JP2011203339A - テラヘルツ波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い領域で効率良く非線形光学効果を生じさせる、高効率且つ高出力のテラヘルツ波発生装置を提供する。
【解決手段】テラヘルツ波発生装置は、パルス光である近赤外光Ｌ_１を射出するフェムト秒パルス光源１と、射出された近赤外光Ｌ_１を回折する回折格子２と、レンズ３および５を含む光学系と、近赤外光Ｌ_１の照射によりテラへエルツ波Ｌ_２を発生するＬｉＮｂＯ_３結晶６とを備える。レンズ３と５を含む光学系は、回折格子２の回折面Ｓ_０と光学的に共役な面Ｓ_０’の少なくとも一部がＬｉＮｂＯ_３結晶６内に形成され、且つ、ＬｉＮｂＯ_３結晶６内において、共役な面Ｓ_０’の法線方向、および、近赤外光Ｌ_１のパルスフロントにより形成される面の法線方向がと互いに一致するように、配置されている。これによって、近赤外光Ｌ_１は広い範囲で効率良く非線形光学効果を生じさせ、高効率且つ高出力のテラヘルツ波が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高出力なテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置に関する。

従来、透明な物質（例えば、水）のセンシングやイメージング分野において、テラヘルツ波を応用した技術が知られている。

特に、近年はテラヘルツ波の発生・検出手法の確立により、テラヘルツ波技術は急速に発達してきた。しかし、従来のテラヘルツ波発生装置は、テラヘルツ波の発生効率を十分高くすることが困難であり、大口径テラヘルツ波イメージングや、それを利用したセンシング等の応用分野への適用には、出力強度が不十分であった。

一方、近年、非線形光学効果の一種である差周波混合を利用した高出力テラヘルツ波発生法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、２次の非線形光学定数が大きい非線形光学結晶（例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）結晶）に、回折格子によってパルスの強度のピーク位置をつないだ面（以下、「パルスフロント」と呼ぶ）を傾斜させた近赤外レーザーパルスを照射し、位相整合条件を満足させることによって高出力なテラヘルツ波の発生を実現している。

一般的に、差周波混合が生じるためには、以下の位相整合条件を満足する必要がある。

ここで、θ_cは近赤外レーザーパルスのパルスフロントの傾斜角であり、発生するテラヘルツ波と近赤外レーザーパルスの周波数によって最適な角度が決定される。

なお、差周波混合とは、周波数の異なる２つの電磁波を入射させて、それら２つの電磁波の周波数の差と等しい周波数の電磁波を発生させるものであるが、非特許文献１において用いられている差周波混合は、周波数の異なる２種類のレーザ光または電磁波を入射させてその差の周波数の電磁波を発生させるものではなく、有限なスペクトル幅を有する近赤外レーザーパルスの周波数成分の中の、２つの周波数成分間で差周波混合によりテラヘルツ波を発生させるものである。様々な周波数成分間で差周波混合が起きるため、得られるテラヘルツ波の周波数は、ある程度のスペクトル幅を有するものとなる。

"Efficient terahertz generation by optical rectification at 1035 nm" M. C. Hoffmann, K.-L. Yeh, J. Hebling, and K. A. Nelson, Opt. Express 15 (2007) 11706.

非特許文献１に記載されているテラヘルツ波発生装置は、回折格子により回折されてパルスフロントが傾斜した近赤外光パルスを、光学系（レンズ）を介してＬｉＮｂＯ_３結晶中に伝播させ、式（２）の位相整合条件を満足する条件の波長の差周波を発生させる。この際、差周波発生に使用される各波長成分の光が結晶中のテラヘルツ波が発生する位置で空間的に重なる必要がある。よって、回折格子の任意の点で回折されて空間的に異なる経路を伝搬した各波長の光が、テラヘルツ波が発生する位置、即ち結晶中を伝播するパルスフロントの面上で再び集合したときに、パルスフロントの広い面積で差周波発生が生じ、テラヘルツ波発生効率が高くなる。これは、回折格子と光学的に共役な面が位相整合条件を満たすパルスフロントの傾斜角と等しい角度で傾斜して結晶中に存在することに等しい。しかしながら、非特許文献１においては、パルスフロントを結晶中において位相整合が満足される角度に傾斜させることについては考慮していたが、回折格子と光学的に共役な面が位相整合を満たすパルスフロントの傾斜角と等しい角度で結晶内に存在することについては考慮されていなかった。このため、パルスのパルスフロントの傾斜角を式（２）を満たすような所望の角度となるようにパルスフロントを傾けたとしても、厳密に位相整合条件を満足するのはパルスフロント上の一部分だけとなってしまう。結局、２次の非線形光学定数が大きい非線形光学結晶を使用し、パルスのパルスフロントの傾斜によって位相整合条件を満たしているにも係らず、テラヘルツ波の発生効率が低くなってしまう。

