JP2010066381A - Wavelength variable terahertz wave generating apparatus - Google Patents

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Makoto Daimon
真 大門
Naoyuki Yamada
直之 山田
Yutaka Koyama
裕 小山
Srinivasa Ragam
ラガム スリニバサ
Tadao Tanabe
匡生 田邉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generating apparatus for improving the output of terahertz waves regardless of a frequency. <P>SOLUTION: The wavelength variable terahertz wave generating apparatus includes: a first exciting light source 51 which emits first exciting light; a second exciting light source 52 which emits second exciting light whose frequency difference from the first exciting light is a terahertz band; an angle adjusting means 64 for adjusting an angle so as to turn the angle formed by the first exciting light and the second exciting light to a phase matching angle and mixing them; nonlinear optical crystal 65 on which two lines of amplified light are made incident while forming the phase matching angle, and which emits the terahertz waves by difference-frequency mixing; and spot diameter adjusting means 70, 71 and 64 for adjusting the spot diameter of the first exciting light and the second exciting light made incident on the nonlinear optical crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、非線形光学結晶を用いて差周波混合によりテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生装置に関する。特に、高出力を得ることができる装置に関する。   The present invention relates to a terahertz wave generator that generates a terahertz wave by difference frequency mixing using a nonlinear optical crystal. In particular, the present invention relates to an apparatus capable of obtaining a high output.

近年、電波と光との境界の電磁波であるテラヘルツ波が注目され、テラヘルツ波を用いた分光技術やイメージング技術について研究開発がなされている。   In recent years, terahertz waves, which are electromagnetic waves at the boundary between radio waves and light, have attracted attention, and research and development have been conducted on spectroscopic techniques and imaging techniques using terahertz waves.

テラヘルツ波の発生には、パラメトリック素子を用いた差周波による発生法、非線形素子を用いたパラメトリック発振器による発生法、半導体基板に形成された光伝導アンテナや電気光学(Electro-Optical )効果を有する結晶にピコ秒〜フェムト秒の短パルスレーザ光を入力して発生する方法がある。   For the generation of terahertz waves, a generation method using a difference frequency using a parametric element, a generation method using a parametric oscillator using a non-linear element, a photoconductive antenna formed on a semiconductor substrate, or a crystal having an electro-optic effect. There is a method of generating by inputting a short pulse laser beam of picosecond to femtosecond.

非線形光学結晶を用いた差周波数の発生を利用するものが知られている(たとえば、特許文献1〜3)。これは、周波数差がテラヘルツ帯域である2つの励起光を位相整合条件を満たすようにして非線形光学結晶に入射させ、差周波混合によってテラヘルツ波を発生させるものである。   Those utilizing the generation of a difference frequency using a nonlinear optical crystal are known (for example, Patent Documents 1 to 3). In this method, two pump lights having a frequency difference in the terahertz band are made incident on a nonlinear optical crystal so as to satisfy a phase matching condition, and a terahertz wave is generated by difference frequency mixing.

GaPなどの等方性の非線形光学結晶を用いる場合は、複屈折性を利用して位相整合させることができないため、2つの励起光に微小な角度を持たせるノンコリニア位相整合を行っている。GaP結晶の場合のノンコリニア位相整合について、特許文献1、3に詳しく記載されている。   When an isotropic nonlinear optical crystal such as GaP is used, phase matching cannot be performed using birefringence, and therefore non-collinear phase matching is performed so that the two excitation lights have a minute angle. Non-collinear phase matching in the case of GaP crystal is described in detail in Patent Documents 1 and 3.

非線形光学効果の一つである差周波発生を利用する方法では、ポンプレーザ、信号レーザと呼ぶ周波数の異なる2つのパルス光をテラヘルツ電磁波発生用結晶である半導体GaP、GaSe結晶などに入射することにより、その周波数の差に相当する単色コヒーレントテラヘルツ波の発生が可能となる。これらテラヘルツ光源により、物質のテラヘルツ帯におけるスペクトル測定やイメージングを行うことで、分子の同定、食品・医薬品の検査等の非破壊検査、癌組織の発見などが可能となる。   In the method using difference frequency generation, which is one of the nonlinear optical effects, two pulsed lights having different frequencies called pump laser and signal laser are incident on a semiconductor GaP, GaSe crystal or the like that is a crystal for generating terahertz electromagnetic waves. The monochromatic coherent terahertz wave corresponding to the difference in frequency can be generated. By using these terahertz light sources, spectrum measurement and imaging of a substance in the terahertz band enables identification of molecules, nondestructive inspections such as food / pharmaceutical inspections, discovery of cancer tissues, and the like.

2つのレーザパルス光を用いてテラヘルツ電磁波を発生するには、ポンプ光、信号光、そしてテラヘルツ電磁波が位相整合条件を満たす必要がある。屈折率が等方的であるGaP結晶などを使う場合、2つの入射ビームに所定の角度を持たせる必要がある。これらのテラヘルツ波は、例えば、分光分析に用いる場合には、波長が広帯域において連続して変化できることが必要である。
特開2004−318028 特開2006−91802 特開2007−133339
In order to generate terahertz electromagnetic waves using two laser pulse lights, pump light, signal light, and terahertz electromagnetic waves must satisfy a phase matching condition. When a GaP crystal or the like having an isotropic refractive index is used, the two incident beams need to have a predetermined angle. When these terahertz waves are used for spectroscopic analysis, for example, it is necessary that the wavelength can be continuously changed in a wide band.
JP 2004-318028 A JP 2006-91802 A JP2007-133339

しかしながら、上記のテラヘルツ波発生装置において、出力されるテラヘルツ波の出力が小さいために、室温動作の検出器を使用することができない。また、GaPをテラヘルツを発生させるための非線形光学結晶とする場合には、0.3〜7.5THzの帯域のテラヘルツ波を発生させることができるが、その出力は、2THzをピークにして、その両サイドの周波数帯において出力は徐々に低下する。そのため、1THz以下および6.5THz以上の周波数領域をスペクトル測定するには積算回数を多くする必要がある。積算回数が多くなると、イメージングや分光分析などに要する計測時間が長くなるという問題がある。測定時間が長くなることは、測定中に場の環境が変われば、正確な分光分析ができないことを意味する。   However, in the above-described terahertz wave generator, since the output of the terahertz wave to be output is small, a detector operating at room temperature cannot be used. In addition, when GaP is used as a nonlinear optical crystal for generating terahertz, a terahertz wave in the band of 0.3 to 7.5 THz can be generated. The output gradually decreases in the frequency bands on both sides. For this reason, it is necessary to increase the number of integrations in order to perform spectrum measurement in a frequency region of 1 THz or less and 6.5 THz or more. When the number of integrations increases, there is a problem that the measurement time required for imaging, spectroscopic analysis, etc. becomes longer. Long measurement time means that accurate spectroscopic analysis cannot be performed if the field environment changes during measurement.

そこで本発明の目的は、出力されるテラヘルツ波の出力を向上させることである。それにより、分光分析などの測定を短時間で、実行可能として、正確な測定値を得られるようにすることである。   Therefore, an object of the present invention is to improve the output of the output terahertz wave. Accordingly, it is possible to perform measurement such as spectroscopic analysis in a short time and obtain an accurate measurement value.

第1の発明は、波長可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置において、第1励起光を放射する第1励起光源と、第1励起光との周波数差がテラヘルツ帯域である第2励起光を放射する第2励起光源と、出力されるテラヘルツ波の周波数に応じて、第1励起光と第2励起光の成す角度が位相整合角となるよう角度を調整して混合させる角度調整手段と、2つの励起光が位相整合角を成して入射し、差周波混合によってテラヘルツ波を放射する非線形光学結晶と、非線形光学結晶に入射する第1励起光及び第2励起光のスポット径を、調整するスポット径調整手段とを備えたことを特徴とするテラヘルツ波発生装置である。   A first invention is a terahertz wave generator for generating a wavelength-tunable terahertz wave, wherein the first pumping light source that emits the first pumping light and the second pumping light whose frequency difference between the first pumping light is in the terahertz band And an angle adjusting means for adjusting and mixing the angle so that the angle formed by the first excitation light and the second excitation light becomes the phase matching angle according to the frequency of the output terahertz wave Two excitation lights are incident at a phase matching angle, and a non-linear optical crystal that emits a terahertz wave by difference frequency mixing, and the spot diameters of the first and second excitation lights that are incident on the non-linear optical crystal, It is a terahertz wave generator characterized by comprising spot diameter adjusting means for adjusting.

第2の発明は、波長可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置において、第1励起光を放射する第1励起光源と、第1励起光との周波数差がテラヘルツ帯域である第2励起光を放射する第2励起光源と、第1励起光と第2励起光とを合波させて合波光を生成する合波手段と、合波光を2つに分割する分割手段と、分割手段により分割された2つの合波光の成す角度が位相整合角となるように角度を調整して混合させる角度調整手段と、2つの合波光が位相整合角を成して入射し、差周波混合によって同時に2方向にテラヘルツ波を放射する非線形光学結晶と、非線形光学結晶に入射する第1励起光及び第2励起光のスポット径を、調整するスポット径調整手段とを備えてたことを特徴とするテラヘルツ波発生装置である。   According to a second aspect of the present invention, in the terahertz wave generation device that generates a wavelength-tunable terahertz wave, the second excitation light whose frequency difference between the first excitation light and the first excitation light is in the terahertz band. A second excitation light source that emits light, a multiplexing means that combines the first excitation light and the second excitation light to generate combined light, a dividing means that divides the combined light into two, and a dividing means The angle adjusting means for adjusting and mixing the angle so that the angle formed by the two combined lights becomes the phase matching angle, and the two combined lights are made incident at the phase matching angle, and simultaneously 2 by the difference frequency mixing. A terahertz wave comprising: a nonlinear optical crystal that emits a terahertz wave in a direction; and spot diameter adjusting means that adjusts the spot diameters of the first excitation light and the second excitation light incident on the nonlinear optical crystal. Generator.

