JP2006145372A - Terahertz electromagnetic wave generator - Google Patents

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Chiyoujitsuriyo Suzuki
朝実良 鈴木
Hiroyuki Furuya
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a teraheltz electromagnetic wave generator of high efficiency having a high output and a wide band. <P>SOLUTION: An energy gap of a radiation antenna material is made to be 1.42 eV or more provided in LT-GaAs to enhance a breakdown voltage of a photoconductive element for detection and to enhance a breakdown voltage, and a laser wavelength shorter than 800nm is used conformed to the material. An applied voltage is brought thereby into 15 V or more, and a laser beam intensity is brought thereby into 15 mW or more to emit an electromagnetic wave. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は強度の大きいテラヘルツ電磁波を発生させることができ、高速大容量での無線通信へ応用することのできるテラヘルツ電磁波発生装置に関し、あるいは半導体、誘電体等の材料評価に利用し、特にテラヘルツ帯で使用する素子を構成する材料の複素屈折率などを測定する複素誘電率測定装置としても応用が可能である。   The present invention relates to a terahertz electromagnetic wave generator that can generate a terahertz electromagnetic wave having a high intensity and can be applied to high-speed and large-capacity wireless communication, or is used for evaluating a material such as a semiconductor or a dielectric, and particularly, a terahertz band. The present invention can also be applied as a complex dielectric constant measuring apparatus for measuring a complex refractive index of a material constituting an element used in the above.

従来、テラヘルツ帯のような産業応用が進んでおらず、未開拓ともいえる周波数領域に対する電磁波源としては、後進波管や分子レーザーなどが用いられてきた。(ここで言うテラヘルツ帯とは0.1THzから5THz迄の帯域のことであり、光波の直進性、粒子性を有している最長波長領域であり、同時に電波の透過性を有する最短波長域との重なる帯域を指している。)一方で、検出にはInSb等、固体中の電子ガスの電磁波吸収による抵抗変化を測定するホットエレクトロンボロメーターが多用される。   Conventionally, industrial applications such as the terahertz band have not progressed, and a backward wave tube, a molecular laser, or the like has been used as an electromagnetic wave source for a frequency region that can be said to be undeveloped. (The terahertz band referred to here is a band from 0.1 THz to 5 THz, which is the longest wavelength region having light wave straightness and particle property, and at the same time having the shortest wavelength region having radio wave transparency. On the other hand, a hot electron bolometer that measures resistance change due to electromagnetic wave absorption of an electron gas in a solid such as InSb is frequently used for detection.

しかし、これらの電磁波源は周波数が離散的、或いは可変であっても周波数範囲が狭く、得られる電磁波強度も1マイクロワット(μW)以下と弱いいため、テラヘルツ帯の電磁波を1mから10mの範囲で送受信することは難しかった。   However, these electromagnetic wave sources have a narrow frequency range even if the frequency is discrete or variable, and the obtained electromagnetic wave intensity is as weak as 1 microwatt (μW) or less, so terahertz band electromagnetic waves are in the range of 1 m to 10 m. It was difficult to send and receive.

これらの課題を解決するため、パルスレーザー励起の光伝導素子を用いた分光法が1985年頃開発された。   In order to solve these problems, a spectroscopic method using a photoconductive element excited by a pulse laser was developed around 1985.

この光伝導素子を用いた分光法では、光伝導素子をサブピコ秒の超短光パルスで照射すれば光キャリアの生成により瞬間的に導電性となって電流が過渡的に流れることを利用して電磁波放射を行っている。また、光パルスの照射により瞬間的に導電性となることを利用することにより放射電磁波の検出も行われている。   In this spectroscopic method using a photoconductive element, if a photoconductive element is irradiated with an ultrashort optical pulse of subpicosecond, it becomes conductive due to the generation of a photocarrier and the current flows transiently. Conducting electromagnetic radiation. In addition, detection of radiated electromagnetic waves has also been performed by utilizing the fact that it becomes instantaneously conductive when irradiated with light pulses.

光パルスを用いた例では、1THz近傍の高周波電磁波に対する試料の応答を測定するための装置として、TDS(TimeDomain Spectroscopy)と呼ばれる装置(特許文献1を参照)がある。   In an example using an optical pulse, there is an apparatus called TDS (Time Domain Spectroscopy) (see Patent Document 1) as an apparatus for measuring the response of a sample to a high-frequency electromagnetic wave in the vicinity of 1 THz.

図8は従来のTDSの概略構成図である。この図に示すように、TDSでは、モードロックTi:Sappireレーザーなどからなるフェムト秒レーザー22からの超短パルス光23をビームスプリッタ24で分割し、一方の超短パルス光25(超短パルス光を厳密に区別するため、この超短パルス光25を「第1の超短パルス光」という場合がある)を平板状の光伝導素子からなる電磁波放射用アンテナ28に照射する。この電磁波放射用アンテナ28として用いられる平板状の光伝導素子の表面には、図2に示すようにAuGe/Ni/Auからなるコプラナー型の対電極が設けられており、それらの間には電源30から電圧が印加される。第1の超短パルス光25が電磁波放射用アンテナ28の電極間に照射されると、電子正孔対が瞬時に形成されることによって電磁波放射用アンテナ28には瞬間的に電流が流れ、このときパルス電磁波32が放射される。このパルス電磁波32を第1放物面鏡31で平行化して試料34を透過させ、第2放物面鏡36により電磁波検出用の受信アンテナ29の裏面に集める。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional TDS. As shown in this figure, in TDS, an ultrashort pulse light 23 from a femtosecond laser 22 made of a mode-locked Ti: Sappire laser or the like is split by a beam splitter 24, and one ultrashort pulse light 25 (ultrashort pulse light) is split. In order to discriminate between them, the ultrashort pulse light 25 is sometimes referred to as “first ultrashort pulse light”), and is irradiated to the electromagnetic wave radiation antenna 28 formed of a plate-like photoconductive element. As shown in FIG. 2, a coplanar counter electrode made of AuGe / Ni / Au is provided on the surface of the flat plate photoconductive element used as the electromagnetic wave radiation antenna 28, and a power source is provided between them. A voltage is applied from 30. When the first ultrashort pulse light 25 is irradiated between the electrodes of the electromagnetic wave radiation antenna 28, an electron-hole pair is instantaneously formed, whereby a current flows instantaneously in the electromagnetic wave radiation antenna 28. Sometimes a pulse electromagnetic wave 32 is emitted. The pulsed electromagnetic wave 32 is collimated by the first parabolic mirror 31 and transmitted through the sample 34, and collected by the second parabolic mirror 36 on the back surface of the receiving antenna 29 for electromagnetic wave detection.

受信アンテナ29の表面にはビームスプリッタ24で分割されたもう一方の超短パルス光26(超短パルス光を厳密に区別するため、この超短パルス光26を「第2の超短パルス光」という場合がある)が照射され、その瞬間(すなわち、超短パルス光26が照射した瞬間)だけ導電性となる。この時点では受信アンテナ29の電極間に電界が印加されていないので電流は生じない。導電性を示している間に放射アンテナから放射された電磁波が入ってくると、受信アンテナ29の電極間には電磁波が有している電界が印加されたのと同様の状態となる。一方、光学遅延ステージ41・42によって時間遅延を受けた光はその遅延量によって試料34を透過して来た電磁波35との相関量が変化する。この相関量が電磁波が有している電界強度に対応した量の電流となって観測される。つまり、電磁波の電界強度が有しているパルス形状に応じた電流量が得られることになる。これが相互相関法による電磁波パルス検出の原理である。以上によって、試料34を透過して来た電磁波35と、光学遅延ステージ41・42を経由した超短パルス光26との相互相関信号を電流として検出することができ、テラヘルツ帯域のように通常の電子デバイスでは応答しきれないような高速の電磁波であっても検出が可能となる。   On the surface of the receiving antenna 29, another ultrashort pulse light 26 divided by the beam splitter 24 (in order to distinguish the ultrashort pulse light strictly, this ultrashort pulse light 26 is referred to as “second ultrashort pulse light”). ), And becomes conductive only at that moment (that is, the moment when the ultrashort pulse light 26 is irradiated). At this time, since no electric field is applied between the electrodes of the receiving antenna 29, no current is generated. When electromagnetic waves radiated from the radiation antenna enter while exhibiting electrical conductivity, the state is the same as when an electric field possessed by the electromagnetic waves is applied between the electrodes of the reception antenna 29. On the other hand, the amount of correlation between the light delayed by the optical delay stages 41 and 42 and the electromagnetic wave 35 transmitted through the sample 34 varies depending on the amount of delay. This correlation amount is observed as an amount of current corresponding to the electric field strength of the electromagnetic wave. That is, a current amount corresponding to the pulse shape possessed by the electric field strength of the electromagnetic wave is obtained. This is the principle of electromagnetic pulse detection by the cross correlation method. As described above, the cross-correlation signal between the electromagnetic wave 35 transmitted through the sample 34 and the ultrashort pulsed light 26 that has passed through the optical delay stages 41 and 42 can be detected as a current. Even high-speed electromagnetic waves that cannot be fully responded by electronic devices can be detected.

このとき電磁波放射アンテナ28と電磁波検出用アンテナ29には、基板温度を300℃から450℃の低温で結晶成長させたGaAs(低温GaAs、LT−GaAsという場合がある)を用い、フェムト秒レーザー波長としてはGaAsの吸収端(873nm)よりも短波長の800nmを使用している。   At this time, the electromagnetic radiation antenna 28 and the electromagnetic wave detection antenna 29 are made of GaAs (which may be referred to as low temperature GaAs or LT-GaAs) having a substrate temperature of 300 ° C. to 450 ° C., and a femtosecond laser wavelength. For example, 800 nm having a shorter wavelength than the absorption edge (873 nm) of GaAs is used.

