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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung, die Terahertzwellen in einer Richtung, die nichtkolineare Phasenanpassungsbedingungen erfullt, durch Bestrahlen von Ultrakurzpulslaserlicht in einen nichtlinearen optischen Kristall erzeugt, sowie ein Terahertzwellenerzeugungsverfahren.
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Stand der Technik
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Als bekannte Terahertzwellenerzeugungsverfahren offenbart die Nichtpatentdruckschrift 1 drei Verfahren, nämlich ein Antennenverfahren, ein Verfahren basierend auf einem nichtlinearen Effekt, sowie ein Verfahren unter Anlegen eines Magnetfelds. Bei dem Antennenelementverfahren wird eine Vorspannung an eine fotoleitende Antenne angelegt, die eine auf einem Halbleitersubstrat ausgebildete Mikrostruktur ist, und in diesem Zustand bestrahlt Ultrakurzpulslaserlicht die fotoleitende Antenne, wodurch Terahertzwellen erzeugt werden. Bei dem auf einem nichtlinearen Effekt basierenden Verfahren werden Terahertzwellen durch Bestrahlen von Ultrakurzpulslaserlicht auf ein Material mit einer nichtlinearen Empfänglichkeit χ(2) auf der Basis eines Lichtgleichrichtungseffekts erzeugt. Bei dem Verfahren unter Anlegen eines Magnetfeldes wird ein Magnetfeld parallel zu einer Halbleiteroberfläche angelegt, und in diesem Zustand bestrahlt Ultrakurzpulslaserlicht die Halbleiteroberfläche, wodurch Terahertzwellen erzeugt werden.
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Die Nichtpatentdruckschrift 2 offenbart ein Verfahren zum Verkippen (bzw. Neigen) der Wellenfront des einen nichtlinearen optischen Kristall bestrahlenden Laserlichts bezuglich der Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls als ein Verfahren zur Erzeugung von Cherenkov-Strahlung in dem nichtlinearen optischen Kristall für den Erhalt von Terahertzwellen mit hoher Intensität. Mit diesem Verfahren wird die Wellenfront des Laserlichts unter Verwendung eines Beugungsbildübertragungssystems geneigt, das aus einem Beugungsgitter und einer Linse zusammengesetzt ist.
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Zudem gibt es als Terahertzwellenerzeugungsverfahren ein Verfahren zur Projektion einer Pumpwelle auf einen nichtlinearen optischen Kristall, der zur Verwendung bei parametrischer Oszillation befahigt ist. 10 zeigt das Terahertzwellenerzeugungsprinzip bei diesem Verfahren. Wenn bei diesem Verfahren Pulslaserlicht L auf einen nichtlinearen optischen Kristall 100 aus einer zu der optischen Achse Z dieses nichtlinearen optischen Kristalls 100 orthogonalen Richtung einfällt, tritt eine parametrische Interaktion innerhalb des nichtlinearen optischen Kristalls 100 auf, und eine Terahertzwelle T wird in einer die nichtkollinearen Phasenanpassungsbedingungen erfullenden Richtung A erzeugt. Fur dieses Terahertzwellenerzeugungsverfahren offenbart die Patentdruckschrift 1 ein Verfahren unter Verwendung von zwei Lasererzeugungsvorrichtungen. Von diesen beiden ist eine Lasererzeugungsvorrichtung ein YAG-Laser, der Pulslaserlicht ausgibt, und das Pulslaserlicht wird dabei auf eine Impulsbreite von 15 ns und eine Wellenlänge von 1064 nm eingestellt. Die andere Lasererzeugungsvorrichtung ist ein Yb-Faserlaser, der kontinuierliches Laserlicht ausgibt. Das kontinuierliche Laserlicht wird dabei als Terahertzwelleninjektionskeimling verwendet, und die Wellenlänge ist bei 1070,2 nm fixiert, um die Stärke der Terahertzwelle zu verbessern.
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Literatur aus dem Stand der Technik
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Patentdruckschriften
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- Patentdruckschrift 1: Druckschrift JP-A-2002-72269
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Nichtpatentdruckschriften
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- Nichtpatentdruckschrift 1: „Journal of the Spectroscopical Society of Japan", The Spectroscopical Society of Japan, 2001, Band 50, Nr. 6
- Nichtpatentdruckschrift 2: „Applied Physics Letters", American Institute of Physics, 2001, Band 90, Seiten 17121-1 bis 17121-3
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Erfindungszusammenfassung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Mit den bei der Nichtpatentdruckschrift 1 beschriebenen drei Terahertzwellenerzeugungsverfahren sind die erzeugten Terahertzwellen schwach, und beispielsweise selbst im Falle des Verfahrens unter Anliegen eines Magnetfeldes, mit dem die größte Stärke erhalten werden kann, liegt die Stärke der erzeugten Terahertzwellen bei etwa 8 J/Puls. Folglich ist es schwierig, diese Terahertzwellenerzeugungsverfahren auf Gebiete außerhalb vorgeschriebener spektroskopischer Messungen anzuwenden.
