JP2013068525A - Terahertz wave generation detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a terahertz wave generation detector capable of reducing fluctuation of relative time difference between an optical pulse for generating terahertz waves and an optical pulse for detecting terahertz waves due to environmental variation, and reducing deformation of time waveform and/or spectrum waveform of the optical pulses.SOLUTION: An optical pulse for generating terahertz waves from a first path, and an optical path for detecting terahertz waves from a second path of orthogonal polarization are multiplexed with a beam combiner 107, and made incident on birefringence axes of a fiber transmission part 108, respectively. The second path is provided with a pulse time interval adjustment part 105 which avoids that the optical pulse for generating terahertz waves and the optical pulse for detecting terahertz waves temporally overlap each other at the fiber transmission part 108. A pulse time interval correction part 110 which makes the optical pulse for generating terahertz waves and the optical pulse for generating terahertz waves which do not temporally overlap each other overlap temporally is provided between a polarization beam splitter 109 and a THz wave generation part 111.

Description

本発明は、テラヘルツ波発生検出装置に関し、より詳細には、レーザによりテラヘルツ波を発生させて被測定物に入射し、反射や透過などにより該被測定物から出射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波発生検出装置に関するものである。   The present invention relates to a terahertz wave generation detection device, and more specifically, a terahertz wave generated by a laser to be incident on a measurement object and detected from the measurement object by reflection or transmission. The present invention relates to a wave generation detection device.

従来、特許文献1にて提案されているテラヘルツ分光・イメージング装置は、図1に示すように、超短パルスレーザ1から発生した光パルスをビームスプリッタ2にてテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出光用光パルスとに分岐し、該テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとをそれぞれ別個の光ファイバ5および光ファイバ8を伝送路として用いて、テラヘルツ波発生用プローブヘッド6およびテラヘルツ波検出用プローブヘッド9に伝送させている。すなわち、ビームスプリッタ2にて分岐された一方の光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスは、集光光学系ユニット3を介して光ファイバ5に入射し、該光ファイバ5中を伝播してテラヘルツ波発生用プローブヘッド6に入射する。一方、ビームスプリッタ2にて分岐された他方の光パルスであるテラヘルツ波検出用光パルスは、集光光学系ユニット7を介して光ファイバ8に入射し、該光ファイバ8中を伝播してテラヘルツ波検出用プローブヘッド9に入射する。   Conventionally, in the terahertz spectroscopy / imaging apparatus proposed in Patent Document 1, an optical pulse generated from an ultrashort pulse laser 1 is converted into a terahertz wave generating optical pulse and a terahertz wave by a beam splitter 2 as shown in FIG. The terahertz wave generating probe head 6 branches to a detection light optical pulse, and the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse are separately used as transmission paths. And it is made to transmit to the probe head 9 for terahertz wave detection. That is, the terahertz wave generating optical pulse that is one of the optical pulses branched by the beam splitter 2 is incident on the optical fiber 5 through the condensing optical system unit 3 and propagates through the optical fiber 5 to propagate the terahertz. The light enters the wave generating probe head 6. On the other hand, the terahertz wave detection optical pulse, which is the other optical pulse branched by the beam splitter 2, enters the optical fiber 8 through the condensing optical system unit 7, propagates in the optical fiber 8, and propagates through the optical fiber 8. The light enters the wave detection probe head 9.

テラヘルツ波発生用プローブヘッド6は、光ファイバ5から入射されたテラヘルツ波発生用光パルスによりテラヘルツ波を発生し、該テラヘルツ波を被測定物10に照射する。また、テラヘルツ波検出用プローブヘッド9は、被測定物10から出射されたテラヘルツ波、および光ファイバ8から出射されたテラヘルツ波発生用光パルスを受光して、テラヘルツ波の検出を行う。   The terahertz wave generating probe head 6 generates a terahertz wave by the terahertz wave generating optical pulse incident from the optical fiber 5 and irradiates the object to be measured 10 with the terahertz wave. The terahertz wave detection probe head 9 receives the terahertz wave emitted from the device under test 10 and the terahertz wave generating optical pulse emitted from the optical fiber 8 and detects the terahertz wave.

一方、非特許文献1はパルス捕捉に指向するものであり、一本の偏光保持光ファイバ(Polarization Maintaining Fiber:PMF)のそれぞれの複屈折軸(高速軸と低速軸)に光パルスを伝播させた時に生じるパルス間の相互作用について非特許文献1に記載されている。上述のように、非特許文献1の技術はパルス捕捉に関するものであり、互いに偏光方向が直交した信号パルスと制御パルスとを時間的に重ねてPMFに結合する。   On the other hand, Non-Patent Document 1 is directed to pulse capture, and an optical pulse is propagated to each birefringence axis (high-speed axis and low-speed axis) of one polarization maintaining optical fiber (PMF). Non-patent document 1 describes the interaction between pulses that sometimes occurs. As described above, the technique of Non-Patent Document 1 relates to pulse capture, and a signal pulse and a control pulse whose polarization directions are orthogonal to each other are temporally overlapped and coupled to the PMF.

特開2008−122278号公報JP 2008-122278 A

Eiji Shiraki、Norihiko Nishizawa、“Wideband amplification using orthogonally polarized pulse trapping in birefringent fibers”OPTICS EXPRESS 7330、Vol.18、No.7、2010年3月29日Eiji Shiraki, Norihiko Nishizawa, “Wideband amplified using orthologously polarized pulse trapping in birefringent fibres”, OPTIC EXPR. 18, no. 7, March 29, 2010

上述のように、特許文献1では、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとを、それぞれテラヘルツ波発生用プローブヘッド6およびテラヘルツ波検出用プローブヘッド9に供給する際に、互いに独立した伝送路(光ファイバ5、8)にて伝送させている。よって、テラヘルツ波発生用光パルスの伝送用の光ファイバ5およびテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用の光ファイバ8の、温度変化による伸張が互いに独立に起こる。従って、環境変化、特に温度変化に対して、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとの相対時間がずれてしまい、時間軸精度が不安定となる。   As described above, in Patent Document 1, when the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse are supplied to the terahertz wave generating probe head 6 and the terahertz wave detecting probe head 9, respectively, they are independent of each other. The transmission line (optical fibers 5 and 8) is used for transmission. Accordingly, the optical fiber 5 for transmitting the optical pulse for generating the terahertz wave and the optical fiber 8 for transmitting the optical pulse for detecting the terahertz wave are stretched independently of each other by temperature change. Accordingly, the relative time between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse is shifted with respect to the environmental change, particularly the temperature change, and the time axis accuracy becomes unstable.

また、非特許文献1では、光パルスが捕捉されて時間的に重なった、偏光方向が互いに直交する2つの光パルスをPMFの高速軸および低速軸にて伝播させているので、交差位相変調(Cross Phase Modulation:XPM)が生じ、スペクトル変化(波長シフト)やパルス間でのエネルギーの移動(光パルス強度の変化)が生じる。従って、PMFを伝播する偏光方向が互いに直交する2つの光パルスが時間的に重なっていることから、該PMFを伝播する上記2つの光パルスは、XPMによってパルス時間波形、および/またはスペクトル波形が変形してしまう。   Further, in Non-Patent Document 1, since two optical pulses whose polarization directions are orthogonal to each other, which are temporally overlapped by capturing the optical pulse, are propagated on the fast axis and the slow axis of the PMF, cross-phase modulation ( Cross Phase Modulation (XPM) occurs, resulting in a spectrum change (wavelength shift) and energy transfer between pulses (change in optical pulse intensity). Therefore, since the two optical pulses whose polarization directions propagating through the PMF are perpendicular to each other overlap each other, the two optical pulses propagating through the PMF have a pulse time waveform and / or a spectrum waveform caused by XPM. It will be deformed.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、環境変化による、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルス間の相対的な時間差の変動を低減し、かつ光パルスの時間波形および/またはスペクトル波形の変形を低減することが可能なテラヘルツ波発生検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to reduce the fluctuation of the relative time difference between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse due to environmental changes. It is another object of the present invention to provide a terahertz wave generation and detection device capable of reducing deformation of a time waveform and / or a spectrum waveform of an optical pulse.

このような目的を達成するために、本発明の一態様は、テラヘルツ波発生検出装置であって、光パルスを発振するレーザ発振手段と、2つの出射端を有し、前記レーザ発振手段から発振された光パルスを2つに分岐する分岐手段と、2つの入射端を有し、該2つの入射端のうち一方から入射された第1の直線偏光と、他方から入射された、前記第1の直線偏光と直交する第2の直線偏光とを合成して出射する合成手段と、前記分岐手段の2つの出射端の一方と前記合成手段の入射端の一方とを光学的に接続する第1の経路であって、前記分岐手段の2つの出射端の一方から出射された光パルスを伝播させ、前記合成手段の一方の入射端に前記第1の直線偏光である光パルスを入射する第1の経路と、前記分岐手段の2つの出射端の他方と前記合成手段の入射端の他方とを光学的に接続する第2の経路であって、前記分岐手段の2つの出射端の他方から出射された光パルスを伝播させ、前記合成手段の他方の入射端に前記第2の直線偏光である光パルスを入射する第2の経路と、前記第1の経路および前記第2の経路の少なくとも一方に設けられた遅延手段であって、該遅延手段が設けられた経路を通過する光パルスを所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記第1の経路および前記第2の経路の少なくとも一方に設けられた調整手段であって、前記合成手段にて前記第1の直線偏光である光パルスと前記第2の直線偏光である光パルスとが合成される際に、該合成された第1の直線偏光である光パルスと前記合成された第2の直線偏光である光パルスとが時間的に重ならないように、前記調整手段が設けられた経路を通過する光パルスを一定の遅延時間だけ遅延させる調整手段と、一方端が前記合成手段の出射端に接続された複屈折を有する偏光保持ファイバであって、前記第1の直線偏光である光パルスが前記偏光保持ファイバの高速軸および低速軸の一方に入射し、前記第2の直線偏光である光パルスが前記高速軸および低速軸の他方に入射するように、前記合成手段に接続されることにより、前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの双方が伝播する偏光保持ファイバと、2つの出射端を有し、前記偏光保持ファイバの他方端に接続され、該偏光保持ファイバの他方端から入射された前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの一方を、前記2つの出射端の一方から出射し、前記偏光保持ファイバの他方端から入射された前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの他方を前記2つの出射端の他方から出射する偏光分岐手段と、前記偏光分岐手段の2つの出射端の一方から出射された光パルスによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、前記偏光分岐手段の2つの出射端の他方から出射した光パルスと、前記テラヘルツ波発生手段から発生したテラヘルツ波が入射された被測定物から出射されたテラヘルツ波とが入射されるように構成され、前記出射されたテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波検出手段と、前記偏光分岐手段の2つの出射端の一方と前記テラヘルツ波発生手段とを光学的に接続する第3の経路と、前記偏光分岐手段の2つの出射端の他方と前記テラヘルツ波検出手段とを光学的に接続する第4の経路と、前記第3の経路および前記第4の経路の少なくとも一方に設けられ、前記時間的に重ならない前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスが時間的に重なるようにする補正部とを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, one aspect of the present invention is a terahertz wave generation and detection device, which includes a laser oscillation unit that oscillates an optical pulse and two emission ends, and oscillates from the laser oscillation unit. Branching means for branching the optical pulse into two, two incident ends, the first linearly polarized light incident from one of the two incident ends, and the first incident from the other First combining optically connecting one of the two emitting ends of the branching unit and one of the incident ends of the combining unit; A first light beam that propagates an optical pulse emitted from one of the two exit ends of the branching unit and enters the optical pulse that is the first linearly polarized light at one incident end of the combining unit. And the other of the two exit ends of the branching means and the path A second path optically connected to the other of the incident ends of the generating means, the optical pulse emitted from the other of the two outgoing ends of the branching means being propagated, and the other incident end of the combining means And a delay unit provided in at least one of the first path and the second path, and the delay unit is provided. Delay means for delaying an optical pulse passing through a predetermined path by a predetermined delay time; and adjustment means provided in at least one of the first path and the second path, wherein the combining means When the light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the second linearly polarized light are combined, the combined light pulse that is the first linearly polarized light and the combined second linearly polarized light Does not overlap in time with the light pulse An adjusting means for delaying a light pulse passing through a path provided with the adjusting means by a fixed delay time; and a polarization maintaining fiber having birefringence, one end of which is connected to the output end of the combining means. The optical pulse that is the first linearly polarized light is incident on one of the fast axis and the slow axis of the polarization maintaining fiber, and the optical pulse that is the second linearly polarized light is incident on the other of the fast axis and the slow axis. Thus, by being connected to the synthesizing means, there are provided a polarization-maintaining fiber through which both the optical pulse that is the first linearly polarized light and the optical pulse that is the second linearly polarized light propagate, and two emission ends. And one of the light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the second linearly polarized light that is connected to the other end of the polarization maintaining fiber and is incident from the other end of the polarization maintaining fiber. The other of the light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the second linearly polarized light that is emitted from one of the two emission ends and incident from the other end of the polarization maintaining fiber is the two emission. A polarization branching unit that emits light from the other of the ends, a terahertz wave generating unit that generates a terahertz wave by an optical pulse emitted from one of the two output ends of the polarization branching unit, and two output ends of the polarization branching unit The optical pulse emitted from the other and the terahertz wave emitted from the object to be measured on which the terahertz wave generated from the terahertz wave generating means is incident, and the detection of the emitted terahertz wave is performed. A terahertz wave detecting means for performing, a third path for optically connecting one of the two outgoing ends of the polarization branching means and the terahertz wave generating means, and the polarization component Provided in at least one of the fourth path, the third path, and the fourth path for optically connecting the other of the two emission ends of the means and the terahertz wave detecting means, and And a correction unit configured to temporally overlap the light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the second linearly polarized light.

本発明によれば、環境変化(例えば、温度変化など)による、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルス間の相対的な時間差の変動を低減し、かつ光パルスの時間波形および/またはスペクトル波形の変形を低減することができる。   According to the present invention, the fluctuation of the relative time difference between the optical pulse for generating terahertz waves and the optical pulse for detecting terahertz waves due to environmental changes (for example, temperature changes) is reduced, and the time waveform of the optical pulses and / or Alternatively, the deformation of the spectrum waveform can be reduced.

