JP2017009296A - 電磁波伝搬装置及び情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリズムで行う高効率な電磁波の伝搬において、ノイズを少なくすることができる電磁波伝搬装置等を提供する。
【解決手段】電磁波伝搬装置１００は、電磁発生部１１と、検出部１２と、第１の回転楕円体面１０３と第２の回転楕円体面１０４を有するプリズム１０と、発生部からの電磁波の一部の光路を変更する変換手段１４を有する。プリズムは、第１の回転楕円体面の焦点１５を含む面１３と第１の回転楕円体面の焦点１０１を含む面と第２の回転楕円体面の焦点１０２を含む面を有し、発生部１１と検出部１２は、それぞれ、焦点１０１を含む面と焦点１０２を含む面に配置される。変換手段１４は、発生部１１から放射直後の電磁波の光路の方向と焦点１５、１０１を結ぶ第１の直線とがなす角の大きさが、第１の回転楕円体面を含む面と面１３の交点と焦点１０１とを結ぶ第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるよう構成される。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、プリズムを用いてテラヘルツ波などの電磁波を導波する電磁波伝搬装置、及びそれを利用した情報取得装置に関する。

テラヘルツ波は、ミリ波帯からテラヘルツ帯（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）のうち少なくとも一部の周波数帯域を有する電磁波である。従来、よく用いられているテラヘルツ波の伝搬手段として、軸外し放物面鏡をテラヘルツ波光路の調整手段として使用した空間伝搬方法がある（非特許文献１参照）。軸外し放物面鏡は、コリメートされた光を集光したり、逆に発散光をコリメートしたりするものである。このテラヘルツ波の空間伝搬方法を使った装置は、市販されている部品を組上げることで簡便に作製できるが、テラヘルツ波を発生部から検出部まで導くアライメント調整が容易とは言い難い。また、温度変化や経時変化などにより光学部品が位置変動してしまうというアライメント安定性に関する難点も指摘される。さらに、テラヘルツ波の伝搬経路を構成する軸外し放物面鏡などの光学部品の大きさ等からくる制限により、装置の小型化が容易でない点も指摘される。

テラヘルツ波発生部として光伝導素子などの点光源を用いる場合、テラヘルツ波の放射方向には、アンテナなどにより指向性が或る程度付与され得るが、テラヘルツ波は発生点から広がりを持って発散する。そのため、テラヘルツ波を空間伝搬させる場合には、テラヘルツ波発生部へのＳｉレンズなどの装着によりテラヘルツ波を集光して用いることが多い。Ｓｉレンズ等により集光することで、発生したテラヘルツ波の大部分を、テラヘルツ波の集光手段や平行光などへの光路変換手段である軸外し放物面鏡や回転楕円体面鏡などへ効率良く結合できる。また、テラヘルツ波検出部に光伝導素子などを用いる場合も同様で、検出部への集光を効率良く行うために、Ｓｉレンズなどを装着して用いることが多い。こうした手段を用いることで、テラヘルツ波が伝搬する何れの光路を追跡しても同じ距離となる。よって、テラヘルツ波のパルス波形を乱さずに、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置（ＴＨｚ−ＴＤＳ：ＴＨｚ−Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（テラヘルツ時間領域分光法））においては正確な分光情報を得ることができる。また、分光装置以外においても、発生部から発せられたテラヘルツ波を検出部まで効率良く伝搬することができる。

一方、空間伝搬による方法に対して、物質中にテラヘルツ波を伝搬させるプリズム伝搬の方法もある（特許文献１参照）。プリズム中を伝搬するテラヘルツ波を、プリズムに設けた放物面や回転楕円体面などにより反射することで、テラヘルツ波の集光やコリメート光への変換などの光路調整を行う。回転楕円体面は、回転楕円体が有する２つの焦点間を全ての経路において等距離で結合できるものである。また、プリズム伝搬による方法では、テラヘルツ波発生部と検出部を、直接、プリズムに接着などの方法で接触させて光学的に結合させることで、発生部からのテラヘルツ波を空間に取出さずに検出部に導入できる。そのため、テラヘルツ波を空間に取出す際の、大気と物質との屈折率差から生じる反射ロスを少なくできる。また、プリズムにテラヘルツ波発生部、検出部を、直接、接合するため、相対的な位置のアライメントが経時的に安定している。また、テラヘルツ波の伝搬経路をプリズムのみで構成するため、装置の小型化に役立ち、プリズムを含む装置を近づけることで、試料を動かさずにテラヘルツ波で測定することができる可搬性の高い装置を作製できるようになる。