なお、図8中、13はレンズ、30は電源、34は試料、37はカレントアンプ、38はロックインアンプ、33はオプティカルチョッパ、40は平面鏡、41はリトロリフレクタ、42は移動式光学遅延ステージ、43はコンピュータを示す。   In FIG. 8, 13 is a lens, 30 is a power supply, 34 is a sample, 37 is a current amplifier, 38 is a lock-in amplifier, 33 is an optical chopper, 40 is a plane mirror, 41 is a retroreflector, and 42 is a movable optical delay stage. , 43 indicates a computer.

このテラヘルツTDS法では、用いられる電磁波が短パルスであるため、コヒーレント性に優れている。このため電磁波の強度と位相から重要な情報が得られ、物性測定用の装置としても応用が可能である。試料34を透過してきた電磁波波形と試料34を挿入しない場合の電磁波波形とを比較することにより、広い周波数にわたる電磁波の透過率・位相遅れを計算することができる。この手法によって得られる実データは図7(a)に示したような横軸に時間軸をとった時間分解スペクトルが得られるが、これをフーリエ変換することによって図7(b)に示したような横軸が周波数成分となる周波数スペクトルを得ることができる。   In this terahertz TDS method, since the electromagnetic wave used is a short pulse, it is excellent in coherency. Therefore, important information can be obtained from the intensity and phase of the electromagnetic wave, and it can be applied as a device for measuring physical properties. By comparing the electromagnetic wave waveform transmitted through the sample 34 with the electromagnetic wave waveform when the sample 34 is not inserted, the transmittance and phase delay of the electromagnetic wave over a wide frequency can be calculated. The actual data obtained by this method can be obtained a time-resolved spectrum with the horizontal axis as shown in FIG. 7A, and this is Fourier transformed as shown in FIG. 7B. A frequency spectrum in which the horizontal axis is the frequency component can be obtained.

ところで、検出用光伝導素子は光パルス照射間に入射してくるパルス電磁場電場によって駆動される電流を検出するが、光パルスの時間幅はパルス電磁波の時間幅よりも数十分の一程度とかなり短い。例えば光パルスは時間幅が0.1ピコ秒程度であり、パルス電磁波の時間幅はアンテナ効率が入るため数ピコ秒程度である。   By the way, the photoconductive element for detection detects the current driven by the pulsed electromagnetic field that is incident during the light pulse irradiation, and the time width of the light pulse is about one tenth of the time width of the pulse electromagnetic wave. Pretty short. For example, the time width of an optical pulse is about 0.1 picoseconds, and the time width of a pulse electromagnetic wave is about several picoseconds due to antenna efficiency.

したがって、光パルスもパルス電磁波も光速で検出用光伝導素子に繰り返し入射するが、各回においてパルス電磁波の最初の部分から最後の部分までが到達する時間に比較して光パルスの照射時間は短い。そのため、光パルスが照射している間の検出用光伝導素子に流れる電流はパルス電磁波の電場のごく短い部分によるものであり、さらに光パルスとパルス電磁波とが検出用光伝導素子に到達するタイミングは時間遅延により固定されている。   Therefore, although both the light pulse and the pulse electromagnetic wave repeatedly enter the detection photoconductive element at the speed of light, the irradiation time of the light pulse is shorter than the time from the first part to the last part of the pulse electromagnetic wave at each time. Therefore, the current flowing through the detection photoconductive element during irradiation with the light pulse is due to a very short portion of the electric field of the pulse electromagnetic wave, and the timing at which the light pulse and the pulse electromagnetic wave reach the detection photoconductive element. Is fixed by time delay.

光パルスの繰り返し周波数が例えば約100MHzの場合、光パルスとパルス電磁波とが毎秒約108回検出用光伝導素子に入射してくるが、パルス電磁波の電場のごく短い部分は毎回パルス電磁波波形のうち時間遅延によって決められた部分であり、全く同じ電流が毎秒約108回流れることになる。実際の電流計はこのような速い電流の変化に追随できないため、毎秒約108回のパルス電流の平均値が測定される。したがって、パルス電磁波波形のうち時間遅延によって決められた部分が電流として測定され、さらに時間遅延をずらしていくことによりパルス電磁波波形の他の部分も測定できる。このようなテラヘルツ電磁波発生・検出装置は、今日ではその出力特性、広帯域特性ともに最も優れたテラヘルツ電磁波発生方法ならびに検出手法の一つとなっている。
特開2001−21503号公報 特開昭62−281477号公報 特開昭62−196876号公報 特開昭63−012120号公報 Physical Review Letters vol.55(1985),pp.2152-2155 InfraredPhysics vol.26(1986),pp.23-27
When the repetition frequency of the light pulse is about 100 MHz, for example, the light pulse and the pulse electromagnetic wave are incident on the detection photoconductive element about 108 times per second. This is a portion determined by the time delay, and the same current flows about 108 times per second. Since an actual ammeter cannot follow such a fast current change, an average value of about 108 pulse currents per second is measured. Therefore, the part determined by the time delay in the pulse electromagnetic wave waveform is measured as a current, and the other part of the pulse electromagnetic wave waveform can be measured by further shifting the time delay. Such a terahertz electromagnetic wave generation / detection device is today one of the most excellent terahertz electromagnetic wave generation methods and detection methods in terms of both output characteristics and broadband characteristics.
JP 2001-21503 A JP-A-62-281477 JP-A-62-196876 JP 63-012120 A Physical Review Letters vol.55 (1985), pp.2152-2155 InfraredPhysics vol.26 (1986), pp.23-27

前述のTDS法は現状ではコヒーレントで広帯域な電磁波を発生させうるもっとも簡便な手法であるが、強度においては最大で10μW程度までの放射しか実現しない。また、その帯域も1.5THz程度までは到達しているものの0.3THz付近を最大値としており、1.5THzでの強度は0.1μW程度にしかなっていない。   The TDS method described above is the simplest method that can generate a coherent and wideband electromagnetic wave at present, but it can only emit up to about 10 μW in intensity. Further, although the band reaches up to about 1.5 THz, the maximum value is around 0.3 THz, and the intensity at 1.5 THz is only about 0.1 μW.

テラヘルツ波を通信応用など、空間の伝送に用いるためにはより強力な電磁波が放射される必要がある。また、測定器として用いる場合にも1〜3THzの領域で電磁波強度が十分でないとS/Nがとれず測定値の信頼性が危うくなる。   In order to use terahertz waves for space transmission such as communication applications, it is necessary to radiate stronger electromagnetic waves. Also, when used as a measuring instrument, if the electromagnetic wave intensity is not sufficient in the region of 1 to 3 THz, the S / N cannot be obtained and the reliability of the measured value is compromised.

そこで、より高出力かつ広帯域なテラヘルツ帯電磁波発生装置が必要となる。   Therefore, a terahertz band electromagnetic wave generator having a higher output and a wider band is required.

一方で、実際により強力な電磁波放射を行おうとしても印加電圧や入射光強度を現状で用いているような15V、15mW以上にして使用するとアンテナ材料の絶縁破壊が生じてアンテナが壊れてしまうため、従来技術を用いたテラヘルツ電磁波の発生方法では事実上この値がほぼ限界であった。   On the other hand, if the applied voltage or incident light intensity is set to 15 V or 15 mW or higher as used in the present situation even if more intense electromagnetic wave radiation is actually performed, the antenna material breaks down and the antenna is broken. In practice, this value is almost the limit in the generation method of the terahertz electromagnetic wave using the prior art.

本発明は上記の課題にかんがみて、高出力であるとともに広帯域な、さらには効率の高いテラヘルツ帯電磁波発生装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a terahertz electromagnetic wave generator having a high output, a broadband, and a high efficiency.

前記目的を達成するためにはまず、素子の降伏電圧を高め、ブレークダウン電圧を向上させる必要がある。そのためにLT−GaAsのもつ1.42eVというエネルギーバンドギャップ値よりも大きい材料で放射アンテナ材料を構成し、使用するパルスレーザー波長をその材料に合わせて800nmよりも短いものを使用する。このことによって印加電圧を15V以上、すなわち電界強度を3×10V/cmより大きくすることができる。 In order to achieve the object, first, it is necessary to increase the breakdown voltage of the device to improve the breakdown voltage. For this purpose, the radiation antenna material is made of a material larger than the energy band gap value of 1.42 eV of LT-GaAs, and a pulse laser wavelength used is shorter than 800 nm in accordance with the material. As a result, the applied voltage can be set to 15 V or more, that is, the electric field strength can be made larger than 3 × 10 4 V / cm.

また、波長を短くする際に非線形光学材料を用いることでパルスレーザー幅に圧縮効果を施し、発生する電磁波の帯域を広げた。   In addition, a nonlinear optical material was used to shorten the wavelength, thereby applying a compression effect to the pulse laser width and expanding the band of generated electromagnetic waves.

さらに、より効率よくテラヘルツ電磁波を発生するためにはキャリア濃度を多くする必要もあり、この目的ためにレーザー光強度を15mW以上にして電磁波放射を行う。   Furthermore, in order to generate a terahertz electromagnetic wave more efficiently, it is necessary to increase the carrier concentration. For this purpose, the electromagnetic wave is emitted with the laser light intensity set to 15 mW or more.

