测被对象物O反射的太赫兹波作为α1以及α2。向图像形成部1130送出其检测结果。此外，针对对象物O的整体进行太赫兹波的朝向该对象物O的照射以及由对象物O反射的太赫兹波的检测。

在图像形成部1130中，根据上述检测结果，求出通过了滤波器80的第二区域822的太赫兹波的波长λ2的成分的强度α2与通过了第一区域821的太赫兹波的波长λ1的成分的强度α1的差量(α2－α1)。然后，判断并确定在对象物O中，上述差量为正值的部位是物质A，上述差量为零的部位是物质B，上述差量为负值的部位是物质C。

另外，在图像形成部1130中，如图15所示，生成表示对象物O的物质A、B以及C的分布的图像的图像数据。将该图像数据从图像形成部1130向未图示的显示器送出，并且在该显示器中，对表示对象物O的物质A、B以及C的分布的图像进行显示。在该情况下，例如以使对象物O的物质A的分布区域为黑色、物质B的分布区域为灰色、物质C的分布区域为白色的方式，区分颜色地进行显示。在该成像装置1100中，如上述，能够同时进行构成对象物O的各物质的鉴定以及上述各物质的分布测定。

此外，成像装置1100的用途并不限定于上述用途，例如，通过对人照射太赫兹波，并检测透过该人或者被该人反射的太赫兹波，并在图像形成部1130中进行处理，也能够辨别该人是否持有手枪、刀、违法药物等。

5.测量装置

接下来，参照附图对本实施方式的测量装置1200进行说明。图16是表示本实施方式的测量装置1200的框图。在以下说明的本实施方式的测量装置1200中，对于具有与上述成像装置1100的构成部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略其详细的说明。

如图16所示，测量装置1200具备产生太赫兹波的太赫兹波产生部1110、检测从太赫兹波产生部1110射出，并透过对象物O的太赫兹波或者被对象物O反射的太赫兹波的太赫兹波检测部1120、以及根据太赫兹波检测部1120的检测结果，测量对象物O的测量部1210。

接下来，对测量装置1200的使用例进行说明。在利用测量装置1200进行对象物O的光谱测量时，首先，利用太赫兹波产生部1110来产生太赫兹波，并向对象物O照射该太赫兹波。然后，利用太赫兹波检测部1120对通过了对象物O的太赫兹波或者被对象物O反射的太赫兹波进行检测。向测量部1210送出其检测结果。此外，针对对象物O的整体进行太赫兹波的朝向该对象物O的照射以及透过对象物O的太赫兹波或者被对象物O反射的太赫兹波的检测。

在测量部1210中，根据上述检测结果，掌握通过了滤波器80的各像素82的第一区域821、第二区域822、第三区域823、以及第四区域824的太赫兹波各自的强度，并进行对象物O的成分及其分布的分析等。

6.照相机

接下来，参照附图对本实施方式的照相机1300进行说明。图17是表示本实施方式的照相机1300的框图。图18是示意地表示本实施方式的照相机1300的立体图。在以下说明的本实施方式的照相机1300中，对于具有与上述成像装置1100的构成部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略其详细的说明。

如图17以及图18所示，照相机1300具备产生太赫兹波的太赫兹波产生部1110、检测从太赫兹波产生部1110射出，并被对象物O反射的太赫兹波或者透过对象物O的太赫兹波的太赫兹波检测部1120、以及存储部1301。而且，上述各部1110、1120、1301收纳于照相机1300的壳体1310。另外，照相机1300具备使被对象物O反射的太赫兹波聚光(成像)于太赫兹波检测部1120的透镜(光学系统)1320、和用于使太赫兹波产生部1110所产生的太赫兹波向壳体1310的外部射出的窗部1330。透镜1320、窗部1330由使太赫兹波透过、折射的硅、石英、聚乙烯等部件构成。此外，窗部1330也可以构成为如狭缝那样仅设置有开口。

接下来，对照相机1300的使用例进行说明。在利用照相机1300拍摄对象物O时，首先，利用太赫兹波产生部1110产生太赫兹波，并向对象物O照射该太赫兹波。然后，利用透镜1320使被对象物O反射的太赫兹波聚光(成像)于太赫兹波检测部1120并进行检测。向存储部1301送出该检测结果，以进行存储。此外，针对对象物O的整体进行太赫兹波的朝向该对象物O的照射以及被对象物O反射的太赫兹波的检测。另外，例如也可以将上述检测结果发送至个人计算机等外部装置。在个人计算机中，能够根据上述检测结果来进行各处理。