米国特許第７，３１５，１７５号明細書

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．８３ ｐ．３１１７ （２００３）

テラヘルツ波の伝搬にプリズムを使う場合において、プリズムに発生部や検出部を、直接、接触させて結合する形態では、Ｓｉレンズなどの集光手段を使うことができない。そのため、全てのテラヘルツ波を上記放物面や回転楕円体面などの集光ないし変換手段へ結合させることは容易ではない。こうした手段へ結合されなかったテラヘルツ波は、プリズムの放物面や回転楕円体面などの集光ないし変換手段ではない面で反射されるなどして、直接、もしくは意図しない光路をたどって、検出部に結合してノイズとなる懸念がある。

そこで本発明は、テラヘルツ波などの電磁波の伝搬をプリズムで行う装置において、ノイズを低減する手段を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の電磁波伝搬装置は、電磁波を発生する発生部と、電磁波を検出する検出部と、少なくとも第１の回転楕円体面と第２の回転楕円体面とを有するプリズムと、前記発生部から発せられた電磁波の一部の光路を変更する変換手段と、を有する。前記プリズムは、前記第１の回転楕円体面の第１の焦点又は前記第１の焦点と共役な第１の共役点を含む第１の面と、前記第２の回転楕円体面の第２の焦点又は前記第２の焦点と共役な第２の共役点を含む第２の面と、前記第１の焦点と異なる前記第１の回転楕円体面の第３の焦点を含む第３の面と、を有し、前記発生部は、前記第１の面の前記１の焦点又は前記第１の共役点を含む位置に配置され、前記検出部は、前記第２の面の前記第２の焦点又は前記第２の共役点を含む位置に配置される。前記変換手段は、前記第１の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の焦点とを結ぶ第１の直線を含む断面において、前記発生部から放射された直後の電磁波の光路の方向と前記第１の直線とがなす角の大きさが、前記第１の回転楕円体面を含む面と前記第３の面の交点と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるように構成されている。

また、上記課題に鑑み、本発明の他の電磁波伝搬装置は、電磁波を発生する発生部と、電磁波を検出する検出部と、少なくとも第１の放物面と第２の放物面とを有するプリズムと、前記発生部から発せられた電磁波の一部の光路を変更する変換手段と、を有する。前記プリズムは、前記第１の放物面の焦点又は該焦点と共役な第１の共役点を含む第１の面と、前記第２の放物面の焦点又は該焦点と共役な第２の共役点を含む第２の面と、前記第１の放物面と前記第２の放物面との間にある第３の面と、を有し、前記発生部は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点を含む位置に配置され、前記検出部は、前記第２の面の焦点又は前記第２の共役点を含む位置に配置される。前記変換手段は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の面の端部とを結ぶ第１の直線を含む断面において、前記発生部から放射された直後の電磁波の光路の方向と前記第１の直線とがなす角の大きさが、前記第１の放物面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるように構成されている。

本発明の装置の効果の一側面によれば、プリズムで行う高効率な電磁波の伝搬において、電磁波検出部で受ける信号のノイズを少なくすることができる。

第１の実施形態の電磁波伝搬装置の構成図。 第１の実施形態の電磁波伝搬装置のプリズムの凹部を説明する図。 第２の実施形態の電磁波伝搬装置の構成図。 第３の実施形態の電磁波伝搬装置の構成図。 第４の実施形態の電磁波伝搬装置の構成図。 第５の実施形態の情報取得装置の構成図。