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Zudem ist es bei dem in der Nichtpatentdruckschrift 2 beschriebenen Verfahren notig, ein Beugungsgitter mit einer komplexen Struktur in der Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung herzustellen. Darüber hinaus ist es notig, ein Beugungsbild nahe dem Brennpunkt der Linse auszubilden, was eine Einstellung des Übertragungssystems erschwert.
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Zudem sind bei dem in der Patentdruckschrift 1 offenbarten Verfahren zwei Lasererzeugungsvorrichtungen nötig, wie es vorstehend beschrieben ist, und zur Stabilisierung der Wellenlänge des kontinuierlichen Laserlichts ist es nötig, dass der Yb-Faserlaser ein Laser ist, bei dem kein Modenspringen auftritt. Mit diesem Verfahren kann nur eine Terahertzwelle mit einer Zeitdauer in der Großenordnung von Nanosekunden erzeugt werden. Zudem werden die Herstellungskosten für die Vorrichtung recht hoch.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau aufweist, und die Terahertzwellen mit hoher Stärke erzeugen kann, und außerdem ein Verfahren zur Erzeugung von Terahertzwellen anzugeben.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Gemaß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung zur Lösung der Aufgabe eine Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Terahertzwellen in einer die nichtkolinearen Phasenanpassungsbedingungen erfüllenden Richtung durch Projektion von Ultrakurzpulslaserlicht auf einen nichtlinearen optischen Kristall mit einer Pulslichtquelle zur Erzeugung des Ultrakurzpulslaserlichts und einer Bestrahlungseinheit zum diskreten Bestrahlen des durch die Pulslichtquelle erzeugten Ultrakurzpulslaserlichts auf eine Terahertzwellenübertragungslinie in dem nichtlinearen optischen Kristall, so dass das Ultrakurzpulslaserlicht synchron zu der Übertragung der Terahertzwelle ist.
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Die Bestrahlungseinheit ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von optischen Fasern zum Empfangen und Ubertragen des durch die Pulslichtquelle erzeugten Ultrakurzpulslaserlichts sowie zum Projizieren desselben zu der Terahertzwellenubertragungslinie des nichtlinearen optischen Kristalls versehen, so dass das Ultrakurzpulslaserlicht synchron mit der Ubertragung der Terahertzwelle ist, und die optischen Fasern voneinander verschiedene optische Pfadlangen aufweisen.
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Die Bestrahlungseinheit ist vorzugsweise mit einem Lichtverteiler zum Aufsplitten des durch die Pulslichtquelle erzeugten Ultrakurzpulslaserlichts in eine Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen und Übertragung derselben an die Vielzahl von optischen Fasern versehen.
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Die Bestrahlungseinheit ist vorzugsweise mit einem Längeneinstellungsmechanismus zur Einstellung der optischen Pfadlangen der optischen Fasern versehen, und dieser Längeneinstellungsmechanismus ist mit Trommeln versehen, um die die optischen Fasern gewunden sind, sowie einer Spannungsänderungseinheit zum Ändern der Spannung der optischen Fasern in Richtung der Länge durch Ändern des Durchmessers der Trommeln.
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Die Pulslichtquelle ist vorzugsweise für jede optische Faser bereitgestellt.
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Die Bestrahlungseinheit ist vorzugsweise mit einer Multikernfaser mit einer Vielzahl von Kernen als den Übertragungspfaden für den Empfang und die Übertragung des durch die Pulslichtquelle erzeugten Ultrakurzpulslaserlichts und der Projektion derselben zu der Terahertzwellenubertragungslinie des nichtlinearen optischen Kristalls versehen, so dass das Ultrakurzpulslaserlicht synchron zu der Übertragung der Terahertzwelle ist, und die Vielzahl von Kernen voneinander verschiedene optische Pfadlangen aufweisen.
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Die Projektionseinheiten der Vielzahl von Kernen sind vorzugsweise parallel zu der Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie positioniert, und die aus den Projektionseinheiten der Vielzahl von Kernen zusammengesetzte Endoberflache ist mit einem vorbestimmten Winkel geformt, und die optischen Pfadlängen der Kerne sind zu einer Seite in einer Richtung parallel zu den Projektionseinheiten länger.
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Die Pulslichtquelle ist vorzugsweise für jeden der Kerne bereitgestellt.
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Jede Pulslichtquelle ist vorzugsweise mit einem Zeitverlaufeinstellungsmechanismus zum Einstellen des Erzeugungsablaufs für das Ultrakurzpulslaserlicht versehen.
