JP2014202660A

JP2014202660A - Time-domain spectral instrument, time-domain spectroscopy, and imaging device

Info

Publication number: JP2014202660A
Application number: JP2013080241A
Authority: JP
Inventors: 富樫　孝宏; Takahiro Togashi; 孝宏富樫
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a time-domain spectral instrument and the like, which can utilize excitation light emitted from an excitation light source and generated by wavelength conversion efficiently for generating and detecting a terahertz wave.SOLUTION: The time-domain spectral instrument comprises: an excitation light source 2 outputting first excitation light L1 of a wavelength 1560 nm; a wavelength conversion section 3 converting the first excitation light L1 into second excitation light L2 of a wavelength 780 nm in a predetermined conversion efficiency, outputting the second excitation light L2 that is converted as pump light LP2, and outputting the first excitation light L1 that is not converted as probe light LP1; a generation-side light conduction antenna element 15A generating a terahertz wave Th by the pump light LP2 and irradiating a sample S with the terahertz wave; a detection-side light conduction antenna element 15B detecting the terahertz wave Th passing through the sample S by the probe light LP1.

Description

本発明は、光伝導型の電磁波発生部および電磁波検出部を用いた時間領域分光装置、時間領域分光法およびイメージング装置に関するものである。 The present invention relates to a time domain spectroscopic device, a time domain spectroscopic method, and an imaging device using a photoconductive electromagnetic wave generating unit and an electromagnetic wave detecting unit.

従来、この種の時間領域分光法を用いた測定装置（時間領域分光装置）が知られている（特許文献１参照）。この測定装置は、波長１５６０ｎｍのパルス光を発生するエルビウムドープファイバーレーザーのパルス光光源と、波長１５６０ｎｍのパルス光を波長７８０ｎｍのパルス光に変換する第２次高調波発生部と、波長７８０ｎｍのパルス光を受けて第１テラヘルツ波を発生する第１テラヘルツ波発生源と、波長１５６０ｎｍのパルス光を受けて第２テラヘルツ波を発生する第２テラヘルツ波発生源と、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波とを結合する結合部と、波長７８０ｎｍのパルス光を受けて、測定対象を透過した第１・第２テラヘルツ波を検出する検出部と、を備えている。
パルス光光源からの１５６０ｎｍのパルス光は、偏光ビームスプリッターにより２分割され、一方のパルス光は、第２次高調波発生部に出力され、他方は、ミラーを介して、第２テラヘルツ波発生源に出力される。また、第２次高調波発生部からの７８０ｎｍのパルス光は、偏光ビームスプリッターにより２分割され、一方のパルス光は、第１テラヘルツ波発生源に出力され、他方のパルス光は、ミラーを介して、検出部に出力される。これにより、比較的簡単な構成で、適切な周波数スペクトルを持つテラヘルツ波を発生させ得るようになっている。 Conventionally, a measuring apparatus (time domain spectroscopic apparatus) using this type of time domain spectroscopy is known (see Patent Document 1). This measuring apparatus includes a pulsed light source of an erbium-doped fiber laser that generates pulsed light having a wavelength of 1560 nm, a second harmonic generation unit that converts pulsed light having a wavelength of 1560 nm into pulsed light having a wavelength of 780 nm, and a pulse having a wavelength of 780 nm. A first terahertz wave generating source that receives light to generate a first terahertz wave, a second terahertz wave generating source that receives pulsed light having a wavelength of 1560 nm and generates a second terahertz wave, a first terahertz wave and a second terahertz wave A coupling unit that couples the wave, and a detection unit that receives the pulsed light having a wavelength of 780 nm and detects the first and second terahertz waves transmitted through the measurement target.
The 1560 nm pulsed light from the pulsed light source is divided into two by the polarization beam splitter, one of the pulsed light is output to the second harmonic generation unit, and the other is the second terahertz wave generation source via the mirror. Is output. The 780 nm pulsed light from the second harmonic generation unit is divided into two by a polarization beam splitter, one pulsed light is output to the first terahertz wave generation source, and the other pulsed light passes through a mirror. And output to the detection unit. Thereby, a terahertz wave having an appropriate frequency spectrum can be generated with a relatively simple configuration.

特開２００９−５３０９６号公報JP 2009-53096 A

このような、従来の測定装置（時間領域分光装置）では、第１・第２の２つのテラヘルツ波発生源（発生素子）が必要となると共に、波長１５６０ｎｍのパルス光と波長７８０ｎｍのパルス光とを適切に結合させる必要があり、構造が複雑になる問題があった。
また、第２次高調波発生部により、波長１５６０ｎｍのパルス光を波長７８０ｎｍのパルス光に変換するが、その変換効率に限界があり、その分、波長７８０ｎｍのパルス光の照射強度（励起パワー）が低下する。このため、テラヘルツ波発生源において、十分なパワーのテラヘルツ波を発生させることができない問題があった。 In such a conventional measuring apparatus (time domain spectroscopic apparatus), first and second terahertz wave generation sources (generation elements) are required, and pulse light with a wavelength of 1560 nm and pulse light with a wavelength of 780 nm There is a problem in that the structure is complicated.
In addition, the second harmonic generation unit converts pulse light with a wavelength of 1560 nm into pulse light with a wavelength of 780 nm. However, there is a limit to the conversion efficiency, and accordingly, irradiation intensity (excitation power) of pulse light with a wavelength of 780 nm. Decreases. For this reason, the terahertz wave generation source has a problem that a terahertz wave with sufficient power cannot be generated.

本発明は、変換効率に限界のある第２次高調波発生部から、変換後の波長７８０ｎｍのパルス光と、変換されない波長１５６０ｎｍのパルス光とが出力されることに着目して為されたものであり、励起光光源からの波長変換に伴う励起光を、テラヘルツ波を発生・検出に効率良く使用することができる時間領域分光装置、時間領域分光法およびイメージング装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made by paying attention to the fact that the converted second-order pulse light having the limit of conversion efficiency outputs the converted pulse light having a wavelength of 780 nm and the unconverted pulse light having a wavelength of 1560 nm. It is an object of the present invention to provide a time domain spectroscopic device, a time domain spectroscopic method, and an imaging device that can efficiently use terahertz waves for generating and detecting terahertz waves using wavelength conversion from an excitation light source. .