本第1、第2発明において、スポット径調整手段は、位相整合角に応じて変化させることが望ましい。また、スポット径調整手段は、位相整合角及び非線形光学結晶の長さに応じて、変化させることが望ましい。さらに、その場合には、スポット径調整手段は、スポットの直径Rmmを、非線形光学結晶の長さLmm、位相整合角θ、比例定数αを用いて、
で制御することをが望ましい。
In the first and second inventions, it is desirable that the spot diameter adjusting means is changed according to the phase matching angle. The spot diameter adjusting means is preferably changed according to the phase matching angle and the length of the nonlinear optical crystal. Further, in that case, the spot diameter adjusting means uses the spot diameter Rmm, the length Lmm of the nonlinear optical crystal, the phase matching angle θ, and the proportional constant α,
It is desirable to control with.

また、非線形光学結晶の光の伝搬方向の長さは、所定のスポットの直径に対して、出力されるテラヘルツ波の出力が最大となる長さに設定されていることが望ましい。出力が最大となる非線形光学結晶の長さは、テラヘルツ波の周波数に依存するので、それが、単一周波数であれば、所定のスポットの直径に対して、その周波数で最大出力が得られる長さに設定される。また、ある周波数帯域幅で、周波数を変化させて使用する場合には、例えば、平均周波数において、最大出力となるように設定しても、また、可変周波数帯域の全体における積分出力が最大となるように、非線形光学結晶の長さを設定するようにしても良い。また、周波数が高い程、テラヘルツ波の非線形光学結晶内部での損失が大きくなるので、可変周波数帯域の最大周波数で最大出力となるように、非線形光学結晶の長さを設定するようにしても良い。   Further, the length of the nonlinear optical crystal in the light propagation direction is desirably set to a length that maximizes the output of the output terahertz wave with respect to a predetermined spot diameter. Since the length of the nonlinear optical crystal that maximizes the output depends on the frequency of the terahertz wave, if it is a single frequency, the maximum output power can be obtained at that frequency for a given spot diameter. Is set. In addition, when the frequency is changed and used in a certain frequency bandwidth, for example, even if the maximum output is set at the average frequency, the integrated output in the entire variable frequency band becomes the maximum. As described above, the length of the nonlinear optical crystal may be set. In addition, since the loss in the terahertz wave inside the nonlinear optical crystal increases as the frequency increases, the length of the nonlinear optical crystal may be set so that the maximum output is obtained at the maximum frequency in the variable frequency band. .

第1の発明が、第1励起光と第2励起光とを、別々の光路を伝搬させて、両者を位相整合角となるように角度調整して、非線形光学結晶に入射させるようにしたのに対して、第2の発明は、第1励起光と第2励起光とを、一旦、合波して、その合波光を2分割して、分割されたそれぞれの合波光を、位相整合角となるように角度調整して、非線形光学結晶に入射させている。   In the first invention, the first pumping light and the second pumping light are propagated through separate optical paths, adjusted to have a phase matching angle, and made incident on the nonlinear optical crystal. On the other hand, in the second invention, the first pumping light and the second pumping light are once combined, the combined light is divided into two, and each of the divided combined lights is converted into a phase matching angle. The angle is adjusted so that the light is incident on the nonlinear optical crystal.

また、第1の発明においては、角度調整手段の前段に、第1励起光と第2励起光とを、それぞれ、増幅する増幅器を設け、角度調整手段は、それぞれの増幅器の出力する第1励起光と第2励起光の角度調整をすることが望ましい。増幅器には、ファイバーアンプを用いることができる。また、第2の発明においては、第1励起光と第2励起光とを合波した後、その合波光を分割する前に、増幅器、ファイバーアンプを設けることが望ましい。   In the first invention, an amplifier for amplifying the first pumping light and the second pumping light is provided before the angle adjusting unit, and the angle adjusting unit outputs the first pumping output from each amplifier. It is desirable to adjust the angle between the light and the second excitation light. A fiber amplifier can be used as the amplifier. In the second invention, it is desirable to provide an amplifier and a fiber amplifier after combining the first pumping light and the second pumping light and before dividing the combined light.

また、第1の発明及び第2の発明において、第1励起光源は、DFBレーザ、又は、DBRを用いた半導体レーザであり、第2励起光源は、外部共振器型半導体レーザであることが望ましい。一般的に、モードホップがない場合には、波長可変幅は狭いが、モードホップがある場合には、連続的に波長を可変することはできないが、不連続であっても可変し得る波長範囲は広い。したがって、本第1の発明及び第2の発明において、第1励起光源には、モードホップがなく連続して可変できる所定の第1波長掃引幅を有した光源を用い、第2励起光源には、モードホップを有し、第1波長掃引幅よりも狭い間隔で、離散的に発振波長を可変設定できる光源を用いれば十分であり、その種類には限定されない。DFB(分布帰還型)半導体レーザ、又は、DBR(分布ブラッグ反射型)半導体レーザは、温度制御により、屈折率を変化させることで、モードホップがなく1THz程度の連続した波長可変幅を実現することができるので、第1励起光源として最適である。また、外部共振器型半導体レーザは、回折格子と外部共振器とを用いて共振光を半導体にフィードバックさせて発振させるレーザであり、回折格子への入射角により、共振波長を変化させるものである。このため、共振波長幅が狭く、次の共振波長との間で、モードホップがあり、連続して波長を変化させることができない。しかし、不連続であっても、波長を可変設定できる範囲は広いので、第2励起光源として最適である。この場合、周波数幅は、外部共振器型半導体レーザの種類にもよるが、5〜15GHz、又は、1〜4MHz程度であり、モードホップの周波数間隔も5〜15GHz、又は、1〜4MHz程度である。   In the first and second inventions, the first excitation light source is preferably a semiconductor laser using a DFB laser or DBR, and the second excitation light source is preferably an external cavity semiconductor laser. . Generally, when there is no mode hop, the wavelength tunable width is narrow, but when there is a mode hop, the wavelength cannot be continuously changed, but the wavelength range that can be changed even if it is discontinuous. Is wide. Therefore, in the first and second aspects of the invention, the first excitation light source is a light source having a predetermined first wavelength sweep width that can be continuously varied without mode hops, and the second excitation light source is It is sufficient to use a light source having a mode hop and capable of discretely setting the oscillation wavelength at intervals narrower than the first wavelength sweep width, and the type is not limited. DFB (distributed feedback type) semiconductor laser or DBR (distributed Bragg reflection type) semiconductor laser realizes a continuous wavelength tunable width of about 1 THz without mode hops by changing the refractive index by temperature control. Therefore, it is optimal as the first excitation light source. The external resonator type semiconductor laser is a laser that uses a diffraction grating and an external resonator to feed back resonance light to the semiconductor and oscillates, and changes the resonance wavelength depending on the incident angle to the diffraction grating. . For this reason, the resonance wavelength width is narrow, and there is a mode hop between the next resonance wavelength and the wavelength cannot be changed continuously. However, even if it is discontinuous, the range in which the wavelength can be variably set is wide, so it is optimal as the second excitation light source. In this case, although the frequency width depends on the type of the external cavity semiconductor laser, it is about 5 to 15 GHz or about 1 to 4 MHz, and the mode hop frequency interval is about 5 to 15 GHz or about 1 to 4 MHz. is there.

また、第1発明及び第2発明において、スポット径調整手段は、非線形光学結晶の入射面上において、2つのビームの直径が最適値となるように調整するレンズとレンズの位置を変化させる手段で構成するのが望ましい。さらに、非線形光学結晶には、GaP結晶を用いることができる。   In the first and second aspects of the invention, the spot diameter adjusting means is a means for adjusting the diameter of the two beams so as to have an optimum value on the incident surface of the nonlinear optical crystal, and means for changing the position of the lens. It is desirable to configure. Furthermore, a GaP crystal can be used for the nonlinear optical crystal.

本発明では、出力させたい周波数に応じてテラヘルツ波を発生させる非線形光学結晶におけるビームのスポット径を、出力されるテラヘルツ波の周波数、したがって、位相整合角に応じて変化させることにより、非線形光学結晶の光の進行方向の全長において、2つの励起光を結合させることで、出力されるテラヘルツ波の出力を最大とすることができる。この結果、高出力化によりスペクトル測定におけるS/N比を向上させることができる。また、S/N比を向上させることができる結果、スペクトル測定を、より短時間に行うことができる。   In the present invention, by changing the spot diameter of the beam in the nonlinear optical crystal that generates the terahertz wave according to the frequency to be output, depending on the frequency of the output terahertz wave, and thus the phase matching angle, the nonlinear optical crystal By combining the two excitation lights over the entire length of the light traveling direction, the output of the output terahertz wave can be maximized. As a result, the S / N ratio in spectrum measurement can be improved by increasing the output. Moreover, as a result of improving the S / N ratio, spectrum measurement can be performed in a shorter time.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照して説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.

本発明は、出力されるテラヘルツ波の周波数が可変であることには限定されないが、テラヘルツ波の周波数を広帯域で連続的に可変できる装置において、最大出力を得るようにした例を説明する。まずは、出力されるテラヘルツ波の周波数が広帯域で可変できる原理について説明する。図1(a)に示すように、第1励起光の連続した波長可変幅である第1波長掃引幅の下限値λL と上限値λu を、c/(f10−Δf10)、c/(f10+Δf10)とする。ただし、cは光速度、f10は、中心周波数、2Δf10は、周波数での掃引幅である。波長掃引幅の中心波長λ10は、c/f10であり、波長掃引幅2Δλ10は、次式を満たす。 Although the present invention is not limited to the fact that the frequency of the output terahertz wave is variable, an example in which the maximum output is obtained in an apparatus capable of continuously changing the frequency of the terahertz wave in a wide band will be described. First, the principle that the frequency of the output terahertz wave can be varied in a wide band will be described. As shown in FIG. 1A, the lower limit value λ L and the upper limit value λ u of the first wavelength sweep width, which is the continuous wavelength variable width of the first excitation light, are expressed as c / (f 10 −Δf 10 ), c / (F 10 + Δf 10 ). Where c is the speed of light, f 10 is the center frequency, and 2Δf 10 is the sweep width in frequency. The center wavelength λ 10 of the wavelength sweep width is c / f 10 , and the wavelength sweep width 2Δλ 10 satisfies the following equation.

