JP2004055626A

JP2004055626A - パルス幅制御装置並びにそれを用いたＴＨｚ電磁波発生装置及び発生方法

Info

Publication number: JP2004055626A
Application number: JP2002207563A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Yano; 矢野　隆治
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】レーザ光の幅を任意の幅に制御することが可能なパルス幅制御装置を提供することを目的とすること。任意の周波数及びスペクトル幅をもったＴＨｚ電磁波を発生させることが可能なＴＨｚ電磁波発生装置及び発生方法を提供すること。
【解決手段】光パルスが波長毎に伝播する距離が異なる性質を有する部材（例えば回折格子対８，９等）と、該部材に入射した後のパルス幅が広がった光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段（例えば回折格子対間の距離を可変とするための手段）とを有することを特徴とする。レーザーパルス光源１と、ＴＨｚ電磁波発生素子（例えば光伝導アンテナ２）との間に、レーザパルス光源１からの光パルスの光パルス幅を任意に設定できる光パルス幅制御装置およびレーザー光のパルス対の時間遅延を任意に設定する干渉計を設けたことを特徴とする。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パルス幅制御装置およびそれを用いたＴＨｚ電磁波発生装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
バルク半導体、光伝導素子などの半導体にレーザー光を照射する事で、半導体内にキャリアが生成される。このキャリアの時間応答（２階時間微分）がゼロでない事により、ＴＨｚ電磁波が発生する。
【０００３】
図７は、このようなＴＨｚ電磁波発生装置を構成する従来の装置の一例である。超短パルスレーザー１から出たパルス光は、例えば光伝導アンテナ２などのＴＨｚ電磁波発生素子を励起し、キャリアがＴＨｚ電磁波発生素子内に生成される。生成されたキャリアの時間変化に応じてＴＨｚ電磁波が発生する。この際、キャリアの２階時間微分はゼロから数ＴＨｚに渡る広い範囲におよび、広いスペクトルを持つＴＨｚ電磁波が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のＴＨｚ電磁波発生装置は、発生する電磁波の周波数がほぼゼロから数ＴＨｚに渡る非常にスペクトル幅の広いものになっている。そのため、ある周波数のみ、またある大きさのスペクトル幅のみのＴＨｚ電磁波光源を必要とする場合には、残りのほとんどのＴＨｚ電磁波成分は不用であり、所望の結果を期待する場合や信号検出において不用なＴＨｚ電磁波成分は取り除く必要がある。
【０００５】
本発明は、レーザ光の幅を任意の幅に制御することが可能なパルス幅制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、任意の周波数及びスペクトル幅をもったＴＨｚ電磁波を発生させることが可能なＴＨｚ電磁波発生装置及び発生方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光パルス幅制御装置は、光パルスが波長毎に伝播する距離が異なる性質を有する部材と、該部材に入射した後のパルス幅が広がった光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
前記光パルスが波長毎に伝播する距離が異なる性質を有する部材としては、例えば、回折格子対、プリズム対、ないしは光ファイバーが好適に用いられる。
【０００９】
前記光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段は、回折格子対、プリズム対間の距離を可変させるための手段が好適に用いられる。これらは入手が容易であり、かつ光パルス幅の制御を容易に行うことができる。
【００１０】
前記光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段は、前記パルス幅が広がった光パルスの光路上に設けられたスリット幅が可変なスリットとすることが構成を簡易にできかつ外部から容易に制御することができるため好ましい。
【００１１】
本発明のＴＨｚ電磁波発生装置は、レーザーパルス光源と、ＴＨｚ電磁波発生素子との間に、該レーザパルス光源からの光パルスの光パルス幅を任意に設定できる光パルス幅制御装置およびレーザー光のパルス対の時間遅延を任意に設定するための干渉計を設けたことを特徴とする。
【００１２】
光パルス幅制御装置としては前記した光パルス幅制御装置を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明のＴＨｚ電磁波発生方法は、レーザーパルス光源から光パルスの光パルス幅を制御するとともに、レーザー光のパルス対の時間遅延を制御してレーザ光をＴＨｚ電磁波発生素子に入射させることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明は、上記の目的を達成するために、群速度分散を利用したパルス幅制御装置により、パルス幅の十分に短いレーザーパルス光を任意のパルス幅にし、干渉計により住意のパルス幅にされたパルス対を適当な時間遅延をつけて空間的に重ね合わせる事により、周期的な強度変調を持ったパルス光にする。その強度変調パルス光でＴＨｚ電磁波発生素子を励起してＴＨｚ電磁波を発生装置するものである。
【００１５】
本発明によれば、光パルスをパルス幅制御装置により適切なパルス幅にし、干渉計によりパルス対の時間遅延を任意に選ぶ事により、ＴＨｚ電磁波発生素子（例えば光伝導アンテナ）を励起するパルス光に任意のパルス幅及び任意の周期の時間的な強度変調を加える事が出来るため、発生するＴＨｚ電磁波の中心周波数およびスペクトル幅を任意に選択する事ができる。
【００１６】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の―実施例を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例を示す構成図である。図１において、前述した図７に示す従来例のＴＨｚ電磁波発生装置と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００１８】
