JP2012203013A - Electromagnetic wave generating device - Google Patents

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潤一 西澤
Tetsuro Sasaki
哲朗 佐々木
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信彦 猿倉
Kenichi Kawamura
賢一 河村
Pasiskebikius Bardas
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic wave generating device capable of generating an electromagnetic wave of a frequency variable terahertz band with a simple device configuration without needing control of a crossing angle between two pump lights due to frequency change and without providing a complicated optical system at a terahertz wave output side.SOLUTION: The electromagnetic wave generating device includes a first pump light outgoing part 24 for outgoing a first pump light, a second pump light outgoing part 25 for outgoing a second pump light having wavelength different from that of the first pump light with wavelength variable, a pseudo phase matching element 19 having a periodical polarization reversal structure to generate an electromagnetic wave of a difference frequency between the first pump light and the second pump light, and an optical system (M, 18) for adjusting the crossing angle between the first pump light and the second pump light to a phase matching range angle to fix the phase matching range angle and making the first pump light and the second pump light incident on the pseudo phase matching element 19, and generates a terahertz electromagnetic wave of variable frequency from the pseudo phase matching element 19 by changing the frequency of the second pump light.

Description

本発明は、周波数可変のテラヘルツ帯の電磁波発生装置に関する。   The present invention relates to a frequency variable terahertz band electromagnetic wave generator.

近年、テラヘルツ技術の応用可能性が次々と提案されてきたため、高出力で耐久性があるテラヘルツ放射源が求められるようになってきた。ここ何年かの間で、主に2つのテラヘルツ波放射源が研究されてきた。1つはフェムト秒レーザ励起による半導体からのテラヘルツ波放射であり、もう1つは非線形光学結晶を使っての差周波発生である。フェムト秒レーザ励起の場合は、ピコ秒のパルス幅を発生するために光整流により過度サージ電流が必要となる。差周波発生では、ほとんどの場合において、2つの励起レーザが必要である。差周波発生は、比較的大きい出力が期待できるが、これには位相整合を満足するために正確なビームアラインメントや、様々な光学素子の同期調整などが要求される。   In recent years, the possibility of applying terahertz technology has been proposed one after another, so that a high-power and durable terahertz radiation source has been demanded. In the last few years, two main sources of terahertz radiation have been studied. One is terahertz radiation from a semiconductor by femtosecond laser excitation, and the other is difference frequency generation using a nonlinear optical crystal. In the case of femtosecond laser excitation, an excessive surge current is required by optical rectification to generate a picosecond pulse width. For difference frequency generation, in most cases two pump lasers are required. Difference frequency generation can be expected to have a relatively large output, but this requires accurate beam alignment and synchronization adjustment of various optical elements in order to satisfy phase matching.

従来、差周波発生による波長可変テラヘルツ電磁波の発生装置として、図26に示すような誘電体であるニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶内のポラリトンモードを利用したテラヘルツ電磁波発生装置が知られていた。図26に示したような従来の電磁波発生装置においては、LiNbO3結晶101に第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2を入射し、差周波発生によりテラヘルツ電磁波hν3=hν1−hν2を発生する。こうして得られるテラヘルツ電磁波hν3の周波数帯域は、およそ0.7THzから2.5THzの範囲のコヒーレント光である。しかし、テラヘルツ電磁波分光スペクトルの違いを使って多様な生体物質などを識別するような目的のためにはスペクトル可変範囲として上記周波数帯域は、図26に示したような従来の電磁波発生装置では狭すぎたのである。図26に示した従来の電磁波発生装置においては、テラヘルツ電磁波hν3は、LiNbO3結晶101の表面に配置された複数のシリコン(Si)プリズム105a,105b,105c,105dからなるプリズムアレイを介して取り出し、テラヘルツ電磁波hν3の取り出し角度を大きくしている。そのためテラヘルツ電磁波hν3とポンプ光hν1及びhν2のビームの重なりが悪く、周波数帯域・効率とも低下する原因となっている。 Conventionally, a terahertz electromagnetic wave generator using a polariton mode in a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal as a dielectric as shown in FIG. 26 has been known as a tunable terahertz electromagnetic wave generator using difference frequency generation. In the conventional electromagnetic wave generator as shown in FIG. 26, the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 are incident on the LiNbO 3 crystal 101, and the terahertz electromagnetic wave hν 3 = hν 1 is generated by the difference frequency generation. to generate a -hν 2. The frequency band of the terahertz electromagnetic wave hν 3 thus obtained is coherent light in the range of approximately 0.7 THz to 2.5 THz. However, for the purpose of discriminating various biological materials using the difference in terahertz electromagnetic spectrum, the above frequency band as a spectrum variable range is too narrow in the conventional electromagnetic wave generator as shown in FIG. It was. In the conventional electromagnetic wave generator shown in FIG. 26, the terahertz electromagnetic wave hν 3 is transmitted through a prism array including a plurality of silicon (Si) prisms 105a, 105b, 105c, and 105d arranged on the surface of the LiNbO 3 crystal 101. The terahertz electromagnetic wave hν 3 is extracted at a larger angle. Therefore, the overlap of the terahertz electromagnetic wave hν 3 and the pump light hν 1 and hν 2 is poor, which causes a decrease in both frequency band and efficiency.

一方、LiNbO3結晶に1つのポンプ光を入射し、パラメトリック発振によりテラヘルツ電磁波hν3を発生することも可能である。この様なパラメトリック発振型のLiNbO3テラヘルツ発生装置においては、発生したテラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅は、連続波(CW)レーザダイオード(半導体レーザ)によるインジェクションシーディングを行うことにより、100MHz程度まで狭線幅にできる。即ち、LiNbO3テラヘルツ発生装置をスレーブレーザ(ホストレーザ)とし、スペクトル幅の狭いCWレーザダイオードをシードレーザ(マスター発振器)として、この2つのレーザを組み合わせ、スレーブレーザとスレーブレーザの両方の性質を兼ね備えさせることにより、スペクトル幅の狭いテラヘルツ電磁波hν3を発生することができる。しかしながら、CWレーザダイオードのモードホッピングのため、逆に、広い範囲で連続的に周波数掃引することが困難となる。一方、インジェクションシーディングを行わないと、スペクトル線幅は極めて大きく100GHz(0.1THz)を越えるため、分解能が著しく低下し、周波数帯域が狭いことと合わせて物質同定の性能が十分でない。 On the other hand, it is also possible to generate a terahertz electromagnetic wave hν 3 by parametric oscillation by making one pump light incident on the LiNbO 3 crystal. In such a parametric oscillation type LiNbO 3 terahertz generator, the spectral line width of the generated terahertz electromagnetic wave hν 3 is reduced to about 100 MHz by performing injection seeding with a continuous wave (CW) laser diode (semiconductor laser). Narrow line width. In other words, the LiNbO 3 terahertz generator is a slave laser (host laser), and a CW laser diode with a narrow spectral width is used as a seed laser (master oscillator), and these two lasers are combined to combine the properties of both a slave laser and a slave laser. By doing so, it is possible to generate a terahertz electromagnetic wave hν 3 having a narrow spectrum width. However, because of the mode hopping of the CW laser diode, it is difficult to continuously sweep the frequency over a wide range. On the other hand, if injection seeding is not performed, the spectral line width is extremely large and exceeds 100 GHz (0.1 THz), so that the resolution is remarkably lowered and the performance of substance identification is not sufficient in combination with the narrow frequency band.

このため、図27に示すような、第1波長の第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波hν3を生成する非線形光学結晶109と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数1THzにおける外部交叉角度θ in extを0.5°以内に調整し、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を非線形光学結晶109に入射させる光学系(M6,18)とを備える電磁波発生装置が提案されている(特許文献1参照。)。ここで、外部交叉角度θ in ext は、非線形光学結晶109の結晶外における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、非線形光学結晶109の内部で定義される内部交叉角度θ in とは、ほぼ:

θ in ext=nL θ in ……(1)

なる関係を有する。 nLはポンプ光周波数での非線形光学結晶109の屈折率であるから、非線形光学結晶109が、GaPの場合は、屈折率nL=3.1程度である。
Therefore, as shown in FIG. 27, a first pump-light emitting unit 24 for emitting a first pump light hv 1 of the first wavelength, the first second pump wavelength different from the pump light hv 1 A second pump light emitting unit 25 that emits light hν 2 with a variable wavelength, and a nonlinear optical crystal 109 that generates an electromagnetic wave hν 3 having a difference frequency between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2. And the external crossing angle θ in ext at the difference frequency of 1 THz between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 is adjusted to within 0.5 °, and the first pump light and the second pump light are adjusted. Has been proposed (see Patent Document 1), which includes an optical system (M 6 , 18) for causing the light to enter the nonlinear optical crystal 109. Here, the external crossing angle θ in ext is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 outside the nonlinear optical crystal 109, and is defined inside the nonlinear optical crystal 109. The internal crossing angle θ in is approximately:

θ in ext = n L θ in ...... (1)

Have the relationship Since n L is the refractive index of the nonlinear optical crystal 109 at the pump light frequency, when the nonlinear optical crystal 109 is GaP, the refractive index n L is about 3.1.

特許文献1に記載された差周波発生による従来の電磁波発生装置においては、光学系(M6,18)は、ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18からなり、ミラーM6は、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を偏光ビームスプリッタ18に入射する角度を調整する。図27に示すように光学系(M6,18)を配置することにより、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させ、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1を、ミラーM6を用いて、垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、平行に近い微小な外部交叉角度θ in extで、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を、非線形光学結晶109内で結合させている。 In the conventional electromagnetic wave generating device using difference frequency generation described in Patent Document 1, the optical system (M 6 , 18) includes a mirror M 6 and a polarization beam splitter 18, and the mirror M 6 is the first pump light. The angle at which the first pump light hν 1 emitted from the emission unit 24 is reflected and the first pump light hν 1 enters the polarization beam splitter 18 is adjusted. As shown in FIG. 27, by arranging the optical system (M 6 , 18), the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is transmitted through the polarization beam splitter 18. The pump light (first pump light) hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction using the mirror M 6 and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18 to be parallel. The pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 are coupled in the nonlinear optical crystal 109 at a minute external crossing angle θ in ext close to.

nIをテラヘルツ電磁波hν3の周波数での非線形光学結晶109の屈折率、nLをポンプ光hν1,hν2の周波数での非線形光学結晶109の屈折率とすると、2つのポンプ光hν1,hν2が結晶内でなす内部交叉角度θ in が十分に小さいときは、図28に示した波数ベクトルの幾何学的な関係から、次の式(2)に示す条件が必要になる:

θ in = (2 Δq/ q) 1/2 (nI/nL)(ν3 / ν1) ……(2)

即ち、外部交叉角度θ in ext は、非線形光学結晶109の横波格子振動周波数より十分小さい領域では、式(2)に示すように、差周波数ν3に比例して増大する。差周波数ν3が横波格子振動周波数に近くなると、外部交叉角度θ in ext は式(2)が示す比例関係からずれ初め、非線形光学結晶109の周波数分散を示す曲線(カーブ)に沿って変化する。
When n I is the refractive index of the nonlinear optical crystal 109 at the frequency of the terahertz electromagnetic wave hν 3 , and n L is the refractive index of the nonlinear optical crystal 109 at the frequencies of the pump lights hν 1 and hν 2 , the two pump lights hν 1 , When the internal crossing angle θ in formed by hν 2 in the crystal is sufficiently small, the condition shown in the following formula (2) is necessary from the geometrical relationship of the wave vector shown in FIG.

θ in = (2 Δq / q) 1/2 (n I / n L ) (ν 3 / ν 1 ) (2)

That is, the external crossing angle θ in ext increases in proportion to the difference frequency ν 3 as shown in the equation (2) in a region sufficiently smaller than the transverse wave lattice vibration frequency of the nonlinear optical crystal 109. When the difference frequency ν 3 becomes close to the transverse wave lattice vibration frequency, the external crossing angle θ in ext begins to deviate from the proportionality shown by the equation (2) and changes along a curve (curve) indicating the frequency dispersion of the nonlinear optical crystal 109. .

このため、特許文献1に記載された従来の電磁波発生装置では、図27に示すように、パーソナルコンピュータ11からの信号で、偏光ビームスプリッタ18を搭載した回転ステージ55の回転やビームスプリッタ用線形ステージ54の位置をステージコントローラ35とを用いて制御し、且つ、第2のポンプ光出射部25のポンプ光源の波長をレーザコントローラ31を用いて掃引する必要がある。2つのポンプ光hν1,hν2は、偏光ビームスプリッタ18と約60mm離れて配置されている非線形光学結晶109の表面で任意の微小な外部交叉角度θ in extにおいて常に同じ点で重ね合わせるために、偏光ビームスプリッタ18は、図27に示すように、回転ステージ55による回転に連動してビームスプリッタ用線形ステージ54上を動くように、ステージコントローラ35で制御されるという複雑な駆動系を必要としていた。 For this reason, in the conventional electromagnetic wave generator described in Patent Document 1, as shown in FIG. 27, the rotation of the rotary stage 55 on which the polarization beam splitter 18 is mounted or the linear stage for the beam splitter is received by a signal from the personal computer 11. It is necessary to control the position of 54 using the stage controller 35 and to sweep the wavelength of the pump light source of the second pump light emitting unit 25 using the laser controller 31. The two pump lights hν 1 and hν 2 are always superposed at the same point on the surface of the nonlinear optical crystal 109 arranged approximately 60 mm away from the polarizing beam splitter 18 at an arbitrary minute external crossing angle θ in ext . As shown in FIG. 27, the polarization beam splitter 18 requires a complicated drive system that is controlled by the stage controller 35 so as to move on the beam splitter linear stage 54 in conjunction with the rotation by the rotary stage 55. It was.

更に、特許文献1に記載された電磁波発生装置においては、図28に示すように、非線形光学結晶109より出射されるテラヘルツ電磁波hν3が、その周波数ν3により出射角度(ポンプ光hν1,hν2とテラヘルツ電磁波hν3のなす角)θI が変化するという問題があった。例えば、周波数ν3=0.4〜6THzでこの出射角度θI は30〜60°となる。 Furthermore, in the electromagnetic wave generator described in Patent Document 1, as shown in FIG. 28, the terahertz electromagnetic wave hν 3 emitted from the nonlinear optical crystal 109 is emitted at an emission angle (pump light hν 1 , hν) by its frequency ν 3. 2 and the angle formed by the terahertz electromagnetic wave hν 3 ) θ I was changed. For example, at the frequency ν 3 = 0.4 to 6 THz, the emission angle θ I is 30 to 60 °.

出射角度θIを周波数ν3によらず、一定位置或いは一定線上を通過するようにするには、図27のように一対の非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要があり、特許文献1に記載された電磁波発生装置のシステム構成が複雑になるという不具合があった。即ち、第1の非軸放物面鏡7aは非線形光学結晶109直近において、上記周波数範囲のテラヘルツ電磁波hν3を捕獲できるよう配置し、この際、第1の非軸放物面鏡7aの焦点の位置に非線形光学結晶109のテラヘルツ電磁波hν3の出射点が来るような光学配置にして、テラヘルツ電磁波hν3の出射方向に関わらず、テラヘルツ電磁波hν3のビームを同一光路にすることができるようにする複雑な駆動システムの必要な光学系が必要であるという不具合があった。 In order to allow the outgoing angle θ I to pass through a fixed position or a fixed line regardless of the frequency ν 3 , it is necessary to use a pair of non-axial parabolic mirrors 7a and 7b as shown in FIG. 1 has a problem that the system configuration of the electromagnetic wave generator described in 1 is complicated. That is, the first non-axial parabolic mirror 7a is arranged in the vicinity of the nonlinear optical crystal 109 so as to capture the terahertz electromagnetic wave hν 3 in the above frequency range. At this time, the focal point of the first non-axial parabolic mirror 7a in the position in the optical arrangement as emission point of the terahertz electromagnetic wave hv 3 of the nonlinear optical crystal 109 comes, regardless of the direction of emission of THz radiation hv 3, so that a beam of THz radiation hv 3 may be the same optical path There is a problem that an optical system necessary for a complicated drive system is required.

国際公開WO2005/073795号公報International Publication No. WO2005 / 073795

以上のように、特許文献1に記載された従来の電磁波発生装置においては、入射ポンプ光hν1,hν2の微小な外部交叉角度θ in extを制御するための偏光ビームスプリッタ18を搭載した回転ステージ55とビームスプリッタ用線形ステージ54を、レーザコントローラ31と連動して駆動し、2つのポンプ光hν1,hν2間の外部交叉角度θ in extを自動的に制御し、更に、放物面鏡用線形ステージ53の移動をも、ステージコントローラ35で制御できるようにパーソナルコンピュータ11が制御するという、複雑なシステム構成を採用していた。つまり、特許文献1に記載された従来の電磁波発生装置においては、自動で連続的に周波数ν3を掃引し、且つそれぞれの周波数ν3で最高出力を得るためには、第2のポンプ光出射部25の波長、2つのポンプ光hν1,hν2間の外部交叉角度θ in ext、第2の非軸放物面鏡7bの位置を同時に制御する必要があり、非常に複雑なシステム構成であった。 As described above, in the conventional electromagnetic wave generator described in Patent Document 1, the rotation in which the polarization beam splitter 18 for controlling the minute external crossing angle θ in ext of the incident pump lights hν 1 and hν 2 is mounted. The stage 55 and the linear stage for beam splitter 54 are driven in conjunction with the laser controller 31 to automatically control the external crossing angle θ in ext between the two pump lights hν 1 and hν 2 , and further to a paraboloid The movement of the mirror linear stage 53 is also controlled by the personal computer 11 so that the stage controller 35 can control the movement of the mirror linear stage 53. That is, in the conventional electromagnetic wave generator described in Patent Document 1, continuously swept frequency [nu 3 automatically, and in order to obtain the maximum output at each frequency [nu 3, the second pump light emitted It is necessary to control the wavelength of the unit 25 and the external crossing angle θ in ext between the two pump lights hν 1 and hν 2 and the position of the second non-axial parabolic mirror 7b at the same time. there were.

上記課題を鑑み、本発明は、周波数変化に伴う、2つのポンプ光間の交叉角度の制御も不要で、テラヘルツ波の出力側に複雑な光学系を設けることなく、簡単な装置構成で、周波数可変のテラヘルツ帯の電磁波を発生することの可能な電磁波発生装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention does not require control of the crossing angle between two pump lights accompanying a frequency change, and does not provide a complicated optical system on the output side of the terahertz wave, and has a simple apparatus configuration and a frequency. An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave generator capable of generating a variable terahertz band electromagnetic wave.

上記目的を達成するために、本発明の態様は、(a)第1のポンプ光を出射する第1のポンプ光出射部と、(b)第1のポンプ光とは異なる波長の第2のポンプ光を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部と、(c)周期的な分極反転構造を有し、第1のポンプ光と第2のポンプ光との差周波数の電磁波を生成する擬似位相整合素子と、(d)第1のポンプ光と第2のポンプ光との交叉角を位相整合範囲角に調整して固定し、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子に入射させる光学系とを備える電磁波発生装置であることを要旨とする。この本発明の態様に係る電磁波発生装置においては、交叉角を固定した状態で、第2のポンプ光の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させることを特徴とする。ここで「交叉角」は、後述するように、互いに関連する「外部交叉角度δ」又は「内部交叉角θ」である。   In order to achieve the above object, an aspect of the present invention includes: (a) a first pump light emitting unit that emits first pump light; and (b) a second pump light having a wavelength different from that of the first pump light. A second pump light emitting section that emits pump light with a variable wavelength; and (c) a periodic polarization inversion structure that generates an electromagnetic wave having a difference frequency between the first pump light and the second pump light. And (d) adjusting and fixing the cross angle between the first pump light and the second pump light to the phase matching range angle, and simulating the first pump light and the second pump light. The gist of the present invention is an electromagnetic wave generation device including an optical system that is incident on a phase matching element. The electromagnetic wave generator according to this aspect of the present invention is characterized in that a terahertz electromagnetic wave having a variable wavelength is generated from the quasi phase matching element by changing the frequency of the second pump light in a state where the crossing angle is fixed. To do. Here, the “crossing angle” is an “external crossing angle δ” or “internal crossing angle θ” related to each other, as will be described later.

本発明によれば、周波数変化に伴う、2つのポンプ光間の交叉角度の制御も不要で、テラヘルツ波の出力側に複雑な光学系を設けることなく、簡単な装置構成で、周波数可変のテラヘルツ帯の電磁波を発生することの可能な電磁波発生装置を提供することができる。   According to the present invention, it is not necessary to control the crossing angle between the two pump lights according to the frequency change, and the frequency variable terahertz can be achieved with a simple apparatus configuration without providing a complicated optical system on the output side of the terahertz wave. It is possible to provide an electromagnetic wave generator capable of generating a band electromagnetic wave.