したがって、本発明は、上記課題を顧みてなされたものであり、傾斜したパルスフロント全域において位相整合条件を満たした、高出力のテラヘルツ波発生装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、第１の電磁波を射出する電磁波源と、前記第１の電磁波を回折する回折素子と、前記回折素子により回折された前記第１の電磁波を伝播させる光学系と、前記光学系により伝播された前記第１の電磁波の照射により、第２の電磁波を発生する非線形光学結晶とを備え、前記第２の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、前記第１の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、前記第１の電磁波が前記非線形光学結晶内で非線形光学効果によって前記第２の電磁波を発生するための位相整合条件を満たすように、前記非線形光学結晶内での前記第１の電磁波のパルスフロントが傾斜され、且つ、前記回折素子の回折面と光学的に共役な面の少なくとも一部が前記非線形光学結晶内に形成され、且つ、前記非線形光学結晶内における前記共役な面の法線方向および前記非線形光学結晶内における前記第１の電磁波のパルスフロントにより形成される面の法線方向が互いに一致するように前記回折素子と前記光学系と前記非線形光学結晶が構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電磁波源により出射されたパルス状の電磁波（第１の電磁波）が回折素子によって回折されると、第１の電磁波のパルスフロント（パルスの強度のピーク位置をつないだ面）が回折される前と比べて傾斜し、パルスフロント全域で上述の（２）式の位相整合条件を満足することができる。すなわち、非線形光学結晶内で第１の電磁波の群速度の第２の電磁波方向の成分と、第２の電磁波の位相速度とが一致する。また、非線形光学結晶内において、回折素子の回折面と光学的に共役な面を、第１の電磁波のパルスフロントと同じ角度に傾斜させる構成とすることによって、すなわち、前記回折素子の回折面に共役な面の法線方向とパルスフロントの法線方向を一致させることによって、前記回折素子で光路が別れた各波長の光が前記非線形光学結晶内で空間的に精度良く重なり合った状態で非線形光学効果を生じさせることができ、また、前記非線形光学結晶内で第１の電磁波の光密度が大きくなるために強い差周波混合を行うことができる。これにより、非常に高効率で且つ高出力なテラヘルツ波（第２の電磁波）を発生することが可能となる。

なお、本発明における第１の電磁波および第２の電磁波には、光、特に近赤外光およびテラヘルツ波を含み、電磁波源には第１の電磁波を発生するレーザを含んでいる。

上記発明においては、前記光学系は両側テレセントリック光学系を含んでいても良い。

このようにすることで、非線形光学結晶内でテラヘルツ波が発生する際に、回折素子の各位置で回折された第１の電磁波が前記非線形光学結晶内において前記回折素子の回折面と光学的に共役な面に結像する際、第１の電磁波の伝播方向が各像高で互いに平行となるため、前記回折素子の光学的に共役な面全体で同一の位相整合条件が成り立ち、テラヘルツ波の発生効率が高くなる。

また、上記発明においては、前記非線形光学結晶は、ＬｉＮｂＯ_３結晶またはＬｉＴａＯ_３結晶であっても良い。

このようにすることで、２次の非線形光学定数が大きいＬｉＮｂＯ_３結晶もしくはＬｉＴａＯ_３結晶を用いて非常に高出力なテラヘルツ波発生を行うことができる。

また、上記発明においては、前記電磁波源により照射される第１の電磁波は、近赤外光であっても良い。

このようにすることで、フェムト秒パルスレーザとしてよく用いられるチタンサファイアレーザを使用することができる。また、チタンサファイアレーザを使用してテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波時間領域分光法に本発明を適用する際に、テラヘルツ波検出とテラヘルツ波発生で同一の光源を用いることができ、光源を節約することができる。

本発明によれば、広い領域で効率良く非線形光学効果を生じさせる、高効率且つ高出力なテラヘルツ波発生装置を提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置に使用される非線形光学結晶の構成および作用を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成を示す図である。このテラヘルツ波発生装置は、電磁波源であるフェムト秒パルス光源１、回折素子である回折格子２、レンズ３、１／２波長板４、レンズ５および非線形光学結晶であるＬｉＮｂＯ_３結晶６を含んで構成される。ここで、レンズ３と、１／２波長板４と、レンズ５とは、回折格子により回折された電磁波を伝播させる光学系を構成している。