Δf10≪f10であるから、
Because it is Δf 10 «f 10,

次に、第1波長掃引幅内での第1励起光の周波数と、波長を、それぞれ、f1 (x)、λ1 (x)として、第2励起光の周波数をf2 (y)、波長をλ2 (y)とし、得られるテラヘルツ波の周波数をf3 (x,y)、波長をλ3 (x,y)とする。次の関係式が成立する。ただし、とり得るx、yの値に対して、f2 (y)>f1 (x)とする。また、xは、第1波長掃引幅内での第1励起光の周波数を決定するインデックス、yは、第2励起光の設定される周波数を決定するインデックスである。 Next, the frequency and wavelength of the first pumping light within the first wavelength sweep width are f 1 (x) and λ 1 (x), respectively, and the frequency of the second pumping light is f 2 (y), The wavelength is λ 2 (y), the frequency of the obtained terahertz wave is f 3 (x, y), and the wavelength is λ 3 (x, y). The following relational expression holds. However, it is assumed that f 2 (y)> f 1 (x) with respect to possible values of x and y. Further, x is an index that determines the frequency of the first pumping light within the first wavelength sweep width, and y is an index that determines the frequency at which the second pumping light is set.

Δf1 (x)は、第1励起光の中心周波数f10から測定した偏差周波数である。
また、波長については、次式が成立する。
Δf 1 (x) is a deviation frequency measured from the center frequency f 10 of the first excitation light.
For the wavelength, the following equation holds.

ただし、f3 (x,y)、λ30(x,y)は、それぞれ、出力されるテラヘルツ波の、第1励起光の周波数を変化する場合の中心周波数、中心波長である。 However, f 3 (x, y) and λ 30 (x, y) are a center frequency and a center wavelength when the frequency of the first excitation light of the output terahertz wave is changed, respectively.

また、第2励起光の設定される周波数の間隔は、第1波長掃引幅の周波数幅2Δf10以下とする。
すなわち、
とする。また、yの値の最小値を1、最大値をkmax とし、第2励起光の可変設定幅の最小値をf2 (1)、その最大値をf2 (kmax )とする。
In addition, the frequency interval for setting the second excitation light is set to a frequency width 2Δf 10 or less of the first wavelength sweep width.
That is,
And Further, the minimum value of y is 1 and the maximum value is k max , the minimum value of the variable setting width of the second excitation light is f 2 (1), and the maximum value is f 2 (k max ).

なお、第2励起光は、モードホップがあり、連続して周波数が可変できる幅と、その実現できる周波数の隣接周波数間隔の最小値は、通常は、5〜15GHz程度であり、第1波長掃引幅に対応する周波数幅2Δf10や、第2励起光の可変設定周波数幅f2 (kmax )−f2 (1)に比べて、十分に短い。したがって、(7)式を満たすように、(7)式の等号の場合も含めて、第2励起光の周波数、波長を選択することができる。 The second pumping light has mode hops, and the width in which the frequency can be continuously varied and the minimum value of the adjacent frequency interval of the frequency that can be realized are usually about 5 to 15 GHz, and the first wavelength sweeping is performed. It is sufficiently shorter than the frequency width 2Δf 10 corresponding to the width and the variable setting frequency width f 2 (k max ) −f 2 (1) of the second excitation light. Therefore, the frequency and wavelength of the second excitation light can be selected so as to satisfy the expression (7), including the case of the equal sign of the expression (7).

第2励起光は、図1(b)のように、f2 (1),f2 (2),…f2 (k),…f2 (kmax )のように、離散的に周波数を設定することができる。もちろん、f2 (1),f2 (2),…,f2 (k)の間においても、離散的な周波数で発振させることが可能である。図1(b)のように、任意の周波数間隔で、第2励起光の周波数を設定する。 As shown in FIG. 1B, the second excitation light has discrete frequencies such as f 2 (1), f 2 (2),... F 2 (k),... F 2 (k max ). Can be set. Of course, it is possible to oscillate at a discrete frequency between f 2 (1), f 2 (2),..., F 2 (k). As shown in FIG. 1B, the frequency of the second excitation light is set at an arbitrary frequency interval.

今、第2励起光の周波数をf2 (y)に設定して、第1励起光の周波数を第1波長掃引幅において、変化させたとする。すると、Δf1 (x)は、−Δf10からΔf10へと変化するので、出力されるテラヘルツ波の周波数f3 は、(5)式から明らかなように、f30(y)+Δf10からf30(y)−Δf10へと変化する。 Assume that the frequency of the second excitation light is set to f 2 (y) and the frequency of the first excitation light is changed in the first wavelength sweep width. Then, since Δf 1 (x) changes from −Δf 10 to Δf 10 , the frequency f 3 of the output terahertz wave is obtained from f 30 (y) + Δf 10 as is apparent from the equation (5). changes to f 30 (y) -Δf 10.

第2励起光の設定周波数をf2 (1)に設定して、第1励起光の周波数を変化させると、出力されるテラヘルツ波の周波数の可変範囲は、図1(c)に示すA1の領域となる。また、第2励起光の設定周波数をf2 (2)に設定して、第1励起光の周波数を変化させると、出力されるテラヘルツ波の周波数の可変範囲は、図1(c)に示すA2の領域となる。そして、これらを繰り返して、第2励起光の設定周波数をf2 (kmax )に設定して、第1励起光の周波数を変化させると、出力されるテラヘルツ波の周波数の可変範囲は、図1(c)に示すAkmax の領域となる。 When the set frequency of the second pumping light is set to f 2 (1) and the frequency of the first pumping light is changed, the variable range of the frequency of the output terahertz wave is A1 shown in FIG. It becomes an area. When the set frequency of the second pumping light is set to f 2 (2) and the frequency of the first pumping light is changed, the variable range of the frequency of the output terahertz wave is shown in FIG. This is the area A2. Then, by repeating these steps and setting the set frequency of the second pumping light to f 2 (k max ) and changing the frequency of the first pumping light, the variable range of the frequency of the output terahertz wave is as shown in FIG. This is the region of Ak max shown in 1 (c).

第2励起光の可変設定できる周波数間隔f2 (k+1)−f2 (k)は、第1励起光の波長掃引幅に対応した周波数掃引幅2Δf10以下にできるので、出力されるテラヘルツ波の周波数可変幅A1,A2,…Ak,…Akmax は、連続することになる。 The frequency interval f 2 (k + 1) −f 2 (k) that can be variably set for the second pumping light can be made equal to or less than the frequency sweep width 2Δf 10 corresponding to the wavelength sweep width of the first pumping light. The frequency variable widths A1, A2, ... Ak, ... Ak max are continuous.

一方、出力されるテラヘルツ波の出力と、非線形光学結晶に入射する第1励起光と第2励起光の電力I1 (x)、I2 (x)と、それらのビームの重なり部分の断面積S(x)との間には、次式が成立する。ただし、xは、非線形光学結晶の入射面を原点に、光の進行方向を正にとった座標であり、S(0)は、光の入射面における2つの励起光の重なりの断面積である。ただし、積分範囲は、2つの励起光のスポットの重なりがある範囲、又は、非線形光学結晶の光の進行方向の長さのうち短い方とする。 On the other hand, the output of the output terahertz wave, the powers I 1 (x) and I 2 (x) of the first excitation light and the second excitation light incident on the nonlinear optical crystal, and the cross-sectional area of the overlapping portion of these beams The following equation holds between S (x). Where x is a coordinate with the incident plane of the nonlinear optical crystal as the origin, and the light traveling direction is positive, and S (0) is the cross-sectional area of the overlap of the two excitation lights on the light incident plane. . However, the integration range is the shorter of the range in which the two excitation light spots overlap or the length of the nonlinear optical crystal in the light traveling direction.

S(x)は、位相整合角θに依存する。
(8)式を変形すると、次式となる。
S (x) depends on the phase matching angle θ.
When formula (8) is modified, the following formula is obtained.

ただし、ITHz はテラヘルツ波の出力、A(θ)は、位相整合角θの関数である比例定数である。A(θ)が等しい場合には、第1励起光と第2励起光の非線形光学結晶の入射面での重畳するスポットの断面積S(0)が小さくなる程、テラヘルツ波の出力は、大きくなることが理解される。また、位相整合角θがあるために、非線形光学結晶の内部の光路において、2つの励起光の重なっている面積は、光の進行方向に沿って小さくなり、θが大きい程、2つの励起光の重なりの長さが短くなるので、出力が減少する。その減少が、A(θ)で表される。 Where I THz is the output of the terahertz wave, and A (θ) is a proportionality constant that is a function of the phase matching angle θ. When A (θ) is equal, the output of the terahertz wave increases as the cross-sectional area S (0) of the overlapping spot of the first excitation light and the second excitation light on the incident surface of the nonlinear optical crystal decreases. It is understood that In addition, since there is a phase matching angle θ, the area where the two excitation lights overlap in the optical path inside the nonlinear optical crystal decreases along the light traveling direction. Since the length of the overlap becomes shorter, the output decreases. The decrease is represented by A (θ).

また、図2に示すように、第1励起光と第2励起光は、入射面Q1から、等しいビーム断面積Sで、位相整合角θで、非線形光学結晶に入射するとする。この時、非線形光学結晶の入射面Q1から測定した、第1励起光と第2励起光のビームが重なっている光路の長さを光路長β(以下、この長さを結合長という)とする。結合長β、ビームの直径R、位相整合角θとの関係は、次式となる。   As shown in FIG. 2, it is assumed that the first excitation light and the second excitation light are incident on the nonlinear optical crystal from the incident surface Q1 with the same beam cross-sectional area S and the phase matching angle θ. At this time, the length of the optical path in which the beams of the first excitation light and the second excitation light overlap, measured from the incident surface Q1 of the nonlinear optical crystal, is an optical path length β (hereinafter, this length is referred to as a coupling length). . The relationship between the coupling length β, the beam diameter R, and the phase matching angle θ is as follows.