本発明の時間領域分光装置は、第１波長の第１励起光を出力する励起光光源と、励起光光源から入力した第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、変換した第２励起光をポンプ光として出力すると共に変換されなかった第１励起光をプローブ光として出力する波長変換部と、波長変換部から入力したポンプ光により、電磁波を発生させると共に発生した電磁波をターゲットに照射する光伝導型の電磁波発生部と、波長変換部から入力したプローブ光により、ターゲットを透過または反射した電磁波を検出する光伝導型の電磁波検出部と、を備えたことを特徴とする。 The time domain spectroscopic device according to the present invention includes a pumping light source that outputs a first pumping light having a first wavelength, and a first pumping light that is input from the pumping light source and having a second wavelength shorter than the first wavelength with a predetermined conversion efficiency. A wavelength converting unit that converts the second pumping light into a second pumping light, outputs the converted second pumping light as pump light, and outputs the first pumping light that has not been converted as probe light, and pump light input from the wavelength converting unit. , A photoconductive electromagnetic wave generator that emits an electromagnetic wave and irradiates the target with the generated electromagnetic wave, and a photoconductive electromagnetic wave detector that detects the electromagnetic wave transmitted or reflected by the target by the probe light input from the wavelength converter And.

本発明において、励起光光源は、中心波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光であることが好ましい。 In the present invention, the excitation light source is preferably pulsed laser light having a center wavelength of 1560 nm.

本発明において、励起光光源が、エルビウムドープファイバーレーザーで構成されていることが好ましい。 In the present invention, the excitation light source is preferably composed of an erbium-doped fiber laser.

本発明において、波長変換部は、入力した第１波長λの第１励起光を第２波長λ／２の第２励起光に変換する第２次高調波発生部と、第１励起光と第２励起光とを分離し、これらをポンプ光およびプローブ光として出力する光分離部と、を有していることが好ましい。 In the present invention, the wavelength conversion unit includes a second harmonic generation unit that converts the input first excitation light having the first wavelength λ into second excitation light having the second wavelength λ / 2, the first excitation light, It is preferable to have a light separation unit that separates the two excitation lights and outputs them as pump light and probe light.

本発明において、第２次高調波発生部が、非線形光学結晶で構成され、光分離部が、第１励起光を透過し第２励起光を反射するダイクロイックミラーで構成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the second harmonic generation unit is configured by a nonlinear optical crystal, and the light separation unit is configured by a dichroic mirror that transmits the first excitation light and reflects the second excitation light.

本発明において、非線形光学結晶が、厚さ０．２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下のＰＰＬＮで構成されていることが好ましい。なお、「ＰＰＬＮ」とは、周期的分極反転型ＬｉＮｂＯ₃である。 In the present invention, the nonlinear optical crystal is preferably composed of PPLN having a thickness of 0.2 mm or more and 15 mm or less. Note that “PPLN” is a periodically poled LiNbO ₃ .

本発明において、電磁波発生部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることが好ましい。 In the present invention, the electromagnetic wave generator preferably has a photoconductive antenna element having a photoconductive film of LT-GaAs.

本発明において、電磁波検出部は、光伝導膜をＬＴ−ＧａＡｓとする光伝導アンテナ素子を有していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the electromagnetic wave detection unit has a photoconductive antenna element whose photoconductive film is LT-GaAs.

本発明の時間領域分光法は、励起光光源から入力した第１波長の第１励起光を、所定の変換効率で第１波長より短い第２波長の第２励起光に変換し、変換した第２励起光をポンプ光として、光伝導型の電磁波発生部に出力すると共に、変換されなかった第１励起光をプローブ光として、光伝導型の電磁波検出部に出力することを特徴とする。 According to the time domain spectroscopy of the present invention, the first excitation light having the first wavelength input from the excitation light source is converted into the second excitation light having the second wavelength shorter than the first wavelength with a predetermined conversion efficiency. The second excitation light is output as a pump light to a photoconductive electromagnetic wave generation unit, and the first excitation light that has not been converted is output as a probe light to a photoconductive electromagnetic wave detection unit.

本発明のイメージング装置は、上記した時間領域分光装置を備えたことを特徴とする。 The imaging apparatus of the present invention includes the above-described time domain spectroscopic apparatus.

実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a terahertz imaging apparatus according to an embodiment. ＰＰＬＮにおける厚みとパルス幅の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the thickness and pulse width in PPLN. 時間領域分光法において、励起光と光伝導膜との組み合わせによるテラヘルツ強度特性の測定結果を表した図である。In time domain spectroscopy, it is a figure showing the measurement result of the terahertz intensity characteristic by the combination of excitation light and a photoconductive film. 光伝導アンテナ素子の斜視図である。It is a perspective view of a photoconductive antenna element.

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る時間領域分光装置および時間領域分光法を適用したテラヘルツイメージング装置について説明する。このテラヘルツイメージング装置は、時間領域分光法を応用したものであり、パルスレーザー光によりテラヘルツ波を発生させ、このテラヘルツ波を、サンプルを透過させた後に検出し、その検出結果から、サンプルのテラヘルツ波によるイメージングや材料分析等の分光分析を実施するものである。なお、この場合のテラヘルツ波は、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波は元より、数十ＧＨｚ〜数百ＴＨｚの電磁波をも含むものである。 Hereinafter, a terahertz imaging apparatus to which a time domain spectroscopic device and a time domain spectroscopic method according to an embodiment of the present invention are applied will be described with reference to the accompanying drawings. This terahertz imaging device applies time-domain spectroscopy, generates terahertz waves with pulsed laser light, detects the terahertz waves after passing through the sample, and detects the terahertz waves of the sample from the detection results. To perform spectroscopic analysis such as imaging and material analysis. In addition, the terahertz wave in this case includes not only electromagnetic waves of 0.1 THz to 10 THz but also electromagnetic waves of several tens GHz to several hundreds THz.