フェムト秒パルス光源１は、パルス状の近赤外光Ｌ_１を発生する光源であり、例えば、波長７５０〜８５０ｎｍの広帯域の赤外線パルスを発振するチタンサファイアレーザを用いている。

回折格子２は、フェムト秒パルス光源１から出射した近赤外光Ｌ_１が伝搬する光路上に配置され、近赤外光Ｌ_１を、レンズ３およびレンズ５の光軸方向に回折させる。すなわち、回折格子２は、レンズ３およびレンズ５の光軸上にも位置する。さらに、回折格子２の回折面は、レンズ３およびレンズ５の光軸に対して所定の角度傾いている。その傾きは、後述するように、レンズ３および５を含む光学系の構成により決定される。

レンズ３とレンズ５とは、光軸が一致する屈折力が正のレンズであり、回折格子２で回折された近赤外光Ｌ_１を、非線形光学結晶６の内部へ伝播させる。このレンズ３とレンズ５とを含む光学系は、回折格子２の任意の点で回折された近赤外光Ｌ_１が、異なる波長成分に応じて放射状に広がる（回折する）が、レンズ３により各波長は互いに平行光となり、レンズ５によってＬｉＮｂＯ_３結晶６内の結像点に集光され、各波長が再び集合するように構成されている。また、レンズ３とレンズ５の間に配置された１／２波長板４は、回折格子２で回折された近赤外光Ｌ_１の偏光方向を、ＬｉＮｂＯ_３結晶６で差周波混合の効果が強くなるように調整する。

また、レンズ３およびレンズ５は、回折格子の回折面Ｓ_０に対して光学的に共役な面Ｓ_０’がＬｉＮｂＯ_３結晶６内に形成されるように配置されている。例えば、レンズ３およびレンズ５の焦点距離をそれぞれ、ｆ_３、ｆ_５とするとき、回折面Ｓ_０からレンズ３までの距離をｆ_３とし、レンズ３からレンズ５までの距離をｆ_３とｆ_５との和とし、レンズ５からＬｉＮｂＯ_３結晶内の結像面（共役な面Ｓ_０’）までの距離をｆ_５とする両側テレセントリック光学系とすることができる。さらに、回折格子２の回折面Ｓ_０の傾斜角度は、ＬｉＮｂＯ_３結晶６内において、回折面Ｓ_０に共役な面Ｓ_０’の法線方向と、近赤外光Ｌ_１のパルスのパルスフロントの法線方向とが互いに一致するように決定される。

ＬｉＮｂＯ_３結晶６は、近赤外光の照射により第２の電磁波であるテラヘルツ波を発生する非線形光学結晶である。このＬｉＮｂＯ_３結晶６は、図１に示すように、光軸ＡＸに垂直な面Ｓ_３と、面Ｓ_３と角度θをなす面Ｓ_４を有している。この結晶の形状は、近赤外光Ｌ_１が面Ｓ_３から垂直に入射し、また、結晶中で発生したテラヘルツ波Ｌ_２が面Ｓ_４から垂直に出射することで、それぞれ屈折による偏向が発生しないように考慮されている。このようにすることによって、ＬｉＮｂＯ_３結晶への近赤外光Ｌ_１の入射方向とＬｉＮｂＯ_３結晶からのテラヘルツ波Ｌ_２の出射方向を、屈折を考慮せずに把握することができ、装置を構成する際のアライメントが簡単になる。なお、図１において、ＬｉＮｂＯ_３結晶６は紙面垂直方向が結晶のＺ軸に相当する。また、θは上述の（２）式を満足する角度であり、発生するテラヘルツ波と近赤外レーザーパルスの周波数によって最適な角度が決定される。

以上のような構成によって、フェムト秒パルス光源１を出射した近赤外光Ｌ_１は、回折格子２によって回折され、レンズ３、１／２波長板４、レンズ５を経由して、ＬｉＮｂＯ_３結晶６を照射する。ここで、回折格子２に入射する前の近赤外光Ｌ_１のパルスのパルスフロントＣ_０は、近赤外光Ｌ_１の進行方向に対して垂直な方向を向いている。一方、回折格子２によって偏向された近赤外光Ｌ_１のパルスのパルスフロントＣ_１は、近赤外光Ｌ_１の進行方向に対して垂直とならず、進行方向に対してある傾斜角度を有するようになる。そして、レンズ３及びレンズ５を伝搬した近赤外光Ｌ_１は、進行方向に対してパルスのパルスフロントＣ_２が傾斜した状態でＬｉＮｂＯ_３結晶６に集光される。