従来の、テラヘルツ分光・イメージング装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional terahertz spectroscopy and imaging apparatus. 本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る共用化されたファイバ伝送部に結合された、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの様子を示すための図である。It is a figure for showing the mode of the optical pulse for terahertz wave generation and the optical pulse for terahertz wave detection combined with the shared fiber transmission part concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波発生装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a terahertz wave generation device according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.

(第1の実施形態)
図2は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置の概略構成図である。
図2において、テラヘルツ波発生検出装置100は、ファイバレーザ101と、インライン型のビームスプリッタ102と、強度変調器103と、インライン型の遅延ラインスキャナ104と、パルス時間間隔調整部105と、強度変調器106と、偏光ビームコンバイナ107と、複屈折を有する偏光保持光ファイバ(PMF)であるファイバ伝送部108と、インライン型の偏光ビームスプリッタ109と、パルス時間間隔補正部110と、テラヘルツ波(THz波)発生部111と、テラヘルツ波(THz波)検出部112と、伝播モジュール113とを備える。該伝播モジュール113は、複数の軸外し放物面鏡を有し、テラヘルツ波発生部111から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光して被測定物114に入射させ、かつ被測定物114から入射されたテラヘルツ波をコリメートし、集光してテラヘルツ波検出部112に入射させるように構成されている。
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the terahertz wave generation detection device according to the present embodiment.
In FIG. 2, a terahertz wave generation detection device 100 includes a fiber laser 101, an inline beam splitter 102, an intensity modulator 103, an inline delay line scanner 104, a pulse time interval adjustment unit 105, and an intensity modulation. , A polarization beam combiner 107, a fiber transmission unit 108 which is a polarization maintaining optical fiber (PMF) having birefringence, an in-line type polarization beam splitter 109, a pulse time interval correction unit 110, a terahertz wave (THz) Wave) generator 111, terahertz wave (THz wave) detector 112, and propagation module 113. The propagation module 113 includes a plurality of off-axis parabolic mirrors, collimates the terahertz wave incident from the terahertz wave generation unit 111, collects it, and makes it incident on the object to be measured 114. The terahertz waves incident from the laser beam are collimated, condensed, and incident on the terahertz wave detection unit 112.

ファイバレーザ101は、受動モード同期レーザであり、第1の偏光方向の直線偏光であるフェムト秒レーザ光パルスであって、テラヘルツ波発生部111およびテラヘルツ波検出部112に入射すべき条件が整ったフェムト秒レーザの光パルスを発振する。該ファイバレーザ101の出射端とビームスプリッタ102の入射端とは偏光保持ファイバ(PMF)により接続されている。該ビームスプリッタ102は、1つの入射端と、2つの出射端とを有し、上記入射端から入射されたフェムト秒レーザ光パルスを2つに分岐して、該分岐された光パルスを上記2つの出射端から出射する。すなわち、ビームスプリッタ102は、ファイバレーザ101から入射されたフェムト秒レーザ光パルスを2つに分岐して、第1の偏光方向を有するテラヘルツ波発生用光パルス(テラヘルツ波発生部に入射すべき条件が整ったフェムト秒レーザの光パルス)を出射し、他方の出射端から第1の偏光方向を有するテラヘルツ波検出用光パルス(テラヘルツ波検出部に入射すべきフェムト秒レーザの光パルス)を出射する。このように、ビームスプリッタ102は、フェムト秒レーザ光パルスの伝播経路を、テラヘルツ波発生用の光パルスを伝送させるための第1の経路と、テラヘルツ波検出用の光パルスを伝送させるための第2の経路とに分岐する。   The fiber laser 101 is a passively mode-locked laser, which is a femtosecond laser light pulse that is linearly polarized light in the first polarization direction, and the conditions to be incident on the terahertz wave generation unit 111 and the terahertz wave detection unit 112 are prepared Oscillates femtosecond laser light pulse. The exit end of the fiber laser 101 and the entrance end of the beam splitter 102 are connected by a polarization maintaining fiber (PMF). The beam splitter 102 has one entrance end and two exit ends, branches the femtosecond laser light pulse incident from the entrance end into two, and splits the split light pulse into the 2 The light exits from one exit end. That is, the beam splitter 102 divides the femtosecond laser light pulse incident from the fiber laser 101 into two, and the terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction (conditions to be incident on the terahertz wave generating unit) (Emitted femtosecond laser light pulse), and emits a terahertz wave detection light pulse having the first polarization direction (femtosecond laser light pulse to be incident on the terahertz wave detection unit) from the other emission end. To do. As described above, the beam splitter 102 transmits the femtosecond laser light pulse propagation path, the first path for transmitting the terahertz wave generating optical pulse, and the first path for transmitting the terahertz wave detecting optical pulse. Branches to the second route.

ビームスプリッタ102の一方の出射端と、強度変調器103の入射端とはPMFにより接続されている。該強度変調器103は、後述するファイバ伝送部108中においてテラヘルツ波発生用光パルスをソリトン伝播させるように、ビームスプリッタ102から入射されたテラヘルツ波発生用光パルスに対して所定の変調をかける。すなわち、強度変調器103は、ファイバ伝送部108での一次のソリトン条件を整えるための強度変調器である。このように、本実施形態では、テラヘルツ波発生用光パルスを、ファイバ伝送部108を光ソリトン(波形変形無し、ないしは波形変形を低減して伝播する光パルス)として伝播させる。   One emission end of the beam splitter 102 and the incident end of the intensity modulator 103 are connected by PMF. The intensity modulator 103 applies predetermined modulation to the terahertz wave generating optical pulse incident from the beam splitter 102 so that the terahertz wave generating optical pulse propagates in a soliton in a fiber transmission unit 108 to be described later. That is, the intensity modulator 103 is an intensity modulator for adjusting the primary soliton condition in the fiber transmission unit 108. As described above, in this embodiment, the optical pulse for generating the terahertz wave is propagated through the fiber transmission unit 108 as an optical soliton (an optical pulse that is propagated with no waveform deformation or with reduced waveform deformation).

さて、上記ソリトン伝播とは、光ファイバでの波長分散によるパルス広がりの効果と非線形光学効果によるパルス圧縮効果とが釣り合う事で、光ファイバ中をパルスが、時間形状を変えずに、ないしは時間形状の変形を低減して伝播する現象のことである。よって、強度変調器103は、このようなソリトン伝播を起こさせるために、ビームスプリッタ102から入射されたテラヘルツ波発生用光パルスに対して、ソリトン次数が「1」となるようにピークパワー(光量)を調整する。すなわち、強度変調器103は、ファイバ伝送部108を伝播するテラヘルツ波発生用光パルスがソリトン条件を満たすような強度、および/またはパルス時間幅となるように、入射されたテラヘルツ波発生用光パルスに変調をかける。これにより、テラヘルツ波発生用光パルスは、ファイバ伝送部108中をソリトン伝播することができる。   The soliton propagation is a balance between the effect of pulse broadening due to wavelength dispersion in the optical fiber and the effect of pulse compression due to the nonlinear optical effect, so that the pulse does not change the time shape in the optical fiber, or the time shape. It is a phenomenon that propagates with reduced deformation. Therefore, the intensity modulator 103 causes the peak power (light quantity) so that the soliton order is “1” with respect to the terahertz wave generating optical pulse incident from the beam splitter 102 in order to cause such soliton propagation. ). That is, the intensity modulator 103 receives the incident terahertz wave generating optical pulse so that the terahertz wave generating optical pulse propagating through the fiber transmission unit 108 has an intensity and / or a pulse time width satisfying the soliton condition. Apply modulation to Thus, the terahertz wave generating optical pulse can propagate through the fiber transmission unit 108 in the soliton.

上記強度変調器103の出射端は、偏光ビームコンバイナ107の一方の入射端にPMFを介して接続されている。本実施形態では、ビームスプリッタ102の一方の出射端と偏光ビームコンバイナ107の一方の入射端とをPMFにより光学的に接続する光パルスの伝播する経路が、上記第1の経路(テラヘルツ波発生用の光パルスを伝送させるための経路)となり、該第1の経路中に強度変調器103が挿入されている。該第1の経路に含まれる光ファイバはPMFであるので、第1の経路から出射されるテラヘルツ波発生用光パルス、すなわち、偏光ビームコンバイナ107の一方の入射端に入射されるテラヘルツ波発生用光パルスは第1の偏光方向を有する直線偏光である。   The output end of the intensity modulator 103 is connected to one incident end of the polarization beam combiner 107 via a PMF. In the present embodiment, the optical pulse propagation path that optically connects one output end of the beam splitter 102 and one incident end of the polarization beam combiner 107 by the PMF is the first path (for generating terahertz waves). And an intensity modulator 103 is inserted in the first path. Since the optical fiber included in the first path is PMF, the terahertz wave generating optical pulse emitted from the first path, that is, the terahertz wave generating incident on one incident end of the polarization beam combiner 107 is used. The light pulse is linearly polarized light having a first polarization direction.

一方、ビームスプリッタ102の他方の出射端と、遅延ラインスキャナ104の入射端とはPMFにより接続されている。本実施形態では、ビームスプリッタ102の他方の出射端と偏光ビームコンバイナ107の他方の入射端とをPMFにより光学的に接続する光パルスの伝播経路が、上記第2の経路(テラヘルツ波検出用の光パルスを伝送させるための経路)となり、該第2の経路中に、遅延ラインスキャナ104、後述する、パルス時間間隔調整部105および強度変調器106が挿入されている。   On the other hand, the other exit end of the beam splitter 102 and the entrance end of the delay line scanner 104 are connected by a PMF. In this embodiment, the propagation path of the optical pulse that optically connects the other exit end of the beam splitter 102 and the other entrance end of the polarization beam combiner 107 by the PMF is the second path (for terahertz wave detection). A delay line scanner 104, a pulse time interval adjusting unit 105, and an intensity modulator 106, which will be described later, are inserted in the second path.

遅延ラインスキャナ104は、テラヘルツ波検出用光パルスを所定の遅延時間だけ遅延させるように構成されており、PC(パーソナルコンピュータ)等の制御装置(不図示)に電気的に接続された、ファイバピグテール付のインライン型の遅延ラインスキャナである。該遅延ラインスキャナ104は、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記制御装置が上記駆動部を駆動させることにより、テラヘルツ波検出用光パルスに所定の遅延を付与するようにミラーを移動させることができる。よって、遅延ラインスキャナ104は、変動するミラーの各位置に応じた遅延時間の各々をテラヘルツ波検出用光パルスに付与することができる。すなわち、テラヘルツ波信号のサンプリングを行う際には、制御装置からの指示により、遅延ラインスキャナ104を駆動しながらテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとの時間差を調整する。   The delay line scanner 104 is configured to delay the optical pulse for detecting the terahertz wave by a predetermined delay time, and is a fiber pigtail electrically connected to a control device (not shown) such as a PC (personal computer). This is an inline-type delay line scanner. The delay line scanner 104 has a mirror that can be driven by a driving unit, and the control device drives the driving unit to cause the mirror to give a predetermined delay to the terahertz wave detection optical pulse. Can be moved. Therefore, the delay line scanner 104 can apply each of the delay times corresponding to the positions of the fluctuating mirrors to the terahertz wave detection optical pulse. That is, when sampling the terahertz wave signal, the time difference between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse is adjusted by driving the delay line scanner 104 according to an instruction from the control device.

なお、本実施形態では、テラヘルツ波検出用光パルスに所定の遅延時間を付与する形態であるが、テラヘルツ波発生用光パルスに所定の遅延時間を付与するようにしても良い。この場合は、第1の経路上であって、ビームスプリッタ102と偏光ビームコンバイナ107との間のいずれかの位置に遅延ラインスキャナ104を配置すれば良い。あるいは、第1の経路および第2の経路の双方に遅延ラインスキャナ104を設けても良い。   In the present embodiment, a predetermined delay time is given to the terahertz wave detecting optical pulse, but a predetermined delay time may be given to the terahertz wave generating optical pulse. In this case, the delay line scanner 104 may be disposed at any position between the beam splitter 102 and the polarization beam combiner 107 on the first path. Alternatively, the delay line scanner 104 may be provided in both the first path and the second path.

遅延ラインスキャナ104の出射端と、パルス時間間隔調整部105の入射端とはPMFにより接続されている。該パルス時間間隔調整部105は、上記第1の経路を伝送して偏光ビームコンバイナ107に入射されたテラヘルツ波発生用光パルスと、上記第2の伝送経路を伝送して偏光ビームコンバイナ107に入射されたテラヘルツ波検出用光パルスとがファイバ伝送部108の入射端において時間的に重ならないように、テラヘルツ波検出用光パルスに一定の遅延時間を付与するように構成されている。すなわち、パルス時間間隔調整部105は、ファイバ伝送部108内にてテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとが時間的に重ならないように、これら2つの光パルスの相対的な時間差を調整する。   The exit end of the delay line scanner 104 and the entrance end of the pulse time interval adjusting unit 105 are connected by a PMF. The pulse time interval adjusting unit 105 transmits the first path and enters the polarization beam combiner 107 and the terahertz wave generating optical pulse, and transmits the second transmission path and enters the polarization beam combiner 107. The terahertz wave detection optical pulse is configured to be given a certain delay time so that the terahertz wave detection optical pulse does not overlap in time at the incident end of the fiber transmission unit 108. That is, the pulse time interval adjusting unit 105 performs a relative time difference between these two optical pulses so that the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse do not overlap in time in the fiber transmission unit 108. Adjust.