本発明の基本コンセプトに係る電磁波発生装置の全体構成の概略を説明する模式的な図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the whole structure of the electromagnetic wave generator which concerns on the basic concept of this invention. 本発明の基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子の構造例の概略を説明する模式的な鳥瞰図である。It is a typical bird's-eye view explaining the outline of the structural example of the pseudo phase matching element used for the electromagnetic wave generator which concerns on the basic concept of this invention. 擬似位相整合素子において、互いに打ち消し合うフェーズが、結晶の分極を反転させることにより、SHG波長変換光の位相が反し、強度が増大することを説明する模式図である。In the quasi phase matching element, the phases that cancel each other out are the schematic diagrams for explaining that the phase of the SHG wavelength converted light is reversed and the intensity is increased by reversing the polarization of the crystal. 図3に示した擬似位相整合素子の製造方法の概略を説明する模式的な鳥瞰図である。It is a typical bird's-eye view explaining the outline of the manufacturing method of the quasi phase matching element shown in FIG. 擬似位相整合素子の製造方法の他の例を概略的に説明する模式的な鳥瞰図である。It is a typical bird's-eye view which illustrates roughly another example of the manufacturing method of a quasi phase matching element. 本発明の基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子の他の構造例の概略を説明する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing explaining the outline of the other structural example of the pseudo phase matching element used for the electromagnetic wave generator which concerns on the basic concept of this invention. 本発明の基本コンセプトに係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図(ベクトル合成図)である。It is a two-dimensional vector diagram (vector composition diagram) for explaining phase matching in the electromagnetic wave generator according to the basic concept of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図において、半径kLa,kLbと半径kTa,kTbの2つの円の交点が、一般には2つ存在することを説明する図である。In the two-dimensional vector diagram for explaining phase matching in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment of the present invention, the intersection of two circles having radii k La and k Lb and radii k Ta and k Tb is generally FIG. 4 is a diagram for explaining the existence of two. 図8の2つの円の交点の一方に関し、図8で定義した第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来する一つのベクトルkLa、及び、対応するテラヘルツ波の波数ベクトルkTaのそれぞれを、擬似位相整合素子の傾き、第1のポンプ光の波数ベクトルkp1、及び第2のポンプ光の波数ベクトルkp2と共に示す図である。For one of the intersections of the two circles in FIG. 8, one vector k La derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment defined in FIG. 8 and the corresponding wave vector of the terahertz wave each k Ta, the slope of the quasi-phase matching element, a diagram shown with wave vector k p2 of the first wave vector k p1 of the pump light, and a second pump light. 図8の2つの円の交点の他方に関し、図8で定義した第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来する、図9に示したのとは異なる、他のベクトルkLb及び、対応する他のテラヘルツ波の波数ベクトルkTbのそれぞれを、擬似位相整合素子の傾き、第1のポンプ光の波数ベクトルkp1、及び第2のポンプ光の波数ベクトルkp2と共に示す図である。Other vectors k different from those shown in FIG. 9 derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment defined in FIG. 8 with respect to the other of the intersection points of the two circles in FIG. A diagram showing Lb and the corresponding wave vector k Tb of another terahertz wave together with the inclination of the pseudo phase matching element, the wave vector k p1 of the first pump light, and the wave vector k p2 of the second pump light It is. ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合について、複数のテラヘルツ波の波数ベクトルの軌跡を示す複数の円を示し、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図である。For the case of vector k p2 <vector k p1 , a two-dimensional vector showing a plurality of circles indicating the trajectories of a plurality of terahertz wave numbers and explaining the phase matching in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment FIG. ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合について、複数のテラヘルツ波の波数ベクトルの軌跡を示す複数の円を示し、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図である。For the case of vector k p2 > vector k p1 , a two-dimensional vector illustrating a plurality of circles indicating the trajectories of a plurality of terahertz wave vectors and explaining phase matching in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment FIG. 第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に用いるPPKTP結晶のテラヘルツ波透過特性を示す図である。It is a figure which shows the terahertz wave transmission characteristic of PPKTP crystal used for the electromagnetic wave generator which concerns on 1st Embodiment. 内部交叉角度の値が位相整合範囲角を超えている場合について、複数のテラヘルツ波の波数ベクトルの軌跡を示す複数の円を示し、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図である。In the case where the value of the internal crossing angle exceeds the phase matching range angle, a plurality of circles indicating the trajectories of the wave number vectors of the plurality of terahertz waves are shown, and the phase matching in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment FIG. 内部交叉角度の値が位相整合範囲角に相当する場合について、複数のテラヘルツ波の波数ベクトルの軌跡を示す複数の円を示し、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図である。In the case where the value of the internal crossing angle corresponds to the phase matching range angle, a plurality of circles indicating the trajectories of a plurality of terahertz waves are shown, and the phase matching in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment is performed. It is a two-dimensional vector diagram to explain. 内部交叉角度の値が位相整合範囲角に相当する場合について、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)を横軸に、テラヘルツ波の周波数を縦軸に示す図である。When the value of the internal crossing angle corresponds to the phase matching range angle, the horizontal axis represents the inclination angle (k L angle) of the vector k L and the vertical axis represents the frequency of the terahertz wave. テラヘルツ波の波数ベクトルkTの角度と、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)の定義を説明する模式図である。とAnd angle of the wave vector k T of the terahertz wave is a schematic diagram for explaining the definition of the angle of inclination of the vector k L (k L angles). When 内部交叉角度の値が位相整合範囲角に相当する場合について、図16の中央に□印でプロットした内側整合条件の部分を拡大して示す図である。FIG. 17 is an enlarged view showing a portion of an inner matching condition plotted with a square in the center of FIG. 16 when the value of the internal crossing angle corresponds to the phase matching range angle. ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合において、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものである。In the case of vector k p2 > vector k p1 , the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment and the wave vector k T of the terahertz wave The value of the direction angle is a 3D plot. ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合において、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものである。In the case of vector k p2 <vector k p1 , the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment and the wave vector k T of the terahertz wave The value of the direction angle is a 3D plot. 内部交叉角度の値が位相整合範囲角に相当する場合について、本発明の第2の実施の形態に係る電磁波発生装置のベクトルkLの傾きの角度(kL角)とテラヘルツ波の周波数との関係を示す図である。In the case where the value of the internal crossing angle corresponds to the phase matching range angle, the inclination angle (k L angle) of the vector k L of the electromagnetic wave generation device according to the second embodiment of the present invention and the frequency of the terahertz wave It is a figure which shows a relationship. ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合において、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものである。In the case of vector k p2 <vector k p1 , the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the second embodiment and the wave vector k T of the terahertz wave The value of the direction angle is a 3D plot. 本発明の第3の実施の形態に係る電磁波発生装置の全体構成の概略を説明する模式的な図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the whole structure of the electromagnetic wave generator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る電磁波発生装置の全体構成の概略を説明する模式的な図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the whole structure of the electromagnetic wave generator which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る電磁波発生装置の全体構成の概略を説明する模式的な図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the whole structure of the electromagnetic wave generator which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 従来技術に係る電磁波発生装置の一部を説明する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing explaining a part of electromagnetic wave generator which concerns on a prior art. 他の従来技術に係る電磁波発生装置の全体構成の概略を説明する模式的な図である。It is a schematic diagram explaining the outline of the whole structure of the electromagnetic wave generator which concerns on another prior art. 従来技術に係る電磁波発生装置に於ける位相整合を説明する2次元ベクトル図である。It is a two-dimensional vector diagram explaining phase matching in the electromagnetic wave generator according to the prior art.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(基本コンセプト)
本発明の基本コンセプトに係る電磁波発生装置は、図1に示すように、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、周期的な分極反転構造を有し、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波を生成する擬似位相整合素子19と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との外部交叉角度δ及び内部交叉角θを調整して固定し、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2を擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M6,18)とを備える。ここで、外部交叉角度δ は擬似位相整合素子19の外部における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、擬似位相整合素子19の内部の交叉角度である内部交叉角度θとは、ほぼ:

δ=nL θ in ……(3)

なる関係を有するのは、式(1)と同様である。式(3)は、空気中を伝播する第1のポンプ光hν1や第2のポンプ光hν2等の波数ベクトルと、擬似位相整合素子19中を伝播する第1のポンプ光hν1や第2のポンプ光hν2等に対する波数ベクトルが違うことを意味しており、注意が必要である。式(3)のnLはポンプ光周波数での擬似位相整合素子19の屈折率であるから、周波数分散が無視できれば、テラヘルツ波hνTに対する擬似位相整合素子19の屈折率nTHzを用いて、

L =nTHz ……(4)

と、近似することができる。
(Basic concept)
As shown in FIG. 1, the electromagnetic wave generator according to the basic concept of the present invention has a first pump light emitting section 24 that emits the first pump light hν1 and a first pump light having a wavelength different from that of the first pump light hν1. The second pump light emitting section 25 that emits the second pump light hν2 with a variable wavelength, and a periodically domain-inverted structure with a difference frequency between the first pump light hν1 and the second pump light hν2. The external crossing angle δ and the internal crossing angle θ of the quasi-phase matching element 19 that generates the electromagnetic wave, the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are adjusted and fixed, and the first pump light hν1 and the first pump light hν1 And an optical system (M6, 18) for causing the two pump lights hν2 to enter the quasi phase matching element 19. Where the external crossing angle δ Is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 outside the quasi phase matching element 19, and the internal crossing angle θ, which is the crossing angle inside the quasi phase matching element 19, Almost:

δ = n L θ in ...... (3)

This relationship is the same as in the formula (1). Equation (3) is expressed as follows: wave number vectors such as the first pump light hν1 and the second pump light hν2 propagating in the air, the first pump light hν1 and the second pump propagating in the quasi phase matching element 19 This means that the wave vector for the light hν2 etc. is different, and caution is required. Since n L in Equation (3) is the refractive index of the pseudo phase matching element 19 at the pump light frequency, if the frequency dispersion can be ignored, the refractive index n THz of the pseudo phase matching element 19 with respect to the terahertz wave hν T is used.

n L = N THz (4)

And can be approximated.

図1に示すように、基本コンセプトに係る電磁波発生装置は、更に、シリコンボロメータやDTGS赤外光検出器のようなテラヘルツ帯の電磁波検出器34を備え、擬似位相整合素子19から出射したテラヘルツ帯の電磁波は電磁波検出器34で検出される。電磁波検出器34は、電圧計33に接続され、電圧計33は、パーソナルコンピュータ(PC)11に接続されて、電磁波検出器34が検知したテラヘルツ帯の電磁波に依拠した電気信号に対し、演算処理が可能なように構成されている。擬似位相整合素子19から出射するテラヘルツ帯の電磁波は、一定方向に出射するので、電磁波検出器34は固定位置に配置することが可能である。   As shown in FIG. 1, the electromagnetic wave generator according to the basic concept further includes a terahertz band electromagnetic wave detector 34 such as a silicon bolometer or a DTGS infrared light detector, and the terahertz band emitted from the pseudo phase matching element 19. Are detected by the electromagnetic wave detector 34. The electromagnetic wave detector 34 is connected to a voltmeter 33, and the voltmeter 33 is connected to a personal computer (PC) 11, and performs arithmetic processing on an electric signal based on the terahertz band electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector 34. Is configured to be possible. Since the terahertz band electromagnetic wave emitted from the quasi phase matching element 19 is emitted in a fixed direction, the electromagnetic wave detector 34 can be arranged at a fixed position.

光学系(M6,18)は、図1に示すように、ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18からなる。ミラーM6は、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を偏光ビームスプリッタ18に入射する角度を調整するように回転可能なミラーである。図1に示す光学系(M6,18)の配置により、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させる。又、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1は、ミラーM6を用いて、垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、平行に近い微小な外部交叉角度δで、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を、擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成している。 The optical system (M 6 , 18) includes a mirror M 6 and a polarization beam splitter 18 as shown in FIG. The mirror M 6 is rotatable so as to reflect the first pump light hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 and adjust the angle at which the first pump light hν 1 enters the polarization beam splitter 18. It is a mirror. With the arrangement of the optical systems (M 6 , 18) shown in FIG. 1, the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is transmitted through the polarization beam splitter 18. Further, the pump light (first pump light) hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction using the mirror M 6 and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18. An optical system that couples the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 within the quasi phase matching element 19 with a minute external crossing angle δ that is almost parallel is constructed. ing.

基本コンセプトに係る電磁波発生装置は、図1に示すように、擬似位相整合素子19は、回転ステージ57に搭載され、回転ステージ57は、ステージコントローラ32による駆動される。ステージコントローラ32は、パーソナルコンピュータ11により制御されるように接続されている。具体的には、回転ステージ57は、例えばステッピングモータにより駆動され、ステージコントローラ32は、このステッピングモータを制御するモータコントローラから構成することが可能である。ステージコントローラ32は、GPIB通信やUSB通信、RS−232C通信等によりパーソナルコンピュータ11から制御されるようにできる。但し、後述するように、本発明の第1第4の実施の形態に係る電磁波発生装置では、擬似位相整合素子19をほとんど回転させることなく、0.3〜2THzのテラヘルツ波放射源が設計可能であるので、回転ステージ57を省略することも可能である。   As shown in FIG. 1, in the electromagnetic wave generator according to the basic concept, the quasi phase matching element 19 is mounted on a rotary stage 57, and the rotary stage 57 is driven by a stage controller 32. The stage controller 32 is connected to be controlled by the personal computer 11. Specifically, the rotary stage 57 is driven by, for example, a stepping motor, and the stage controller 32 can be constituted by a motor controller that controls the stepping motor. The stage controller 32 can be controlled from the personal computer 11 by GPIB communication, USB communication, RS-232C communication, or the like. However, as will be described later, in the electromagnetic wave generator according to the first to fourth embodiments of the present invention, a terahertz wave radiation source of 0.3 to 2 THz can be designed without substantially rotating the quasi phase matching element 19. Therefore, the rotary stage 57 can be omitted.

更に、第1のポンプ光出射部24及び第2のポンプ光出射部25は、レーザコントローラ31に接続され、レーザコントローラ31により出力強度及び周波数を制御される。レーザコントローラ31は、パーソナルコンピュータ11に接続され、GPIB通信やUSB通信、RS−232C通信等により制御される。特に、第2のポンプ光出射部25の波長は、レーザコントローラ31を介してパーソナルコンピュータ11により制御されるが、ステージコントローラ32をレーザコントローラ31と連動して駆動・制御することにより、自動で連続的に周波数ν3を掃引し、且つそれぞれの周波数ν3で最高出力を得るためには、第2のポンプ光出射部25の波長及び擬似位相整合素子19の回転角度が制御される。 Further, the first pump light emitting unit 24 and the second pump light emitting unit 25 are connected to the laser controller 31, and the output intensity and frequency are controlled by the laser controller 31. The laser controller 31 is connected to the personal computer 11 and controlled by GPIB communication, USB communication, RS-232C communication, or the like. In particular, the wavelength of the second pump light emitting unit 25 is controlled by the personal computer 11 via the laser controller 31, but automatically and continuously by driving and controlling the stage controller 32 in conjunction with the laser controller 31. to sweep the frequency [nu 3, in order to obtain the maximum output with and each frequency [nu 3, the rotation angle of the wavelength and the quasi-phase matching element 19 of the second pump-light emitting unit 25 is controlled.

冒頭で述べたとおり、特許文献1に記載された従来の電磁波発生装置においては、外部交叉角度θ in ext は、非線形光学結晶109の横波格子振動周波数より十分小さい領域では、式(2)に示すように、差周波数ν3に比例して増大し、差周波数ν3が横波格子振動周波数に近くなると、外部交叉角度θ in ext は、非線形光学結晶109の周波数分散を示す曲線に沿って変化するので、従来は、パーソナルコンピュータ11からの信号で、偏光ビームスプリッタ18を搭載した回転ステージ55の回転やビームスプリッタ用線形ステージ54の位置をステージコントローラ32を用いて制御する必要があったが、基本コンセプトに係る電磁波発生装置においては、図7に示すように、外部交叉角度δ は、差周波数ν3に依存しないので、一定方向に出射可能に構成できるので、図27に記載されたような回転ステージ55、ビームスプリッタ用線形ステージ54やこれらを駆動制御するステージコントローラ32は不要である。 As described at the beginning, in the conventional electromagnetic wave generator described in Patent Document 1, the external crossing angle θ in ext is expressed by the formula (2) in a region sufficiently smaller than the transverse wave lattice vibration frequency of the nonlinear optical crystal 109. Thus, when the difference frequency ν 3 increases in proportion to the difference frequency ν 3 , and the difference frequency ν 3 approaches the transverse wave lattice vibration frequency, the external crossing angle θ in ext changes along a curve indicating the frequency dispersion of the nonlinear optical crystal 109. Therefore, conventionally, it has been necessary to control the rotation of the rotary stage 55 on which the polarization beam splitter 18 is mounted and the position of the linear stage 54 for the beam splitter using the stage controller 32 by a signal from the personal computer 11. In the electromagnetic wave generator according to the concept, as shown in FIG. Does not depend on the difference frequency ν 3 , and therefore can be configured to be able to emit light in a certain direction. Therefore, the rotating stage 55, the beam splitter linear stage 54, and the stage controller 32 for driving and controlling them as shown in FIG. 27 are unnecessary. It is.

ここで、第1のポンプ光出射部24は、例えば、第1のポンプ光hν1を出射するクロム(Cr)添加フォルステライトレーザ、イッテルビウム(Yb)添加YLF(イットリウム・リチウム・フルオライド)レーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第1のポンプ光hν1源を備え、第2のポンプ光出射部25は、例えば、第2のポンプ光hν2を出射するCr添加フォルステライトレーザ、Yb添加YLFレーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第2のポンプ光源を備えるようにすることが可能である。ここで、Cr添加フォルステライトレーザは、かんらん石の主成分であるフォルステライト(SiO2・2MgO=Mg2SiO4)中のCrの準位を用いているため、インジェクションシーディングなしのOPOに比べてスペクトル線幅が極めて狭い。Cr添加フォルステライトレーザは、波長1.064μmの励起光源(YAGレーザ)16を用いて励起され、OPOのようにYAG第3高調波を用いないので効率が高い。第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光源をそれぞれ励起し、第1及び第2のポンプ光源から第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2を出射させる励起光源を更に備えるようにしても良い。或いは、第1のポンプ光出射部24から波長1.064μmのYAGレーザの出力を第1のポンプ光hν1として出射し、第2のポンプ光出射部25は、インジェクションシーディング機構を有するオプティカルパラメトリックオシレータを備え、オプティカルパラメトリックオシレータをYAGレーザの出力で励起することにより、第2のポンプ光出射部25からオプティカルパラメトリックオシレータの出力を第2のポンプ光hν2として出射するようにしても良い。 Here, the first pump light emitting unit 24 includes, for example, a chromium (Cr) -added forsterite laser, an ytterbium (Yb) -added YLF (yttrium-lithium fluoride) laser, and Yb-added that emits the first pump light hν1. The second pump light emitting unit 25 includes a first pump light hν1 source composed of any one of fiber lasers, and includes, for example, a Cr-doped forsterite laser, a Yb-doped YLF laser, and Yb that emits the second pump light hν2. It is possible to provide a second pump light source consisting of any of the doped fiber lasers. Here, the Cr-added forsterite laser uses the Cr level in the forsterite (SiO 2 · 2MgO = Mg 2 SiO 4 ), which is the main component of olivine, and is therefore suitable for OPO without injection seeding. In comparison, the spectral line width is extremely narrow. The Cr-added forsterite laser is excited by using an excitation light source (YAG laser) 16 having a wavelength of 1.064 μm, and does not use the third harmonic of YAG unlike OPO, so that the efficiency is high. An excitation light source is further provided for exciting the first pump light hν1 and the second pump light source, respectively, and emitting the first pump light hν1 and the second pump light hν2 from the first and second pump light sources. Also good. Alternatively, the output of the YAG laser having a wavelength of 1.064 μm is emitted from the first pump light emitting unit 24 as the first pump light hν1, and the second pump light emitting unit 25 is an optical parametric oscillator having an injection seeding mechanism. , And the optical parametric oscillator may be excited by the output of the YAG laser so that the output of the optical parametric oscillator is emitted from the second pump light emitting unit 25 as the second pump light hν2.

周期的な分極反転構造を有した擬似位相整合素子19としては、例えば、図2に示すようなコヒーレンス長lcごとに結晶の分極方向を周期的に反転させた構造が採用可能である。図2では、厚さlcで方向Mに分極している部分191Mと、厚さlcで方向Mに反対の方向Nに分極している部分191Nとが交互に周期的に積層されている。歴史的には、図2に示すような、周期的な分極反転構造は、当初、第二高調波を生成する場合の位相整合に主に用いられていた。第二高調波を生成する場合のコヒーレンス長lcは、k1を基本波(入射光)の波数、k2を第二高調波(射出光)の波数とした場合には、

lc=π/(k2−2k1) ……(5)

で表され、和周波を生成する場合のコヒーレンス長lcは、k3、k4を入射光の波数、k5を射出光の波数とした場合に、

lc=π/{k5−(k3+k4)} ……(6)

で表される。
As the quasi-phase matching element 19 having a periodic polarization reversal structure, for example, a structure in which the polarization direction of the crystal is periodically reversed for each coherence length lc as shown in FIG. 2 can be employed. In FIG. 2, the portions 191 M polarized in the direction M with the thickness lc and the portions 191 N polarized in the direction N opposite to the direction M with the thickness lc are alternately and periodically stacked. . Historically, a periodic domain-inverted structure as shown in FIG. 2 was originally used mainly for phase matching when generating a second harmonic. The coherence length lc for generating the second harmonic is such that k 1 is the wave number of the fundamental wave (incident light) and k 2 is the wave number of the second harmonic wave (emitted light).

lc = π / (k 2 -2k 1 ) (5)

When the sum frequency is generated, the coherence length l c is obtained when k 3 and k 4 are wave numbers of incident light and k 5 is wave number of emitted light.

lc = π / {k 5 − (k 3 + k 4 )} (6)

It is represented by

そして、分極反転の周期(格子定数)Λは、Λ=2mlc(ここでmは、次数を表す正の整数である。)で表される。図2に示すとおり、Λは、分極反転の1周期分の長さであり、mが奇数の場合、その中にある基準となる方向Mに分極している部分191Mの長さlc(M)と、方向Mの反対方向Nに分極している部分191Nの部分の長さlc(N)の関係は、m=1として、Λ=lc(M)+lc(N)となる。このときlc(M):lc(N)=1:1の関係が望ましい。一方、mが偶数の場合、基準となる方向Mに分極している部分191Mの長さt(M)と、方向Mの反対方向Nに分極している部分191Nの部分の長さt(N)の関係も、Λ=t(M)+t(N)となるが、m=2として、t(M):t(N)=1:3の関係が望ましい。 The period of polarization inversion (lattice constant) Λ is expressed by Λ = 2 mlc (where m is a positive integer representing the order). As shown in FIG. 2, Λ is the length of one period of polarization reversal. When m is an odd number, the length lc (M of the portion 191 M polarized in the reference direction M in the m is an odd number. ) And the length lc (N) of the portion 191 N polarized in the direction N opposite to the direction M is Λ = lc (M) + lc (N) where m = 1. At this time, a relationship of lc (M): lc (N) = 1: 1 is desirable. On the other hand, when m is an even number, the length t (M) of the portion 191 M polarized in the reference direction M and the length t of the portion 191 N polarized in the opposite direction N of the direction M The relationship (N) is also Λ = t (M) + t (N), but it is desirable that m = 2 and t (M): t (N) = 1: 3.

図2に示したように、擬似位相整合素子19には、結晶の分極(M,N)を周期的に反転させた周期分極反転構造が形成されており、擬似位相整合の原理から分かるように、分極反転の周期Λは、分極の正負の領域を一対としてコヒーレンス長lcの2倍の長さになる。擬似位相整合素子19の大きな特徴の1つとして、分極反転周期を調整することで、対応波長や変換方法(高調波発生、光パラメトリック発振等)をカスタマイズすることができることである。擬似位相整合素子19は分極反転構造を形成する方位を選ぶことで、従来の複屈折位相整合では実現できなかった方位の高い非線形定数を利用でき、結晶本来の非線形特性を十分に活用した効率の良い波長変換が可能になる。   As shown in FIG. 2, the quasi phase matching element 19 has a periodically poled structure in which the polarization (M, N) of the crystal is periodically reversed. As can be seen from the principle of quasi phase matching. The polarization reversal period Λ is twice as long as the coherence length lc with the pair of positive and negative polarization regions as a pair. One of the major features of the quasi phase matching element 19 is that the corresponding wavelength and conversion method (harmonic generation, optical parametric oscillation, etc.) can be customized by adjusting the polarization inversion period. The quasi phase matching element 19 can use a nonlinear constant having a high orientation that cannot be realized by conventional birefringence phase matching by selecting the orientation in which the domain-inverted structure is formed. Good wavelength conversion becomes possible.

一般的に位相整合がとれていない場合には、基本波光と発生した波長変換光の間で位相速度に差があるために、基本波が結晶内を伝播するにつれて次々と発生する波長変換光は、少しずつ位相がずれて発生する。発生した波長変換光は、各々が加算されて徐々に強度が増すが、ある距離lc離れた2点で発生した波長変換光の位相差がπになると、互いに打ち消し合うようになり逆に強度が減衰していく。その結果、波長変換光の強度は図3(b)の点線で示すように、分極反転の周期Λで、周期的に強弱を繰り返すようになる。擬似位相整合素子19においては、図3(b)の実線で示すように、互いに打ち消し合うフェーズにおいて、結晶の分極を反転させて、このフェーズで発生する波長変換光の位相を反転させ、安定して強度を増大させている。図3(b)の実線で示すように、本来なら互いに打ち消し合うフェーズでも、逆に強め合うフェーズに移行でき、強度を常に増加させることができる。   In general, when phase matching is not achieved, there is a difference in phase velocity between the fundamental wave light and the generated wavelength converted light, so that the wavelength converted light generated one after another as the fundamental wave propagates in the crystal is The phase shifts little by little. The generated wavelength-converted lights are gradually increased in intensity as they are added, but when the phase difference between the wavelength-converted lights generated at two points separated by a distance lc becomes π, they cancel each other and conversely the intensity. It decays. As a result, the intensity of the wavelength-converted light periodically repeats the intensity at the polarization inversion period Λ, as indicated by the dotted line in FIG. In the quasi phase matching element 19, as shown by the solid line in FIG. 3 (b), the phases of the wavelength-converted light generated in this phase are reversed and stabilized in the phases that cancel each other, by reversing the polarization of the crystals. The strength is increased. As indicated by the solid line in FIG. 3 (b), even if the phases cancel each other out, they can be shifted to a strengthening phase, and the strength can always be increased.

基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19としては、第1のポンプ光hν1、第2のポンプ光hν2及びテラヘルツ波hνTの波長に対して透明で、機械的/光学的特性に優れ、中でも非線形光学定数が最も大きく、低価格な誘電体や半導体が好適である。 The quasi-phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept is transparent to the wavelengths of the first pump light hν1, the second pump light hν2, and the terahertz wave hν T , and has mechanical / optical characteristics. A dielectric or semiconductor that is excellent and has the largest nonlinear optical constant and is inexpensive is suitable.