下記の電磁波伝搬装置の実施形態及び実施例は、次のような構成を有する。前記変換手段は、前記第１の直線を含む断面において、前記発生部から放射された直後の電磁波の光路の方向と前記第１の直線とがなす角の大きさが、前記第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるように構成されている。プリズムが回転楕円体面を有する構成では、第１の直線は、前記第１の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の焦点とを結ぶ直線であり、第２の直線は、前記第１の回転楕円体面を含む面と前記第３の面の交点と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ直線である。プリズムが放物面を有する構成では、第１の直線は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の面の端部とを結ぶ直線であり、第２の直線は、前記第１の放物面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ直線である。

より具体的には、プリズムが回転楕円体面を複数有する場合、前記変換手段は、次のようにプリズムに形成された電磁波を反射又は透過する第４の面を有する。すなわち、前記第４の面は、前記第１の直線を含む断面において、前記第４の面の端部と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ第３の直線と前記第１の直線とがなす角が、前記第２の直線と前記第１の直線とがなす角より大きくなるような形状を有する。或いは、前記第４の面は、前記第４の面の端部と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ直線が、前記第３の面と交差しないような形状を有する。或いは、前記プリズムに形成された面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第３の焦点を通過する伝搬経路の長さと比較して、前記第３の焦点を通過しない伝搬経路の長さを長くするように形成されている。

また、プリズムが放物面を複数有する場合、前記変換手段は、次のようにプリズムに形成された面を有する。すなわち、前記プリズムに形成された面は、前記第１の直線を含む断面において、前記変換手段の面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ第３の直線と前記第１の直線とがなす角が、前記第２の直線と前記第１の直線とがなす角より大きくなるような形状を有する。或いは、前記プリズムに形成された面は、前記変換手段の面の端部と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ直線が、前記第３の面と交差しないような形状を有する。或いは、前記プリズムに形成された面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第１の放物面でコリメートされる伝搬経路を含む伝搬経路以外の伝搬経路を反射もしくは透過するような形状を有する。或いは、前記プリズムに形成された面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第１の放物面でコリメートされる伝搬経路を含む伝搬経路の長さと比較して、該伝搬経路を含まない伝搬経路の長さを長くするように形成されている。

（第１の実施形態）
第１の実施形態のテラヘルツ波伝搬装置１００（以下、「装置１００」と呼ぶ）の構成を、図１−１（ａ）を参照して説明する。装置１００は、プリズム１０と、テラヘルツ波を発生する発生部（発生部）１１と、テラヘルツ波を検出する検出部（検出部）１２を有する。

発生部１１と検出部１２には光伝導素子を用いる方法が広く採用され、本実施形態でもこれを採用する。光伝導素子は、移動度が比較的大きくてキャリア寿命が数ピコ秒以下の半導体と、その上に設けられた２つの電極を有する。半導体には、高抵抗ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板上に結晶成長された半導体であるＬＴ−ＧａＡｓ膜を用いることが多い（非特許文献１参照）。また、半導体には、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂなどの他の半導体結晶を用いることもできる。基板には、ＧａＡｓ以外にもＳｉ、ＩｎＰなどを使用することができる。電極には、Ｔｉ／ＡｕやＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなどが用いられ、ダイポールやボウタイなどの形状を形成することが多い。光伝導素子を発生部１１として使用する場合は、電極間に電圧を印加した状態で電極間のギャップに超短パルスレーザ光を照射する。すると、励起された光キャリアにより電流が瞬間的に電極間を流れることで、広い周波数スペクトルを有するテラヘルツ波が放射される。また、光伝導素子を検出部１２として使用する場合には、電極間に電圧を印加せずに、電極間のギャップに超短パルスレーザ光の照射を行う。超短パルスレーザ光の照射によりキャリアが励起された瞬間のみ、検出部に届いたテラヘルツ波の電界強度に応じた電流が電極間に発生する。検出部１２に到達する超短パルスレーザ光の到達タイミングを徐々に変え、それぞれの検出電流値をプロットすることで、検出部に届いたテラヘルツ波の時間波形を得ることができる。