本実施形態では、パルス時間間隔調整部105は、遅延ラインスキャナ104と同一の構造を有しており、駆動部により駆動可能なミラーを有している。該ミラーは、制御装置(不図示)からの制御により変位可能であり、第2の経路の光路長が第1の経路の光路長よりも長くなるように、上記ミラーは位置決めされている。従って、ビームスプリッタ102から第1の経路および第2の経路へと同時刻に出射されたテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとは、時間差を持って偏光ビームコンバイナ107に到着する。すなわち、ビームスプリッタ102から第1の経路へと出射されたテラヘルツ波発生用光パルスと同時刻にビームスプリッタ102から第2の経路へと出射されたテラヘルツ波検出用光パルスは、パルス時間間隔調整部105にて付与された光路長に相当する時間だけ遅れて偏光ビームコンバイナ107に入射する。よって、ファイバ伝送部108への入射時においては、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとは意図的な時間差が設けられ、これら2つの光パルスは時間的に重ならない状態でファイバ伝送部108中を伝播することができる。   In the present embodiment, the pulse time interval adjustment unit 105 has the same structure as the delay line scanner 104, and has a mirror that can be driven by the drive unit. The mirror can be displaced by control from a control device (not shown), and the mirror is positioned so that the optical path length of the second path is longer than the optical path length of the first path. Accordingly, the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse emitted from the beam splitter 102 to the first path and the second path at the same time arrive at the polarization beam combiner 107 with a time difference. . That is, the terahertz wave detecting optical pulse emitted from the beam splitter 102 to the second path at the same time as the terahertz wave generating optical pulse emitted from the beam splitter 102 to the first path is adjusted in the pulse time interval. The light beam enters the polarization beam combiner 107 with a delay corresponding to the optical path length given by the unit 105. Therefore, at the time of incidence on the fiber transmission unit 108, an intentional time difference is provided between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse, and the two optical pulses are not overlapped in time. It can propagate through the transmission unit 108.

本実施形態では、パルス時間間隔調整部105として遅延ラインスキャナ104と同一の構成を用いているが、これに限定されない。例えば、第1の経路の光路長が第2の経路の光路長よりも長くなるように追加的に設けられたPMF等、テラヘルツ波検出用光パルスが伝播する第2の経路に所定の光路長の追加が可能であればいずれの構成を採用しても良い。   In the present embodiment, the same configuration as the delay line scanner 104 is used as the pulse time interval adjustment unit 105, but the present invention is not limited to this. For example, a predetermined optical path length in the second path through which the optical pulse for terahertz wave detection propagates such as PMF additionally provided so that the optical path length of the first path is longer than the optical path length of the second path Any configuration may be adopted as long as the above can be added.

なお、本実施形態において、遅延ラインスキャナ104は、テラヘルツ波の波形を時間分解により計測するために、遅延時間を変動させながらテラヘルツ波検出用光パルスの各パルスに所定の遅延時間を付与するように機能している。これに対して、パルス時間間隔調整部105は、ファイバ伝送部108中において、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとがファイバ伝送部108の光軸に沿って時間的に重ならないようにするため、テラヘルツ波検出用光パルス(あるいは、テラヘルツ波発生用光パルス)に一定の遅延時間を付与するように機能している。   In the present embodiment, the delay line scanner 104 gives a predetermined delay time to each pulse of the optical pulse for terahertz wave detection while varying the delay time in order to measure the waveform of the terahertz wave by time resolution. Is functioning. In contrast, the pulse time interval adjusting unit 105 does not overlap the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse in time along the optical axis of the fiber transmitting unit 108 in the fiber transmitting unit 108. In order to achieve this, the optical pulse for detecting the terahertz wave (or the optical pulse for generating the terahertz wave) functions to give a certain delay time.

パルス時間間隔調整部105の出射端と、強度変調器106とはPMFにより接続されている。該強度変調器106は、後述するファイバ伝送部108中においてテラヘルツ波発生用光パルスをソリトン伝播させるように、パルス時間間隔調整部105から入射されたテラヘルツ波検出用光パルスに対して所定の変調をかける。すなわち、強度変調器106は、強度変調器103と同様の動作を行う。これにより、テラヘルツ波検出用光パルスは、ファイバ伝送部108中をソリトン伝播することができる。   The emission end of the pulse time interval adjustment unit 105 and the intensity modulator 106 are connected by a PMF. The intensity modulator 106 performs a predetermined modulation on the terahertz wave detection optical pulse incident from the pulse time interval adjustment unit 105 so that the terahertz wave generation optical pulse propagates in a soliton in a fiber transmission unit 108 described later. multiply. That is, the intensity modulator 106 performs the same operation as the intensity modulator 103. Thus, the terahertz wave detection optical pulse can propagate through the fiber transmission unit 108 in a soliton.

本実施形態では、ファイバ伝送部108を、テラヘルツ波発生用光パルスの伝送用光ファイバとテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用光ファイバとを共用化したファイバとして用いるため、該ファイバ伝送部108の入射端に接続された偏光ビームコンバイナ107に入射する時点で、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向を互いに直交させる必要がある。従って、本実施形態では、上記第2の経路に含まれるPMFを捻り、該第2の経路の入射端から入射した第1の偏光方向を有するテラヘルツ波検出用光パルスが、第2の経路の出射端においては第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向を有するテラヘルツ波検出用光パルスとなるように偏光方向を制御している。すなわち、第2の経路の入射時点では第1の偏光方向であったテラヘルツ波発生用光パルスの偏光方向が第2の経路の出射端(すなわち、偏光ビームコンバイナ107の他方の入射端)においては第2の偏光方向となるように、第2の経路の少なくとも一部のPMFを捻っている。   In the present embodiment, the fiber transmission unit 108 is used as a fiber in which the optical fiber for transmitting the optical pulse for generating the terahertz wave and the optical fiber for transmitting the optical pulse for detecting the terahertz wave are used in common. It is necessary to make the polarization directions of the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse orthogonal to each other at the time of incidence on the polarization beam combiner 107 connected to the incident end. Therefore, in the present embodiment, the PMF included in the second path is twisted, and the terahertz wave detection optical pulse having the first polarization direction incident from the incident end of the second path is converted into the second path. At the emission end, the polarization direction is controlled so as to obtain a terahertz wave detecting optical pulse having a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. That is, the polarization direction of the optical pulse for generating a terahertz wave that was the first polarization direction at the time of incidence on the second path is the exit end of the second path (that is, the other incident end of the polarization beam combiner 107). The PMF of at least a part of the second path is twisted so as to be in the second polarization direction.

なお、本実施形態では、第2の経路を捻ることで、偏光ビームコンバイナ107への到達時のテラヘルツ波発生用光パルスの偏光方向を90度回転させているが、第2の経路のいずれかに、例えば、1/2波長板のように入射された光パルスの偏光方向を90度回転させる部材を挿入しても良い。すなわち、結果として、第2の経路から偏光ビームコンバイナ107へと第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスが出射されれば、いずれの構成を採用しても良い。   In the present embodiment, the polarization direction of the optical pulse for generating the terahertz wave when reaching the polarization beam combiner 107 is rotated by 90 degrees by twisting the second path, but either one of the second paths In addition, for example, a member that rotates the polarization direction of the incident light pulse by 90 degrees, such as a half-wave plate, may be inserted. That is, as a result, any configuration may be adopted as long as the terahertz wave detection light pulse having the second polarization direction is emitted from the second path to the polarization beam combiner 107.

また、本発明では、テラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向を第2の経路において90度回転させることが本質ではなく、偏光ビームコンバイナ107への入射時において、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向を互いに直交させることが本質である。従って、第1の経路を捻ったり、該第1の経路上に偏光方向を90度回転させる部材を設ける等して、テラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向は第1の偏光方向に維持し、テラヘルツ波発生用光パルスの偏光方向を90度回転させるようにしても良い。   In the present invention, it is not essential to rotate the polarization direction of the terahertz wave detection optical pulse by 90 degrees in the second path, and the terahertz wave generation optical pulse and the terahertz wave are incident on the polarization beam combiner 107. It is essential that the polarization directions of the detection light pulses are orthogonal to each other. Therefore, the polarization direction of the terahertz wave detection light pulse is maintained at the first polarization direction by twisting the first path or providing a member that rotates the polarization direction by 90 degrees on the first path. The polarization direction of the terahertz wave generating optical pulse may be rotated by 90 degrees.

偏光ビームコンバイナ107は、2つの入射端、および1つの出射端を有し、互いに直交する2つの直線偏光を合成して出射する。本実施形態では、一方の入射端から第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスが入射され、他方の入射端から第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスが入射されるので、偏光ビームコンバイナ107は、上記2つの入射端から入射された第1の偏光のテラヘルツ波発生用光パルスと第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスとを合成して出射端から出射する。   The polarization beam combiner 107 has two entrance ends and one exit end, and synthesizes and emits two linearly polarized lights orthogonal to each other. In the present embodiment, the terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction is incident from one incident end, and the terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction is incident from the other incident end. The beam combiner 107 combines the first polarized terahertz wave generating optical pulse incident from the two incident ends and the second polarized terahertz wave detecting optical pulse, and emits the resultant from the outgoing end.

偏光ビームコンバイナ107の出射端と、ファイバ伝送部108の入射端とが接続されている。該ファイバ伝送部108は複屈折を有するPMFであり、高速軸および低速軸を有する。ファイバ伝送部108の高速軸に第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスが入射し、低速軸に第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスが入射するように、偏光ビームコンバイナ107の出射端とファイバ伝送部108の入射端とは接続されている。従って、ファイバ伝送部108内において、高速軸と第1の偏光方向とが一致するようにテラヘルツ波発生用光パルスが伝播し、低速軸と第2の偏光方向とが一致するようにテラヘルツ波検出用光パルスが伝播する。すなわち、本実施形態では、ファイバ伝送部108は、テラヘルツ波発生用光パルスの伝送用光ファイバとテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用光ファイバとを共用化したファイバ伝送部である。よって、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスに対してそれぞれ光学系を構築する場合に比べ部品点数を減らせるだけでなく、温度変化などの環境変化に対しても、相対的なパルス時間差を安定化することができる(温度変化によってファイバ長が変化しても、共用化していれば相対的な時間差は変化しない)。   The exit end of the polarization beam combiner 107 and the entrance end of the fiber transmission unit 108 are connected. The fiber transmission unit 108 is a PMF having birefringence, and has a fast axis and a slow axis. The polarization beam combiner 107 is configured so that the terahertz wave generating light pulse having the first polarization direction is incident on the high-speed axis of the fiber transmission unit 108 and the terahertz wave detecting light pulse having the second polarization direction is incident on the low-speed axis. The exit end and the entrance end of the fiber transmission unit 108 are connected. Therefore, in the fiber transmission unit 108, the terahertz wave generating optical pulse propagates so that the high-speed axis and the first polarization direction coincide with each other, and the terahertz wave detection so that the low-speed axis and the second polarization direction coincide with each other. Propagation light pulse propagates. In other words, in the present embodiment, the fiber transmission unit 108 is a fiber transmission unit that shares a terahertz wave generating optical pulse transmission optical fiber and a terahertz wave detecting optical pulse transmission optical fiber. Therefore, not only can the number of parts be reduced compared to the case of constructing the optical system for the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse, respectively, but also relative to environmental changes such as temperature changes. The pulse time difference can be stabilized (even if the fiber length changes due to a temperature change, the relative time difference does not change if the fiber length is shared).

本実施形態では、パルス時間間隔調整部105により、テラヘルツ波検出用光パルスには一定の遅延時間が付与されている。従って、図3に示すように、高速軸に入射したテラヘルツ波発生用光パルス201と、低速軸に入射したテラヘルツ波検出用光パルス202との間には時間差が設けられていることになり、これら2つの光パルスはファイバ伝送部108内において時間的に重ならない。従って、ファイバ伝送部108中において、XPMによる時間波形、および/またはスペクトルの変形を低減して、直交した2つの光パルス201、202を独立に伝播させることができる。   In the present embodiment, the pulse time interval adjusting unit 105 gives a fixed delay time to the terahertz wave detection optical pulse. Therefore, as shown in FIG. 3, there is a time difference between the terahertz wave generating optical pulse 201 incident on the high speed axis and the terahertz wave detecting optical pulse 202 incident on the low speed axis. These two light pulses do not overlap in time within the fiber transmission unit 108. Therefore, in the fiber transmission unit 108, it is possible to independently propagate two orthogonal optical pulses 201 and 202 by reducing deformation of the time waveform and / or spectrum caused by XPM.

なお、本実施形態では、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスを高速軸に入射し、第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスを低速軸に入射するようにしているが、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスを低速軸に入射し、第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスを高速軸に入射するようにしても良い。   In this embodiment, the terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction is incident on the high-speed axis, and the terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction is incident on the low-speed axis. The terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction may be incident on the slow axis, and the terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction may be incident on the fast axis.

ファイバ伝送部108の出射端と、偏光ビームスプリッタ109の入射端とが接続されている。該偏光ビームスプリッタ109は、1つの入射端と、2つの出射端とを有し、ファイバ伝送部108から出射された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスを2つの出射端の一方から出射し、ファイバ伝送部108から出射された第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスを2つの出射端の他方から出射する。   The exit end of the fiber transmission unit 108 and the entrance end of the polarization beam splitter 109 are connected. The polarization beam splitter 109 has one incident end and two exit ends, and the optical pulse for generating a terahertz wave in the first polarization direction emitted from the fiber transmission unit 108 is output from one of the two exit ends. The terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction emitted from the fiber transmission unit 108 is emitted from the other of the two emission ends.

偏光ビームスプリッタ109の一方の出射端と、パルス時間間隔補正部110の入射端とがPMFにより接続されている。該パルス時間間隔補正部110は、ファイバ伝送部108中を時間的に重ならないようにして伝送された、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスと第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスとが時間的に重なるように、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとの時間的なずれを補正する。   One exit end of the polarization beam splitter 109 and the entrance end of the pulse time interval correction unit 110 are connected by a PMF. The pulse time interval correction unit 110 detects the terahertz wave generating optical pulse in the first polarization direction and the terahertz wave detection in the second polarization direction, which are transmitted without overlapping the time in the fiber transmission unit 108. The temporal deviation between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse is corrected so that the optical pulse overlaps in time.