図3は、結合長βと位相整合角θとの関係を、スポットの直径Rをパラメータとして、表した特性曲線である。位相整合角θが大きい程、結合長βは短く、また、スポットの直径Rが大きい程、結合長は長くなることが理解される。 FIG. 3 is a characteristic curve showing the relationship between the coupling length β and the phase matching angle θ with the spot diameter R as a parameter. It is understood that the coupling length β is shorter as the phase matching angle θ is larger, and the coupling length is longer as the spot diameter R is larger.

この結合長βの光路からテラヘルツ波が発生される。非線形光学結晶の長さLが結合長βよりも長いと、第1励起光と第2励起光とが重畳していない光路が存在し、この非結合光路は、テラヘルツ波に対しては、損失を与えることになる。非線形光学結晶に、GaPを用いる場合には、低周波数側において支配的な自由キャリアによるテラヘルツ波の吸収は小さく、高周波数側において支配的なフォノンによるテラヘルツ波の吸収は大きい。したがって、非結合光路が長いと、高周波数領域になる程、損失が大きくなる。換言すれば、非線形光学結晶の長さLの増加に対して、テラヘルツ波の出力が最大となる長さLS が存在することになり、その最適長さLS は、テラヘルツ波の周波数が高くなる程、短くなる。 A terahertz wave is generated from the optical path having the coupling length β. When the length L of the nonlinear optical crystal is longer than the coupling length β, there exists an optical path in which the first excitation light and the second excitation light are not superimposed, and this non-coupling optical path is a loss for the terahertz wave. Will give. When GaP is used for the nonlinear optical crystal, the absorption of terahertz waves by free carriers dominant on the low frequency side is small, and the absorption of terahertz waves by dominant phonons on the high frequency side is large. Therefore, if the non-coupled optical path is long, the loss increases as the frequency range becomes higher. In other words, there is a length L S that maximizes the output of the terahertz wave with respect to an increase in the length L of the nonlinear optical crystal, and the optimum length L S has a high frequency of the terahertz wave. I see, it gets shorter.

そこで、本発明は、最適長さLS を、出力するテラヘルツ波の周波数に応じて、結合長βから求める。
ただし、全結合長βにおいて、両励起光は、入射面のスポット断面積で、結合している分けではなく、結合断面積は、光の進行方向に沿って徐々に低下するので、徐々に、結晶の各部分は、テラヘルツ波の放出に寄与するよりは、損失に寄与する方が大きくなる。このため、最適長さLS は、結合長βよりも短い。したがって、LS ≦β,α≧1である。
Therefore, in the present invention, the optimum length L S is obtained from the coupling length β according to the frequency of the output terahertz wave.
However, in the total coupling length β, both excitation lights are not separated in the spot cross-sectional area of the incident surface, but are not divided, but the coupling cross-section gradually decreases along the light traveling direction, Each part of the crystal contributes to loss more than it contributes to the emission of terahertz waves. For this reason, the optimum length L S is shorter than the bond length β. Therefore, L S ≦ β and α ≧ 1.

また、非線形光学結晶の長さを最適長さLS に設定すると、その後は、出力されるテラヘルツ波の周波数が変化しても、この長さを変化させることはできない。非線形光学結晶の長さが最適長さLS に固定された場合には、結合長βは、(10)式により、スポットの直径Rが小さくなるほど、短くなり、逆に、非結合光路の長さは、スポットの直径Rが小さくなるほど、長くなる。すなわち、この結合長の観点からは、スポットの直径Rが小さくなるほど、損失が増大し、出力されるテラヘルツ波の出力は低下することになる。一方、(9)式から、2つの励起光の重なりの最大断面積S(0)が小さい程、2つの励起光の電力密度が高くなり、テラヘルツ波の出力は増大するから、非線形光学結晶の長さが最適長さLS に固定されている場合には、最大出力を得るためのスポットの最適直径Rが存在することになる。そして、その最適直径Rは、位相整合角θ、すなわち、テラヘルツ波の周波数の関数となる。テラヘルツ波の周波数が大きくなると、結合長βが短くなるので、損失は増加することになるため、周波数が高い程、最適直径Rは、大きくなる。一方、スポットの直径Rが大きくなると、結合長が長くなり、この結合長が、非線形結晶の長さを越えると、テラヘルツ波に変換できる有効長が短くなり、出力は低下する。このことから、テラヘルツ波の周波数によらず、結合長βが一定となるように、テラヘルツ波の周波数に応じてスポットの直径Rを制御することで、広帯域において、最大出力が得られる。 If the length of the nonlinear optical crystal is set to the optimum length L S , the length cannot be changed thereafter even if the frequency of the output terahertz wave changes. When the length of the nonlinear optical crystal is fixed to the optimum length L S , the coupling length β decreases as the spot diameter R decreases according to the equation (10), and conversely, the length of the non-coupled optical path. The length increases as the spot diameter R decreases. That is, from the viewpoint of this coupling length, the smaller the spot diameter R, the greater the loss and the lower the output of the output terahertz wave. On the other hand, since the power density of the two excitation lights increases and the output of the terahertz wave increases as the maximum cross-sectional area S (0) of the overlap of the two excitation lights decreases, the output of the terahertz wave increases. If the length is fixed at the optimum length L S , there will be an optimum spot diameter R for obtaining the maximum output. The optimum diameter R is a function of the phase matching angle θ, that is, the frequency of the terahertz wave. When the frequency of the terahertz wave is increased, the coupling length β is shortened, so that the loss is increased. Therefore, the optimum diameter R is increased as the frequency is increased. On the other hand, as the spot diameter R increases, the coupling length increases, and when this coupling length exceeds the length of the nonlinear crystal, the effective length that can be converted into terahertz waves decreases and the output decreases. From this, the maximum output can be obtained in a wide band by controlling the spot diameter R according to the frequency of the terahertz wave so that the coupling length β is constant regardless of the frequency of the terahertz wave.

本発明では、非線形光学結晶の最適長さLS とテラヘルツ波の周波数で決定される位相整合角θとから、第1励起光と第2励起光のスポットの直径Rを制御するものである。これにより、最大出力を得るようにした。 In the present invention, the spot diameter R of the first excitation light and the second excitation light is controlled from the optimum length L S of the nonlinear optical crystal and the phase matching angle θ determined by the frequency of the terahertz wave. Thereby, the maximum output was obtained.

図4に、実施例1にかかるテラヘルツ波発生装置の構成を示す。テラヘルツ波発生装置50は、DFB半導体レーザから成る第1励起光源51と、外部共振型半導体レーザから成る第2励起光源52とを有する。第1励起光源51と第2励起光源52は、それぞれ、1/2波長板53、54を介して、ファイバーアンプ55、56に接続されている。ファイバーアンプ55、56の出力は、それぞれ、レンズ57、58を介して、ミラー59、60に、接続されている。ミラー59により反射された第1励起光は、1/2波長板62を通過して、ミラー63により反射されて、偏光ビームスプリッタ64に入射する。また、ミラー60により反射された第2励起光が1/2波長板61を通過して、偏向ビームスプリッタ64に入力している。偏向ビームスプリンタ64に入射した第1励起光と第2励起光とは、GaP結晶65に入射している。偏光ビームスプリッタ64が本発明の角度調整手段に相当し、GaP結晶65が本発明の非線形光学結晶に相当している。   FIG. 4 illustrates a configuration of the terahertz wave generation device according to the first embodiment. The terahertz wave generator 50 includes a first excitation light source 51 made of a DFB semiconductor laser and a second excitation light source 52 made of an external resonance type semiconductor laser. The first excitation light source 51 and the second excitation light source 52 are connected to fiber amplifiers 55 and 56 via half-wave plates 53 and 54, respectively. The outputs of the fiber amplifiers 55 and 56 are connected to mirrors 59 and 60 via lenses 57 and 58, respectively. The first excitation light reflected by the mirror 59 passes through the half-wave plate 62, is reflected by the mirror 63, and enters the polarization beam splitter 64. Further, the second excitation light reflected by the mirror 60 passes through the half-wave plate 61 and is input to the deflection beam splitter 64. The first excitation light and the second excitation light incident on the deflection beam sprinter 64 are incident on the GaP crystal 65. The polarizing beam splitter 64 corresponds to the angle adjusting means of the present invention, and the GaP crystal 65 corresponds to the nonlinear optical crystal of the present invention.

ファイバーアンプ55、56は、Ybをドープした光ファイバ増幅器である。レンズ57、58は、焦点距離500mmである。このレンズ57、58は、それぞれ、位置調整装置70、71により、光軸方向の位置を調整することが可能となっている。レンズ57、58の光軸方向の位置を調整することで、それらの焦点位置を調整し、それぞれ、ファイバーアンプ55、56から出力される第1励起光及び第2励起光のGaP結晶65の入射面Q1でのビームの直径Rが制御可能となっている。この位置調整装置70、71は、スポット径調整手段を構成する。   The fiber amplifiers 55 and 56 are optical fiber amplifiers doped with Yb. The lenses 57 and 58 have a focal length of 500 mm. The lenses 57 and 58 can be adjusted in position in the optical axis direction by position adjusting devices 70 and 71, respectively. The focal positions of the lenses 57 and 58 are adjusted by adjusting the positions of the lenses 57 and 58 in the optical axis direction, and the first excitation light and the second excitation light output from the fiber amplifiers 55 and 56 are incident on the GaP crystal 65, respectively. The beam diameter R on the surface Q1 can be controlled. The position adjusting devices 70 and 71 constitute spot diameter adjusting means.

