JP2011103321A - 電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 - Google Patents
電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011103321A JP2011103321A JP2009256871A JP2009256871A JP2011103321A JP 2011103321 A JP2011103321 A JP 2011103321A JP 2009256871 A JP2009256871 A JP 2009256871A JP 2009256871 A JP2009256871 A JP 2009256871A JP 2011103321 A JP2011103321 A JP 2011103321A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnetic wave
- amplification unit
- unit
- refractive index
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
【解決手段】屈折率の異なる2つの光学層を、電磁波が入射する入射軸方向に1組以上積層した第1電磁波増幅部2と、屈折率の異なる2つの光学層を、入射軸方向に1組以上積層した第2電磁波増幅部3と、入射軸方向において、第1電磁波増幅部2と第2電磁波増幅部3との間に介設した電磁波検出部4と、を備え、第1電磁波増幅部2における2つの光学層間の屈折率比と、第2電磁波増幅部3おける2つの光学層間の屈折率比と、が異なることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
このようなテラヘルツ光源では、軸方向から照射された励起光(波)が、ミラー部を透過し、欠陥部に到達して増幅され、欠陥部がテラヘルツ光を発生する。逆に、軸方向から光(電磁波)を入射すると、ミラー部を透過し、欠陥部において増幅され、テラヘルツ波を検出することができる。
また、各電磁波増幅部は、励起波およびテラヘルツ波の両波長帯を透過する材料(当該波長帯で透明な材料)で形成する必要があるため、使用できる材料が制限されるという問題が生じていた。
しかし、これらの構成によれば、電磁波検出(発生)部の基板は、穿孔部を設けることで、発生した電磁波の透過を妨げる基板を除去(または薄く)することができる。これにより、発生する電磁波の発生効率を低下させることがない。また、アンテナにおいて増幅する電磁波の電界(テラヘルツ電界)が強くなるため、電磁波の検出感度が向上する。
第1実施形態に係る電磁波検出装置1は、励起波IRを入射することで生じる光電効果に利用して、入射されたテラヘルツ波THzを増幅して検出するものである。また、第1実施形態に係る電磁波発生装置5は、励起波IRを入射することで生じる光電効果に利用して、増幅したテラヘルツ波THzを発生するものである。電磁波検出装置1と電磁波発生装置5とは、同一の構造であるため、以下、電磁波検出装置1を例に挙げて説明する。なお、励起波IRとしては、赤外線(800nm)を用いている。
ここで、電磁波検出部4において検出する「電磁波」としては、電波、光波若しくは電波と光波の中間の性質を有するテラヘルツ波THzを含むものであるが、本実施形態では、「テラヘルツ波THz」を対象とする。「テラヘルツ波THz」とは、0.1〜10THz程度の周波数を有するものを意味している。
なお、電磁波発生装置5においては、間隙間に電圧が印加された状態で、励起波IRを入射させることで、テラヘルツ波THzを発生させることができる。
なお、この様なエッチングを行うためには、光伝導膜42を形成前に、基板41上に予めエッチストップ層(図示省略)を形成しておき、基板41を除去した後に、エッチストップ層を除去する。また、エッチングストップ層は、除去せず残してもよい。さらに、穿孔部41aと第1電磁波増幅部2との隙間に、テラヘルツ波THzに対して吸収の少ない樹脂等(基板41とは異なる材料、例えばポリプロピレン等)を充填して、補強する形態としてもよい。
(1)第1電磁波増幅部2側から、テラヘルツ波THzおよび励起波IRを入射させて検出を行う場合(図4(a)参照)には、(1−1)第1光透過性部材21(第1固体層2a)にMgOを使用し、第2光透過性部材31(第2固体層3a)にSiを使用する構成、または(1−2)第1光透過性部材21にMgOを使用し、第2光透過性部材31にGeを使用する構成、とすることが考えられる。この場合、第2光透過性部材31は、励起波IRに対して透過率が高い必要がない、つまりテラヘルツ波THzに対してのみ透過率が高ければよいため、第2光透過性部材31を構成する材料(材質)の選択の自由度が向上する。
(2)第1電磁波増幅部2側から、テラヘルツ波THzおよび励起波IRを入射させて検出を行う場合(図4(a)参照)、および第1電磁波増幅部2側からテラヘルツ波THzを入射させ、第2電磁波増幅部3側から励起波IRを入射させて検出を行う場合(図4(b)参照)には、第1光透過性部材21(第1固体層2a)にSiO2を使用し、第2光透過性部材31(第2固体層3a)にMgOを使用する構成が考えられる。第1電磁波増幅部2側からテラヘルツ波THzを、第2電磁波増幅部3側から励起波IRを、それぞれ入射させる場合、第1電磁波増幅部2は、テラヘルツ波THzに対してのみ透過率が高ければよいため、第1光透過性部材21を構成する材料(材質)の選択の自由度が向上する。
なお、いずれの場合も、第1中空層2bおよび第2中空層3bには、空気が充填されている。しかし、各中空層2b,3bに水分(水蒸気)が存在するとテラヘルツ波THzの吸収が起こるため、各中空層2b,3bを真空状態とするか、窒素ガス等で置換することが好ましい。