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An der Projektionseinheit von jedem Ubertragungspfad ist vorzugsweise eine Linse zur Ausbildung gewünschter Werte für den Einfallswinkel auf den nichtlinearen optischen Kristall und den Abstand von Ankunftspositionen auf der Terahertzwellenübertragungslinie in dem nichtlinearen optischen Kristall des von den Projektionseinheiten projizierten Ultrakurzpulslaserlichts bereitgestellt.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Terahertzwellenerzeugungsverfahren zur Losung der Aufgabe ein Verfahren zur Erzeugung von Terahertzwellen in einer die nichtkolinearen Phasenanpassungsbedingungen erfullenden Richtung durch Ausbildung von auf einem nichtlinearen optischen Kristall einfallendem Ultrakurzpulslaserlicht, und umfasst: Bestrahlen einer Pulslaserlichtgruppe mit einer diskreten Wellenoberfläche, die aus einer Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen einer einzelnen Wiederholfrequenz zusammengesetzt ist, auf den nichtlinearen optischen Kristall, und Ubertragen der Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen der Pulslaserlichtgruppe auf aufeinanderfolgend verschobene Positionen auf der Terahertzwellenübertragungslinie, so dass diese mit einer Zeitdifferenz ankommen.
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Die Pulslaserlichtgruppe ist vorzugsweise aus den Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen zusammengesetzt, die über Übertragungspfade ubertragen wurden, und von den Projektionseinheiten der Ubertragungspfade zu dem nichtlinearen optischen Kristall projiziert wurden; die Verschiebung bei den Ankunftspositionen der Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen auf der Übertragungslinie wird vorzugsweise durch die in einer Richtung parallelen Projektionseinheiten erzeugt; und die Differenz in den Ankunftszeiten der Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen auf der Übertragungslinie wird vorzugsweise durch die optischen Pfadlängender Ubertragungspfade erzeugt, die zu einer Seite der parallelen Richtung der Projektionseinheiten länger ist.
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Erfindungsgemaße Wirkungen
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Mit der erfindungsgemäßen Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Terahertzwellenerzeugungsverfahren ist es möglich, Terahertzwellen mit hoher Stärke mit einer einfachen Struktur sowie einem einfachen Verfahren zu erzeugen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine Darstellung von einer Vergrößerung einer auf einen LN-Kristall einfallenden Ultrakurzpulslaserlichtgruppe.
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3 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem fünften Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
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7 zeigt ein Blockschaltbild von einer Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels.
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8 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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9 zeigt ein Blockschaltbild von einer Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels.
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10 zeigt eine Darstellung des Erzeugungsprinzips eines Terahertzwellenerzeugungsverfahrens.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Identische oder entsprechende Teile in der Zeichnung sind mit denselben Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung ist nicht wiederholt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt die Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3, einen Verteiler 5 und ein Faserbundel 7.
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Die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 erzeugt Ultrakurzpulslaserlicht mit einer einzelnen Wiederholfrequenz. Der Verteiler 5 ist mit der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 über eine optische Faser 9 verbunden. Dieser Verteiler 5 teilt das von der Ultrakurzpulslaserlichtquelle projizierte Ultrakurzpulslaserlicht und kollimiert außerdem dieses aufgeteilte Ultrakurzpulslaserlicht auf weniger als den Durchmesser der Ubertragungspfade der nachstehend beschriebenen optischen Fasern F1 bis F5. Das Faserbündel 7 ist ein Bundel aus den optischen Fasern F1 bis F5, von denen jede mit dem Verteiler 5 verbunden ist. Die durch den Verteiler 5 aufgeteilten und kollimierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen werden gleichzeitig auf die optischen Fasern F1 bis F5 eingestrahlt. Nach Ubertragung des Ultrakurzpulslaserlichts projizieren zudem die optischen Fasern F1 bis F5 dieses Ultrakurzpulslaserlicht L aus Projektionseinheiten 13 auf einen LN-Kristall 15 als einem nichtlinearen optischen Kristall (der nachstehend vereinfacht als LN-Kristall in Bezug genommen ist). Die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 erzeugt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Terahertzwelle T unter Verwendung des in 10 gezeigten Prinzips, womit die Richtung der Projektionseinheit 13 jeder optischen Faser F1 bis F5 so eingestellt ist, dass das Ultrakurzpulslaserlicht L auf den LN-Kristall 15 aus einer Richtung orthogonal zu der optischen Achse des LN-Kristalls 15 einfällt. Nachstehend sind die optischen Fasern F1 bis F5 im Allgemeinen als optische Faser F bezeichnet. Zudem wird bei der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Anzahl an optischen Fasern mit 5 angesetzt, namlich F1 bis F5, aber die Anzahl kann großer sein.
