JP2002223017A - Tera-hertz optical device, and apparatus for generating tera-hertz light and apparatus for detecting tera-hertz light using the same - Google Patents
Tera-hertz optical device, and apparatus for generating tera-hertz light and apparatus for detecting tera-hertz light using the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、テラヘルツ光を発
生又は検出するテラヘルツ光素子に関し、特に、光スイ
ッチ素子を用いたテラヘルツ光素子に関するものであ
る。The present invention relates to a terahertz optical device for generating or detecting terahertz light, and more particularly to a terahertz optical device using an optical switch device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周波数が０．１ＴＨｚから１０ＴＨｚの
電磁波はテラヘルツ光と呼ばれ、その応用がさかんに研
究されている。それとともに、テラヘルツ光の発生装置
及び検出装置の開発が進められ、オーストン及びスミス
による光スイッチ素子の発明（オーストン及びスミス
（D.H.Auston K.P.Cheung and P.R.Smith）の論文（"Pi
cosecond photoconduction Hertzian dipoles", Appl.
Phys. Lett. 45, pp.284-286 （1984））以来、テラヘ
ルツ光を発生及び検出するテラヘルツ光素子として、光
スイッチ素子を用いたテラヘルツ光を発生及び検出する
テラヘルツ光素子が多く利用されている（例えば、スミ
ス、オーストン及びナス（Peter.R.Smith, David.H.Aus
ton and Martin.C.Nuss）の論文（"Subpicosecond Phot
oconductingDipole Antennas", IEEE Journal of Quant
um Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-260（198
8））、ブディオルト、マーゴリーズ、ジェオング、ソ
ン及びボコー（E.Budiarto, J.Margolies, S.Jeong, J.
Son and J.Bokor）の論文（"High-Intensity Terahertz
Pulses at 1-kHz Repetition Rate", IEEE Journal of
Quantum Electronics, Vol.32, No.10, pp1839-1846
（1996））など）。2. Description of the Related Art An electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 10 THz is called terahertz light, and its application is being studied actively. At the same time, the development of a terahertz light generation device and a detection device has been promoted, and the invention of an optical switch element by Oston and Smith (A paper by DHAuston KPCheung and PRSmith ("Pi
cosecond photoconduction Hertzian dipoles ", Appl.
Since Phys. Lett. 45, pp. 284-286 (1984), terahertz optical elements that generate and detect terahertz light using optical switching elements have been widely used as terahertz optical elements that generate and detect terahertz light. (Eg, Smith, Orston and Eggplant (Peter.R.Smith, David.H.Aus
ton and Martin.C. Nuss) ("Subpicosecond Phot"
oconductingDipole Antennas ", IEEE Journal of Quant
um Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-260 (198
8)), Budiort, Margolies, Jeongu, Son and Boco (E. Budiarto, J. Margolies, S. Jeong, J.
Son and J. Bokor) ("High-Intensity Terahertz
Pulses at 1-kHz Repetition Rate ", IEEE Journal of
Quantum Electronics, Vol.32, No.10, pp1839-1846
(1996))).
【０００３】図１１は、光スイッチ素子を用いた従来の
テラヘルツ光素子１の一例を模式的に示す概略斜視図で
ある。図１２は、図１１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断
面図である。FIG. 11 is a schematic perspective view schematically showing an example of a conventional terahertz optical device 1 using an optical switching device. FIG. 12 is a schematic sectional view taken along line AA ′ in FIG.
【０００４】この従来のテラヘルツ光素子１は、ＧａＡ
ｓ基板２と、基板２上に形成された光伝導膜としての低
温成長ＧａＡｓ膜３と、膜３上に形成された２つの導電
膜としての金属膜４，５とから構成されている。金属膜
４，５は、膜３上において互いに分離されており、平行
伝送線路を形成する伝送線路部４ａ，５ａと、それらの
両端に形成された電極部４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃと、を
有している。伝送線路部４ａ，５ａの中央部分が内側に
突出し、その間に基板１の面に沿った方向に微小な間隔
（例えば、数μｍ程度の間隔）ｄがあけられている。こ
の間隔ｄの付近の部分によって光スイッチ素子が構成さ
れ、また、伝送線路部４ａ，５ａにおける間隔ｄの付近
の部分によりダイポールアンテナが構成されている。[0004] This conventional terahertz optical element 1 is composed of GaAs.
An s substrate 2, a low-temperature-grown GaAs film 3 as a photoconductive film formed on the substrate 2, and two metal films 4 and 5 as two conductive films formed on the film 3. The metal films 4 and 5 are separated from each other on the film 3, and include transmission line portions 4a and 5a forming parallel transmission lines and electrode portions 4b, 4c, 5b and 5c formed at both ends thereof. Have. The central portions of the transmission line portions 4a and 5a protrude inward, and a small interval (for example, an interval of about several μm) d is provided in the direction along the surface of the substrate 1 therebetween. The portion near the distance d forms an optical switching element, and the portion near the distance d in the transmission line portions 4a and 5a forms a dipole antenna.
【０００５】このテラヘルツ光素子１をテラヘルツ光発
生素子として用いる場合、図１３に示すように、電極部
４ｂ，５ｂ間に直流電源又はパルス電源１０から直流バ
イアス電圧が印加され、図示しないレーザ光源等からな
る照射部によって、膜３の側からフェムト秒パルスレー
ザー光が間隔ｄ付近に照射される。その結果、膜３中に
自由キャリアが生成されて電流が流れ、このパルス状の
電流によってテラヘルツパルス光が発生し、基板２を通
過する。テラヘルツ光は、主に膜３と反対側に放射状に
発生する。When the terahertz light element 1 is used as a terahertz light generation element, as shown in FIG. 13, a DC bias voltage is applied from a DC power supply or a pulse power supply 10 between electrode portions 4b and 5b, and a laser light source (not shown) or the like is used. Femtosecond pulsed laser light is emitted from the side of the film 3 in the vicinity of the interval d. As a result, free carriers are generated in the film 3 and a current flows, and a terahertz pulse light is generated by the pulsed current and passes through the substrate 2. The terahertz light is generated radially mainly on the side opposite to the film 3.
【０００６】テラヘルツ光の出力は大きくてもサブミリ
ワット程度であるため、発生したテラヘルツ光を最大限
に利用するべく、図１３に示すように、基板２の背後
に、高抵抗シリコンからなる集光用の平凸レンズ１１が
配置される。発生したテラヘルツパルス光は、図１３中
の矢印１００で示すように、基板２を通過した後、レン
ズ１１により集光され、図示しない所定の光学系等によ
り利用される。レンズ１１は、通常、治具により基板２
の背面に密接されるが、図１５に模式的に示すように、
基板２とレンズ１１との間に、例えば空気層１２が介在
する。したがって、図１５に示すように、発生したテラ
ヘルツパルス光は、基板２と空気層１２との境界１３、
及び、空気層１２とレンズ１１との境界１４を通過した
後に、レンズ１１を経て外部に出射される。[0006] Since the output of the terahertz light is at most about sub-milliwatts, as shown in FIG. Plano-convex lens 11 is arranged. The generated terahertz pulse light passes through the substrate 2 and is condensed by the lens 11 as shown by an arrow 100 in FIG. 13, and is used by a predetermined optical system (not shown). The lens 11 is usually attached to the substrate 2 by a jig.