超短パルスレーザ光を出力する装置としては、フェムト秒パルスレーザ装置を使用できる。ここでは、中心波長１．５５μｍ、パルス幅５０ｆｓ、繰り返し周波数５０ＭＨｚのフェムト秒パルスレーザを出力するレーザ装置を用いた。しかし、波長は１．０６μｍ帯や０．８μｍ帯などでもよく、また、パルス幅及び繰り返し周波数は前述の値に限らない。なお、本明細書における「フェムト秒パルスレーザ」は、パルス幅が１ｆｓ以上５００ｆｓ以下の超短パルスレーザである。

光ファイバ１６、１７は、それぞれ、発生部１１と検出部１２とに接着などの方法で結合している。光ファイバ１６には、発生部１１へバイアス電圧を供給する不図示の電気ケーブルが備えられ、光ファイバ１７には、検出部１２で発生する検出信号を伝達する電気ケーブルが備えられている。ここでは、光ファイバ１６、１７には、発生部の発光効率や検出部の検出効率を良くするシングルモード偏波保持型ファイバを使用したが、コアにフォトニッククリスタルを用いたものや、マルチモード光ファイバを用いることもできる。また、先端がテーパー形状に加工されモードフィールド径を調整した光ファイバを発生部１１と検出部１２とに接着しても良い。また、レンズ機能を有するように先端が球状に加工された光ファイバや、対物レンズなどを用いて、発生部１１と検出部１２とに集光しても良い。

プリズム１０は、発生部１１からのテラヘルツ波を伝搬する。プリズム１０の材料はテラヘルツ波の吸収が少ないことが望ましい。ここでは、プリズム１０の材料として、テラヘルツ波のレンズ材料などとしてよく用いられ比抵抗１０ｋΩ以上を有する高抵抗シリコンを用いた。材料には、これ以外にもゲルマニウムやＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ゼオノア（登録商標）（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などを使用しても良い。また、プリズム１０のうち、テラヘルツ波が反射される面の表面粗さは、使用するテラヘルツ波の波長の１／１０以下の粗さが望ましい。より望ましくは、１／２０以下の粗さが望ましい。テラヘルツ波の波長の１／１０以下程度の表面粗さとすることで、テラヘルツ波に対しては反射面として働かせ、励起光の波長に対しては散乱体として作用させることができる。よって、励起光となる超短パルスレーザ光がプリズム１０に入射してくる場合には、反射面で散乱させて減衰させることができる。例えば、発生部１１から発せられる広帯域なテラヘルツ波で考慮すべき最短の波長が３０μｍ（１０ＴＨｚ）で、プリズム１０の材料に、テラヘルツ波に対して屈折率３．４程度を有するシリコンを使用し、励起光に１．５５μｍの波長を使用する場合を考える。この場合には、プリズムの表面粗さを０．４μｍ程度にすることで、テラヘルツ波を反射し励起光を散乱させることができる。こうした設計は、プリズム１０の焦点１５へ到達する励起光の低減に有効である。もちろん、面は可視光に対して鏡面を有しても良いし、金などの金属膜によりコーティングされていても良い。プリズム１０の回転楕円体で構成される反射面はテラヘルツ波の入射角により反射率が変化するため、一部を金属膜でコーティングして反射率を高める構造は、テラヘルツ波の利用効率を向上させるのに有効な手段である。

プリズム１０は、回転楕円体を２つの焦点を含む平面で切り離したものをまず２つ設け、その２つのプリズムそれぞれの回転楕円体面１０３、１０４それぞれの焦点１５を共有するように結合し、焦点１５を含む面１３を有する形状とする。面１３は、好適には平面であるが、必ずしも平面である必要はない。凹状、凸状などの面であってもよいが、試料１８を接触させることを考慮すれば、過度に鋭角的な凹部や凸部であるのは好ましいとは言えない。プリズム１０は幾つかの部品を組み合わせたものでも良いし、一体に形成されたものでも良い。面１３で共有していない回転楕円体面１０３、１０４それぞれの焦点１０１、１０２を含む位置にはそれぞれ、発生部１１と検出部１２とが配置される。配置に際しては、発生部１１のテラヘルツ波発生点と回転楕円体面１０３の焦点１０１とが一致するように配置される。また、検出部１２のテラヘルツ波検出点と回転楕円体面１０４の焦点１０２とが一致するように配置する必要がある。互いのアライメントはプリズム１０にアライメントマークや、嵌合形状を設けても良い。また、面１３側にある回転楕円体面１０３、１０４の焦点１５に、プリズム１０を透過する光を導波して、他方の焦点１０１、１０２で結合させることで焦点位置をアクティブにアライメントする方法などを用いることができる。なお、複数の回転楕円体１０３、１０４の形状やサイズは異なったものでもよい。異なる回転楕円体面１０３、１０４の焦点１５を一致させていればプリズム１０を構成することができる。