ここで、ＬｉＮｂＯ_３結晶内で集光される近赤外光Ｌ_１のパルスのパルスフロントの傾斜角度は、回折格子２の回折面Ｓ_０の傾斜角と、レンズ３及びレンズ５の合成倍率とによって決定される。即ち、近赤外光Ｌ_１は回折格子２で偏向された際にパルスのパルスフロントが傾斜され、レンズ３及びレンズ５を伝搬した際にその合成倍率によって傾斜角度がさらに変化する。

一方、回折格子２による近赤外光Ｌ_１の回折角は、波長によって異なるため、任意の点で回折された近赤外光Ｌ_１は、波長毎に異なる方向に放射状に出射される。そして、回折格子２の任意の点から回折された近赤外光Ｌ_１の各波長成分の光はレンズ３と１／２波長板４を経た後、レンズ５によってＬｉＮｂＯ_３結晶６内の回折面Ｓ_０と共役な面Ｓ_０’に再び集合される。つまり、共役な面Ｓ_０’では近赤外光Ｌ_１の各波長が高い密度で集合するので、差周波混合が効率よく起こる。よって、ＬｉＮｂＯ_３結晶６の中において、近赤外光の結像状態を良くすることによって、差周波発生の効率を高め、発生するテラヘルツ波強度を大きくすることが可能である。

ここで、ＬｉＮｂＯ_３結晶６内では、パルスのパルスフロントが傾斜した近赤外光Ｌ_１によって近赤外光Ｌ_１の異なる波長成分間で差周波混合が起き、テラヘルツ波Ｌ_２が発生する。よって、近赤外光Ｌ_１の結像面がパルスのパルスフロント傾斜と同じ角度で傾斜している場合に効率良くテラヘルツ波の発生を行うことができる。また、各像高の主光線が光軸と平行になるテレセントリック光学系を用いると、ＬｉＮｂＯ_３結晶６内の回折格子２の共役面Ｓ_０’上に結像する光の伝播方向が各像高で互いに平行となるため、共役面Ｓ_０’上全域で同一の位相整合条件が成り立ち、テラヘルツ波Ｌ_２の発生効率が高くなる。即ち、パルスのパルスフロント傾斜が特定の角度を満たし、且つ、ＬｉＮｂＯ_３結晶内において回折格子の回折面と光学的に共役な面がパルスのパルスフロント傾斜と同じ角度で傾斜して存在し、且つ、近赤外光Ｌ_１がテレセントリックな状態でＬｉＮｂＯ_３結晶６に入射される場合が、最もテラヘルツ波発生効率が高くなる条件であると言える。

図１では、レンズ３とレンズ５の焦点距離をそれぞれｆ_３、ｆ_５とすると、回折格子２とレンズ３との間の距離がｆ_３であり、レンズ３とレンズ５の間の距離がｆ_３とｆ_５との和であり、レンズ５とＬｉＮｂＯ_３結晶内の結像面までの光学的距離がｆ_５になるように配置したので、近赤外光Ｌ_１をＬｉＮｂＯ_３結晶６にテレセントリックな状態で入射させることができる。

また、ＬｉＮｂＯ_３結晶６内における回折格子２の回折面Ｓ_０と光学的に共役な面Ｓ_０’の傾斜角度は、回折格子の角度だけではなくレンズ３及びレンズ５の合成倍率にも依存する（シャイン・プルーフの原理）。即ち、パルスのパルスフロント傾斜角度と、回折格子２の回折面の光学的に共役な面の傾斜角度は、双方とも回折格子２及びレンズ３とレンズ５の合成倍率に依存するため、図１の配置において回折格子及びレンズ３、レンズ５を選定することにより、パルスのパルスフロント傾斜が特定の角度を満たし、且つ、ＬｉＮｂＯ_３結晶内における回折格子２の回折面Ｓ_０の光学的に共役な面Ｓ_０’がパルスのパルスフロント傾斜と同じ角度で傾斜し、且つ、近赤外光Ｌ_１がテレセントリックな状態でＬｉＮｂＯ_３結晶６に入射される条件を満たすことが可能となる。このようにすることで、非常に高出力なテラヘルツ波の発生を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＬｉＮｂＯ_３結晶内において回折格子の回折面に光学的に共役な面をパルスのパルスフロントの傾斜と同じ角度で傾斜するようにしたので、すなわち、回折面に共役な面の法線方向とパルスフロントの法線方向とを一致するようにしたので、位相整合条件を満たすとともに光学系の収差を抑制して、高出力なテラヘルツ波を発生することができる。さらに、レンズ３および５から構成される光学系を両側テレセントリックとしたので、結晶内の広い範囲で効率良くテラヘルツ波を発生させることができる。