, But as schematically shown in FIG.
For example, an air layer 12 is interposed between the substrate 2 and the lens 11. Therefore, as shown in FIG. 15, the generated terahertz pulsed light is applied to the boundary 13 between the substrate 2 and the air layer 12,
After passing through the boundary 14 between the air layer 12 and the lens 11, the light is emitted outside through the lens 11.
【０００７】前記テラヘルツ光素子１をテラヘルツ光検
出素子として用いる場合、図１４に示すように、電極４
ｂ，５ｂ間にその間を流れる電流を検出する電流計１５
が接続され、図示しない照射部によって、膜３の側から
フェムト秒パルスレーザー光が間隔ｄ付近に照射され
る。このパルス光の照射によって、膜３中に自由キャリ
ア（電子と正孔）が生成され、このときに入射したテラ
ヘルツパルス光の電場の大きさにほぼ比例した電流が流
れる。この電流が電流計１５により検出され、電流計１
５からテラヘルツ光検出信号が得られる。When the terahertz light element 1 is used as a terahertz light detecting element, as shown in FIG.
ammeter 15 for detecting the current flowing between b and 5b
Is connected, and a femtosecond pulse laser beam is irradiated from the side of the film 3 in the vicinity of the interval d by an irradiation unit (not shown). By the irradiation of the pulse light, free carriers (electrons and holes) are generated in the film 3, and a current almost proportional to the magnitude of the electric field of the incident terahertz pulse light flows at this time. This current is detected by the ammeter 15 and the ammeter 1
5, a terahertz light detection signal is obtained.
【０００８】検出感度を高めるべく、図１４に示すよう
に、基板２の背後に、高抵抗シリコンからなる集光用の
平凸レンズ１６が配置される。検出しようとするテラヘ
ルツパルス光は、図１４中の矢印１０１で示すように、
レンズ１６により集光されて、基板２を通過した後、間
隔ｄの付近に集光される。レンズ１６は、通常、基板２
の背面に密接されるが、前記レンズ１１の場合と同様
に、基板２とレンズ１６との間に、例えば空気層が介在
する。したがって、検出しようとするテラヘルツパルス
光は、レンズ１６と空気層との境界、及び、空気層と基
板２との境界を経て、間隔ｄの付近に到達する。As shown in FIG. 14, a plano-convex lens 16 made of high-resistance silicon for focusing is arranged behind the substrate 2 in order to increase the detection sensitivity. The terahertz pulse light to be detected is, as shown by an arrow 101 in FIG.
After being condensed by the lens 16 and passing through the substrate 2, it is condensed near the distance d. The lens 16 is usually mounted on the substrate 2
However, as in the case of the lens 11, an air layer is interposed between the substrate 2 and the lens 16, for example. Therefore, the terahertz pulse light to be detected reaches the vicinity of the interval d via the boundary between the lens 16 and the air layer and the boundary between the air layer and the substrate 2.
【０００９】なお、図１３に示すテラヘルツ光発生装置
から出射されたテラヘルツ光は、種々の用途毎にその用
途に適した光学系を経て、図１４に示すテラヘルツ光検
出装置に入射されることになる。The terahertz light emitted from the terahertz light generating device shown in FIG. 13 is incident on the terahertz light detecting device shown in FIG. 14 through an optical system suitable for each application. Become.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】前述したように、テラ
ヘルツ光発生装置のテラヘルツ光の出力は大きくてもサ
ブミリワット程度であるため、テラヘルツ光を用いる光
学系は、テラヘルツ光素子１及びレンズ１１，１６も含
め、テラヘルツ光の損失が少ないことが必要とされる。
したがって、例えば、レンズ１１，１６は、テラヘルツ
パルス光に対して透過率の高い物質で作製されている。As described above, since the output of the terahertz light of the terahertz light generating device is at most about sub-milliwatt, the optical system using the terahertz light includes the terahertz optical element 1 and the lens 11. It is required that the loss of the terahertz light, including the light of 16, is small.
Therefore, for example, the lenses 11 and 16 are made of a substance having a high transmittance for the terahertz pulse light.
【００１１】しかしながら、光スイッチ素子を利用する
前記従来のテラヘルツ光素子１を用いた場合には、テラ
ヘルツ光の損失を十分に低減することができなかった。However, when the conventional terahertz optical element 1 using the optical switch element is used, the loss of the terahertz light cannot be sufficiently reduced.
【００１２】この点について、図１３に示すテラヘルツ
光の発生に関して、図１５を参照して具体的に説明す
る。発生したテラヘルツパルス光は、前述したように、
基板２と空気層１２との境界１３、及び、空気層１２と
レンズ１１との境界１４を通過するので、これらの２つ
の境界１３，１４においてそれぞれ損失が生ずる。今、
図１５に示すように、使用するテラヘルツ光に対する基
板２の屈折率をｎ１、空気層の屈折率をｎ２、レンズ１
１の屈折率をｎ３、境界１３，１４でのテラヘルツ光の
透過係数をそれぞれｔ１，ｔ２とし、テラヘルツ光が境
界面に対して垂直に入射する場合を考えると、２つの境
界１３，１４をあわせた透過係数ｔ’は、下記の数１で
示すようになる。また、２つの境界１３，１４をあわせ
たエネルギー透過率Ｔ’は下記の数２で示すようにな
り、数２に数１を代入すると、数３が得られる。With respect to this point, generation of the terahertz light shown in FIG. 13 will be specifically described with reference to FIG. The generated terahertz pulse light, as described above,
Since the light passes through the boundary 13 between the substrate 2 and the air layer 12 and the boundary 14 between the air layer 12 and the lens 11, losses occur at these two boundaries 13 and 14, respectively. now,
As shown in FIG. 15, the refractive index of the substrate 2 for the terahertz light to be used is n 1 , the refractive index of the air layer is n 2 , and the lens 1
Considering the case where the refractive index of 1 is n 3 , the transmission coefficients of the terahertz light at the boundaries 13 and 14 are t 1 and t 2 , and the terahertz light is incident perpendicularly to the boundary surface, the two boundaries 13 and The transmission coefficient t ′ obtained by adding 14 is as shown in the following Expression 1. In addition, the energy transmittance T ′ including the two boundaries 13 and 14 is as shown in the following Expression 2. By substituting Expression 1 into Expression 2, Expression 3 is obtained.