発生部１１から発せられたテラヘルツ波はプリズム１０の回転楕円体面１０３により反射され、面１３上で焦点１５を結ぶ。そのため、焦点１５で反射されたテラヘルツ波は、焦点１５部分の情報を有した状態で検出部１２により検出される。この場合、試料１８が面１３の焦点１５を含む部分で接触していれば、テラヘルツ波で焦点１５部分の情報を取得することができる。試料１８には、固体（プリズム１０よりも小さい粉体などの形態でも良い）、液体などを用いることができる。例えば、薬品の成分検査、生体病理検査、食品検査、など様々な分野への適用が想定される。プリズム１０を使った装置１００では、試料１８を面１３に押し当てて測定する必要があるが、試料１８が平面を有していなくても、試料１８が変形できるものであれば、焦点１５にてテラヘルツ波を試料１８に照射することが可能である。

しかし、発生部１１から発生した一部のテラヘルツ波は、回転楕円体面１０３で反射されずに、直接、面１３に入射する可能性がある。テラヘルツ波を照射して測定する試料１８が散乱体であって面１３に密着される場合には、そこで散乱されたテラヘルツ波が意図しない経路を通じて検出部１２の近傍に到達することがある。そのときには、焦点１５以外の部分の情報を検出部１２で検出することとなり、情報にノイズが含まれることとなる。図１−１（ｂ）に、装置１００を用いて得られる時間波形を示した。回転楕円体面で反射されたテラヘルツ波は同一距離の伝搬経路を通過し、検出部１２に入射するために、同一のタイミングで波形２２を形成することができる。しかし、上述したように、回転楕円体面１０３で反射されずに、直接、面１３に入射し、散乱により、意図しない経路を通じて検出部１２の近傍に一部のテラヘルツ波が到達することがある。この場合には、伝搬経路の距離が制御できずに時間波形２２の近辺に別の波形を形成することがある。この信号の分離は難しくＴＨｚ−ＴＤＳ分光情報のノイズとなってしまう。

そのため、プリズム１０には、発生部１１から発せられたテラヘルツ波が、直接、面１３に入射する全ての光路を変更する手段として構造１４が設けられている。構造１４の部分の拡大図を図１−２に示した。本実施形態では、構造１４は、プリズム１０の一部に設けた窪みである。そして、構造１４の面１９の平面１３側の端部１９ａと発生部１１のテラヘルツ波発生点が位置する回転楕円体面１０３の焦点１０１とを結んだ直線が面１３と交差しないようにする形状の面１９を有する。図１−２では平面を有する窪みとなっているが、曲面を有する窪みであってもかまわないし、面１９や面２１の角度を変更して面２０が消失して、面１９と面２１から成る窪みでも良い。面１９に入射したテラヘルツ波は、反射もしくは透過しその経路が変更されることになる。構造１４は、発生部１１から発せられたテラヘルツ波がプリズム１０の回転楕円体面１０３に入射する光路の一部の方向を反射もしくは透過によって変換してもかまわない。すなわち、面１９の端部と発生部１１のテラヘルツ波発生点が位置する回転楕円体面１０３の焦点１０１とを結んだ直線が面１３と交差しない範囲であれば、面１９の大きさ及び回転楕円体に対する角度は、限定されない。また、必要に応じて、構造１４の面１９に金属などのコーティングを施したり、構造１４の窪みを金属などの材料で埋め込んだりすることも可能である。

