JP2003015175A - 固体光源装置 - Google Patents
固体光源装置Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/13—Function characteristic involving THZ radiation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の各種の手法によるテラヘルツ光の発生
では、低効率で出力パワーが小さかった。 【解決手段】 第１の波長のレーザ光を出力する第１の
励起レーザ光源３と、前記第１の波長のレーザ光との差
周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレーザ光を
出力する第２の励起レーザ光源４と、前記第１の波長の
レーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ光の第
２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置され、前
記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づいて前記
第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光を発生
する半導体擬似位相整合素子２とを備えた。 【効果】 狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率な
テラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現できる。
では、低効率で出力パワーが小さかった。 【解決手段】 第１の波長のレーザ光を出力する第１の
励起レーザ光源３と、前記第１の波長のレーザ光との差
周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレーザ光を
出力する第２の励起レーザ光源４と、前記第１の波長の
レーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ光の第
２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置され、前
記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づいて前記
第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光を発生
する半導体擬似位相整合素子２とを備えた。 【効果】 狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率な
テラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体光源装置に
関し、さらに詳しくは、テラヘルツ帯分光用光源、イメ
ージング光源、通信さらには計測用光源に用いる固体光
源装置に関するものである。
関し、さらに詳しくは、テラヘルツ帯分光用光源、イメ
ージング光源、通信さらには計測用光源に用いる固体光
源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】テラヘルツ帯を発生する光源としては、
ＧａＡｓ光伝導素子、磁場印加型半導体素子、ＬｉＮｂ
Ｏ3を用いた光パラメトリック発振器、あるいは有機非
線形光学結晶を用いた差周波発生素子などがあったが、
いずれも低効率で出力パワーが小さかった。
ＧａＡｓ光伝導素子、磁場印加型半導体素子、ＬｉＮｂ
Ｏ3を用いた光パラメトリック発振器、あるいは有機非
線形光学結晶を用いた差周波発生素子などがあったが、
いずれも低効率で出力パワーが小さかった。
【０００３】また、従来の拡散接合を用いた半導体擬似
位相整合素子は、接合界面での散乱が大きいために実用
化には遠く及ばず、ましてやこの技術を用いたテラヘル
ツ光源は皆無であった。
位相整合素子は、接合界面での散乱が大きいために実用
化には遠く及ばず、ましてやこの技術を用いたテラヘル
ツ光源は皆無であった。
【０００４】従来の固体光源装置について図面を参照し
ながら説明する。図５は、例えば「レーザ研究、第２６
巻、第７号、ｐ．５１５〜５２１、１９９８年７月」に
示された従来の固体光源装置の構成を示す図である。こ
の図５は、テラヘルツ波発生に用いられている光伝導素
子の一例の構成図である。
ながら説明する。図５は、例えば「レーザ研究、第２６
巻、第７号、ｐ．５１５〜５２１、１９９８年７月」に
示された従来の固体光源装置の構成を示す図である。こ
の図５は、テラヘルツ波発生に用いられている光伝導素
子の一例の構成図である。
【０００５】図５において、１００は光伝導素子、１０
１は半導体基板、１０２は光伝導薄膜、１０３は平行伝
送線路、１０４はダイポールアンテナ、１０５はギャッ
プ、１０６は直流電源、１１０は光パルス、１１１はテ
ラヘルツ電磁波である。
１は半導体基板、１０２は光伝導薄膜、１０３は平行伝
送線路、１０４はダイポールアンテナ、１０５はギャッ
プ、１０６は直流電源、１１０は光パルス、１１１はテ
ラヘルツ電磁波である。
【０００６】この光伝導素子１００では、ＧａＡｓなど
高速応答する半導体の基板１０１と、低温成長ＧａＡｓ
などの光伝導薄膜１０２上に、伝送線路１０３ａ及び１
０３ｂからなる平行伝送線路１０３が形成され、その中
央部分に微少ダイポールアンテナ１０４からなる単一の
光スイッチが設けられている。
高速応答する半導体の基板１０１と、低温成長ＧａＡｓ
などの光伝導薄膜１０２上に、伝送線路１０３ａ及び１
０３ｂからなる平行伝送線路１０３が形成され、その中
央部分に微少ダイポールアンテナ１０４からなる単一の
光スイッチが設けられている。
【０００７】この光スイッチ１０４の中央には、例えば
数μｍ程度の微少なギャップ１０５があり、ギャップ１
０５には直流電源１０６によって適当な電圧が印加され
る。
数μｍ程度の微少なギャップ１０５があり、ギャップ１
０５には直流電源１０６によって適当な電圧が印加され
る。
【０００８】このギャップ１０５間に半導体のバンドギ
ャップよりも高いエネルギーのレーザ光が光パルス１１
０として入射すると、半導体中に自由キャリアが生成さ
れてパルス状の電流が流れ、このパルス状の電流の時間
微分に比例したテラヘルツ電磁波１１１が発生される。
ャップよりも高いエネルギーのレーザ光が光パルス１１
０として入射すると、半導体中に自由キャリアが生成さ
れてパルス状の電流が流れ、このパルス状の電流の時間
微分に比例したテラヘルツ電磁波１１１が発生される。
【０００９】このため、テラヘルツ電磁波１１１は、パ
ルス状の電流が例えばピコ秒以下程度で発生し、さらに
は、光パルス１１０がピコ秒以下程度の短パルスレーザ
光を照射することで発生する。
ルス状の電流が例えばピコ秒以下程度で発生し、さらに
は、光パルス１１０がピコ秒以下程度の短パルスレーザ
光を照射することで発生する。
【００１０】また、「レーザー学会学術講演会第１７回
年次大会、２３ａＩＩ４、ｐ．１９４〜１９７」に示さ
れるように、光伝導素子上で、２つの連続波レーザを光
混合することにより、テラヘルツ波を連続発生させるこ
とができる。周波数の異なる２つの単色光を混合する
と、合成振幅は差周波数で変調される。その混合波（光
ビート）を光伝導素子に照射すると、光電流が変調さ
れ、アンテナから差周波数に対応した電磁波が放射され
る。このため、差周波数がテラヘルツ程度となるように
２つの連続波レーザの周波数を取ることで、テラヘルツ
波が発生する。
年次大会、２３ａＩＩ４、ｐ．１９４〜１９７」に示さ
れるように、光伝導素子上で、２つの連続波レーザを光
混合することにより、テラヘルツ波を連続発生させるこ
とができる。周波数の異なる２つの単色光を混合する
と、合成振幅は差周波数で変調される。その混合波（光
ビート）を光伝導素子に照射すると、光電流が変調さ
れ、アンテナから差周波数に対応した電磁波が放射され
る。このため、差周波数がテラヘルツ程度となるように
２つの連続波レーザの周波数を取ることで、テラヘルツ
波が発生する。
【００１１】また、「レーザ研究、第２６巻、第７号、
ｐ．５２７〜５３０、１９９８年７月」に示されるよう
に、磁場中に置かれたＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどの半導体
に、レーザ光としてピコ秒以下程度の光パルスを照射す
ることで、テラヘルツ波を発生させることができる。