【００１３】[0013]
【数１】 (Equation 1)
【００１４】[0014]
【数２】 (Equation 2)
【００１５】[0015]
【数３】 (Equation 3)
【００１６】前述した従来例では、基板２がＧａＡｓ
（周波数１ＴＨｚのテラヘルツ光に対する屈折率は３．
６）からなり、層１２が空気（屈折率は１）であり、レ
ンズ１１が高抵抗シリコン（周波数１ＴＨｚのテラヘル
ツ光に対する屈折率は３．４５）からなるので、ｎ１＝
３．６、ｎ２＝１及びｎ３＝３．４５を前記数３に代入
して計算すると、エネルギー透過率Ｔ’は０．４７４と
なる。１−０．４７４＝０．５２６であるので、簡単の
ため各層内での吸収による損失を考慮しなければ、テラ
ヘルツ光が境界１３，１４を通過することによって、５
２．６％のエネルギーを損失することがわかる。In the above-described conventional example, the substrate 2 is made of GaAs.
(The refractive index with respect to terahertz light having a frequency of 1 THz is 3.
6), the layer 12 is made of air (having a refractive index of 1), and the lens 11 is made of high-resistance silicon (having a refractive index of 3.45 for terahertz light having a frequency of 1 THz), so that n 1 =
By substituting 3.6, n 2 = 1 and n 3 = 3.45 into Equation 3, the energy transmittance T ′ is 0.474. Since 1−0.474 = 0.526, if the loss due to absorption in each layer is not taken into consideration for simplicity, the terahertz light passes through the boundaries 13 and 14 to obtain 5
It can be seen that 2.6% of the energy is lost.
【００１７】以上、図１３に示すテラヘルツ光の発生に
関して説明したが、図１４に示すテラヘルツ光の検出に
関しても、同様である。Although the generation of the terahertz light shown in FIG. 13 has been described above, the same applies to the detection of the terahertz light shown in FIG.
【００１８】このように、従来のテラヘルツ光素子１を
テラヘルツ光発生素子やテラヘルツ光検出素子として利
用した場合、テラヘルツ光の損失が大きくなっていた。As described above, when the conventional terahertz light element 1 is used as a terahertz light generating element or a terahertz light detecting element, the loss of the terahertz light has increased.
【００１９】また、前記従来のテラヘルツ光素子１は、
レンズ１１やレンズ１６とは別の部品として構成されて
いたので、両者の位置合わせに手数を要していた。The conventional terahertz optical element 1 is
Since the lens 11 and the lens 16 are configured as separate components, it takes time and effort to position the two.
【００２０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、テラヘルツ光の損失を低減することができる
とともに、部品の位置合わせの手数を軽減することがで
きるテラヘルツ光素子、及びこれを用いたテラヘルツ光
発生装置及びテラヘルツ光検出装置を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and a terahertz optical element capable of reducing the loss of terahertz light and reducing the number of steps for positioning components, and a terahertz optical element. It is an object to provide a terahertz light generation device and a terahertz light detection device used.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様によるテラヘルツ光素子は、基
材と、該基材の所定の面上に形成された光伝導膜と、該
光伝導膜上に形成され互いに分離された２つの導電膜と
を備え、前記２つの導電膜の少なくとも一部同士が前記
所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置さ
れ、テラヘルツ光を発生又は検出するテラヘルツ光素子
において、前記基材の少なくとも一部が、前記基材から
前記光伝導膜と反対側へ出射するかあるいは前記基材に
前記光伝導膜と反対側から入射するテラヘルツ光に対し
てレンズ作用をなすように、形成されたものである。In order to solve the above-mentioned problems, a terahertz optical element according to a first aspect of the present invention comprises a substrate, a photoconductive film formed on a predetermined surface of the substrate, Two conductive films formed on the photoconductive film and separated from each other, and at least a part of the two conductive films is arranged so as to be spaced apart from each other in a direction along the predetermined surface by a terahertz wave; In a terahertz optical element that generates or detects light, at least a part of the base material emits from the base material to the opposite side to the photoconductive film or enters the base material from the opposite side to the photoconductive film. It is formed so as to act as a lens for terahertz light.
【００２２】前記第１の態様によるテラヘルツ光素子
は、基材の少なくとも一部がレンズ作用をなすように形
成されているので、テラヘルツパルス光の光学系におい
て従来用いられていたレンズ（例えば、図１３中のレン
ズ１１や図１４中のレンズ１６）としての機能も果たし
得る一体構造物となっている。したがって、テラヘルツ
パルス光が通過する境界（屈折率の異なる層の間の境
界）の数が減るので、テラヘルツ光の損失が低減され
る。また、従来必要であったテラヘルツ光素子と当該レ
ンズとの位置合わせの手数が、不要となる。In the terahertz optical element according to the first aspect, since at least a part of the base material is formed so as to act as a lens, a lens conventionally used in an optical system of terahertz pulsed light (for example, FIG. 13 and the lens 16) in FIG. Therefore, the number of boundaries through which the terahertz pulsed light passes (boundaries between layers having different refractive indices) is reduced, so that the loss of the terahertz light is reduced. Further, the trouble of aligning the terahertz optical element and the lens, which is conventionally required, becomes unnecessary.
【００２３】なお、前記第１の態様では、基材の少なく
とも一部は、例えば、通常のレンズのように曲面形状を
含むように形成してもよいが、フレネルレンズや屈折率
分布型レンズなどを構成するように形成してもよいし、
単一のレンズとして形成してもよいし、必要に応じて、
複数のレンズを含むレンズアレイとなるように形成して
もよい。In the first embodiment, at least a part of the substrate may be formed so as to have a curved shape like a normal lens, for example, such as a Fresnel lens or a gradient index lens. May be formed,
It may be formed as a single lens or, if necessary,
It may be formed to be a lens array including a plurality of lenses.
【００２４】また、前記第１の態様では、光伝導膜上に
形成する互いに分離された導電膜の数は、２つに限定さ
れるものではなく、必要に応じて、３つ以上であっても
よい。In the first aspect, the number of conductive films separated from each other formed on the photoconductive film is not limited to two, but may be three or more if necessary. Is also good.
【００２５】本発明の第２の態様によれば、前記第１の
態様において、前記レンズ作用は凸レンズ作用であるも
のである。この第２の態様は、前記レンズ作用の例を挙
げたものであるが、前記第１の態様では、基材の少なく
とも一部は、用途によっては、凹レンズ、円柱レンズな
どの各種のレンズ作用をなすように構成することも可能
である。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the lens action is a convex lens action. In the second aspect, examples of the lens action are given. In the first aspect, at least a part of the base material has various lens actions such as a concave lens and a cylindrical lens depending on the use. It is also possible to configure so as to perform.
【００２６】本発明の第３の態様によれば、前記第１又
は第２の態様において、前記レンズ作用は、前記基材に
前記光伝導膜と反対側から入射するテラヘルツ光を、前
記光伝導膜における前記２つの導電膜の前記少なくとも
一部同士の間の部分の付近に集光する集光レンズ作用で
ある。この第３の態様も、前記レンズ作用の例を挙げた
ものである。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the lens action is such that the terahertz light incident on the base material from the side opposite to the photoconductive film is applied to the photoconductive film. This is a condensing lens function that condenses light near a portion between the at least some of the two conductive films in the film. This third embodiment also gives an example of the lens action.