本実施形態では、プリズム１０の側面全体が回転楕円体面１０３であるため、面１９の形状を上記の如く規定している。しかし、回転楕円体面１０３がプリズム１０の側面の全体に亘らない場合は、面１９は、次のような形状を有する、とも規定できる。すなわち、面１９の端部と発生部１１の発生点の焦点１０１とを結んだ直線が、回転楕円体面１０３の端部と発生部１１の発生点の焦点１０１とを結んだ全ての直線で形成される錐体の内側にくるようにする。図３に示す後述の第３の実施形態では、このように規定している。

構造１４の面１９で反射されたテラヘルツ波は、回転楕円体面１０３で一部反射して面１３の焦点１５ではない位置に入射して散乱することもあり得る。面１３で散乱されたテラヘルツ波は検出部１２の近傍に入射しノイズを形成する可能性はある。しかし、構造１４で反射されたために検出部１２に到達するまでの伝搬距離が長くなっており、焦点１５からのテラヘルツ波より遅延して検出部１２に到達する。その結果、図１−１（ｂ）に示したように、取得した時間波形において、焦点１５からのテラヘルツ波の波形２２から離れた位置にノイズ２３を形成する。このノイズ２３は時間的に分離しており処理で削除することができ、さらに構造１４がない場合に比較して、強度も小さくなっているため、正確なＴＨｚ−ＴＤＳの分光情報取得にとって大きな害とはならない。また、構造１４の面１９を透過したテラヘルツ波は面２０で反射され、殆どがプリズム１０内に戻ることはない。戻ったテラヘルツ波についても、上記理由と同様な理由で、削除できるノイズ２３となる。

本実施形態において構造１４は、発生部１１の近傍にのみ設けられているが、検出部１２の近傍にも作製することで、さらにノイズの低減を図ることができる。また、この構造１４を、プリズム１０と発生部１１もしくは検出部１２とのアライメントマークの一部としても良い。また構造１４の面１９は、入射したテラヘルツ波を散乱するように、テラヘルツ波の波長に対して１／１０以上、或いは１／２０以上の粗さを有していても良い。構造１４が発生部１１のテラヘルツ波発生点が位置する回転楕円体面１０３の焦点１０１から離れると、面１３の回転楕円体面１０３を介して焦点１５に入射するテラヘルツ波以外のテラヘルツ波の光路に変化を加えるためには、構造１４を大きくする必要がある。従って、本来必要となる面１３内の回転楕円体面１０３の焦点１５に到達するテラヘルツ波が、構造１４によって遮られて信号が弱くなるのを防ぐために、構造１４は発生部１１のテラヘルツ波発生点が位置する焦点１０１を含む面の近傍に設けることが望ましい。

ここでは、発生部１１と検出部１２として光伝導素子を用いるＴＨｚ−ＴＤＳ装置に使用できるテラヘルツ波伝搬装置について記述した。しかし、発生部１１にＲＴＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、共鳴トンネルダイオード）等の発振器を用いたり、検出部１２にＳＢＤ（Ｓｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ショトキーバリアダイオード）等の検出部を用いたりすることもできる。この場合は、前述したＴＨｚ−ＴＤＳと異なり、パルス情報の取得ではないため、時間的なノイズの分離は困難であるが、プリズム内を多重反射したことによりノイズ強度が下がることとなる。

以上、装置１００の構成について説明した。装置１００によれば、構造１４を導入することにより、テラヘルツ波に含まれるノイズを低減して試料１８の情報を抽出することができる。また、プリズム１０を用いることで、テラヘルツ波を空間に取り出さずに導入することができる。そのため、テラヘルツ波を空間に取り出す際に大気と物質との屈折率差から生じる反射ロスを少なくできる。また、発生部や検出部をプリズム１０に、直接、接合するため、経時的にアライメントが安定している。また、テラヘルツ波の伝搬経路をプリズム１０のみで構成するため、テラヘルツ波で測定する試料１８に、直接、プリズム１０を押し当てて測定することができ、装置の小型化に役立つ。