図2に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19は、例えば、図4に示すように、リオブ酸リチウム(LiNbO3 )結晶(LN結晶)、タンタル酸リチウム(LiNbO3 )結晶(LN結晶)、リン酸チタン酸カリウム(KTiOPO4 )結晶(KTP結晶)等の誘電体結晶から、超精密加工と研磨等により数μm〜50μmの薄板191M,191N,191M,191N,191M,191N,…を用意し、薄板191M,191N,191M,191N,191M,191N,…を交互に分極(M,N)が反転するようにして(図4(a)の矢印が分極M,Nの方向を示す。)接合することにより、図4(b)に示すように、擬似位相整合素子19を製造することができる。図4(b)における接合方法としては、拡散接合や常温接合が採用可能で、拡散接合や常温接合を用いることにより、光学的/機械的に安定な接合を行うことができる。図4(a)では、便宜上、8枚を接合する場合を例示しているが、基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19に用いる薄板191M,191N,191M,191N,191M,191N,…の枚数は、図4に例示する枚数に限定されるものではない。又薄板191M,191N,191M,191N,191M,191N,…の厚さΛ/2は、高次の周期にすれば(次数mを大きくすれば)厚くできるため、加工精度に応じて最適な次数にすれば良い。 The quasi-phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. 2 includes, for example, as shown in FIG. 4 lithium lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal (LN crystal), lithium tantalate (LiNbO 3 ). Thin plates 191 M , 191 N , 191 M , 191 from several μm to 50 μm from a dielectric crystal such as a crystal (LN crystal) or potassium phosphate titanate (KTiOPO 4 ) crystal (KTP crystal) by ultra-precision machining and polishing. N , 191 M , 191 N ,... Are prepared, and the thin plates 191 M , 191 N , 191 M , 191 N , 191 M , 191 N ,. 4 (a) indicates the directions of polarization M and N.) By joining, the quasi phase matching element 19 can be manufactured as shown in FIG. 4 (b). As a bonding method in FIG. 4B, diffusion bonding or room temperature bonding can be employed, and optical / mechanically stable bonding can be performed by using diffusion bonding or room temperature bonding. In FIG. 4A, for convenience, the case of joining 8 sheets is illustrated, but the thin plates 191 M , 191 N , 191 M , 191 N used for the quasi phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept. , 191 M , 191 N ,... Are not limited to the number illustrated in FIG. Further, since the thickness Λ / 2 of the thin plates 191 M , 191 N , 191 M , 191 N , 191 M , 191 N ,... Can be increased with a high-order period (by increasing the order m), the processing accuracy is increased. It is sufficient to set the optimal order according to.

又、図2に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19は、図5に示すような製造方法でも製造可能である。図4に示したような方法で必要な枚数だけ薄板を重ねて接合することにより擬似位相整合素子19を作る場合には、枚数が非常に多くなるため、それらすべてを研削/研磨して接合するのは時間と価格がかかる。そこで図3に示すとおり、先ず、素材となる誘電体結晶や半導体結晶から、X線リソグラフィーや超精密加工等により、2つの櫛形状基板19a,19bを作成する。この際、櫛形の歯の部分の長さ方向が分極(M,N)の方向となるようにしておく(矢印が分極(M,N)の方向を示す)。そして、櫛形状基板19aと19bを、櫛形の歯の部分の分極(M,N)が互いに反転する方向となるようにして嵌合させて接合するれば良い。図5に示す接合方法としては拡散接合や常温接合を用いることができる。このとき、2つの櫛形状基板19a,19bが互いに勘合しやすいように、溝が深くなるに従い、溝の間隔が狭くなるように、精密加工や異方性エッチングなどで櫛形部の構造を形成しても良い。又接合を用いずに嵌め合わせただけで使用可能な場合には、櫛形状基板19a,19bの互いの櫛歯の間に少し隙間ができるように加工し、隙間をマッチングオイルなどで埋めるようにしても良い。   Further, the quasi phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. 2 can be manufactured by a manufacturing method as shown in FIG. When the quasi phase matching element 19 is made by stacking and joining the necessary number of thin plates by the method as shown in FIG. 4, the number of the sheets becomes very large, and all of them are ground / polished and joined. It takes time and price. Therefore, as shown in FIG. 3, first, two comb-shaped substrates 19a and 19b are formed from a dielectric crystal or a semiconductor crystal as a material by X-ray lithography, ultraprecision processing, or the like. At this time, the length direction of the comb-shaped tooth portion is set to the polarization (M, N) direction (the arrow indicates the polarization (M, N) direction). Then, the comb-shaped substrates 19a and 19b may be fitted and joined so that the polarizations (M, N) of the comb-shaped tooth portions are reversed from each other. As the bonding method shown in FIG. 5, diffusion bonding or room temperature bonding can be used. At this time, the structure of the comb-shaped portion is formed by precision processing or anisotropic etching so that the interval between the grooves becomes narrower as the grooves become deeper so that the two comb-shaped substrates 19a and 19b can be easily fitted to each other. May be. If it can be used simply by fitting without using bonding, it is processed so that there is a little gap between the comb teeth of the comb-shaped substrates 19a and 19b, and the gap is filled with matching oil or the like. May be.

更に、基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19は、図6に示すように分極Mの基板192の表面に、この表面に垂直方向の断面形状が円弧状であり、分極方向Nが、分極Mとは反対方向である領域193を、周期Λで、板面方向に周期的にストライプ状に埋め込んだ構造で周期分極反転構造を構成しても良い。即ち、基本コンセプトに係る電磁波発生装置に用いる擬似位相整合素子19は、結晶の分極(M,N)が周期的に反転した構造であれば種々の周期分極反転構造が採用可能であり、又、その製造方法も種々の方法が採用可能である。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the quasi phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept has the surface of the substrate 192 of polarization M having a circular cross section in the direction perpendicular to the surface, and the polarization direction N However, the periodically poled structure may be configured by a structure in which the region 193 in the direction opposite to the polarization M is embedded in a stripe pattern periodically in the plate surface direction with a period Λ. That is, the quasi phase matching element 19 used in the electromagnetic wave generator according to the basic concept can adopt various periodic polarization inversion structures as long as the polarization (M, N) of the crystal is periodically inverted. Various methods can be adopted as the manufacturing method.

(第1の実施の形態)
以下の本発明の第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の説明では、図1に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置の構成において、擬似位相整合素子19として周期分極反転KTP結晶(以下において「PPKTP結晶」という。)を用いた場合を例示し、この擬似位相整合素子19を用いた擬似位相整合条件により、擬似位相整合素子19中で差周波信号を発生し、これによりテラヘルツ波を生成する構成を説明する。尚、図1の基本コンセプトの説明では、擬似位相整合素子19を回転ステージ57に搭載し、回転ステージ57をステージコントローラ32により駆動する構成を、便宜上例示的に説明したが、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置では、擬似位相整合素子19をほとんど回転させることなく、0.3〜2THzのテラヘルツ波を擬似位相整合素子19から出射することが可能である。
(First embodiment)
In the following description of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment of the present invention, in the configuration of the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. "PPKTP crystal") is used as an example, and a differential frequency signal is generated in the quasi-phase matching element 19 under the quasi-phase matching condition using the quasi-phase matching element 19, thereby generating a terahertz wave. The structure to perform is demonstrated. In the description of the basic concept of FIG. 1, the configuration in which the quasi phase matching element 19 is mounted on the rotary stage 57 and the rotary stage 57 is driven by the stage controller 32 has been described as an example for convenience. In the electromagnetic wave generation device according to the embodiment, it is possible to emit a terahertz wave of 0.3 to 2 THz from the pseudo phase matching element 19 without almost rotating the pseudo phase matching element 19.

よって、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、図1に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置の説明で用いたステージコントローラ32をパーソナルコンピュータ11により制御することや、図1に示した基本コンセプトで説明した回転ステージ57そのものを省略しても良い。又、以下の第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の説明では、0.3〜2THzの範囲において、擬似位相整合素子19から出射するテラヘルツ波の分散の範囲は、3.0°〜3.5°程度以下の小さな値に設定できるので、図1に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置の構成において、電磁波検出器34の位置を所定の位置に固定でき、且つ、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34との間に、図27に示したような、非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。   Therefore, in the electromagnetic wave generation device according to the first embodiment, the stage controller 32 used in the description of the electromagnetic wave generation device according to the basic concept shown in FIG. 1 is controlled by the personal computer 11 or shown in FIG. The rotary stage 57 itself described in the basic concept may be omitted. In the description of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment below, in the range of 0.3 to 2 THz, the range of dispersion of the terahertz wave emitted from the pseudo phase matching element 19 is 3.0 ° to 3 °. Since it can be set to a small value of about 5 ° or less, the position of the electromagnetic wave detector 34 can be fixed at a predetermined position in the configuration of the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. It is not necessary to use the non-axial parabolic mirrors 7a and 7b as shown in FIG.

先ず、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の擬似位相整合素子19として用いるPPKTP結晶のテラヘルツ波透過特性を調べた結果を図13に示す。図13の測定では、広帯域出力可能なテラヘルツ波放射源を使い、厚さ465μmのKTP基板に対して透過特性の計測を行った。図13に示すように、0.5〜2THzの領域において比較的高い透過性が観測された。それ以下の周波数範囲では、光源の制約上測定できなかったが、KTP基板は、少なくとも0.3THzまでは透明であると推定される。   First, FIG. 13 shows the result of examining the terahertz wave transmission characteristics of a PPKTP crystal used as the quasi-phase matching element 19 of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment. In the measurement of FIG. 13, transmission characteristics were measured for a 465 μm thick KTP substrate using a terahertz wave radiation source capable of broadband output. As shown in FIG. 13, a relatively high permeability was observed in the region of 0.5 to 2 THz. In the frequency range below that, it could not be measured due to the limitation of the light source, but the KTP substrate is estimated to be transparent up to at least 0.3 THz.

第1の実施の形態に係る電磁波発生装置における差周波発生によるテラヘルツ波の周波数幅は、擬似位相整合素子19のテラヘルツ波の透過性特性を考慮して決めれば良い。よって、第1の実施の形態として例示するように、擬似位相整合素子19が、PPKTP結晶であれば、対象振動数領域を0.3〜2THzに設定できる。尚、図13に示す透過スペクトルのファブリーペロー干渉縞から、テラヘルツ波のPPKTPの屈折率nTHz=3.393と計算される。図14〜図20にデータでは、PPKTPの屈折率nTHz=3.393の値を用いて計算している。但し、上述の基本コンセプトに係る電磁波発生装置の説明から理解できるように、より小さな吸収率や屈折率nTHzを持つ擬似位相整合素子19を用いることにより、より実現可能で扱いやすい差周波発生を用いた電磁波発生装置が実現可能である。 The frequency width of the terahertz wave generated by the difference frequency generation in the electromagnetic wave generation device according to the first embodiment may be determined in consideration of the terahertz wave transmission characteristics of the pseudo phase matching element 19. Therefore, as exemplified in the first embodiment, if the quasi phase matching element 19 is a PPKTP crystal, the target frequency region can be set to 0.3 to 2 THz. Note that the refractive index n THz = 3.393 of the terahertz wave PPKTP is calculated from the Fabry-Perot interference fringes of the transmission spectrum shown in FIG. The data shown in FIGS. 14 to 20 are calculated using the value of the refractive index n THz = 3.393 of PPKTP. However, as can be understood from the explanation of the electromagnetic wave generator according to the basic concept described above, by using the quasi phase matching element 19 having a smaller absorption rate and refractive index n THz , it is possible to realize difference frequency generation that is more feasible and easy to handle. The electromagnetic wave generator used can be realized.

図1に示すように、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置では、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25との2つのポンプ光hν1.hν2の相互作用により差周波を発生させる。第1のポンプ光hν1の波長は1.21μmに固定し、第2のポンプ光hν2は1.199μm〜1.221μmに調整される。尚、Cr添加フォルステライトレーザは第1の実施の形態に係る電磁波発生装置で使用するレーザの波長帯を完全に網羅している。周期的な分極反転構造を持つ擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λは6μmである。   As shown in FIG. 1, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the first pump light emitting unit 24 that emits the first pump light hν1 and the first pump light hν1 have different wavelengths. Two pump lights hν 1... With the second pump light emitting section 25 that emits the second pump light hν 2 with variable wavelength. A difference frequency is generated by the interaction of hν2. The wavelength of the first pump light hν1 is fixed at 1.21 μm, and the second pump light hν2 is adjusted to 1.199 μm to 1.221 μm. The Cr-added forsterite laser completely covers the wavelength band of the laser used in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment. The quasi phase matching element 19 having a periodic polarization reversal structure has a polarization reversal period Λ of 6 μm.

擬似位相整合素子19の周期的な分極反転構造に由来する光子運動量をベクトルkLで示し、テラヘルツ波の波数ベクトルをベクトルkTとし、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルをベクトルkp1で示し、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルをベクトルkp2で表現すれば、擬似位相整合での運動量保存則は式(7)で示される:

ベクトルkp1−ベクトルkp2=ベクトルkT+ベクトルkL…(7)

式(7)の関係は、図8に示される。
The photon momentum derived from the periodic polarization reversal structure of the quasi-phase matching element 19 is represented by a vector k L , the terahertz wave vector is represented by a vector k T, and the first pump light hν 1 is represented by a vector k p1 . If the wave vector of the second pump light hν2 is expressed by the vector k p2 , the momentum conservation law in the quasi-phase matching is expressed by Equation (7):

Vector k p1 −vector k p2 = vector k T + vector k L (7)

The relationship of equation (7) is shown in FIG.

第1のポンプ光hν1のベクトルkp1は、この波長領域での屈折率nTHz=1.745として、ベクトルkp1=2nπ/λp1により計算し、波長1.21μmで固定としているので、9.06μm−1で固定である。一方、第2のポンプ光hν2のベクトルkp2は、第2のポンプ光出射部25の波長をレーザコントローラ31を介してパーソナルコンピュータ11により制御することにより、波長1.199μmから1.221μmまで変化することにより、この波長領域での屈折率nTHz=1.745として、ベクトルkp2=2nπ/λp2により計算されるので、8.987μm−1から9.145μm−1 まで変化する。尚、図8に示すとおり、運動量ベクトルベクトルkp1は平行線上にある。 The vector k p1 of the first pump light hν 1 is calculated with the vector k p1 = 2nπ / λ p1 as the refractive index n THz = 1.745 in this wavelength region, and is fixed at the wavelength 1.21 μm. It is fixed at .06 μm −1 . On the other hand, the vector k p2 of the second pump light hν 2 changes from the wavelength of 1.199 μm to 1.221 μm by controlling the wavelength of the second pump light emitting unit 25 by the personal computer 11 via the laser controller 31. As a result, the refractive index n THz = 1.745 in this wavelength region is calculated by the vector k p2 = 2nπ / λ p2 , and thus changes from 8.987 μm −1 to 9.145 μm −1 . As shown in FIG. 8, the momentum vector vector k p1 is on a parallel line.

第1の実施の形態に係る電磁波発生装置で扱う内部交叉角度θは、すべてベクトルkp1から見た内角であり、又その角度は擬似位相整合素子19中での内部交叉角度θである。これ以降は、特に何も示さない限り、計算により得た内部交叉角度θは擬似位相整合素子19中での角度を意味している。式(7)の右辺のベクトルkLの値(〜1μm−1)は、擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λ=6μmの値を使って、ベクトルkL=2π/Λと導出される。一方、テラヘルツ波の波数kTは、差周波の運動量ベクトルベクトルの絶対値であるので、以下の式(8)のように表現できる:

T ≒ ABS(ベクトルkp1−ベクトルkp2) …(8)

ここでABS(ベクトルkp1−ベクトルkp2) は、(ベクトルkp1−ベクトルkp2) の絶対値を表す。
The internal crossing angles θ handled by the electromagnetic wave generator according to the first embodiment are all internal angles viewed from the vector k p1 , and the angles are the internal crossing angles θ in the quasi phase matching element 19. Thereafter, unless otherwise indicated, the internal crossing angle θ obtained by calculation means an angle in the quasi-phase matching element 19. The value (˜1 μm −1 ) of the vector k L on the right side of Equation (7) is derived as the vector k L = 2π / Λ using the value of the polarization inversion period Λ = 6 μm of the quasi phase matching element 19. . On the other hand, the wave number k T of the terahertz wave is the absolute value of the momentum vector vector of the difference frequency, and can be expressed as the following equation (8):

k T ≈ ABS (vector k p1 −vector k p2 ) (8)

Here, ABS (vector k p1 -vector k p2 ) represents the absolute value of (vector k p1 -vector k p2 ).

式(8)のベクトルkTの軌跡は、図8に半径がベクトルkTa=ベクトルkTbの円として描かれている。擬似位相整合素子19の配置が容易になっていることが明らかになっている。ベクトルkTa,ベクトルkTbの半径が式(8)により決定され、ベクトルkTa,kTbのそれぞれの矢印の付け根(つまり半径kTa,kTbの円の中心)はベクトルkp2のベクトルの終点に位置している。一方、分極反転構造に由来するベクトルkLa,kLbを表す円の付け根(つまり半径kLa,kLbの円の中心)はベクトルkp1のベクトルの終点にそれぞれ位置している。 The locus of the vector k T in equation (8) is depicted in FIG. 8 as a circle whose radius is vector k Ta = vector k Tb . It is clear that the arrangement of the quasi phase matching element 19 is easy. Vector k Ta, the radius vector k Tb is determined by Equation (8), the vector k Ta, each arrow root (i.e. radius k Ta, circle k Tb center) of the k Tb is the Vector k p2 Located at the end point. On the other hand, the roots of the circles representing the vectors k La and k Lb derived from the domain-inverted structure (that is, the centers of the circles having the radii k La and k Lb ) are located at the end points of the vector k p1 .

擬似位相整合素子19の周期的な分極反転構造に由来する光子運動量を表すベクトルkLa,kLbは、テラヘルツ波の波数ベクトルkTa,kTbとは異なり、擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λ=6μmにより決まるので、1μm−1の値を持つ定数であり、2つの円の交点は位相整合条件を満足する点である。図8から、半径kLa,kLbと半径kTa,kTbの2つの円が互いに接して交点が1つとなる場合を除いては、一般的に交点は2つ存在している。従って、図8に示すように、二とおりの交点が定義され、一方の交点でベクトルkLaとベクトルkTaとが定義され、他方の交点でベクトルkLbとベクトルkTbが、それぞれ定義される。図8から、擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λの大きさの上限はテラヘルツ波の波長程度、即ち、例えば、1mm(0.3THz)程度の値にすることが好ましいことが分かる。擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λを、テラヘルツ波の波長程度を越えて、更に大きくすると、図8に示すベクトルkLa,kLbが小さくなり、従来の擬似位相整合素子19を用いない差周波発生のベクトル図との差が無くなり、本発明の特徴が失われることになる。一方、分極反転の周期Λの下限は、擬似位相整合素子19の製造技術によっても制限されるが、あまり微細化することも好ましくない。分極反転の周期Λの値が0.7μm程度まで小さくなると、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルkp1、及び第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2と同じ大きさに、ベクトルkLa,kLbの絶対値が大きくなる。この場合、図8から理解できるように、運動量を保存するためには、ほぼ正三角形のベクトル合成図になり、励起2波の波数ベクトルkp1と波数ベクトルkp2との角度が60°くらいとなり、ビームの重なりが小さくなり、都合がよくない。よって、擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λの下限は、励起光の波長よりも大きな値を選ぶことが好ましい。 Unlike the terahertz wave number vectors k Ta and k Tb , the vectors k La and k Lb representing the photon momentum derived from the periodic polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 are different from the polarization inversion of the quasi phase matching element 19. Since it is determined by the period Λ = 6 μm, it is a constant having a value of 1 μm −1 , and the intersection of two circles is a point that satisfies the phase matching condition. From FIG. 8, there are generally two intersections except for the case where the two circles having the radii k La and k Lb and the radii k Ta and k Tb are in contact with each other to form one intersection. Therefore, as shown in FIG. 8, two kinds of intersections are defined, the vector k La and the vector k Ta are defined at one intersection, and the vector k Lb and the vector k Tb are defined at the other intersection, respectively. . 8 that the upper limit of the period Λ of polarization inversion of the quasi phase matching element 19 is preferably about the wavelength of the terahertz wave, that is, about 1 mm (0.3 THz), for example. When the polarization inversion period Λ of the quasi-phase matching element 19 is further increased beyond the wavelength of the terahertz wave, the vectors k La and k Lb shown in FIG. 8 become smaller and the conventional quasi-phase matching element 19 is not used. The difference from the vector diagram of the difference frequency generation disappears, and the feature of the present invention is lost. On the other hand, the lower limit of the period Λ of polarization inversion is limited by the manufacturing technique of the quasi phase matching element 19, but it is not preferable to make it too small. When the value of the period Λ of polarization inversion is reduced to about 0.7 μm, the vector k La , has the same magnitude as the wave vector k p1 of the first pump light hν 1 and the wave vector k p2 of the second pump light hν 2. The absolute value of k Lb increases. In this case, as can be understood from FIG. 8, in order to preserve the momentum, it becomes a vector composition diagram of a nearly equilateral triangle, and the angle between the wave vector k p1 and the wave vector k p2 of the two excitation waves is about 60 °. , The overlap of the beam will be small, not convenient. Therefore, the lower limit of the polarization inversion period Λ of the quasi phase matching element 19 is preferably selected to be larger than the wavelength of the excitation light.

図9は、図8で定義した第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来するベクトルkLa、及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTaのそれぞれを、擬似位相整合素子19、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルkp1、及び第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2と共に示す図であり、図10は、図8で定義した、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の分極反転構造に由来するベクトルkLb及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTbのそれぞれを、擬似位相整合素子19、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルkp1、及び第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2と共に示す図である。図9及び図10に示すように、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、擬似位相整合素子19から発生するテラヘルツ波の波数ベクトルkTa,kTbの進路方向が2パターン存在する。よって、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の設計においては、システムが要求する仕様に応じて、テラヘルツ波の波数ベクトルkTaの進路方向、又は、テラヘルツ波の波数ベクトルkTbの進路方向のいずれかを選択可能である。 FIG. 9 shows a vector k La derived from the polarization inversion structure of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment defined in FIG. 8 and a wave number vector k Ta of the terahertz wave, respectively, for the pseudo phase matching element 19 and the FIG. 10 is a diagram showing the wave number vector k p1 of the first pump light hν 1 and the wave number vector k p2 of the second pump light hν 2, and FIG. 10 is an electromagnetic wave generator according to the first embodiment defined in FIG. The vector k Lb and the wave vector k Tb of the terahertz wave derived from the domain-inverted structure are respectively represented by the quasi phase matching element 19, the wave vector k p1 of the first pump light hν1, and the wave vector of the second pump light hν2. It is a figure shown with kp2 . As shown in FIGS. 9 and 10, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, there are two patterns of course directions of the wave number vectors k Ta and k Tb of the terahertz wave generated from the pseudo phase matching element 19. . Therefore, in the design of the electromagnetic wave generation device according to the first embodiment, the direction of the wave vector k Ta of the terahertz wave or the direction of the wave vector k Tb of the terahertz wave according to the specifications required by the system. Either of these can be selected.

第2のポンプ光出射部25の波長を、レーザコントローラ31を介してパーソナルコンピュータ11が制御して、第2のポンプ光hν2の波長が、1.199μmから1.221μmまで変化することにより、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値は、8.977μm−1から9.145μm−1に変化する。第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値が、8.977μm−1から9.145μm−1に変化するにつれて、図11及び図12に示すように、異なる波数ベクトルkp2のベクトルのそれぞれの終点に、円の中心がそれぞれ位置するように、異なる半径kTの円がそれぞれ描かれる。 The personal computer 11 controls the wavelength of the second pump light emitting unit 25 via the laser controller 31, and the wavelength of the second pump light hν2 changes from 1.199 μm to 1.221 μm. The value of the wave number vector k p2 of the second pump light hν 2 changes from 8.977 μm −1 to 9.145 μm −1 . As the value of the wave vector k p2 of the second pump light hν 2 changes from 8.977 μm −1 to 9.145 μm −1 , as shown in FIGS. 11 and 12, each of the vectors of different wave vector k p2 Circles with different radii k T are respectively drawn so that the centers of the circles are located at the end points of, respectively.