偏光ビームスプリッタ64は、三角プリズムの斜面に誘電体多層膜を形成し、2つの三角プリズムを斜面で接着したキューブ型の素子である。偏光ビームスプリッタ64は回転及び光軸方向とその光軸方向に垂直な方向に移動させることができる。たとえば、回転可能に支持された偏光ビームスプリッタ64を1軸ステージ上に乗せることで、回転角度と位置の制御が可能である。偏光ビームスプリッタ64は、その回転、移動を制御することで、第1励起光と第2励起光との成す角度と重なる位置を調整して混合するものである。また、偏光ビームスプリッタ64の回転角、位置によっても、第1励起光及び第2励起光のGaP結晶65の入射面Q1上のスポットの直径Rを制御することも可能である。   The polarization beam splitter 64 is a cube-type element in which a dielectric multilayer film is formed on the slope of a triangular prism and two triangular prisms are bonded together on the slope. The polarization beam splitter 64 can be rotated and moved in the optical axis direction and in a direction perpendicular to the optical axis direction. For example, the rotation angle and the position can be controlled by placing the polarization beam splitter 64 rotatably supported on a single axis stage. The polarization beam splitter 64 controls the rotation and movement of the polarizing beam splitter 64 to adjust and mix the position overlapping the angle formed by the first excitation light and the second excitation light. Further, the diameter R of the spot of the first excitation light and the second excitation light on the incident surface Q1 of the GaP crystal 65 can also be controlled by the rotation angle and position of the polarization beam splitter 64.

GaP結晶65は(110)面で研磨されている。この(110)面が光の入射面となる。実施例1のテラヘルツ波発生装置は、このGaP結晶65に2つの励起光を入射させて差周波混合を生じさせることによりテラヘルツ波を発生させるものである。GaP結晶65は等方性の非線形光学結晶であり、複屈折性を有していないため、2つの励起光に角度を持たせて行う位相整合(ノンコリニア位相整合)によって位相整合条件を満たすようにする。   The GaP crystal 65 is polished on the (110) plane. This (110) plane is the light incident plane. The terahertz wave generating apparatus according to the first embodiment generates terahertz waves by causing two excitation lights to enter the GaP crystal 65 and causing difference frequency mixing. Since the GaP crystal 65 is an isotropic nonlinear optical crystal and does not have birefringence, the phase matching condition is satisfied by phase matching (non-collinear phase matching) performed by providing an angle between the two excitation lights. To do.

ミラー59、60、63は、いずれも光の照射方向を制御するためのものであり、1/2波長板53、54、61、62は、いずれも光の偏光方向を調整するためのものである。このテラヘルツ波発生装置50は、GaP結晶65から第1励起光と第2励起光との差周波数のテラヘルツ波を発生させることができるものである。   The mirrors 59, 60, and 63 are all for controlling the light irradiation direction, and the half-wave plates 53, 54, 61, and 62 are all for adjusting the polarization direction of the light. is there. The terahertz wave generation device 50 can generate a terahertz wave having a difference frequency between the first excitation light and the second excitation light from the GaP crystal 65.

次に、本テラヘルツ波発生装置50により、広帯域に渡り、出力されるテラヘルツ波の周波数、波長を変化させる方法を説明する。
まず、第2励起光源52の回折格子への励起光の入射角を制御することで、第2励起光の周波数をf2 (k)に設定する。次に、第1励起光源51の温度を制御することで、第1励起光の周波数をf10+Δf10から、f10−Δf10へと2Δf10の範囲で変化させる。すると、出力されるテラヘルツ波の周波数はf2 (k)−f10−Δf10から、f2 (k)−f10+Δf10へと幅2Δf10で変化する。すなわち、f2 (k)−f10を中心周波数として、その中心周波数からΔf10だけ低い周波数から、その中心周波数からΔf10だけ高い周波数まで、出力されるテラヘルツ波の周波数を連続的に変化させることができる。
Next, a method of changing the frequency and wavelength of the output terahertz wave over a wide band using the present terahertz wave generator 50 will be described.
First, by controlling the incident angle of the excitation light to the diffraction grating of the second excitation light source 52, the frequency of the second excitation light is set to f 2 (k). Then, by controlling the temperature of the first excitation light source 51, the frequency of the first excitation light from the f 10 + Δf 10, is varied in a range of 2.DELTA.f 10 to f 10 -.DELTA.f 10. Then, the frequency of the output terahertz wave changes from f 2 (k) −f 10 −Δf 10 to f 2 (k) −f 10 + Δf 10 with a width 2Δf 10 . That is, the center frequency f 2 (k) -f 10, only Delta] f 10 from a low frequency from the center frequency, from the center frequency to a higher frequency by Delta] f 10, continuously changing the frequency of the terahertz wave output be able to.

次に、第2励起光源52を制御して、第2励起光源の周波数を第2励起光の周波数をf2 (k+1)に設定する。次に、上記の場合と同様に、第1励起光源51の温度を制御することで、第1励起光の周波数をf10+Δf10から、f10−Δf10へと2Δf10の範囲で変化させる。すると、出力されるテラヘルツ波の周波数はf2 (k+1)−f10−Δf10から、f2 (k+1)−f10+Δf10へと幅2Δf10で変化する。すなわち、f2 (k+1)−f10を中心周波数として、その中心周波数からΔf10だけ低い周波数から、その中心周波数からΔf10だけ高い周波数まで、出力されるテラヘルツ波の周波数を連続的に変化させることができる。f2 (k+1)−f2 (k)≦2Δf10に設定されているので、f2 (k)−f10−Δf10からf2 (k)−f10+Δf10までの周波数領域と、f2 (k+1)−f10−Δf10からf2 (k+1)−f10+Δf10までの周波数領域とは、一部領域が重複するが、連続した領域となる。このように、第2励起光の周波数f2 (k)を順次、変化させて、同様に第1励起光の周波数を温度制御により掃引することで、出力されるテラヘルツ波の周波数は広帯域において連続した周波数となる。 Next, the second pumping light source 52 is controlled to set the frequency of the second pumping light source to the frequency of the second pumping light at f 2 (k + 1). Then, as in the case described above, by controlling the temperature of the first excitation light source 51, the frequency of the first excitation light from the f 10 + Δf 10, is varied in a range of 2.DELTA.f 10 to f 10 -.DELTA.f 10 . Then, the frequency of the output terahertz wave changes from f 2 (k + 1) −f 10 −Δf 10 to f 2 (k + 1) −f 10 + Δf 10 with a width 2Δf 10 . That is, the center frequency f 2 (k + 1) -f 10, only Delta] f 10 from a low frequency from the center frequency, from the center frequency to a higher frequency by Delta] f 10, continuously changing the frequency of the terahertz wave output be able to. Since f 2 (k + 1) is set to -f 2 (k) ≦ 2Δf 10 , a frequency region from f 2 (k) -f 10 -Δf 10 to f 2 (k) -f 10 + Δf 10, f The frequency region from 2 (k + 1) −f 10 −Δf 10 to f 2 (k + 1) −f 10 + Δf 10 is a continuous region although a part of the region overlaps. In this way, by sequentially changing the frequency f 2 (k) of the second pumping light and similarly sweeping the frequency of the first pumping light by temperature control, the frequency of the output terahertz wave is continuous over a wide band. Frequency.

また、f2 (k+1)−f2 (k)=2Δf10に、第2励起光の周波数f2 (k)を設定することで、出力されるテラヘルツ波の周波数は、周波数領域に重なりを生じることなく、連続させることができる。この条件は、第2励起光源のモードホップ間隔が15GHz程度と、出力されるテラヘルツ波の周波数に比べて小さいために、容易に満たすことができる。 Further, by setting the frequency f 2 (k) of the second excitation light to f 2 (k + 1) −f 2 (k) = 2Δf 10 , the frequency of the output terahertz wave overlaps in the frequency domain. Without being continuous. This condition can be easily satisfied because the mode hop interval of the second excitation light source is about 15 GHz, which is smaller than the frequency of the output terahertz wave.

図5は、第2励起光の周波数f2 (k)を285.11THzに設定して、第1励起光の中心周波数f10を283.55THzに設定して、周波数掃引幅2f10を0.5THzとして、出力されるテラヘルツ波を用いて、空気の吸収スペクトルを測定したものである。1.55THz〜2.05THzまで、周波数が連続的に変化していることが分かる。 FIG. 5 shows that the frequency f 2 (k) of the second pumping light is set to 285.11 THz, the center frequency f 10 of the first pumping light is set to 283.55 THz, and the frequency sweep width 2f 10 is set to 0.1. The absorption spectrum of air is measured by using the output terahertz wave as 5 THz. It can be seen that the frequency continuously changes from 1.55 THz to 2.05 THz.

図5の出力されるテラヘルツの帯域を、第2励起光の周波数を順次変化させて、第1励起光の波長を第1波長掃引幅で掃引することで、図6に示すように、1〜7THzの広帯域において、出力されるテラヘルツ波の波長を連続的に変化させることができる。   As shown in FIG. 6, the terahertz band output in FIG. 5 is swept with the first wavelength sweep width by sequentially changing the frequency of the second pump light, and as shown in FIG. In the wide band of 7 THz, the wavelength of the output terahertz wave can be continuously changed.

テラヘルツ波の周波数が変化すると、位相整合角θが変化する。非線形光学結晶がGaPの場合には、周波数fと位相整合角θは、図7に示すような関係にある。したがって、第1励起光、第2励起光の周波数を変化させる時、出力されるテラヘルツ波の周波数に応じて、偏光ビームスプリッタ64の回転角度、位置を制御する。すなわち、図7の特性から、得るテラヘルツ波の周波数fに対応した位相整合角θを読取り、この位相整合角θが実現されるように、偏光ビームスプリッタ64の回転角度、位置が制御される。これは、コンピュータ制御により自動化することが可能である。偏光ビームスプリッタ64及びこの回転角及び位置を制御する装置が角度調整手段を構成する。   When the frequency of the terahertz wave changes, the phase matching angle θ changes. When the nonlinear optical crystal is GaP, the frequency f and the phase matching angle θ have a relationship as shown in FIG. Therefore, when the frequencies of the first excitation light and the second excitation light are changed, the rotation angle and position of the polarization beam splitter 64 are controlled according to the frequency of the output terahertz wave. That is, the phase matching angle θ corresponding to the frequency f of the terahertz wave to be obtained is read from the characteristics shown in FIG. 7, and the rotation angle and position of the polarization beam splitter 64 are controlled so that the phase matching angle θ is realized. This can be automated by computer control. The polarization beam splitter 64 and the device for controlling the rotation angle and position constitute angle adjustment means.