具体的には、超短パルス光を放射する光源と、電磁波放射用アンテナとを備えたテラヘルツ波発生装置であって、
前記電磁波放射用アンテナは、半絶縁性基板と、前記半絶縁性基板上に形成され、1.42eV以上のバンドギャップエネルギーを有している光伝導薄膜と、コプラナー伝送線路とを有し、
前記コプラナー伝送線路は、一対の伝送線路電極本体と、前記各伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極とを有し、
前記一対の伝送線路本体は平行に配置されており、
前記突起電極は互いに向かい合っており、
電極間への印加電界強度は3×10V/cmよりも大きい電界であって、
前期突起電極間に波長800nm未満であり、かつ平均強度が20mWよりも大きい超短パルス光を照射することによって電磁波を発生させる。
Specifically, a terahertz wave generation device including a light source that emits ultrashort pulse light and an electromagnetic wave radiation antenna,
The antenna for electromagnetic wave radiation has a semi-insulating substrate, a photoconductive thin film formed on the semi-insulating substrate and having a band gap energy of 1.42 eV or more, and a coplanar transmission line,
The coplanar transmission line has a pair of transmission line electrode bodies, and protruding electrodes respectively protruding from the transmission line electrode bodies,
The pair of transmission line main bodies are arranged in parallel,
The protruding electrodes face each other,
The applied electric field strength between the electrodes is an electric field larger than 3 × 10 4 V / cm,
Electromagnetic waves are generated by irradiating ultrashort pulse light having a wavelength of less than 800 nm and an average intensity of more than 20 mW between the protruding electrodes.

第2の本発明はこのようなテラヘルツ電磁発生装置の超短パルス光のパルス時間幅は100フェムト秒以下であり、前記パルス電磁波のパルス時間幅は5ピコ秒以下である。   According to the second aspect of the present invention, the pulse time width of the ultrashort pulse light of such a terahertz electromagnetic generator is 100 femtoseconds or less, and the pulse time width of the pulse electromagnetic wave is 5 picoseconds or less.

第3の本発明はこのようなテラヘルツ電磁波発生装置の超短パルス光は波長800nm、パルス幅100フェムト秒以下の性能を有するフェムト秒レーザーを主光源とし、
主光源より発せられるパルス光を、波長を半分以下とすると同時にパルス幅を圧縮することのできる素子を透過させたパルス光であって、
当該パルス光を電磁波放射用アンテナに照射することによって電磁波を発生させる。
In the third aspect of the present invention, the ultrashort pulse light of such a terahertz electromagnetic wave generator has a femtosecond laser having a wavelength of 800 nm and a pulse width of 100 femtoseconds or less as a main light source,
Pulse light emitted from the main light source is transmitted through an element that can compress the pulse width at the same time as the wavelength is less than half,
An electromagnetic wave is generated by irradiating the electromagnetic wave radiation antenna with the pulsed light.

これによって従来よりも大きな電磁波発生が可能となり、それを実現するのには次の方策が必要となる。   This makes it possible to generate a larger electromagnetic wave than before, and the following measures are required to realize it.

すなわち、第4の本発明はこのようなテラヘルツ電磁波発生装置の電磁波放射用アンテナ材料はAl基板、SiC基板、GaN基板、ZnO基板のいずれかの上に成長したInGa1−xN(0.05<x<0.4)膜、BAs基板上に成長したInAl1−xN(0.5<x<0.8)膜、GaAs基板上のAlGa1−xAs膜(0<x<0.8)、GaP基板上のAlGa1−xP(0<x<0.8)膜、Si基板かGaP基板上のZnSe1−x(0<x<0.3)膜、石英基板上のCuGaSe膜のうちのいずれかである。 That is, according to the fourth aspect of the present invention, the antenna material for electromagnetic wave radiation of such a terahertz electromagnetic wave generator is In x Ga 1-x grown on any one of an Al 2 O 3 substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, and a ZnO substrate. N (0.05 <x <0.4) film, In x Al 1-x N (0.5 <x <0.8) film grown on BAs substrate, Al x Ga 1-x on GaAs substrate As film (0 <x <0.8), Al x Ga 1-x P (0 <x <0.8) film on GaP substrate, ZnSe x S 1-x (0 < x <0.3) film or a CuGaSe 2 film on a quartz substrate.

これによって、課題解決のための手段が示される。また、このテラヘルツ電磁波発生装置を利用することで試料の誘電率測定を1.5THzを超えた帯域で精度良く測定することが可能となる。   This provides a means for solving the problem. Further, by using this terahertz electromagnetic wave generator, it is possible to accurately measure the dielectric constant of a sample in a band exceeding 1.5 THz.

すなわち、第5の本発明はテラヘルツ電磁波発生装置を含むテラヘルツ電磁波発生・検出装置を用いた、
試料の誘電率の測定方法であって、
超短パルス光を放射する光源と、ビームスプリッタと、電磁波放射用アンテナと、電磁波検出用アンテナと、光学遅延系を備え、
前記光源から放射した超短パルス光は前記ビームスプリッタにより、第1の超短パルス光と第2の超短パルス光とに分割され、
前記第1の超短パルス光が、波長を半分以下とすると同時にパルス幅を圧縮することのできる素子を透過されたのち、平板状の光伝導素子からなる電磁波放射用アンテナに照射されることにより、前記電磁波放射用アンテナからパルス電磁波が放射され、
前記電磁波放射用アンテナから放射されたパルス電磁波は電磁波検出用アンテナの裏面に到達し、
前記第2の超短パルス光は、前記光学遅延系を介して電磁波検出用アンテナの表面に到達し、
前記電磁波放射用アンテナは、半絶縁性基板と、前記半絶縁性基板上に形成され、1.42eV以上のバンドギャップエネルギーを有している光伝導薄膜と、コプラナー伝送線路とを有し、
前記コプラナー伝送線路は、一対の伝送線路電極本体と、前記各伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極とを有し、
前記一対の伝送線路本体は平行に配置されており、
前記突起電極は互いに向かい合っており、
前記測定方法は、
前記試料を前記電磁波放射用アンテナと前記電磁波検出用アンテナとの間にセットする試料セット工程、および
前記試料に向けて前記電磁波放射用アンテナからパルス電磁波を放射させることにより、前記試料を透過したパルス電磁波を前記電磁波検出用アンテナの表面に到達させ、前記電磁波検出用アンテナの表面に到達した前記パルス電磁波と前記電磁波検出用アンテナの裏面に到達した第2の超短パルス光との相互相関信号を電流として検出するパルス電磁波放射工程、
を包含する。
That is, the fifth aspect of the present invention uses a terahertz electromagnetic wave generating / detecting device including a terahertz electromagnetic wave generating device.
A method for measuring a dielectric constant of a sample, comprising:
A light source that emits ultrashort pulse light, a beam splitter, an antenna for electromagnetic wave emission, an antenna for electromagnetic wave detection, and an optical delay system,
The ultrashort pulse light emitted from the light source is divided into a first ultrashort pulse light and a second ultrashort pulse light by the beam splitter,
The first ultrashort pulse light is transmitted through an element capable of compressing the pulse width at the same time as the wavelength is less than half, and then irradiated to an electromagnetic wave radiation antenna composed of a flat photoconductive element. , A pulse electromagnetic wave is radiated from the electromagnetic wave radiation antenna,
The pulse electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiation antenna reaches the back surface of the electromagnetic wave detection antenna,
The second ultrashort pulse light reaches the surface of the electromagnetic wave detection antenna through the optical delay system,
The electromagnetic wave radiation antenna includes a semi-insulating substrate, a photoconductive thin film formed on the semi-insulating substrate, having a band gap energy of 1.42 eV or more, and a coplanar transmission line.
The coplanar transmission line has a pair of transmission line electrode bodies, and protruding electrodes respectively protruding from the transmission line electrode bodies,
The pair of transmission line main bodies are arranged in parallel,
The protruding electrodes face each other,
The measurement method is:
A sample setting step of setting the sample between the antenna for electromagnetic wave radiation and the antenna for electromagnetic wave detection, and a pulse transmitted through the sample by radiating a pulse electromagnetic wave from the antenna for electromagnetic wave radiation toward the sample An electromagnetic wave is made to reach the surface of the electromagnetic wave detection antenna, and a cross-correlation signal between the pulse electromagnetic wave that has reached the surface of the electromagnetic wave detection antenna and the second ultrashort pulse light that has reached the back surface of the electromagnetic wave detection antenna is obtained. Pulse electromagnetic wave emission process to detect as current,
Is included.

第6の本発明はこのようなテラヘルツ電磁波発生装置を含むテラヘルツ電磁波発生・検出装置を用いた誘電率測定方法において、電磁波検出用アンテナの材料は基板温度を300℃から450℃の低温で結晶成長させたGaAsを用い、アンテナ形状をダイポール型とし、放射用アンテナの電極形状はボウタイ型とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a dielectric constant measurement method using a terahertz electromagnetic wave generating / detecting device including such a terahertz electromagnetic wave generating device, wherein the material for the electromagnetic wave detecting antenna is crystal grown at a substrate temperature of 300 ° C. to 450 ° C. The GaAs is used, the antenna shape is a dipole type, and the electrode shape of the radiation antenna is a bow tie type.