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Die in 1 gezeigte gerade Linie zeigt die Übertragungslinie, entlang der die in dem LN-Kristall 15 durch Bestrahlen durch das Ultrakurzpulslaserlicht L erzeugte Terahertzwelle T in einer die nichtkolineare Phasenanpassungsbedingung erfüllende Richtung fortschreitet. Die Projektionseinheit 13 jeder optischen Faser F ist so angeordnet, dass das von diesen Projektionseinheiten 13 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L sequentiell die Terahertzwellenübertragungslinie A bestrahlt. Die optische Pfadlange jeder optischen Faser F wird in einer Richtung parallel zu den Projektionseinheiten 13 länger, das heißt zu einer Seite in Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie A. Im Einzelnen werden sie in der Reihenfolge F1, F2, F3, F4 und F5 länger. Zudem sind Kondenserlinsen 17 an den Projektionseinheiten 13 der optischen Faser F bereitgestellt. Durch Einstellen der gekrummten Oberflache und Position dieser Linsen 17 wird das von den Projektionseinheiten 13 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L so kondensiert, dass es auf die Oberfläche des LN-Kristalls 15 orthogonal einfallt, und der Kondensationspunkt des Ultrakurzpulslaserlichts L ist mit einem vorbestimmten Abstand auf der Terahertzwellenübertragungslinie A positioniert.
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Mit der Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 mit der vorstehend beschriebenen Struktur wird jedes Mal, wenn die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 das Ultrakurzpulslaserlicht projiziert, das Ultrakurzpulslaserlicht durch den Verteiler 5 aufgeteilt und kollimiert, und gleichzeitig auf die optische Faser F eingestrahlt. Nachdem dieses aufgeteilte und kollimierte Ultrakurzpulslaserlicht L an die Übertragungspfade der optischen Fasern F übertragen wurde, wird ferner das Licht von der Projektionseinheit 13 zu dem LN-Kristall 15 projiziert. Folglich schreitet eine aus der Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L zusammengesetzte und eine diskrete Wellenoberflache aufweisende Pulslaserlichtgruppe C zu dem LN-Kristall 15 fort.
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Wenn die verschiedenen Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L, die dabei die Pulslaserlichtgruppe C zusammensetzten, durch die Übertragungspfade der optischen Fasern F passieren, kann eine Zeitverzogerung vermieden werden. Diese Zeitverzogerung wird von den Materialien der optischen Faser F mit hohem Brechungsindex erzeugt, wobei ihr Wert gemaß den optischen Pfadlangen der Übertragungspfade der optischen Fasern F bestimmt wird. Weil bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel die optischen Pfadlängen der Ubertragungspfade der optischen Fasern F1 bis F5 zu einer Seite in der Parallelrichtung der Projektionseinheiten 13 (das bedeutet in Richtung der Terahertzwellenubertragungslinie A) länger werden, ist die Zeitverzögerung fur Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L langer, die von den optischen Fasern F nahe zu einer Seite in der Parallelrichtung der Projektionseinheiten 13 (dies bedeutet in Richtung der Terahertzwellenubertragungslinie A) projiziert werden. Wenn das Ultrakurzpulslaserlicht gleichzeitig auf die optischen Fasern F1 bis F5 von dem Verteiler 5 einfällt, wird folglich die Wellenfront der Pulslaserlichtgruppe C verkippt (bzw. geneigt), so dass sie zu einer Seite in der Parallelrichtung der Projektionseinheiten 13 (dies bedeutet in Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie A) verzögert wird.
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2 zeigt eine vergroßerte Ansicht der auf den LN-Kristall 15 einfallenden Ultrakurzpulslaserlichtgruppe C. Die in 2 gezeigten Bezugszeichen L1 bis L3 bezeichnen die in einer einzelnen Pulslaserlichtgruppe C enthaltenen Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L. L1 passiert durch die optische Faser F1 mit dem kürzesten Übertragungspfad, so dass die Zeitverzögerung die kürzeste ist. L2 passiert durch die optische Faser F2 mit dem zweitkürzesten Ubertragungspfad, so dass die Zeitverzogerung die zweitkürzeste ist. L3 passiert durch die optische Faser F3 mit dem drittkürzesten Ubertragungspfad, so dass die Zeitverzögerung die drittkürzeste ist.
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Von der Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L, welche die Pulslaserlichtgruppe C bilden, kommt das Ultrakurzpulslaserlicht L1 mit der kürzesten Zeitverzogerung zuerst an dem LN-Kristall 15 an. Folglich wird eine Terahertzwelle T in dem LN-Kristall 15 durch parametrische Fluoreszenz erzeugt, und ein Abschnitt dieser Terahertzwelle T breitet sich in Richtung der Übertragungslinie A aus. Wenn zudem die Terahertzwelle T um einen vorbestimmten Abstand d1 in Richtung der Ubertragungslinie A fortgeschritten ist, kommt das Ultrakurzpulslaserlicht L2 mit der zweitkürzesten Zeitverzögerung an der Position nach dem Fortschreiten an, und eine parametrische Verstärkung wird durch parametrische Interaktion erzeugt. In der Folge wird die Stärke der Terahertzwelle T verstarkt. Wenn ferner die Terahertzwelle T um einen vorbestimmten Abstand d2 in Richtung der Ubertragungslinie A fortgeschritten ist, kommt das Ultrakurzpulslaserlicht L3 mit der drittkurzesten Zeitverzögerung an der Position nach dem Fortschreiten an, und die Stärke der Terahertzwelle T wird erneut verstärkt. Dieser Vorgang zur Verstarkung der Stärke wird wiederholt, bis das Ultrakurzpulslaserlicht L mit der längsten Zeitverzögerung an dem LN-Kristall 15 ankommt. Demzufolge wird die Terahertzwelle T sehr stark.