ｐ．５２７〜５３０、１９９８年７月」に示されるよう
に、磁場中に置かれたＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどの半導体
に、レーザ光としてピコ秒以下程度の光パルスを照射す
ることで、テラヘルツ波を発生させることができる。
【００１２】また、「レーザ研究、第２６巻、第７号、
ｐ．５２２〜５２６、１９９８年７月」に示されるよう
に、２次の非線形光学効果を有する結晶としてＬｉＮｂ
Ｏ3を用い、結晶に光波を入射し、位相整合条件化で光
パラメトリック共振器を構成することで、テラヘルツ光
を発生させることができる。
ｐ．５２２〜５２６、１９９８年７月」に示されるよう
に、２次の非線形光学効果を有する結晶としてＬｉＮｂ
Ｏ3を用い、結晶に光波を入射し、位相整合条件化で光
パラメトリック共振器を構成することで、テラヘルツ光
を発生させることができる。
【００１３】また、「ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，
Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２３，ｐｐ．１７１４−１７１
６，２０００」に示されるように、２次の非線形光学効
果を有する結晶として非線形性の高い有機結晶を用い、
結晶に差周波数がテラヘルツとなる２つのレーザを入射
し、位相整合条件化で差周波発生を行うことでテラヘル
ツ光を発生させることができる。
Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２３，ｐｐ．１７１４−１７１
６，２０００」に示されるように、２次の非線形光学効
果を有する結晶として非線形性の高い有機結晶を用い、
結晶に差周波数がテラヘルツとなる２つのレーザを入射
し、位相整合条件化で差周波発生を行うことでテラヘル
ツ光を発生させることができる。
【００１４】さらに、「第６１回応用物理学会学術講演
会 講演予稿集、Ｎｏ．３，４ａ−Ｌ−８，ｐ９５７，
２０００」に示されるように、２次の非線形光学効果を
有する材料としてバルク型の半導体材料を用い、非線形
材料に差周波数がテラヘルツとなる２つのレーザを入射
し、位相整合条件化で差周波発生を行うことでテラヘル
ツ光を発生させることができる。
会 講演予稿集、Ｎｏ．３，４ａ−Ｌ−８，ｐ９５７，
２０００」に示されるように、２次の非線形光学効果を
有する材料としてバルク型の半導体材料を用い、非線形
材料に差周波数がテラヘルツとなる２つのレーザを入射
し、位相整合条件化で差周波発生を行うことでテラヘル
ツ光を発生させることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術は、以下のような問題点があった。
た従来技術は、以下のような問題点があった。
【００１６】短パルスレーザ光励起による光伝導素子で
のテラヘルツ光の発生では、低効率で出力パワーが小さ
かった。また、線幅が広いため単一縦モードの光源も存
在しなかった。
のテラヘルツ光の発生では、低効率で出力パワーが小さ
かった。また、線幅が広いため単一縦モードの光源も存
在しなかった。
【００１７】また、２つの連続波レーザ励起による光伝
導素子でのテラヘルツ光の発生では、低効率で出力パワ
ーが小さかった。
導素子でのテラヘルツ光の発生では、低効率で出力パワ
ーが小さかった。
【００１８】また、短パルスレーザ光励起による磁場中
に置かれ半導体素子によるテラヘルツ光の発生では、低
効率で出力パワーが小さかった。また、線幅が広いため
単一縦モードの光源も存在しなかった。
に置かれ半導体素子によるテラヘルツ光の発生では、低
効率で出力パワーが小さかった。また、線幅が広いため
単一縦モードの光源も存在しなかった。
【００１９】また、非線形光学素子としてＬｉＮｂＯ3
を用いた光パラメトリック発振器によるテラヘルツ光の
発生では、ＬｉＮｂＯ3におけるテラヘルツ光の吸収が
大きく、発生したテラヘルツ光の取り出し効率が低く、
出力パワーが小さかった。また、テラヘルツ光の出力角
度が励起光の光軸と一致していないため、光パラメトリ
ック発振器において、励起光と波長変換により得られた
テラヘルツ光の相互作用長を長く取ることが困難であ
り、波長変換が低効率で出力パワーが小さかった。
を用いた光パラメトリック発振器によるテラヘルツ光の
発生では、ＬｉＮｂＯ3におけるテラヘルツ光の吸収が
大きく、発生したテラヘルツ光の取り出し効率が低く、
出力パワーが小さかった。また、テラヘルツ光の出力角
度が励起光の光軸と一致していないため、光パラメトリ
ック発振器において、励起光と波長変換により得られた
テラヘルツ光の相互作用長を長く取ることが困難であ
り、波長変換が低効率で出力パワーが小さかった。
【００２０】また、非線形光学素子として有機結晶を用
いた差周波によるテラヘルツ光の発生では、低効率で出
力パワーが小さかった。
いた差周波によるテラヘルツ光の発生では、低効率で出
力パワーが小さかった。
【００２１】また、線形光学素子としてバルク型の半導
体材料を用いた差周波によるテラヘルツ光の発生では、
位相整合条件を長距離取ることが困難であるため、低効
率で出力パワーが小さかった。
体材料を用いた差周波によるテラヘルツ光の発生では、
位相整合条件を長距離取ることが困難であるため、低効
率で出力パワーが小さかった。
【００２２】さらに、従来の拡散接合を用いた半導体擬
似位相整合素子は、接合界面での散乱が大きいために実
用化には遠く及ばず、ましてやこの技術を用いたテラヘ
ルツ光源は皆無であるという問題点もあった。
似位相整合素子は、接合界面での散乱が大きいために実
用化には遠く及ばず、ましてやこの技術を用いたテラヘ
ルツ光源は皆無であるという問題点もあった。
【００２３】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、テラヘルツ波を発生するのに、半
導体の拡散接合による擬似位相整合差周波発生素子を用
いる。ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体は、非線形光学定
数が大きいので高効率波長変換に適しており、テラヘル
ツ領域で透明である。また、熱伝導率が大きく、高出力
動作にも適している。さらに、差周波光源として１μｍ
帯の波長可変レーザを用いると、擬似位相整合差周波発
生によりテラヘルツ波を発生するための拡散接合周期
は、数ｍｍと非常に長く、接合界面の数を最小限に抑え
ることができるので、低損失の素子を作製することが可
能である。また、素子温度を調整し、差周波光源の一方
の波長をｎｍオーダーとわずかに変化させるだけで、テ
ラヘルツ発生波長を数百μｍにもわたってチューニング
することが可能となるテラヘルツ波光源を提供すること
を目的とする。
めになされたもので、テラヘルツ波を発生するのに、半
導体の拡散接合による擬似位相整合差周波発生素子を用
いる。ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体は、非線形光学定
数が大きいので高効率波長変換に適しており、テラヘル
ツ領域で透明である。また、熱伝導率が大きく、高出力
動作にも適している。さらに、差周波光源として１μｍ
帯の波長可変レーザを用いると、擬似位相整合差周波発
生によりテラヘルツ波を発生するための拡散接合周期
は、数ｍｍと非常に長く、接合界面の数を最小限に抑え
ることができるので、低損失の素子を作製することが可
能である。また、素子温度を調整し、差周波光源の一方
の波長をｎｍオーダーとわずかに変化させるだけで、テ
ラヘルツ発生波長を数百μｍにもわたってチューニング
することが可能となるテラヘルツ波光源を提供すること
を目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る固体光源装置は、第１の波長のレーザ光を出力する第
１の励起レーザ光源と、前記第１の波長のレーザ光との
差周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレーザ光
を出力する第２の励起レーザ光源と、前記第１の波長の
レーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ光の第
２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置され、前
記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づいて前記