図11に示すように、ベクトルkp1がベクトルkp2よりも大きい場合(ベクトルkp2<ベクトルkp1)は、8.977μm−1から9.145μm−1の範囲で変化する波数ベクトルkp2のベクトルのそれぞれの終点に、円の中心がそれぞれ位置するように、異なる半径kTの円がそれぞれ描かれ、異なる半径kTの円が、それぞれ、分極反転構造に由来するベクトルkLの円と異なる点で交わる。一方、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円の付け根(つまり一定半径kLの円の中心)は、ベクトルkp1のベクトルの終点に位置している。このことは、差周波発生による生成したテラヘルツ波の波数ベクトルkTの絶対値や方向が、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値によって、変化することを示唆している。更に、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値が、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルベクトルkp1に近づくにつれ、テラヘルツ波の波数ベクトルkTの円の半径、つまりベクトルkTの絶対値が徐々に小さくなっていくことが予測される。従って、ベクトルkp1 @ ベクトルkp2のとき(ベクトルkTが0に限りなく近いとき)ベクトルkp1とベクトルkp2の間の内部交叉角度θの値によっては、図14に示すように位相整合が満たされない場合が起こりうる。 As shown in FIG. 11, when the vector k p1 is larger than the vector k p2 (vector k p2 <vector k p1 ), the wave vector k p2 that changes in the range of 8.977 μm −1 to 9.145 μm −1 each of the end point of the vector, so that the center of the circle are positioned respectively drawn circle of different radii k T, respectively, a circle of different radii k T, respectively, and the circle of the vector k L derived from the domain-inverted structure Intersect at different points. On the other hand, the root of the circle representing the vector k L derived from the domain-inverted structure (that is, the center of the circle having the constant radius k L ) is located at the end point of the vector k p1 . This is an absolute value and direction of the terahertz wave wave vector k T generated by difference frequency generation, the second value of the wave vector k p2 of the pump light Etchinyu2, suggesting that changes. Further, as the value of the wave vector k p2 of the second pump light hν2 approaches the wave vector vector k p1 of the first pump light hν1, the radius of the circle of the wave vector k T of the terahertz wave, that is, the vector k T The absolute value is expected to gradually decrease. Therefore, when vector k p1 @ vector k p2 (when vector k T is close to 0 as much as possible), depending on the value of internal crossing angle θ between vector k p1 and vector k p2 , phase matching as shown in FIG. May not be satisfied.

図12に示すように、ベクトルkp1がベクトルkp2よりも小さい場合(ベクトルkp2>ベクトルkp1)も、図11と同様に、波数ベクトルkp2のベクトルのそれぞれの終点に、円の中心がそれぞれ位置するように、異なる半径kTの円がそれぞれ描かれるので、異なる半径kTの円が、それぞれ、分極反転構造に由来するベクトルkLの円と異なる点で交わる。図12においても、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円の付け根は、ベクトルkp1のベクトルの終点に位置している。図12に示すベクトルkp1がベクトルkp2よりも小さい場合も、図11と同様に、差周波発生による生成したテラヘルツ波の波数ベクトルkTの絶対値や方向が、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値によって、変化することが分かる。図11の場合と同様に、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルkp2の値が、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルベクトルkp1に近づくにつれ、テラヘルツ波の波数ベクトルkTの円の半径が徐々に小さくなっていくことが予測されるので、ベクトルkp1 @ ベクトルkp2のときは、ベクトルkp1とベクトルkp2の間の内部交叉角度θの値によっては、位相整合が満たされない場合が起こりうる。 As shown in FIG. 12, when the vector k p1 is smaller than the vector k p2 (vector k p2 > vector k p1 ), as in FIG. 11, the center of the circle is placed at each end point of the vector of the wave vector k p2. Are circled with different radii k T so that the circles with different radii k T intersect with the circles with vector k L derived from the domain-inverted structure at different points. Also in FIG. 12, the root of the circle representing the vector k L derived from the domain-inverted structure is located at the end point of the vector k p1 . When the vector k p1 shown in FIG. 12 is smaller than the vector k p2 , the absolute value and direction of the wave vector k T of the terahertz wave generated by the difference frequency generation are the same as those in the second pump light hν 2, as in FIG. It can be seen that it varies depending on the value of the wave vector k p2 . As in the case of FIG. 11, as the value of the wave vector k p2 of the second pump light hν2 approaches the wave vector vector k p1 of the first pump light hν1, the radius of the circle of the wave vector k T of the terahertz wave Is predicted to gradually decrease, so that when vector k p1 @ vector k p2 , phase matching is not satisfied depending on the value of internal crossing angle θ between vector k p1 and vector k p2 Can happen.

図14は、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、内部交叉角度θ=〜7.44°とした場合について、図11及び図12を拡大して示したものである。但し、図14は、図11に示したベクトルkp1がベクトルkp2よりも大きい場合(ベクトルkp2<ベクトルkp1)と図12に示したベクトルkp1がベクトルkp2よりも小さい場合(ベクトルkp2>ベクトルkp1)の2つの図を合成した図の拡大図に相当する。図14に示すように内部交叉角度θ=〜7.44°の場合は、擬似位相整合素子19の分極反転構造に由来するベクトルkLは、第2のポンプ光hν2のベクトルkp2と接しなくなるので、内部交叉角度θの値が位相整合範囲角を超えている場合に相当する。図14の左側の破線で示した最も半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が8.81THzの場合の波数ベクトルkTを示す。又、図14の左側の破線で示した円の内側の2点鎖線で示した2番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が6.15THzの場合の波数ベクトルkTを示し、左側の2点鎖線で示した円の内側の1点鎖線で示した3番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が3.37THzの場合の波数ベクトルkTを示す。これらテラヘルツ波の周波数が8.81THz,6.15THz,3.37THzの3本の波数ベクトルkTを示す円は、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円に交わり、擬似位相整合条件が存在する。しかしながら、図14の左側において、1点鎖線で示した円の更に内側に、実線で示した最も半径が小さい円は、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円との交点がなく、擬似位相整合条件が満たされなくなってしまうことが分かる。 FIG. 14 is an enlarged view of FIGS. 11 and 12 when the PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19 and the internal crossing angle θ = ˜7.44 °. However, FIG. 14, if the vector k p1 that vector k p1 shown in FIG. 11 is shown in FIG. 12 and greater than the vector k p2 (vector k p2 <vector k p1) is less than the vector k p2 (vector This corresponds to an enlarged view of a diagram obtained by combining two diagrams of k p2 > vector k p1 ). As shown in FIG. 14, when the internal cross angle θ = ˜7.44 °, the vector k L derived from the polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 does not contact the vector k p2 of the second pump light hν 2. Therefore, this corresponds to the case where the value of the internal crossing angle θ exceeds the phase matching range angle. The circle with the largest radius shown by the broken line on the left side of FIG. 14 represents the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 8.81 THz. Further, the circle with the second largest radius indicated by the two-dot chain line inside the circle indicated by the broken line on the left side of FIG. 14 indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 6.15 THz, The circle with the third largest radius indicated by the one-dot chain line inside the circle indicated by the two-dot chain line indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 3.37 THz. The circles indicating the three wave number vectors k T whose frequencies of the terahertz waves are 8.81 THz, 6.15 THz, and 3.37 THz intersect with the circle representing the vector k L derived from the polarization inversion structure, and the quasi phase matching condition is satisfied. Exists. However, on the left side of FIG. 14, the circle with the smallest radius indicated by the solid line on the inner side of the circle indicated by the alternate long and short dash line has no intersection with the circle indicating the vector k L derived from the domain-inverted structure, and the pseudo It can be seen that the phase matching condition is not satisfied.

同様に、図14の右側の破線で示した最も半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が12.74THzの場合の波数ベクトルkTを示す。又、図14の右側の破線で示した円の内側の2点鎖線で示した2番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が9.19THzの場合の波数ベクトルkTを示し、右側の2点鎖線で示した円の内側の3番目に半径の大きな1点鎖線で示した円は、テラヘルツ波の周波数が5.82THzの場合の波数ベクトルkTを示す。これらテラヘルツ波の周波数が12.74THz,9.19THz,5.82THzの3本の波数ベクトルkTを示す円は、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円に交わり、擬似位相整合条件が存在する。しかしながら、図14の左側において、1点鎖線で示した円の更に内側に、実線で示した最も半径が小さい円は、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円との交点がなく、擬似位相整合条件が満たされなくなってしまうことが分かる。この様に、内部交叉角度θの値が大きくなり、位相整合範囲角を超えた場合は、特に、テラヘルツ波の波数ベクトルkTを示す円の半径がある値より小さな場合、擬似位相整合条件が満たされなくなってしまうことが分かる。 Similarly, the circle with the largest radius shown by the broken line on the right side of FIG. 14 represents the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 12.74 THz. Also, the second largest radius circle indicated by a two-dot chain line inside the circle indicated by the broken line on the right side of FIG. 14 indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 9.19 THz, A circle indicated by a one-dot chain line having the third largest radius inside a circle indicated by a two-dot chain line indicates a wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 5.82 THz. The circles indicating the three wave number vectors k T having the terahertz wave frequencies of 12.74 THz, 9.19 THz, and 5.82 THz intersect with a circle representing the vector k L derived from the polarization inversion structure, and the quasi phase matching condition is satisfied. Exists. However, on the left side of FIG. 14, the circle with the smallest radius indicated by the solid line on the inner side of the circle indicated by the alternate long and short dash line has no intersection with the circle indicating the vector k L derived from the domain-inverted structure, and the pseudo It can be seen that the phase matching condition is not satisfied. In this way, when the value of the internal crossing angle θ becomes large and exceeds the phase matching range angle, the quasi phase matching condition is satisfied particularly when the radius of the circle indicating the wave vector k T of the terahertz wave is smaller than a certain value. It turns out that it will not be satisfied.

同様に、図15は、分かりやすいように、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、内部交叉角度θ=〜6.34°となる場合について、図11及び図12を拡大して示したものである。図14と同様に、図15は、図11に示したベクトルkp1がベクトルkp2よりも大きい場合(ベクトルkp2<ベクトルkp1)と図12に示したベクトルkp1がベクトルkp2よりも小さい場合(ベクトルkp2>ベクトルkp1)の2つの図を合成した図の拡大図に相当する。図14に示した場合と異なり、図15に示すように内部交叉角度θ=〜6.34°の場合は、擬似位相整合素子19の分極反転構造に由来するベクトルkLは、第2のポンプ光hν2のベクトルkp2と接しているので、内部交叉角度θの値が位相整合範囲角の範囲内に存在する場合に相当する。即ち、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルkp1が9.06μm−1のとき、分極反転構造に由来するベクトルkLとテラヘルツ波の波数ベクトルkTが丁度接するときの内部交叉角度θの値が、図15にあるように〜6.34°である。図15の左側の破線で示した最も半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が8.81THzの場合の波数ベクトルkTを示し、破線で示した円の内側の2点鎖線で示した2番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が6.15THzの場合の波数ベクトルkTを示し、2点鎖線で示した円の内側の1点鎖線で示した3番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が3.37THzの場合の波数ベクトルkTを示し、1点鎖線で示した円の更に内側に、実線で示した最も半径が小さい円は、テラヘルツ波の周波数が0.45THzの場合の波数ベクトルkTを示す。これら図15の左側のテラヘルツ波の周波数が8.81THz,6.15THz,3.37THz,0.45THzの4本の波数ベクトルkTを示す円は、すべて、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円に交わり、擬似位相整合条件が存在する。 Similarly, FIG. 15 is an enlarged view of FIG. 11 and FIG. 12 for a case where the internal crossing angle θ = ˜6.34 ° when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19 for easy understanding. It is a thing. Similar to FIG 14, FIG 15, than vector k p1 vector k p2 the vector k p1 shown in FIG. 11 is shown in FIG. 12 and greater than the vector k p2 (vector k p2 <vector k p1) This is equivalent to an enlarged view of a figure obtained by combining two figures in a small case (vector k p2 > vector k p1 ). Unlike the case shown in FIG. 14, when the internal cross angle θ = ˜6.34 ° as shown in FIG. 15, the vector k L derived from the polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 is the second pump. Since it is in contact with the vector k p2 of the light hν2, this corresponds to the case where the value of the internal crossing angle θ is within the range of the phase matching range angle. That is, when the wave vector k p1 of the first pump light hν 1 is 9.06 μm −1 , the value of the internal crossing angle θ when the vector k L derived from the polarization inversion structure and the wave vector k T of the terahertz wave just touch each other. Is ˜6.34 ° as shown in FIG. The circle with the largest radius indicated by the broken line on the left side of FIG. 15 indicates the wave number vector k T when the frequency of the terahertz wave is 8.81 THz, and is the second indicated by the two-dot chain line inside the circle indicated by the broken line. The circle with the larger radius indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 6.15 THz, and the circle with the third largest radius indicated by the one-dot chain line inside the circle indicated by the two-dot chain line is The wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 3.37 THz, and the circle with the smallest radius indicated by the solid line inside the circle indicated by the one-dot chain line has a frequency of the terahertz wave of 0.45 THz. Shows the wave vector k T. The circles indicating the four wave number vectors k T with the terahertz wave frequencies on the left side of FIG. 15 having the frequencies of 8.81 THz, 6.15 THz, 3.37 THz, and 0.45 THz are all vectors k L derived from the domain-inverted structure. And a quasi-phase matching condition exists.

一方、図15の右側の破線で示した最も半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が12.74THzの場合の波数ベクトルkTを示し、破線で示した円の内側の2点鎖線で示した2番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が9.19THzの場合の波数ベクトルkTを示し、2点鎖線で示した円の内側の1点鎖線で示した3番目に半径の大きな円は、テラヘルツ波の周波数が5.82THzの場合の波数ベクトルkTを示し、1点鎖線で示した円の更に内側に、実線で示した最も半径が小さい円は、テラヘルツ波の周波数が2.61THzの場合の波数ベクトルkTを示す。これら図15の右側のテラヘルツ波の周波数が12.74THz,9.19THz,5.82THz,2.61THzの4本の波数ベクトルkTを示す円は、すべて、分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円に交わり、擬似位相整合条件が存在することが分かる。この様に、内部交叉角度θの値が位相整合範囲角の範囲内にある場合は、テラヘルツ波の波数ベクトルkTを示す円の半径がある値より小さな場合であっても、常に、擬似位相整合条件を満たすことが分かる。 On the other hand, the circle with the largest radius indicated by the broken line on the right side of FIG. 15 indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 12.74 THz, and is indicated by a two-dot chain line inside the circle indicated by the broken line. The circle with the second largest radius indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 9.19 THz, and the circle with the third largest radius indicated by the one-dot chain line inside the circle indicated by the two-dot chain line. Indicates the wave vector k T when the frequency of the terahertz wave is 5.82 THz, and the circle with the smallest radius indicated by the solid line inside the circle indicated by the one-dot chain line has a frequency of terahertz wave of 2. A wave vector k T in the case of 61 THz is shown. The circles indicating the four wave number vectors k T having the terahertz wave frequencies of 12.74 THz, 9.19 THz, 5.82 THz, and 2.61 THz on the right side of FIG. 15 are all vectors k L derived from the domain-inverted structure. It can be seen that there is a quasi-phase matching condition. Thus, when the value of the internal crossing angle θ is within the range of the phase matching range angle, even if the radius of the circle indicating the wave vector k T of the terahertz wave is smaller than a certain value, the pseudo phase is always set. It can be seen that the matching condition is satisfied.

同様に、内部交叉角度θの値が小さくなり、最適値よりも小さくなった場合、図14と同じ状況が起こり、擬似位相整合条件が満たされなくなってしまうことが分かる。いずれにせよ、図14及び図15に示したとおり、テラヘルツ波の波数ベクトルkTの軌跡を示す円が、分極反転構造に由来するベクトルkLの軌跡を示す円と接する場合を除いて、擬似位相整合を満足できる点が、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合と、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合で2点あるので、あるベクトルkp2の値に対し、二とおりの擬似位相整合条件が存在するということが分かる。 Similarly, when the value of the internal crossing angle θ becomes smaller and smaller than the optimum value, it can be seen that the same situation as in FIG. 14 occurs and the quasi phase matching condition is not satisfied. In any case, as shown in FIG. 14 and FIG. 15, except that the circle indicating the trajectory of the wave vector k T of the terahertz wave is in contact with the circle indicating the trajectory of the vector k L derived from the polarization inversion structure. There are two points that can satisfy the phase matching in the case of vector k p2 <vector k p1 and in the case of vector k p2 > vector k p1 , so two pseudo phase matching conditions for a certain vector k p2 value It can be seen that exists.

更に、図14及び図15から分かるとおり、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合のベクトルkTの軌跡を示す左側の円と、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合のベクトルkTの軌跡を示す右側とが外接する位置を基準として、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合と、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合の2つの場合のそれぞれに関し、外接位置から遠方側のベクトルkTの擬似位相整合条件と、外接位置に近接側のベクトルkTの擬似位相整合条件で、二とおりの擬似位相整合条件が分類される。即ち、図8では、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合について、半径kTa=kTbの円と、半径kLa=kLbを表す円の二とおりの交点に対応して、それぞれ左側にベクトルkLaとベクトルkTaとを定義し、右側にベクトルkLbとベクトルkTbを定義したが、同様に、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合についても、ベクトルkp1とベクトルkp2との交差点から見て、遠方側のテラヘルツ波の波数ベクトルkTの擬似位相整合条件と、近接側のテラヘルツ波の波数ベクトルkTの擬似位相整合条件の分類ができる。このことは、図14及び図15において、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合も、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合も、それぞれ、2つの円の外接位置から見てほぼ対称的に、外側(両側)にできる交点での擬似位相整合条件(外側整合条件)と、内側(外接位置の近傍)にできる交点での擬似位相整合条件(内側整合条件)が定義できる。 Furthermore, as can be seen from FIGS. 14 and 15, shown <the circle on the left indicating the trajectory of the vector k T where the vector k p1, vector k p2> vector k p2 a locus of vector k T where the vector k p1 With reference to the position where the right side is circumscribed, the pseudo phase of the vector k T far from the circumscribed position in each of the two cases of vector k p2 <vector k p1 and vector k p2 > vector k p1 and matching condition, in the quasi-phase matching conditions of the vector k T of the near side to the OS position, quasi-phase matching condition of the two ways are classified. That is, in FIG. 8, in the case of the vector k p2 <vector k p1 , the vector on the left side corresponds to two intersections of the circle having the radius k Ta = k Tb and the circle representing the radius k La = k Lb. k La and vector k Ta are defined, and vector k Lb and vector k Tb are defined on the right side. Similarly, in the case of vector k p2 > vector k p1 , the intersection of vector k p1 and vector k p2 From the above, it is possible to classify the pseudo phase matching condition of the wave vector k T of the terahertz wave on the far side and the pseudo phase matching condition of the wave vector k T of the terahertz wave on the near side. In FIG. 14 and FIG. 15, in both cases of vector k p2 <vector k p1 and vector k p2 > vector k p1 , the outer sides are almost symmetrical as viewed from the circumscribed positions of the two circles. It is possible to define a quasi-phase matching condition (outside matching condition) at an intersection point (both sides) and a quasi-phase matching condition (inner matching condition) at an intersection point (in the vicinity of the circumscribed position).

図17(a)は、x軸の正の方向に平行なベクトルkp1を基準にして、テラヘルツ波の波数ベクトルkTの角度が定義される方向を示し、図17(b)は、同じくx軸の正の方向に平行なベクトルkp1を基準にして擬似位相整合素子19の分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度φが定義される方向を示す。ここで、ベクトルkLの方向自身は、分極反転構造が周期的に配列される方向として定義される。即ち、ベクトルkLの方向は、図2,図5等に例示した分極反転構造を規定するストライプに垂直となる方向に定義される。図17に定義したベクトルkLの傾きの角度(kL角)を横軸に、 最適化した内部交叉角度θ=6.34°の場合について、図16の縦軸に位相整合条件を満足する0.3〜2THz領域のテラヘルツ波の周波数を示す(図16において、屈折率nTHz=3.93としている。)図16に示したとおり、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)の分散(角度の変化量)は、0.3〜2THzの全領域において、両側に△印でプロットした外側整合条件の方が、中央に□印でプロットした内側整合条件の分散に比べて、非常に大きいことが分かる。 FIG. 17A shows a direction in which the angle of the wave vector k T of the terahertz wave is defined with reference to a vector k p1 parallel to the positive direction of the x-axis, and FIG. The direction in which the angle φ of the inclination of the vector k L derived from the polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 is defined with reference to the vector k p1 parallel to the positive direction of the axis. Here, the direction of the vector k L itself is defined as the direction in which the domain-inverted structures are periodically arranged. That is, the direction of the vector k L is defined as a direction perpendicular to the stripe that defines the domain-inverted structure illustrated in FIGS. In the case where the angle of inclination of the vector k L defined in FIG. 17 (k L angle) is on the horizontal axis and the optimized internal crossing angle θ = 6.34 °, the vertical axis in FIG. 16 satisfies the phase matching condition. The frequency of the terahertz wave in the 0.3-2 THz range is shown (refractive index n THz = 3.93 in FIG. 16). As shown in FIG. 16, the inclination angle (k L angle) of the vector k L Dispersion (angle change) is much greater in the entire region from 0.3 to 2 THz, with the outer matching condition plotted with Δ marks on both sides compared to the dispersion of the inner matching condition plotted with □ marks at the center. It can be seen that it is big.

図16の左右対称に近い△印でプロットした外側整合条件は、左側がベクトルkp2>ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応し、右側がベクトルkp2<ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応している。ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が増大するとkL角が減少し、ベクトルkp2<ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が増大するとkL角が増大することは、図15からも理解できる。ちなみに、図16の対称点はベクトルkp1@ベクトルkp2の場所である。 The outer matching conditions plotted with Δ marks close to left and right symmetry in FIG. 16 correspond to the pseudo phase matching conditions when the vector k p2 > vector k p1 on the left side, and the pseudo conditions when the vector k p2 <vector k p1 on the right side. It corresponds to the phase matching condition. When vector k p2 > vector k p1, the k L angle decreases as the frequency of the terahertz wave increases, and when vector k p2 <vector k p1 , the k L angle increases as the frequency of the terahertz wave increases. It can also be understood from FIG. Incidentally, the symmetry point in FIG. 16 is the location of the vector k p1 @vector k p2 .

図16から分かるとおり、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、図15の2次元ベクトル図の外側整合条件における擬似位相整合条件を満足するテラヘルツ波の周波数領域は、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件でも同様に満足でき得る。それ故、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置では、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数として発生するテラヘルツ波の、ある周波数領域を無駄にすることなく、ただ、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件のみを考慮してシステムを設計すれば良い。更に、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件のみを考えることにより、より簡単で実行可能な設計が期待できる。即ち、擬似位相整合素子19の周期的な分極反転構造に由来するベクトルkLの角度分散を最小に抑えることが可能なので、考慮しているテラヘルツ波の周波数領域においては、図1に示したステージコントローラ32を介した回転ステージ57による駆動が、擬似位相整合素子19の回転を最小にできるという有利な効果を奏することが可能である。尚、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2に用いるレーザのビーム広がり角は、一般に1mrad(≒0.0573°)程度である。一方、図16から、図1に例示した回転ステージ57で必要とされる回転角は、ビーム広がりよりも小さな値であることが分かるので、回転ステージ57で擬似位相整合素子19を回転させる必要はなくなるので、回転ステージ57を省略しても良い。したがって、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、場合によっては、図1に示したステージコントローラ32や回転ステージ57を省略可能であるというという有利な効果を奏することが可能である。 As can be seen from FIG. 16, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the frequency region of the terahertz wave that satisfies the quasi-phase matching condition in the outer matching condition of the two-dimensional vector diagram of FIG. The inner alignment condition of the dimension vector diagram can be satisfied similarly. Therefore, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, a certain frequency region of the terahertz wave generated as the difference frequency between the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is not wasted. However, the system may be designed in consideration of only the inner alignment condition of the two-dimensional vector diagram of FIG. Furthermore, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, a simpler and feasible design can be expected by considering only the inner matching conditions of the two-dimensional vector diagram of FIG. That is, since the angular dispersion of the vector k L derived from the periodic polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 can be minimized, in the frequency region of the terahertz wave considered, the stage shown in FIG. Driving by the rotary stage 57 via the controller 32 can provide an advantageous effect that the rotation of the pseudo phase matching element 19 can be minimized. The beam divergence angle of the laser used for the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is generally about 1 mrad (≈0.0573 °). On the other hand, it can be seen from FIG. 16 that the rotation angle required for the rotary stage 57 illustrated in FIG. 1 is a value smaller than the beam spread, so it is necessary to rotate the quasi phase matching element 19 by the rotary stage 57. Since it is eliminated, the rotary stage 57 may be omitted. Therefore, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, there is an advantageous effect that the stage controller 32 and the rotary stage 57 shown in FIG. 1 can be omitted depending on circumstances.