本実施形態では、上述のように、パルス時間間隔調整部105にてテラヘルツ波検出用光パルスに対して所定の遅延時間が付与されているので、ファイバ伝送部108の入射時においては、テラヘルツ波発生用光パルス201とテラヘルツ波検出用光パルス202との間に一定の時間差が付与されている。さらに、テラヘルツ波発生用光パルス201は高速軸に入射してファイバ伝送部108中を伝播するので、テラヘルツ波発生用光パルス201の方がより早くファイバ伝送部108中を伝播することになる。よって、ファイバ伝送部108の出射端においては、テラヘルツ波発生用光パルス201とテラヘルツ波検出用光パルス202との間には、パルス時間間隔調整部105にて付与された時間差に加えて、ファイバ伝送部108の複屈折による時間差が付与される。よって、パルス時間間隔補正部110は、パルス時間間隔調整部105にて付与された時間差、およびファイバ伝送部108の複屈折による時間差を補償するように構成されている。   In the present embodiment, as described above, since the predetermined delay time is given to the optical pulse for terahertz wave detection by the pulse time interval adjusting unit 105, the terahertz wave is incident upon the incidence of the fiber transmission unit 108. A certain time difference is given between the generation light pulse 201 and the terahertz wave detection light pulse 202. Further, since the terahertz wave generating optical pulse 201 is incident on the high-speed axis and propagates through the fiber transmission unit 108, the terahertz wave generating optical pulse 201 propagates through the fiber transmission unit 108 earlier. Therefore, in addition to the time difference given by the pulse time interval adjusting unit 105 between the terahertz wave generating optical pulse 201 and the terahertz wave detecting optical pulse 202 at the output end of the fiber transmission unit 108, the fiber A time difference due to the birefringence of the transmission unit 108 is given. Therefore, the pulse time interval correction unit 110 is configured to compensate for the time difference given by the pulse time interval adjustment unit 105 and the time difference due to the birefringence of the fiber transmission unit 108.

本実施形態では、パルス時間間隔補正部110は、パルス時間間隔調整部105や、遅延ラインスキャナ104と同一の構造を有しており、駆動部により駆動可能なミラーを有している。該ミラーは、制御装置(不図示)からの制御により変位可能であり、パルス時間間隔調整部105にて付与された遅延時間、およびファイバ伝送部108の複屈折により生じた、高速軸に入射したテラヘルツ波発生用光パルスと低速軸に入射したテラヘルツ波検出用光パルスとの間時間差の合計時間だけ、テラヘルツ波発生用光パルスが遅延するように、上記ミラーは位置決めされている。   In the present embodiment, the pulse time interval correction unit 110 has the same structure as the pulse time interval adjustment unit 105 and the delay line scanner 104, and includes a mirror that can be driven by the drive unit. The mirror can be displaced by control from a control device (not shown), and is incident on the high-speed axis generated by the delay time given by the pulse time interval adjustment unit 105 and the birefringence of the fiber transmission unit 108. The mirror is positioned so that the terahertz wave generating optical pulse is delayed by the total time of the time difference between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse incident on the low-speed axis.

パルス時間間隔補正部110の出射端と、テラヘルツ波発生部111の入射端とがPMFにより接続されている。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ109の一方の出射端とテラヘルツ波発生部111とをPMFにより光学的に接続する光パルスの伝播する経路が、第3の経路となり、該第3の経路中にパルス時間間隔補正部110が挿入されている。   The emission end of the pulse time interval correction unit 110 and the incident end of the terahertz wave generation unit 111 are connected by a PMF. In the present embodiment, the propagation path of the optical pulse that optically connects one output end of the polarization beam splitter 109 and the terahertz wave generation unit 111 by the PMF is the third path, and the third path is included in the third path. A pulse time interval correction unit 110 is inserted.

テラヘルツ波発生部111は、パルス時間間隔補正部110とテラヘルツ波発生部111とを接続するPMFの出射端に接続されたコリメートレンズと、該コリメートレンズにてコリメートされた光を集光するように設けられた集光レンズと、該集光レンズにて集光された光が入射するように設けられたテラヘルツ波発生用の非線形結晶とを有している。上記PMFの出射端、コリメートレンズ、集光レンズ、およびDAST結晶はモジュール化されている。このような構成で、パルス時間間隔補正部110から出射された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスは、コリメートレンズおよび集光レンズによりコリメート・集光されテラヘルツ波発生用非線形結晶であるDAST結晶に入射され、DAST結晶はテラヘルツ波を発生する。   The terahertz wave generation unit 111 collects the collimated lens connected to the emission end of the PMF that connects the pulse time interval correction unit 110 and the terahertz wave generation unit 111 and the light collimated by the collimator lens. And a non-linear crystal for generating a terahertz wave provided so that the light condensed by the condensing lens is incident thereon. The PMF exit end, collimating lens, condenser lens, and DAST crystal are modularized. With such a configuration, the first polarization direction terahertz wave generating optical pulse emitted from the pulse time interval correction unit 110 is a non-linear crystal for generating a terahertz wave that is collimated and condensed by the collimating lens and the condensing lens. It is incident on the DAST crystal, and the DAST crystal generates a terahertz wave.

偏光ビームスプリッタ109の他方の出射端と、テラヘルツ波検出部112とがPMFにより接続されている。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ109の他方の出射端とテラヘルツ波検出部112とをPMFにより光学的に接続する光パルスの伝播する経路が、第4の経路となる。なお、本実施形態では、第4の経路において、第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向が、第4の経路の出射端において第1の偏光方向となるようにしている。これは、例えば、上記第4の経路に含まれるPMFを捻り、該第4の経路の入射端から入射した第2の偏光方向を有するテラヘルツ波検出用光パルスが、第4の経路の出射端においては第1の偏光方向を有するテラヘルツ波検出用光パルスとなるように偏光方向を制御している。すなわち、第4の経路の入射時点では第2の偏光方向であったテラヘルツ波発生用光パルスの偏光方向が第4の経路の出射端においては第1の偏光方向となるように、第4の経路の少なくとも一部のPMFを捻っている。
なお、本実施形態では、第4の経路に、偏光方向を90度回転させる部材を設けても良い。
The other exit end of the polarization beam splitter 109 and the terahertz wave detection unit 112 are connected by a PMF. In the present embodiment, the path through which the optical pulse that optically connects the other emission end of the polarization beam splitter 109 and the terahertz wave detection unit 112 by the PMF is the fourth path. In the present embodiment, in the fourth path, the polarization direction of the terahertz wave detection optical pulse having the second polarization direction is set to the first polarization direction at the emission end of the fourth path. For example, the PMF included in the fourth path is twisted, and the terahertz wave detection light pulse having the second polarization direction incident from the incident end of the fourth path is output from the output end of the fourth path. In, the polarization direction is controlled so as to be a terahertz wave detecting optical pulse having the first polarization direction. That is, the fourth polarization direction is such that the polarization direction of the terahertz wave generating optical pulse that was the second polarization direction at the time of incidence on the fourth path is the first polarization direction at the exit end of the fourth path. Twist the PMF of at least part of the path.
In the present embodiment, a member that rotates the polarization direction by 90 degrees may be provided in the fourth path.

テラヘルツ波検出部112は、偏光ビームスプリッタ109の他方の出射端とテラヘルツ波検出部112とを接続するPMFの出射端に接続され、第二高調波を発生可能な非線形結晶(本実施形態では、PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate))と、該非線形結晶から発生した光から第二高調波を抽出する光学フィルタと、該光学フィルタにより抽出された第二高調波を光伝導アンテナに入射させるためのレンズと、該光学フィルタにて抽出された第二高調波が入射するように設けられた光伝導アンテナとを有する。該光伝導アンテナの裏面(偏光ビームスプリッタ109と反対側の面)にはシリコンの半球または超半球レンズが設置されている。本実施形態では、上記PMFの出射端からシリコンレンズまで1つのモジュールとなっており、空間伝搬時と比べて小型化・堅牢化が実現されている。このような構成により、偏光ビームスプリッタ190から出射され、偏光方向が第2の偏光方向から第1の偏光方向に変換されたテラヘルツ波検出用光パルスがPPLNに入射すると、該PPLNから第2高調波が発生し、光学フィルタにより第2高調波のみが取り出され、該取り出された第二高調波はレンズにより光伝導アンテナへ集光される。このとき、光伝導アンテナのシリコンレンズ側から被測定物105から出射されたテラヘルツ波が入射されることにより、該テラヘルツ波の検出が行われる。
なお、本実施形態では、光伝導アンテナを用いてテラヘルツ波を検出したが、変わりに非線形結晶を用いてEO検出してもよい。非線形結晶を用いたEO検出においては第2高調波を発生しなくてもテラヘルツ波を検出することができる。
The terahertz wave detection unit 112 is connected to the emission end of the PMF that connects the other emission end of the polarization beam splitter 109 and the terahertz wave detection unit 112, and can generate a second harmonic wave (in this embodiment, PPLN (Periodically Polluted Lithium Niobate), an optical filter for extracting second harmonic from light generated from the nonlinear crystal, and a lens for making the second harmonic extracted by the optical filter enter a photoconductive antenna And a photoconductive antenna provided so that the second harmonic extracted by the optical filter is incident thereon. A silicon hemisphere or super hemisphere lens is installed on the back surface of the photoconductive antenna (the surface opposite to the polarization beam splitter 109). In the present embodiment, one module is formed from the emission end of the PMF to the silicon lens, and the size and the robustness are realized as compared with the case of spatial propagation. With such a configuration, when a terahertz wave detection light pulse that is emitted from the polarization beam splitter 190 and whose polarization direction is converted from the second polarization direction to the first polarization direction is incident on the PPLN, the second harmonic is generated from the PPLN. A wave is generated, and only the second harmonic is extracted by the optical filter, and the extracted second harmonic is condensed on the photoconductive antenna by the lens. At this time, when the terahertz wave emitted from the DUT 105 is incident from the silicon lens side of the photoconductive antenna, the terahertz wave is detected.
In the present embodiment, a terahertz wave is detected using a photoconductive antenna, but EO detection may be performed using a nonlinear crystal instead. In EO detection using a nonlinear crystal, a terahertz wave can be detected without generating the second harmonic.

本実施形態では、上記各構成要素を接続している光ファイバは偏光保持ファイバ(PMF)である。従って、環境変化、ファイバの曲げに対して、生成される光パルスの強度、パルス波形、偏光方向を安定にすることができる。   In the present embodiment, the optical fiber connecting the above-described components is a polarization maintaining fiber (PMF). Therefore, it is possible to stabilize the intensity of the generated optical pulse, the pulse waveform, and the polarization direction against environmental changes and fiber bending.

次に、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置100の動作を説明する。
ファイバレーザ101は、第1の偏光方向のフェムト秒レーザ光パルスを発振する。該第1の偏光方向のフェムト秒レーザ光パルスは、ビームスプリッタ102に2つに分岐され、分岐された一方の光パルスは第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスとして第1の経路に結合され、他方の光パルスは第1の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスとして第2の経路に結合する。
Next, the operation of the terahertz wave generation detection device 100 according to the present embodiment will be described.
The fiber laser 101 oscillates a femtosecond laser light pulse having a first polarization direction. The femtosecond laser light pulse in the first polarization direction is branched into two by the beam splitter 102, and one of the branched light pulses is passed through the first path as a terahertz wave generation light pulse in the first polarization direction. The other optical pulse is coupled to the second path as a terahertz wave detecting optical pulse in the first polarization direction.

上記第1の経路に結合された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスは強度変調器103に入射する。該強度変調器103は、入射された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスに対して、該テラヘルツ波発生用光パルスがファイバ伝送部108にてソリトン伝播するための変調をかけて出射する。該出射されたソリトン伝播のための変調がかけられ、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスは、偏光ビームコンバイナ107に入射する。   The optical pulse for generating a terahertz wave having the first polarization direction coupled to the first path is incident on the intensity modulator 103. The intensity modulator 103 modulates the incident terahertz wave generating optical pulse in the first polarization direction so that the terahertz wave generating optical pulse propagates soliton in the fiber transmission unit 108. To do. Modulation for propagating the emitted soliton is applied, and the terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction is incident on the polarization beam combiner 107.

一方、上記第2の経路に結合された第1の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスは、遅延ラインスキャナ104に入射する。遅延ラインスキャナ104は、テラヘルツ波波形を観測するために制御装置による制御により駆動し、被測定物114から出射される反射されたテラヘルツ波とテラヘルツ波検出用光パルスの時間差を変化させながら、テラヘルツ波検出部112の光伝導アンテナ出力電流を検出する。遅延ラインスキャナ104によるスキャンのスキャン幅、スキャンレートは被測定物114に応じて調整するとよい。   On the other hand, the terahertz wave detecting optical pulse having the first polarization direction coupled to the second path is incident on the delay line scanner 104. The delay line scanner 104 is driven by the control of the control device to observe the terahertz wave waveform, and changes the time difference between the reflected terahertz wave emitted from the object to be measured 114 and the optical pulse for detecting the terahertz wave. The photoconductive antenna output current of the wave detector 112 is detected. The scan width and scan rate of the scan performed by the delay line scanner 104 may be adjusted according to the object 114 to be measured.