本実施形態のテラヘルツイメージング装置において、その主体を為す時間領域分光装置（時間領域分光法）は、ａ通信用に用いる比較的安価な波長１５６０ｎｍのレーザー光源を用いること、ｂ光伝導アンテナ素子を用いた場合、波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光では、十分なダイナミックレンジが得られないこと、ｃ十分なダイナミックレンジを得るべく、波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光を波長７８０ｎｍのパルスレーザー光に変換すると、変換に用いるＳＨＧ（第２次高調波発生）では、変換効率に限界があり、励起光（パルスレーザー光）の照射強度が低下すること、ｄ変換効率に限界があるＳＨＧでは、変換後の波長７８０ｎｍのパルスレーザー光の他に、変換されなかった波長１５６０ｎｍのパルスレーザー光が出力されること等、を考慮して構成されている。 In the terahertz imaging apparatus of the present embodiment, the time domain spectroscopic apparatus (time domain spectroscopic method) which is the main component uses a relatively inexpensive laser light source with a wavelength of 1560 nm used for communication, and uses a b photoconductive antenna element. If the pulse laser beam having a wavelength of 1560 nm cannot be obtained with a pulsed laser beam having a wavelength of 1560 nm, the pulse laser beam having a wavelength of 1560 nm is converted into a pulsed laser beam having a wavelength of 780 nm in order to obtain a sufficient dynamic range. In SHG (second harmonic generation), there is a limit in conversion efficiency, the irradiation intensity of excitation light (pulse laser light) decreases, and in SHG, where d conversion efficiency is limited, a pulse with a wavelength of 780 nm after conversion In addition to laser light, pulse laser light with a wavelength of 1560 nm that was not converted was output. Rukoto the like, and is configured in consideration of the.

図１は、テラヘルツイメージング装置の構成図である。同図に示すように、テラヘルツイメージング装置１は、フェムト秒レーザーである中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１（パルスレーザー光）を発生・出力する励起光光源２と、励起光光源２から入力した第１励起光Ｌ１を、所定の変換効率で中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２（パルスレーザー光）に変換し、変換した第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２として出力すると共に変換されなかった第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として出力する波長変換部３と、波長変換部３から入力したポンプ光ＬＰ２により、テラヘルツ波を発生させてサンプルＳ（ターゲット）に照射するテラヘルツ波発生部４（電磁波発生部）と、波長変換部３から入力したプローブ光ＬＰ１により、サンプルＳを透過したテラヘルツ波Ｔｈを検出するテラヘルツ波検出部５（電磁波検出部）と、を備えている。 FIG. 1 is a configuration diagram of a terahertz imaging apparatus. As shown in the figure, the terahertz imaging apparatus 1 is input from an excitation light source 2 that generates and outputs a first excitation light L1 (pulse laser light) having a center wavelength of 1560 nm, which is a femtosecond laser, and the excitation light source 2 The first pumping light L1 is converted into second pumping light L2 (pulse laser light) having a center wavelength of 780 nm with a predetermined conversion efficiency, and the converted second pumping light L2 is output as pump light LP2 and is not converted. A terahertz wave generating unit 4 (electromagnetic wave) that generates a terahertz wave by irradiating the sample S (target) with a wavelength converting unit 3 that outputs one excitation light L1 as probe light LP1 and pump light LP2 input from the wavelength converting unit 3 Generator) and the probe light LP1 input from the wavelength converter 3 detects the terahertz wave Th transmitted through the sample S. Wave detection unit 5 (the electromagnetic wave detection unit), and a.

波長変換部３は、第１励起光Ｌ１を第２励起光Ｌ２に変換する第２次高調波発生部６と、第１励起光Ｌ１と第２励起光Ｌ２とを分離し、第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２として出力すると共に第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として出力する光分離部７と、を有している。 The wavelength conversion unit 3 separates the second harmonic generation unit 6 that converts the first pumping light L1 into the second pumping light L2, the first pumping light L1 and the second pumping light L2, and the second pumping light. And a light separation unit 7 that outputs L2 as pump light LP2 and outputs first excitation light L1 as probe light LP1.

また、テラヘルツイメージング装置１は、プローブ光ＬＰ１の光路である検出側光路１１に介設され、テラヘルツ波検出部５に入射するプローブ光ＬＰ１を遅延させる遅延光学系１２と、ポンプ光ＬＰ２の光路およびこれに続くテラヘルツ波Ｔｈの光路を合わせた発生側光路１３に介設され、波長変換部３から出力されたポンプ光ＬＰ２を適宜反射してテラヘルツ波発生部４に導く複数の反射鏡１４と、を備えている。そして、テラヘルツ波発生部４およびテラヘルツ波検出部５は、発生側光路１３の光路長と、検出側光路１１の光路長とが略同一になるように配置されている。 The terahertz imaging apparatus 1 is interposed in a detection-side optical path 11 that is an optical path of the probe light LP1, and delays the probe light LP1 incident on the terahertz wave detection unit 5, an optical path of the pump light LP2, and A plurality of reflecting mirrors 14 that are interposed in the generation side optical path 13 that combines the optical paths of the terahertz waves Th that follow, and that appropriately reflect the pump light LP2 output from the wavelength conversion unit 3 and guide it to the terahertz wave generation unit 4; It has. The terahertz wave generation unit 4 and the terahertz wave detection unit 5 are arranged such that the optical path length of the generation side optical path 13 and the optical path length of the detection side optical path 11 are substantially the same.

さらに、テラヘルツイメージング装置１は、テラヘルツ波発生部４の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａに所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路１７と、テラヘルツ波検出部５の検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに発生した電流を検出して処理する信号処理回路１８と、を備えている。そして、詳細は後述するが、この信号処理回路１８により、イメージング処理や材料分析等の分光分析処理が行われる。 Further, the terahertz imaging apparatus 1 generates a bias power supply circuit 17 that applies a predetermined bias voltage to the generation-side photoconductive antenna element 15A of the terahertz wave generation unit 4 and a detection-side photoconductive antenna element 15B of the terahertz wave detection unit 5. And a signal processing circuit 18 for detecting and processing the detected current. Although details will be described later, the signal processing circuit 18 performs spectral analysis processing such as imaging processing and material analysis.