第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光を発生
する非線形波長変換素子とを備えたものである。
る固体光源装置は、第１の波長のレーザ光を出力する第
１の励起レーザ光源と、前記第１の波長のレーザ光との
差周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレーザ光
を出力する第２の励起レーザ光源と、前記第１の波長の
レーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ光の第
２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置され、前
記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づいて前記
第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光を発生
する非線形波長変換素子とを備えたものである。
【００２５】この発明の請求項２に係る固体光源装置
は、前記第１の励起レーザ光源を、波長固定レーザと
し、前記第２の励起レーザ光源を、波長可変レーザとし
たものである。
は、前記第１の励起レーザ光源を、波長固定レーザと
し、前記第２の励起レーザ光源を、波長可変レーザとし
たものである。
【００２６】この発明の請求項３に係る固体光源装置
は、前記第１の励起レーザ光源を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
とし、前記第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレー
ザとしたものである。
は、前記第１の励起レーザ光源を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
とし、前記第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレー
ザとしたものである。
【００２７】この発明の請求項４に係る固体光源装置
は、前記第１の励起レーザ光源を、前記第１の波長が
１．０６４μｍの単色光とし、前記第２の励起レーザ光
源を、前記第２の波長が１μｍ帯の単色光としたもので
ある。
は、前記第１の励起レーザ光源を、前記第１の波長が
１．０６４μｍの単色光とし、前記第２の励起レーザ光
源を、前記第２の波長が１μｍ帯の単色光としたもので
ある。
【００２８】この発明の請求項５に係る固体光源装置
は、前記第１及び第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡ
Ｇレーザとしたものである。
は、前記第１及び第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡ
Ｇレーザとしたものである。
【００２９】この発明の請求項６に係る固体光源装置
は、前記第１の励起レーザ光源を、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ
とし、前記第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレー
ザとしたものである。
は、前記第１の励起レーザ光源を、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ
とし、前記第２の励起レーザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレー
ザとしたものである。
【００３０】この発明の請求項７に係る固体光源装置
は、前記非線形波長変換素子を、前記第１及び第２の光
軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数個の第１の半
導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の第２の半導体
材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び第２の半導体
材料が前記第１及び第２の光軸と垂直な方向が［００
１］軸であり、それぞれの［００１］軸の向きが平行
で、かつ、［００１］軸の向きが交互に逆になるように
配置された半導体擬似位相整合素子としたものである。
は、前記非線形波長変換素子を、前記第１及び第２の光
軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数個の第１の半
導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の第２の半導体
材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び第２の半導体
材料が前記第１及び第２の光軸と垂直な方向が［００
１］軸であり、それぞれの［００１］軸の向きが平行
で、かつ、［００１］軸の向きが交互に逆になるように
配置された半導体擬似位相整合素子としたものである。
【００３１】この発明の請求項８に係る固体光源装置
は、請求項７において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、テラヘルツ領域で透
明な材料としたものである。
は、請求項７において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、テラヘルツ領域で透
明な材料としたものである。
【００３２】この発明の請求項９に係る固体光源装置
は、請求項８において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＰとしたもので
ある。
は、請求項８において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＰとしたもので
ある。
【００３３】この発明の請求項１０に係る固体光源装置
は、請求項８において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＡｓとしたもの
である。
は、請求項８において、前記半導体擬似位相整合素子の
前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＡｓとしたもの
である。
【００３４】この発明の請求項１１に係る固体光源装置
は、前記非線形波長変換素子を、前記第１及び第２の光
軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数個の第１の半
導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の第２の半導体
材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び第２の半導体
材料の方位が、前記第１及び第２の光軸に垂直な方向に
同一で、かつ、向きが交互に逆になるように配置された
半導体疑似位相整合素子としたものである。
は、前記非線形波長変換素子を、前記第１及び第２の光
軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数個の第１の半
導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の第２の半導体
材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び第２の半導体
材料の方位が、前記第１及び第２の光軸に垂直な方向に
同一で、かつ、向きが交互に逆になるように配置された
半導体疑似位相整合素子としたものである。
【００３５】この発明の請求項１２に係る固体光源装置
は、請求項１１において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、テラヘルツ領域で
透明な材料としたものである。
は、請求項１１において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、テラヘルツ領域で
透明な材料としたものである。
【００３６】この発明の請求項１３に係る固体光源装置
は、請求項１２において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＰとしたもの
である。
は、請求項１２において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＰとしたもの
である。
【００３７】この発明の請求項１４に係る固体光源装置
は、請求項１２において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＡｓとしたも
のである。
は、請求項１２において、前記半導体擬似位相整合素子
の前記第１及び第２の半導体材料を、ＧａＡｓとしたも
のである。
【００３８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る固体光源装置について図面を参照しながら
説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る固体
光源装置の構成を示す図である。この図１は、擬似位相
整合非線形波長変換を用いたテラヘルツ波光源である固
体光源装置の構成例である。
形態１に係る固体光源装置について図面を参照しながら
説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る固体
光源装置の構成を示す図である。この図１は、擬似位相
整合非線形波長変換を用いたテラヘルツ波光源である固
体光源装置の構成例である。
【００３９】図１において、１は擬似位相整合非線形波
長変換を用いたテラヘルツ波光源である固体光源装置、
２は非線形波長変換素子である半導体擬似位相整合素
子、３は第１の励起レーザ光源、３ａは波長λ１のレー
ザ光、４は第２の励起レーザ光源、４ａは波長λ２のレ
ーザ光、５は波長λ３のテラヘルツ光である。
長変換を用いたテラヘルツ波光源である固体光源装置、
２は非線形波長変換素子である半導体擬似位相整合素
子、３は第１の励起レーザ光源、３ａは波長λ１のレー
ザ光、４は第２の励起レーザ光源、４ａは波長λ２のレ
ーザ光、５は波長λ３のテラヘルツ光である。
【００４０】つぎに、この実施の形態１に係る固体光源
装置の動作について図面を参照しながら説明する。
装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４１】第１の励起レーザ光源３は、波長λ１のレ
ーザ光３ａを出力し、第２の励起レーザ光源４は、波長
λ２のレーザ光４ａを出力する。第１のレーザ光源３
は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザであってもよく、第２のレーザ
光源４は、Ｙｂ：ＹＡＧレーザであってもよい。
ーザ光３ａを出力し、第２の励起レーザ光源４は、波長
λ２のレーザ光４ａを出力する。第１のレーザ光源３
は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザであってもよく、第２のレーザ
光源４は、Ｙｂ：ＹＡＧレーザであってもよい。
【００４２】このため、第１の励起レーザ光源３は、レ
ーザ光３ａの波長λ１が１．０６４μｍの単色光で出力
する波長固定レーザである。Ｙｂ：ＹＡＧレーザは、１
μｍ帯に広帯域な利得を有するため波長可変レーザとし
て構成することが可能であり、第２の励起レーザ光源４
は、レーザ光４ａの波長λ２が１μｍ帯の単色光で出力
する波長可変レーザである。なお、第１のレーザ光源３
は、Ｎｄ原子の４Ｆ３／２から４Ｉ１１／２の遷移の
内、Ｒ２からＹ３の遷移を利用しているため発振波長が
１．０６４μｍの波長固定レーザとなるが、他の遷移を
利用して他の発振波長で出力する波長固定レーザとして
用いてもよい。
ーザ光３ａの波長λ１が１．０６４μｍの単色光で出力
する波長固定レーザである。Ｙｂ：ＹＡＧレーザは、１
μｍ帯に広帯域な利得を有するため波長可変レーザとし
て構成することが可能であり、第２の励起レーザ光源４
は、レーザ光４ａの波長λ２が１μｍ帯の単色光で出力
する波長可変レーザである。なお、第１のレーザ光源３
は、Ｎｄ原子の４Ｆ３／２から４Ｉ１１／２の遷移の
内、Ｒ２からＹ３の遷移を利用しているため発振波長が
１．０６４μｍの波長固定レーザとなるが、他の遷移を
利用して他の発振波長で出力する波長固定レーザとして
用いてもよい。
【００４３】第１の励起レーザ光源３からのレーザ光３
ａ、および、第２の励起レーザ光源４からのレーザ光４
ａは、共に半導体擬似位相整合素子２に照射される。レ
ーザ光３ａとレーザ光４ａの光軸は同軸に配置すること
が望ましいが、第１の励起レーザ光源３および第２の励
起レーザ光源４の大きさの関係から僅かに角度をもって
いてもよい。ただし、この場合、レーザ光３ａとレーザ
光４ａの光軸は、半導体擬似位相整合素子２上では、ほ
ぼ一致している。また、適切な光学部品を用いてレーザ
光３ａとレーザ光４ａの光軸を前もって一致させておい
てもよい。
ａ、および、第２の励起レーザ光源４からのレーザ光４
ａは、共に半導体擬似位相整合素子２に照射される。レ
ーザ光３ａとレーザ光４ａの光軸は同軸に配置すること
が望ましいが、第１の励起レーザ光源３および第２の励
起レーザ光源４の大きさの関係から僅かに角度をもって
いてもよい。ただし、この場合、レーザ光３ａとレーザ
光４ａの光軸は、半導体擬似位相整合素子２上では、ほ
ぼ一致している。また、適切な光学部品を用いてレーザ
光３ａとレーザ光４ａの光軸を前もって一致させておい
てもよい。
【００４４】半導体擬似位相整合素子２は、励起光の光
軸と同軸な方向の長さがΛ／２の複数個の半導体材料２
ａｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）、２ｂｎ（ｎ＝１，
２，・・・，ｎ）を拡散接合で一体としている。前記第
１及び第２の半導体材料の方位は、前記第１及び第２の
光軸に垂直な方向に同一で、かつ、向きが交互に逆にな
るように配置される。ここで、前記第１及び第２の半導
体材料の方位が、前記第１及び第２の光軸に垂直な方向
が［００１］軸であり、それぞれの［００１］軸の向き
が平行で、さらに、［００１］軸の向きが交互に逆にな
るように配置されている場合、半導体材料における非線
形光学定数は最も大きくとることができる。このため、
ここでは前記第１及び第２の光軸に垂直な方向が［００
１］軸である場合について示す。
軸と同軸な方向の長さがΛ／２の複数個の半導体材料２
ａｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）、２ｂｎ（ｎ＝１，
２，・・・，ｎ）を拡散接合で一体としている。前記第
１及び第２の半導体材料の方位は、前記第１及び第２の
光軸に垂直な方向に同一で、かつ、向きが交互に逆にな
るように配置される。ここで、前記第１及び第２の半導
体材料の方位が、前記第１及び第２の光軸に垂直な方向
が［００１］軸であり、それぞれの［００１］軸の向き
が平行で、さらに、［００１］軸の向きが交互に逆にな
るように配置されている場合、半導体材料における非線
形光学定数は最も大きくとることができる。このため、
ここでは前記第１及び第２の光軸に垂直な方向が［００
１］軸である場合について示す。
【００４５】第１の励起レーザ光源３からのレーザ光３
ａ、および、第２の励起レーザ光源４からのレーザ光４
ａは、共に直線偏光である。レーザ光３ａの波長がレー
ザ光４ａの波長よりも短い場合、レーザ光３ａの偏光方
向は半導体材料の［００１］軸の向きと平行であり、レ
ーザ光４ａの偏光方向は［００１］軸の向きと垂直であ
る。また、レーザ光３ａの波長がレーザ光４ａの波長よ
りも長い場合、レーザ光３ａの偏光方向は［００１］軸
の向きと垂直であり、レーザ光４ａの偏光方向は［００
１］軸の向きと平行である。
ａ、および、第２の励起レーザ光源４からのレーザ光４
ａは、共に直線偏光である。レーザ光３ａの波長がレー
ザ光４ａの波長よりも短い場合、レーザ光３ａの偏光方
向は半導体材料の［００１］軸の向きと平行であり、レ
ーザ光４ａの偏光方向は［００１］軸の向きと垂直であ
る。また、レーザ光３ａの波長がレーザ光４ａの波長よ
りも長い場合、レーザ光３ａの偏光方向は［００１］軸
の向きと垂直であり、レーザ光４ａの偏光方向は［００
１］軸の向きと平行である。
【００４６】２波長の励起レーザ光と非線形波長変換素
子を用いた差周波発生を行う場合、以下の関係式が成り
立つ。
子を用いた差周波発生を行う場合、以下の関係式が成り
立つ。
【００４７】
ω１−ω２＝ω３，ω＝ｃ／λ （１）
ここで、ωは周波数、ｃは光速、λは波長である。
【００４８】図２は、非線形波長変換素子でのレーザ光
の伝搬長に対する波長変換光強度を示す模式図である。
の伝搬長に対する波長変換光強度を示す模式図である。
【００４９】２波長の励起レーザ光と差周波光の波数差
をΔｋ、コヒーレンス長をｌｃ、反転周期をΛとしたと