上記遅延ラインスキャナ104にて所定の遅延時間を付与されたテラヘルツ波検出用光パルスは、パルス時間間隔調整部105に入射し、該パルス時間間隔調整部105にて、ファイア伝送部108にてテラヘルツ波発生用光パルスと時間的に重ならないようにするための一定の遅延時間をさらに付与される。該一定の遅延時間を付与されたテラヘルツ波検出用光パルスは、強度変調器106に入射する。該強度変調器106は、入射されたテラヘルツ波検出用光パルスに対して、該テラヘルツ波検出用光パルスがファイバ伝送部108にてソリトン伝播するための変調をかけて出射する。該出射されたソリトン伝播のための変調がかけられたテラヘルツ波検出用光パルスは、偏光ビームコンバイナ107に入射する。なお、第2の経路は、該第2の経路の出射端において該第2の経路の入射端における偏光方向から90度回転させるように捻られているので、偏光ビームコンバイナ107への入射時において、テラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向は第2の偏光方向となっている。   The terahertz wave detection optical pulse given a predetermined delay time by the delay line scanner 104 is incident on the pulse time interval adjusting unit 105, and the pulse time interval adjusting unit 105 performs terahertz at the fire transmission unit 108. A fixed delay time is further provided so as not to overlap with the wave generating optical pulse in time. The terahertz wave detection optical pulse to which the constant delay time is applied is incident on the intensity modulator 106. The intensity modulator 106 modulates the incident terahertz wave detection light pulse so that the terahertz wave detection light pulse propagates soliton in the fiber transmission unit 108 and emits the modulated light pulse. The emitted terahertz wave detection light pulse modulated for soliton propagation is incident on the polarization beam combiner 107. The second path is twisted so as to be rotated 90 degrees from the polarization direction at the incident end of the second path at the exit end of the second path. The polarization direction of the terahertz wave detection light pulse is the second polarization direction.

偏光ビームコンバイナ107は、入射された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスと第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスとを合成して、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスをファイバ伝送部108の高速軸に入射させ、かつ第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスをファイバ伝送部108の低速軸に入射させる。このとき、テラヘルツ波検出用光パルスは、パルス時間間隔調整部105にて一定の遅延時間が付与されているので、ファイバ伝送部108の入射端においては、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとは時間的に重なっていない。このようにして、一本の光ファイバ(ファイバ伝送部108)中を、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの双方が、時間的に重ならないようにして伝播する。なお、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの双方は強度変調器103、106にてソリトン伝播するように変調がかけられているので、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスは共にファイバ伝送部108中を光ソリトンとして伝播する。   The polarization beam combiner 107 combines the incident light pulse for generating the terahertz wave in the first polarization direction and the light pulse for detecting the terahertz wave in the second polarization direction, and generates the terahertz wave in the first polarization direction. The optical pulse is incident on the high-speed axis of the fiber transmission unit 108 and the terahertz wave detection optical pulse having the second polarization direction is incident on the low-speed axis of the fiber transmission unit 108. At this time, since the terahertz wave detection optical pulse is given a fixed delay time by the pulse time interval adjustment unit 105, at the incident end of the fiber transmission unit 108, the terahertz wave generation optical pulse and the terahertz wave detection are performed. It does not overlap with the light pulse for use in time. In this way, both the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse propagate through one optical fiber (fiber transmission unit 108) without overlapping in time. Since both the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse are modulated so as to propagate solitons by the intensity modulators 103 and 106, the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting Both optical pulses propagate as optical solitons in the fiber transmission unit 108.

ファイバ伝送部108を伝送した第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスと第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスは偏光ビームスプリッタ109に入射する。該偏光ビームスプリッタ109は、第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスを第3の経路に結合し、第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスを第4の経路に結合する。   The terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction and the terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction transmitted through the fiber transmission unit 108 are incident on the polarization beam splitter 109. The polarization beam splitter 109 couples the terahertz wave generating optical pulse in the first polarization direction to the third path, and couples the terahertz wave detection optical pulse in the second polarization direction to the fourth path.

上記第3の経路に結合した第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスは、パルス時間間隔補正部110に入射する。該パルス時間間隔補正部110は、パルス時間間隔調整部105にてテラヘルツ波検出用光パルスに付与された一定の遅延時間、およびファイバ伝送部108の複屈折によるテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとの時間差の和に相当する時間だけテラヘルツ波発生用光パルスを遅延させて、時間的に重ならないテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとが時間的に重なるようにする。このようにして補正が施された第1の偏光方向のテラヘルツ波発生用光パルスはテラヘルツ波発生部111に入射し、該テラヘルツ波発生部111はテラヘルツ波を発生する。該発生したテラヘルツ波は伝播モジュール113を介して被測定物114に入射する。該被測定物114に入射されたテラヘルツ波は該被測定物114にて反射され、該反射されたテラヘルツ波は伝播モジュール113を介してテラヘルツ波検出部112に入射する。   The optical pulse for generating terahertz waves in the first polarization direction coupled to the third path is incident on the pulse time interval correction unit 110. The pulse time interval correction unit 110 includes a fixed delay time given to the terahertz wave detection optical pulse by the pulse time interval adjustment unit 105, and a terahertz wave generation optical pulse and terahertz wave due to birefringence of the fiber transmission unit 108. The terahertz wave generation optical pulse is delayed by a time corresponding to the sum of the time differences from the detection optical pulse so that the terahertz wave generation optical pulse and the terahertz wave detection optical pulse that do not overlap in time overlap in time. To. The terahertz wave generating optical pulse having the first polarization direction thus corrected is incident on the terahertz wave generating unit 111, and the terahertz wave generating unit 111 generates a terahertz wave. The generated terahertz wave is incident on the measurement object 114 via the propagation module 113. The terahertz wave incident on the device under test 114 is reflected by the device under test 114, and the reflected terahertz wave enters the terahertz wave detector 112 via the propagation module 113.

一方、上記第4の経路に結合した第2の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスは、テラヘルツ波検出部112に入射する。なお、第4の経路は、該第4の経路の出射端において該第4の経路の入射端における偏光方向から90度回転させるように捻られているので、テラヘルツ波検出部112への入射時において、テラヘルツ波検出用光パルスの偏光方向は第1の偏光方向となっている。   On the other hand, the terahertz wave detecting optical pulse having the second polarization direction coupled to the fourth path is incident on the terahertz wave detecting unit 112. The fourth path is twisted so as to be rotated 90 degrees from the polarization direction at the incident end of the fourth path at the exit end of the fourth path, so that the fourth path is incident on the terahertz wave detecting unit 112. The polarization direction of the terahertz wave detection light pulse is the first polarization direction.

テラヘルツ波検出部112は、第1の偏光方向のテラヘルツ波検出用光パルスと、伝播モジュール113から出射された、被測定物114にて反射されたテラヘルツ波とにより、光伝導アンテナにて生じた電流を計測して、テラヘルツ波の電場時間波形を測定する。   The terahertz wave detection unit 112 is generated at the photoconductive antenna by the terahertz wave detection light pulse in the first polarization direction and the terahertz wave reflected from the measurement object 114 emitted from the propagation module 113. The electric current time waveform of the terahertz wave is measured by measuring the current.

このように、本実施形態では、複屈折性の偏光保持光ファイバ(PMF)の高速軸および低速軸の一方に第1の直線偏光であるテラヘルツ波発生用光パルスを入射させ、他方に第1の直線偏光と直交する第2の直線偏光であるテラヘルツ波検出用光パルスを入射させることにより、テラヘルツ波発生用光パルスの伝送用光ファイバとテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用光ファイバとを1本の光ファイバに共用化している。従って、温度変化が起こり、光ファイバが該温度変化に応じて伸張しても、テラヘルツ波発生用光パルスを伝送させるための光ファイバおよびテラヘルツ波検出用光パルスを伝送させるための光ファイバは共に同一のファイバ伝送部108であるので、該ファイバ伝送部108中を通過する、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの双方は共に同一のファイバ伸張を経験する。よって、環境変化に対する、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの相対的な時間差を安定にすることができる。   As described above, in this embodiment, the optical pulse for generating the terahertz wave, which is the first linearly polarized light, is incident on one of the fast axis and the slow axis of the birefringent polarization maintaining optical fiber (PMF), and the first is applied to the other. The terahertz wave detecting optical pulse, which is the second linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized light, is incident, so that an optical fiber for transmitting the terahertz wave generating optical pulse and an optical fiber for transmitting the terahertz wave detecting optical pulse are provided. It is shared by one optical fiber. Therefore, even if a temperature change occurs and the optical fiber expands in response to the temperature change, both the optical fiber for transmitting the terahertz wave generating optical pulse and the optical fiber for transmitting the terahertz wave detecting optical pulse are both Since they are the same fiber transmission unit 108, both the terahertz wave generation optical pulse and the terahertz wave detection optical pulse passing through the fiber transmission unit 108 experience the same fiber extension. Therefore, the relative time difference between the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse with respect to the environmental change can be stabilized.

また、テラヘルツ波発生用光パルスの伝送用光ファイバおよびテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用光ファイバを1つのPMFで共用化する際、該PMFの同一軸に入射すると、該PMFからテラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスを取り出す際に、時間的に分波する装置が必要となり、システムが複雑化する。しかしながら、本実施形態では、PMFの直交する複屈折軸(高速軸、低速軸)の一方にテラヘルツ波発生用光パルスを入射させ、他方にテラヘルツ波検出用光パルスを入射させているので、パッシブな部品(偏光ビームコンバイナ、偏光ビームスプリッタ)により装置を構成することができる。よって、装置を簡素化することができる。   Further, when the optical fiber for transmitting the optical pulse for generating the terahertz wave and the optical fiber for transmitting the optical pulse for detecting the terahertz wave are shared by one PMF, if the light enters the same axis of the PMF, the terahertz wave is generated from the PMF. When taking out the optical pulse for terahertz and the optical pulse for detecting terahertz wave, a device for temporally demultiplexing is required, and the system becomes complicated. However, in this embodiment, since the terahertz wave generating optical pulse is incident on one of the orthogonal birefringence axes (fast axis and slow axis) of the PMF and the terahertz wave detecting optical pulse is incident on the other, it is passive. The device can be configured with various components (polarization beam combiner, polarization beam splitter). Therefore, the apparatus can be simplified.

また、本実施形態では、上述のように、ファイバ伝送部108の直交する複屈折軸の各々に、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスのいずれか一方ずつを入射させつつ、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスのいずれか一方に一定の遅延時間を付与して意図的に遅らせることにより、ファイバ伝送部108内においてテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとが時間的に重ならないようにしている。従って、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとを共用化されたファイバ伝送部108にて伝播する際に、これら2つの光パルスの作用によるXPMの発生を抑制することができ、ファイバ伝送部108を伝播する光パルスの時間波形、および/またはスペクトル波形の変形を防止、ないしは低減することができる。   In the present embodiment, as described above, either one of the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse is incident on each of the orthogonal birefringence axes of the fiber transmission unit 108, and the terahertz wave is incident. A terahertz wave generating light pulse and a terahertz wave detecting light are provided in the fiber transmission unit 108 by intentionally delaying one of the wave generating light pulse and the terahertz wave detecting light pulse by giving a certain delay time. The pulse is not overlapped in time. Therefore, when propagating the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse in the shared fiber transmission unit 108, generation of XPM due to the action of these two optical pulses can be suppressed. Deformation of the time waveform and / or spectrum waveform of the optical pulse propagating through the fiber transmission unit 108 can be prevented or reduced.

また、本実施形態では、ファイバ伝送部108中をテラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの双方を光ソリトンとして伝送させている。従って、ファイバ伝送部108中を比較的長距離(例えば、>10m)に亘ってパルス歪みを起こさずにテラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスを伝播させることができる。従って、ファイバ伝送部108を、コントローラと光学ヘッドとをつなぐファイバケーブルとすることができる。よって、テラヘルツ波発生部111およびテラヘルツ波検出部112を、ファイバ伝送部108の、光パルスの進行方向前段の光学系と分離することができる。すなわち、光学ヘッドを用いる形態に適用する場合、該光学ヘッドは、偏光ビームスプリッタ109、パルス時間間隔補正部110、テラヘルツ波発生部111、テラヘルツ波検出部112、および伝播モジュール113を少なくとも含むように構成すれば良い。よって、光学ヘッドの構成部品の低減、小型化、軽量化を行うことができる。   In the present embodiment, both the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse are transmitted as optical solitons through the fiber transmission unit 108. Therefore, the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse can be propagated through the fiber transmission unit 108 without causing pulse distortion over a relatively long distance (for example,> 10 m). Therefore, the fiber transmission unit 108 can be a fiber cable that connects the controller and the optical head. Therefore, the terahertz wave generation unit 111 and the terahertz wave detection unit 112 can be separated from the optical system of the fiber transmission unit 108 in the preceding stage of the optical pulse traveling direction. That is, when applied to a form using an optical head, the optical head includes at least a polarization beam splitter 109, a pulse time interval correction unit 110, a terahertz wave generation unit 111, a terahertz wave detection unit 112, and a propagation module 113. What is necessary is just to comprise. Therefore, the components of the optical head can be reduced, reduced in size, and reduced in weight.

さらに、ファイバレーザ101からテラヘルツ波発生部111およびテラヘルツ波検出部112の近くまで光ファイバを用いてフェムト秒レーザ光パルスをデリバリしているので、空間光学系を用いたテラヘルツ波発生検出装置と比べて、振動等の環境変化による位置ずれ等に対して堅牢な構成とすることができる。   Furthermore, since the femtosecond laser light pulse is delivered from the fiber laser 101 to the vicinity of the terahertz wave generation unit 111 and the terahertz wave detection unit 112 using an optical fiber, compared with a terahertz wave generation detection device using a spatial optical system. Thus, it is possible to provide a robust configuration with respect to misalignment caused by environmental changes such as vibration.

なお、本発明において重要なことの1つは、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの伝送用として共用化されたファイバ伝送部内において、XPMの影響を低減することにあり、そのために、上記ファイバ伝送部において、テラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとを時間的に重ならないようにすることが必要である。そして、これを実現するために、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスのいずれか一方に一定の遅延時間を付与することが重要となる。上記実施形態では、テラヘルツ波検出用光パルスに一定の遅延時間を付与する形態であるので、第2の経路にパルス時間間隔調整部105を設けているが、テラヘルツ波発生用光パルスに一定の遅延時間を付与する場合は、第1の経路にパルス時間間隔調整部105を設ければ良い。あるいは、第1の経路および第2の経路の双方にパルス時間間隔調整部105を設けても良い。この場合は、第1の経路に設けられるパルス時間間隔調整部の遅延時間の付与量と、第2の経路に設けられるパルス時間間隔調整部の遅延時間の付与量とを異ならせれば良い。   One of the important things in the present invention is to reduce the influence of XPM in the fiber transmission unit shared for transmitting the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse. In addition, in the fiber transmission unit, it is necessary to prevent the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse from overlapping in time. In order to realize this, it is important to give a certain delay time to one of the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse. In the above embodiment, since a constant delay time is given to the terahertz wave detection optical pulse, the pulse time interval adjustment unit 105 is provided in the second path. However, the terahertz wave generation optical pulse has a constant value. When providing a delay time, the pulse time interval adjustment unit 105 may be provided in the first path. Alternatively, the pulse time interval adjustment unit 105 may be provided on both the first route and the second route. In this case, the amount of delay time provided by the pulse time interval adjusting unit provided in the first path may be different from the amount of delay time provided by the pulse time interval adjusting unit provided in the second path.