【００２７】本発明の第４の態様によれば、前記第１乃
至第３のいずれかの態様において、前記基材は、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＧａＡｓ又はサファイアからなるものである。こ
の第４の態様は、前記基材の材質の好ましい例を挙げた
ものであるが、前記第１乃至第３の態様では、これらの
例に限定されるものではない。According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the base material is made of Si,
It is made of Ge, GaAs or sapphire. In the fourth aspect, preferred examples of the material of the base material are given, but the first to third aspects are not limited to these examples.
【００２８】本発明の第５の態様によれば、前記第１乃
至第４のいずれかの態様において、前記光伝導膜は、低
温成長ＧａＡｓ又はイオン注入シリコン（ＲＤ−ＳＯ
Ｓ）からなるものである。この第５の態様は、前記光伝
導膜の材質の好ましい例を挙げたものであるが、前記第
１乃至第４の態様では、これらの例に限定されるもので
はない。According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the photoconductive film is made of low-temperature grown GaAs or ion-implanted silicon (RD-SO).
S). In the fifth aspect, preferred examples of the material of the photoconductive film are given. However, the first to fourth aspects are not limited to these examples.
【００２９】本発明の第６の態様によるテラヘルツ光発
生装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様によるテ
ラヘルツ光素子と、該テラヘルツ光素子の所定箇所に前
記基材と反対側からフェムト秒パルス光を照射する照射
部と、前記２つの導電膜間にバイアス電圧を印加する電
圧印加部と、を備えたものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a terahertz light generator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the terahertz optical element is disposed at a predetermined position of the terahertz optical element from a side opposite to the base material from the side opposite to the base. An irradiation unit that irradiates the second pulse light; and a voltage application unit that applies a bias voltage between the two conductive films.
【００３０】この第６の態様によれば、前記第１乃至第
５のいずれかの態様によるテラヘルツ光素子が用いられ
ているので、損失を低減したテラヘルツ光を供給するこ
とができるとともに、アライメントの手数が軽減され
る。According to the sixth aspect, since the terahertz light element according to any one of the first to fifth aspects is used, it is possible to supply the terahertz light with reduced loss and to improve alignment. The trouble is reduced.
【００３１】本発明の第７の態様によるテラヘルツ光検
出装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様によるテ
ラヘルツ光素子と、該テラヘルツ光素子の所定箇所に前
記基材と反対側からフェムト秒パルス光を照射する照射
部と、前記２つの導電膜間に流れる電流を検出する電流
検出部と、を備えたものである。前記照射部は、通常、
テラヘルツ光発生素子に照射されるフェムト秒パルスレ
ーザー光をビームスプリッタで分割したパルス光を所定
の可変時間だけ遅延させた後に導く光学系で構成され
る。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a terahertz light detecting device, comprising: An irradiation unit that irradiates the second pulse light; and a current detection unit that detects a current flowing between the two conductive films. The irradiation unit is usually
The optical system is configured to guide the femtosecond pulse laser light applied to the terahertz light generating element after delaying the pulse light obtained by splitting by a beam splitter by a predetermined variable time.
【００３２】この第７の態様によれば、前記第１乃至第
５のいずれかの態様によるテラヘルツ光素子が用いられ
ているので、検出されるテラヘルツ光の損失が低減され
ることから、テラヘルツ光の検出感度が向上し、また、
アライメントの手数が軽減される。According to the seventh aspect, since the terahertz light element according to any one of the first to fifth aspects is used, the loss of the detected terahertz light is reduced. Detection sensitivity is improved,
The number of alignment steps is reduced.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明によるテラヘルツ光
素子、並びに、これを用いたテラヘルツ光発生装置及び
テラヘルツ光検出装置について、図面を参照して説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a terahertz light element according to the present invention, and a terahertz light generating device and a terahertz light detecting device using the same will be described with reference to the drawings.
【００３４】［第１の実施の形態］[First Embodiment]
【００３５】図１は、本発明の第１の実施の形態による
テラヘルツ光素子２１を模式的に示す概略斜視図であ
る。図２は、図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図で
ある。図３は、図１中の光伝導膜２３上の導電膜２４，
２５のパターンを模式的に示す概略平面図である。図３
には、照射するフェムト秒パルスレーザー光の照射領域
Ｒ，Ｒ’の例を示している。なお、図３には２つの照射
領域Ｒ，Ｒ’が示されているが、いずれかの照射領域に
フェムト秒パルスレーザー光が照射される。FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz optical element 21 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the line BB 'in FIG. FIG. 3 shows a conductive film 24 on the photoconductive film 23 in FIG.
It is a schematic plan view which shows 25 patterns typically. FIG.
3 shows an example of irradiation regions R and R 'of the femtosecond pulsed laser light to be irradiated. Although two irradiation regions R and R 'are shown in FIG. 3, one of the irradiation regions is irradiated with a femtosecond pulse laser beam.
【００３６】本実施の形態によるテラヘルツ光素子２１
は、テラヘルツ光を発生又は検出するものであり、基材
２２と、基材２２の上側（上下は図２中の上下で示
す。）の平面上に形成された光伝導膜２３と、光伝導膜
２３上に形成された互いに分離された２つの導電膜２
４，２５とを備えている。導電膜２４，２５の少なくと
も一部同士が、基材２２の上側の平面に沿った方向に所
定間隔ｄをあけるように配置されている。基材２２の少
なくとも一部は、基材２２から光伝導膜２３と反対側へ
出射するかあるいは基材２２に光伝導膜２３と反対側か
ら入射するテラヘルツ光に対してレンズ作用をなすよう
に、形成されている。Terahertz optical element 21 according to the present embodiment
Is for generating or detecting terahertz light, and includes a substrate 22, a photoconductive film 23 formed on a plane above (upper and lower sides in FIG. 2) the substrate 22, and a photoconductive film 23. Two separated conductive films 2 formed on the film 23
4, 25. At least some of the conductive films 24 and 25 are arranged so as to have a predetermined interval d in a direction along a plane on the upper side of the base material 22. At least a portion of the base member 22 emits light from the base member 22 to the side opposite to the photoconductive film 23 or acts as a lens for terahertz light incident on the base member 22 from the side opposite to the photoconductive film 23. , Is formed.
【００３７】基材２２の材質としては、例えば、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＧａＡｓ又はサファイアなどを用いることができ
る。また、光伝導膜２３の材質としては、例えば、低温
成長ＧａＡｓ又はイオン注入シリコン（ＲＤ−ＳＯＳ）
などを用いることができる。なお、ＲＤ−ＳＯＳについ
ては、前述したスミスらの論文（IEEE Journal of Quan
tum Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-260（198
8））にも、開示されている。導電膜２５としては、例
えば、ＡｌやＡｕなどの金属膜を用いることができる。The material of the substrate 22 is, for example, Si,
Ge, GaAs, sapphire, or the like can be used. The material of the photoconductive film 23 is, for example, GaAs grown at a low temperature or ion-implanted silicon (RD-SOS).