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Wahrend des Laufs der sich innerhalb des LN-Kristalls 15 ausbreitenden Terahertzwelle T tritt eine Absorption der Terahertzwelle T durch den LN-Kristall auf. Aus diesem Grund werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Impulsamplitude des durch die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 erzeugten Laserlichts und der Abstand der Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L in der Pulslaserlichtgruppe C so eingestellt, dass die Verstärkung in der Stärke der Terahertzwelle T größer als das Absorptionsausmaß ist.
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Da gemaß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die aus einer Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L zusammengesetzte Pulslaserlichtgruppe C zu dem LN-Kristall 15 hin fortschreitet, kommen die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L in der Pulslaserlichtgruppe C an Positionen an, die auf der Ubertragungslinie A der Terahertzwelle mit Zeitdifferenzen sukzessiv verschoben sind, so dass es möglich ist, jeden Ultrakurzpulslaserlichtstrahl L auf der in dem LN-Kristall 15 erzeugten Terahertzwelle T aufeinanderfolgend einzustrahlen. Dadurch wird eine sehr starke Terahertzwelle erzeugt. Zusätzlich zu der Bereitstellung einer Vielzahl von optischen Fasern F bei der Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 ist zudem die durch Einstellen der optischen Pfadlänge des optischen Übertragungspfades und der Position der Projektionseinheiten 13 der verschiedenen optischen Fasern F erhaltene Struktur der Vorrichtung einfach.
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Ferner kann durch Einstellen der Position der Projektionseinheiten 13 und der optischen Pfadlängen der Ubertragungspfade in den verschiedenen optischen Fasern F die Position und der Zeitpunkt der Ankunft der Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L in der Pulslaserlichtgruppe C auf der Terahertzwellenübertragungslinie A eingestellt werden. Dadurch kann die Gestalt des LN-Kristalls 15 und die relativen Positionen des LN-Kristalls 15 sowie die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 willkürlich eingestellt werden.
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Zudem ist durch Einstellen der Position und gekrümmten Oberfläche der Linse 17 ein Kondensieren der von den verschiedenen optischen Fasern F projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L auf die verschiedenen Positionen moglich. Dadurch ist es möglich, die Verstärkung der Terahertzwelle durch die von den verschiedenen optischen Fasern F projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L sicherzustellen. Dadurch wird eine sehr starke Terahertzwelle sicher erzeugt.
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Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel kann die Linse 17 weggelassen werden. Dabei kann die Starke der Terahertzwelle durch Verkippen der Wellenfront der Pulslaserlichtgruppe C verstärkt werden (das heißt Zuweisung von sequentiellen Zeitverzogerungen zu den verschiedenen Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L der Pulslaserlichtgruppe C), so dass die strahlenartigen Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L die Terahertzwelle aufeinanderfolgend bestrahlen.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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3 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Diese Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 20 ist mit einer Ultrakurzpulsfaserlaserlichtquelle 21 und einem Verteiler 23 anstelle der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 und dem Verteiler 5 bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel versehen. Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
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Die Ultrakurzpulsfaserlaserlichtquelle 21 erzeugt Ultrakurzpulslaserlicht einer einzelnen Wiederholfrequenz und kollimiert das erzeugte Ultrakurzpulslaserlicht auf weniger als dem Durchmesser des Übertragungspfades der optischen Fasern F. Der Verteiler 23 ist mit der Ultrakurzpulsfaserlaserlichtquelle 21 über eine einzelne optische Faser 10 verbunden. Dieser Verteiler 23 splittet das von der Ultrakurzpulsfaserlaserlichtquelle 21 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht in eine Vielzahl von Utrakurzpulslaserlichtstrahlen auf, und projiziert die gesplitteten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen gleichzeitig auf die verschiedenen optischen Fasern F. Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel können wie bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel die Positionen der Projektionseinheiten 13 und die optischen Pfadlängen der verschiedenen optischen Fasern F zusammen mit der gekrümmten Oberfläche und der Position der Linse 17 eingestellt werden, und folglich kann dieselbe Wirkung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Drittes Ausfuhrungsbeispiel)
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4 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 30 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Diese Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 30 ist die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der ein Langenanpassungsmechanismus 31 zum Einstellen der optischen Pfadlängen für die Übertragungspfade der optischen Fasern F hinzugefugt wurde. Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
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Der Längenanpassungsmechanismus 31 ist mit (nicht dargestellten) Trommeln, um die die verschiedenen optischen Fasern F1 bis F5 gewickelt sind, sowie einer (nicht dargestellten) piezoelektrischen Einheit zum Andern des Durchmessers jeder Trommel versehen. Durch Ändern der Durchmesser der Trommeln ist es möglich, die an die optischen Fasern F1 bis F5 angelegte Spannung in Langenrichtung zu ändern.