また、参考として、第1電磁波増幅部2側からテラヘルツ波THzを入射させ、第2電磁波増幅部3側から励起波IRを入射させて検出を行う場合において、第1光透過性部材21(第1固体層2a)にGe/Siを使用し、第2光透過性部材31(第2固体層3a)にMgOを使用する構成とした場合には、第1電磁波増幅部2の積層周期を17周期としたときに、約200倍となることが確認された。
(変形例(1))
変形例(1)では、第1電磁波増幅部2を穿孔部41aに挿入せず、第1電磁波増幅部2を、穿孔部41aを形成した基板41上に設けている(図5(a)参照)。
(変形例(2))
変形例(2)では、光伝導膜42を露出させず基板41を僅かに残すように穿孔部41aを形成する。そして、第1電磁波増幅部2を穿孔部41aに挿入する(図5(b)上段参照)、または穿孔部41aを形成した基板41上に設けている(図5(b)下段参照)。これにより、基板41の剛性が失われないため、光伝導膜42およびアンテナ43を適切に保持しつつ、基板41によるテラヘルツ波THzの吸収を抑制することができる。なお、変形例(2)の場合、基板41を、SI−GaAsに代えてSiを用いてもよい。
(変形例(3))
変形例(3)では、光伝導膜42のみを残して基板41を完全に除去している(図5(c)参照)。このように基板41を完全に除去する方法の一例を、図6を参照して説明する。
基板41上に光伝導膜42を形成(図6(a)参照)した後に、光伝導膜42上に第1電磁波増幅部2を積層する(図6(b)参照)。その後、基板41を研磨(研削)することで除去し、光伝導膜42を露出させ(図6(c)参照)、そこにアンテナ43を配設する(図6(d)参照)。そして、その上に第2電磁波増幅部3を積層する(図6(e)参照)。他にも、エッチングにより基板41を除去してもよい。
(変形例(4))
ここでは、一対のアンテナ本体43bに接する部分にのみ第2電磁波増幅部3を配設している(図5(d)参照)。すなわち、第2電磁波増幅部3が一対の電極部43aにかからないように配設されている。
これらの各変形例に示す電磁波検出部4であっても、基板41によるテラヘルツ波THzの吸収を抑制することができ、テラヘルツ波THzの検出感度を向上させることができる。なお、上記した電磁波検出部4においては、穿孔部41a側からテラヘルツ波THzが入射するようになっているが、テラヘルツ波THzの入射(照射)面は、光伝導膜42の側でもよい。この場合、第1電磁波増幅部2はテラヘルツ波THzの入射側に設けるようにする。
電磁波発生装置5は、第2電磁波増幅部3側から励起波IRを入射すると、励起波IRは、第2固体層3aと第2中空層3bとを通過して、電磁波発生部6に到達する。すると、光電効果により電磁波発生部6がテラヘルツ波THzを発生する。この電磁波発生装置5では、上記した電磁波検出装置1と同様に、テラヘルツ波THzの増倍効果が高いため、より高強度なテラヘルツ波THzを出力させることができる。
一方、ビームスプリッター72により分けられたプローブ光は、複数の反射鏡79によって、遅延光学系73に照射される。そして、遅延光学系73によって時間遅延を与えられたプローブ光は、電磁波検出装置1の第2電磁波増幅部3に入射する。電磁波検出装置1の電磁波検出部4で検出された信号は、信号処理装置74に入力され、信号処理装置74により信号処理が行われる。測定試料Sからの透過したテラヘルツ波THzの時間波形および測定試料Sの無い状態でのテラヘルツ波THzの時間波形は、各々時系列データとして記憶され、これらをPC77でフーリエ変換処理して周波数空間に変換する。こうして、測定試料Sからのテラヘルツ波THzの強度振幅や位相の分光スペクトルが得られ、測定試料Sの物性などの情報を調べることができる。
図8を参照して、第2実施形態に係る電磁波検出装置1(または電磁波発生装置5)について説明する。第1実施形態における電磁波検出装置1の電磁波検出部4および電磁波発生装置5の電磁波発生部6は、それぞれ、いわゆる光伝導アンテナから構成されていたが、第2実施形態に係る電磁波検出装置1および電磁波発生装置5では、電磁波検出部4および電磁波発生部6を非線形光学結晶8で構成している。第2実施形態に係る電磁波検出装置1および電磁波発生装置5は、非線形光学結晶8に励起波IRを入射することで生じる光整流効果を利用して、入射されたテラヘルツ波THzを増幅して検出、または増幅したテラヘルツ波THzを発生するものである。具体的な非線形光学結晶8としては、例えば、ZnTe(ジンクテルル)やLiTaO3、LiNbO3などの無機非線形光学結晶、有機非線形光学結晶、GaAs、ZnTe、CdTe、GaSeなどの半導体、ポリマー等によって形成されている。
図9を参照して、第3実施形態に係る電磁波検出装置1(または電磁波発生装置5)について説明する。以下、電磁波検出装置1の第1電磁波増幅部2を例に挙げて説明する。
図9(a)に示すように、第3実施形態における第1電磁波増幅部2では、第1中空部材22に代えて、第1光透過性部材21との接合面に複数の凸部24をマトリクス状に形成した第1凹凸部材23によって形成されている。この第1凹凸部材23の各凸部24の高さ、および各凸部24同士のピッチは、テラヘルツ波THzの波長よりも小さくなるように形成されている。また、第1凹凸部材23は、テラヘルツ波THzおよび励起波IRの吸収の少ない樹脂等で形成することが好ましい。そして、第1光透過性部材21からなる第1固体層2a(屈折率:N1a)と、第1凹凸部材23からなる凹凸固体層2c(屈折率:N1c(<N1a))とが、交互に配設された第1電磁波増幅部2は、光学的には第1固体層2aの屈折率(N1a)と等価になる。これは、図9(b)に示すように、テラヘルツ波THzの波長以下の大きさの凹凸をつけることで、第1光透過性部材21(第1固体層2a)と第1凹凸部材23(凹凸固体層2c)との境界面で、屈折率が滑らかに変化することにより、この境界面での反射が略無くなるからであると考えられる。なお、第2電磁波増幅部3についても同様である。また、上記した複数の凸部24は、第1光透過性部材21側に設けてもよい。