Etc. can be used. The RD-SOS is described in the above-mentioned paper by Smith et al. (IEEE Journal of Quan).
tum Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-260 (198
8)) is also disclosed. As the conductive film 25, for example, a metal film such as Al or Au can be used.
【００３８】本実施の形態では、導電膜２４，２５は、
図１及び図３に示すように、平行伝送線路を形成する伝
送線路部２４ａ，２５ａと、それらの両端に形成された
電極部２４ｂ，２４ｃ，２５ｂ，２５ｃと、を有してい
る。伝送線路部２４ａ，２５ａの中央部分が内側に突出
し、その間に基材２２の上側の平面に沿った方向に微小
な間隔（例えば、数μｍ程度の間隔）ｄがあけられてい
る。この間隔ｄの付近の部分によって光スイッチ素子が
構成され、また、伝送線路部２４ａ，２５ａにおける間
隔ｄの付近の部分によりダイポールアンテナが構成され
ている。In the present embodiment, the conductive films 24 and 25
As shown in FIG. 1 and FIG. 3, it has transmission line portions 24a, 25a forming parallel transmission lines, and electrode portions 24b, 24c, 25b, 25c formed at both ends thereof. The central portions of the transmission line portions 24a and 25a protrude inward, and a small interval (for example, an interval of about several μm) d is provided in the direction along the upper plane of the base member 22 therebetween. The portion near the distance d forms an optical switch element, and the portion near the distance d in the transmission line portions 24a and 25a forms a dipole antenna.
【００３９】また、本実施の形態では、基材２２は、上
面が円形の平面をなすとともに下面が凸状の球面とさ
れ、前述した図１３中のレンズ１１及び図１４中のレン
ズ１６と同様に、平凸レンズをなすように形成されてい
る。そして、本実施の形態では、テラヘルツ光素子２１
の中心軸Ｏは、図１及び図２に示すように、間隔ｄの中
心付近を通っており、後述する図５及び図６からもわか
るように、基材２２に光伝導膜２３と反対側から入射す
るテラヘルツ光を、光伝導膜２３における導電膜２４，
２５の一部同士の間の部分の付近に集光するように、基
材２２の下面の曲率等が定められている。In this embodiment, the base material 22 has a circular upper surface and a convex spherical lower surface, and is similar to the lens 11 in FIG. 13 and the lens 16 in FIG. Are formed so as to form a plano-convex lens. In the present embodiment, the terahertz optical element 21
The central axis O passes through the vicinity of the center of the interval d as shown in FIG. 1 and FIG. 2, and as can be seen from FIGS. Terahertz light incident from the photoconductive film 23,
The curvature and the like of the lower surface of the base material 22 are determined so that light is condensed near a portion between the portions 25.
【００４０】もっとも、本発明では、必ずしも、このよ
うな曲率に設定しておく必要はない。また、本発明で
は、基材２２は、必ずしも前述したように平凸レンズ状
に構成する必要はなく、適宜必要に応じて、例えば、フ
レネルレンズや屈折率分布型レンズなどを構成するよう
に形成してもよい。さらに、基材２２は、必ずしも凸レ
ンズ作用をなすように形成する必要はなく、適宜必要に
応じて、凹レンズや円柱レンズなどの各種のレンズ作用
をなすように形成してもよい。また、例えば、特開２０
００−４９４０２号公報に開示されているように、光伝
導膜２３上に、互いに分離された３つ以上の導電膜を形
成して、間隔ｄの部分を複数設けることによって、複数
の光スイッチ素子のアレイを形成する場合には、複数の
光スイッチ素子にそれぞれ対応する複数のレンズを基材
２２が形成するように、基材２２をレンズアレイ状に形
成してもよい。このように、複数の光スイッチ素子を搭
載しておくことによって、得られるテラヘルツパルス光
の周波数スペクトルの切り換えを容易に行うことができ
る。However, in the present invention, it is not always necessary to set such a curvature. In the present invention, the base material 22 does not necessarily need to be formed in a plano-convex lens shape as described above, and may be formed as necessary, for example, to form a Fresnel lens or a gradient index lens. You may. Further, the base member 22 does not necessarily need to be formed to have a convex lens function, and may be formed to have various lens functions such as a concave lens and a cylindrical lens as needed. In addition, for example,
As disclosed in JP-A-00-49402, three or more conductive films separated from each other are formed on the photoconductive film 23, and a plurality of portions with a distance d are provided, whereby a plurality of optical switch elements are provided. Is formed, the base member 22 may be formed in a lens array shape so that the base member 22 forms a plurality of lenses respectively corresponding to the plurality of optical switch elements. As described above, by mounting a plurality of optical switch elements, the frequency spectrum of the obtained terahertz pulse light can be easily switched.
【００４１】次に、本実施の形態によるテラヘルツ光素
子２１の製造方法の一例について、説明する。光学研磨
等により予め平凸レンズ状に形成された基材２２を用意
する。このような基材２２としては、例えば、前述した
従来技術において用いられていたレンズ１１，１６をそ
のまま使用することができ、市販品を購入することも可
能である。Next, an example of a method for manufacturing the terahertz optical element 21 according to the present embodiment will be described. A base material 22 previously formed into a plano-convex lens shape by optical polishing or the like is prepared. As such a base material 22, for example, the lenses 11, 16 used in the above-described conventional technology can be used as they are, and a commercially available product can be purchased.
【００４２】その後、基材２２の上側の平面を除く面を
図示しない治具にて覆うとともに、当該治具にて基材２
２を支持し、上側の平面上に膜形成技術により、光伝導
膜２３を成膜する。このときの膜形成技術としては、エ
ピタキシャル成長、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、
その他の任意の方法のうちから、適宜、使用する光伝導
膜２３の材質に応じて選択して、採用すればよい。例え
ば、低温成長ＧａＡｓの成膜方法は周知であり、ＲＤ−
ＳＯＳの成膜方法も前述したスミスらの論文（IEEE Jou
rnal of Quantum Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-
260（1988））に開示されている。Thereafter, the surface of the substrate 22 except for the upper flat surface is covered with a jig (not shown), and the jig is used to cover the substrate 2.
2 is supported, and a photoconductive film 23 is formed on the upper flat surface by a film forming technique. At this time, the film forming techniques include epitaxial growth, vapor deposition, sputtering, CVD,
Any other method may be appropriately selected and adopted according to the material of the photoconductive film 23 to be used. For example, a method for forming a low-temperature-grown GaAs film is well known.
Smith et al.'S paper (IEEE Jou
rnal of Quantum Electronics, Vol.24, No.2, pp.255-
260 (1988)).
【００４３】最後に、光伝導膜２３上に、蒸着法、エピ
タキシャル成長などにより導電膜を形成し、この導電膜
をフォトリソグラフィーによりパターニングして、導電
膜２４，２５の形状とする。Finally, a conductive film is formed on the photoconductive film 23 by vapor deposition, epitaxial growth, or the like, and the conductive film is patterned by photolithography to form conductive films 24 and 25.