テラヘルツ波の可変周波数範囲が、例えば、1.5〜8.0THzの場合に、最大周波数8.0THzで、スポットの初期直径を最大値とし、その状態で、最大出力が得られるようにGaP結晶65の長さが決定されている。周波数8.0THzにおける位相整合角は、θ=240分であるので、(10)式によりスポットの初期直径Rに対して、結合長βが求められる。これに、非結合長における減衰を考慮して、αを1.2として、GaP結晶65の長さが、最適長さLS であるβ/1.2に設定されている。 When the variable frequency range of the terahertz wave is, for example, 1.5 to 8.0 THz, the maximum frequency is 8.0 THz, the initial diameter of the spot is set to the maximum value, and the GaP crystal is obtained so that the maximum output is obtained in that state. A length of 65 has been determined. Since the phase matching angle at the frequency of 8.0 THz is θ = 240 minutes, the coupling length β is obtained with respect to the initial diameter R of the spot by the equation (10). In consideration of the attenuation in the non-bond length, α is set to 1.2, and the length of the GaP crystal 65 is set to β / 1.2 which is the optimum length L S.

このように設定された状態で、出力されるテラヘルツ波の周波数fが変化する時、それに応じて、(1)式により、スポットの直径Rを決定して、位置調整手段70、71を制御して、レンズ57、58の焦点位置を調整して、スポットの直径Rが制御される。すなわち、周波数によらず結合長βが一定となるようにスポットの直径Rが周波数に応じて変化される。これにより、周波数が低くなると位相整合角θが小さくなり、結合長βが長くなるところ、これを一定とするために、スポットの直径Rを小さくする。このようにして、テラヘルツ波の出力を、全可変範囲において、増大させることができる。   When the frequency f of the output terahertz wave changes in the state set in this way, the spot diameter R is determined by the equation (1) and the position adjusting means 70 and 71 are controlled accordingly. The spot diameter R is controlled by adjusting the focal positions of the lenses 57 and 58. That is, the spot diameter R is changed according to the frequency so that the coupling length β is constant regardless of the frequency. Accordingly, when the frequency is lowered, the phase matching angle θ is reduced and the coupling length β is increased. In order to keep this constant, the spot diameter R is reduced. In this way, the output of the terahertz wave can be increased over the entire variable range.

なお、上記では、最大周波数において、最大出力が得られるようにGaP結晶65の最適長さLS とスポットの初期直径Rを調整したが、次のようにしても良い。スポットの初期直径Rを可変範囲の最小値とし、その状態で、最小周波数において最大出力が得られるようにGaP結晶65の最適長さLS を決定する。そして、出力されるテラヘルツ波の周波数が増大すると、位相整合角θが増大し結合長βが減少しようとするが、この結合長βを一定にするために、スポットの直径Rを増大させるようにしてもよい。また、可変範囲の中央周波数において、スポットの初期直径を可変範囲の中央値に設定して、その状態で、最大出力が得られるようにGaP結晶65の最適長さLS 設定しても良い。そして、テラヘルツの周波数を増大させる場合には、結合長βが一定となるように、スポットの直径Rを増大させ、テラヘルツの周波数を減少させる場合には、結合長βが一定となるように、スポットの直径Rを減少させる。これにより、周波数可変の全範囲において、テラヘルツ波の出力を増大させることができる。 In the above description, the optimum length L S of the GaP crystal 65 and the initial diameter R of the spot are adjusted so that the maximum output can be obtained at the maximum frequency. The initial diameter R of the spot is set to the minimum value of the variable range, and in this state, the optimum length L S of the GaP crystal 65 is determined so that the maximum output is obtained at the minimum frequency. When the frequency of the output terahertz wave increases, the phase matching angle θ increases and the coupling length β tends to decrease. To make this coupling length β constant, the spot diameter R is increased. May be. Alternatively, the optimum length L S of the GaP crystal 65 may be set so that the maximum output is obtained in the state where the initial diameter of the spot is set to the median value of the variable range at the center frequency of the variable range. When the terahertz frequency is increased, the spot diameter R is increased so that the coupling length β is constant, and when the terahertz frequency is decreased, the coupling length β is constant. Reduce the diameter R of the spot. As a result, the output of the terahertz wave can be increased over the entire frequency variable range.

図8、図9は、スポットの直径Rを0.7mmの一定にした状態で、位相整合角θと、出力との関係をGaP結晶65の長さをパラメータとして測定した特性図である。中心周波数が2THzの場合には、GaP結晶65の長さが20mmから2.5mmへと短くなるに連れて、出力が低下していることが分かる。図8の特性では、2THzの周波数では、最適長さLS が20mm以上であることが分かる。また、図9の特性では、3THzでの出力が最大となる最適長さLS は、10mmであることが理解される。すなわち、最適長さは、10mmであり、それよりもGaP結晶の長さが長くても短くても、出力が低下することが理解される。 FIGS. 8 and 9 are characteristic diagrams in which the relationship between the phase matching angle θ and the output is measured using the length of the GaP crystal 65 as a parameter in a state where the spot diameter R is constant at 0.7 mm. When the center frequency is 2 THz, it can be seen that the output decreases as the length of the GaP crystal 65 decreases from 20 mm to 2.5 mm. It can be seen from the characteristics of FIG. 8 that the optimum length L S is 20 mm or more at a frequency of 2 THz. Further, in the characteristics of FIG. 9, it is understood that the optimum length L S at which the output at 3 THz is maximum is 10 mm. In other words, the optimum length is 10 mm, and it is understood that the output is lowered regardless of whether the length of the GaP crystal is longer or shorter than that.

また、図10は、スラヘルツ波の周波数をパラメータとして、GaP結晶の長さと出力との関係を示した特性図である。3THzの場合には、GaP結晶の最適長さLs は、10mm、2.75THzの場合には、GaP結晶の最適長さLs は、10mm、2.52THzの場合には、GaP結晶の最適長さLs は、15mm程度、2THz、1.5THzの場合には、GaP結晶の最適長さLs は20mmよりも長いことが理解される。 FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the GaP crystal and the output using the frequency of the serahertz wave as a parameter. In the case of 3THz, the optimum length L s of the GaP crystal is 10 mm, in the case of 2.75THz, the optimum length L s of the GaP crystal is 10 mm, in the case of 2.52THz the optimal GaP crystals It is understood that the optimum length L s of the GaP crystal is longer than 20 mm when the length L s is about 15 mm, 2 THz, and 1.5 THz.

実施例2は、同時に2方向にテラヘルツ波を発生させることができ、そのテラヘルツ波の周波数が可変であるテラヘルツ波発生装置である。図11は、実施例2のテラヘルツ波発生装置の構造について示した図である。テラヘルツ波発生装置1は、第1励起光源11と、第2励起光源10と、無偏光ビームスプリッタ12と、ファイバーアンプ13と、レンズ14と、レンズ14の焦点位置を変化させる位置調整装置30、偏光ビームスプリッタ15、16と、GaP結晶17と、ミラー18〜20と、1/2波長板21〜24と、を備えている。また、無偏光ビームスプリッタ12が本発明の合波手段に相当し、偏光ビームスプリッタ15が本発明の分割手段に相当し、偏光ビームスプリッタ16が本発明の角度調整手段に相当し、GaP結晶17が本発明の非線形光学結晶に相当している。   The second embodiment is a terahertz wave generator that can generate terahertz waves in two directions at the same time, and the frequency of the terahertz waves is variable. FIG. 11 is a diagram illustrating the structure of the terahertz wave generation device according to the second embodiment. The terahertz wave generator 1 includes a first excitation light source 11, a second excitation light source 10, a non-polarizing beam splitter 12, a fiber amplifier 13, a lens 14, and a position adjusting device 30 that changes the focal position of the lens 14. Polarizing beam splitters 15 and 16, GaP crystal 17, mirrors 18 to 20, and half-wave plates 21 to 24 are provided. The non-polarizing beam splitter 12 corresponds to the multiplexing means of the present invention, the polarizing beam splitter 15 corresponds to the dividing means of the present invention, the polarizing beam splitter 16 corresponds to the angle adjusting means of the present invention, and the GaP crystal 17 Corresponds to the nonlinear optical crystal of the present invention.

第1励起光源11は、実施例1と同様にDFB半導体レーザである。また、第2励起光源10は、実施例1と同様に外部共振型半導体レーザである。ファイバーアンプ13は、Ybをドープした光ファイバ増幅器であり、無偏光ビームスプリッタ12からの合波光を増幅させるものである。   The first excitation light source 11 is a DFB semiconductor laser as in the first embodiment. The second excitation light source 10 is an external resonant semiconductor laser as in the first embodiment. The fiber amplifier 13 is an optical fiber amplifier doped with Yb, and amplifies the combined light from the non-polarizing beam splitter 12.

レンズ14は、焦点距離500mmである。位置調整装置30により、レンズ14の光軸方向の位置を調整することで、GaP結晶17の入射面Q1における、ファイバーアンプ13からの合波光のスポットの直径Rが制御される。この位置調整装置30は、スポット径調整手段を構成する。   The lens 14 has a focal length of 500 mm. By adjusting the position of the lens 14 in the optical axis direction by the position adjusting device 30, the diameter R of the spot of the combined light from the fiber amplifier 13 on the incident surface Q1 of the GaP crystal 17 is controlled. This position adjusting device 30 constitutes a spot diameter adjusting means.