同様に、上述のように、ファイバ伝送部108中における意図的に設けた時間差を解消することも必要であり、そのために、パルス時間間隔補正部110を設けている。従って、ファイバ伝送部108中において時間的に重ならないようにされたテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとを、時間的に重なるようにすることができるのであれば、パルス時間間隔補正部110を第4の経路に設けても良いことは言うまでも無い。あるいは、第3の経路および第4の経路の双方にパルス時間間隔補正部110を設けても良い。この場合は、ファイバ伝送部108を伝送してきたテラヘルツ波発生用光パルスとテラヘルツ波検出用光パルスとが時間的に重なるように、第3の経路に設けられるパルス時間間隔補正部の補正量と第4の経路に設けられるパルス時間間隔補正部の補正量とを調整すれば良い。   Similarly, as described above, it is necessary to eliminate the intentionally provided time difference in the fiber transmission unit 108, and for this purpose, the pulse time interval correction unit 110 is provided. Therefore, if the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse that are not temporally overlapped in the fiber transmission unit 108 can be temporally overlapped, the pulse time interval is set. Needless to say, the correction unit 110 may be provided in the fourth path. Alternatively, the pulse time interval correction unit 110 may be provided on both the third route and the fourth route. In this case, the correction amount of the pulse time interval correction unit provided in the third path is such that the terahertz wave generation optical pulse transmitted through the fiber transmission unit 108 and the terahertz wave detection optical pulse overlap in time. The correction amount of the pulse time interval correction unit provided in the fourth path may be adjusted.

(第2の実施形態)
図4は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生検出装置の概略構成図である。
図4において、テラヘルツ波発生検出装置400は、コントローラに組み込まれた光学ユニット401と、光学ヘッド402と、光学ユニット401と光学ヘッド402とを接続するファイバ伝送部108とを備える。光学ユニット401は、ファイバレーザ発振器403と、ビームスプリッタ102と、ON/OFF変調器404と、強度変調器103と、遅延ラインスキャナ104と、パルス時間間隔調整部105と、強度変調器106と、偏光ビームコンバイナ107とを有する。また、光学ヘッド402は、ファイバ増幅器406と、ファイバ圧縮器407と、偏光ビームスプリッタ109と、パルス時間間隔補正部110と、テラヘルツ波発生部111と、テラヘルツ波検出部112と、伝播モジュール113とを有する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the terahertz wave generation detection device according to the present embodiment.
In FIG. 4, the terahertz wave generation detection device 400 includes an optical unit 401 incorporated in a controller, an optical head 402, and a fiber transmission unit 108 that connects the optical unit 401 and the optical head 402. The optical unit 401 includes a fiber laser oscillator 403, a beam splitter 102, an ON / OFF modulator 404, an intensity modulator 103, a delay line scanner 104, a pulse time interval adjustment unit 105, an intensity modulator 106, And a polarization beam combiner 107. The optical head 402 includes a fiber amplifier 406, a fiber compressor 407, a polarization beam splitter 109, a pulse time interval correction unit 110, a terahertz wave generation unit 111, a terahertz wave detection unit 112, and a propagation module 113. Have

なお、第2の実施形態においては、テラヘルツ波発生用光パルスは、テラヘルツ波発生部111に入射すべきフェムト秒レーザの光パルスであって、テラヘルツ波発生部111での所望のテラヘルツ波発生のために設定された、パワーおよびパルス幅を有する光パルスとして説明する。また、テラヘルツ波検出用光パルスについても、テラヘルツ波検出部112に入射すべきフェムト秒レーザの光パルスであって、テラヘルツ波検出部112でのテラヘルツ波検出のために設定された、パワーおよびパルス幅を有する光パルスとして説明する。   In the second embodiment, the terahertz wave generating optical pulse is a femtosecond laser light pulse to be incident on the terahertz wave generating unit 111, and the terahertz wave generating unit 111 generates a desired terahertz wave. Therefore, description will be made on the assumption that the optical pulse having the power and the pulse width is set. The terahertz wave detection optical pulse is also a femtosecond laser light pulse to be incident on the terahertz wave detection unit 112, and the power and pulse set for the terahertz wave detection in the terahertz wave detection unit 112. It will be described as an optical pulse having a width.

さて、本実施形態は、ファイバレーザ発振器403からは、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの種光パルスを発振し、後述するファイバ圧縮器407からの出射時に、所定の変調済みのテラヘルツ波発生用光パルス、およびテラヘルツ波検出用光パルスとするものである。   In the present embodiment, the fiber laser oscillator 403 oscillates a seed light pulse of a terahertz wave generating optical pulse and a terahertz wave detecting optical pulse, and has been modulated at the time of emission from a fiber compressor 407 described later. The terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse are used.

ファイバレーザ発振器403は、受動モード同期ファイバレーザであり、最終的にファイバ圧縮器407から出力する光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスのパワーよりも低いパワーを有し、該テラヘルツ波発生用光パルスのパルス幅よりも広いパルス幅の光パルスであって、第1の偏光方向を有する光パルスを発振する。すなわち、ファイバレーザ発振器403は、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの種光パルスを発振する。本実施形態では、ファイバレーザ発振器403からは、パルス幅500fs、平均強度40mW、繰り返し周波数100MHzのフェムト秒光パルス列が出力される。   The fiber laser oscillator 403 is a passive mode-locked fiber laser, and has a power lower than the power of the terahertz wave generating optical pulse that is the optical pulse that is finally output from the fiber compressor 407, and the terahertz wave generating light An optical pulse having a pulse width wider than the pulse width of the pulse and having the first polarization direction is oscillated. That is, the fiber laser oscillator 403 oscillates seed light pulses of a terahertz wave generating optical pulse and a terahertz wave detecting optical pulse. In this embodiment, the fiber laser oscillator 403 outputs a femtosecond optical pulse train having a pulse width of 500 fs, an average intensity of 40 mW, and a repetition frequency of 100 MHz.

第1の経路には、ON/OFF変調器404が挿入されており、ビームスプリッタ102の一方の出射端とON/OFF変調器404の入射端とがPMFにより接続され、ON/OFF変調器404の出射端と強度変調器103とがPMFにより接続されている。該ON/OFF変調器404は、ファイバ圧縮器407からの出射時にはテラヘルツ波発生用光パルスとなる光パルスに所定の変調(例えば、テラヘルツ波検出感度向上のためのロックイン検出用の変調など)をかけるためのものである。すなわち、ON/OFF変調器404は、テラヘルツ波発生用光パルスのパワーよりも低く、かつ該パルスのパルス幅よりも広い光パルス(種光パルス)に対して変調をかけるものであり、本実施形態では、該ON/OFF変調器404により、テラヘルツ波発生用光パルスとして持つべきパワーおよびパルス幅に整える前に、該テラヘルツ波派生用パルスとなる種光パルスに対して予め変調をかける。従って、テラヘルツ波発生用光パルスを変調済みの光パルスとすることができる。   An ON / OFF modulator 404 is inserted in the first path, and one output end of the beam splitter 102 and an incident end of the ON / OFF modulator 404 are connected by a PMF, and the ON / OFF modulator 404 is connected. And the intensity modulator 103 are connected by a PMF. The ON / OFF modulator 404 performs predetermined modulation on an optical pulse that becomes a terahertz wave generating optical pulse when emitted from the fiber compressor 407 (for example, modulation for lock-in detection for improving terahertz wave detection sensitivity). It is for applying. That is, the ON / OFF modulator 404 modulates an optical pulse (seed light pulse) that is lower than the power of the optical pulse for generating the terahertz wave and wider than the pulse width of the pulse. In the embodiment, before the ON / OFF modulator 404 adjusts the power and pulse width to be possessed as the optical pulse for generating the terahertz wave, the seed light pulse to be the pulse for deriving the terahertz wave is modulated in advance. Therefore, the terahertz wave generating optical pulse can be a modulated optical pulse.

本実施形態では、ON/OFF変調器404として、AOMを用いているが、EOMを用いても良い。本実施形態では、AOMであるON/OFF変調器404は、入射された、テラヘルツ波発生用の種光パルス列に対して、90kHzの変調をかけるように構成されている。この変調周波数は、例えばロックインアンプを用いる場合、該ロックインアンプの帯域上限に基づいて設定すれば良く、機器によってはより高速な変調をかけても良い。   In this embodiment, an AOM is used as the ON / OFF modulator 404, but an EOM may be used. In the present embodiment, the ON / OFF modulator 404, which is an AOM, is configured to modulate 90 kHz on the incident seed light pulse train for generating a terahertz wave. For example, when a lock-in amplifier is used, the modulation frequency may be set based on the upper limit of the band of the lock-in amplifier, and higher-speed modulation may be applied depending on the device.

このように、本実施形態では、ファイバレーザ発振器403は、テラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスの種光パルスを発振するので、上記第1の経路および第2の経路には、種光パルスが伝播することになる。すなわち、ビームスプリッタ102は、ファイバレーザ発振器403から出射された種光パルスが入射されると、一方の出射端からテラヘルツ波発生用光パルスの種光パルスを出射し、他方の出射端からテラヘルツ波発生用光パルスの種光パルスを出射する。よって、ビームスプリッタ102の一方の出射端から出射したテラヘルツ波発生用光パルスの種光パルスは第1の経路を伝播して偏光ビームコンバイナ107の一方の入射端に入射し、他方の出射端から出射したテラヘルツ波検出用光パルスの種光パルスは第2の経路を伝播して偏光ビームコンバイナ107の他方の入射端に入射する。   As described above, in the present embodiment, the fiber laser oscillator 403 oscillates the seed light pulse of the terahertz wave generating optical pulse and the terahertz wave detecting optical pulse. Therefore, in the first path and the second path, The seed light pulse will propagate. That is, when the seed light pulse emitted from the fiber laser oscillator 403 is incident, the beam splitter 102 emits the seed light pulse of the terahertz wave generating light pulse from one emission end, and the terahertz wave from the other emission end. A seed light pulse of the generation light pulse is emitted. Therefore, the seed light pulse of the terahertz wave generating light pulse emitted from one emission end of the beam splitter 102 propagates through the first path and enters one incident end of the polarization beam combiner 107, and from the other emission end. The emitted seed light pulse of the terahertz wave detection light pulse propagates through the second path and enters the other incident end of the polarization beam combiner 107.

図4において、符号405は、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスの双方を伝送させるための共用ファイバである。該共用ファイバ405は、入射端が偏光ビームコンバイナ107の出射端に接続されたファイバ伝送部108と、入射端がファイバ伝送部108の出射端に接続されたファイバ増幅器406と、入射端がファイバ増幅器406の出射端に接続されたファイバ圧縮器407とを有している。このファイバ圧縮器407の出射端は、偏光ビームスプリッタ109の入射端に接続されている。従って、偏光ビームコンバイナ107から入射された、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスの双方は、ファイバ伝送部108、ファイバ増幅器406、およびファイバ圧縮器407中を通過して偏光ビームスプリッタ109へと入射される。   In FIG. 4, reference numeral 405 denotes a shared fiber for transmitting both the seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave. The shared fiber 405 includes a fiber transmission unit 108 having an incident end connected to the output end of the polarization beam combiner 107, a fiber amplifier 406 having an incident end connected to the output end of the fiber transmission unit 108, and a fiber amplifier having an incident end. And a fiber compressor 407 connected to the output end of 406. The exit end of the fiber compressor 407 is connected to the entrance end of the polarization beam splitter 109. Therefore, both the seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave incident from the polarization beam combiner 107 pass through the fiber transmission unit 108, the fiber amplifier 406, and the fiber compressor 407. Is incident on the polarization beam splitter 109.

ファイバ増幅器406は、複屈折を有する、分散特性が正常分散値を有するエルビウム添加ファイバである。このように、正常分散のエルビウム添加ファイバを増幅ファイバとして用いることにより、パルス分裂などの測定性能に悪影響を及ぼす非線形効果を低減することができる。ファイバ増幅器406は、不図示の励起レーザからの励起光が注入されることにより、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスを増幅することができる。なお、ファイバ増幅器406としては、エルビウムの他に、イッテルビウム、ツリウム、またはネオジウムなどが添加されたファイバ増幅器を用いることができる。本実施形態では、ファイバ増幅器406は、入射された、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスのパワーを500mWまで増幅するように構成されている。すなわち、ファイバ増幅器406により、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスのパワーを、最終的に出力される光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスとして持つべきパワーまで増幅させる。   The fiber amplifier 406 is an erbium-doped fiber having birefringence and a dispersion characteristic having a normal dispersion value. In this way, by using a normal dispersion erbium-doped fiber as an amplification fiber, it is possible to reduce nonlinear effects that adversely affect measurement performance such as pulse splitting. The fiber amplifier 406 can amplify a seed light pulse for generating a terahertz wave and a seed light pulse for detecting a terahertz wave by injecting pump light from a pump laser (not shown). As the fiber amplifier 406, a fiber amplifier to which ytterbium, thulium, neodymium, or the like is added in addition to erbium can be used. In the present embodiment, the fiber amplifier 406 is configured to amplify the power of incident seed light pulses for generating terahertz waves and seed light pulses for detecting terahertz waves to 500 mW. That is, the power of the seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave is converted by the fiber amplifier 406 into the light pulse for generating the terahertz wave and the light for detecting the terahertz wave, which are finally output optical pulses. It amplifies to the power it should have as a pulse.