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Durch Ändern der an die optischen Fasern F1 bis F5 angelegten Spannung in Längenrichtung durch Betreiben des Längenanpassungsmechanismus 31 andern sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Längen der optischen Fasern F1 bis F5, so dass ein Einstellen der optischen Pfadlängen der Ubertragungspfade in den optischen Fasern F1 bis F5 auf die gewünschten Längen möglich ist. Dadurch ist es möglich, die den von den optischen Fasern F1 bis F5 projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L zugewiesene Zeitverzögerung innerhalb eines großeren Bereichs einzustellen. Dadurch können die von den optischen Fasern F1 bis F5 projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L die Terahertzwelle auf der Terahertzwellenübertragungslinie A sicher bestrahlen.
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Noch bevorzugter ist die piezoelektrische Einheit mit einem (nicht dargestellten) Computer verbunden, und die Trommeldurchmesser werden basierend auf Signalen von dem Computer verändert. Dabei kann der Computer mit einem (nicht dargestellten) Sensor elektrisch verbunden sein, der die Stärke der Terahertzwelle misst und das Änderungsausmaß in den Durchmessern der Trommeln auf Basis der Messwerte von dem Sensor berechnet. Weiterhin übertragt der Computer Signale, die Anderungen um die berechneten Ausmaße bei den Trommeln bewirken, an die piezoelektrische Vorrichtung. Dadurch können die optischen Pfadlängen der Übertragungspfade in den optischen Fasern F1 bis F5 basierend auf der momentanen Erzeugungsstärke der Terahertzwelle T eingestellt werden, so dass ein Einstellen der Erzeugungsstärke der Terahertzwelle T auf den gewünschten Wert möglich ist.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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5 zeigt ein Blockschaltbild der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 40 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Diese Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 40 ist die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 gemaß dem ersten Ausführungsbeispiel, und ist ferner mit einer Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtquellen 3 versehen. Die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L, welche die Pulslaserlichtgruppe C bilden, werden jeweils durch eine verschiedene Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 erzeugt. Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
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Bei dem vierten Ausfuhrungsbeispiel wird der in 1 gezeigte Verteiler weggelassen, und die Ultrakurzpulslaserquellen 3 sind für jede optische Faser F des Faserbündels 7 bereitgestellt. Nachdem das durch die entsprechende Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 erzeugte Ultrakurzpulslaserlicht übertragen wurde, projiziert jede optische Faser F dieses Ultrakurzpulslaserlicht L zu dem LN-Kristall 15.
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Zudem ist ein Zeitverlaufeinstellungsmechanismus 41 zur Einstellung des Zeitverlaufs für die Erzeugung des Laserlichts mit jeder der Ultrakurzpulslaserlichtquellen 3 verbunden. Durch Betreiben dieses Zeitverlaufeinstellungsmechanismus projiziert jede Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 gleichzeitig Ultrakurzpulslaserlicht auf die entsprechende optische Faser F.
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Mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Ultrakurzpulslaserlicht gleichzeitig auf jede der optischen Fasern F ohne Bereitstellung des Verteilers 5 einfällt.
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Wenn wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtquellen 3 bereitgestellt wird, können die optischen Pfadlangen in den Ubertragungspfaden der optischen Fasern F auf einen konstanten Wert eingestellt werden. Dabei ist es moglich, die gewünschte Verkippung bei der Wellenfront der Pulslaserlichtgruppe C durch aufeinanderfolgendes Verschieben des Erzeugungszeitpunkts für die Laserlichtstrahlen aus den Ultrakurzpulslaserlichtquellen 3 mit einem geeigneten Abstand bereitzustellen. Jeder Zeitverlaufeinstellungsmechanismus 4 kann durch einen PC gesteuert werden, so dass es möglich ist, den Zeitablauf der Lichtpulsprojektionseinheit von der entsprechenden Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 auf die gewünschte Zeit einzustellen.
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(Fünftes Ausfuhrungsbeispiel)
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6 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 50 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Diese Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 50 ist die Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der ein nachstehend beschriebener Hochleistungsverstarker 51 hinzugefügt wurde. Die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
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Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist der Hochleistungsverstärker 51 zur Erhöhung der Ausgabe des durch den Übertragungspfad jeder optischen Faser F passierenden Ultrakurzpulslaserlichts bereitgestellt.
