JP2016142594A - テラヘルツ電場波形検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
電場波形検出部の第1の形態は、テラヘルツパルス波とチャープパルス波とを用いる形態であり、差周波光又は和周波光によるチャープパルス変調波を時間方向に波形伸張したチャープパルス変調伸張波と参照信号とを積算演算することによって、チャープパルス変調伸張波に重畳されているテラヘルツ電場波形を検出する形態である。
電場波形検出部の第2の形態は、連続テラヘルツ波とチャープパルス波とを用いる形態であり、差周波光又は和周波光によるチャープパルス変調波を波形伸張したチャープパルス変調伸張波を、所定周期の周期信号と積算演算することによって、チャープパルス変調伸張波に重畳されているテラヘルツ電場波形を検出する形態である。
電場波形検出部の第3の形態は、連続テラヘルツ波とチャープパルス波とを用いる形態であり、第2の形態と同様に、差周波光又は和周波光によるチャープパルス変調波を波形伸張したチャープパルス変調伸張波と、所定周期の周期信号とを積算演算することによって、チャープパルス変調伸張波に重畳されているテラヘルツ電場波形を検出する形態であり、周期信号は、チャープパルス変調伸張波の時間幅を検出し、検出した時間幅に基づいて生成する。
電場波形検出部の第4の形態は、テラヘルツパルス波とチャープパルス波とを用いる形態であり、第1の形態〜第3の形態では差周波光又は和周波光によるチャープパルス変調波の何れか一方を用いるのに対して、電場波形検出部の第4の形態は差周波光によるチャープパルス変調波光と和周波光によるチャープパルス変調波をそれぞれ波形伸張したチャープパルス変調伸張波を用い、両チャープパルス変調伸張波を差分演算することによって、チャープパルス変調伸張波に重畳されているテラヘルツ電場波形を検出する形態である。
図1は本願発明のテラヘルツ電場波形検出装置の概略構成を説明するための図である。テラヘルツ電場波形検出装置1は、チャープパルス波とテラヘルツ波とからチャープパルス変調波を出射するチャープ波変調部2と、チャープパルス変調波を時間方向に波形伸張して周波数化したチャープパルス変調伸張波を生成する波形伸張部3と、チャープパルス変調伸張波をアナログ信号に変換する光−電気変換部4と、アナログ信号からテラヘルツパルス電場波形を検出する電場波形検出部5を備える。テラヘルツ波として、テラヘルツパルス波又は連続テラヘルツ波を適用することができる。以下では、第1の構成例の波形例(図3)を参照して説明する。
図2,3は本願発明のテラヘルツ電場波形検出装置の第1の構成例を説明するための図及び波形図である。
F×G=sin(2π(fTHz)t/m+φ)×sin(2πn×fref) ・・・(1)
F×G=
1/2[cos(2πt(fTHz/m-fref)+φ)-cos(2πt(fTHz/m+fref+φ))]
・・・(2)
図4,5は本願発明のテラヘルツ電場波形検出装置の第2の構成例を説明するための図及び波形図である。
F×G=sin(2π(fTHz)t/m+φ)×sin(2πn×frep t) ・・・(3)
F×G=
1/2[cos(2πt(fTHz/m-n×fren)+φ)-cos(2πt(fTHz/m+n×frep+φ))]
・・・(4)
図6,7は本願発明のテラヘルツ電場波形検出装置の第3の構成例を説明するための図及び波形図である。
図8,9は本願発明のテラヘルツ電場波形検出装置の第4の構成例を説明するための図及び波形図である。
2,2A,2B,2C,2D,2E チャープ波変調部
2a 電気光学結晶
2b,2c 偏光素子
2d 1/4波長板
2e 偏光分離素子
3,3A,3B,3C,3D,3E 波形伸張部
3a,3b,3c ファイバ
4,4A,4B,4C,4D 光−電気変換部
4a,4b 光検出器
5,5A,5B,5C,5D 電場波形検出部
5a 積算器
5b 周波数変換器
5c 積算器
5d 時間幅検出器
5e 周期信号形成器
5f 積算器
5g ファイバ
5i 周波数変換器
5j 減算器
6,6A,6B、6C,6D オシロスコープ
7,7A,7B,7C スペクトラムアナライザ
8A,8B,8C、8D,8E チャープパルス波形成部
8a サブ10fs広帯域レーザー
8b 一次分散媒質
101 発生装置
102 時間遅延装置