励起光光源２は、フェムト秒オーダーのバルス幅を有する第１励起光Ｌ１（パルスレーザー光）を発振し照射するものであり、例えばエルビウムドープファイバーレーザーで構成されている。発生する第１励起光Ｌ１は、中心波長１５６０ｎｍであり、偏光されたレーザー光として波長変換部３に照射される。 The excitation light source 2 oscillates and irradiates first excitation light L1 (pulse laser light) having a pulse width on the order of femtoseconds, and is composed of, for example, an erbium-doped fiber laser. The generated first excitation light L1 has a center wavelength of 1560 nm and is irradiated to the wavelength conversion unit 3 as polarized laser light.

波長変換部３は、入力した中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１を、中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２（パルスレーザー光）に変換する第２次高調波発生部６（ＳＨＧ）と、第１励起光Ｌ１と第２励起光Ｌ２とを分離し、それぞれプローブ光ＬＰ１およびポンプ光ＬＰ２として出力する光分離部７と、を有している。光分離部７は、例えば第１励起光Ｌ１を透過し第２励起光Ｌ２を反射するダイクロイックミラーで構成されている。 The wavelength converter 3 includes a second harmonic generation unit 6 (SHG) that converts the input first excitation light L1 having a center wavelength of 1560 nm into second excitation light L2 (pulse laser light) having a center wavelength of 780 nm, The optical separation unit 7 separates the first excitation light L1 and the second excitation light L2 and outputs them as the probe light LP1 and the pump light LP2, respectively. The light separation unit 7 is configured by, for example, a dichroic mirror that transmits the first excitation light L1 and reflects the second excitation light L2.

第２次高調波発生部６は、非線形光学結晶で構成され、第１励起光Ｌ１との光学的な相互作用により、第１励起光Ｌ１の波長の１／２の波長を持つ第２励起光Ｌ２を発生させる。すなわち、中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１を、中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２に変換する。そして、実施形態の非線形光学結晶は、例えばＰＰＬＭ（周期的分極反転型ＬｉＮｂＯ₃）で構成されている。 The second harmonic generation unit 6 is composed of a nonlinear optical crystal and has a second excitation light having a wavelength that is ½ of the wavelength of the first excitation light L1 due to optical interaction with the first excitation light L1. L2 is generated. That is, the first excitation light L1 having a center wavelength of 1560 nm is converted into the second excitation light L2 having a center wavelength of 780 nm. The nonlinear optical crystal of the embodiment is made of, for example, PPLM (periodic polarization inversion type LiNbO ₃ ).

詳細は後述するが、ＰＰＬＭ（非線形光学結晶）の変換効率には限界があり、第２次高調波発生部６からは、変換された中心波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２と、変換されない中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１とが出力される。そこで、本実施形態では、この変換されなかった中心波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１も、有効に利用するようにしている。すなわち、光分離部７（ダイクロイックミラー）は、この変換された第２励起光Ｌ２を反射しポンプ光ＬＰ２とし出力する一方、変換されなかった第１励起光Ｌ１を透過しプローブ光ＬＰ１として出力するようにしている。 Although details will be described later, there is a limit to the conversion efficiency of PPLM (nonlinear optical crystal), and from the second harmonic generation unit 6, the converted second excitation light L2 having a center wavelength of 780 nm and the unconverted center wavelength 1560 nm 1st excitation light L1 is output. Therefore, in the present embodiment, the first excitation light L1 having a center wavelength of 1560 nm that has not been converted is also effectively used. That is, the light separation unit 7 (dichroic mirror) reflects the converted second excitation light L2 and outputs it as pump light LP2, while transmitting the unconverted first excitation light L1 and outputs it as probe light LP1. I am doing so.

図３は、非線形光学結晶であるＰＰＬＭにおける厚みとパルス幅の関係を表した図である。同図に示すように、ＰＰＬＭ（ＬｉＮｂＯ₃）が厚くなると、透過後の第１励起光Ｌ１および第２励起光Ｌ２のパルス幅が広くなる。実質的には、パルス幅が１００ｆｓ以下でないと、発生・検出可能なテラヘルツ波Ｔｈの帯域が狭くなる弊害が生ずる。そこで、ＰＰＬＭを厚さ０．２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下とすることが好ましい。ＰＰＬＭは、厚みを増すことで変換効率が高くなるが、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂとの組み合わせを考慮すると、上記のように厚みが制限され、変換効率も比較的低い状態で使用することとなる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness and the pulse width in PPLM which is a nonlinear optical crystal. As shown in the figure, when PPLM (LiNbO ₃ ) becomes thicker, the pulse widths of the first excitation light L1 and the second excitation light L2 after transmission become wider. In practice, if the pulse width is not 100 fs or less, there is a problem that the band of the terahertz wave Th that can be generated and detected becomes narrow. Therefore, it is preferable that the PPLM has a thickness of 0.2 mm or more and 15 mm or less. PPLM increases the conversion efficiency by increasing the thickness, but considering the combination of the generation side photoconductive antenna element 15A and the detection side photoconductive antenna element 15B, the thickness is limited as described above, and the conversion efficiency is also compared. It will be used in a low state.

そこで、実施形態では、変換効率を略５０％となるように、ＰＰＬＭの厚みを調整し、第２次高調波発生部６から出力される第１励起光Ｌ１のパワーが略５０％、第２励起光Ｌ２のパワーが略５０％となるようにしている。 Therefore, in the embodiment, the thickness of the PPLM is adjusted so that the conversion efficiency is approximately 50%, and the power of the first excitation light L1 output from the second harmonic generation unit 6 is approximately 50%, the second The power of the excitation light L2 is set to about 50%.