き、以下の関係が成り立つ。
をΔｋ、コヒーレンス長をｌｃ、反転周期をΛとしたと
き、以下の関係が成り立つ。
【００５０】
Δｋ＝ｋ１−ｋ２−ｋ３，ｋ＝２πｎ／λ （２）
【００５１】
ｌｃ＝２π／Δｋ （３）
【００５２】Λ＝２ｌｃ＝２π／Δｋ
【００５３】ここで、ｎは非線形波長変換素子の波長λ
に対する屈折率である。
に対する屈折率である。
【００５４】バルク型の１素子による非線形波長変換素
子を用いた場合、波長変換光強度は伝搬長がｌｃの時、
飽和し最大となり、その後低下する。伝搬長が２ｌｃの
時、波長変換光強度は０となるが、伝搬長が３ｌｃまで
再び増加する。このように波長変換光強度は、増減を繰
り返しながら非線形波長変換素子を伝搬するため、大き
な出力光を得ることは困難である。
子を用いた場合、波長変換光強度は伝搬長がｌｃの時、
飽和し最大となり、その後低下する。伝搬長が２ｌｃの
時、波長変換光強度は０となるが、伝搬長が３ｌｃまで
再び増加する。このように波長変換光強度は、増減を繰
り返しながら非線形波長変換素子を伝搬するため、大き
な出力光を得ることは困難である。
【００５５】一方、非線形波長変換素子の分極方向をコ
ヒーレンス長ｌｃ毎に反転させた疑似位相整合素子２の
場合、伝搬長ｌｃ毎に増減を繰り返すことなしに、波長
変換光強度を増加させることができる。
ヒーレンス長ｌｃ毎に反転させた疑似位相整合素子２の
場合、伝搬長ｌｃ毎に増減を繰り返すことなしに、波長
変換光強度を増加させることができる。
【００５６】例えば、ＬｉＮｂＯ3の場合、コヒーレン
ス長ｌｃ毎に分極方向を反転させた疑似位相整合波長変
換素子を作成する場合、ＬｉＮｂＯ3に強電界をかける
ことで作成することもできる。一方、ＧａＰ、ＧａＡｓ
などの半導体材料の場合、強電界を用いた疑似位相整合
波長変換素子の作成が困難であるため、コヒーレンス長
ｌｃ毎に切り分けた複数の半導体材料を用いて、拡散接
合により一体化することで作成することができる。しか
し、拡散接合による境界面は、完全に一体化することが
困難であるため、特に境界面の数が多い場合、接合によ
る損失が大きくなり、高出力な波長変換光を得ることは
困難である。
ス長ｌｃ毎に分極方向を反転させた疑似位相整合波長変
換素子を作成する場合、ＬｉＮｂＯ3に強電界をかける
ことで作成することもできる。一方、ＧａＰ、ＧａＡｓ
などの半導体材料の場合、強電界を用いた疑似位相整合
波長変換素子の作成が困難であるため、コヒーレンス長
ｌｃ毎に切り分けた複数の半導体材料を用いて、拡散接
合により一体化することで作成することができる。しか
し、拡散接合による境界面は、完全に一体化することが
困難であるため、特に境界面の数が多い場合、接合によ
る損失が大きくなり、高出力な波長変換光を得ることは
困難である。
【００５７】図３は、ＧａＰの屈折率の波長依存性を示
す特性図である。
す特性図である。
【００５８】１μｍ帯近傍では、ＧａＰの屈折率は単調
減少する。また、２５μｍ帯に赤外異常分散が存在す
る。このような異常分散特性のため、長波長の方が短波
長より大きく屈折し、さらに、テラヘルツ近傍では屈折
率は漸近し、ほぼ一定となる。
減少する。また、２５μｍ帯に赤外異常分散が存在す
る。このような異常分散特性のため、長波長の方が短波
長より大きく屈折し、さらに、テラヘルツ近傍では屈折
率は漸近し、ほぼ一定となる。
【００５９】ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体材料の場
合、差周波がテラヘルツ程度となる１μｍ帯の２波長の
励起光において、波数差はテラヘルツ光の波数にほぼ一
致する。
合、差周波がテラヘルツ程度となる１μｍ帯の２波長の
励起光において、波数差はテラヘルツ光の波数にほぼ一
致する。
【００６０】図４は、差周波光の波長がλ３＝３００μ
mのときの、コヒーレンス長ｌｃの計算結果を示す図で
ある。
mのときの、コヒーレンス長ｌｃの計算結果を示す図で
ある。
【００６１】ここで、横軸は励起光１の波長λ１であ
り、縦軸にコヒーレンス長ｌｃを示している。励起光源
として１μｍ帯の２波長のレーザを用い、ＧａＰなどの
半導体材料を波長変換素子として用い、テラヘルツ波帯
の差周波発生を行った場合、Δｋが小さくなり、この結
果、コヒーレンス長ｌｃはｍｍオーダーと長く取ること
が可能である。従って、半導体擬似位相整合素子の接合
界面の数を最小限に抑えることができるので、低損失の
素子を作製することが可能であり、高効率で高出力のテ
ラヘルツ光を得ることができる。
り、縦軸にコヒーレンス長ｌｃを示している。励起光源
として１μｍ帯の２波長のレーザを用い、ＧａＰなどの
半導体材料を波長変換素子として用い、テラヘルツ波帯
の差周波発生を行った場合、Δｋが小さくなり、この結
果、コヒーレンス長ｌｃはｍｍオーダーと長く取ること
が可能である。従って、半導体擬似位相整合素子の接合
界面の数を最小限に抑えることができるので、低損失の
素子を作製することが可能であり、高効率で高出力のテ
ラヘルツ光を得ることができる。
【００６２】ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体は、非線形
光学定数が大きいため高効率波長変換に適している。ま
た、コヒーレンス長毎に［００１］軸の向きが交互にな
るように接合した疑似位相整合波長変換素子であるた
め、Δｋ＝０とする必要がなく、この結果、２波長の励
起光と差周波光の光軸は一致させることが可能である。
このため、２波長の励起光と差周波光の相互作用長を長
く取ることが可能であるため、特に高効率波長変換に適
している。
光学定数が大きいため高効率波長変換に適している。ま
た、コヒーレンス長毎に［００１］軸の向きが交互にな
るように接合した疑似位相整合波長変換素子であるた
め、Δｋ＝０とする必要がなく、この結果、２波長の励
起光と差周波光の光軸は一致させることが可能である。
このため、２波長の励起光と差周波光の相互作用長を長
く取ることが可能であるため、特に高効率波長変換に適
している。
【００６３】このような半導体擬似位相整合素子２と２
波長の励起光を用いた差周波発生では、特に高効率波長
変換が可能であるため、２波長の励起光は連続波からピ
コ秒以下の短パルスまで様々なパルス長を用いてもテラ
ヘルツ光の発生は高効率で高出力で得ることができる。
このため、２波長の励起光のパルス長を選択すること
で、差周波のテラヘルツ光として連続波からピコ秒以下
の短パルスを得ることができる。このように、テラヘル
ツ光の発生は、特にピコ秒以下の短パルスである必要が
ないため、フーリエ限界で決定されるテラヘルツ光の波
長広がりを狭くすることが可能であり、狭線幅特性を維
持しつつ単一縦モードのテラヘルツ光を得ることができ
る。
波長の励起光を用いた差周波発生では、特に高効率波長
変換が可能であるため、２波長の励起光は連続波からピ
コ秒以下の短パルスまで様々なパルス長を用いてもテラ
ヘルツ光の発生は高効率で高出力で得ることができる。
このため、２波長の励起光のパルス長を選択すること
で、差周波のテラヘルツ光として連続波からピコ秒以下
の短パルスを得ることができる。このように、テラヘル
ツ光の発生は、特にピコ秒以下の短パルスである必要が
ないため、フーリエ限界で決定されるテラヘルツ光の波
長広がりを狭くすることが可能であり、狭線幅特性を維
持しつつ単一縦モードのテラヘルツ光を得ることができ
る。
【００６４】また、ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体はテ
ラヘルツ領域で透明であるため、差周波発生により得ら
れたテラヘルツ光は吸収により減衰することがなく、高
効率に出力光として取り出すことが可能である。さら
に、ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体は熱伝導率が大きい
ため、高出力動作にも適している。
ラヘルツ領域で透明であるため、差周波発生により得ら
れたテラヘルツ光は吸収により減衰することがなく、高
効率に出力光として取り出すことが可能である。さら
に、ＧａＰ、ＧａＡｓなどの半導体は熱伝導率が大きい
ため、高出力動作にも適している。
【００６５】また、素子温度を調整し、差周波光源の一
方の波長をｎｍオーダーとわずかに変化させるだけで、
テラヘルツ発生波長を数百μｍにもわたってチューニン
グすることが可能となるテラヘルツ波光源を提供するこ
とができる。
方の波長をｎｍオーダーとわずかに変化させるだけで、
テラヘルツ発生波長を数百μｍにもわたってチューニン
グすることが可能となるテラヘルツ波光源を提供するこ