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Mit dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wird Ultrakurzpulslaserlicht L, dessen Stärke durch den Hochleistungsverstärker 51 erhöht wurde, von jeder optischen Faser F zu dem LN-Kristall 15 projiziert. Wenn das von jeder optischen Faser F projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L die Terahertzwelle bestrahlt, wird folglich die Höhe der Stärkeamplitude der Terahertzwelle größer, so dass eine starke Terahertzwelle erzeugt wird.
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Eine Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in 7 gezeigt. Eine Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 53 gemäß dieser Abwandlung weist den auf den optischen Fasern F1 bis F5 bereitgestellten und bei dem dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Längenanpassungsmechanismus 31 derart auf, dass er vor dem Hochleistungsverstärker 51 angeordnet ist. Mit dieser Abwandlung ist es möglich, das Ultrakurzpulslaserlicht L, dessen Stärke durch den Hochleistungsverstärker 51 erhöht wurde, mit der gewunschten Zeitverzögerung auszustatten, indem der Längenanpassungsmechanismus 31 veranlasst wird, die optische Pfadlänge der optischen Fasern F1 bis F5 einzustellen. Dadurch ist es dem verstarkten Ultrakurzpulslaserlicht L möglich, die Terahertzwelle auf der Terahertzwellenubertragungslinie A sicher zu bestrahlen, wodurch eine noch starkere Terahertzwelle erzeugt wird.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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8 zeigt ein Blockschaltbild von der Struktur einer Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 60 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 60 sind ein Koppler 61 sowie eine Multikernfaser 63 anstelle des Verteilers 5 und des Faserbündels 7 nach dem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellt. Die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
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Der Koppler 61 ist mit der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 über die optische Faser 65 verbunden, und bildet die Stärke des von der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 projizierten Ultrakurzpulslaserlichts homogen aus.
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Die Multikernfaser 63 ist aus einer Vielzahl von Übertragungspfaden 67 und einer (nicht bezeichneten) Manteleinheit, welche die Vielzahl von Ubertragungspfaden 67 bedeckt, zusammengesetzt. Die Übertragungspfade 67 sind unmittelbar mit der Projektionseinheit des Kopplers 61 verbunden, so dass das Ultrakurzpulslaserlicht, dessen Stärke durch den Koppler 61 homogen ausgebildet wurde, gleichzeitig auf die Übertragungspfade 67 einfällt.
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Zudem wird die Orientierung der Projektionseinheiten 69 der Übertragungspfade 67 so eingestellt, dass das von den Projektionseinheiten 69 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L auf den LN-Kristall 15 von einer Richtung orthogonal zu der optischen Achse des LN-Kristalls 15 einfallt. Ferner sind die Projektionseinheiten 69 der Ubertragungspfade 67 so angeordnet, dass das von den Projektionseinheiten 69 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L mit aufeinanderfolgenden Verschiebungen die Terahertzwellenübertragungslinie A bestrahlt. Weil ferner die Endoberfläche der Multikernfaser 63 auf der Seite der Projektionseinheit mit einer gewunschten Neigung geschliffen ist, werden die optischen Pfadlängen der Übertragungspfade 67 zu der Seite der Parallelrichtung der Projektionseinheiten 69 (dies bedeutet in Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie A) länger. Außerdem sind Kondenserlinsen 71 zum Kondensieren von Licht an den Projektionseinheiten 69 bereitgestellt. Dabei wird durch Einstellen der gekrümmten Oberfläche und Position jeder Linse 71 das von jeder Projektionseinheit 69 projizierte Ultrakurzpulslaserlicht L so kondensiert, dass es orthogonal auf die Oberflache des LN-Kristalls 15 einfällt, und der Brennpunkt jedes Ultrakurzpulslaserlichts L wird mit einem vorbestimmten Abstand auf der Terahertzwellenübertragungslinie A angeordnet.
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Jedes Mal wenn die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 Ultrakurzpulslaserlicht L projiziert, wird mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieses Ultrakurzpulslaserlicht L gleichzeitig auf die Ubertragungspfade der Multikernfaser 63 eingestrahlt, nachdem die Stärke durch den Koppler 61 homogen ausgebildet wurde. Ferner wird das auf die Übertragungspfade 67 eingefallene Ultrakurzpulslaserlicht L von den Projektionseinheiten 69 zu dem LN-Kristall 15 projiziert. Folglich schreitet die Pulslaserlichtgruppe C mit einer diskreten Wellenoberfläche, die aus einer Vielzahl von Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L zusammengesetzt ist, zu dem LN-Kristall 15 hin fort, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Daruber hinaus werden die optischen Pfadlängen der Ubertragungspfade 67 der Multikernfaser 63 zu einer Seite der Parallelrichtung der Projektionseinheiten (69) (dies bedeutet in Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie A) länger, so dass die Wellenfront der Pulslaserlichtgruppe C so verkippt wird, dass sie zu einer Seite der Parallelrichtung der Projektionseinheiten 69 (dies bedeutet in Richtung der Terahertzwellenübertragungslinie A) verzögert ist. Weil die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L der Pulslaserlichtgruppe C an auf der Terahertzwellenübertragungslinie A aufeinanderfolgend verschobenen Positionen mit einer Zeitdifferenz ankommen, ist es folglich möglich, die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen Lauf die Terahertzwelle T wiederholt einzustrahlen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Dadurch wird eine sehr starke Terahertzwelle T in dem LN-Kristall 15 erzeugt. Zudem ist die Struktur der durch Bereitstellung einer Multikernfaser 63 und Einstellender Positionen der Projektionseinheiten 69 der Ubertragungspfade 67 sowie der optischen Pfadlängen der Übertragungspfade 67 in der Multikernfaser 63 erhaltenen Vorrichtung einfach.