以上のような構成によれば、屈折率が高く、テラヘルツ波THzの吸収が小さい第1電磁波増幅部2を構成することができる。これにより、良好な増幅率をもってテラヘルツ波THzを検出することができる。
Claims (9)
- 屈折率の異なる2つの光学層を、電磁波が入射する入射軸方向に1組以上積層した第1電磁波増幅部と、
屈折率の異なる2つの光学層を、前記入射軸方向に1組以上積層した第2電磁波増幅部と、
前記入射軸方向において、前記第1電磁波増幅部と前記第2電磁波増幅部との間に介設した電磁波検出部と、を備え、
前記第1電磁波増幅部における前記2つの光学層間の屈折率比と、前記第2電磁波増幅部おける前記2つの光学層間の屈折率比と、が異なることを特徴とする電磁波検出装置。 - 前記第1電磁波増幅部は、電磁波の入射側に位置しており、
前記第1電磁波増幅部の前記屈折率比に対し、前記第2電磁波増幅部の前記屈折率比が高いことを特徴とする請求項1に記載の電磁波検出装置。 - 前記電磁波検出部は、光伝導アンテナおよび非線形光学結晶のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の電磁波検出装置。
- 前記電磁波検出部は、基板と、前記基板上に形成したアンテナを有する光伝導素子とから成る光伝導アンテナであり、
前記第1電磁波増幅部および前記第2電磁波増幅部の一方は、前記アンテナに向って前記基板に形成した穿孔部に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波検出装置。 - 屈折率の異なる2つの光学層を、励起波が入射する入射軸方向に1組以上積層した第1電磁波増幅部と、
屈折率の異なる2つの光学層を、前記入射軸方向に1組以上積層した第2電磁波増幅部と、
前記入射軸方向において、前記第1電磁波増幅部と前記第2電磁波増幅部との間に介設した電磁波発生部と、を備え、
前記第1電磁波増幅部における前記2つの光学層間の屈折率比と、前記第2電磁波増幅部おける前記2つの光学層間の屈折率比と、が異なることを特徴とする電磁波発生装置。 - 前記第1電磁波増幅部は、電磁波の発生側に位置しており、
前記第1電磁波増幅部の前記屈折率比に対し、前記第2電磁波増幅部の前記屈折率比が高いことを特徴とする請求項5に記載の電磁波発生装置。 - 前記電磁波発生部は、光伝導アンテナおよび非線形光学結晶のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の電磁波発生装置。
- 前記電磁波発生部は、基板と、前記基板上に形成したアンテナを有する光伝導素子とから成る光伝導アンテナであり、
前記第1電磁波増幅部および前記第2電磁波増幅部の一方は、前記アンテナに向って前記基板に形成した穿孔部に配設されていることを特徴とする請求項5に記載の電磁波発生装置。 - 電磁波検出側に設けた請求項1の電磁波検出装置と、
電磁波発生側に設けた請求項5の電磁波発生装置と、を備えたことを特徴とする時間領域分光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009256871A JP2011103321A (ja) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009256871A JP2011103321A (ja) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011103321A true JP2011103321A (ja) | 2011-05-26 |
Family
ID=44193552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009256871A Pending JP2011103321A (ja) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011103321A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020034738A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 非線形光学素子、電磁波検出装置及び電磁波検出方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004172177A (ja) * | 2002-11-18 | 2004-06-17 | Communication Research Laboratory | 発信装置 |
JP2004279604A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 波長変換装置 |
JP2009080448A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Kagawa Univ | テラヘルツ光源 |
-
2009
- 2009-11-10 JP JP2009256871A patent/JP2011103321A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004172177A (ja) * | 2002-11-18 | 2004-06-17 | Communication Research Laboratory | 発信装置 |