上述实施方式以及变形例是一个例子，而并不限定于这些实施方式以及变形例。例如，也能够适当地组合各实施方式以及各变形例。

本发明包括与在实施方式中说明的构成实质上相同的构成(例如，功能、方法以及结果相同的构成，或者目的以及效果相同的构成)。另外，本发明包括对在实施方式中说明的构成的非本质的部分进行了置换的构成。另外，本发明包括能够起到与在实施方式中说明的构成相同的作用效果的构成或者能够实现相同的目的的构成。另外，本发明包括对在实施方式中说明的构成附加了公知技术的构成。

符号说明

10…光脉冲生成部；20…半导体可饱和吸收镜；21…支承基板；22…多层膜反射镜；23…第一层；24…量子阱层；25…第二层；26…上表面；27…透过层叠体；28…接触层；30…群速度色散部；32…第一面；34…第二面；40…第一防反射膜；42…第二防反射膜；50…准直透镜；60…第一电极；62…第二电极；70…可变机构；72…工作台；80…滤波器；82…像素；84…检测部；100、200、300…短光脉冲产生装置；821…第一区域；822…第二区域；823…第三区域；824…第四区域；841…第一单位检测部；842…第二单位检测部；843…第三单位检测部；844…第四单位检测部；1000…太赫兹波产生装置；1010…光导天线；1012…基板；1014…电极；1016…间隙；1100…成像装置；1110…太赫兹波产生部；1120…太赫兹波检测部；1130…图像形成部；1200…测量装置；1210…测量部；1300…照相机；1301…存储部；1310…壳体；1320…透镜；1330…窗部。

Claims (10)

1.一种短光脉冲产生装置，其特征在于，包括：

光脉冲生成部，其生成光脉冲；

半导体可饱和吸收镜，其具有多层膜反射镜以及量子阱结构且反射所述光脉冲；以及

群速度色散部，其使被所述半导体可饱和吸收镜反射的所述光脉冲产生与波长对应的群速度差。

2.根据权利要求1所述的短光脉冲产生装置，其特征在于，

包括向所述半导体可饱和吸收镜施加反向偏压的电极。

3.根据权利要求1或2所述的短光脉冲产生装置，其特征在于，

所述半导体可饱和吸收镜被设置两个，

所述群速度色散部以被两个所述半导体可饱和吸收镜夹持的方式而设置，

入射至所述群速度色散部的所述光脉冲被两个所述半导体可饱和吸收镜多次反射而在所述群速度色散部中行进。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的短光脉冲产生装置，其特征在于，

包括改变所述光脉冲相对于所述半导体可饱和吸收镜的入射角度的可变机构。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的短光脉冲产生装置，其特征在于，

包括将向所述群速度色散部入射的光脉冲转换为平行光的准直透镜。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的短光脉冲产生装置，其特征在于，

所述群速度色散部是玻璃基板。

7.一种太赫兹波产生装置，其特征在于，包括：

权利要求1～6中任一项所述的短光脉冲产生装置；以及

光导天线，其被照射由所述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波。

8.一种照相机，其特征在于，包括：

权利要求1～6中任一项所述的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射由所述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从所述光导天线射出，并透过对象物的所述太赫兹波或者被对象物反射的所述太赫兹波；以及

存储部，其存储所述太赫兹波检测部的检测结果。

9.一种成像装置，其特征在于，包括：

权利要求1～6中任一项所述的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射由所述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从所述光导天线射出，并透过对象物的所述太赫兹波或者被对象物反射的所述太赫兹波；以及

图像形成部，其根据所述太赫兹波检测部的检测结果，生成所述对象物的图像。

10.一种测量装置，其特征在于，包括：

权利要求1～6中任一项所述的短光脉冲产生装置；

光导天线，其被照射由所述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；

太赫兹波检测部，其检测从所述光导天线射出，并透过对象物的所述太赫兹波或者被对象物反射的所述太赫兹波；以及

测量部，其根据所述太赫兹波检测部的检测结果，测量所述对象物。