【００４４】これにより、本実施の形態によるテラヘル
ツ光素子２１が完成する。もっとも、テラヘルツ光素子
２１の製造方法は、前述した例に限定されるものではな
い。Thus, the terahertz optical device 21 according to the present embodiment is completed. However, the method of manufacturing the terahertz optical element 21 is not limited to the above-described example.
【００４５】本実施の形態による効果については、後述
する第２及び第３の実施の形態に関連して、後に説明す
る。The effect of this embodiment will be described later in connection with the second and third embodiments described later.
【００４６】［第２の実施の形態］[Second Embodiment]
【００４７】図５は、本発明の第２の実施の形態による
テラヘルツ光発生装置を模式的に示す概略斜視図であ
る。FIG. 5 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz light generator according to a second embodiment of the present invention.
【００４８】本実施の形態によるテラヘルツ光発生装置
は、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光素子２１
と、テラヘルツ光素子２１の図３中の照射領域Ｒ又は
Ｒ’に、基材２２と反対側（すなわち、光伝導膜２３の
側）から、フェムト秒パルスレーザー光を照射する照射
部３１と、テラヘルツ光素子２１の電極部２４ｂ，２５
ｂ間に直流バイアス電圧を印加する電圧印加部としての
直流電源又はパルス電源３２と、を備えている。本実施
の形態では、テラヘルツ光素子２１は、テラヘルツ光発
生素子として用いられる。The terahertz light generating device according to the present embodiment includes the terahertz light element 21 according to the first embodiment.
An irradiation unit 31 that irradiates the irradiation region R or R ′ of the terahertz optical element 21 in FIG. 3 with a femtosecond pulsed laser beam from the side opposite to the substrate 22 (that is, the side of the photoconductive film 23); Electrode portions 24b and 25 of terahertz optical element 21
a DC power supply or a pulse power supply 32 as a voltage application unit for applying a DC bias voltage between b. In the present embodiment, the terahertz light element 21 is used as a terahertz light generation element.
【００４９】照射部３１は、例えば、レーザ光源と、必
要に応じて照射領域の大きさを調整するレンズ等とから
構成される。The irradiating section 31 is composed of, for example, a laser light source and a lens for adjusting the size of the irradiating area as required.
【００５０】本実施の形態によれば、電極部２４ｂ，２
５ｂ間に直流電源又はパルス電源３２から直流バイアス
電圧が印加され、照射部３１によって、光伝導膜２３の
側からフェムト秒パルスレーザー光が間隔ｄ付近に照射
されると、光伝導膜２３中に自由キャリアが生成されて
電流が流れ、このパルス状の電流によってテラヘルツパ
ルス光が発生し、主に基材２２側に放射状に発生する。
発生したテラヘルツパルス光は、図５中の矢印１０２で
示すように、凸レンズとして作用する基材２２により集
光され、図示しない所定の光学系等により利用される。
このように集光されるので、発生したテラヘルツパルス
光が最大限利用される。According to the present embodiment, the electrode portions 24b, 2
When a DC bias voltage is applied from a DC power supply or a pulse power supply 32 during 5b and the irradiation unit 31 irradiates the femtosecond pulsed laser light near the interval d from the photoconductive film 23 side, the photoconductive film 23 Free carriers are generated and a current flows, and the pulsed current generates terahertz pulsed light, which is mainly generated radially on the substrate 22 side.
The generated terahertz pulse light is condensed by the base material 22 acting as a convex lens as shown by an arrow 102 in FIG. 5, and is used by a predetermined optical system (not shown).
Since the light is condensed in this manner, the generated terahertz pulse light is used to the maximum.
【００５１】本実施の形態では、前述した従来技術と異
なり、発生したテラヘルツパルス光は、図４に模式的に
示すように、図１５中の境界１３，１４に相当する空気
層との２つの境界を通過することなく、基材２２から外
部に出射される。In the present embodiment, unlike the above-described prior art, the generated terahertz pulse light is, as schematically shown in FIG. 4, at two points with an air layer corresponding to boundaries 13 and 14 in FIG. 15. The light is emitted from the base material 22 to the outside without passing through the boundary.
【００５２】したがって、前述した従来技術においてこ
れらの境界１３，１４によって生じていた、テラヘルツ
パルス光の損失（前述した計算例では、５２．６％のエ
ネルギー損失）は、発生しない。このため、本実施の形
態によれば、前述した従来技術に比べて、テラヘルツパ
ルス光の損失を大幅に低減することができる。Therefore, the loss of the terahertz pulse light (52.6% energy loss in the above-described calculation example) caused by the boundaries 13 and 14 in the above-described prior art does not occur. For this reason, according to the present embodiment, the loss of the terahertz pulse light can be significantly reduced as compared with the above-described related art.
【００５３】また、テラヘルツ光発生素子２１は、基材
２２が図１３中のレンズ１１としての機能も果たす一体
構造物となっているので、従来必要であったテラヘルツ
光素子１とレンズ１１との位置合わせの手数が、不要と
なる。Further, the terahertz light generating element 21 is an integrated structure in which the base material 22 also functions as the lens 11 in FIG. There is no need for troublesome positioning.
【００５４】［第３の実施の形態］[Third Embodiment]
【００５５】図６は、本発明の第３の実施の形態による
テラヘルツ光検出装置を模式的に示す概略斜視図であ
る。FIG. 6 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz light detecting device according to a third embodiment of the present invention.
【００５６】本実施の形態によるテラヘルツ光検出装置
は、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光素子２１
と、テラヘルツ光素子２１の図３中の照射領域Ｒ又は
Ｒ’に、基材２２と反対側（すなわち、光伝導膜２３の
側）から、フェムト秒パルスレーザー光を照射する照射
部４１と、テラヘルツ光素子２１の電極部２４ｂ，２５
ｂ間の電流を検出する電流検出部としての電流計４２
と、を備えている。本実施の形態では、テラヘルツ光素
子２１は、テラヘルツ光検出素子として用いられる。The terahertz light detecting device according to the present embodiment is the same as the terahertz light element 21 according to the first embodiment.
An irradiation unit 41 that irradiates the irradiation region R or R ′ of the terahertz optical element 21 in FIG. 3 with a femtosecond pulsed laser beam from the side opposite to the substrate 22 (that is, the side of the photoconductive film 23); Electrode portions 24b and 25 of terahertz optical element 21
Ammeter 42 as a current detection unit for detecting the current between b
And In the present embodiment, the terahertz light element 21 is used as a terahertz light detection element.
【００５７】照射部４１は、例えば、テラヘルツ光発生
素子（前述した第２の実施の形態では、図５中のテラヘ
ルツ光素子２１）に照射されるフェムト秒パルスレーザ
ー光をビームスプリッタで分割したパルス光を所定の可
変時間だけ遅延させた後に導く光学系（図示せず）で構
成される。The irradiating section 41 is, for example, a pulse obtained by splitting a femtosecond pulse laser beam irradiated on a terahertz light generating element (the terahertz light element 21 in FIG. 5 in the second embodiment described above) by a beam splitter. An optical system (not shown) for guiding light after delaying the light by a predetermined variable time.