JP2004279604A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 波長変換装置 |
JP2009080448A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Kagawa Univ | テラヘルツ光源 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020034738A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 非線形光学素子、電磁波検出装置及び電磁波検出方法 |
JP7142904B2 (ja) | 2018-08-30 | 2022-09-28 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 非線形光学素子、電磁波検出装置及び電磁波検出方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5419411B2 (ja) | テラヘルツ波発生素子 | |
US9759689B2 (en) | Real-time detection and imaging of terahertz pulse radiation by using photoacoustic conversion | |
US9304373B2 (en) | Terahertz wave generation element, terahertz wave detection element, and terahertz time domain spectroscope device | |
Peiponen et al. | Terahertz spectroscopy and imaging | |
JP5354582B2 (ja) | テラヘルツ波発生装置 | |
JP5527570B2 (ja) | テラヘルツ光源 | |
CN108780043B (zh) | 用于太赫兹图像的高对比度、近实时采集的系统和方法 | |
US7177071B2 (en) | Semiconductor crystal for generating terahertz waves, terahertz wave-generator incorporating the crystal, semiconductor crystal for detecting terahertz waves, and terahertz waves detector incorporating the crystal | |
WO2006062073A1 (ja) | テラヘルツ波発生方法及び装置 | |
US9040918B2 (en) | Terahertz wave detection device and method | |
CN102621767B (zh) | 一种基于光抽运无基底石墨烯的太赫兹波放大装置 | |
Nath et al. | Far-infrared absorber based on standing-wave resonances in metal-dielectric-metal cavity | |
Ahmadivand et al. | Deep-and vacuum-ultraviolet metaphotonic light sources | |
JP2015117964A (ja) | テラヘルツ分光システム | |
Ng et al. | Excitation and detection of acoustic phonons in nanoscale systems | |
US20100054296A1 (en) | Terahertz wave generating apparatus and terahertz wave generating method | |
JP5618119B2 (ja) | テラヘルツ光検出素子および光学設備 | |
JP2007263891A (ja) | 電磁波検出装置 | |
JP4838111B2 (ja) | 電磁波検出器及び電磁波検出システム | |
JP2011103321A (ja) | 電磁波検出装置、電磁波発生装置およびこれらを用いた時間領域分光装置 | |
JP2013080939A (ja) | 光伝導基板およびこれを用いた電磁波発生検出装置 | |
Matsui et al. | Terahertz wave emission from plasmonic chiral metasurfaces | |
US7091506B2 (en) | Semiconductor surface-field emitter for T-ray generation | |
RU2522798C1 (ru) | Оптико-терагерцовый преобразователь | |
JP3922463B2 (ja) | 赤外光放射装置および赤外光検出装置ならびに時系列変換パルス分光計測装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121010 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130502 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20130502 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131225 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140422 |