本発明のテラヘルツ帯電磁波放射用アンテナによれば、最大ピーク強度が10μW以上となるテラヘルツ帯電磁波が発生でき、1.5THzを超える領域においてであっても1μW以上の出力が得られる。このような電磁波放射用アンテナを用いることにより、高出力であるとともに高効率なテラヘルツ帯電磁波発生装置が提供され、5THzの帯域まで感度よく電磁波強度を検知でき、物質の誘電率を観測できる測定器としての利用が可能となる。   According to the terahertz band electromagnetic wave radiation antenna of the present invention, a terahertz band electromagnetic wave having a maximum peak intensity of 10 μW or more can be generated, and an output of 1 μW or more can be obtained even in a region exceeding 1.5 THz. By using such an electromagnetic wave radiation antenna, a high-power and high-efficiency terahertz-band electromagnetic wave generator is provided, which can detect the electromagnetic wave intensity with sensitivity up to the 5 THz band and can observe the dielectric constant of the substance. Can be used.

(実施の形態1)
本発明における課題は発生させるテラヘルツ電磁波の強度増大であり、この課題を克服するために図1に示したような形態で電磁波放射を行う。すなわち、パルス幅100fs以下、波長800nm、繰り返し周波数84MHzのフェムト秒レーザー22と波長変換用のSHG素子39との組み合わせによって超短パルス光源11が構成され、800nm未満の超短パルス光12が超短パルス光源11より発せられる。この800nm未満の超短パルス光12はレンズ13によって集光され、バンドギャップエネルギーが1.42eVよりも大きい材料で構成されている放射アンテナ28に照射することでテラヘルツ電磁波32が高強度で得られる。この放射アンテナ28には電圧源30によって電圧印加がされている。
(Embodiment 1)
The problem in the present invention is to increase the intensity of the generated terahertz electromagnetic wave. In order to overcome this problem, the electromagnetic wave is radiated in the form shown in FIG. That is, the ultrashort pulse light source 11 is configured by the combination of the femtosecond laser 22 having a pulse width of 100 fs or less, a wavelength of 800 nm, and a repetition frequency of 84 MHz and the SHG element 39 for wavelength conversion. It is emitted from the pulse light source 11. The ultrashort pulse light 12 of less than 800 nm is collected by the lens 13 and irradiated to a radiation antenna 28 made of a material having a band gap energy larger than 1.42 eV, whereby a terahertz electromagnetic wave 32 is obtained with high intensity. . A voltage is applied to the radiation antenna 28 by a voltage source 30.

次に図1において示された各部位について説明する。   Next, each part shown in FIG. 1 will be described.

図2に本発明で用いた電磁波放射用アンテナ10の外観図を示す。この光伝導素子は、図1において参照符号10により示される電磁波放射用アンテナとして本発明のテラヘルツ電磁波発生装置に組み込まれる。   FIG. 2 shows an external view of the electromagnetic wave radiation antenna 10 used in the present invention. This photoconductive element is incorporated in the terahertz electromagnetic wave generator of the present invention as an electromagnetic wave radiation antenna indicated by reference numeral 10 in FIG.

この光伝導素子は平板状であって、半絶縁性SiC基板上にCVD法によって6H−SiC膜を1〜5μmの膜厚でエピタキシャル成長して光伝導薄膜を形成し、その後、AuGe/Ni/Au電極からなるコプラナー伝送線路を設けた構成となっている。このコプラナー伝送線路は、一対の伝送線路電極本体と、各伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極とを有している。一対の伝送線路電極本体は平行になるように配置され、一対の伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極は、互いに向かい合うように形成されている。これら2つの向かい合う突起電極が、微小ダイポールアンテナを形成している。   This photoconductive element is flat, and a 6H-SiC film is epitaxially grown on a semi-insulating SiC substrate by a CVD method to a thickness of 1 to 5 μm to form a photoconductive thin film. Thereafter, AuGe / Ni / Au A coplanar transmission line made of electrodes is provided. The coplanar transmission line includes a pair of transmission line electrode bodies and protruding electrodes that protrude from the transmission line electrode bodies. The pair of transmission line electrode bodies are arranged so as to be parallel, and the protruding electrodes respectively protruding from the pair of transmission line electrode bodies are formed to face each other. These two opposing protruding electrodes form a minute dipole antenna.

図3(a)には微小ダイポールアンテナの寸法を示してある。コプラナー伝送路の間隔を20μm、突起電極の間隔を5μmとしておく。   FIG. 3 (a) shows the dimensions of the minute dipole antenna. The interval between the coplanar transmission lines is set to 20 μm, and the interval between the protruding electrodes is set to 5 μm.

図2ではダイポール型の電極構成で放射アンテナ構造を示しているがこのほかに図3(b)に示すようなボウタイ型の電極構成もまたよく用いられる。この図3(b)に示したボウタイ型においては、突起電極の形状が異なる。図3(a)のダイポール型では突起電極は長方形であり、図3(b)のボウタイ型では突起電極は台形である。ボウタイ型の場合、コプラナー伝送路の間隔を2mm、突起電極の間隔を5μm、台形の上底部長さを5μmとしておく。   In FIG. 2, the radiating antenna structure is shown with a dipole electrode configuration, but a bow tie electrode configuration as shown in FIG. 3B is also often used. In the bow tie type shown in FIG. 3B, the shape of the protruding electrode is different. In the dipole type of FIG. 3A, the protruding electrode is rectangular, and in the bow tie type of FIG. 3B, the protruding electrode is trapezoidal. In the case of the bow tie type, the distance between the coplanar transmission lines is 2 mm, the distance between the protruding electrodes is 5 μm, and the upper base length of the trapezoid is 5 μm.

いずれの電極構成においても向かい合う2つの突起電極の最小間隔は5μmであり、レンズ13(図1参照)を介してアンテナに入射される超短光パルス12は、向かい合う2つの突起電極の間隔が最小となっている部分(以下、この部分を「電流通過領域」という)に向けて照射される。   In any electrode configuration, the minimum distance between the two protruding electrodes facing each other is 5 μm, and the ultrashort light pulse 12 incident on the antenna via the lens 13 (see FIG. 1) has the minimum distance between the two protruding electrodes facing each other. The light is irradiated toward the portion (hereinafter, this portion is referred to as “current passing region”).

このとき電磁波放射アンテナ28には、SiC基板101上にMOCVD法で結晶成長させた6H−SiC103膜を用い、フェムト秒レーザー22より発せられる波長800nmの超短パルス光23はSHG素子であるLiB(LBO)結晶39を通過させて生じる2次高調波に変換された波長400nmの超短パルス光12の成分を用いて電磁波放射アンテナ28に照射する。 At this time, as the electromagnetic radiation antenna 28, a 6H-SiC103 film crystal-grown on the SiC substrate 101 by the MOCVD method is used, and the ultrashort pulsed light 23 having a wavelength of 800 nm emitted from the femtosecond laser 22 is LiB 3 which is an SHG element. The electromagnetic radiation antenna 28 is irradiated with the component of the ultrashort pulsed light 12 having a wavelength of 400 nm converted into the second harmonic generated by passing through the O 5 (LBO) crystal 39.

6H−SiCのバンドギャップエネルギーは3.0eV、波長400nmの超短パルス光12はエネルギーに換算すると3.1eVである。この条件ならばアンテナの材料が光を吸収しうるものなので、従来技術の説明にて前述したように、2次高調波に変換された超短パルス光12が電磁波放射用アンテナ28の電極間に照射されると、電子正孔対が瞬時に形成されることによって瞬間的に電流が流れ、パルス電磁波32が放射される。   The band gap energy of 6H—SiC is 3.0 eV, and the ultrashort pulse light 12 with a wavelength of 400 nm is 3.1 eV when converted to energy. Under this condition, the antenna material can absorb light, and as described above in the description of the prior art, the ultrashort pulse light 12 converted into the second harmonic is interposed between the electrodes of the electromagnetic wave radiation antenna 28. When irradiated, an electron-hole pair is formed instantaneously, whereby an electric current flows instantaneously and a pulse electromagnetic wave 32 is emitted.

以上の構成において高強度のテラヘルツ波が発生することを説明するためにはまず電磁波の放射原理についての知見が必要である。これまでに得られた実験結果やシミュレーション結果をふまえ、電磁波の放射原理について説明する。   In order to explain that a high-intensity terahertz wave is generated in the above configuration, first, knowledge about the radiation principle of electromagnetic waves is necessary. Based on the experimental results and simulation results obtained so far, the radiation principle of electromagnetic waves will be described.

前述の光伝導体スイッチを用いた電磁波放射において、得られる電磁波の強度は次の式で表される。   In the electromagnetic wave radiation using the above-mentioned photoconductor switch, the intensity of the obtained electromagnetic wave is expressed by the following equation.

Figure 2006145372
Figure 2006145372

このときIは電磁波強度、Pは光伝導体内で生じる電子と正孔による双極子モーメント、iは光電流である。つまり、光電流の時間変化に比例した強度の電磁波が得られることになる。これを素電荷量e、キャリア濃度n、移動度μ、印加電界Eを用いてさらに詳しく表記すると、右辺のようになる。   At this time, I is an electromagnetic wave intensity, P is a dipole moment due to electrons and holes generated in the photoconductor, and i is a photocurrent. That is, an electromagnetic wave having an intensity proportional to the time change of the photocurrent is obtained. When this is expressed in more detail using the elementary charge amount e, the carrier concentration n, the mobility μ, and the applied electric field E, it becomes like the right side.