また、本装置の構成は、従来例の装置類にレーザーのパルス幅を制御する装置とパルス対の遅延合波装置（干渉計）を追加したものである。
【００１９】
超短パルスレーザーから出た超短光パルスは、パルス幅制御装置に入射する事で、その時間幅が長くなる。その際、線形のパルスチャーピングにより、短波長成分　（紫外側）が時間的に先頭に、長波長成分（赤外側）が時間的に遅れる光パルスになる（方法によっては、逆になる場合がある）。これは、ガラスのような媒質では、波長ごとに屈折率が異なるため、ガラスないしはプリズム対においてプリズムおよび空間を伝播する距離が波長毎に異なる性質がある。また、回折格子においては、波長によって光が回折格子に回折される角度が異なるため、回折格子対を用いた場合，波長毎に空間を伝播する距離が異なる性質がある。この性質を指している。このパルスのチャーピングを利用する事で、光パルス幅を制御する。光パルス幅を制御する方法例を以下の（１）から（４）に述べる。
【００２０】
（１）回折格子対による、パルス幅制御方法には２通り。図２に示す最初の方法では、向き合った回折格子の距離を変える事で、任意の幅ｔ_ｄに制御する。
【００２１】
また、回折格子９のそばに配置しているミラー１０は、ミラー１０により反射されたレーザー光が回折格子対８、９に入射した時と全く同じ空間を逆に伝播し、ビームスプリッター３によって干渉計に入射する事が出来るよう、回折格子９と回折格子８との距離が変化した場合も、回折格子９とその空間的な位置関係が保持されている。　回折格子８に入射したレーザーパルスは、回折により空間的に波長が広がり、回折格子９により更に回折される。長波長側の波長成分が短波長側の波長成分よりも空間を伝播する距離が長くなるため、ミラー１０で反射され、干渉計に入射する時には、レーザーパルスは短波長成分が時間的に先頭に来るチャーピングを生じ、パルス幅が広がる。パルス幅の制御は、回折格子対８、９の距離を変える事により出来る。
【００２２】
（２）回折格子対によるパルス幅制御の２つめの方法は、次のとおりである（図３）。
【００２３】
あらかじめ格子対の間隔を一定にし、パルス幅を十分に長く取ったあと、ミラー１３の前にスリット１４を設けて、スリットの幅を変えることにより、パルス幅を制御する。この場合、レーザーの中心波長に対する各波長成分の遅れ（進み）は回折格子対８、９の距離を一定にしているため、変わらない。スリット１４のスリット幅を変化させることで、パルス対の遅延合波装置（干渉計）に入射する事の出来るレーザー波長の範囲を制限し、それによってパルス幅を制御する。
【００２４】
（３）三角プリズム対を用いる事により、パルス幅を制御する方法を図４に示す。三角プリズムにより空間的に分けられたレーザー光の短波長および長波長成分は、空間的に異なる場所を伝播するため、三角プリズム対１５、１６およびミラー１７を往復するのに必要な時間が異なる。これによりレーザー光はパルス幅が広がる。この場合もパルス幅の制御は、レーザーのスペクトルが空間的に広がる部分にスリット１８を置き、スリット幅を変えることにより行う。
【００２５】
（４）図５に第４の方法を示す。光ファイバーの波長分散特性を利用する事で、光パルスのパルス幅は長くなる。光ファイバー１９に入射した光パルスは光ファイバーよりチャーピィングを受け、パルス幅が長くなる。光ファイバーと伝播した後の光パルスは、回折格子対２０、２１により、そのスペクトルが空間的に拡がる。スリット２２の幅を調整する事で、光パルスのスペクトル幅を制御する。光パルスは、ミラー２３により反射して光ファイバーに再び入射する。光ファイバーを２度光パルスが通過するため，そのことを考慮してスリット２２によりパルス幅を制御する。なお、回折格子対は、単に光パルスのスペクトルを空間的に広げるために用いているため、回折格子対によるパルスチャーピングの向きが光ファイバーと逆の場合は回折格子対の影響がないように光ファイバーによるパルス拡がりを十分にとる。また、回折格子対の代わりにプリズム対を用いても良い。
【００２６】
いずれかの方法を用いてパルス幅が拡大された光パルスを干渉計に入射させる事で、同じ強度および時間波形を持つ２つの光パルスができる。そのパルスが時間延滞τをつけて重ね合わせられる事により、図６に示すように、延滞時間τの周期で強度が周期的に変調されるパルス幅ｔ_ｄの光パルスを得る事が出来る。
【００２７】
この変調された光パルスをＴＨｚ電磁波発生素子（例えば光伝導アンテナ）に入射すると、光パルスと同じ時間波形を持つＴＨｚ電磁波が発生する。これは、周波数およびスペクトル幅が同時に可変なＴＨｚ電磁波の発生を意味する。発生するＴＨｚ電磁波の周波数は１／τ、スペクトル幅は１／ｔ_ｄで与えられる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のパルス幅制御装置によればレーザ光の幅を任意の幅に制御することが可能となる。
【００２９】
本発明のＴＨｚ電磁波発生装置及び発生方法によれば、任意の周波数及びスペクトル幅をもったＴＨｚ電磁波を発生させることが可能となる。
【００３０】
本発明装置により発生したＴＨｚ電磁波は、例えば気体の分光などに有効に利用できる。例えば、ある気体のある周波数での吸収が他の気体と区別するのに有用な場合に有効に利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＴＨｚ電磁波発生装置を示す構成図
【図２】回折格子対を用いたＴＨｚ電磁波発生装置
【図３】回折格子対を用いたＴＨｚ電磁波発生装置
【図４】三角プリズム対を用いたＴＨｚ電磁波発生装置
【図５】光ファイバーおよび回折格子対を用いたＴＨｚ電磁波発生装置
【図６】パルス幅制御装置により広がった光パルスおよび干渉計により重ね合わされた光パルス対
【図７】従来のＴＨｚ電磁波発生装置を示す構成図
【符号の説明】
１　超短パルスレーザー、
２　ＴＨｚ電磁波発生素子に（光伝導アンテナ）、
３、４　　ビームスプリッター、
５、６、１０、１３、１７　ミラー、
７　パルス幅制御装置、
８、９、１１、１２、２０、２１　回折格子、
１４、１８、２２　スリット、
１５、１６　三角プリズム、
１９　　光ファイバー。