とができる。
【００６６】なお、上記実施の形態では、非線形材料と
してＧａＰを用いたが、ＧａＡｓなどの他の半導体も同
様な異常分散特性を有するため使用することができる。
してＧａＰを用いたが、ＧａＡｓなどの他の半導体も同
様な異常分散特性を有するため使用することができる。
【００６７】また、上記実施の形態では、励起光源とし
て、波長固定レーザにＮｄ：ＹＡＧレーザを、波長可変
レーザにＹｂ：ＹＡＧレーザを用いたが、Ｙｂ：ＹＡＧ
レーザを２台用いても実現可能であり、さらに他のＮｄ
添加レーザ、Ｙｂ添加レーザを用いる場合にも適用可能
である。
て、波長固定レーザにＮｄ：ＹＡＧレーザを、波長可変
レーザにＹｂ：ＹＡＧレーザを用いたが、Ｙｂ：ＹＡＧ
レーザを２台用いても実現可能であり、さらに他のＮｄ
添加レーザ、Ｙｂ添加レーザを用いる場合にも適用可能
である。
【００６８】さらに、上記実施の形態では、励起光源と
して、波長固定レーザにＮｄ：ＹＡＧレーザを、波長可
変レーザにＹｂ：ＹＡＧレーザを用いたが、波長固定レ
ーザにＮｄ：ＹＬＦレーザを、波長可変レーザにＹｂ：
ＹＡＧレーザを用いても実現可能であり、さらに他のＮ
ｄ添加レーザ、Ｙｂ添加レーザを用いる場合にも適用可
能である。
して、波長固定レーザにＮｄ：ＹＡＧレーザを、波長可
変レーザにＹｂ：ＹＡＧレーザを用いたが、波長固定レ
ーザにＮｄ：ＹＬＦレーザを、波長可変レーザにＹｂ：
ＹＡＧレーザを用いても実現可能であり、さらに他のＮ
ｄ添加レーザ、Ｙｂ添加レーザを用いる場合にも適用可
能である。
【００６９】以上のように、この発明によれば、テラヘ
ルツ波発生に、１μｍ帯の波長可変レーザと大きな非線
形光学定数・熱伝導率を有する半導体の異常分散特性を
併用することで擬似位相整合差周波発生のための接合間
隔を数ｍｍと長周期にする手法を提案したため、狭線幅
特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生
を容易かつ確実に実現できる。
ルツ波発生に、１μｍ帯の波長可変レーザと大きな非線
形光学定数・熱伝導率を有する半導体の異常分散特性を
併用することで擬似位相整合差周波発生のための接合間
隔を数ｍｍと長周期にする手法を提案したため、狭線幅
特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生
を容易かつ確実に実現できる。
【００７０】
【発明の効果】この発明の請求項１に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、第１の波長のレーザ光を出力
する第１の励起レーザ光源と、前記第１の波長のレーザ
光との差周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレ
ーザ光を出力する第２の励起レーザ光源と、前記第１の
波長のレーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ
光の第２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置さ
れ、前記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づい
て前記第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光
を発生する非線形波長変換素子とを備えたので、狭線幅
特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生
を容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、第１の波長のレーザ光を出力
する第１の励起レーザ光源と、前記第１の波長のレーザ
光との差周波数がテラヘルツ帯である、第２の波長のレ
ーザ光を出力する第２の励起レーザ光源と、前記第１の
波長のレーザ光の第１の光軸と前記第２の波長のレーザ
光の第２の光軸がオーバーラップしている箇所に配置さ
れ、前記第１及び第２の波長のレーザ光の照射に基づい
て前記第１及び第２の光軸と同軸な方向にテラヘルツ光
を発生する非線形波長変換素子とを備えたので、狭線幅
特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生
を容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
【００７１】この発明の請求項２に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、波長固定レーザとし、前記第２の励起レーザ光源
を、波長可変レーザとしたので、狭線幅特性を維持しつ
つ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実
に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、波長固定レーザとし、前記第２の励起レーザ光源
を、波長可変レーザとしたので、狭線幅特性を維持しつ
つ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実
に実現できるという効果を奏する。
【００７２】この発明の請求項３に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとし、前記第２の励起レーザ光
源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性を維
持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易か
つ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとし、前記第２の励起レーザ光
源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性を維
持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易か
つ確実に実現できるという効果を奏する。
【００７３】この発明の請求項４に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、前記第１の波長が１．０６４μｍの単色光とし、前
記第２の励起レーザ光源を、前記第２の波長が１μｍ帯
の単色光としたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力か
つ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現でき
るという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、前記第１の波長が１．０６４μｍの単色光とし、前
記第２の励起レーザ光源を、前記第２の波長が１μｍ帯
の単色光としたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力か
つ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現でき
るという効果を奏する。
【００７４】この発明の請求項５に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記第１及び第２の励起レー
ザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性
を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容
易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記第１及び第２の励起レー
ザ光源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性
を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容
易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
【００７５】この発明の請求項６に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、Ｎｄ：ＹＬＦレーザとし、前記第２の励起レーザ光
源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性を維