この式の右辺からわかるように、Iはキャリア濃度の時間変化量と(キャリアの速度)=(移動度μ)×(電界E)の時間変化量とに大きく依存する。印加している電界、すなわちアンテナの電極ギャップ間への印加電界は一定であるのでキャリア速度の時間変化量はキャリアの持つ移動度の変化量に依存している。なお、図4に示したように、半導体材料中の移動度μは印加電界に依存している。材料によってその依存性は大きく異なってくるが、その変化量もまた印加電界によって大きく異なる。   As can be seen from the right side of this equation, I largely depends on the amount of time change in carrier concentration and the amount of time change in (carrier velocity) = (mobility μ) × (electric field E). Since the applied electric field, that is, the applied electric field between the electrode gaps of the antenna is constant, the amount of change in carrier velocity with time depends on the amount of change in mobility of the carrier. As shown in FIG. 4, the mobility μ in the semiconductor material depends on the applied electric field. The dependency varies greatly depending on the material, but the amount of change also varies greatly depending on the applied electric field.

ここで重要なのは電磁波強度を決定している要素はキャリア濃度の変化量であることとキャリアが有している移動度の絶対値そのものが効くのではなく、その変化量が強度を支配するということである。このことは、低い電界で高速な(つまり移動度が大きい)材料でなくともアンテナ材料として用いることができることを示している。   What is important here is that the factor that determines the electromagnetic wave intensity is the amount of change in the carrier concentration, and that the absolute value of the mobility of the carrier itself does not work, but the amount of change governs the intensity. It is. This indicates that the antenna material can be used even if it is not a high-speed (ie, high mobility) material with a low electric field.

図5(a)にはアンテナの応答速度に対する電流の減衰特性を示した。電極ギャップ間に電界が印加されている状態のアンテナに75fsのパルス幅を持つ光が入射した場合のアンテナに発生する電流の時間変化をアンテナの応答速度(時定数)τをパラメーターとして示したものである。キャリアの発生には時間のずれはほとんど生じないためτの大小にかかわらずパルスレーザー光のパルス幅と同じ立ち上がりを示す(時間軸で言うところの負側)。一方で発生したキャリアには材料に応じた時定数が存在するためパルスレーザーの照射が終了していても瞬時に消滅はせず、ある一定の時定数τで電子正孔対が再結合を起こして消滅していく。この過程がキャリアの寿命と呼ばれるものを定義しており、材料に大きく依存する特性である。この結果においてはτの値に伴って電流の減衰していく時間が伸びていく様子がわかる。   FIG. 5A shows the current attenuation characteristics with respect to the response speed of the antenna. The time change of the current generated when light having a pulse width of 75 fs is incident on the antenna with an electric field applied between the electrode gaps, using the response speed (time constant) τ of the antenna as a parameter. It is. Since almost no time lag occurs in the generation of carriers, the rising edge is the same as the pulse width of the pulse laser beam regardless of the magnitude of τ (negative side in terms of time axis). On the other hand, the generated carriers have a time constant depending on the material, so even if the pulse laser irradiation is completed, they do not disappear instantaneously, and electron-hole pairs recombine at a certain time constant τ. And disappear. This process defines what is called the carrier lifetime, which is a property that depends greatly on the material. In this result, it can be seen that the current decay time increases with the value of τ.

図5(b)には電流の減衰特性から得られる放射電磁波強度を示した。これは図5(a)において示した電流の減衰特性を(数式1)を用いて表現することで得られる結果である。ここで得られた結果から、アンテナ材料の持つ時定数τと電磁波強度Iとは互いに独立であって、どの時定数の場合でも光電流の発生量が等しければ得られる電磁波強度は同じであることがわかった。   FIG. 5B shows the radiated electromagnetic wave intensity obtained from the current attenuation characteristic. This is a result obtained by expressing the current attenuation characteristic shown in FIG. From the results obtained here, the time constant τ and the electromagnetic wave intensity I of the antenna material are independent of each other, and the electromagnetic wave intensity obtained is the same if the amount of photocurrent generated is the same for any time constant. I understood.

従来技術の説明で前述したように、テラヘルツ波はその測定方法として、時間領域スペクトルとしてデータを得た後、フーリエ変換を行って周波数領域スペクトルに変換している。フーリエ変換の特徴として時間領域スペクトルの先幅が細ければ細いほど周波数領域としては帯域が広くなる。このことからテラヘルツ電磁波強度Iは電流の変化量で決定され、テラヘルツ電磁波の有する帯域はその変化の幅によって決定されることになる。図5(b)の示すことは時定数τと電磁波強度Iとが互いに独立であると同時に帯域に対しては何ら影響を与えないことを示している。逆に、電磁波強度が大きくなることで線幅が狭くなるのであれば同時に帯域を広くすることもできることを示唆している。   As described above in the description of the prior art, the terahertz wave is measured by obtaining data as a time domain spectrum and then performing Fourier transform to convert it into a frequency domain spectrum. As a feature of the Fourier transform, the narrower the width of the time domain spectrum, the wider the frequency domain. Therefore, the terahertz electromagnetic wave intensity I is determined by the amount of change in current, and the band of the terahertz electromagnetic wave is determined by the width of the change. FIG. 5B shows that the time constant τ and the electromagnetic wave intensity I are independent of each other and do not affect the band at all. Conversely, if the line width is narrowed by increasing the electromagnetic wave intensity, it is suggested that the band can be widened at the same time.

以上の事柄をふまえ、テラヘルツ電磁波の強度を増し、帯域を広げるために必要なことは以下の4点である。
1)キャリア濃度の時間変化量を大きくすること。
2)電極間に印加している電界強度を大きくすること。
3)移動度の時間変化量を大きくすること。
4)入射光パルスレーザーのパルス幅を圧縮すること。
Based on the above matters, the following four points are necessary for increasing the intensity of the terahertz electromagnetic wave and expanding the band.
1) Increasing the amount of change in carrier concentration over time.
2) To increase the electric field strength applied between the electrodes.
3) Increase the amount of time change in mobility.
4) Compress the pulse width of the incident light pulse laser.

再び図1に戻って前述の4つの条件を吟味する。   Returning to FIG. 1 again, the above four conditions are examined.

キャリア濃度の時間変化量を大きくするには照射するレーザー光パルスのピーク強度を大きくすればよく、そのためには放射アンテナ28に使用している材料をLT−GaAsのバンドギャップエネルギーである1.42eVより大きいバンドギャップエネルギーを有する材料(たとえば6H−SiC。バンドギャップエネルギーは3.0eV。)を使用する。バンドギャップエネルギーを大きくすることによって降伏電圧が向上し、印加電界に対する強度も増すので電極間に印加している電界強度も高めることができる。電極間に印加している電界強度が高められるとLT−GaAsのバンドギャップエネルギーである1.42eVより大きいバンドギャップエネルギーを有する材料を使用した場合、飽和電子速度の絶対値を高めることができ、これによってパルスレーザーの照射に伴った移動度の時間変化量が増大する。   In order to increase the time variation of the carrier concentration, the peak intensity of the irradiated laser light pulse may be increased. For this purpose, the material used for the radiation antenna 28 is changed to 1.42 eV which is the band gap energy of LT-GaAs. A material having a larger band gap energy (for example, 6H—SiC. The band gap energy is 3.0 eV) is used. By increasing the band gap energy, the breakdown voltage is improved and the strength against the applied electric field is increased, so that the strength of the electric field applied between the electrodes can be increased. When the electric field strength applied between the electrodes is increased, the absolute value of the saturation electron velocity can be increased when a material having a band gap energy larger than 1.42 eV which is the band gap energy of LT-GaAs is used. As a result, the amount of time change in mobility associated with pulse laser irradiation increases.

ここで1.42eVより大きいバンドギャップエネルギーを有する材料を使用するためにパルスレーザー光の波長をSHG素子39で短波長化することになるが、非線形光学効果では入力光パワーの2乗に出力光パワーが比例するので、その際にパルス幅には圧縮がかかり、パルス幅は通常使用時に比べて細くなる。   Here, in order to use a material having a band gap energy larger than 1.42 eV, the wavelength of the pulse laser beam is shortened by the SHG element 39. However, in the nonlinear optical effect, the output light is increased to the square of the input optical power. Since the power is proportional, the pulse width is compressed at that time, and the pulse width becomes narrower than that during normal use.

まとめると、1.42eVより大きなバンドギャップエネルギーを有するアンテナ材料をそれ以上のエネルギーを有する超短パルス光で照射、かつ波長変換にLBOのような二次高調波発生素子を用いているためパルスを圧縮する効果も得られ、前述の4つの条件はすべて同時に達成することができ、テラヘルツ電磁波の強度を増し、帯域を広げることが可能になる。   In summary, an antenna material having a band gap energy greater than 1.42 eV is irradiated with ultrashort pulse light having a higher energy, and a second harmonic generation element such as LBO is used for wavelength conversion. The effect of compressing is also obtained, and all of the above four conditions can be achieved simultaneously, increasing the intensity of the terahertz electromagnetic wave and expanding the band.

以上より、本発明によって最大ピーク強度が10μW以上となるようなテラヘルツ帯電磁波が発生でき、1.5THzを超える領域でも1μW以上の出力が得られるようなテラヘルツ電磁波発生装置が実現される。   From the above, a terahertz electromagnetic wave generator capable of generating a terahertz band electromagnetic wave having a maximum peak intensity of 10 μW or more according to the present invention and obtaining an output of 1 μW or more even in a region exceeding 1.5 THz is realized.