無偏光ビームスプリッタ12および偏光ビームスプリッタ15、16は、三角プリズムの斜面に誘電体多層膜を形成し、2つの三角プリズムを斜面で接着したキューブ型の素子である。偏光ビームスプリッタ16は回転及び光軸方向とそれに垂直な方向に移動させることができる。たとえば、回転可能に支持された偏光ビームスプリッタ16を1軸ステージ上に乗せることで、回転角の制御と位置の制御が可能である。無偏光ビームスプリッタ12に入射した光は、その偏光状態によらずに反射光と透過光とが合成される。偏光ビームスプリッタ15、16に入射した光は、反射光と透過光に分割され、その反射光と透過光の偏光方向は互いに直交する。無偏光ビームスプリッタ12は、第2励起光と第1励起光とを合波するためのものである。偏光ビームスプリッタ15は、第2励起光と第1励起光との合波光を2つに分割するものである。偏光ビームスプリッタ16は、その回転、移動を制御することで、2つの合波光の成す角度と重なる位置を調整して混合するものであり、2つの励起光の位相整合角θや、スポットの直径Rを制御するものである。   The non-polarizing beam splitter 12 and the polarizing beam splitters 15 and 16 are cube-shaped elements in which a dielectric multilayer film is formed on a slope of a triangular prism, and two triangular prisms are bonded together on the slope. The polarization beam splitter 16 can be rotated and moved in the direction perpendicular to the optical axis direction. For example, the rotation angle and the position can be controlled by placing the polarization beam splitter 16 rotatably supported on a single axis stage. The light incident on the non-polarizing beam splitter 12 is combined with the reflected light and the transmitted light regardless of the polarization state. The light incident on the polarization beam splitters 15 and 16 is divided into reflected light and transmitted light, and the polarization directions of the reflected light and transmitted light are orthogonal to each other. The non-polarizing beam splitter 12 is for combining the second excitation light and the first excitation light. The polarization beam splitter 15 divides the combined light of the second excitation light and the first excitation light into two. The polarization beam splitter 16 controls the rotation and movement of the polarization beam splitter 16 so as to adjust and mix the position overlapping the angle formed by the two combined lights. The phase matching angle θ of the two excitation lights and the diameter of the spot are mixed. R is controlled.

GaP結晶17は(110)面で研磨されている。この(110)面が光の入射面となる。実施例1のテラヘルツ波発生装置は、このGaP結晶17に2つの励起光を入射させて差周波混合を生じさせることによりテラヘルツ波を発生させるものである。GaP結晶17は等方性の非線形光学結晶であり、複屈折性を有していないため、2つの励起光に角度を持たせて行う位相整合(ノンコリニア位相整合)によって位相整合条件を満たすようにする。   The GaP crystal 17 is polished on the (110) plane. This (110) plane is the light incident plane. The terahertz wave generator of Example 1 generates terahertz waves by causing two excitation lights to enter the GaP crystal 17 and causing difference frequency mixing. Since the GaP crystal 17 is an isotropic nonlinear optical crystal and does not have birefringence, the phase matching condition is satisfied by phase matching (non-collinear phase matching) performed by giving angles to the two excitation lights. To do.

ミラー18〜20はいずれも光の照射方向を制御するためのものであり、1/2波長板21〜24はいずれも光の偏光方向を調整するためのものである。このテラヘルツ波発生装置は、GaP結晶17から第1励起光と第2励起光との差周波数のテラヘルツ波を2方向に同時に発生させることができるものである。   The mirrors 18 to 20 are all for controlling the light irradiation direction, and the half-wave plates 21 to 24 are for adjusting the polarization direction of the light. This terahertz wave generator is capable of simultaneously generating terahertz waves having a difference frequency between the first excitation light and the second excitation light in two directions from the GaP crystal 17.

以下、テラヘルツ波発生装置によるテラヘルツ波発生の動作についてより詳しく説明する。第1励起光源11から放射される第1励起光は、1/2波長板21を通したのち、無偏光ビームスプリッタ12に入射させる。一方、第2励起光源10から放射される第2励起光は、1/2波長板22を通して、ミラー18により反射させて、無偏光ビームスプリッタ12に入射させる。これにより、偏光方向が揃った状態で第1励起光および第2励起光を合波させ、合波光を出力させる。   Hereinafter, the operation of terahertz wave generation by the terahertz wave generator will be described in more detail. The first excitation light emitted from the first excitation light source 11 passes through the half-wave plate 21 and then enters the non-polarizing beam splitter 12. On the other hand, the second excitation light emitted from the second excitation light source 10 is reflected by the mirror 18 through the half-wave plate 22 and is incident on the non-polarizing beam splitter 12. Thereby, the first excitation light and the second excitation light are combined with the polarization directions aligned, and the combined light is output.

次に、無偏光ビームスプリッタ12から出力された合波光をファイバーアンプ13に入射させ、合波光を増幅させる。   Next, the combined light output from the non-polarizing beam splitter 12 is incident on the fiber amplifier 13 to amplify the combined light.

次に、レンズ14によって合波光を集光し、位置調整装置30により、レンズ14の光軸方向の位置を調整して、GaP結晶17の入射面Q1におけるスポットの直径Rが制御される。   Next, the combined light is condensed by the lens 14 and the position adjusting device 30 adjusts the position of the lens 14 in the optical axis direction, thereby controlling the diameter R of the spot on the incident surface Q1 of the GaP crystal 17.

次に、偏光ビームスプリッタ15によって合波光を、合波光A、Bの2つに分割する。一方の合波光Aは、1/2波長板23を通して偏光ビームスプリッタ16に入射させる。他方の合波光Bは、ミラー19によって反射させ、1/2波長板24を透過し、さらにミラー20によって反射させたのち、偏光ビームスプリッタ16に入射させる。そして、偏光ビームスプリッタ16によって、GaP結晶17において2つの合波光A、Bが角度を成して混合するようにする。合波光A、Bの成す角度および重なる位置は、偏光ビームスプリッタ16を回転、移動させることで制御することができる。合波光A、Bの成す角度は位相整合条件を満たすように制御する。   Next, the polarization beam splitter 15 splits the combined light into two, combined light A and B. One of the combined lights A is incident on the polarization beam splitter 16 through the half-wave plate 23. The other combined light B is reflected by the mirror 19, transmitted through the half-wave plate 24, further reflected by the mirror 20, and then incident on the polarization beam splitter 16. Then, the two combined lights A and B are mixed at an angle in the GaP crystal 17 by the polarization beam splitter 16. The angle formed by the combined lights A and B and the overlapping position can be controlled by rotating and moving the polarization beam splitter 16. The angle formed by the combined lights A and B is controlled so as to satisfy the phase matching condition.

2つの合波光A、Bは、GaP結晶17の(110)面に重ね合わせて入射させる。(110)面に入射させるのは、他の結晶面よりも効率よくTOフォノンが励起され、効率よくテラヘルツ波を発生させることができるからである。また、合波光A、Bの偏光方向は、一方が[001]軸方向となるように、他方が[1−10]軸方向となるようにする。これは、ラマン選択則から導かれるフォノンの励起効率に優れるからである。いずれの現象もGaP結晶のフォノン−ポラリトンの分散曲線から説明される。   The two combined lights A and B are incident on the (110) plane of the GaP crystal 17 in a superimposed manner. The reason for entering the (110) plane is that TO phonons are excited more efficiently than other crystal planes, and terahertz waves can be generated efficiently. The polarization directions of the combined lights A and B are set so that one is in the [001] axis direction and the other is in the [1-10] axis direction. This is because the phonon excitation efficiency derived from the Raman selection rule is excellent. Both phenomena are explained from the phonon-polariton dispersion curves of GaP crystals.

GaP結晶17中では差周波混合によってフォノン−ポラリトンが励起され、第2励起光と第1励起光との差周波数のテラヘルツ波が発生する。図12は、GaP結晶17中における第1励起光、第2励起光、およびテラヘルツ波(フォノン−ポラリトン)の波数ベクトルの関係を示した図である。図12中において、ks は合波光A中の第1励起光の波数ベクトル、kp は合波光B中の第2励起光の波数ベクトル、ks ’は合波光B中の第1励起光の波数ベクトル、kp ’は合波光A中の第2励起光の波数ベクトル、q、q’は発生するテラヘルツ波の波数ベクトルを示している。q=kp −ks 、q’=kp ’−ks ’である。この図12のように、第2励起光の波数ベクトルと第1励起光の波数ベクトルとの差kp −ks 、kp ’−ks ’がテラヘルツ波の波数ベクトルq、q’と一致するときに位相整合条件が満たされる。2本の合波光A、Bを入射させているため、一方の合波光B中の第2励起光と他方の合波光A中の第1励起光によるテラヘルツ波(q=kp −ks 、図12(a)参照)と、一方の合波光A中の第2励起光と他方の合波光B中の第1励起光によるテラヘルツ波(q’=kp ’−ks ’、図12(b)参照)の2波が発生し、GaP結晶17からそれぞれ異なる方向に放射される。すなわち、qとkp との成す角度と、q’とkp ’との成す角度が等しく、kp +kp ’の方向に対して対称的な2方向にテラヘルツ波が出力される。 In the GaP crystal 17, phonon-polaritons are excited by difference frequency mixing, and a terahertz wave having a difference frequency between the second excitation light and the first excitation light is generated. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the first excitation light, the second excitation light, and the terahertz wave (phonon-polariton) wave vector in the GaP crystal 17. In FIG. 12, k s is the wave number vector of the first excitation light in the combined light A, k p is the wave number vector of the second excitation light in the combined light B, and k s ′ is the first excitation light in the combined light B. , K p ′ represents the wave vector of the second excitation light in the combined light A, and q and q ′ represent the wave vector of the generated terahertz wave. q = k p −k s , q ′ = k p ′ −k s ′. As shown in FIG. 12, the difference k p −k s , k p ′ −k s ′ between the wave number vector of the second pump light and the wave vector of the first pump light matches the wave vector q, q ′ of the terahertz wave. When the phase matching condition is satisfied. Since the two combined lights A and B are made incident, the terahertz wave (q = k p −k s) generated by the second excitation light in one combined light B and the first excitation light in the other combined light A, 12 (a)), terahertz waves (q ′ = k p ′ −k s ′) of the second excitation light in one combined light A and the first excitation light in the other combined light B, FIG. b))) are generated and emitted from the GaP crystal 17 in different directions. That is, the angle between q and k p, the angle between q 'and k p' equal, the terahertz wave symmetrical two directions to the direction of k p + k p 'is output.