（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態に係るテラヘルツ発生装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係るテラヘルツ発生装置において、反射型の回折格子２に代えて、透過型の回折格子７を使用するものである。これに伴い、フェムト秒パルス光源１の配置を、回折格子７の背面側から近赤外光Ｌ_１を照射するようにしている。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

このようにすることで、第１実施の形態の効果に加え、レンズ３として焦点距離ｆ_３が短いものを選択しても回折格子７に入射する近赤外光Ｌ_１がレンズ３で遮られることがなくなるなど、光学系の構成の自由度が拡がる。

（第３実施の形態）
図３は、本発明の第３実施の形態に係るテラヘルツ発生装置に使用される非線形光学結晶の構成および作用を説明する図である。本実施の形態は、第１実施の形態におけるＬｉＮｂＯ_３結晶６を、以下に説明するＬｉＮｂＯ_３結晶６１，６２に置き換えたものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。

図３において、非線形光学結晶は、２つのＬｉＮｂＯ_３結晶６１および６２により構成される。ＬｉＮｂＯ_３結晶６２は、近赤外光Ｌ_１の光軸ＡＸに垂直な面Ｓ_５と、面Ｓ_５と角度θをなす面Ｓ_１を有している。また、その面Ｓ_１に平行な面Ｓ_２を有するＬｉＮｂＯ_３結晶６１が接合されている。ここで、角度θは第１の実施例と同様に、位相整合条件である上述の（２）式を満たすための近赤外光Ｌ_１のパルスフロントの傾斜角である。ＬｉＮｂＯ_３結晶６１，６２は、近赤外光Ｌ_１が、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２から入射し、面Ｓ_１を透過してＬｉＮｂＯ_３結晶６１に入射するように配置されている。ＬｉＮｂＯ_３結晶６１は、近赤外光パルスＬ_１の照射によって高出力テラヘルツ波Ｌ_２を発生するＬｉＮｂＯ_３結晶であり、また、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２は図の配置において近赤外光パルスＬ_１が照射されてもテラヘルツ波を発生するための位相整合条件を満足しない方向に配置されたＬｉＮｂＯ_３結晶である。

近赤外光Ｌ_１がＬｉＮｂＯ_３結晶６２及び６１に照射されると、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２内ではテラヘルツ波は発生せず、近赤外光Ｌ_１のパルスフロントが結晶６１内の領域Ｒを通過する際に高出力なテラヘルツ波Ｌ_２が発生する。テラヘルツ波Ｌ_２は出射面であるＬｉＮｂＯ_３結晶６１の面Ｓ_１と反対側の面Ｓ_２に垂直方向に出射するので、図３のＸ_１−Ｘ_４の幅においてテラヘルツ波がＬｉＮｂＯ_３結晶６１から出射される。この際、領域Ｒでは近赤外光パルスＬ_１が伝搬する際に領域Ｒ内の各位置で発生したテラヘルツ波が同位相で強め合うことにより、高出力なテラヘルツ波が出射される。ＬｉＮｂＯ_３結晶６１は面Ｓ_１と面Ｓ_２が平行になる形状となっているので、テラヘルツ波Ｌ_２が同位相で強め合う距離が等しくなる幅Ｘ_２−Ｘ_３の間では発生するテラヘルツ波Ｌ_２の強度がほぼ均一となる。この幅Ｘ_２−Ｘ_３の間で発生したテラヘルツ波を用いることで、高出力で、且つ空間的に強度が均一なテラヘルツ波光源を実現することができ、イメージング測定など照明光が空間的に均一であることが望ましい測定に適用できる。

なお、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２をＬｉＮｂＯ_３結晶６１に密着させることで、近赤外光Ｌ_１がＬｉＮｂＯ_３結晶６１に入射する際に近赤外光Ｌ_１が屈折する効果を軽減することができる。また、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２の面Ｓ_５が近赤外光Ｌ_１の光軸に対して垂直になるように配置することで、結晶６２への入射時においても近赤外光Ｌ_１の屈折の効果をなくすことができる。よって、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２によって、近赤外光パルスＬ_１の結晶への入射条件を簡単にすることができる。しかし、ＬｉＮｂＯ_３結晶６２の代わりにガラス材料など近赤外光Ｌ_１を透過する材料を用いることも可能であり、また、結晶６２がない構造でも良い。この場合には、近赤外光Ｌ_１のＬｉＮｂＯ_３結晶６１への入射の際の屈折の効果を考慮する必要がある。