Claims

光パルスが波長毎に伝播する距離が異なる性質を有する部材と、該部材に入射した後のパルス幅が広がった光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段とを有することを特徴とする光パルス幅制御装置。
前記光パルスが波長毎に伝播する距離が異なる性質を有する部材は、回折格子対、プリズム対、ないしは光ファイバーであることを特徴とする請求項１記載の光パルス幅制御装置。
前記光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段は、回折格子対、プリズム対間の距離を可変させるための手段であることを特徴とする請求項２記載の光パルス幅制御装置。
前記光パルスの幅を任意の光パルス幅に制御するための手段は、前記パルス幅が広がった光パルスの光路上に設けられたスリット幅が可変なスリットであることを特徴とする請求項１又は２記載の光パルス幅制御装置。
レーザーパルス光源と、ＴＨｚ電磁波発生素子との間に、該レーザパルス光源からの光パルスの光パルス幅を任意に設定できる光パルス幅制御装置およびレーザー光のパルス対の時間遅延を任意に設定するための干渉計を設けたことを特徴とするＴＨｚ電磁波発生装置。
レーザーパルス光源から光パルスの光パルス幅を制御するとともに、レーザー光のパルス対の時間遅延を制御してレーザ光をＴＨｚ電磁波発生素子に入射させることを特徴とするＴＨｚ電磁波発生方法。