【００５８】本実施の形態によれば、フェムト秒パルス
レーザー光の照射によって、光伝導膜２３中に自由キャ
リア（電子と正孔）が生成され、このときに入射したテ
ラヘルツパルス光の電場の大きさにほぼ比例した電流が
流れる。この電流が電流計４２により検出され、電流計
４２からテラヘルツ光検出信号が得られる。検出しよう
とするテラヘルツパルス光は、図６に示すように、凸レ
ンズとして作用する基材２２により集光されて、間隔ｄ
の付近に集光される。このように集光されるので、発生
したテラヘルツパルス光の検出感度が高まる。According to the present embodiment, the free carriers (electrons and holes) are generated in the photoconductive film 23 by the irradiation of the femtosecond pulse laser light, and the magnitude of the electric field of the terahertz pulse light incident at this time is increased. A current almost proportional to the current flows. This current is detected by the ammeter 42, and a terahertz light detection signal is obtained from the ammeter 42. As shown in FIG. 6, the terahertz pulse light to be detected is condensed by the base material 22 acting as a convex lens and has a distance d.
Is collected near. Since the light is condensed in this way, the detection sensitivity of the generated terahertz pulse light is increased.
【００５９】本実施の形態では、前述した従来技術と異
なり、検出しようとするテラヘルツパルス光は、図１５
中の境界１３，１４に相当する空気層との２つの境界を
通過することなく、間隔ｄの付近に到達する。In the present embodiment, unlike the above-described prior art, the terahertz pulse light to be detected is
It reaches near the distance d without passing through two boundaries with the air layer corresponding to the middle boundaries 13 and 14.
【００６０】したがって、前述した従来技術においてこ
れらの境界１３，１４によって生じていた、テラヘルツ
パルス光の損失は、発生しない。このため、本実施の形
態によれば、前述した従来技術に比べて、テラヘルツパ
ルス光の損失を大幅に低減することができ、テラヘルツ
パルス光の検出感度がより一層高まる。Therefore, the loss of the terahertz pulse light caused by the boundaries 13 and 14 in the above-described conventional technique does not occur. For this reason, according to the present embodiment, the loss of the terahertz pulse light can be significantly reduced as compared with the above-described related art, and the detection sensitivity of the terahertz pulse light is further increased.
【００６１】また、テラヘルツ光発生素子２１は、基材
２２が図１４中のレンズ１６としての機能も果たす一体
構造物となっているので、従来必要であったテラヘルツ
光素子１とレンズ１６との位置合わせの手数が、不要と
なる。The terahertz light generating element 21 is an integrated structure in which the base material 22 also functions as the lens 16 in FIG. There is no need for troublesome positioning.
【００６２】ところで、前記テラヘルツ光素子２１にお
ける光伝導膜２３上の導電膜２４，２５のパターンは、
前述した実施の形態のパターンに限定されるものではな
く、例えば、図７乃至図１０に示す各パターンに代えて
もよい。これらの図は、光伝導膜２３上の導電膜２４，
２５のパターンの各例を模式的に示す概略平面図であ
り、図３に対応している。これらの図において、フェム
ト秒パルスレーザー光の照射領域Ｒの例も示している。
なお、テラヘルツ光発生素子として用いられる場合に
は、導電膜２４が直流電源又はパルス電源３２の正極に
接続されるものとする。The pattern of the conductive films 24 and 25 on the photoconductive film 23 in the terahertz optical element 21 is as follows.
The present invention is not limited to the patterns of the above-described embodiment, and may be replaced with, for example, each of the patterns shown in FIGS. These figures show the conductive film 24 on the photoconductive film 23,
FIG. 4 is a schematic plan view schematically illustrating each example of 25 patterns, and corresponds to FIG. 3. In these figures, an example of the irradiation region R of the femtosecond pulse laser light is also shown.
When used as a terahertz light generating element, the conductive film 24 is connected to the positive electrode of the DC power supply or the pulse power supply 32.
【００６３】図７は、ダイポールアンテナを中央ではな
く一方側に形成する例である。図７中の間隔ｄ１は、例
えば、数μｍ程度である。FIG. 7 shows an example in which the dipole antenna is formed not on the center but on one side. The interval d1 in FIG. 7 is, for example, about several μm.
【００６４】図８は、ストリップラインをアンテナとす
る例である。図８中の間隔ｄ２は、例えば、数十μｍ程
度である。FIG. 8 shows an example in which a strip line is used as an antenna. The interval d2 in FIG. 8 is, for example, about several tens μm.
【００６５】図９は、ボウタイアンテナを形成する例で
ある。図９中の間隔ｄ３は、例えば、数μｍ程度であ
る。FIG. 9 shows an example in which a bow-tie antenna is formed. The interval d3 in FIG. 9 is, for example, about several μm.
【００６６】図１０は、前述した論文（IEEE Journal o
f Quantum Electronics, Vol.32, No.10, pp1839-1846
（1996））に開示されているような、大口径の光スイッ
チ素子を形成する例である。導電膜２４，２５は、アン
テナ部を有しておらずに電極部のみを有していると言え
る。図１０における間隔ｄ４は、例えば、数ミリ〜数十
ミリ程度である。FIG. 10 shows the aforementioned paper (IEEE Journal o).
f Quantum Electronics, Vol.32, No.10, pp1839-1846
(1996)) to form a large-diameter optical switch element. It can be said that the conductive films 24 and 25 have only the electrode portion without having the antenna portion. The interval d4 in FIG. 10 is, for example, about several millimeters to several tens of millimeters.
【００６７】以上、本発明の各実施の形態及びその変形
例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態や
変形例に限定されるものではない。例えば、必ずしも、
導電膜２４，２５の全体の領域に渡って、基材２２との
間に光伝導膜２３が介在する必要はない。The embodiments of the present invention and the modifications thereof have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and the modifications. For example, not necessarily
The photoconductive film 23 does not need to be interposed between the conductive film 24 and the base material 22 over the entire region of the conductive films 24 and 25.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
テラヘルツ光の損失を低減することができる。したがっ
て、本発明によるテラヘルツ光発生装置やテラヘルツ光
検出装置を用いれば、テラヘルツ光を利用する各種の装
置において、種々の利点が得られる。例えば、テラヘル
ツ光を利用した分光装置、半導体・医用・食品などの検
査装置、イメージング装置などで精度の向上、測定範囲
の拡大、測定時間の短縮などが実現できる。As described above, according to the present invention,
Terahertz light loss can be reduced. Therefore, if the terahertz light generation device and the terahertz light detection device according to the present invention are used, various advantages can be obtained in various devices utilizing terahertz light. For example, a spectroscopic device using terahertz light, an inspection device for semiconductors, medical devices, foods, etc., an imaging device, etc. can improve the accuracy, expand the measurement range, shorten the measurement time, and the like.