図１に示すように、遅延光学系１２は、一対の可動鏡２１と、一対の可動鏡２１を進退させるアクチュエータ２２（可動ステージ）と有し、テラヘルツ波検出部５に入射するプローブ光ＬＰ１を遅延させる。すなわち、ポンプ光ＬＰ２に対し、プローブ光ＬＰ１を光学的に光遅延させる。なお、上記した発生側光路１３の光路長と検出側光路１１の光路長とが略同一となるのは、厳密には遅延光学系１２がホームポジション（デフォルト位置）にある場合である。 As shown in FIG. 1, the delay optical system 12 includes a pair of movable mirrors 21 and an actuator 22 (movable stage) that moves the pair of movable mirrors 21 forward and backward, and receives probe light LP1 incident on the terahertz wave detection unit 5. Delay. That is, the probe light LP1 is optically delayed with respect to the pump light LP2. The optical path length of the generation side optical path 13 and the optical path length of the detection side optical path 11 described above are substantially the same when the delay optical system 12 is at the home position (default position).

テラヘルツ波発生部４と、テラヘルツ波検出部５とは同一の構造を有し、サンプルＳを挟むようにして、逆向きの姿勢で対峙している。
テラヘルツ波発生部４は、ポンプ光ＬＰ２が照射される発生側光伝導アンテナ素子１５Ａと、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａで発生したテラヘルツ波Ｔｈをそれぞれ取り出すためのコリメートレンズ（図示省略）と、コリメートレンズで取り出したテラヘルツ波Ｔｈを集束する集束レンズ２４ａと、を有している。 The terahertz wave generation unit 4 and the terahertz wave detection unit 5 have the same structure, and face each other in opposite postures with the sample S interposed therebetween.
The terahertz wave generation unit 4 includes a generation-side photoconductive antenna element 15A irradiated with the pump light LP2, a collimator lens (not shown) for extracting the terahertz wave Th generated by the generation-side photoconductive antenna element 15A, and a collimator And a focusing lens 24a for focusing the terahertz wave Th taken out by the lens.

同様に、テラヘルツ波検出部５は、プローブ光ＴＰ１が照射される検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂと、サンプルＳを透過して空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈ（２次テラヘルツ波）をそれぞれ集束する集束レンズ２４ｂと、集束されたテラヘルツ波Ｔｈを検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに取り込むためのコリメートレンズ（図示省略）と、を有している。 Similarly, the terahertz wave detection unit 5 focuses the detection-side photoconductive antenna element 15B irradiated with the probe light TP1 and the terahertz wave Th (second-order terahertz wave) that is transmitted through the sample S and is spatially modulated. The lens 24b and a collimator lens (not shown) for taking the focused terahertz wave Th into the detection-side photoconductive antenna element 15B.

ところで、本願の出願人は、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１の波長と、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂのそれぞれの光伝導膜４３（図４参照：後述する）の材質との組み合わせにより、テラヘルツ強度特性が異なることを見出した。
図３は、励起光と光伝導膜４３との組み合わせによるテラヘルツ強度特性の測定結果を表した図である。同図において、「エミッタ」は、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ（光伝導膜４３）を意味し、「ディテクタ」は、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂ（光伝導膜４３）を意味している。また、「光源」は、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１（同一波長）を意味している。 By the way, the applicant of the present application describes the wavelengths of the pump light LP2 and the probe light LP1, and the respective photoconductive films 43 of the generation side photoconductive antenna element 15A and the detection side photoconductive antenna element 15B (see FIG. 4, which will be described later). It was found that the terahertz strength characteristics differ depending on the combination with the material.
FIG. 3 is a diagram showing the measurement result of the terahertz intensity characteristics by the combination of the excitation light and the photoconductive film 43. In the figure, “emitter” means the generation side photoconductive antenna element 15A (photoconductive film 43), and “detector” means the detection side photoconductive antenna element 15B (photoconductive film 43). “Light source” means pump light LP2 and probe light LP1 (same wavelength).

図３に示すように、ａのケースは、光源：７８０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたもの、ｂのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたもの、ｃのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたもの、ｄのケースは、光源：１５６０ｎｍ、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたものである。この場合、テラヘルツ強度特性は、ａ＞ｄ＞ｂ＞ｃの順で良好となる。 As shown in FIG. 3, a case is a light source: 780 nm, emitter: LT-GaAs, detector: LT-GaAs, and b case is a light source: 1560 nm, emitter: LT-InGaAs, detector: LT-. Case made of InGaAs, case c: light source: 1560 nm, emitter: LT-GaAs, detector: LT-InGaAs, case d: light source: 1560 nm, emitter: LT-InGaAs, detector: LT-GaAs It is a thing. In this case, the terahertz strength characteristics are favorable in the order of a> d> b> c.

すなわち、テラヘルツ強度特性において、光源：７８０ｎｍとしたときに、エミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたａが、最も優れている。また、光源：１５６０ｎｍとしたときには、エミッタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓ、ディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたｄが、優れている。一方、光源：１５６０ｎｍとしたときに、ディテクタ：ＬＴ−ＩｎＧａＡｓとしたｂおよびｃは、ａおよびｄに対し劣り、特にエミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓとしたｃは、最も劣っている。 That is, in the terahertz intensity characteristics, when the light source is 780 nm, the emitter a: LT-GaAs and detector: LT-GaAs are the most excellent. Further, when the light source is 1560 nm, the emitter d LT-InGaAs and the detector LT LTGaAs are excellent. On the other hand, when the light source is 1560 nm, the detectors LT and InGaAs b and c are inferior to a and d, and the emitter c and LT-GaAs are most inferior.