持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易か
つ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記第１の励起レーザ光源
を、Ｎｄ：ＹＬＦレーザとし、前記第２の励起レーザ光
源を、Ｙｂ：ＹＡＧレーザとしたので、狭線幅特性を維
持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易か
つ確実に実現できるという効果を奏する。
【００７６】この発明の請求項７に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記非線形波長変換素子を、
前記第１及び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／
２の複数個の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の
複数個の第２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記
第１及び第２の半導体材料が前記第１及び第２の光軸と
垂直な方向が［００１］軸であり、それぞれの［００
１］軸の向きが平行で、かつ、［００１］軸の向きが交
互に逆になるように配置された半導体擬似位相整合素子
としたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率
なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現できるという
効果を奏する。
は、以上説明したとおり、前記非線形波長変換素子を、
前記第１及び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／
２の複数個の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の
複数個の第２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記
第１及び第２の半導体材料が前記第１及び第２の光軸と
垂直な方向が［００１］軸であり、それぞれの［００
１］軸の向きが平行で、かつ、［００１］軸の向きが交
互に逆になるように配置された半導体擬似位相整合素子
としたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率
なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現できるという
効果を奏する。
【００７７】この発明の請求項８に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項７において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、テラヘルツ領域で透明な材料としたので、狭線幅特
性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を
容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項７において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、テラヘルツ領域で透明な材料としたので、狭線幅特
性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を
容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
【００７８】この発明の請求項９に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項８において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＰとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力
かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現で
きるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項８において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＰとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力
かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現で
きるという効果を奏する。
【００７９】この発明の請求項１０に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項８において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＡｓとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出
力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現
できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項８において、前記半導
体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＡｓとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出
力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現
できるという効果を奏する。
【００８０】この発明の請求項１１に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、前記非線形波長変換素子を、
前記第１及び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／
２の複数個の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の
複数個の第２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記
第１及び第２の半導体材料の方位が、前記第１及び第２
の光軸に垂直な方向に同一で、かつ、向きが交互に逆に
なるように配置された半導体疑似位相整合素子としたの
で、狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘ
ルツ波発生を容易かつ確実に実現できるという効果を奏
する。
は、以上説明したとおり、前記非線形波長変換素子を、
前記第１及び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／
２の複数個の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の
複数個の第２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記
第１及び第２の半導体材料の方位が、前記第１及び第２
の光軸に垂直な方向に同一で、かつ、向きが交互に逆に
なるように配置された半導体疑似位相整合素子としたの
で、狭線幅特性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘ
ルツ波発生を容易かつ確実に実現できるという効果を奏
する。
【００８１】この発明の請求項１２に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項１１において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、テラヘルツ領域で透明な材料としたので、狭線幅特
性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を
容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項１１において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、テラヘルツ領域で透明な材料としたので、狭線幅特