103 検出素子
104 二次元検出器
Claims (8)
- チャープパルス波とテラヘルツ波との差周波光及び/又は和周波光によってテラヘルツ波のテラヘルツ電場波形に基づくチャープパルス波を強度変調し、当該強度変調によってテラヘルツ波からテラヘルツ電場波形のスペクトル情報及び位相情報をチャープパルス波に重畳させたチャープパルス変調波を出射するチャープ波変調部と、
前記チャープ波変調部のチャープパルス変調波を時間方向に伸張させて低波数側に波数シフトする波形伸張部と、
前記波形伸張部で時間方向に伸張したチャープパルス変調伸張波をアナログ信号に変換する光−電気変換部と、
前記光−電気変換部で変換したアナログ信号からテラヘルツ電場波形のスペクトル情報及び/又は位相情報を検出する電場波形検出部と
を備えることを特徴とする、テラヘルツ電場波形検出装置。 - 前記チャープ波変調部は、
電気光学結晶(EO結晶)に対して前記チャープパルス波とテラヘルツ波の光軸を非同軸に配置し、差周波光によるチャープパルス変調波と和周波光によるチャープパルス変調波とを前記チャープパルス波の光軸方向に対してそれぞれ異なる方向から出射することを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場波形検出装置。 - 前記波形伸張部は、群速度分散が波長に対して単調なファイバであることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場波形検出装置。
- 前記光−電気変換部は、単一の光検出器(シングルフォトダイオード)であることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場波形検出装置。
- 前記テラヘルツ波はテラヘルツパルス波であり、
前記電場波形検出部は、前記差周波光によるチャープパルス変調波又は前記和周波光によるチャープパルス変調波を時間方向に波形伸張したチャープパルス変調伸張波を光−電気変換したアナログ信号と、
参照信号との積算演算によってテラヘルツ電場波形を検出する第1の積算器を備えことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場検出装置。 - 前記テラヘルツ波は連続テラヘルツ波であり、
前記電場波形検出部は、前記差周波光によるチャープパルス変調波又は前記和周波光によるチャープパルス変調波を時間方向に波形伸張したチャープパルス変調伸張波を光−電気変換して得られるアナログ信号と、前記チャープパルス波の繰り返し周期で定まる周波数の定数倍の周波数を有する周期信号との積算演算によってテラヘルツ電場波形を検出する第2の積算器を備え、
前記波形伸張部で波形伸張されるチャープパルス変調伸張波の時間幅は、前記チャープパルス波の繰り返し周期の時間幅以下であることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場検出装置。 - 前記テラヘルツ波は連続テラヘルツ波であり、
前記電場波形検出部は、前記光−電気変換部のアナログ信号の時間幅(T)を検出する時間幅検出器と、
前記時間幅を一周期とする周期信号を形成する周期信号形成器と、
前記差周波光にチャープパルス変調波又は前記和周波光のチャープパルス変調波を時間方向に波形伸張したチャープパルス変調伸張波を光−電気変換したアナログ信号と、前記周期信号形成器の周期信号との積算演算によってテラヘルツ電場波形の位相を検出する第3の積算器を備えることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場検出装置。 - 前記テラヘルツ波はテラヘルツパルス波であり、
前記電場波形検出部は、前記差周波光のチャープパルス変調波を波形伸張したチャープパルス変調伸張波を光−電気変換したアナログ信号と、前記和周波光のチャープパルス変調波を時間方向に波形伸張したチャープパルス変調伸張波を光−電気変換したアナログ信号によって、チャープパルス波とテラヘルツパルス波との差分信号を得る差分演算器とを備えることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ電場検出装置。
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