また、レンズ14によってシグナル光およびポンプ光を同時に集光しているため、GaP結晶17において合波光A、Bのビーム形状はほぼ円形となる。そのため、合波光A、Bを効率的に重ね合わせることができる。   Further, since the signal light and the pump light are simultaneously condensed by the lens 14, the beam shapes of the combined lights A and B in the GaP crystal 17 are almost circular. Therefore, the combined lights A and B can be efficiently superimposed.

以上のように、実施例2のテラヘルツ波発生装置からは、同時に2方向にテラヘルツ波が発生する。したがって、実施例2のテラヘルツ波発生装置を用いて分光装置を構築すれば、テラヘルツ波を光学部品を用いて分割して参照光を生成する必要がないので、低コストに分光装置を構築することができ、また高精度に分光測定を行うことができる。   As described above, terahertz waves are generated in two directions simultaneously from the terahertz wave generating apparatus according to the second embodiment. Therefore, if the spectroscopic device is constructed using the terahertz wave generation device according to the second embodiment, it is not necessary to divide the terahertz wave using optical components to generate the reference light, so that the spectroscopic device is constructed at low cost. Spectroscopic measurement can be performed with high accuracy.

実施例2においても、実施例1と同様に、広い波長帯域において、出力されるテラヘルツ波の波長を連続的に変化させることができ、テラヘルツ波の周波数に係わらず、出力を最大とすることができる。またなお、上記実施例では非線形光学結晶としてGaP結晶を用いたが、差周波混合によってテラヘルツ波を発生させ、ノンコリニア位相整合により位相整合条件を満たすことができる非線形光学結晶であれば他のものを用いてもよい。たとえば、LiNbO3 結晶などを用いることができる。 In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the wavelength of the output terahertz wave can be continuously changed in a wide wavelength band, and the output can be maximized regardless of the frequency of the terahertz wave. it can. In the above embodiment, a GaP crystal is used as the nonlinear optical crystal. However, other nonlinear optical crystals that can generate a terahertz wave by difference frequency mixing and satisfy the phase matching condition by non-collinear phase matching can be used. It may be used. For example, a LiNbO 3 crystal can be used.

本発明のテラヘルツ波発生装置は、分光法などに用いることができる。   The terahertz wave generator of the present invention can be used for spectroscopy and the like.

実施例1のテラヘルツ波発生装置の原理を示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed the principle of the terahertz wave generator of Example 1. FIG. 第1励起光と第2励起光の結合長を示した説明図。Explanatory drawing which showed the coupling length of 1st excitation light and 2nd excitation light. 位相整合角と結合長との関係を励起光のスポットの直径をパラメータとして表した特性図。The characteristic view which represented the relationship between a phase matching angle and coupling length as the parameter of the diameter of the spot of excitation light. 実施例1のテラヘルツ波発生装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the terahertz wave generator of Example 1. FIG. 実施例1の装置により出力されるテラヘルツ波を用いた空気のスペクトラム吸収特性の測定図。FIG. 3 is a measurement diagram of air spectrum absorption characteristics using terahertz waves output by the apparatus of Example 1; 広帯域で波長が可変であることを示す出力されるテラヘルツ波の周波数帯域を示した説明図。Explanatory drawing which showed the frequency band of the terahertz wave output which shows that a wavelength is variable in a wide band. GaP結晶における位相整合角と出力されるテラヘルツ波の周波数との関係を示した特性図。The characteristic view which showed the relationship between the phase matching angle in GaP crystal | crystallization, and the frequency of the terahertz wave output. スポットの直径Rを一定にした状態で、位相整合角θと、出力との関係をGaP結晶の長さをパラメータとして測定した特性図。The characteristic view which measured the relationship between the phase matching angle | corner (theta) and the output in the state which made the diameter R of the spot constant, using the length of GaP crystal as a parameter. スポットの直径Rを一定にした状態で、位相整合角θと、出力との関係をGaP結晶の長さをパラメータとして測定した特性図。The characteristic view which measured the relationship between the phase matching angle | corner (theta) and the output in the state which made the diameter R of the spot constant, using the length of GaP crystal as a parameter. スラヘルツ波の周波数をパラメータとして、GaP結晶の長さと出力との関係を示した特性図。The characteristic view which showed the relationship between the length of a GaP crystal | crystallization, and an output by using the frequency of a slahertz wave as a parameter. 実施例2のテラヘルツ波発生装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the terahertz wave generator of Example 2. FIG. 波数ベクトルの関係を示した図。The figure which showed the relationship of the wave vector.

符号の説明Explanation of symbols

51、11:第1励起光源
52、10:第2励起光源
12:無偏光ビームスプリッタ
13:ファイバーアンプ
14:レンズ
15、16:偏光ビームスプリッタ
17:GaP結晶
51, 11: First excitation light source 52, 10: Second excitation light source 12: Non-polarization beam splitter 13: Fiber amplifier 14: Lens 15, 16: Polarization beam splitter 17: GaP crystal

Claims (6)

波長可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置において、
第1励起光を放射する第1励起光源と、
前記第1励起光との周波数差がテラヘルツ帯域である第2励起光を放射する第2励起光源と、
出力されるテラヘルツ波の周波数に応じて、前記第1励起光と前記第2励起光の成す角度が位相整合角となるよう角度を調整して混合させる角度調整手段と、
2つの前記励起光が位相整合角を成して入射し、差周波混合によってテラヘルツ波を放射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶に入射する前記第1励起光及び第2励起光のスポット径を、調整するスポット径調整手段と
を備えたことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
In a terahertz wave generator for generating a wavelength-tunable terahertz wave,
A first excitation light source that emits first excitation light;
A second excitation light source that emits second excitation light having a frequency difference from the first excitation light in a terahertz band;
An angle adjusting means for adjusting and mixing the angle so that the angle formed by the first excitation light and the second excitation light becomes a phase matching angle according to the frequency of the output terahertz wave;
A nonlinear optical crystal in which the two excitation lights are incident at a phase matching angle and radiate a terahertz wave by difference frequency mixing;
A terahertz wave generator comprising: spot diameter adjusting means for adjusting spot diameters of the first excitation light and the second excitation light incident on the nonlinear optical crystal.
波長可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置において、
第1励起光を放射する第1励起光源と、
前記第1励起光との周波数差がテラヘルツ帯域である第2励起光を放射する第2励起光源と、
前記第1励起光と前記第2励起光とを合波させて合波光を生成する合波手段と、
前記合波光を2つに分割する分割手段と、
前記分割手段により分割された2つの合波光の成す角度が位相整合角となるように角度を調整して混合させる角度調整手段と、
2つの合波光が位相整合角を成して入射し、差周波混合によって同時に2方向にテラヘルツ波を放射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶に入射する前記第1励起光及び第2励起光のスポット径を、調整するスポット径調整手段と
を備えたことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
In a terahertz wave generator for generating a wavelength-tunable terahertz wave,
A first excitation light source that emits first excitation light;
A second excitation light source that emits second excitation light having a frequency difference from the first excitation light in a terahertz band;
A multiplexing unit configured to combine the first excitation light and the second excitation light to generate combined light;
Splitting means for splitting the combined light into two;
Angle adjusting means for adjusting and mixing the angle so that the angle formed by the two combined lights divided by the dividing means becomes a phase matching angle;
A non-linear optical crystal in which two combined lights are incident at a phase matching angle and radiate a terahertz wave in two directions simultaneously by difference frequency mixing;
A terahertz wave generator comprising: spot diameter adjusting means for adjusting spot diameters of the first excitation light and the second excitation light incident on the nonlinear optical crystal.
前記スポット径調整手段は、前記位相整合角に応じて変化させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のテラヘルツ波発生装置。   The terahertz wave generating device according to claim 1 or 2, wherein the spot diameter adjusting means is changed according to the phase matching angle. 前記スポット径調整手段は、前記位相整合角及び前記非線形光学結晶の長さに応じて、変化させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のテラヘルツ波発生装置。   3. The terahertz wave generating device according to claim 1, wherein the spot diameter adjusting unit is changed according to the phase matching angle and the length of the nonlinear optical crystal. 前記スポット径調整手段は、スポットの直径Rmmを、非線形光学結晶の長さLmm、位相整合角θ、比例定数αを用いて、
で制御することを特徴とする請求項4に記載のテラヘルツ波発生装置。
The spot diameter adjusting means uses the spot diameter Rmm, the length Lmm of the nonlinear optical crystal, the phase matching angle θ, and the proportional constant α,
The terahertz wave generator according to claim 4, wherein
前記非線形光学結晶の光の伝搬方向の長さは、出力されるテラヘルツ波の出力が最大となる長さに設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のテラヘルツ波発生装置。   6. The length of the nonlinear optical crystal in the light propagation direction is set to a length that maximizes the output of the output terahertz wave. 6. The terahertz wave generator described.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017116725A (en) * 2015-12-24 2017-06-29 澁谷工業株式会社 Electromagnetic wave generator
JP2018091931A (en) * 2016-11-30 2018-06-14 澁谷工業株式会社 Terahertz light generation device
JP2020503569A (en) * 2016-12-22 2020-01-30 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィクCentre National De La Recherche Scientifique Terahertz laser source and method for emitting terahertz radiation
JP2020525791A (en) * 2017-06-29 2020-08-27 ユニヴェルシテ・デュ・リトラル・コート・ドパール High finesse Fabry-Perot cavity and method therefor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017116725A (en) * 2015-12-24 2017-06-29 澁谷工業株式会社 Electromagnetic wave generator
JP2018091931A (en) * 2016-11-30 2018-06-14 澁谷工業株式会社 Terahertz light generation device
JP2020503569A (en) * 2016-12-22 2020-01-30 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィクCentre National De La Recherche Scientifique Terahertz laser source and method for emitting terahertz radiation
JP7061620B2 (en) 2016-12-22 2022-04-28 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク Terahertz laser source and method for emitting terahertz radiation
JP2020525791A (en) * 2017-06-29 2020-08-27 ユニヴェルシテ・デュ・リトラル・コート・ドパール High finesse Fabry-Perot cavity and method therefor

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