性を維持しつつ高出力かつ高効率なテラヘルツ波発生を
容易かつ確実に実現できるという効果を奏する。
【００８２】この発明の請求項１３に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項１２において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＰとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力
かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現で
きるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項１２において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＰとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出力
かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現で
きるという効果を奏する。
【００８３】この発明の請求項１４に係る固体光源装置
は、以上説明したとおり、請求項１２において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＡｓとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出
力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現
できるという効果を奏する。
は、以上説明したとおり、請求項１２において、前記半
導体擬似位相整合素子の前記第１及び第２の半導体材料
を、ＧａＡｓとしたので、狭線幅特性を維持しつつ高出
力かつ高効率なテラヘルツ波発生を容易かつ確実に実現
できるという効果を奏する。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る固体光源装置
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図２】 非線形波長変換素子での波長変換光強度を示
す模式図である。
す模式図である。
【図３】 ＧａＰの屈折率の波長依存性を示す図であ
る。
る。
【図４】 コヒーレンス長の計算結果を示す図である。
【図５】 従来の固体光源装置の構成を示す図である。
１ 固体光源装置、２ 半導体擬似位相整合素子、３
第１の励起レーザ光源、３ａ 波長λ１のレーザ光、４
第２の励起レーザ光源、４ａ 波長λ２のレーザ光、
５ 波長λ３のテラヘルツ光。
第１の励起レーザ光源、３ａ 波長λ１のレーザ光、４
第２の励起レーザ光源、４ａ 波長λ２のレーザ光、
５ 波長λ３のテラヘルツ光。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 庄司 一郎
愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38番地 岡
崎国立共同研究機構分子科学研究所内
(72)発明者 平等 拓範
愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38番地 岡
崎国立共同研究機構分子科学研究所内
(72)発明者 栗村 直
愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38番地 岡
崎国立共同研究機構分子科学研究所内
Ｆターム(参考） 2K002 AB12 BA03 CA13 DA06 DA11
EA05 EA07 EA27 HA21
5F072 AB01 AB02 AB15 JJ20 KK11
QQ04 YY11 YY15
Claims (14)
- 【請求項１】 第１の波長のレーザ光を出力する第１の
励起レーザ光源と、 前記第１の波長のレーザ光との差周波数がテラヘルツ帯
である、第２の波長のレーザ光を出力する第２の励起レ
ーザ光源と、 前記第１の波長のレーザ光の第１の光軸と前記第２の波
長のレーザ光の第２の光軸がオーバーラップしている箇
所に配置され、前記第１及び第２の波長のレーザ光の照
射に基づいて前記第１及び第２の光軸と同軸な方向にテ
ラヘルツ光を発生する非線形波長変換素子とを備えたこ
とを特徴とする固体光源装置。 - 【請求項２】 前記第１の励起レーザ光源は、波長固定
レーザであり、 前記第２の励起レーザ光源は、波長可変レーザであるこ
とを特徴とする請求項１記載の固体光源装置。 - 【請求項３】 前記第１の励起レーザ光源は、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザであり、 前記第２の励起レーザ光源は、Ｙｂ：ＹＡＧレーザであ
ることを特徴とする請求項２記載の固体光源装置。 - 【請求項４】 前記第１の励起レーザ光源は、前記第１
の波長が１．０６４μｍの単色光であり、 前記第２の励起レーザ光源は、前記第２の波長が１μｍ
帯の単色光であることを特徴とする請求項３記載の固体
光源装置。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の励起レーザ光源は、
Ｙｂ：ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１記
載の固体光源装置。 - 【請求項６】 前記第１の励起レーザ光源は、Ｎｄ：Ｙ
ＬＦレーザであり、 前記第２の励起レーザ光源は、Ｙｂ：ＹＡＧレーザであ
ることを特徴とする請求項１記載の固体光源装置。 - 【請求項７】 前記非線形波長変換素子は、前記第１及
び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数個
の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の第
２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び第
２の半導体材料が前記第１及び第２の光軸と垂直な方向
が［００１］軸であり、それぞれの［００１］軸の向き
が平行で、かつ、［００１］軸の向きが交互に逆になる
ように配置された半導体擬似位相整合素子であることを
特徴とする請求項１記載の固体光源装置。 - 【請求項８】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第１
及び第２の半導体材料は、テラヘルツ領域で透明な材料
であることを特徴とする請求項７記載の固体光源装置。 - 【請求項９】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第１
及び第２の半導体材料は、ＧａＰであることを特徴とす
る請求項８記載の固体光源装置。 - 【請求項１０】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第
１及び第２の半導体材料は、ＧａＡｓであることを特徴
とする請求項８記載の固体光源装置。 - 【請求項１１】 前記非線形波長変換素子は、前記第１
及び第２の光軸と同軸な方向の長さが各々Λ／２の複数
個の第１の半導体材料と、長さが各々Λ／２の複数個の
第２の半導体材料を拡散接合で一体とし、前記第１及び
第２の半導体材料の方位が、前記第１及び第２の光軸に
垂直な方向に同一で、かつ、向きが交互に逆になるよう
に配置された半導体疑似位相整合素子であることを特徴
とする請求項１記載の固体光源装置。 - 【請求項１２】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第
１及び第２の半導体材料は、テラヘルツ領域で透明な材
料であることを特徴とする請求項１１記載の固体光源装
置。 - 【請求項１３】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第
１及び第２の半導体材料は、ＧａＰであることを特徴と
する請求項１２記載の固体光源装置。 - 【請求項１４】 前記半導体擬似位相整合素子の前記第
１及び第２の半導体材料は、ＧａＡｓであることを特徴
とする請求項１２記載の固体光源装置。
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|---|---|---|---|
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