図18は、図16の中央に□印でプロットした内側整合条件の部分を拡大して示した図である。図16では図13に示したPPKTPの透過率を考慮して、2THzまでしかプロットしていないが、図18では、より一般化して、内部交叉角度θ=6.34°の場合において、擬似位相整合素子19が2THz以上の高周波領域に透明である場合について、プロットしている。図18から、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件における擬似位相整合条件を満足するベクトルkLの傾きの角度(kL角)の値の範囲は約0.007°であることが分かる。 FIG. 18 is an enlarged view of the inner matching condition portion plotted with a square in the center of FIG. FIG. 16 plots only up to 2 THz in consideration of the transmittance of PPKTP shown in FIG. 13, but in FIG. 18, in a generalized case, when the internal cross angle θ = 6.34 °, the pseudo phase The case where the matching element 19 is transparent in a high frequency region of 2 THz or more is plotted. From FIG. 18, it can be seen that the range of the inclination angle (k L angle) of the vector k L that satisfies the quasi-phase matching condition in the inner matching condition of the two-dimensional vector diagram of FIG. 15 is about 0.007 °. .

図18によれば、差周波発生によるテラヘルツ波の周波数領域の中で、273.1627°〜273.1636°のベクトルkLの傾きの角度(kL角)が、空白のバンドギャップを示すことが分かるが、このバンドギャップは、273.1627°〜273.1636°のkL角の領域においては、擬似位相整合が成り立たないことを示している。バンドギャップとなるkL角が、273.1627°〜273.1636°の領域は、波数ベクトルkp1@波数ベクトルkp2付近の波数ベクトルkLに対応する。図18の、ほぼ左右対称に近い□印でプロットした内側整合条件は、右側がベクトルkp2>ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応し、左側がベクトルkp2<ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応している。右側のベクトルkp2<ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が減少するとともにkL角が増大し、左側のベクトルkp2>ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が増大するとkL角が増大することは、図15からも理解できる。 According to FIG. 18, the inclination angle (k L angle) of the vector k L in the frequency range of 273.1627 ° to 273.1636 ° indicates a blank band gap in the frequency region of the terahertz wave caused by the difference frequency generation. As can be seen, this band gap indicates that quasi-phase matching is not established in the region of k L angle of 273.1627 ° to 273.1636 °. The region in which the k L angle serving as the band gap is 273.1627 ° to 273.1636 ° corresponds to the wave vector k L near the wave vector k p1 @wave vector k p2 . In FIG. 18, the inner matching conditions plotted with □ marks that are almost symmetrical are corresponding to the quasi-phase matching condition in the case where the vector k p2 > vector k p1 on the right side and the vector k p2 <vector k p1 on the left side. This corresponds to the quasi phase matching condition. If the right vector k p2 <vector k p1 , the terahertz wave frequency decreases and the k L angle increases, and if the left vector k p2 > vector k p1 , the k L angle increases as the terahertz wave frequency increases. The increase can also be understood from FIG.

図18から、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の設計を行う際、右側のベクトルkp2>ベクトルkp1及び左側のベクトルkp2<ベクトルkp1の2つのケースうち、どちらか一方だけを選んだとしても、得られるテラヘルツ波周波数帯は変わらないことが分かる。よって、どちらか一方だけを選ぶことにより、擬似位相整合素子19の分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)の範囲は、更に0.0035°に小さくすることが可能となる。図18の極狭いkL角の範囲に限定された変化を鑑みれば、システム構成の観点から、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の設計において、擬似位相整合素子19を大きく回転させる必要がないか、 図1に示したステージコントローラ32や回転ステージ57を省略可能であるということが理解できる。即ち、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2に用いるレーザのビーム広がり角は、上述したように、一般には、1mrad(≒0.0573°)程度である。一方、図18から、図1に例示した回転ステージ57で必要とされる回転角は、ビーム広がりよりも遙かに小さな値とすることが可能であることが分かるので、回転ステージ57で擬似位相整合素子19を回転させる必要はなくなるからである。図18から、内部交叉角度θ=6.34°の場合は、約12THzまでは位相整合条件を満たすことが分かるが、内部交叉角度θを更に角度θを大きく設定すれば、12THz以上まで位相整合条件を満たすようにできる。 From FIG. 18, when designing the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, only one of the two cases of the right vector k p2 > vector k p1 and the left vector k p2 <vector k p1 is used. It can be seen that the obtained terahertz wave frequency band does not change even if is selected. Therefore, by selecting only one of them, the range of the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure of the pseudo phase matching element 19 can be further reduced to 0.0035 °. It becomes. In view of the change limited to the extremely narrow k L angle range in FIG. 18, it is necessary to greatly rotate the quasi phase matching element 19 in the design of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment from the viewpoint of the system configuration. It can be understood that the stage controller 32 and the rotary stage 57 shown in FIG. 1 can be omitted. That is, the beam divergence angle of the laser used for the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is generally about 1 mrad (≈0.0573 °) as described above. On the other hand, it can be seen from FIG. 18 that the rotation angle required for the rotary stage 57 illustrated in FIG. 1 can be much smaller than the beam spread. This is because it is not necessary to rotate the matching element 19. From FIG. 18, it can be seen that when the internal crossing angle θ = 6.34 °, the phase matching condition is satisfied up to about 12 THz. However, if the internal crossing angle θ is set to a larger angle θ, the phase matching is performed up to 12 THz or more. You can meet the conditions.

図8,図11,図12,図14及び図15等から分かるように、擬似位相整合素子19の分極反転構造に由来するベクトルkLに対して、それに対応する方向を持ったテラヘルツ波の波数ベクトルkTが一対一で存在する。テラヘルツ波の波数ベクトルkTの値の範囲は分極反転構造に由来するベクトルkLと同様に重要である。なぜなら、テラヘルツ波の波数ベクトルkTをテラヘルツ波発生源と考えた場合、発生するテラヘルツ波の角度分散はできるだけ小さい方が好ましいからである。従来は、図27に示したような電磁波発生装置を用いて周波数調整を行うときには、第2のポンプ光hν2の波長、2つのポンプ光hν1,hν2間の外部交叉角度θ in ext、第2の非軸放物面鏡7bの位置を同時に制御する必要があり、非常に複雑なシステム構成が必要で、実際に、常に、差周波発生条件を満足させることは困難であった。図19は、ベクトルkp2>ベクトルkp1の場合における、分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものであるが、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件だけをその対象としている。一方、図20は、図15の2次元ベクトル図の内側整合条件におけるベクトルkp2<ベクトルkp1の場合における、分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものである。 As can be seen from FIG. 8, FIG. 11, FIG. 12, FIG. 14, FIG. 15, and the like, the wave number of the terahertz wave having the direction corresponding to the vector k L derived from the polarization inversion structure of the quasi phase matching element 19 is obtained. vector k T is present in one-to-one. The range of the value of the wave number vector k T of the terahertz wave is as important as the vector k L derived from the polarization inversion structure. This is because, when considering the wave vector k T of the terahertz wave and terahertz wave generation source, the angle distribution of the generated terahertz wave is because preferably as small as possible. Conventionally, when performing frequency adjustment using an electromagnetic wave generator as shown in FIG. 27, the wavelength of the second pump light hν 2 , the external crossing angle θ in ext between the two pump lights hν 1 and hν 2 , It is necessary to control the position of the second non-axial parabolic mirror 7b at the same time, and a very complicated system configuration is required. In practice, it is difficult to always satisfy the difference frequency generation condition. FIG. 19 is a 3D plot of the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure and the direction angle value of the wave vector k T of the terahertz wave in the case of vector k p2 > vector k p1. However, only the inner matching condition of the two-dimensional vector diagram of FIG. 15 is targeted. On the other hand, FIG. 20 shows the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure and the terahertz wave when the vector k p2 <vector k p1 in the inner matching condition of the two-dimensional vector diagram of FIG. values of direction angles of the wave vector k T is obtained by the 3D plots.

図19から、273.1636°〜273.1664°の僅かなベクトルkLの方向角の範囲の変化に対応するベクトルkTの方向角の値の範囲は3.5°未満であり、図20から、273.164°〜273.187°の僅かなベクトルkLの方向角の範囲の変化に対応するベクトルkTの方向角の値の範囲は3.0°未満であることが分かる。既に述べたとおり、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値は、擬似位相整合素子19の中のテラヘルツ波伝播に対して定義される値であり、屈折効果は考慮に入れていない。しかしながら、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値の範囲は大変小さいものであるので、自由空間であっても、屈折率効果はテラヘルツ波の発生方向の方向角に少々の補正を加えれば十分である。 From FIG. 19, the range of the value of the direction angle of the vector k T corresponding to the slight change of the range of the direction angle of the vector k L from 273.1636 ° to 273.1664 ° is less than 3.5 °. Thus, it can be seen that the range of the value of the direction angle of the vector k T corresponding to the slight change of the range of the direction angle of the vector k L from 273.164 ° to 273.187 ° is less than 3.0 °. As described above, the inclination angle (k L angle) of the vector k L and the direction angle value of the wave number vector k T of the terahertz wave are values defined for the terahertz wave propagation in the quasi-phase matching element 19. The refraction effect is not taken into account. However, since the range of the inclination angle (k L angle) of the vector k L and the direction angle value of the wave vector k T of the terahertz wave is very small, even in free space, the refractive index effect is a terahertz wave. It is sufficient to apply a slight correction to the direction angle in the direction of the occurrence of.

第1の実施の形態に係る電磁波発生装置において、発生したテラヘルツ波のスペクトル純度は、ベクトルkp2の調節分解能、励起レーザの線幅、擬似位相整合素子19の角度分解能によってのみ制限される。式(3)に示したとおり、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との2つのレーザ光の間の擬似位相整合素子19の外部交叉角度δは、擬似位相整合素子19内の内部交叉角度θと屈折率の関係上異なったものである。更に、内部交叉角度θは擬似位相整合素子19が回転するにつれて変化するが、その変化は、擬似位相整合素子19を5°回転させたところで、内部交叉角度θの値は0.02°以上変化しないことが計算で確認されている。この様な内部交叉角度θの値の小さな変化は、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2のどちらか一方の励起レーザ光のビーム径の円形上の焦点調節でカバーできる。 In the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the spectral purity of the generated terahertz wave is limited only by the adjustment resolution of the vector k p2 , the line width of the excitation laser, and the angular resolution of the quasi phase matching element 19. As shown in the equation (3), the external crossing angle δ of the quasi phase matching element 19 between the two laser beams of the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 is set in the quasi phase matching element 19. This is different in relation to the internal crossing angle θ and the refractive index. Further, the internal crossing angle θ changes as the quasi phase matching element 19 rotates, and this change occurs when the quasi phase matching element 19 is rotated by 5 °, and the value of the internal crossing angle θ changes by 0.02 ° or more. It is confirmed by calculation that it does not. Such a small change in the value of the internal crossing angle θ can be covered by a circular focus adjustment of the beam diameter of one of the first pump light hν1 and the second pump light hν2.

以上のように、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを〜6.34°の内部交叉角度θで、擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜2THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波を発生させることが可能である。即ち、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置では、互いに式(3)で関連する外部交叉角度δ又は内部交叉角θを固定した状態で、第2のポンプ光hν2の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子19から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させることができる。この第1の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、周期的な分極反転構造を持つ擬似位相整合素子19を、0.3〜2THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するために、僅か0.0035°しか回転させる必要がない。即ち、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2に用いるレーザのビーム広がり角は、上述したように、一般には、1mrad(≒0.0573°)程度であるが、0.0035°という角度は、ビーム広がりよりも遙かに小さな値であるので、図1に例示した回転ステージ57で擬似位相整合素子19を回転させる必要はなくなる。よって、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の現実の構成としては、回転ステージ57は不要となる。又、差周波として、擬似位相整合素子19から発生するテラヘルツ波も僅か3.0°〜3.5°程度しか広がらないので、図1に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置の構成において、電磁波検出器34の位置を固定でき、且つ、電磁波検出器34の位置を固定した状態において、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34の間に、図27に示したような、従来技術において用いられていた非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。よって、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、使用部品の点数を減少させ、極めて簡単且つ安価な構成することが可能になるので、第1の実施の形態に係る電磁波発生装置の工業的な実用可能性は極めて高い。
As described above, according to the electromagnetic wave generation device according to the first embodiment, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, two lasers of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are used. If the beam is incident on the quasi phase matching element 19 at an internal crossing angle θ of ˜6.34 °, it is possible to generate a narrowband terahertz wave electromagnetic wave in a frequency range of 0.3-2 THz. is there. That is, in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, by changing the frequency of the second pump light hν2 while fixing the external crossing angle δ or the internal crossing angle θ related to each other in the equation (3). A terahertz electromagnetic wave having a variable wavelength can be generated from the pseudo phase matching element 19. According to the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the quasi-phase matching element 19 having a periodic domain-inverted structure is adjusted to have a terahertz wave frequency within a frequency band of 0.3 to 2 THz terahertz wave. In order to sweep, only 0.0035 ° needs to be rotated. That is, as described above, the beam divergence angle of the laser used for the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is generally about 1 mrad (≈0.0573 °), but is 0.0035 °. Since the angle is much smaller than the beam spread, it is not necessary to rotate the quasi phase matching element 19 by the rotary stage 57 illustrated in FIG. Therefore, as an actual configuration of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the rotary stage 57 is not necessary. Further, as the difference frequency, the terahertz wave generated from the quasi-phase matching element 19 spreads only by about 3.0 ° to 3.5 °. Therefore, in the configuration of the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. In the state where the position of the detector 34 can be fixed and the position of the electromagnetic wave detector 34 is fixed, it is used in the prior art as shown in FIG. 27 between the pseudo phase matching element 19 and the electromagnetic wave detector 34. It is not necessary to use the non-axial parabolic mirrors 7a and 7b. Therefore, according to the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, it is possible to reduce the number of parts used and to form a very simple and inexpensive configuration. Therefore, the electromagnetic wave generator according to the first embodiment The industrial applicability of is extremely high.

(第2の実施の形態)
以下の本発明の第2の実施の形態に係る電磁波発生装置の説明では、図1に示した基本コンセプトに係る電磁波発生装置の構成において、擬似位相整合素子19として周期分極反転GaP結晶(以下において「PPGaP結晶」という。)を用いた場合を例示する。即ち、装置構成の図示を省略するが、本発明の第2の実施の形態に係る電磁波発生装置は、図1に示したのと同様に、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、周期的な分極反転構造を有し、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波を生成するPPGaPからなる擬似位相整合素子19と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との外部交叉角度δ及び内部交叉角θを調整して固定し、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2をPPGaPからなる擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M6,18)とを備える。ここで、外部交叉角度δ はPPGaPからなる擬似位相整合素子19の外部における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、PPGaPからなる擬似位相整合素子19の内部の交叉角度である内部交叉角度θとは、既に説明した式(3)で示した関係を有する。テラヘルツ波のPPGaPの屈折率nTHz=3.4であり、ポンプ光周波数(λ=1.55μm)でのPPGaPの屈折率nL =3.055である。
(Second Embodiment)
In the following description of the electromagnetic wave generator according to the second embodiment of the present invention, in the configuration of the electromagnetic wave generator according to the basic concept shown in FIG. An example of using “PPGaP crystal”) is illustrated. That is, although the illustration of the device configuration is omitted, the electromagnetic wave generating device according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. 1, and the first pump that emits the first pump light hν1. A light emitting section 24, a second pump light emitting section 25 for emitting a second pump light hν2 having a wavelength different from that of the first pump light hν1, with a variable wavelength, and a periodic polarization inversion structure, The external cross angle between the quasi phase matching element 19 made of PPGaP that generates an electromagnetic wave having a difference frequency between the first pump light hν1 and the second pump light hν2, and the first pump light hν1 and the second pump light hν2. An optical system (M6, 18) is provided that adjusts and fixes δ and the internal crossing angle θ and makes the first pump light hν1 and the second pump light hν2 enter the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP. Where the external crossing angle δ Is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 outside the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP, and is the crossing angle inside the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP. The internal crossing angle θ has the relationship shown in the already described formula (3). Terahertz wave PPGaP refractive index n THz = 3.4, and PPGaP refractive index n L at the pump light frequency (λ = 1.55 μm). = 3.055.

PPGaPからなる擬似位相整合素子19としては、分極反転の周期Λを6μmとし、例えば、図2に示したようなコヒーレンス長lcごとにGaP結晶の分極方向を周期的に反転させた構造や、図5(b)に示したような2つの櫛形状のGaP基板19a,19bを貼り合わせて作成しても良く、或いは、図6に示したように分極MのGaP基板192の表面に、この表面に垂直方向の断面形状が円弧状であり、分極方向Nが、分極Mとは反対方向であるGaP領域193を、周期Λで、板面方向に周期的にストライプ状に埋め込んだ構造で周期分極反転構造を構成しても良い。即ち、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置に用いるPPGaPからなる擬似位相整合素子19は、GaP結晶の分極(M,N)が周期的に反転した構造であれば種々の周期分極反転構造が採用可能であり、又、その製造方法も種々の方法が採用可能である。   The quasi-phase matching element 19 made of PPGaP has a polarization inversion period Λ of 6 μm, for example, a structure in which the polarization direction of the GaP crystal is periodically reversed for each coherence length lc as shown in FIG. Two comb-shaped GaP substrates 19a and 19b as shown in FIG. 5 (b) may be bonded to each other, or the surface of the polarization M GaP substrate 192 as shown in FIG. Periodic polarization with a structure in which a GaP region 193 in which the cross-sectional shape in the vertical direction is an arc shape and the polarization direction N is the direction opposite to the polarization M is periodically embedded in the plate surface direction with a period Λ An inversion structure may be configured. That is, the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP used in the electromagnetic wave generator according to the second embodiment has various periodic polarization inversion structures as long as the polarization (M, N) of the GaP crystal is periodically inverted. In addition, various methods can be adopted as the manufacturing method.

図1に示したのと同様に、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置は、更に、シリコンボロメータやDTGS赤外光検出器のようなテラヘルツ帯の電磁波検出器34を備え、電磁波検出器34を固定した状態で、PPGaPからなる擬似位相整合素子19から出射したテラヘルツ帯の電磁波は電磁波検出器34で検出できる。電磁波検出器34は、電圧計33に接続され、電圧計33は、パーソナルコンピュータ(PC)11に接続されて、電磁波検出器34が検知したテラヘルツ帯の電磁波に依拠した電気信号に対し、演算処理が可能なように構成されている。PPGaPからなる擬似位相整合素子19から出射するテラヘルツ帯の電磁波は、一定方向に出射するので、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34の間に、図27に示したような、従来技術において用いられていた非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。   As shown in FIG. 1, the electromagnetic wave generator according to the second embodiment further includes a terahertz band electromagnetic wave detector 34 such as a silicon bolometer or a DTGS infrared light detector. In the state where 34 is fixed, the electromagnetic wave in the terahertz band emitted from the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP can be detected by the electromagnetic wave detector 34. The electromagnetic wave detector 34 is connected to a voltmeter 33, and the voltmeter 33 is connected to a personal computer (PC) 11, and performs arithmetic processing on an electric signal based on the terahertz band electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detector 34. Is configured to be possible. Since the terahertz band electromagnetic wave emitted from the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP is emitted in a fixed direction, it is used in the conventional technique as shown in FIG. 27 between the quasi-phase matching element 19 and the electromagnetic wave detector 34. It is not necessary to use the non-axial parabolic mirrors 7a and 7b.

光学系(M6,18)は、図1に示したのと同様に、ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18から構成することが可能である。図1に示す光学系(M6,18)の配置により、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させ、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1は、ミラーM6を用いて、垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、平行に近い微小な外部交叉角度δで、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を、PPGaPからなる擬似位相整合素子19内で結合させることができる。 The optical system (M 6 , 18) can be composed of the mirror M 6 and the polarization beam splitter 18 as shown in FIG. With the arrangement of the optical system (M 6 , 18) shown in FIG. 1, the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is transmitted through the polarization beam splitter 18, and the first The pump light (first pump light) hν 1 emitted from the pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction using the mirror M 6 , reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18, and a minute amount close to parallel. The pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 can be combined in the quasi phase matching element 19 made of PPGaP at the external crossing angle δ.

尚、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置は、図1に示したのと同様に、擬似位相整合素子19は、回転ステージ57に搭載され、回転ステージ57は、ステージコントローラ32による駆動されるようにすることも可能ではあるが、PPGaPからなる擬似位相整合素子19をほとんど回転させることなく、0.3〜7THzのテラヘルツ波放射源が設計可能であるので、回転ステージ57を省略することも可能である。第1の実施の形態に係る電磁波発生装置で説明したとおり、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2に用いるレーザのビーム広がり角は、一般には、1mrad(≒0.0573°)程度であり、これに対し、回転ステージ57で必要とされる回転角は、ビーム広がりよりも小さな値であるので、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置においても、同様に、回転ステージ57で擬似位相整合素子19を回転させる必要はなくなるからである。   In the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, the quasi phase matching element 19 is mounted on the rotary stage 57, and the rotary stage 57 is driven by the stage controller 32, as shown in FIG. Although it is possible to design a terahertz wave radiation source of 0.3 to 7 THz without almost rotating the quasi phase matching element 19 made of PPGaP, the rotation stage 57 is omitted. Is also possible. As described in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment, the beam divergence angle of the laser used for the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is generally about 1 mrad (≈0.0573 °). On the other hand, since the rotation angle required by the rotary stage 57 is smaller than the beam spread, the electromagnetic wave generator according to the second embodiment similarly uses the rotary stage 57. This is because it is not necessary to rotate the pseudo phase matching element 19.

第2の実施の形態に係る電磁波発生装置に用いる第1のポンプ光出射部24は、例えば、第1のポンプ光hν1を出射するCr添加フォルステライトレーザ、Yb添加YLFレーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第1のポンプ光hν1源を備え、第2のポンプ光出射部25は、例えば、第2のポンプ光hν2を出射するCr添加フォルステライトレーザ、Yb添加YLFレーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第2のポンプ光源を備えるようにすることが可能である。この際、第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光源をそれぞれ励起し、第1及び第2のポンプ光源から第1のポンプ光hν1及び第2のポンプ光hν2を出射させる励起光源を更に備えるようにしても良い。或いは、第1のポンプ光出射部24から波長1.064μmのYAGレーザの出力を第1のポンプ光hν1として出射し、第2のポンプ光出射部25は、インジェクションシーディング機構を有するオプティカルパラメトリックオシレータを備え、オプティカルパラメトリックオシレータをYAGレーザの出力で励起することにより、第2のポンプ光出射部25からオプティカルパラメトリックオシレータの出力を第2のポンプ光hν2として出射するようにしても良い。   The first pump light emitting unit 24 used in the electromagnetic wave generator according to the second embodiment is, for example, a Cr-doped forsterite laser, Yb-doped YLF laser, or Yb-doped fiber laser that emits the first pump light hν1. The first pump light hν1 source comprising either of them, and the second pump light emitting section 25 is, for example, a Cr-doped forsterite laser, Yb-doped YLF laser, or Yb-doped fiber laser that emits the second pump light hν2. It is possible to provide the 2nd pump light source which consists of either. At this time, an excitation light source is further provided for exciting the first pump light hν1 and the second pump light source, and emitting the first pump light hν1 and the second pump light hν2 from the first and second pump light sources, respectively. You may do it. Alternatively, the output of the YAG laser having a wavelength of 1.064 μm is emitted from the first pump light emitting unit 24 as the first pump light hν1, and the second pump light emitting unit 25 is an optical parametric oscillator having an injection seeding mechanism. , And the optical parametric oscillator may be excited by the output of the YAG laser so that the output of the optical parametric oscillator is emitted from the second pump light emitting unit 25 as the second pump light hν2.