ファイバ圧縮器407は、複屈折を有する、大口径の定偏波フォトニッククリスタルファイバであり、入射された、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスのパルス幅を50fsに圧縮するように構成されている。   The fiber compressor 407 is a large-diameter constant-polarization photonic crystal fiber having birefringence, and the pulse width of the incident seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave is 50 fs. It is configured to compress.

ファイバ増幅器406から出力された光パルス(テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルス)は、ファイバ増幅器406の非線形効果と正常分散の影響とにより、スペクトルが広がると同時に正の単調なチャープを有している。本実施形態では、ファイバ圧縮器406として大口径のフォトニッククリスタルファイバを用いているので、このチャープを補償することができる。このフォトニッククリスタルファイバはモードフィールド径が20ミクロン以上であるが、光パルスのシングルモード伝搬が可能である。そのため、増幅により高ピーク強度化した光パルスの伝搬においても、過剰な非線形効果を抑制することができ、シングルピークの高ピーク強度短パルスを生成することができる。本実施形態では、ファイバ増幅器406中で生じる光スペクトル広がりと、ファイバ圧縮器407としてのフォトニッククリスタルファイバ中で生じるソリトン圧縮とにより、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスのパルス幅は50fs以下に圧縮される。すなわち、ファイバ圧縮器407により、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスのパルス幅を、最終的に出力される光パルスであるテラヘルツ波発生用光パルスおよびテラヘルツ波検出用光パルスとして持つべきパルス幅まで細くする。   The optical pulse output from the fiber amplifier 406 (the seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave) spreads as the spectrum increases due to the nonlinear effect of the fiber amplifier 406 and the influence of normal dispersion. Has a monotonous chirp. In this embodiment, since a large-diameter photonic crystal fiber is used as the fiber compressor 406, this chirp can be compensated. Although this photonic crystal fiber has a mode field diameter of 20 microns or more, it can propagate a single mode of an optical pulse. Therefore, even in the propagation of an optical pulse having a high peak intensity by amplification, an excessive nonlinear effect can be suppressed, and a single peak high peak intensity short pulse can be generated. In the present embodiment, a seed light pulse for generating a terahertz wave and a seed light for detecting a terahertz wave are obtained by optical spectrum broadening that occurs in the fiber amplifier 406 and soliton compression that occurs in a photonic crystal fiber as the fiber compressor 407. The pulse width of the pulse is compressed to 50 fs or less. That is, the fiber compressor 407 detects the pulse width of the terahertz wave generation seed light pulse and the terahertz wave detection seed light pulse, and the terahertz wave generation light pulse and terahertz wave detection, which are finally output optical pulses. Narrow down to the pulse width that should be possessed as an optical pulse.

このように、共用ファイバ405に入射された、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスは、ファイバ増幅器406およびファイバ圧縮器407にて所定の増幅およびパルス圧縮を施され、該ファイア圧縮器407から、変調済みのテラヘルツ波発生用光パルス(パルス幅:50fs、パワー:500mW)、およびテラヘルツ波検出用光パルス(パルス幅:50fs、パワー:500mW)として出射する。   In this way, the seed light pulse for generating the terahertz wave and the seed light pulse for detecting the terahertz wave incident on the shared fiber 405 are subjected to predetermined amplification and pulse compression by the fiber amplifier 406 and the fiber compressor 407. The fire compressor 407 emits modulated terahertz wave generating optical pulses (pulse width: 50 fs, power: 500 mW) and terahertz wave detecting optical pulses (pulse width: 50 fs, power: 500 mW).

なお、本実施形態では、1つの経路である共用光ファイバ405にて、テラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスといった2種類の光パルスを伝播させることが特徴の1つである。この共用光ファイバ405の構成要素の1つであるファイバ伝送部108においては、高速軸にテラヘルツ波発生用の種光パルスが入射し、低速軸にテラヘルツ波検出用の種光パルスが入射しており、独立した2つの直線偏光が伝播可能である。本実施形態では、ファイバ増幅器406の高速軸にファイバ伝送部108の高速軸から出射したテラヘルツ波発生用の種光パルスが入射し、低速軸にファイバ伝送部108の低速軸から出射したテラヘルツ波検出用の種光パルスが入射するように、ファイバ伝送部108とファイバ増幅器406とが接続されている。同様に、ファイバ圧縮器407の高速軸にファイバ増幅器406の高速軸から出射したテラヘルツ波発生用の種光パルスが入射し、低速軸にファイバ増幅器406の低速軸から出射したテラヘルツ波検出用の種光パルスが入射するように、ファイバ増幅器406とファイバ圧縮器407とが接続されている。従って、ファイバ増幅器406およびファイバ圧縮器407の双方においても、独立した2つの直線偏光が伝播可能である。   The present embodiment is characterized in that two types of optical pulses such as a seed light pulse for generating a terahertz wave and a seed light pulse for detecting a terahertz wave are propagated through the shared optical fiber 405 that is one path. One. In the fiber transmission unit 108 which is one of the components of the shared optical fiber 405, a seed light pulse for generating a terahertz wave is incident on the high speed axis, and a seed light pulse for detecting the terahertz wave is incident on the low speed axis. Thus, two independent linearly polarized lights can propagate. In the present embodiment, the terahertz wave generation seed light pulse emitted from the high-speed axis of the fiber transmission unit 108 is incident on the high-speed axis of the fiber amplifier 406, and the terahertz wave detected from the low-speed axis of the fiber transmission unit 108 is detected on the low-speed axis. The fiber transmission unit 108 and the fiber amplifier 406 are connected so that the seed light pulses for use are incident. Similarly, a terahertz wave generation seed light pulse emitted from the high speed axis of the fiber amplifier 406 is incident on the high speed axis of the fiber compressor 407, and a terahertz wave detection seed emitted from the low speed axis of the fiber amplifier 406 is incident on the low speed axis. The fiber amplifier 406 and the fiber compressor 407 are connected so that the light pulse is incident. Therefore, both the fiber amplifier 406 and the fiber compressor 407 can propagate two independent linearly polarized lights.

上述のように、本実施形態では、第1の実施形態に対して、ファイバ増幅器406およびファイバ圧縮器407が共用ファイバとして追加されている。従って、パルス時間間隔補正部110は、パルス時間間隔調整部105にて付与された時間差、およびファイバ伝送部108の複屈折による時間差に加えて、ファイバ増幅器406の複屈折による時間差およびファイバ圧縮器407の複屈折による時間差を補償するように構成されている。   As described above, in this embodiment, the fiber amplifier 406 and the fiber compressor 407 are added as shared fibers to the first embodiment. Accordingly, the pulse time interval correction unit 110 adds the time difference caused by the birefringence of the fiber amplifier 406 and the fiber compressor 407 in addition to the time difference given by the pulse time interval adjustment unit 105 and the time difference caused by the birefringence of the fiber transmission unit 108. It is configured to compensate for the time difference due to the birefringence.

このように、本実施形態では、種光の段階でテラヘルツ波発生用の光パルスに所定の変調をかけ、その後に必要な値までパワーを上げ、かつ必要な値までパルス幅を狭めているので、変調済みであり、高いパワー(例えば、500mW)を有し、細いパルス幅(例えば、50fs)のフェムト秒レーザ光パルスをテラヘルツ波発生部111に入射することができる。従って、高強度であり、かつ広帯域なテラヘルツ波を生成することができる。   As described above, in this embodiment, the optical pulse for generating the terahertz wave is subjected to predetermined modulation at the seed light stage, and then the power is increased to a necessary value and the pulse width is narrowed to the necessary value. The femtosecond laser light pulse that has been modulated, has high power (for example, 500 mW), and has a narrow pulse width (for example, 50 fs) can be incident on the terahertz wave generation unit 111. Therefore, it is possible to generate a high-intensity and broadband terahertz wave.

従来では、例えば、高速変調を狙ってAOM(またはEOM)を強度変調器として用いる場合、フェムト秒レーザ発生装置とテラヘルツ波発生部との間にAOMを設けているので、該AOMの波長分散の効果によりパルス幅が広がってしまっていた。この場合、チャープ補償器をフェムト秒レーザ発生装置やAOMの後段に組み入れ、テラヘルツ波発生部でパルス幅が最小となるようにする工夫が必要であった。また、変調器の透過率は100%ではないため、変調器でのロスを補償する高パワー光増幅器が必要となるが、高パワーになると時間歪みやスペクトル変形を引き起こす非線形光学効果が発生するため、従来では、変調を行いつつ、高パワーを有し、細いパルス幅のフェムト秒レーザ光パルスを出射することは困難であった。   Conventionally, for example, when an AOM (or EOM) is used as an intensity modulator for high-speed modulation, an AOM is provided between the femtosecond laser generator and the terahertz wave generator. The pulse width spread due to the effect. In this case, it is necessary to incorporate a chirp compensator in the subsequent stage of the femtosecond laser generator or AOM so that the pulse width is minimized at the terahertz wave generator. Further, since the transmittance of the modulator is not 100%, a high-power optical amplifier that compensates for the loss in the modulator is required. However, when the power is high, nonlinear optical effects that cause time distortion and spectral deformation are generated. Conventionally, it has been difficult to emit femtosecond laser light pulses having high power and a narrow pulse width while performing modulation.

これに対し、本実施形態では、テラヘルツ波発生部111に入射すべきテラヘルツ波発生用光パルスに必要なパワーおよびパルス幅にする前に、テラヘルツ波発生用の光パルス(種光パルス)に所定の変調をかけ、該変調をかけた後に、テラヘルツ波発生用の光パルスを所望のパワーにし、かつ所望のパルス幅にしている。すなわち、テラヘルツ波発生用光パルスの種光の段階で変調をかけ、その後に増幅器によりパワーを必要な値まで大きくし、かつパルス圧縮器により必要な値までパルス幅を狭くする。   On the other hand, in the present embodiment, before the power and pulse width necessary for the optical pulse for generating the terahertz wave to be incident on the terahertz wave generating unit 111 are set, the optical pulse for generating the terahertz wave (seed light pulse) is predetermined. After the modulation, the optical pulse for generating the terahertz wave is set to a desired power and a desired pulse width. That is, modulation is performed at the seed light stage of the optical pulse for generating the terahertz wave, and then the power is increased to a required value by an amplifier, and the pulse width is reduced to a required value by a pulse compressor.

従って、AOMやEOMであるON/OFF変調器404により、テラヘルツ波発生用の種光パルスに変調をかける際に、該ON/OFF変調器404の波長分散の効果によりパルス幅が広がったとしても、変調後に上記テラヘルツ波発生用の種光パルスのパルス幅をファイバ圧縮器407にて細くしているので、結果としては、変調済みにも関わらず、パルス幅の細いきれいなフェムト秒レーザの光パルスを出射することができる。よって、テラヘルツ波発生部111に対して細いパルス幅のフェムト秒レーザ光を入射することができ、発生するテラヘルツ波を広帯域にすることができる。すなわち、本実施形態では、テラヘルツ波発生用の光パルスの伝播経路において、ON/OFF変調器404を設け、さらに、該ON/OFF変調器404の、光パルスの進行方向に対して後段にファイバ圧縮器407を設けることで、広帯域テラヘルツ波を発生させるときに致命的となる波長分散の影響を回避することができる。   Therefore, even when the ON / OFF modulator 404, which is an AOM or EOM, modulates the seed light pulse for generating the terahertz wave, even if the pulse width is widened due to the wavelength dispersion effect of the ON / OFF modulator 404. After the modulation, the pulse width of the seed light pulse for generating the terahertz wave is narrowed by the fiber compressor 407. As a result, the optical pulse of a clean femtosecond laser having a narrow pulse width despite being modulated. Can be emitted. Therefore, a femtosecond laser beam having a narrow pulse width can be incident on the terahertz wave generation unit 111, and the generated terahertz wave can be widened. In other words, in the present embodiment, an ON / OFF modulator 404 is provided in the propagation path of the optical pulse for generating the terahertz wave, and further, the fiber of the ON / OFF modulator 404 is disposed downstream of the traveling direction of the optical pulse. By providing the compressor 407, it is possible to avoid the influence of chromatic dispersion, which is fatal when generating a broadband terahertz wave.

また、高強度テラヘルツ波発生のために発生用光パルスの高強度化を行う必要があるが、テラヘルツ波発生用の種光パルスを変調した後に、最終出力とすべき値にパワーを増幅しているので、低パワーの光パルスをON/OFF変調器404に入射させても、最終出力時には所望の高パワーを有するテラヘルツ波発生用光パルスを得ることができる。さらには、増幅前に変調を行うことで、レーザ最終出力を変調する場合に比べて励起レーザのエネルギーを効率的に活用し高強度化を行うことができる。   In addition, it is necessary to increase the intensity of the optical pulse for generation in order to generate a high-intensity terahertz wave. After modulating the seed light pulse for generating the terahertz wave, the power is amplified to the value that should be the final output. Therefore, even if a low-power optical pulse is incident on the ON / OFF modulator 404, a terahertz wave generating optical pulse having a desired high power can be obtained at the final output. Furthermore, by performing modulation before amplification, it is possible to increase the intensity by efficiently using the energy of the excitation laser as compared with the case where the final laser output is modulated.

また、本実施形態では、2つの直交する複屈折軸の一方にテラヘルツ波発生用の種光パルスが入射され、かつ他方にテラヘルツ波検出用の種光パルスが入射される共用ファイバ405に、ファイバ増幅器406およびファイバ圧縮器407を設けている。従って、1つのファイバ増幅器および1つのファイバ圧縮器によって、2つの独立した光パルスであるテラヘルツ波発生用の種光パルスおよびテラヘルツ波検出用の種光パルスの双方に同一の増幅およびパルス圧縮を施すことができる。   In the present embodiment, the terahertz wave generation seed light pulse is incident on one of two orthogonal birefringence axes, and the terahertz wave detection seed light pulse is incident on the other fiber 405. An amplifier 406 and a fiber compressor 407 are provided. Therefore, the same amplification and pulse compression are applied to both the seed light pulse for generating terahertz waves and the seed light pulse for detecting terahertz waves, which are two independent light pulses, by one fiber amplifier and one fiber compressor. be able to.