なお、アンテナに使用する材料は1.42eVより大きなバンドギャップを持つ半導体であれば上記のような効果を有しうるので、Al基板、6H−SiC基板、4H−SiC基板、GaN基板、ZnO基板のいずれかの上に成長したInGa1−xN(0.05<x<0.4)膜もしくは4H−SiC膜、BAs基板上に成長したInAl1−xN(0.5<x<0.8)膜、GaAs基板上のAlGa1−xAs膜(0<x<0.8)、GaP基板上のAlGa1−xP(0<x<0.8)膜、Si基板かGaP基板上のZnSe1−x(0<x<0.3)膜、石英基板上のCuGaSe膜などが挙げられる。 Note that the material used for the antenna can have the above effects as long as it is a semiconductor having a band gap larger than 1.42 eV. Therefore, an Al 2 O 3 substrate, a 6H—SiC substrate, a 4H—SiC substrate, and a GaN substrate. In x Ga 1-x N (0.05 <x <0.4) film or 4H—SiC film grown on any of the ZnO substrates, In x Al 1-x N grown on the BAs substrate ( 0.5 <x <0.8) film, Al x Ga 1-x As film on GaAs substrate (0 <x <0.8), Al x Ga 1-x P on GaP substrate (0 <x < 0.8) film, ZnSe x S 1-x (0 <x <0.3) film on Si substrate or GaP substrate, CuGaSe 2 film on quartz substrate, and the like.

また、2次高調波に変換された超短パルス光12については必ずしも2次高調波による短波長化を行う必要はなく、パルスレーザーが有している波長変換機能によって短波長化されたパルス光を利用することも可能である。チタンサファイヤレーザーを使用した場合、700nm迄の波長変換が可能である。   The ultrashort pulse light 12 converted to the second harmonic does not necessarily need to be shortened by the second harmonic, and the pulse light shortened by the wavelength conversion function of the pulse laser. It is also possible to use. When a titanium sapphire laser is used, wavelength conversion up to 700 nm is possible.

また同時に、パルスレーザー波長は波長変換機能によって800nm未満にして使用できるわけであるから、それに応じてSHG結晶の位相整合角には最適なものを選べば良く、必ずしもフェムト秒レーザー22の波長を800nm、SHG素子39の位相整合角を400nm対応という組み合わせで使用することはない。   At the same time, since the pulse laser wavelength can be used with a wavelength conversion function of less than 800 nm, the optimum phase matching angle of the SHG crystal may be selected accordingly, and the wavelength of the femtosecond laser 22 is not limited to 800 nm. The phase matching angle of the SHG element 39 is not used in a combination that corresponds to 400 nm.

つまり、二次高調波に変換された超短パルス光12の波長としては400nm未満350nmまでを使用することができる。   That is, the wavelength of the ultrashort pulse light 12 converted into the second harmonic can be less than 400 nm and up to 350 nm.

本発明は前述の4つの効果を同時に実現しうるものであるため、単純にはどの程度まで放射電磁波強度が増大するかを見積もることはできないが、少なくとも素子のブレークダウン電圧がバンドギャップエネルギーの1.5乗に比例、また、することから3.0eVを有する材料でアンテナを構成した場合、約3倍の印加電圧が可能となる。実際にはこのほかにパルス光強度の増加が可能であり、パルス幅も圧縮によって短くなっているため発生するキャリア濃度の時間変化とキャリアの速度変化も同時に大きくできうる。   Since the present invention can realize the above four effects at the same time, it cannot be simply estimated to what extent the radiated electromagnetic wave intensity is increased, but at least the breakdown voltage of the element is 1 of the band gap energy. When the antenna is made of a material proportional to .5 power and 3.0 eV, approximately three times as much applied voltage is possible. Actually, in addition to this, the pulse light intensity can be increased, and the pulse width is shortened by compression, so that the time change of the generated carrier concentration and the change of the carrier speed can be increased simultaneously.

さらに、基板に用いている材料が有している比誘電率はGaAs基板で13程度であるのに対してSiC基板の場合で9程度まで低くできるので素子表面で発生して放射される電磁波が基板部を通過するときの損失が低減できる。SiC以外の材料を用いることを考えて、アンテナ材料の組み合わせを適切に選択すれば、より放射効率は向上する。   Furthermore, the relative dielectric constant of the material used for the substrate is about 13 for a GaAs substrate, but can be as low as about 9 for a SiC substrate. Loss when passing through the substrate can be reduced. Considering the use of a material other than SiC, the radiation efficiency can be further improved by appropriately selecting a combination of antenna materials.

(実施例)
実施の形態に従って、実際に1.42eV以上のバンドギャップエネルギーを有する材料で構成される光伝導素子を用いた場合の実験結果を示す。光伝導素子材料にはSiCを用いた。このSiC光伝導素子は、半絶縁性SiC基板上に熱CVD法によって450℃から650℃程度の基板温度にてSiC膜を3μmの膜厚でエピタキシャル成長して光伝導薄膜を形成し、次いでその表面にAuGe/Ni/Au電極からなるコプラナー伝送線路を設けた構成となっている。なお、この電極構造としては、図3(b)に示すボウタイ型を採用した。
(Example)
Experimental results in the case of using a photoconductive element actually made of a material having a band gap energy of 1.42 eV or more according to the embodiment will be shown. SiC was used as the photoconductive element material. This SiC photoconductive element is formed by epitaxially growing a SiC film to a thickness of 3 μm on a semi-insulating SiC substrate at a substrate temperature of about 450 ° C. to 650 ° C. by a thermal CVD method, and then forming the surface of the surface. In this configuration, a coplanar transmission line made of AuGe / Ni / Au electrodes is provided. As this electrode structure, a bow tie type shown in FIG.

得られる電磁波は1.5THz以上の超広帯域波を含んでおり、検知時の帯域を広くとることを考慮しないのであればホーンアンテナなどの帯域遮断型アンテナで導波管へ導き、フォトニックミキサーおよびハーモニックシンセサイザーによるダウンコンバート式の検出や2THz程度までであればカロリーメーターを利用したパワーメーターでの検知も考えられるが、本実験では感度、分解能、広帯域性を加味して前述のテラヘルツTDS法を採用した。その光学系は図6に示してある。   The obtained electromagnetic wave includes an ultra-wideband wave of 1.5 THz or more, and if it is not considered to take a wide band at the time of detection, it is guided to a waveguide by a band cut-off antenna such as a horn antenna, a photonic mixer, Detection of down-conversion with a harmonic synthesizer and detection with a power meter using a calorimeter is possible up to about 2 THz, but in this experiment, the above-mentioned terahertz TDS method is adopted in consideration of sensitivity, resolution, and broadband characteristics. did. The optical system is shown in FIG.

テラヘルツTDS法は前述したように、超短パルスレーザーを用いたテラヘルツ波の発生と検知を同時に扱うことができ、特に検知においては簡便かつ高感度な検出方法である。本実験で用いた構成は図6に示してある。   As described above, the terahertz TDS method can simultaneously handle generation and detection of terahertz waves using an ultrashort pulse laser, and is a simple and highly sensitive detection method particularly in detection. The configuration used in this experiment is shown in FIG.

この図に示すように、TDSではフェムト秒レーザー22からの超短パルス光23をビームスプリッタ24で分割し、第1の超短パルス光25をBLO結晶からなるSHG素子39で波長変換し、平板状の光伝導素子からなる電磁波放射用アンテナ28に照射する。この電磁波放射用アンテナ28として用いられる平板状の光伝導素子の表面には、図2に示すようにAuGe/Ni/Auからなるコプラナー型の対電極が設けられており、それらの間には電源30から電圧が印加される。波長変換が施された超短パルス光12が電磁波放射用アンテナ28の電極間に照射されると、電子正孔対が瞬時に形成されることによって電磁波放射用アンテナ28には瞬間的に電流が流れ、このとき(数式1)記載の式に応じたパルス電磁波32が放射される。このパルス電磁波32を第1放物面鏡31で平行化し、第2放物面鏡36により電磁波検出用アンテナ29の裏面に集める。   As shown in this figure, in TDS, an ultrashort pulse light 23 from a femtosecond laser 22 is divided by a beam splitter 24, and the wavelength of the first ultrashort pulse light 25 is converted by an SHG element 39 made of a BLO crystal. The electromagnetic wave radiation antenna 28 composed of a photoconductive element is irradiated. As shown in FIG. 2, a coplanar counter electrode made of AuGe / Ni / Au is provided on the surface of the flat plate photoconductive element used as the electromagnetic wave radiation antenna 28, and a power source is provided between them. A voltage is applied from 30. When the ultrashort pulse light 12 that has been subjected to wavelength conversion is irradiated between the electrodes of the electromagnetic wave radiation antenna 28, an electron-hole pair is instantaneously formed, so that an electric current is instantaneously applied to the electromagnetic wave radiation antenna 28. At this time, a pulse electromagnetic wave 32 corresponding to the equation described in (Equation 1) is emitted. The pulse electromagnetic wave 32 is collimated by the first parabolic mirror 31 and collected on the back surface of the electromagnetic wave detection antenna 29 by the second parabolic mirror 36.