第1の実施の形態と同様に、PPGaPからなる擬似位相整合素子19の周期的な分極反転構造に由来する光子運動量をベクトルkLで示し、テラヘルツ波の波数ベクトルをベクトルkTとし、第1のポンプ光hν1の波数ベクトルをベクトルkp1で示し、第2のポンプ光hν2の波数ベクトルをベクトルkp2で表現すれば、擬似位相整合での運動量保存則は、既に述べた式(7)で示される。式(7)の右辺のベクトルkLの値(〜1μm−1)は、PPGaPからなる擬似位相整合素子19の分極反転の周期Λ=6μmの値を使って、ベクトルkL=2π/Λと導出され、テラヘルツ波の波数kTも、既に述べた式(8)で表現できる。 Similar to the first embodiment, the photon momentum derived from the periodic polarization inversion structure of the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP is represented by a vector k L , the wave vector of the terahertz wave is a vector k T, and the first If the wave vector of the pump light hν1 is represented by the vector k p1 and the wave vector of the second pump light hν2 is represented by the vector k p2 , the law of conservation of momentum in the quasi-phase matching is given by the equation (7) already described. Indicated. The value (˜1 μm −1 ) of the vector k L on the right side of the equation (7) is expressed as the vector k L = 2π / Λ using the value of the polarization inversion period Λ = 6 μm of the quasi phase matching element 19 made of PPGaP. The wave number k T of the derived terahertz wave can also be expressed by Expression (8) already described.

2次元ベクトル図の図示を省略するが、式(7)及び(8)から、図15に示したのと同様に、ベクトルkp1がベクトルkp2よりも大きい場合(ベクトルkp2<ベクトルkp1)は、7.083μm−1から7.329μm−1の範囲で変化する波数ベクトルkp2のベクトルのそれぞれの終点に、円の中心がそれぞれ位置するように、異なる半径kTの円がそれぞれ描かれ、異なる半径kTの円が、それぞれ、分極反転構造に由来するベクトルkLの円と異なる点で交わる。一方、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLを表す円の付け根(つまり一定半径kLの円の中心)は、ベクトルkp1のベクトルの終点に位置している。 Although not shown in the two-dimensional vector diagram, from equation (7) and (8), in the same manner as shown in FIG. 15, if the vector k p1 is larger than the vector k p2 (vector k p2 <vector k p1 ) Are drawn with circles having different radii k T so that the centers of the circles are located at the respective end points of the vector of the wave vector k p2 that changes in the range of 7.083 μm −1 to 7.329 μm −1. Thus, the circles having different radii k T intersect with the circle of the vector k L derived from the polarization inversion structure, respectively. On the other hand, the root of the circle representing the vector k L derived from the PPGaP domain-inverted structure (that is, the center of the circle having the constant radius k L ) is located at the end point of the vector k p1 .

第2の実施の形態に係る電磁波発生装置において、内部交叉角度θ=〜4.85°とすると、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLが、第2のポンプ光hν2のベクトルkp2と接するように構成できるので、内部交叉角度θの値が位相整合範囲角の範囲内に存在する場合に相当する。既に、図14及び図15を用いて説明したとおり、外側整合条件と、内側整合条件が定義できる。第2の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、外側整合条件における擬似位相整合条件を満足するテラヘルツ波の周波数領域は、内側整合条件でも同様に満足でき得る。それ故、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置では、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数として発生するテラヘルツ波の、ある周波数領域を無駄にすることなく、ただ内側整合条件のみを考慮してシステムを設計すれば良い。更に、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、内側整合条件のみを考えることにより、より簡単で実行可能な設計が期待できる。 In the electromagnetic wave generation device according to the second embodiment, when the internal crossing angle θ = ˜4.85 °, the vector k L derived from the polarization inversion structure of PPGaP is the vector k p2 of the second pump light hν 2 . This can correspond to the case where the value of the internal crossing angle θ is within the range of the phase matching range angle. As described with reference to FIGS. 14 and 15, the outer alignment condition and the inner alignment condition can be defined. In the electromagnetic wave generation device according to the second embodiment, the frequency region of the terahertz wave that satisfies the quasi phase matching condition in the outer matching condition can be satisfied in the inner matching condition as well. Therefore, in the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, a certain frequency region of the terahertz wave generated as the difference frequency between the first pump light hν1 and the second pump light hν2 is not wasted. It is only necessary to design the system considering only the inner alignment conditions. Furthermore, in the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, a simpler and feasible design can be expected by considering only the inner matching conditions.

図21は、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置の内側整合条件における、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)と、擬似位相整合素子19から発生するテラヘルツ波の周波数の関係を示す図である。 図21によれば、差周波発生によるテラヘルツ波の周波数領域の中で、272.423°〜272.4234°のベクトルkLの傾きの角度(kL角)が、空白のバンドギャップを示すことが分かる。このバンドギャップは、272.423°〜272.4234°のkL角の領域においては、擬似位相整合が成り立たないことを示している。バンドギャップとなるkL角が、272.423°〜272.4234°の領域は、波数ベクトルkp1@波数ベクトルkp2付近の波数ベクトルkLに対応する。図21の、ほぼ左右対称に近い□印でプロットした内側整合条件は、右側がベクトルkp2>ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応し、左側がベクトルkp2<ベクトルkp1の場合の擬似位相整合条件に対応している。右側のベクトルkp2<ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が減少するとともにkL角が増大し、左側のベクトルkp2>ベクトルkp1の場合はテラヘルツ波の周波数が増大するとkL角が増大することは、式(7)及び(8)からから理解できる。 FIG. 21 shows the angle of inclination of the vector k L (k L angle) derived from the PPGaP domain-inverted structure and the pseudo phase matching element 19 in the inner matching condition of the electromagnetic wave generator according to the second embodiment. It is a figure which shows the relationship of the frequency of the terahertz wave to do. According to FIG. 21, the inclination angle (k L angle) of the vector k L of 272.423 ° to 272.4234 ° indicates a blank band gap in the frequency region of the terahertz wave generated by the difference frequency. I understand. This band gap indicates that the quasi phase matching is not established in the k L angle region of 272.423 ° to 272.4234 °. The region where the band gap k L angle is 272.4423 ° to 272.4234 ° corresponds to the wave vector k L near the wave vector k p1 @wave vector k p2 . In FIG. 21, the inner matching conditions plotted with □ marks that are almost symmetrical to the left and right correspond to the quasi-phase matching conditions when the vector k p2 > vector k p1 on the right side and the vector k p2 <vector k p1 on the left side. This corresponds to the quasi phase matching condition. If the right vector k p2 <vector k p1 , the terahertz wave frequency decreases and the k L angle increases, and if the left vector k p2 > vector k p1 , the k L angle increases as the terahertz wave frequency increases. The increase can be understood from equations (7) and (8).

図21から、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置の設計を行う際、右側のベクトルkp2>ベクトルkp1及び左側のベクトルkp2<ベクトルkp1の2つのケースうち、どちらか一方だけを選んだとしても、得られるテラヘルツ波周波数帯は変わらないことが分かる。よって、どちらか一方だけを選ぶことにより、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)の範囲は、更に0.001°に小さくすることが可能となる。図21の極狭いkL角の範囲に限定された変化を鑑みれば、システム構成の観点から、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置の設計において、PPGaPからなる擬似位相整合素子19を大きく回転させる必要がないか、 図1に示したステージコントローラ32や回転ステージ57を省略可能であるということが理解できる。図21には、擬似位相整合素子19から発生するテラヘルツ波の周波数が2THzまでしかプロットしていないが、内部交叉角度θ=4.85°の場合は、約7THzまでは位相整合条件を満たす。 From FIG. 21, when designing the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, only one of the two cases of the right vector k p2 > vector k p1 and the left vector k p2 <vector k p1 is used. It can be seen that the obtained terahertz wave frequency band does not change even if is selected. Therefore, by selecting only one of them, the range of the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the PPGaP domain-inverted structure can be further reduced to 0.001 °. In view of the change limited to the extremely narrow k L angle range in FIG. 21, in the design of the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, the pseudo phase matching element 19 made of PPGaP is greatly increased from the viewpoint of the system configuration. It can be understood that the stage controller 32 and the rotary stage 57 shown in FIG. In FIG. 21, the frequency of the terahertz wave generated from the quasi phase matching element 19 is plotted only up to 2 THz. However, when the internal cross angle θ = 4.85 °, the phase matching condition is satisfied up to about 7 THz.

式(7)及び(8)から分かるように、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLに対して、それに対応する方向を持ったテラヘルツ波の波数ベクトルkTが一対一で存在する。テラヘルツ波の波数ベクトルkTの値の範囲はPPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLと同様に重要である。なぜなら、テラヘルツ波の波数ベクトルkTをテラヘルツ波発生源と考えた場合、発生するテラヘルツ波の角度分散はできるだけ小さい方が好ましいからである。既に述べたとおり、従来は、図27に示したような電磁波発生装置を用いて周波数調整を行うときには、第2のポンプ光hν2の波長、2つのポンプ光hν1,hν2間の外部交叉角度θ in ext、第2の非軸放物面鏡7bの位置を同時に制御する必要があり、非常に複雑なシステム構成が必要で、実際に、常に、差周波発生条件を満足させることは困難であった。図22は、内側整合条件におけるベクトルkp2<ベクトルkp1の場合における、PPGaPの分極反転構造に由来するベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値を3Dプロットにしたものである。 As can be seen from equation (7) and (8), to the vector k L derived from the poled structure of pPGAP, wave vector k T of the terahertz wave having a direction corresponding thereto are present in one-to-one. The range of the value of the wave number vector k T of the terahertz wave is as important as the vector k L derived from the polarization inversion structure of PPGaP. This is because, when considering the wave vector k T of the terahertz wave and terahertz wave generation source, the angle distribution of the generated terahertz wave is because preferably as small as possible. As already mentioned, conventionally, when performing frequency adjustment by using the electromagnetic wave generator shown in FIG. 27, a second wavelength of the pump light hv 2, 2 one pump light hv 1, the external cross between hv 2 It is necessary to control the angle θ in ext and the position of the second non-axis parabolic mirror 7b at the same time, and a very complicated system configuration is required. In practice, it is difficult to always satisfy the difference frequency generation condition. Met. FIG. 22 shows the inclination angle (k L angle) of the vector k L derived from the polarization inversion structure of PPGaP and the direction angle of the wave vector k T of the terahertz wave when the vector k p2 <the vector k p1 in the inner matching condition Is a 3D plot.

図22から、274.4234°〜272.4223°の僅かなベクトルkLの方向角の範囲の変化に対応するベクトルkTの方向角の値の範囲は2.2°未満であることが分かる。既に述べたとおり、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値は、PPGaPからなる擬似位相整合素子19の中のテラヘルツ波伝播に対して定義される値であり、屈折効果は考慮に入れていない。しかしながら、ベクトルkLの傾きの角度(kL角)及びテラヘルツ波の波数ベクトルkTの方向角の値の範囲は大変小さいものであるので、自由空間であっても、屈折率効果はテラヘルツ波の発生方向の方向角に少々の補正を加えれば十分である。 From Figure 22, it can be seen that the range of values of direction angles of the vector k T corresponding to changes in the scope of the direction angles of slight vector k L of 274.4234 ° ~272.4223 ° is less than 2.2 ° . As described above, the inclination angle (k L angle) of the vector k L and the direction angle value of the wave number vector k T of the terahertz wave are defined for the terahertz wave propagation in the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP. The refraction effect is not taken into account. However, since the range of the inclination angle (k L angle) of the vector k L and the direction angle value of the wave vector k T of the terahertz wave is very small, even in free space, the refractive index effect is a terahertz wave. It is sufficient to apply a slight correction to the direction angle in the direction of the occurrence of.

以上のように、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを〜4.85°の内部交叉角度θで、PPGaPからなる擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜7THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波を発生させることが可能である。即ち、第2の実施の形態に係る電磁波発生装置では、互いに式(3)で関連する外部交叉角度δ又は内部交叉角θを固定した状態で、第2のポンプ光hν2の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子19から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させることができる。この第2の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、周期的な分極反転構造を持つPPGaPからなる擬似位相整合素子19を、0.3〜7THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するために僅か0.001°しか回転させる必要がない。又、差周波として発生するテラヘルツ波は、周波数0.34〜7.2THzの範囲で、2.2°以内、0.8〜7.2THzと限定すれば0.85°程度しか広がらないので、工業的な実用可能性が極めて高い。
As described above, according to the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, two lasers of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are used. If the beam is incident on the quasi phase matching element 19 made of PPGaP at an internal crossing angle θ of ˜4.85 °, an electromagnetic wave of a narrow band terahertz wave in a frequency region of 0.3 to 7 THz is generated. Is possible. That is, in the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, by changing the frequency of the second pump light hν2 in a state where the external crossing angle δ or the internal crossing angle θ related to each other in the equation (3) is fixed. A terahertz electromagnetic wave having a variable wavelength can be generated from the pseudo phase matching element 19. According to the electromagnetic wave generator according to the second embodiment, the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP having a periodic polarization reversal structure is placed in the terahertz wave frequency band of 0.3 to 7 THz. It is only necessary to rotate 0.001 ° to sweep the frequency. In addition, the terahertz wave generated as the difference frequency spreads only about 0.85 ° within a frequency range of 0.34 to 7.2 THz and limited to within 2.2 ° and 0.8 to 7.2 THz. Industrial applicability is extremely high.

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る電磁波発生装置は、図23に示すように、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波hν3を生成する擬似位相整合素子19と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との内部交叉角度θを位相整合範囲角に調整して固定し、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M6,18)を備える。ここで、内部交叉角度θ は、擬似位相整合素子19の内部における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、擬似位相整合素子19の外部で定義される外部交叉角度δとは、ほぼ式(3)の関係を有する。例えば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、内部交叉角度θ=6.34°程度の値が位相整合範囲角であり、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたときは、内部交叉角度θ=4.85°程度が、位相整合範囲角になる。第3の実施の形態に係る電磁波発生装置では、互いに式(3)で関連する外部交叉角度δ又は内部交叉角θを固定した状態で、第2のポンプ光hν2の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子19から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させる。
(Third embodiment)
Electromagnetic wave generator according to a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 23, a first pump-light emitting unit 24 for emitting a first pump light hv 1, the first pump light hv 1 The second pump light emitting section 25 that emits the second pump light hν 2 having a wavelength different from that of the first pump light hν 2 with a variable wavelength, and the electromagnetic wave hν having a difference frequency between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2. 3 , the internal crossing angle θ of the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 is adjusted and fixed to the phase matching range angle, and the first pump light and An optical system (M 6 , 18) for causing the second pump light to enter the quasi phase matching element 19 is provided. Where the internal crossing angle θ Is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 inside the quasi phase matching element 19, and the external crossing angle δ defined outside the quasi phase matching element 19 is , Which has a relationship of approximately equation (3). For example, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the value of the internal cross angle θ = 6.34 ° is a phase matching range angle, and when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, The crossing angle θ = about 4.85 ° is the phase matching range angle. In the electromagnetic wave generator according to the third embodiment, the pseudo frequency is changed by changing the frequency of the second pump light hν2 while the external crossing angle δ or the internal crossing angle θ related to each other in Expression (3) is fixed. A variable wavelength terahertz electromagnetic wave is generated from the phase matching element 19.

第3の実施の形態に係る電磁波発生装置においては、図23に示すように、1個のフラッシュランプ61で第1YAGロッド62及び第2YAGロッド63を励起するYAGレーザ6即ち「ダブルパルスYAGレーザ6」を励起光源として用い、ダブルパルスYAGレーザ6をタイミング制御機構(手段)として機能させることによって2つのCr添加フォルステライトレーザを励起する。ダブルパルスYAGレーザ6は、1つのフラッシュランプ61で第1YAGロッド62及び第2YAGロッド63を励起し、2つの1064nmの波長の出力パルス光hν1,hν2を得る。 In the electromagnetic wave generator according to the third embodiment, as shown in FIG. 23, the YAG laser 6 that excites the first YAG rod 62 and the second YAG rod 63 with one flash lamp 61, that is, the “double pulse YAG laser 6”. Is used as an excitation light source, and two Cr-added forsterite lasers are excited by causing the double pulse YAG laser 6 to function as a timing control mechanism (means). The double pulse YAG laser 6 excites the first YAG rod 62 and the second YAG rod 63 with one flash lamp 61 to obtain two output pulse lights hν 1 and hν 2 having a wavelength of 1064 nm.

フラッシュランプ61で第1YAGロッド62及び第2YAGロッド63を励起してから相当遅れてQ−スイッチパルスによってYAGレーザの発振を生じるので、第1YAGロッド62及び第2YAGロッド63のQスイッチパルスのタイミングを1ナノ秒の精度でそれぞれ変えることができる。この結果、第1YAGロッド62からの励起光パルスが第1のポンプ光源(Cr添加フォルステライトレーザ)を励起する時間と、第2YAGロッド63からの励起光パルスが第2のポンプ光源(Cr添加フォルステライトレーザ)を励起する時間との間の時間差を調整することにより、第1のポンプ光源からのポンプ光(第1のポンプ光)のパルスと第2のポンプ光源からの信号光(第2のポンプ光)のパルスとが、ほぼ同時に擬似位相整合素子19に到達するようにタイミングを制御する。「ほぼ同時に」とは、「Cr添加フォルステライトレーザの出力光のパルス幅よりも、十分に短い時間で」という意味であり、例えば、Cr添加フォルステライトレーザのパルス幅は、一般に20〜30ナノ秒程度であり、この様な場合は、1ナノ秒或いはそれ以下の時間差にすれば良い。   Since the first YAG rod 62 and the second YAG rod 63 are excited by the flash lamp 61, the YAG laser is oscillated by a Q-switch pulse with a considerable delay, so that the timing of the Q switch pulses of the first YAG rod 62 and the second YAG rod 63 is changed. Each can be changed with an accuracy of 1 nanosecond. As a result, the excitation light pulse from the first YAG rod 62 excites the first pump light source (Cr-added forsterite laser), and the excitation light pulse from the second YAG rod 63 changes to the second pump light source (Cr-added forsterite laser). By adjusting the time difference between the excitation time of the stellite laser) and the pulse light of the pump light from the first pump light source (first pump light) and the signal light from the second pump light source (second The timing is controlled so that the pulse of the pump light) reaches the quasi phase matching element 19 almost simultaneously. The term “substantially simultaneously” means “in a time sufficiently shorter than the pulse width of the output light of the Cr-doped forsterite laser”. For example, the pulse width of the Cr-doped forsterite laser is generally 20 to 30 nanometers. In such a case, a time difference of 1 nanosecond or less may be used.

光学系(M6,18)は、反射鏡(ミラー)M6及び偏光ビームスプリッタ18からなる。反射鏡(ミラー)M6は、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を偏光ビームスプリッタ18に入射する角度を調整するように回転可能なミラーである。図23に示す光学系(M6,18)の配置により、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させる。又、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1は、反射鏡(ミラー)M6を用いて、垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を、擬似位相整合素子19結合させる光学系を構成している。 The optical system (M 6 , 18) includes a reflecting mirror (mirror) M 6 and a polarizing beam splitter 18. The reflecting mirror (mirror) M 6 reflects the first pump light hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 and adjusts the angle at which the first pump light hν 1 is incident on the polarization beam splitter 18. It is a rotatable mirror. With the arrangement of the optical system (M 6 , 18) shown in FIG. 23, the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is transmitted through the polarization beam splitter 18. Further, the pump light (first pump light) hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction by using a reflecting mirror (mirror) M 6, and the polarization plane of the polarization beam splitter 18. The pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 are coupled to the quasi phase matching element 19 so that the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. An optical system is configured.

但し、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2は、偏光ビームスプリッタ18よってビームを平行に近く重ねれば良いので、第4実施例の図9に示すように、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1を偏光ビームスプリッタ18を透過させ、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1に対し偏波面の直交する信号光(第2のポンプ光)hν2を垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成しても良い。 However, the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 need only be superposed in parallel by the polarization beam splitter 18, so FIG. 9 of the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the pump light (first pump light) hν 1 is transmitted through the polarization beam splitter 18, and the signal light (second pump) whose polarization plane is orthogonal to the pump light (first pump light) hν 1. Light) hν 2 is incident from the vertical direction and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18, and the first pump light and the second pump light are pseudo-phased so that the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. An optical system to be coupled in the matching element 19 may be configured.

尚、図23に示した光学系(M6,18)は、例示であり、反射鏡(ミラー)M6及び偏光ビームスプリッタ18の他に、他のミラー等の光学素子を加えても良く、反射鏡(ミラー)M6の代わりに、プリズム等の反射鏡(ミラー)M6と等価な機能を有する光学素子に置き換えても良いことは勿論である。 The optical system (M 6 , 18) shown in FIG. 23 is an example, and in addition to the reflecting mirror (mirror) M 6 and the polarizing beam splitter 18, other optical elements such as a mirror may be added. instead of the reflecting mirror (mirror) M 6, it is of course may be replaced with an optical element having a reflecting mirror such as a prism (mirror) M 6 and equivalent function.

第1のポンプ光源からのポンプ光(第1のポンプ光)のパルスと第2のポンプ光源からの信号光(第2のポンプ光)のパルスとが、ほぼ同時に擬似位相整合素子19に到達するということは、第1及び第2のポンプ光源からの出力(パルス)をほぼ同時にすることである。第1及び第2のポンプ光源としての2つのCr添加フォルステライトレーザの出力(パルス)がほぼ同時になるようにするには、ダブルパルスYAGレーザ6のQスイッチパルスのタイミングを変化させるようにあらかじめプログラムしておけば良い。或いは、テラヘルツ電磁波出力が最大になるようにQスイッチパルス発生のタイミングをフィードバック制御するループを形成することにより、第1のポンプ光源からのポンプ光(第1のポンプ光)と第2のポンプ光源からの信号光(第2のポンプ光)のタイミングを一致させることができる。   The pulse of the pump light (first pump light) from the first pump light source and the pulse of the signal light (second pump light) from the second pump light source reach the pseudo phase matching element 19 almost simultaneously. This means that the outputs (pulses) from the first and second pump light sources are made substantially simultaneously. In order to make the outputs (pulses) of the two Cr-added forsterite lasers as the first and second pump light sources substantially coincide with each other, a program is previously made so as to change the timing of the Q switch pulse of the double pulse YAG laser 6. You should do it. Alternatively, the pump light from the first pump light source (first pump light) and the second pump light source are formed by forming a loop that feedback-controls the timing of Q switch pulse generation so that the terahertz electromagnetic wave output is maximized. The timing of the signal light from the second light (second pump light) can be matched.

ダブルパルスYAGレーザ6は、図23に示すレーザコントローラ31により駆動される。即ち、レーザコントローラ31は、フラッシュランプ励起用パルスP1、YAGレーザQ−スイッチパルスP2,P3を発生し、レーザコントローラ31とダブルパルスYAGレーザ6とによって、信号光(第2のポンプ光)のパルスとポンプ光(第1のポンプ光)のパルスとをほぼ同時に擬似位相整合素子19に到達させるタイミング制御機構(手段)(6,31)を構成している。 The double pulse YAG laser 6 is driven by a laser controller 31 shown in FIG. That is, the laser controller 31 generates the flash lamp excitation pulse P 1 and the YAG laser Q-switch pulses P 2 and P 3 , and the signal light (second pump light) is generated by the laser controller 31 and the double pulse YAG laser 6. ) And a pump light (first pump light) pulse reach the quasi-phase matching element 19 almost simultaneously. The timing control mechanism (means) (6, 31) is configured.