この測定結果を考察するに、ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップは１．４２ｅＶであるため、８５０ｎｍより波長の長い励起光では、光伝導膜４３を励起できない。一方、ＬＴ−ＧａＡｓは、不純物順位があるため、不純物順位を介して波長１５６０ｎｍの励起光でも、光伝導膜４３を励起できると考えられる。但し、その確率は低いため、波長７８０ｎｍの励起光で励起した場合に比して、テラヘルツ強度特性が劣るものとなる。また、波長１５６０ｎｍの励起光が、テラヘルツ強度特性の向上に最も寄与するのは、上記のｄで明らかにように、ＬＴ−ＧａＡｓをディテクタに用いたときである。 Considering this measurement result, since the energy band gap of GaAs is 1.42 eV, the photoconductive film 43 cannot be excited by excitation light having a wavelength longer than 850 nm. On the other hand, since LT-GaAs has an impurity order, it is considered that the photoconductive film 43 can be excited by excitation light having a wavelength of 1560 nm through the impurity order. However, since the probability is low, the terahertz intensity characteristic is inferior to the case where excitation is performed with excitation light having a wavelength of 780 nm. Further, the excitation light having a wavelength of 1560 nm contributes most to the improvement of the terahertz intensity characteristics when LT-GaAs is used as a detector as clearly shown in the above d.

したがって、ポンプ光ＬＰ２およびプローブ光ＬＰ１の、一方を波長７８０ｎｍとし他方を波長１５６０ｎｍとする場合（励起光の有効利用）において、ポンプ光ＬＰ２を波長７８０ｎｍとしエミッタ：ＬＴ−ＧａＡｓとすると共に、プローブ光ＬＰ１を波長１５６０ｎｍとしディテクタ：ＬＴ−ＧａＡｓとすることが、最も適切と考えられる。そこで、詳細は後述するが、本実施形態の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにおいて、いずれもその光伝導膜４３をＬＴ−ＧａＡｓで構成している。すなわち、本実施形態のテラヘルツイメージング装置１（時間領域分光装置）では、同一の２つの光伝導アンテナ素子を、一方は発生側光伝導アンテナ素子１５Ａとし、他方は検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂとして組み込んでいる。 Therefore, when one of the pump light LP2 and the probe light LP1 has a wavelength of 780 nm and the other has a wavelength of 1560 nm (effective use of excitation light), the pump light LP2 has a wavelength of 780 nm and the emitter is LT-GaAs, and the probe light It is considered most appropriate to set LP1 to a wavelength of 1560 nm and a detector: LT-GaAs. Therefore, as will be described in detail later, in both the generation side photoconductive antenna element 15A and the detection side photoconductive antenna element 15B of the present embodiment, the photoconductive film 43 is made of LT-GaAs. That is, in the terahertz imaging device 1 (time domain spectroscopic device) of the present embodiment, the same two photoconductive antenna elements are incorporated as the generation side photoconductive antenna element 15A and the other as the detection side photoconductive antenna element 15B. It is out.

図４は、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ（検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂ）の斜視図である。同図に示すように、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａは、基板４１と、基板４１上に形成されたバッファ層４２と、バッファ層４２上に形成された光伝導膜４３と、光伝導膜４３上に形成されたダイポール型のアンテナ４４と、を備えている。基板４１は、ＳＩ−ＧａＡｓ（半絶縁性ガリウム砒素）、Ｓｉ（シリコン）、ＩｎＰ（インジウムガリウム砒素）等で構成されている。バッファ層４２は、基板４１上にエピタキシャル成長させた薄膜であり、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等により構成されている。また、光伝導膜４３は、バッファ層４２を介して基板４１上に低温でエピタキシャル成長させたものであり、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ガリウム砒素）で構成されている。 FIG. 4 is a perspective view of the generation side photoconductive antenna element 15A (detection side photoconductive antenna element 15B). As shown in the figure, the generation side photoconductive antenna element 15A includes a substrate 41, a buffer layer 42 formed on the substrate 41, a photoconductive film 43 formed on the buffer layer 42, and a photoconductive film 43. And a dipole antenna 44 formed thereon. The substrate 41 is made of SI-GaAs (semi-insulating gallium arsenide), Si (silicon), InP (indium gallium arsenide), or the like. The buffer layer 42 is a thin film epitaxially grown on the substrate 41, and is made of GaAs (gallium arsenide) or the like. The photoconductive film 43 is epitaxially grown on the substrate 41 through the buffer layer 42 at a low temperature, and is made of LT-GaAs (low temperature grown gallium arsenide).

一方、アンテナ４４は、相互に平行に配置した一対の伝送線路４６を有しており、光伝導膜４３上にフォトグラフィプロセスにより成膜されている。一対の伝送線路４６は、その中間部に内側に延設した電極部４７をそれぞれ有しており、相互の電極部４７は、所定のギャップを存して対向配置されている。そして、このギャップ部分には、ポンプ光ＬＰ２がスポット照射される。なお、アンテナ４４の形式は、ダイポール型の他、ボウタイ型、ストリップライン型、スパイラル型等であってもよい。 On the other hand, the antenna 44 has a pair of transmission lines 46 arranged in parallel to each other, and is formed on the photoconductive film 43 by a photolithography process. Each of the pair of transmission lines 46 has an electrode portion 47 extending inwardly at an intermediate portion thereof, and the mutual electrode portions 47 are arranged to face each other with a predetermined gap. The gap light is spot-irradiated with pump light LP2. The form of the antenna 44 may be a bow tie type, a stripline type, a spiral type or the like in addition to the dipole type.

バイアス電源回路１７により、相互の電極部４７間に所定のバイアス電圧を印加しておいて、アンテナ４４のギャップ部分に、ポンプ光ＬＰ２を照射すると、光伝導膜４３に光励起キャリア（電子および正孔）が生成され、且つ電極部４７間の電圧（電界）で光励起キャリアが加速されて瞬時電流が流れる。このパルス状電流の時間変動（超高速電流変調）によりテラヘルツ波Ｔｈ（厳密にはテラヘルツパルス波）が発生し、誘電率の大きい基板４１側に強く放射される。このように電流変調されたテラヘルツ波Ｔｈは、コリメートレンズによりコリメートされ、更に集束レンズ２４ａにより集束されてサンプルＳに達する（図１参照）。 When a predetermined bias voltage is applied between the electrode portions 47 by the bias power supply circuit 17 and the gap light of the antenna 44 is irradiated with the pump light LP2, the photoconductive film 43 is irradiated with photoexcited carriers (electrons and holes). ) Is generated, and the photoexcited carriers are accelerated by the voltage (electric field) between the electrode portions 47, and an instantaneous current flows. A terahertz wave Th (strictly, a terahertz pulse wave) is generated by the time fluctuation (ultra-high-speed current modulation) of the pulse current, and is strongly radiated toward the substrate 41 having a large dielectric constant. The current-modulated terahertz wave Th is collimated by the collimating lens and further focused by the focusing lens 24a to reach the sample S (see FIG. 1).