電磁波検出用アンテナ29の表面にはビームスプリッタ24で分割された第2の超短パルス光が照射され、その瞬間(すなわち、超短パルス光26が照射した瞬間)だけ導電性となる。この時点では受信アンテナ29の電極間に電界が印加されていないので電流は生じない。導電性を示している間に放射アンテナから放射された電磁波が入ってくると、受信アンテナ29の電極間には電磁波が有している電界が印加されたのと同様の状態となる。一方、光学遅延ステージ41・42によって時間遅延を受けた光はその遅延量によって第2放物面鏡36により集められた電磁波32との相関量が変化する。この相関量が電磁波が有している電界強度に対応した量の電流となって観測される。   The surface of the electromagnetic wave detection antenna 29 is irradiated with the second ultrashort pulse light divided by the beam splitter 24 and becomes conductive only at that moment (that is, the moment when the ultrashort pulse light 26 is irradiated). At this time, since no electric field is applied between the electrodes of the receiving antenna 29, no current is generated. When electromagnetic waves radiated from the radiation antenna enter while exhibiting electrical conductivity, the state is the same as when an electric field possessed by the electromagnetic waves is applied between the electrodes of the reception antenna 29. On the other hand, the amount of correlation between the light delayed by the optical delay stages 41 and 42 and the electromagnetic wave 32 collected by the second parabolic mirror 36 varies depending on the amount of delay. This correlation amount is observed as an amount of current corresponding to the electric field strength of the electromagnetic wave.

このとき電磁波放射アンテナ28の光伝導素子材料には6H−SiCを、電磁波検出用アンテナ29には、基板温度を300℃から450℃の低温で結晶成長させたLT−GaAsを用いている。フェムト秒レーザー22の波長としては800nmを使用し、LBO結晶で構成されるSHG素子39により波長変換された超短パルス光12の波長は400nmとしている。   At this time, 6H—SiC is used for the photoconductive element material of the electromagnetic wave radiation antenna 28, and LT-GaAs obtained by crystal growth at a low substrate temperature of 300 ° C. to 450 ° C. is used for the electromagnetic wave detection antenna 29. The wavelength of the femtosecond laser 22 is 800 nm, and the wavelength of the ultrashort pulse light 12 converted by the SHG element 39 made of LBO crystal is 400 nm.

なお、図6中、13はレンズ、30は電源、37はカレントアンプ、38はロックインアンプ、33はオプティカルチョッパ、40は平面鏡、41はリトロリフレクタ、42は移動式光学遅延ステージ、43はコンピュータを示す。   In FIG. 6, 13 is a lens, 30 is a power supply, 37 is a current amplifier, 38 is a lock-in amplifier, 33 is an optical chopper, 40 is a plane mirror, 41 is a retroreflector, 42 is a movable optical delay stage, and 43 is a computer. Indicates.

本実験では広帯域性を重視しているので受信側アンテナの電極構造としてはボウタイ型に比べて広帯域特性の良いダイポール型(図3(a)参照)を用いている。材料としてはLT−GaAsを光伝導素子として使用し、放射用アンテナのアンテナ電極形状は放射強度をより稼ぐため、ボウタイ型とした。   In this experiment, importance is attached to wideband characteristics. Therefore, the electrode structure of the receiving antenna is a dipole type (see FIG. 3 (a)) with better broadband characteristics than the bow-tie type. As a material, LT-GaAs was used as a photoconductive element, and the shape of the antenna electrode of the radiation antenna was a bow-tie type in order to further increase the radiation intensity.

このとき、放射アンテナへの印加電圧を50V(電界強度は100kV/cm)、平均入射光強度を40mWとして実験を行う。   At this time, the experiment is performed with the voltage applied to the radiation antenna being 50 V (the electric field strength is 100 kV / cm) and the average incident light intensity is 40 mW.

図7に実験結果を示す。図7(a)において黒丸の点、図7(b)において白抜きの四角で示したものが放射用アンテナ材料にLT−GaAs光伝導素子(従来用いてきたもの)を用いた場合の実験結果で、アンテナ材料を本発明による6H−SiCにした場合の結果を実線で示してある。縦軸に電磁波強度を、横軸に時間軸をとった場合に得られる結果は図7(a)に示したようなスペクトル形状であり、アンテナ材料を6H−SiCとし、パルス光の波長を400nmに変換して照射することによって時間軸上のスペクトル線幅が細くなっていることがわかる。このことは周波数表示に変換した場合に高周波領域の強度が大きくなっていることを意味している。   FIG. 7 shows the experimental results. In FIG. 7 (a), the black dots and the white squares in FIG. 7 (b) show the experimental results when an LT-GaAs photoconductive element (conventional one) is used as the radiation antenna material. The result when the antenna material is 6H-SiC according to the present invention is shown by a solid line. The result obtained when the vertical axis represents the electromagnetic wave intensity and the horizontal axis represents the time axis has a spectrum shape as shown in FIG. 7A. The antenna material is 6H-SiC, and the wavelength of the pulsed light is 400 nm. It can be seen that the spectral line width on the time axis is narrowed by converting to and irradiating. This means that the intensity in the high frequency region is increased when converted to frequency display.

図7(b)で得られた結果をフーリエ変換することによって発生している電磁波のスペクトル分布表示縦軸:強度、横軸:周波数に変換することができ、図7(b)に示したようなスペクトル分布が得られる。すなわち、LT−GaAs光伝導素子を用いた場合には、周波数が約0.1THzのところにパルス電磁波の強度のピークが生じるのに対して、アンテナ材料をSiCとし、パルス光の波長を400nmに変換して照射した場合には、周波数が約0.5THzのところにパルス電磁波の強度のピークが生じる。   The result obtained in FIG. 7B can be converted into a spectrum distribution display of the electromagnetic wave generated by performing Fourier transform on the vertical axis: intensity, and the horizontal axis: frequency, as shown in FIG. 7B. Spectral distribution is obtained. That is, when an LT-GaAs photoconductive element is used, the peak of the intensity of the pulsed electromagnetic wave occurs at a frequency of about 0.1 THz, whereas the antenna material is SiC and the wavelength of the pulsed light is 400 nm. When converted and irradiated, a peak of the intensity of the pulse electromagnetic wave occurs at a frequency of about 0.5 THz.

図7(b)に示したようにアンテナ材料をSiCとし、パルス光の波長を400nmに変換して照射することにより1.5THz以上の周波数領域においてスペクトル強度が増え、高出力かつ高効率なテラヘルツ帯電磁波の発生および検出が期待できる。   As shown in FIG. 7B, the antenna material is SiC, the wavelength of the pulsed light is converted to 400 nm, and the spectrum intensity is increased in the frequency region of 1.5 THz or higher, resulting in high output and high efficiency terahertz. Generation and detection of electromagnetic waves can be expected.

本発明により、高出力かつ高効率なテラヘルツ帯電磁波の発生・検出装置を得ることができる。   According to the present invention, a high-output and high-efficiency terahertz electromagnetic wave generating / detecting device can be obtained.

本発明のテラヘルツ帯電磁波発生装置に係る実施の形態の概略構成図Schematic configuration diagram of an embodiment according to a terahertz band electromagnetic wave generator of the present invention テラヘルツ帯電磁波発生装置に係るダイポール型光伝導素子を示した図The figure which showed the dipole type photoconductive element concerning the terahertz band electromagnetic wave generator テラヘルツ帯電磁波発生装置に係るアンテナ電極の概略構成図(a)ダイポール型電極を示す図(b)ボウタイ型電極を示す図Schematic configuration diagram of antenna electrode according to terahertz band electromagnetic wave generator (a) Diagram showing dipole electrode (b) Diagram showing bowtie electrode 電子のドリフト速度と電界強度の関係を示す図Diagram showing the relationship between electron drift velocity and electric field strength 光伝導素子に発生する電流とその際に生じるテラヘルツ波強度の関係図(a)発生電流の時間変化を示す図(b)電流変化より割り出されるテラヘルツ電磁波強度の時間変化を示す図Relationship diagram between current generated in photoconductive element and terahertz wave intensity generated at that time (a) Diagram showing time change of generated current (b) Diagram showing time change of terahertz electromagnetic wave intensity calculated from current change 本発明のテラヘルツ帯電磁波発生装置に係る実施例の概略構成図で、本発明のテラヘルツ帯電磁波発生装置により発生した電磁波を検知する測定系を示した図The schematic block diagram of the Example which concerns on the terahertz band electromagnetic wave generator of this invention, The figure which showed the measurement system which detects the electromagnetic wave generated by the terahertz band electromagnetic wave generator of this invention 本発明のテラヘルツ帯電磁波発生装置に係る実施例において得られる実験結果と従来の実験結果との比較図(a)この発明に係る遅延時間に対する電流信号を示すグラフ(b)(a)のデータからフリーエ変換されたスペクトル分布を示すグラフComparison diagram between experimental results obtained in embodiments of terahertz band electromagnetic wave generator of the present invention and conventional experimental results (a) From graphs (b) and (a) showing current signals with respect to delay time according to the present invention A graph showing the spectrum distribution that has been subjected to Frye transform 従来のテラヘルツTDSの概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional terahertz TDS

符号の説明Explanation of symbols

10 電磁波放射用アンテナ
11 超短パルス光源
12 波長変換された超短パルス光
13 レンズ
24 ビームスプリッタ
25 第1の超短パルス光
26 第2の超短パルス光
28 電磁波放射用光伝導素子、放射アンテナ
29 電磁波検出用光伝導素子、受信アンテナ
30 電源
31,36 放物面鏡
32 放射電磁波
34 試料
35 試料透過後のテラヘルツ電磁波
38 ロックイン増幅器
39 LBO結晶で構成されるSHG素子
40 平面鏡
41 リトロリフレクタ
42 移動ステージ
43 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Antenna for electromagnetic wave radiation 11 Ultra-short pulse light source 12 Wavelength-converted ultra-short pulse light 13 Lens 24 Beam splitter 25 First ultra-short pulse light 26 Second ultra-short pulse light 28 Electromagnetic radiation photoconductive element, radiation antenna DESCRIPTION OF SYMBOLS 29 Photoconductive element for electromagnetic wave detection, receiving antenna 30 Power supply 31, 36 Parabolic mirror 32 Radiated electromagnetic wave 34 Sample 35 Terahertz electromagnetic wave after sample transmission 38 Lock-in amplifier 39 SHG element composed of LBO crystal 40 Plane mirror 41 Retroreflector 42 Moving stage 43 Computer