また、図３ではＬｉＮｂＯ_３結晶６１の形状を特定することで発生するテラヘルツ波の空間的強度分布が均一になる領域が存在するようにした。これに代えて、結晶の形状を特定せずに、ＬｉＮｂＯ_３結晶６１に照射する近赤外光Ｌ_１の開口数を大きくし、近赤外光Ｌ_１の進行方向の結像位置前後の光密度が高くなる領域を狭くすることで差周波混合が生じる領域を限定し、テラヘルツ波の空間的強度分布を均一にすることも可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、上記実施の形態では２次の非線形光学定数が大きい非線形光学結晶としてＬｉＮｂＯ_３結晶を用いていたが、これに代えてＬｉＴａＯ_３結晶などの他の非線形光学結晶を使用しても良い。ＬｉＴａＯ_３結晶もＬｉＮｂＯ_３結晶と同様に２次の非線形光学定数が大きく、高出力なテラヘルツ波発生が期待できる。

電磁波源は、フェムト秒パルス光源を用いたがこれに限られない。また、複数の電磁波源からのレーザー光で差周波混合を生じさせる構成としても良い。発生させるテラヘルツ波の波長等に応じて適切な電磁波源を選択すれば良い。また、上記実施の形態では回折格子２から出射した近赤外光Ｌ_１をＬｉＮｂＯ_３結晶に伝搬させる光学系としてレンズ３とレンズ５の２体のレンズを使用したが、レンズの数はこれに限られない。レンズ枚数を増やすことで収差をより改善し、差周波混合の効率をより高めることも可能である。また、図1および図２および図３において、ＬｉＮｂＯ_３結晶の形状（図３においてはＬｉＮｂＯ_３結晶６１と６２を合わせた形状）は断面が台形となる角柱形状となっているが、結晶の形はこの形に限定されない。

１ フェムト秒パルス光源
２ 反射型回折格子
７ 透過型回折格子
３，５ レンズ
４ １／２波長板
６，６１，６２ ＬｉＮｂＯ_３結晶（非線形光学結晶）
ｆ_３ レンズ３の焦点距離
ｆ_５ レンズ５の焦点距離
Ｃ_０，Ｃ_１，Ｃ_２ 近赤外光のパルスフロント
Ｌ_１ 近赤外光（第１の電磁波）
Ｌ_２ テラヘルツ波（第２の電磁波）
Ｓ_０ 回折格子の回折面
Ｓ_０’ 回折格子の回折面と光学的に共役な面
Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，Ｓ_５ ＬｉＮｂＯ_３結晶の面
Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３，Ｘ_４ 図３におけるＸ軸方向の座標値
θ 位相整合条件（２）式を満足する角度
ＡＸ 近赤外光Ｌ_１の光軸

Claims (4)

1. 第１の電磁波を射出する電磁波源と、
   前記第１の電磁波を回折する回折素子と、
   前記回折素子により回折された前記第１の電磁波を伝播させる光学系と、
   前記光学系により伝播された前記第１の電磁波の照射により、第２の電磁波を発生する非線形光学結晶と
   を備え、
   前記第２の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
   前記第１の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
   前記第１の電磁波が前記非線形光学結晶内で非線形光学効果によって前記第２の電磁波を発生するための位相整合条件を満たすように、前記非線形光学結晶内での前記第１の電磁波のパルスフロントが傾斜され、且つ
   前記回折素子の回折面と光学的に共役な面の少なくとも一部が前記非線形光学結晶内に形成され、且つ
   前記非線形光学結晶内における前記共役な面の法線方向、および、前記非線形光学結晶内における前記第１の電磁波のパルスフロントにより形成される面の法線方向が互いに一致するように、
   前記回折素子と前記光学系と前記非線形光学結晶が構成されていることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
2. 前記光学系は、両側テレセントリック光学系を含むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
3. 前記非線形光学結晶は、ＬｉＮｂＯ_３結晶またはＬｉＴａＯ_３結晶であることを特徴とする請求項１または２に記載のテラヘルツ波発生装置。
4. 前記第１の電磁波は、近赤外光であることを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生装置。

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