同様に、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂは、基板４１と、基板４１上に形成されたバッファ層４２と、バッファ層４２上に形成された光伝導膜４３と、光伝導膜４３上に形成されたダイポール型のアンテナ４４と、を備えている（図４参照）。 Similarly, the detection-side photoconductive antenna element 15B is formed on the substrate 41, the buffer layer 42 formed on the substrate 41, the photoconductive film 43 formed on the buffer layer 42, and the photoconductive film 43. And a dipole antenna 44 (see FIG. 4).

サンプルＳを透過して空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈを基板４１側から入射させた状態で、相互の電極部４７間にプローブ光ＬＰ１を照射し、光伝導膜４３を励起すると、電極部４７間に瞬時電流が流れる。そして、上記の遅延光学系１２によりポンプ光ＬＰ２に対しプローブ光ＬＰ１を段階的に遅延させると、信号処理回路１８により、瞬時電流の時間変動、すなわち空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈの時間波形が計測される（図１参照）。 When the terahertz wave Th that has been transmitted through the sample S and is spatially modulated is incident from the substrate 41 side, the probe light LP1 is irradiated between the electrode portions 47 to excite the photoconductive film 43. Instantaneous current flows. Then, when the probe light LP1 is delayed stepwise with respect to the pump light LP2 by the delay optical system 12, the signal processing circuit 18 measures the temporal fluctuation of the instantaneous current, that is, the time waveform of the spatially modulated terahertz wave Th. (See FIG. 1).

次に、図１を参照して、テラヘルツイメージング装置１の動作にいて簡単に説明する。同図において、遅延光学系１２をホームポジションに移動させると共に、バイアス電源回路１７を駆動して、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａにバイアス電圧を印加しておく。この状態で、励起光光源２を駆動し、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａにポンプ光ＬＰ２（波長７８０ｎｍの第２励起光Ｌ２）を照射すると共に、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにプローブ光ＬＰ１（波長１５６０ｎｍの第１励起光Ｌ１）を照射する。 Next, the operation of the terahertz imaging apparatus 1 will be briefly described with reference to FIG. In the figure, the delay optical system 12 is moved to the home position, and the bias power supply circuit 17 is driven to apply a bias voltage to the generation side photoconductive antenna element 15A. In this state, the excitation light source 2 is driven, the generation side photoconductive antenna element 15A is irradiated with the pump light LP2 (second excitation light L2 having a wavelength of 780 nm), and the detection side photoconductive antenna element 15B is probed with the probe light LP1 ( The first excitation light L1) having a wavelength of 1560 nm is irradiated.

これにより、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａではテラヘルツ波Ｔｈが発生し、発生したテラヘルツ波Ｔｈは、サンプルＳを透過し、いわゆる空間変調された状態で、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂに入射する。そして、空間変調されたテラヘルツ波Ｔｈの測定では、同じ波形のテラヘルツ波Ｔｈが数１０ＭＨｚ（パルスレーザー光としてのポンプ光ＬＰ２）の繰り返しで到来することから、遅延光学系１２によりポンプ光ＬＰ２とプローブ光ＬＰ１との間で光学的に光遅延させる。 As a result, a terahertz wave Th is generated in the generation-side photoconductive antenna element 15A, and the generated terahertz wave Th passes through the sample S and enters the detection-side photoconductive antenna element 15B in a so-called spatially modulated state. In the measurement of the spatially modulated terahertz wave Th, since the terahertz wave Th having the same waveform arrives at a repetition of several tens of MHz (pump light LP2 as pulse laser light), the delay optical system 12 uses the pump light LP2 and the probe. Optically delays with the light LP1.

ここで、信号処理回路１８では、テラヘルツ波Ｔｈの強度を得るだけでなく、テラヘルツ波Ｔｈの波形を時間分解計測し、その波形をフーリエ変換することにより、周波数毎の振幅と位相とを得る。これにより、サンプルＳの部分的（厚み方向の含む）な、物理的・化学的性質を探るための分析情報（分光分析情報）やテラヘルツ波Ｔｈのイメージング情報を得る。 Here, the signal processing circuit 18 obtains not only the intensity of the terahertz wave Th but also the time-resolved measurement of the waveform of the terahertz wave Th and Fourier transforms the waveform to obtain the amplitude and phase for each frequency. As a result, analysis information (spectral analysis information) and imaging information of the terahertz wave Th for searching for physical and chemical properties of the sample S (including the thickness direction) are obtained.

以上のように本実施形態では、発生する第１励起光Ｌ１および第２励起光Ｌ２のパルス幅の関係で、第２次高調波発生部６を構成する非線形光学結晶（ＰＰＬＭ）の厚みに制限（変換効率に限界）があるため、第２次高調波発生部６から変換された第２励起光Ｌ２と共に変換されない第１励起光Ｌ１が発生する。この点に鑑みて、第２励起光Ｌ２をポンプ光ＬＰ２とし、第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として活用するようにしている。 As described above, in the present embodiment, the thickness of the nonlinear optical crystal (PPLM) constituting the second harmonic generation unit 6 is limited by the relationship between the pulse widths of the generated first excitation light L1 and second excitation light L2. Since there is a limit in conversion efficiency, the first excitation light L1 that is not converted is generated together with the second excitation light L2 converted from the second harmonic generation unit 6. In view of this point, the second excitation light L2 is used as the pump light LP2, and the first excitation light L1 is used as the probe light LP1.