図23において、第1のポンプ光出射部24の第1のポンプ光源、第2のポンプ光出射部25の第2のポンプ光源として、それぞれCr添加フォルステライトレーザを用いる。Cr添加フォルステライトレーザの遅れ時間は、主に、ダブルパルスYAGレーザ6からの励起光強度とCr添加フォルステライトレーザの出力波長によって決まるので、第1及び第2のポンプ光源としての2つのCr添加フォルステライトレーザは、必ずしも同一のタイミングで出力を発生しない。テラヘルツ電磁波hν3の周波数ν3を掃引するには、例えば、第1のポンプ光出射部24を構成する一方のCr添加フォルステライトレーザ(第1のポンプ光源)の波長を固定し、第2のポンプ光出射部25を構成する他方のCr添加フォルステライトレーザ(第2のポンプ光源)の波長を掃引する(逆に、第2のポンプ光出射部25を構成するCr添加フォルステライトレーザ(第2のポンプ光源)の波長を固定し、第1のポンプ光出射部24を構成するCr添加フォルステライトレーザ(第1のポンプ光源)の波長を掃引するようにしても良い。)。 In FIG. 23, a Cr-added forsterite laser is used as the first pump light source of the first pump light emitting unit 24 and the second pump light source of the second pump light emitting unit 25, respectively. The delay time of the Cr-added forsterite laser is mainly determined by the excitation light intensity from the double-pulse YAG laser 6 and the output wavelength of the Cr-added forsterite laser, so that two Cr additions as the first and second pump light sources are added. A forsterite laser does not necessarily generate an output at the same timing. To sweep the frequency [nu 3 of THz radiation hv 3, for example, the wavelength of one of Cr added forsterite laser constituting the first pump-light emitting unit 24 (first pump light source) is fixed, the second The wavelength of the other Cr-added forsterite laser (second pump light source) constituting the pump light emitting section 25 is swept (reversely, the Cr-added forsterite laser (second pump) constituting the second pump light emitting section 25. (The pump light source) may be fixed, and the wavelength of the Cr-added forsterite laser (first pump light source) constituting the first pump light emitting section 24 may be swept.

第2のポンプ光出射部25を構成するCr添加フォルステライトレーザ(第2のポンプ光源)の波長と強度が掃引に伴って変化するから、この2つのパラメータの関数として、2つのCr添加フォルステライトレーザの出力が同時となるための2つのQ−スイッチパルスP2,P3のタイミング差tをあらかじめプログラムしておき、プログラムに従って2つのQ−スイッチパルスP2,P3を発生すれば良い。Cr添加フォルステライトレーザの出力パルス幅は約10ナノ秒であるからQ−スイッチパルスP2,P3のタイミング差tは、1ナノ秒の精度で制御すれば十分である。 Since the wavelength and intensity of the Cr-added forsterite laser (second pump light source) constituting the second pump light emitting section 25 change with sweeping, two Cr-added forsterite as a function of these two parameters. The timing difference t between the two Q-switch pulses P 2 and P 3 for simultaneous laser output may be programmed in advance, and the two Q-switch pulses P 2 and P 3 may be generated according to the program. Since the output pulse width of the Cr-added forsterite laser is about 10 nanoseconds, it is sufficient to control the timing difference t between the Q-switch pulses P 2 and P 3 with an accuracy of 1 nanosecond.

第1のポンプ光出射部24と第2のポンプ光出射部25からそれぞれ出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2は、偏光ビームスプリッタ18よってビームを内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように重ねられ、擬似位相整合素子19に入射する。擬似位相整合素子19から、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2の差の周波数を有するテラヘルツ電磁波hν3が出力する。
2台のCr添加フォルステライトレーザを用いる場合は、発振波長により遅れ時間が10ナノ秒以上になることがある。この様な場合、反射鏡を複数枚用いて構成した可変遅延線路では、光路が長くなり、装置の構成が大きくなりすぎる場合がある。したがって、調整すべき遅延時間が長くなる場合は、第3の実施の形態に係る電磁波発生装置のように、ダブルパルスYAGレーザ6を用いる方法が電磁波発生装置の小型化に有効である。尚、第1のポンプ光出射部24或いは第2のポンプ光出射部25に用いる第1及び第2のポンプ光源としてのCr添加フォルステライトレーザを、Yb添加したYLFレーザやYb添加ファイバレーザで置き換えても良いこともできることは、第4の実施の形態や第5実施例と同様である。
The pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the first pump light emitting portion 24 and the second pump light emitting portion 25 respectively are polarized beam splitter 18. Therefore, the beams are overlapped so that the internal crossing angle θ is set to the phase matching range angle, and enter the pseudo phase matching element 19. The pseudo phase matching element 19 outputs a terahertz electromagnetic wave hν 3 having a frequency that is the difference between the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 .
When two Cr-added forsterite lasers are used, the delay time may be 10 nanoseconds or more depending on the oscillation wavelength. In such a case, in a variable delay line configured by using a plurality of reflecting mirrors, the optical path becomes long, and the configuration of the apparatus may be too large. Therefore, when the delay time to be adjusted becomes long, the method using the double pulse YAG laser 6 as in the electromagnetic wave generator according to the third embodiment is effective for downsizing the electromagnetic wave generator. The Cr-doped forsterite laser as the first and second pump light sources used in the first pump light emitting section 24 or the second pump light emitting section 25 is replaced with a YLF-doped YLF laser or Yb-doped fiber laser. It is also possible to do this as in the fourth embodiment and the fifth example.

以上のように、第3の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを6.34°程度の内部交叉角度θで、擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜2THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPKTP結晶から発生させることが可能である。又、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを4.85°程度の内部交叉角度θで、PPGaPからなる擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜7THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPGaP結晶から発生させることが可能である。   As described above, according to the electromagnetic wave generator according to the third embodiment, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, two lasers of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are used. If the beam is incident on the quasi phase matching element 19 at an internal crossing angle θ of about 6.34 °, a narrow band terahertz wave electromagnetic wave in the frequency range of 0.3 to 2 THz is generated from the PPKTP crystal. Is possible. Further, when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the two laser beams of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are made of PPGaP with an internal crossing angle θ of about 4.85 °. If incident on the phase matching element 19, it is possible to generate a narrow band terahertz wave electromagnetic wave from a PPGaP crystal in a frequency range of 0.3 to 7 THz.

PPKTP結晶を擬似位相整合素子19として用いた場合は、0.3〜2THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためには、僅か0.0035°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がない。又、差周波として、PPKTP結晶から発生するテラヘルツ波も僅か3.0°〜3.5°程度しか広がらない。一方、PPGaP結晶からなる擬似位相整合素子19を用いた場合は、0.3〜7THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためにも、僅か0.001°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がなく、差周波としてPPGaP結晶から発生するテラヘルツ波は、周波数0.34〜7.2THzの範囲で、2.2°以内、0.8〜7.2THzと限定すれば0.85°程度しか広がらない。よって、第3の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、図1に示した構成において、電磁波検出器34の位置を固定でき、且つ、電磁波検出器34の位置を固定した状態において、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34の間に、図27に示したような、従来技術において用いられていた非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。このため、第3の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、使用部品の点数を減少させ、極めて簡単且つ安価な構成することが可能になり、第3の実施の形態に係る電磁波発生装置の工業的な実用可能性は極めて高い。
When the PPKTP crystal is used as the quasi-phase matching element 19, the quasi-phase matching element 19 is only 0.0035 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the frequency band of 0.3 to 2 THz terahertz wave. There is no need to rotate. Further, as the difference frequency, the terahertz wave generated from the PPKTP crystal spreads only by about 3.0 ° to 3.5 °. On the other hand, when the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP crystal is used, the quasi-phase is only 0.001 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the terahertz wave frequency band of 0.3 to 7 THz. There is no need to rotate the matching element 19, and the terahertz wave generated from the PPGaP crystal as the difference frequency is limited to within 2.2 ° and 0.8 to 7.2 THz within the frequency range of 0.34 to 7.2 THz. For example, it spreads only about 0.85 °. Therefore, according to the electromagnetic wave generator according to the third embodiment, in the configuration shown in FIG. 1, the position of the electromagnetic wave detector 34 can be fixed and the position of the electromagnetic wave detector 34 is fixed. It is not necessary to use the non-axis parabolic mirrors 7a and 7b used in the prior art as shown in FIG. 27 between the phase matching element 19 and the electromagnetic wave detector 34. For this reason, according to the electromagnetic wave generator according to the third embodiment, it is possible to reduce the number of parts used and to form an extremely simple and inexpensive configuration. The electromagnetic wave generator according to the third embodiment The industrial applicability of is extremely high.

(第4の実施の形態)
図24に示すように、本発明の第4の実施の形態に係る電磁波発生装置は、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波hν3を生成する擬似位相整合素子19と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との内部交叉角度θを位相整合範囲角に調整して固定し、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M3,M6,M5,18)とを備える。ここで、内部交叉角度θ は、擬似位相整合素子19の内部における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、擬似位相整合素子19の外部で定義される外部交叉角度δとは、ほぼ式(3)の関係を有する。例えば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、内部交叉角度θ=6.34°程度の値が位相整合範囲角であり、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたときは、内部交叉角度θ=4.85°程度が、位相整合範囲角になる。第4の実施の形態に係る電磁波発生装置では、互いに式(3)で関連する外部交叉角度δ又は内部交叉角θを固定した状態で、第2のポンプ光hν2の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子19から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 24, the electromagnetic wave generator according to a fourth embodiment of the present invention includes a first pumping light outputting section 24 for emitting a first pump light hv 1, the first pump light hv 1 The second pump light hν 2 having a wavelength different from that of the second pump light emitting section 25 that emits the wavelength tunably, and the electromagnetic wave having a difference frequency between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2. The quasi-phase matching element 19 that generates hν 3 and the internal crossing angle θ between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 are adjusted and fixed to the phase matching range angle, and the first pump light And an optical system (M 3 , M 6 , M 5 , 18) for causing the second pump light to enter the quasi phase matching element 19. Where the internal crossing angle θ Is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 inside the quasi phase matching element 19, and the external crossing angle δ defined outside the quasi phase matching element 19 is , Which has a relationship of approximately equation (3). For example, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the value of the internal cross angle θ = 6.34 ° is a phase matching range angle, and when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, The crossing angle θ = about 4.85 ° is the phase matching range angle. In the electromagnetic wave generator according to the fourth embodiment, the pseudo frequency is changed by changing the frequency of the second pump light hν2 while fixing the external crossing angle δ or the internal crossing angle θ related to each other in the equation (3). A variable wavelength terahertz electromagnetic wave is generated from the phase matching element 19.

光学系(M3,M6,M5,18)は、ハーフミラーM3、第1ミラーM5、第2ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18からなる。ハーフミラーM3は、励起光源16としてのYAGレーザから出射した励起光の一部を透過し第1のポンプ光出射部24に入射させ、励起光源(YAGレーザ)16から出射した励起光の他の一部を反射し、第2のポンプ光出射部25に入射させるミラーである。第1ミラーM5は、ハーフミラーM3で反射した励起光を更に反射し、励起光源(YAGレーザ)16から出射した励起光の他の一部を第2のポンプ光出射部25に入射させるミラーである。第2ミラーM6は、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を偏光ビームスプリッタ18に入射する角度を調整するように回転可能なミラーである。図24に示す光学系(M3,M6,M5,18)の配置により、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させる。又、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1は、第2ミラーM6を用いて、垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を、擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成している。 The optical system (M 3 , M 6 , M 5 , 18) includes a half mirror M 3 , a first mirror M 5 , a second mirror M 6, and a polarization beam splitter 18. The half mirror M 3 transmits a part of the excitation light emitted from the YAG laser as the excitation light source 16 and enters the first pump light emission unit 24, and in addition to the excitation light emitted from the excitation light source (YAG laser) 16. This is a mirror that reflects a part of the light and makes it incident on the second pump light emitting unit 25. The first mirror M 5 further reflects the excitation light reflected by the half mirror M 3 and causes the other part of the excitation light emitted from the excitation light source (YAG laser) 16 to enter the second pump light emitting unit 25. It is a mirror. The second mirror M 6 reflects the first pump light hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 and adjusts the angle at which the first pump light hν 1 enters the polarization beam splitter 18. It is a rotatable mirror. With the arrangement of the optical systems (M 3 , M 6 , M 5 , 18) shown in FIG. 24, the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is passed through the polarization beam splitter 18. Make it transparent. The pump light (first pump light) hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction using the second mirror M 6 and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18. Then, the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 are combined in the quasi phase matching element 19 so that the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. An optical system is configured.

但し、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2は、偏光ビームスプリッタ18よってビームを位相整合範囲角に設定すれば良いので、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1を偏光ビームスプリッタ18を透過させ、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1に対し偏波面の直交する信号光(第2のポンプ光)hν2を垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θが位相整合範囲角となるように、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成しても良い。尚、図24に示した光学系(M3,M6,M5,18)は、例示であり、ハーフミラーM3、第1ミラーM5、第2ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18の他に、他のミラー等の光学素子を加えても良く、第1ミラーM5、第2ミラーM6等の代わりに、プリズム等の第1ミラーM5や第2ミラーM6等と等価な機能を有する光学素子に置き換えても良いことは勿論である。 However, the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 may be set to a phase matching range angle by the polarization beam splitter 18. Pump light) hν 1 is transmitted through the polarization beam splitter 18, and signal light (second pump light) hν 2 whose polarization plane is orthogonal to the pump light (first pump light) hν 1 is incident from the vertical direction. And an optical system that couples the first pump light and the second pump light in the quasi phase matching element 19 so that the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. It may be configured. The optical system (M 3 , M 6 , M 5 , 18) shown in FIG. 24 is an example, and in addition to the half mirror M 3 , the first mirror M 5 , the second mirror M 6, and the polarization beam splitter 18. to, may be added to optical elements such as other mirrors, the first mirror M 5, in place of such second mirror M 6, a first mirror M 5 and the second mirror M 6 such equivalent function such as a prism Of course, it may be replaced by an optical element having

第1のポンプ光出射部24及び第2のポンプ光出射部25にそれぞれ備えられる第1及び第2のポンプ光源として、励起光源(YAGレーザ)16で励起されるクロム(Cr)添加フォルステライトレーザを使う。既に述べたとおり、Cr添加フォルステライトレーザは、フォルステライト中のCrの準位を用いているため、スペクトル線幅が極めて狭い。Cr添加フォルステライトレーザは、波長1.064μmの励起光源(YAGレーザ)16を用いて励起することが可能で、OPOのようにYAG第3高調波を用いないので効率が高くすることが可能である。   A chromium (Cr) -added forsterite laser pumped by a pumping light source (YAG laser) 16 as the first and second pump light sources provided in the first pump light emitting unit 24 and the second pump light emitting unit 25, respectively. use. As described above, the Cr-added forsterite laser uses the Cr level in the forsterite, and therefore has a very narrow spectral line width. The Cr-added forsterite laser can be pumped by using a pumping light source (YAG laser) 16 having a wavelength of 1.064 μm, and the YAG third harmonic is not used unlike OPO, so that the efficiency can be increased. is there.

即ち、第4の実施の形態に係る電磁波発生装置では、2つのCr添加フォルステライトレーザを第1のポンプ光出射部24及び第2のポンプ光出射部25にそれぞれ備えられる第1及び第2のポンプ光源として用い、第1のポンプ光出射部24を固定波長で、第2のポンプ光出射部25を波長可変ポンプ光源とし、インジェクションシーディングなしで差周波としてのテラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅を狭くすることができる。ポンプ光(第1のポンプ光)hν1の波長を、例えば、1.20μmに固定する。第1のポンプ光出射部24に備えられる第1のポンプ光源は、内部にエタロンを設置することにより、固定波長でスペクトル線幅を1GHz程度に狭くすることができる。第2のポンプ光出射部25に備えられる第2のポンプ光源には同種のCr添加フォルステライトレーザを使い、波長を掃引する。第2のポンプ光出射部25は連続波長掃引のため、エタロンを挿入しないのでスペクトル線幅は10GHzから15GHzである。更に、Cr添加フォルステライトレーザは、OPOのようにYAGの高調波を使う必要がないため、基本波1.064μmによって励起でき、高出力且つ安価であることが特徴である。尚、第1のポンプ光出射部24及び第2のポンプ光出射部25に用いる第1及び第2のポンプ光源としてのCr添加フォルステライトレーザを、Ybを添加したYLFレーザやYbを添加したファイバレーザで置き換えることもできる。Yb添加YLFレーザやYb添加ファイバレーザを用いる場合も、インジェクションシーディングなしで比較的狭線幅を得られるので、極めて安価である利点を有する。但し、Yb添加YLFレーザやYb添加ファイバレーザの場合は、YAGレーザ16の波長1.064μmより、僅かに波長が短いので、YAGレーザ16の2倍波(波長530nm)で励起する必要がある。 That is, in the electromagnetic wave generating device according to the fourth embodiment, the first and second pump light emitting units 25 and 25 are provided with two Cr-added forsterite lasers, respectively. Spectral line width of the terahertz electromagnetic wave hν 3 used as a pump light source, the first pump light emitting part 24 as a fixed wavelength, the second pump light emitting part 25 as a tunable pump light source, and as a difference frequency without injection seeding Can be narrowed. The wavelength of the pump light (first pump light) hν 1 is fixed at, for example, 1.20 μm. The first pump light source provided in the first pump light emitting unit 24 can narrow the spectral line width to about 1 GHz at a fixed wavelength by installing an etalon inside. The second pump light source provided in the second pump light emitting unit 25 uses the same kind of Cr-added forsterite laser and sweeps the wavelength. Since the second pump light emitting unit 25 is a continuous wavelength sweep and does not insert an etalon, the spectral line width is 10 GHz to 15 GHz. Further, the Cr-added forsterite laser does not require the use of YAG harmonics unlike OPO, and is characterized in that it can be excited by a fundamental wave of 1.064 μm, has high output and is inexpensive. Incidentally, a Cr-doped forsterite laser as the first and second pump light sources used for the first pump light emitting section 24 and the second pump light emitting section 25 is a YLF laser doped with Yb or a fiber doped with Yb. It can be replaced with a laser. Even when using a Yb-doped YLF laser or a Yb-doped fiber laser, a relatively narrow line width can be obtained without injection seeding, which has the advantage of being extremely inexpensive. However, in the case of a Yb-doped YLF laser or a Yb-doped fiber laser, the wavelength is slightly shorter than the wavelength of 1.064 μm of the YAG laser 16, so that it is necessary to excite with the second harmonic of the YAG laser 16 (wavelength 530 nm).

以上のように、第4の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを6.34°程度の内部交叉角度θで、擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜2THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPKTP結晶から発生させることが可能である。又、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを4.85°程度の内部交叉角度θで、PPGaPからなる擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜7THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPGaP結晶から発生させることが可能である。   As described above, according to the electromagnetic wave generator according to the fourth embodiment, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, two lasers of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are used. If the beam is incident on the quasi phase matching element 19 at an internal crossing angle θ of about 6.34 °, a narrow band terahertz wave electromagnetic wave in the frequency range of 0.3 to 2 THz is generated from the PPKTP crystal. Is possible. Further, when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the two laser beams of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are made of PPGaP with an internal crossing angle θ of about 4.85 °. If incident on the phase matching element 19, it is possible to generate a narrow band terahertz wave electromagnetic wave from a PPGaP crystal in a frequency range of 0.3 to 7 THz.

PPKTP結晶を擬似位相整合素子19として用いた場合は、0.3〜2THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためには、僅か0.0035°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がない。又、差周波として、PPKTP結晶から発生するテラヘルツ波も僅か3.0°〜3.5°程度しか広がらない。一方、PPGaP結晶からなる擬似位相整合素子19を用いた場合は、0.3〜7THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためにも、僅か0.001°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がなく、差周波としてPPGaP結晶から発生するテラヘルツ波は、周波数0.34〜7.2THzの範囲で、2.2°以内、0.8〜7.2THzと限定すれば0.85°程度しか広がらない。よって、第4の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、図1に示した構成において、電磁波検出器34の位置を固定でき、且つ、電磁波検出器34の位置を固定した状態において、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34の間に、図27に示したような、従来技術において用いられていた非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。このため、第4の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、使用部品の点数を減少させ、極めて簡単且つ安価な構成することが可能になり、第4の実施の形態に係る電磁波発生装置の工業的な実用可能性は極めて高い。
When the PPKTP crystal is used as the quasi-phase matching element 19, the quasi-phase matching element 19 is only 0.0035 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the frequency band of 0.3 to 2 THz terahertz wave. There is no need to rotate. Further, as the difference frequency, the terahertz wave generated from the PPKTP crystal spreads only by about 3.0 ° to 3.5 °. On the other hand, when the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP crystal is used, the quasi-phase is only 0.001 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the terahertz wave frequency band of 0.3 to 7 THz. There is no need to rotate the matching element 19, and the terahertz wave generated from the PPGaP crystal as the difference frequency is limited to within 2.2 ° and 0.8 to 7.2 THz within the frequency range of 0.34 to 7.2 THz. For example, it spreads only about 0.85 °. Therefore, according to the electromagnetic wave generator according to the fourth embodiment, in the configuration shown in FIG. 1, the position of the electromagnetic wave detector 34 can be fixed and the position of the electromagnetic wave detector 34 is fixed. It is not necessary to use the non-axis parabolic mirrors 7a and 7b used in the prior art as shown in FIG. 27 between the phase matching element 19 and the electromagnetic wave detector 34. For this reason, according to the electromagnetic wave generator according to the fourth embodiment, it is possible to reduce the number of parts used and to form an extremely simple and inexpensive configuration. The electromagnetic wave generator according to the fourth embodiment The industrial applicability of is extremely high.

(第5の実施の形態)
図25に示すように、本発明の第5の実施の形態に係る電磁波発生装置は、第1のポンプ光hν1を出射する第1のポンプ光出射部24と、第1のポンプ光hν1とは異なる波長の第2のポンプ光hν2を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部25と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数の電磁波hν3を生成する擬似位相整合素子19と、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との差周波数ν3=1THzにおける内部交叉角度θを位相整合範囲角に調整して固定し、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M1,M6,18)とを備える。ここで、内部交叉角度θ は、擬似位相整合素子19の内部における第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2との交叉角度であって、擬似位相整合素子19の外部で定義される外部交叉角度δとは、ほぼ式(3)の関係を有する。例えば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、内部交叉角度θ=6.34°程度の値が位相整合範囲角であり、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたときは、内部交叉角度θ=4.85°程度が、位相整合範囲角になる。第5の実施の形態に係る電磁波発生装置では、互いに式(3)で関連する外部交叉角度δ又は内部交叉角θを固定した状態で、第2のポンプ光hν2の周波数を変えることにより、擬似位相整合素子19から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させる。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 25, the electromagnetic wave generator according to a fifth embodiment of the present invention includes a first pumping light outputting section 24 for emitting a first pump light hv 1, the first pump light hv 1 The second pump light hν 2 having a wavelength different from that of the second pump light emitting section 25 that emits the wavelength tunably, and the electromagnetic wave having a difference frequency between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2. The quasi phase matching element 19 that generates hν 3 and the internal crossing angle θ at the difference frequency ν 3 = 1 THz between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 are adjusted and fixed to the phase matching range angle. And an optical system (M 1 , M 6 , 18) for causing the first pump light and the second pump light to enter the quasi phase matching element 19. Where the internal crossing angle θ Is the crossing angle between the first pump light hν 1 and the second pump light hν 2 inside the quasi phase matching element 19, and the external crossing angle δ defined outside the quasi phase matching element 19 is , Which has a relationship of approximately equation (3). For example, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the value of the internal cross angle θ = 6.34 ° is a phase matching range angle, and when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, The crossing angle θ = about 4.85 ° is the phase matching range angle. In the electromagnetic wave generation device according to the fifth embodiment, the pseudo frequency is changed by changing the frequency of the second pump light hν2 while the external crossing angle δ or the internal crossing angle θ related to each other in Expression (3) is fixed. A variable wavelength terahertz electromagnetic wave is generated from the phase matching element 19.