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Ferner ist es durch Einstellen der Positionen der Projektionseinheiten 69 der Übertragungspfade 67 und Einstellen der Schleifneigung der Endoberfläche der Multikernfaser 63 auf der Seite der Projektionseinheit zum Einstellen der optischen Pfadlangen der Ubertragungspfade 67 möglich, die Ankunftszeit und die Position einzustellen, wo die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L der Pulslaserlichtgruppe C auf die Terahertzwellenübertragungslinie A eingestrahlt werden. Dadurch ist es moglich, die relativen Positionen an dem LN-Kristall 15 und der Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 60 sowie die Form des LN-Kristalls 15 willkurlich einzustellen.
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Ferner können durch Einstellen der gekrummten Oberflächen und Positionen der Linsen 71 die von den Ubertragungspfaden 67 projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L auf einen gewunschten Ort kondensiert werden, so dass eine sehr starke Terahertzwelle T sicher erzeugt wird.
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9 zeigt eine Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Bei der Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 73 nach dieser Abwandlung sind die Ubertragungspfade 67 der Multikernfaser 63 mit der Projektionseinheit des Kopplers 67 über optische Fasern 75 verbunden, und die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen fallen von diesem Koppler uber die optischen Fasern 75 ein. Bei dieser Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung 73 ist der bei dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigte Längenanpassungsmechanismus 31 an einer Position nach dem Koppler 61 bezüglich der optischen Fasern 75 bereitgestellt.
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Durch Einstellen der optischen Pfadlänge der optischen Fasern 75 unter Verwendung des Längenanpassungsmechanismus 31 ist es mit dieser Abwandlung möglich, die den von den Übertragungspfaden 67 projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L verliehene Zeitverzögerung in einem breiteren Bereich einzustellen. Dadurch bestrahlen die von den Übertragungspfaden 67 projizierten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen L sicher die Terahertzwelle T auf der Terahertzwellenübertragungslinie A.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 fur jeden Übertragungspfad 67 der Multikernfaser 63 bereitgestellt sein. Dabei sind die Ubertragungspfade 67 mit der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 über optische Fasern verbunden, und die Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen werden von der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 eingestrahlt. Zudem kann dabei der in 5 gezeigte Zeitverlaufeinstellungsmechanismus 41 mit der Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 verbunden sein. Dadurch ist es möglich, die durch die Ultrakurzpulslaserlichtquelle 3 erzeugten Ultrakurzpulslaserlichtstrahlen gleichzeitig auf die Übertragungspfade 67 der Multikernfaser 63 einzustrahlen.
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-217385 vom 26. August 2008, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Erzeugung einer sehr starken Terahertzwelle weist in der Verwendung zur Messung einer mehrschichtigen Fahrzeugschichtdicke eine gewerbliche Anwendbarkeit auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 20, 30, 40, 50, 53, 60, 73
- Terahertzwellenerzeugungsvorrichtung
- 7
- Faserbündel
- 9, 10, 65, 75
- optische Faser
- 3
- Ultrakurzpulslaserlichtquelle
- 5, 23
- Verteiler
- 13, 69
- Projektionseinheit
- 15
- LN-Kristall
- 17, 71
- Linse
- 21
- Ultrakurzpulsfaserlaserlichtquelle
- 31
- Längenanpassungsmechanismus
- 41
- Zeitverlaufeinstellungsmechanismus
- 51
- Hochleistungsverstarker
- 61
- Koppler
- 63
- Multikernfaser
- 67
- Übertragungspfad
- A
- Terahertzwellenübertragungslinie
- C
- Pulslaserlichtgruppe
- F1 bis F5
- optische Fasern
- L
- Ultrakurzpulslaserlicht
- T
- Terahertzwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002-72269 A [0005]
- JP 2008-217385 [0073]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Journal of the Spectroscopical Society of Japan”, The Spectroscopical Society of Japan, 2001, Band 50, Nr. 6 [0006]
- „Applied Physics Letters”, American Institute of Physics, 2001, Band 90, Seiten 17121-1 bis 17121-3 [0006]