これにより、励起光光源２を、コンパクトで安価に構成することができる。また、第１励起光Ｌ１をプローブ光ＬＰ１として活用するため、励起光の利用効率を向上させることができる。これにより、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａから十分なパワーのテラヘルツ波Ｔｈを発生させることができ、且つサンプルＳを透過（反射でも可）させた後の２次のテラヘルツ波Ｔｈを、検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂによって精度良く検出することができる。すなわち、サンプルＳのテラヘルツ波イメージングや、サンプルＳ各部の分光分析等を適切に行うことができる。 Thereby, the excitation light source 2 can be configured in a compact and inexpensive manner. Further, since the first excitation light L1 is utilized as the probe light LP1, the utilization efficiency of the excitation light can be improved. As a result, a terahertz wave Th with sufficient power can be generated from the generation-side photoconductive antenna element 15A, and the second-order terahertz wave Th that has passed through the sample S (or can be reflected) is converted into the detection-side light. It can be detected with high accuracy by the conductive antenna element 15B. That is, terahertz wave imaging of the sample S, spectroscopic analysis of each part of the sample S, and the like can be appropriately performed.

また、波長７８０ｎｍのポンプ光ＬＰ２が入射する発生側光伝導アンテナ素子１５Ａ、および波長１５６０ｎｍのプローブ光ＬＰ１が入射する検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂにおいて、いずれもその光伝導膜４３をＬＴ−ＧａＡｓで構成しているため、全体として、テラヘルツ強度特性を向上させることができる。また、発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂは、同一のものを用いることができるため、全体としてコストの低減を図ることができる。 Further, in both the generation side photoconductive antenna element 15A where the pump light LP2 having a wavelength of 780 nm is incident and the detection side photoconductive antenna element 15B where the probe light LP1 having a wavelength of 1560 nm is incident, the photoconductive film 43 is made of LT-GaAs. Since it comprises, the terahertz intensity characteristic can be improved as a whole. Moreover, since the generation side photoconductive antenna element 15A and the detection side photoconductive antenna element 15B can use the same thing, it can aim at reduction of cost as a whole.

なお、本実施形態では、発生したテラヘルツ波ＴｈをサンプルＳに透過させて検出するようにしているが、サンプルＳに反射させて検出するようにしてもよい。また、マトリクス状に配置した複数の発生側光伝導アンテナ素子１５Ａおよび複数の検出側光伝導アンテナ素子１５Ｂを用いて、サンプルＳを面的に検出（イメージング）することも可能である。もちろん、サンプルＳを光路に直交するＸ・Ｙ方向に微小移動させて、これを面的に検出（イメージング）することも可能である。 In the present embodiment, the generated terahertz wave Th is transmitted through the sample S and detected, but it may be reflected by the sample S and detected. It is also possible to detect (imaging) the sample S in a plane using a plurality of generation side photoconductive antenna elements 15A and a plurality of detection side photoconductive antenna elements 15B arranged in a matrix. Of course, the sample S can be finely moved in the X and Y directions orthogonal to the optical path, and this can be detected (imaging) in a plane.

１テラヘルツイメージング装置、２励起光光源、３波長変換部、４テラヘルツ波発生部、５テラヘルツ波検出部、６第２次高調波発生部、７光分離部、１２遅延光学系、１５Ａ発生側光伝導アンテナ素子、１５Ｂ検出側光伝導アンテナ素子、４３光伝導膜、Ｌ１第１励起光、Ｌ２第２励起光、ＬＰ１プローブ光、ＬＰ２ポンプ光、Ｔｈテラヘルツ波、Ｓサンプル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Terahertz imaging device, 2 Excitation light source, 3 Wavelength conversion part, 4 Terahertz wave generation part, 5 Terahertz wave detection part, 6 Second harmonic generation part, 7 Light separation part, 12 Delay optical system, 15A Generation side light Conductive antenna element, 15B detection-side photoconductive antenna element, 43 photoconductive film, L1 first excitation light, L2 second excitation light, LP1 probe light, LP2 pump light, Th terahertz wave, S sample

Claims

An excitation light source that outputs first excitation light of a first wavelength;
The first excitation light input from the excitation light source is converted into second excitation light having a second wavelength shorter than the first wavelength with a predetermined conversion efficiency, and the converted second excitation light is output as pump light. A wavelength converter that outputs the first excitation light that has not been converted as probe light;
The pump light input from the wavelength conversion unit generates an electromagnetic wave and irradiates the target with the generated electromagnetic wave.
A time domain spectroscopic device comprising: a photoconductive electromagnetic wave detection unit that detects the electromagnetic wave transmitted or reflected by the target by the probe light input from the wavelength conversion unit.

The time domain spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein the excitation light source irradiates a pulse laser beam having a center wavelength of 1560 nm.

The time domain spectroscopic apparatus according to claim 2, wherein the excitation light source is composed of an erbium-doped fiber laser.

The wavelength conversion unit includes a second harmonic generation unit that converts the input first excitation light having the first wavelength λ into the second excitation light having a second wavelength λ / 2.
4. The apparatus according to claim 2, further comprising: a light separation unit that separates the first excitation light and the second excitation light and outputs them as the pump light and the probe light. 5. Time domain spectrometer.

The second harmonic generation unit is composed of a nonlinear optical crystal,
The time domain spectroscopic apparatus according to claim 4, wherein the light separation unit includes a dichroic mirror that transmits the first excitation light and reflects the second excitation light.

6. The time domain spectroscopic apparatus according to claim 5, wherein the nonlinear optical crystal is composed of PPLN having a thickness of 0.2 mm or more and 15 mm or less.

The time domain spectroscopic device according to claim 4, wherein the electromagnetic wave generation unit includes a photoconductive antenna element having a photoconductive film of LT-GaAs.

8. The time domain spectroscopic device according to claim 4, wherein the electromagnetic wave detection unit includes a photoconductive antenna element having a photoconductive film of LT-GaAs.

Converting the first excitation light of the first wavelength input from the excitation light source into the second excitation light of the second wavelength shorter than the first wavelength with a predetermined conversion efficiency,
The converted second excitation light is output as a pump light to a photoconductive electromagnetic wave generator,
Time domain spectroscopy, wherein the first excitation light that has not been converted is output as a probe light to a photoconductive electromagnetic wave detector.

An imaging apparatus comprising the time domain spectroscopic device according to claim 1.