【００６９】また、本発明によれば、テラヘルツ光の発
生部又は検出部とレンズ部とが一体構造であるので、テ
ラヘルツ光発生素子とテラヘルツ光集光素子またはテラ
ヘルツ光検出素子とテラヘルツ光集光素子の光軸調整の
必要がなくなり、取り扱いが容易で、より安定性の高い
装置の実現が可能である。Further, according to the present invention, since the terahertz light generating section or the detecting section and the lens section have an integral structure, the terahertz light generating element and the terahertz light collecting element or the terahertz light detecting element and the terahertz light collecting element It is not necessary to adjust the optical axis of the element, and it is possible to realize a device that is easy to handle and has higher stability.
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光
素子を模式的に示す概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であ
る。FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line BB 'in FIG.
【図３】図１中の光伝導膜上の導電膜のパターンを模式
的に示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing a pattern of a conductive film on the photoconductive film in FIG.
【図４】図１に示すテラヘルツ光素子においてテラヘル
ツ光が通過する様子を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which terahertz light passes through the terahertz light element shown in FIG.
【図５】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光
発生装置を模式的に示す概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz light generation device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３の実施の形態によるテラヘルツ光
検出装置を模式的に示す概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view schematically showing a terahertz light detection device according to a third embodiment of the present invention.
【図７】光伝導膜上の導電膜のパターンの他の例を模式
的に示す概略平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing another example of the pattern of the conductive film on the photoconductive film.
【図８】光伝導膜上の導電膜のパターンの更に他の例を
模式的に示す概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing still another example of the pattern of the conductive film on the photoconductive film.
【図９】光伝導膜上の導電膜のパターンの更に他の例を
模式的に示す概略平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view schematically showing still another example of the pattern of the conductive film on the photoconductive film.
【図１０】光伝導膜上の導電膜のパターンの更に他の例
を模式的に示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view schematically showing still another example of the pattern of the conductive film on the photoconductive film.
【図１１】従来のテラヘルツ光素子の一例を模式的に示
す概略斜視図である。FIG. 11 is a schematic perspective view schematically showing an example of a conventional terahertz optical element.
【図１２】図１１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図で
ある。FIG. 12 is a schematic sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
【図１３】図１１に示すテラヘルツ光素子をテラヘルツ
光発生素子として使用する例を模式的に示す概略斜視図
である。13 is a schematic perspective view schematically showing an example in which the terahertz light element shown in FIG. 11 is used as a terahertz light generation element.
【図１４】図１１に示すテラヘルツ光素子をテラヘルツ
光検出素子として使用する例を模式的に示す概略斜視図
である。FIG. 14 is a schematic perspective view schematically showing an example in which the terahertz light element shown in FIG. 11 is used as a terahertz light detection element.
【図１５】図１３に示す例においてテラヘルツ光が通過
する様子を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a state in which terahertz light passes in the example shown in FIG.
２１ テラヘルツ光素子 ２２ 基材 ２３ 光伝導膜 ２４，２５ 導電膜 ３１，４１ 照射部 ３２ 直流電源又はパルス電源 ４２ 電流計 Reference Signs List 21 Terahertz optical element 22 Base material 23 Photoconductive film 24, 25 Conductive film 31, 41 Irradiation unit 32 DC power supply or pulse power supply 42 Ammeter
フロントページの続き (72)発明者 深澤 亮一 栃木県大田原市実取770番地 株式会社栃 木ニコン内 Ｆターム(参考） 2G065 AB09 AB14 BA02 BB06 DA05 DA08 DA15 Continued on the front page (72) Inventor Ryoichi Fukasawa 770, Mita, Otawara-shi, Tochigi F-term in Tochigi Nikon Corporation (reference) 2G065 AB09 AB14 BA02 BB06 DA05 DA08 DA15
Claims (7)
た光伝導膜と、該光伝導膜上に形成され互いに分離され
た２つの導電膜とを備え、前記２つの導電膜の少なくと
も一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあ
けるように配置され、テラヘルツ光を発生又は検出する
テラヘルツ光素子において、 前記基材の少なくとも一部が、前記基材から前記光伝導
膜と反対側へ出射するかあるいは前記基材に前記光伝導
膜と反対側から入射するテラヘルツ光に対してレンズ作
用をなすように、形成されたことを特徴とするテラヘル
ツ光素子。1. A semiconductor device comprising: a base material; a photoconductive film formed on a predetermined surface of the base material; and two conductive films formed on the photoconductive film and separated from each other. In a terahertz optical element that is arranged so that at least a part of the films are spaced apart from each other in a direction along the predetermined surface and generates or detects terahertz light, at least a part of the base material is separated from the base material. A terahertz optical element formed so as to act as a lens for terahertz light that is emitted to the opposite side to the photoconductive film or enters the substrate from the opposite side to the photoconductive film.
とを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光素子。2. The terahertz optical element according to claim 1, wherein the lens action is a convex lens action.
導膜と反対側から入射するテラヘルツ光を、前記光伝導
膜における前記２つの導電膜の前記少なくとも一部同士
の間の部分の付近に集光する集光レンズ作用であること
を特徴とする請求項１又は２記載のテラヘルツ光素子。3. The lens action is to transmit terahertz light incident on the substrate from a side opposite to the photoconductive film in the vicinity of a portion between the at least some of the two conductive films in the photoconductive film. 3. The terahertz optical element according to claim 1, wherein the terahertz optical element has a condensing lens function of condensing light.
サファイアからなることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載のテラヘルツ光素子。4. The terahertz optical device according to claim 1, wherein the substrate is made of Si, Ge, GaAs, or sapphire.
イオン注入シリコンからなることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載のテラヘルツ光素子。5. The photoconductive film according to claim 1, wherein the photoconductive film is made of low-temperature grown GaAs or ion-implanted silicon.
5. The terahertz optical element according to any one of items 1 to 4.
ヘルツ光素子と、該テラヘルツ光素子の所定箇所に前記
基材と反対側からフェムト秒パルス光を照射する照射部
と、前記２つの導電膜間にバイアス電圧を印加する電圧
印加部と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光発生
装置。6. The terahertz optical element according to claim 1, an irradiation unit configured to irradiate a predetermined portion of the terahertz optical element with femtosecond pulse light from a side opposite to the base, and A terahertz light generation device, comprising: a voltage application unit that applies a bias voltage between conductive films.
ヘルツ光素子と、該テラヘルツ光素子の所定箇所に前記
基材と反対側からフェムト秒パルス光を照射する照射部
と、前記２つの導電膜間に流れる電流を検出する電流検
出部と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光検出装
置。7. The terahertz optical element according to claim 1, an irradiation unit configured to irradiate a predetermined portion of the terahertz optical element with femtosecond pulsed light from a side opposite to the base, and A terahertz light detection device comprising: a current detection unit that detects a current flowing between conductive films.
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