Claims (6)

超短パルス光を放射する光源と、電磁波放射用アンテナとを備えたテラヘルツ波発生装置であって、
前記電磁波放射用アンテナは、半絶縁性基板と、前記半絶縁性基板上に形成され、1.42eV以上のバンドギャップエネルギーを有している光伝導薄膜と、コプラナー伝送線路とを有し、
前記コプラナー伝送線路は、一対の伝送線路電極本体と、前記各伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極とを有し、
前記一対の伝送線路本体は平行に配置されており、
前記突起電極は互いに向かい合っており、
電極間への印加電界強度は3×10V/cmよりも大きい電界であって、
前期突起電極間に波長800nm未満であり、かつ平均強度が20mWよりも大きい超短パルス光を光源より照射することによって電磁波を発生させることを特徴とするテラヘルツ電磁波発生装置。
A terahertz wave generator including a light source that emits ultrashort pulse light and an antenna for electromagnetic wave radiation,
The electromagnetic wave radiation antenna includes a semi-insulating substrate, a photoconductive thin film formed on the semi-insulating substrate, having a band gap energy of 1.42 eV or more, and a coplanar transmission line.
The coplanar transmission line has a pair of transmission line electrode bodies, and protruding electrodes respectively protruding from the transmission line electrode bodies,
The pair of transmission line main bodies are arranged in parallel,
The protruding electrodes face each other,
The applied electric field strength between the electrodes is an electric field larger than 3 × 10 4 V / cm,
A terahertz electromagnetic wave generator characterized in that an electromagnetic wave is generated by irradiating from a light source ultra-short pulse light having a wavelength of less than 800 nm and having an average intensity of more than 20 mW between the protruding electrodes.
前記請求項1記載に光源として記載している超短パルス光のパルス時間幅は100フェムト秒以下であり、前記パルス電磁波のパルス時間幅は5ピコ秒以下である、請求項1に記載のテラヘルツ電磁波発生装置。 The terahertz according to claim 1, wherein the pulse time width of the ultrashort pulse light described as the light source in claim 1 is 100 femtoseconds or less, and the pulse time width of the pulse electromagnetic wave is 5 picoseconds or less. Electromagnetic wave generator. 前記請求項1記載の光源は、
波長800nm、パルス幅100フェムト秒以下の性能を有するフェムト秒レーザーと、
波長を半分以下とすると同時にパルス幅を圧縮することのできる素子とを有するものであって、
当該光源より発せられるパルス光を前記請求項1記載の電磁波放射用アンテナに照射することによって電磁波を発生させることを特徴とする請求項1記載のテラヘルツ電磁波発生装置。
The light source according to claim 1 is:
A femtosecond laser having a wavelength of 800 nm and a pulse width of 100 femtoseconds or less;
An element capable of compressing the pulse width at the same time as making the wavelength half or less,
2. The terahertz electromagnetic wave generator according to claim 1, wherein the electromagnetic wave is generated by irradiating the electromagnetic wave radiation antenna according to claim 1 with pulsed light emitted from the light source.
前記請求項1から4記載の電磁波放射用アンテナ材料はAl基板、SiC基板、GaN基板、ZnO基板のいずれかの上に成長したInGa1−xN(0.05<x<0.4)膜、BAs基板上に成長したInAl1−xN(0.5<x<0.8)膜、GaAs基板上のAlGa1−xAs膜(0<x<0.8)、GaP基板上のAlGa1−xP(0<x<0.8)膜、Si基板かGaP基板上のZnSe1−x(0<x<0.3)膜、石英基板上のCuGaSe膜のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1から4記載のテラヘルツ電磁波発生装置。 The antenna material for electromagnetic wave radiation according to any one of claims 1 to 4, wherein In x Ga 1-x N (0.05 <x <) grown on any one of an Al 2 O 3 substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, and a ZnO substrate. 0.4) film, in x Al 1-x N (0.5 grown BAs substrate <x <0.8) film, Al x Ga 1-x As layer (0 on a GaAs substrate <x <0 .8), Al x Ga 1-x P (0 <x <0.8) film on GaP substrate, ZnSe x S 1-x (0 <x <0.3) film on Si substrate or GaP substrate, 5. The terahertz electromagnetic wave generation device according to claim 1, wherein the terahertz electromagnetic wave generation device is any one of CuGaSe 2 films on a quartz substrate. 前記テラヘルツ電磁波発生装置を含むテラヘルツ電磁波発生・検出装置を用いた、
試料の誘電率の測定方法であって、
超短パルス光を放射する光源と、ビームスプリッタと、電磁波放射用アンテナと、電磁波検出用アンテナと、光学遅延系を備え、
前記光源から放射した超短パルス光は前記ビームスプリッタにより、第1の超短パルス光と第2の超短パルス光とに分割され、
前記第1の超短パルス光が、波長を半分以下とすると同時にパルス幅を圧縮することのできる素子を透過されたのち、平板状の光伝導素子からなる電磁波放射用アンテナに照射されることにより、前記電磁波放射用アンテナからパルス電磁波が放射され、
前記電磁波放射用アンテナから放射されたパルス電磁波は電磁波検出用アンテナの裏面に到達し、
前記第2の超短パルス光は、前記光学遅延系を介して電磁波検出用アンテナの表面に到達し、
前記電磁波放射用アンテナは、半絶縁性基板と、前記半絶縁性基板上に形成され、1.42eV以上のバンドギャップエネルギーを有している光伝導薄膜と、コプラナー伝送線路とを有し、
前記コプラナー伝送線路は、一対の伝送線路電極本体と、前記各伝送線路電極本体からそれぞれ突出する突起電極とを有し、
前記一対の伝送線路本体は平行に配置されており、
前記突起電極は互いに向かい合っており、
前記測定方法は、
前記試料を前記電磁波放射用アンテナと前記電磁波検出用アンテナとの間にセットする試料セット工程、および
前記試料に向けて前記電磁波放射用アンテナからパルス電磁波を放射させることにより、前記試料を透過したパルス電磁波を前記電磁波検出用アンテナの表面に到達させ、前記電磁波検出用アンテナの表面に到達した前記パルス電磁波と前記電磁波検出用アンテナの裏面に到達した第2の超短パルス光との相互相関信号を電流として検出するパルス電磁波放射工程、
を包含する。
Using the terahertz electromagnetic wave generation / detection device including the terahertz electromagnetic wave generation device,
A method for measuring a dielectric constant of a sample, comprising:
A light source that emits ultrashort pulse light, a beam splitter, an antenna for electromagnetic wave emission, an antenna for electromagnetic wave detection, and an optical delay system,
The ultrashort pulse light emitted from the light source is divided into a first ultrashort pulse light and a second ultrashort pulse light by the beam splitter,
The first ultrashort pulse light is transmitted through an element capable of compressing the pulse width at the same time as the wavelength is less than half, and then irradiated to an electromagnetic wave radiation antenna composed of a flat photoconductive element. , A pulse electromagnetic wave is radiated from the electromagnetic wave radiation antenna,
The pulse electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiation antenna reaches the back surface of the electromagnetic wave detection antenna,
The second ultrashort pulse light reaches the surface of the electromagnetic wave detection antenna through the optical delay system,
The antenna for electromagnetic wave radiation has a semi-insulating substrate, a photoconductive thin film formed on the semi-insulating substrate and having a band gap energy of 1.42 eV or more, and a coplanar transmission line,
The coplanar transmission line has a pair of transmission line electrode bodies, and protruding electrodes respectively protruding from the transmission line electrode bodies,
The pair of transmission line main bodies are arranged in parallel,
The protruding electrodes face each other,
The measurement method is:
A sample setting step of setting the sample between the antenna for electromagnetic wave radiation and the antenna for electromagnetic wave detection, and a pulse transmitted through the sample by radiating a pulse electromagnetic wave from the antenna for electromagnetic wave radiation toward the sample An electromagnetic wave is made to reach the surface of the electromagnetic wave detection antenna, and a cross-correlation signal between the pulse electromagnetic wave that has reached the surface of the electromagnetic wave detection antenna and the second ultrashort pulse light that has reached the back surface of the electromagnetic wave detection antenna is obtained. Pulse electromagnetic wave emission process to detect as current,
Is included.
前記請求項6記載の誘電率測定方法において、電磁波検出用アンテナの材料は基板温度を300℃から450℃の低温で結晶成長させたGaAsを用い、アンテナ形状をダイポール型とし、放射用アンテナの電極形状はボウタイ型であることを特徴とするテラヘルツ電磁波発生・検出装置。 7. The dielectric constant measurement method according to claim 6, wherein the material for the electromagnetic wave detecting antenna is GaAs crystal-grown at a substrate temperature of 300 ° C. to 450 ° C., and the antenna shape is a dipole type. A terahertz electromagnetic wave generator / detector characterized by a bow-tie shape.
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