内部交叉角度θを上記のような位相整合範囲角に調整して固定し、第1及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19に入射させる光学系(M1,M6,18)は、第1ミラーM、第2ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18からなる。第1ミラーMは、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を第2のポンプ光出射部25に入射させるミラーである。第2ミラーM6は、第1のポンプ光出射部24から出射した第1のポンプ光hν1を反射し、第1のポンプ光hν1を偏光ビームスプリッタ18に入射する角度を調整するように回転可能なミラーである。図25に示す光学系(M1,M6,18)の配置により、第2のポンプ光出射部25から出射した信号光(第2のポンプ光)hν2を偏光ビームスプリッタ18を透過させる。又、第1のポンプ光出射部24から出射したポンプ光(第1のポンプ光)hν1は、第2ミラーM6を介して垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1及び信号光(第2のポンプ光)hν2を擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成している。 The optical system (M 1 , M 6 , 18) that adjusts and fixes the internal crossing angle θ to the phase matching range angle as described above and makes the first and second pump lights enter the quasi phase matching element 19 includes: It consists of a first mirror M 1 , a second mirror M 6 and a polarizing beam splitter 18. The first mirror M 1 is the first reflects the pump light hv 1, mirror for incident first pump light hv 1 to the second pump-light emitting unit 25 which is emitted from the first pumping light exit portion 24 is there. The second mirror M 6 reflects the first pump light hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 and adjusts the angle at which the first pump light hν 1 enters the polarization beam splitter 18. It is a rotatable mirror. With the arrangement of the optical systems (M 1 , M 6 , 18) shown in FIG. 25, the signal light (second pump light) hν 2 emitted from the second pump light emitting unit 25 is transmitted through the polarization beam splitter 18. The pump light (first pump light) hν 1 emitted from the first pump light emitting unit 24 is incident from the vertical direction via the second mirror M 6 and reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter 18. An optical system that couples the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 in the pseudo phase matching element 19 so that the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. Is configured.

但し、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2は、偏光ビームスプリッタ18よってビームを平行に近く重ねれば良いので、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1を偏光ビームスプリッタ18を透過させ、ポンプ光(第1のポンプ光)hν1に対し偏波面の直交する信号光(第2のポンプ光)hν2を垂直方向から入射させて偏光ビームスプリッタ18の偏光面で反射させ、内部交叉角度θを位相整合範囲角とするように、第1のポンプ光及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19内で結合させる光学系を構成しても良い。 However, the pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 need only be superposed in parallel by the polarization beam splitter 18, so that the pump light (first pump light) Light) hν 1 is transmitted through the polarization beam splitter 18, and signal light (second pump light) hν 2 whose polarization plane is orthogonal to the pump light (first pump light) hν 1 is incident from the vertical direction to be polarized. An optical system is configured to couple the first pump light and the second pump light in the quasi phase matching element 19 so that the light is reflected by the polarization plane of the beam splitter 18 and the internal crossing angle θ is the phase matching range angle. May be.

尚、図25に示した光学系(M1,M6,18)は、例示であり、第1ミラーM、第2ミラーM6及び偏光ビームスプリッタ18の他に、他のミラー等の光学素子を加えても良く、第1ミラーM、第2ミラーM6の代わりに、プリズム等の第1ミラーMや第2ミラーM6と等価な機能を有する光学素子に置き換えても、内部交叉角度θを位相整合範囲角に調整して固定して、第1及び第2のポンプ光を擬似位相整合素子19に入射させることができることは勿論である。 The optical system (M 1 , M 6 , 18) shown in FIG. 25 is an example, and in addition to the first mirror M 1 , the second mirror M 6, and the polarization beam splitter 18, the optical system such as other mirrors is used. may be added an element, a first mirror M 1, instead of the second mirror M 6, it is replaced with the optical element having a first mirror M 1 and the second mirror M 6 such as a prism equivalent functions, internal Of course, the first and second pump lights can be incident on the quasi phase matching element 19 by adjusting and fixing the crossing angle θ to the phase matching range angle.

具体的には、第1のポンプ光出射部24として波長1.064μmのパルスを発振するYAGレーザ16を使用する。第2のポンプ光出射部25として、波長可変パラメトリックオッシレータ(OPO)17を用いる。波長可変OPO17は、励起光源16としてのYAGレーザからのポンプ光(第1のポンプ光)hν1の基本波を3逓倍した355nmの光で励起される。 Specifically, a YAG laser 16 that oscillates a pulse having a wavelength of 1.064 μm is used as the first pump light emitting unit 24. A wavelength variable parametric oscillator (OPO) 17 is used as the second pump light emitting unit 25. The wavelength variable OPO 17 is pumped by light of 355 nm obtained by multiplying the fundamental wave of the pump light (first pump light) hν 1 from the YAG laser as the pumping light source 16 by three.

テラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅を狭く且つ、広い周波数にわたってモードホップなしで動作させるために、波長可変OPO17は、インジェクションシーディング機構(手段)を備える。インジェクションシーディング機構(手段)として、波長可変OPO17内にシードレーザ(マスター発振器)を具備する。シードレーザ(マスター発振器)としては、例えば、Q値の高い共振器を硼酸バリウム(BaB24)結晶に用い、スペクトル幅を狭くすれば良い。即ち、シードレーザ(マスター発振器)及びスレーブレーザ(ホストレーザ)共に、BaB24結晶のパラメトリック効果を用いる。そして、スレーブレーザ(ホストレーザ)である波長可変OPO17の共振器長を、シードレーザとスレーブレーザの縦モードが一致するように制御すれば良い。スレーブレーザの共振器長を制御する共振器ロックには、少なくとも(波長)/(共振器のフィネス) オーダー以上の正確な制御が必要になるので、例えば、ピエゾドライバで共振器長を制御することが好ましい。 In order to operate the terahertz electromagnetic wave hν 3 with a narrow spectral line width and without a mode hop over a wide frequency, the wavelength tunable OPO 17 includes an injection seeding mechanism (means). As an injection seeding mechanism (means), a seed laser (master oscillator) is provided in the wavelength variable OPO 17. As a seed laser (master oscillator), for example, a resonator having a high Q value may be used for a barium borate (BaB 2 O 4 ) crystal to narrow the spectrum width. That is, the parametric effect of the BaB 2 O 4 crystal is used for both the seed laser (master oscillator) and the slave laser (host laser). Then, the resonator length of the wavelength tunable OPO 17 that is a slave laser (host laser) may be controlled so that the longitudinal modes of the seed laser and the slave laser match. Since the resonator lock that controls the resonator length of the slave laser requires accurate control at least in the order of (wavelength) / (cavity finesse), for example, controlling the resonator length with a piezo driver Is preferred.

即ち、波長可変OPO17の出力をフォトディテクターで検出し、その信号をブランキング回路を経てロックインアンプに入力する。更に、このロックインアンプの出力信号を、ピエゾドライバでファンクションジェネレーターからの変調信号と加算し、ピエゾ駆動電圧に変換し、変調ミラーを動かすようにすれば良い。このとき、ファンクションジェネレーターの同調信号をロックインアンプの参照信号とするようにしても良い。この様な波長可変OPO17は励起光源(YAGレーザ)16の第3高調波即ち波長355nm光で励起されることによりスペクトル線幅を広げる原因となる波長縮退を避け、更にインジェクションシーディングを行うことにより、波長可変OPO17のスペクトル線幅を狭くできるので、差周波として発生するテラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅も同様に狭くなる。 That is, the output of the wavelength variable OPO 17 is detected by a photodetector, and the signal is input to the lock-in amplifier via the blanking circuit. Further, the output signal of the lock-in amplifier is added to the modulation signal from the function generator by a piezo driver, converted into a piezo drive voltage, and the modulation mirror is moved. At this time, the tuning signal of the function generator may be used as a reference signal for the lock-in amplifier. Such a wavelength tunable OPO 17 avoids wavelength degeneration that causes the spectral line width to be broadened by being excited by the third harmonic of the excitation light source (YAG laser) 16, that is, wavelength 355 nm light, and further by performing injection seeding. Since the spectral line width of the wavelength variable OPO 17 can be narrowed, the spectral line width of the terahertz electromagnetic wave hν 3 generated as the difference frequency is similarly narrowed.

波長可変OPO17の出力光波長を1.038μmから1.0635μmの範囲に選べば差周波数ν3は0.15THzから7THzの範囲になる。又、波長可変OPO17の波長を1.0646μmから1.091μmの範囲に選んでも良い。尚、励起光源(YAGレーザ)16も、同様に、Q値の高い共振器のYAGレーザをシードレーザ(マスター発振器)として用い、スペクトル幅を狭くし、インジェクションシーディングすることにより、狭線幅の励起光源とすることが好ましい。 If the output light wavelength of the wavelength variable OPO 17 is selected in the range of 1.038 μm to 1.0635 μm, the difference frequency ν 3 will be in the range of 0.15 THz to 7 THz. Further, the wavelength of the wavelength variable OPO 17 may be selected in the range of 1.0646 μm to 1.091 μm. Similarly, the pumping light source (YAG laser) 16 uses a resonator having a high Q value as a seed laser (master oscillator), narrows the spectral width, and performs injection seeding to reduce the line width. It is preferable to use an excitation light source.

ポンプ光(第1のポンプ光)hν1と信号光(第2のポンプ光)hν2は直交した偏波方向を持ち、偏光ビームスプリッタ18よってビームを位相整合範囲角となる内部交叉角度θに重ねる。ビームスプリッタ18、又は、第2ミラーM6を微小回転させ、テラヘルツ電磁波hν3の周波数ν3に応じて位相整合範囲角となる内部交叉角度θ とするようにポンプ光(第1のポンプ光)hν1或いは信号光(第2のポンプ光)hν2のビーム方向を調整する。
第1のポンプ光出射部24である励起光源(YAGレーザ)16のスペクトル線幅は十分狭いので、差周波であるテラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅は第2のポンプ光出射部25のOPO17のスペクトル線幅で決まることになる。OPO17はインジェクションシーディングされているためスペクトル線幅約4GHzであり、差周波であるテラヘルツ電磁波hν3のスペクトル線幅もほぼ4GHzである。テラヘルツ帯における固体、液体状物質のスペクトル線幅は一般的に50GHz以上なので第5の実施の形態に係る電磁波発生装置は十分に高分解能の分光測定を可能にする。
The pump light (first pump light) hν 1 and the signal light (second pump light) hν 2 have orthogonal polarization directions, and the polarization beam splitter 18 causes the beam to have an internal crossing angle θ that is a phase matching range angle. Overlapping. The beam splitter 18 or the second mirror M 6 is slightly rotated, and the internal crossing angle θ that becomes the phase matching range angle according to the frequency ν 3 of the terahertz electromagnetic wave hν 3. The beam direction of the pump light (first pump light) hν 1 or the signal light (second pump light) hν 2 is adjusted as follows.
Since the spectral line width of the excitation light source (YAG laser) 16 that is the first pump light emitting unit 24 is sufficiently narrow, the spectral line width of the terahertz electromagnetic wave hν 3 that is the difference frequency is that of the OPO 17 of the second pump light emitting unit 25. It is determined by the spectral line width. Since the OPO 17 is injection seeded, the spectral line width is about 4 GHz, and the spectral line width of the terahertz electromagnetic wave hν 3 , which is the difference frequency, is also about 4 GHz. Since the spectral line width of a solid or liquid substance in the terahertz band is generally 50 GHz or more, the electromagnetic wave generator according to the fifth embodiment enables sufficiently high-resolution spectroscopic measurement.

以上のように、第5の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、擬似位相整合素子19にPPKTP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを6.34°程度の内部交叉角度θで、擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜2THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPKTP結晶から発生させることが可能である。又、擬似位相整合素子19にPPGaP結晶を用いたとき、第1のポンプ光hν1と第2のポンプ光hν2の2つのレーザビームを4.85°程度の内部交叉角度θで、PPGaPからなる擬似位相整合素子19に入射させれば、0.3〜7THzの周波数領域内での狭帯域のテラヘルツ波の電磁波をPPGaP結晶から発生させることが可能である。   As described above, according to the electromagnetic wave generator according to the fifth embodiment, when a PPKTP crystal is used for the quasi phase matching element 19, two lasers of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are used. If the beam is incident on the quasi phase matching element 19 at an internal crossing angle θ of about 6.34 °, a narrow band terahertz wave electromagnetic wave in the frequency range of 0.3 to 2 THz is generated from the PPKTP crystal. Is possible. Further, when a PPGaP crystal is used for the quasi phase matching element 19, the two laser beams of the first pump light hν1 and the second pump light hν2 are made of PPGaP with an internal crossing angle θ of about 4.85 °. If incident on the phase matching element 19, it is possible to generate a narrow band terahertz wave electromagnetic wave from a PPGaP crystal in a frequency range of 0.3 to 7 THz.

PPKTP結晶を擬似位相整合素子19として用いた場合は、0.3〜2THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためには、僅か0.0035°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がない。又、差周波として、PPKTP結晶から発生するテラヘルツ波も僅か3.0°〜3.5°程度しか広がらない。一方、PPGaP結晶からなる擬似位相整合素子19を用いた場合は、0.3〜7THzのテラヘルツ波の周波数帯内で、テラヘルツ波の周波数を掃引するためにも、僅か0.001°しか擬似位相整合素子19を回転させる必要がなく、差周波としてPPGaP結晶から発生するテラヘルツ波は、周波数0.34〜7.2THzの範囲で、2.2°以内、0.8〜7.2THzと限定すれば0.85°程度しか広がらない。よって、第5の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、図1に示した構成において、電磁波検出器34の位置を固定でき、且つ、電磁波検出器34の位置を固定した状態において、擬似位相整合素子19と電磁波検出器34の間に、図27に示したような、従来技術において用いられていた非軸放物面鏡7a,7bを用いる必要もない。このため、第5の実施の形態に係る電磁波発生装置によれば、使用部品の点数を減少させ、極めて簡単且つ安価な構成することが可能になり、第5の実施の形態に係る電磁波発生装置の工業的な実用可能性は極めて高い。
When the PPKTP crystal is used as the quasi-phase matching element 19, the quasi-phase matching element 19 is only 0.0035 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the frequency band of 0.3 to 2 THz terahertz wave. There is no need to rotate. Further, as the difference frequency, the terahertz wave generated from the PPKTP crystal spreads only by about 3.0 ° to 3.5 °. On the other hand, when the quasi-phase matching element 19 made of PPGaP crystal is used, the quasi-phase is only 0.001 ° in order to sweep the terahertz wave frequency within the terahertz wave frequency band of 0.3 to 7 THz. There is no need to rotate the matching element 19, and the terahertz wave generated from the PPGaP crystal as the difference frequency is limited to within 2.2 ° and 0.8 to 7.2 THz within the frequency range of 0.34 to 7.2 THz. For example, it spreads only about 0.85 °. Therefore, according to the electromagnetic wave generator according to the fifth embodiment, in the configuration shown in FIG. 1, the position of the electromagnetic wave detector 34 can be fixed and the position of the electromagnetic wave detector 34 is fixed. It is not necessary to use the non-axis parabolic mirrors 7a and 7b used in the prior art as shown in FIG. 27 between the phase matching element 19 and the electromagnetic wave detector 34. For this reason, according to the electromagnetic wave generator according to the fifth embodiment, it is possible to reduce the number of parts used, and to form an extremely simple and inexpensive configuration. The electromagnetic wave generator according to the fifth embodiment The industrial applicability of is extremely high.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は本発明の第1の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first embodiment of the present invention. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、既に述べた本発明の第3の実施の形態の説明では、第1のポンプ光出射部24として、第1のポンプ光hν1を出射するCr添加フォルステライトレーザ、Yb添加YLFレーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第1のポンプ光hν1源を備え、第2のポンプ光出射部25として、例えば、第2のポンプ光hν2を出射するCr添加フォルステライトレーザ、Yb添加YLFレーザ、Yb添加ファイバレーザのいずれかからなる第2のポンプ光源を備えるようにすることが可能であることを述べたが、第1のポンプ光出射部24及び第2のポンプ光出射部25の少なくとも、いずれか一方を半導体レーザとすれば、更に、装置構成を小型化することが可能である。   For example, in the above description of the third embodiment of the present invention, the first pump light emitting section 24 is a Cr-doped forsterite laser, Yb-doped YLF laser, or Yb-doped beam that emits the first pump light hν 1. For example, a Cr-doped forsterite laser, a Yb-doped YLF laser, or a Yb laser that emits the second pump light hν2 is provided as the second pump-light emitting portion 25, which includes a first pump light hν1 source that is formed of any one of fiber lasers. It has been described that a second pump light source composed of any one of the additive fiber lasers can be provided, but at least one of the first pump light emitting unit 24 and the second pump light emitting unit 25 is selected. If one of them is a semiconductor laser, the device configuration can be further reduced.

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

6…YAGレーザ
7a…第1の非軸放物面鏡
7b…第2の非軸放物面鏡
11…パーソナルコンピュータ
16…励起光源(YAGレーザ)
17…OPO
18…偏光ビームスプリッタ
19…擬似位相整合素子
19a,19b…櫛形状基板(GaP基板)
24…第1のポンプ光出射部
25…第2のポンプ光出射部
31…レーザコントローラ
32…ステージコントローラ
33…電圧計
34…電磁波検出器
35…ステージコントローラ
53…放物面鏡用線形ステージ
54…ビームスプリッタ用線形ステージ
55…回転ステージ
57…回転ステージ
61…フラッシュランプ
62…第1YAGロッド
63…第2YAGロッド
101…結晶
105a,105b,105c,105d…プリズム
109…非線形光学結晶
191M,191N,…薄板
192…GaP基板
193…GaP領域
…第1ミラー
3…ハーフミラー
5…第1ミラー
6…ミラー(第2ミラー)
1…フラッシュランプ励起用パルス
2,P3…スイッチパルス
6 ... YAG laser 7a ... first non-axis parabolic mirror 7b ... second non-axis parabolic mirror 11 ... personal computer 16 ... excitation light source (YAG laser)
17 ... OPO
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Polarizing beam splitter 19 ... Pseudo phase matching element 19a, 19b ... Comb substrate (GaP substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 24 ... 1st pump light emission part 25 ... 2nd pump light emission part 31 ... Laser controller 32 ... Stage controller 33 ... Voltmeter 34 ... Electromagnetic wave detector 35 ... Stage controller 53 ... Linear stage 54 for parabolic mirrors 54 ... beam splitter for linear stage 55 ... rotary stage 57 ... rotary stage 61 ... flash lamp 62 ... first 1YAG rod 63 ... first 2YAG rod 101 ... crystals 105a, 105b, 105c, 105d ... prism 109 ... non-linear optical crystal 191 M, 191 N, ... Thin plate 192 ... GaP substrate 193 ... GaP region M 1 ... First mirror M 3 ... Half mirror M 5 ... First mirror M 6 ... Mirror (second mirror)
P 1 ... Pulse for flash lamp excitation P 2 , P 3 ... Switch pulse

Claims (6)

第1のポンプ光を出射する第1のポンプ光出射部と、
前記第1のポンプ光とは異なる波長の第2のポンプ光を、波長可変で出射する第2のポンプ光出射部と、
周期的な分極反転構造を有し、前記第1のポンプ光と前記第2のポンプ光との差周波数の電磁波を生成する擬似位相整合素子と、
前記第1のポンプ光と前記第2のポンプ光との交叉角を位相整合範囲角に調整して固定し、前記第1のポンプ光及び前記第2のポンプ光を前記擬似位相整合素子に入射させる光学系
とを備え、前記第2のポンプ光の周波数を変えることにより、前記擬似位相整合素子から可変波長のテラヘルツ電磁波を発生させることを特徴とする電磁波発生装置。
A first pump light emitting unit that emits first pump light;
A second pump light emitting unit that emits a second pump light having a wavelength different from that of the first pump light in a variable wavelength;
A quasi-phase matching element having a periodic polarization reversal structure and generating an electromagnetic wave having a difference frequency between the first pump light and the second pump light;
The crossing angle between the first pump light and the second pump light is adjusted and fixed to a phase matching range angle, and the first pump light and the second pump light are incident on the pseudo phase matching element. An electromagnetic wave generator comprising: a variable wavelength terahertz electromagnetic wave generated from the pseudo phase matching element by changing a frequency of the second pump light.
前記交叉角は、前記擬似位相整合素子の内部において、前記第1のポンプ光の波数ベクトルと前記第2のポンプ光の波数ベクトルとの交叉角として定義される内部交差角度であり、該内部交差角度が、前記第1のポンプ光の波数ベクトルの終点を中心とする、前記擬似位相整合素子の分極反転構造に由来するベクトルの軌跡として描かれる第1の円と、前記第2のポンプ光の波数ベクトルの終点を中心とする、前記テラヘルツ電磁波の波数ベクトルの軌跡として描かれる第2の円とが、互いに交わるように設定されることを特徴とする請求項1に記載の電磁波発生装置。   The crossing angle is an internal crossing angle defined as a crossing angle between the wave number vector of the first pump light and the wave number vector of the second pump light inside the quasi phase matching element. A first circle drawn as a vector trajectory derived from the polarization inversion structure of the quasi-phase matching element, the angle of which is centered on the end point of the wave vector of the first pump light, and the second pump light 2. The electromagnetic wave generator according to claim 1, wherein the second circle drawn as a trajectory of the wave vector of the terahertz electromagnetic wave centering on an end point of the wave vector is set to intersect each other. 前記第2のポンプ光の波数ベクトルが、前記第1の円に外接するように、前記内部交差角度が設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁波発生装置。   3. The electromagnetic wave generator according to claim 1, wherein the internal intersection angle is set such that a wave vector of the second pump light circumscribes the first circle. 4. 前記第1のポンプ光出射部からYAGレーザの出力を前記第1のポンプ光として出射し、
前記第2のポンプ光出射部は、インジェクションシーディング機構を有するオプティカルパラメトリックオシレータを備え、前記オプティカルパラメトリックオシレータを前記YAGレーザの出力で励起することにより、前記第2のポンプ光出射部から前記オプティカルパラメトリックオシレータの出力を前記第2のポンプ光として出射する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁波発生装置。
The output of the YAG laser is emitted from the first pump light emitting unit as the first pump light,
The second pump light emitting unit includes an optical parametric oscillator having an injection seeding mechanism, and the optical parametric oscillator is excited by the output of the YAG laser, thereby causing the optical parametric oscillator to emit light from the second pump light emitting unit. The electromagnetic wave generator according to any one of claims 1 to 3, wherein an output of an oscillator is emitted as the second pump light.
前記第1のポンプ光出射部は、前記第1のポンプ光を出射するクロム添加フォルステライトレーザ、イッテルビウム添加イットリウム・リチウム・フルオライドレーザ、イッテルビウム添加ファイバレーザのいずれかからなる第1のポンプ光源を備え、
前記第2のポンプ光出射部は、前記第2のポンプ光を出射するクロム添加フォルステライトレーザ、イッテルビウム添加イットリウム・リチウム・フルオライドレーザ、イッテルビウム添加ファイバレーザのいずれかからなる第2のポンプ光源を備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁波発生装置。
The first pump light emitting section includes a first pump light source comprising any one of a chromium-doped forsterite laser, an ytterbium-doped yttrium / lithium / fluoride laser, and an ytterbium-doped fiber laser that emits the first pump light. Prepared,
The second pump light emitting unit includes a second pump light source made of any one of a chromium-doped forsterite laser, an ytterbium-doped yttrium / lithium / fluoride laser, and an ytterbium-doped fiber laser that emits the second pump light. The electromagnetic wave generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the electromagnetic wave generator is provided.
前記第1及び第2のポンプ光源をそれぞれ励起し、前記第1及び第2のポンプ光源から前記第1及び第2のポンプ光を出射させる励起光源を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の電磁波発生装置。
6. The pump light source according to claim 5, further comprising an excitation light source for exciting the first and second pump light sources, respectively, and emitting the first and second pump light from the first and second pump light sources. The electromagnetic wave generator of description.
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