ところで、一般的にフェムト秒レーザ光パルスの発生には、ドライバ等の比較的大型のコントローラが必要となるため、ロボットアーム等に搭載するような可搬型のテラヘルツ波発生検出装置を実現するためには、軽量化、コンパクト化のため光学ヘッドはコントローラと分離した構成とする場合が多い。一方50fs程度のパルス幅を光ファイバで発生させる際には、各モジュール(発振器、増幅器、圧縮器)間のファイバ長は、一般的に数十cm〜数m程度と短いため、フェムト秒レーザ光パルスをテラヘルツ発生部、テラヘルツア波検出部のすぐ近くまで光ファイバでデリバリを行う構成の場合には、モジュールの一部をコントローラ側におくようなことは難しい。よって、必然的にフェムト秒レーザ光生成部は、光学ヘッドに入れ込む必要がある。この場合、光学ヘッドの軽量化、コンパクト化が困難になる。   By the way, since a relatively large controller such as a driver is generally required to generate femtosecond laser light pulses, in order to realize a portable terahertz wave generation and detection device mounted on a robot arm or the like. In many cases, the optical head is separated from the controller for weight reduction and compactness. On the other hand, when a pulse width of about 50 fs is generated by an optical fiber, since the fiber length between the modules (oscillator, amplifier, compressor) is generally as short as several tens of centimeters to several meters, femtosecond laser light is used. In the case where the pulse is delivered by an optical fiber to the terahertz generator and the terahertz wave detector, it is difficult to place a part of the module on the controller side. Therefore, inevitably, the femtosecond laser light generation unit needs to be inserted into the optical head. In this case, it is difficult to reduce the weight and size of the optical head.

本実施形態では、光ファイバ中の非線形光学効果の一つである“ソリトン伝播”を利用することで、ファイバレーザ発振器403、遅延ラインスキャナ104など比較的大型なモジュールを光学ヘッド402より分離してコントローラ側に収納する構成を取っている。上記ソリトン伝播を用いれば、光ファイバ中を比較的長距離(>10m)にわたってパルス歪を起こさずないしはパルス歪みを低減して伝播させることができるため、光学ヘッド402とコントローラの光学ユニット401との間をつなぐファイバケーブルを実現できる。よって、光学ヘッド402に収納すべきモジュール(部品)を減らすことができる。   In this embodiment, by utilizing “soliton propagation” which is one of the nonlinear optical effects in the optical fiber, relatively large modules such as the fiber laser oscillator 403 and the delay line scanner 104 are separated from the optical head 402. It is configured to be stored on the controller side. By using the above-described soliton propagation, pulse distortion can be propagated in an optical fiber over a relatively long distance (> 10 m) or with reduced pulse distortion, so that the optical head 402 and the optical unit 401 of the controller can be transmitted. A fiber cable can be realized. Therefore, the number of modules (components) that should be stored in the optical head 402 can be reduced.

100、400 テラヘルツ波発生検出装置
101 ファイバレーザ
102 ビームスプリッタ
103、106 強度変調器
104 遅延ラインスキャナ
105 パルス時間間隔調整部
107 偏光ビームコンバイナ
108 ファイバ伝送部
109 偏光ビームスプリッタ
110 パルス時間間隔補正部
111 テラヘルツ波発生部
112 テラヘルツ波検出部
403 ファイバレーザ発振器
404 ON/OFF変調器
405 共用ファイバ
406 ファイバ増幅器
407 ファイバ圧縮器
100, 400 Terahertz wave generation detection device 101 Fiber laser 102 Beam splitter 103, 106 Intensity modulator 104 Delay line scanner 105 Pulse time interval adjustment unit 107 Polarization beam combiner 108 Fiber transmission unit 109 Polarization beam splitter 110 Pulse time interval correction unit 111 Terahertz Wave generator 112 Terahertz wave detector 403 Fiber laser oscillator 404 ON / OFF modulator 405 Shared fiber 406 Fiber amplifier 407 Fiber compressor

Claims (7)

光パルスを発振するレーザ発振手段と、
2つの出射端を有し、前記レーザ発振手段から発振された光パルスを2つに分岐する分岐手段と、
2つの入射端を有し、該2つの入射端のうち一方から入射された第1の直線偏光と、他方から入射された、前記第1の直線偏光と直交する第2の直線偏光とを合成して出射する合成手段と、
前記分岐手段の2つの出射端の一方と前記合成手段の入射端の一方とを光学的に接続する第1の経路であって、前記分岐手段の2つの出射端の一方から出射された光パルスを伝播させ、前記合成手段の一方の入射端に前記第1の直線偏光である光パルスを入射する第1の経路と、
前記分岐手段の2つの出射端の他方と前記合成手段の入射端の他方とを光学的に接続する第2の経路であって、前記分岐手段の2つの出射端の他方から出射された光パルスを伝播させ、前記合成手段の他方の入射端に前記第2の直線偏光である光パルスを入射する第2の経路と、
前記第1の経路および前記第2の経路の少なくとも一方に設けられた遅延手段であって、該遅延手段が設けられた経路を通過する光パルスを所定の遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記第1の経路および前記第2の経路の少なくとも一方に設けられた調整手段であって、前記合成手段にて前記第1の直線偏光である光パルスと前記第2の直線偏光である光パルスとが合成される際に、該合成された第1の直線偏光である光パルスと前記合成された第2の直線偏光である光パルスとが時間的に重ならないように、前記調整手段が設けられた経路を通過する光パルスを一定の遅延時間だけ遅延させる調整手段と、
一方端が前記合成手段の出射端に接続された複屈折を有する偏光保持ファイバであって、前記第1の直線偏光である光パルスが前記偏光保持ファイバの高速軸および低速軸の一方に入射し、前記第2の直線偏光である光パルスが前記高速軸および低速軸の他方に入射するように、前記合成手段に接続されることにより、前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの双方が伝播する偏光保持ファイバと、
2つの出射端を有し、前記偏光保持ファイバの他方端に接続され、該偏光保持ファイバの他方端から入射された前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの一方を、前記2つの出射端の一方から出射し、前記偏光保持ファイバの他方端から入射された前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスの他方を前記2つの出射端の他方から出射する偏光分岐手段と、
前記偏光分岐手段の2つの出射端の一方から出射された光パルスによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記偏光分岐手段の2つの出射端の他方から出射した光パルスと、前記テラヘルツ波発生手段から発生したテラヘルツ波が入射された被測定物から出射されたテラヘルツ波とが入射されるように構成され、前記出射されたテラヘルツ波の検出を行うテラヘルツ波検出手段と、
前記偏光分岐手段の2つの出射端の一方と前記テラヘルツ波発生手段とを光学的に接続する第3の経路と、
前記偏光分岐手段の2つの出射端の他方と前記テラヘルツ波検出手段とを光学的に接続する第4の経路と、
前記第3の経路および前記第4の経路の少なくとも一方に設けられ、前記時間的に重ならない前記第1の直線偏光である光パルスおよび前記第2の直線偏光である光パルスが時間的に重なるようにする補正部と
を備えることを特徴とするテラヘルツ発生検出装置。
Laser oscillation means for oscillating an optical pulse;
A branching unit that has two emission ends and branches the optical pulse oscillated from the laser oscillation unit into two;
The first linearly polarized light incident from one of the two incident ends and the second linearly polarized light incident from the other and orthogonal to the first linearly polarized light are combined. And combining means for emitting,
A first path that optically connects one of the two exit ends of the branching means and one of the entrance ends of the combining means, the optical pulse emitted from one of the two exit ends of the branching means , And a light path that is the first linearly polarized light is incident on one incident end of the combining unit;
A second path for optically connecting the other of the two exit ends of the branching unit and the other of the entrance ends of the combining unit, the optical pulse emitted from the other of the two exit ends of the branching unit And a second path for inputting the light pulse that is the second linearly polarized light to the other incident end of the combining means;
Delay means provided in at least one of the first path and the second path, the delay means for delaying an optical pulse passing through the path provided with the delay means by a predetermined delay time;
Adjusting means provided in at least one of the first path and the second path, wherein the light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the second linearly polarized light in the combining means The adjusting means is provided so that the combined light pulse that is the first linearly polarized light and the light pulse that is the combined second linearly polarized light do not overlap in time. Adjusting means for delaying a light pulse passing through a given path by a certain delay time;
A polarization maintaining fiber having birefringence, one end of which is connected to the output end of the combining means, and the light pulse which is the first linearly polarized light is incident on one of the fast axis and the slow axis of the polarization maintaining fiber. The optical pulse that is the second linearly polarized light is connected to the synthesizing means so that the optical pulse that is the second linearly polarized light is incident on the other of the high-speed axis and the low-speed axis. A polarization-maintaining fiber through which both light pulses that are linearly polarized light propagate,
The light pulse that is the first linearly polarized light and the light that is the second linearly polarized light that has two emission ends, is connected to the other end of the polarization maintaining fiber, and is incident from the other end of the polarization maintaining fiber One of the pulses is emitted from one of the two exit ends, and the other of the optical pulse that is the first linearly polarized light and the optical pulse that is the second linearly polarized light incident from the other end of the polarization maintaining fiber. Polarization branching means for emitting from the other of the two exit ends;
Terahertz wave generating means for generating a terahertz wave by a light pulse emitted from one of the two exit ends of the polarization branching means;
The optical pulse emitted from the other of the two emission ends of the polarization branching unit and the terahertz wave emitted from the object to be measured on which the terahertz wave generated from the terahertz wave generating unit is incident are configured to be incident. Terahertz wave detection means for detecting the emitted terahertz wave;
A third path for optically connecting one of the two exit ends of the polarization splitting means and the terahertz wave generating means;
A fourth path for optically connecting the other of the two exit ends of the polarization splitting means and the terahertz wave detecting means;
The light pulse as the first linearly polarized light and the light pulse as the second linearly polarized light that are provided in at least one of the third path and the fourth path and do not overlap in time overlap in time. A terahertz generation detecting device, comprising: a correction unit configured to do so.
前記第3の経路および前記第4の経路からは、同一の偏光方向の光パルスが出射されることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波発生検出装置。   2. The terahertz wave generation and detection apparatus according to claim 1, wherein light pulses having the same polarization direction are emitted from the third path and the fourth path. 前記偏光保持ファイバと前記偏光分岐手段との間に設けられ、複屈折を有し、自身の高速軸および低速軸に入射した光パルスのパルス幅を細くするファイバ圧縮器であって、前記偏光保持ファイバの高速軸から出射した光パルスが前記ファイバ圧縮器の高速軸に入射し、かつ前記偏光保持ファイバの低速軸から出射した光パルスが前記ファイバ圧縮器の低速軸に入射するように設けられたファイバ圧縮器をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波発生検出装置。   A fiber compressor that is provided between the polarization maintaining fiber and the polarization branching unit and has birefringence and narrows the pulse width of an optical pulse incident on its fast axis and slow axis, and the polarization maintaining A light pulse emitted from the high-speed axis of the fiber is incident on the high-speed axis of the fiber compressor, and a light pulse emitted from the low-speed axis of the polarization maintaining fiber is incident on the low-speed axis of the fiber compressor. The terahertz wave generation detection device according to claim 1, further comprising a fiber compressor. 前記偏光保持ファイバと前記偏光分岐手段との間に設けられ、複屈折を有し、自身の高速軸および低速軸に入射した光パルスのパワーを増幅するファイバ増幅器であって、前記偏光保持ファイバの高速軸から出射した光パルスが前記ファイバ増幅器の高速軸に入射し、かつ前記偏光保持ファイバの低速軸から出射した光パルスが前記ファイバ増幅器の低速軸に入射するように設けられたファイバ増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。   A fiber amplifier that is provided between the polarization maintaining fiber and the polarization branching unit and has birefringence and amplifies the power of an optical pulse incident on its own fast axis and slow axis, A fiber amplifier provided so that an optical pulse emitted from a high-speed axis is incident on the high-speed axis of the fiber amplifier and an optical pulse emitted from the low-speed axis of the polarization maintaining fiber is incident on the low-speed axis of the fiber amplifier; The terahertz wave generation detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the terahertz wave generation detection device is provided. 前記テラヘルツ波発生検出装置は、前記第1の経路から出射した前記第1の直線偏光である光パルスが前記テラヘルツ波発生手段に入射するように構成されており、
前記第1の経路に設けられ、該第1の経路を通過する光パルスに所定の変調をかける変調手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
The terahertz wave generation detection device is configured such that an optical pulse that is the first linearly polarized light emitted from the first path is incident on the terahertz wave generation means,
5. The terahertz wave according to claim 1, further comprising a modulation unit that is provided in the first path and applies predetermined modulation to an optical pulse that passes through the first path. 6. Occurrence detection device.
前記偏光保持ファイバの高速軸に入射した光パルスおよび低速軸に入射した光パルスは共にソリトン伝播することを特徴とする請求項1乃至5にいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生検出装置。   6. The terahertz wave generation detection device according to claim 1, wherein both the light pulse incident on the high-speed axis and the light pulse incident on the low-speed axis of the polarization maintaining fiber propagate solitons. 前記第1の経路に設けられ、該第1の経路から出射した前記第1の直線偏光である光パルスが前記偏光保持ファイバにおいて前記ソリトン伝播するように、前記第1の経路を伝播する光パルスに変調をかける変調手段と、
前記第2の経路に設けられ、該第2の経路から出射した前記第2の直線偏光である光パルスが前記偏光保持ファイバにおいて前記ソリトン伝播するように、前記第2の経路を伝播する光パルスに変調をかける変調手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ波発生検出装置。
An optical pulse that is provided in the first path and propagates through the first path so that an optical pulse that is the first linearly polarized light emitted from the first path propagates through the soliton in the polarization-maintaining fiber. Modulation means for modulating the
An optical pulse that is provided in the second path and propagates through the second path so that an optical pulse that is the second linearly polarized light emitted from the second path propagates through the soliton in the polarization-maintaining fiber. The terahertz wave generation detection device according to claim 6, further comprising: a modulation unit that modulates the signal.
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