（第２の実施形態）
本実施形態のテラヘルツ波伝搬装置２００（以下、「装置２００」と呼ぶ）について、図２を参照して説明する。装置２００は、プリズム２４と、テラヘルツ波を発生する発生部１１と、テラヘルツ波を検出する検出部１２を有する。プリズム２４以外の構成は第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。

装置２００でも、プリズム２４の材料には第１の実施形態と同様のものを用いることができる。プリズム２４は、回転楕円体を２つの焦点を含む平面で切り分けたものをまず２つ設け、その２つのプリズムを１つの焦点２８を共有する形状で結合し、焦点２８を含む面２９を有する形状とすることで形成される。プリズム２４は、幾つかの部品を組み合わせたものでも良いし、一体に形成されたものでも良い。面２９で共有していない２つの回転楕円体面２０３、２０４の焦点２０５、２０６と共役な共役点２０１、２０２のそれぞれを含む面には、それぞれ、発生部１１と検出部１２とが配置される。

プリズム２４には、構造２５が設けられている。構造２５は、プリズム２４の一部に設けられた面２６を有する窪みである。構造２５によって、発生部１１から発せられたテラヘルツ波は回転楕円体面２０３での反射を介さずに面２９に入射することがなくなる。またプリズム２４では、構造２５により形成された反射面２６を使用して回転楕円体面２０３、２０４の焦点位置２０５、２０６を、これと共役な位置に移動することにより、発生部１１と検出部１２とを面２９とほぼ平行になるように配置できる。構造２５の形状は、面２６を形成できるものであれば図示した形状でなくても構わない。構造２５は、発生部１１から発せられたテラヘルツ波が回転楕円体面２０３で反射されずに、直接、面２９に入射する全ての光路を塞ぐように設けられている。

発生部１１から発せられたテラヘルツ波の大部分はプリズム２４の回転楕円体面２０３により反射され、面２９上で焦点２８を結ぶ。そのため、焦点２８で反射されたテラヘルツ波は、焦点２８部分の情報を有した状態で検出部１２により検出される。このプリズム２４おいて、試料１８が面２９の焦点２８を含む一部で接触していれば、テラヘルツ波を検出することにより焦点２８部分の情報を取得できる。

構造２５の面２６で反射されなかったテラヘルツ波は、プリズム２４の回転楕円体面２０３に、直接、入射し、面２９上の焦点２８に到達しないことがあり得る。これが検出部１２近傍に到達すると、前述したノイズの要因となる。しかしながら、この面２９の焦点２８以外の場所で反射もしくは散乱されたノイズ要因となるテラヘルツ波は、プリズム２４に設けられた構造２７を使用することで大部分をカットすることができる。構造２７は、プリズム２４の一部に設けられた面３０を有する窪みである。構造２７に入射したテラヘルツ波は、反射もしくは透過しその経路を変更されることになる。この構造２７の面３０において、ノイズ要因となるテラヘルツ波は反射もしくは透過し、検出部１２への到達はほぼ抑制される。検出部１２へ到達した一部のものも、多重反射を繰り返した後に到達するため、図１−１（ｂ）で示した主な時間波形２２から離れた位置にノイズ２３として現れることになり、ノイズを取り除くことを容易にすることができる。このように、プリズム２４は、発生部１１や検出部１２が配置された外面以外の外面の焦点以外の場所で反射もしくは散乱された電磁波の伝搬経路を変換する面３０をもつ構造２７を有することができる。

また、構造２５の面２６で反射されたテラヘルツ波の一部には、反射後に回転楕円体面２０３に入射せず、発生部１１が設置されている面に入射し、反射を繰り返して検出部１２に到達してノイズ要因となるものもある。これらについても、前述したように、構造２７によりカットされたり、多重散乱後に検出部１２へ導かれたりすることとなり、削減できるノイズとできる。これにより、検出部１２においては、ほぼ焦点２８近傍の情報を含有したテラヘルツ波のみを検出することができる。

ここでも、第１の実施形態と同様に、ＲＴＤを用いたり、ＳＢＤを用いたりすることもでき、これらを用いたものも、前述した様に、有効な構成である。

装置２００によれば、プリズム２４に作製されたミラーによって、電磁波が回転楕円体面２０３、２０４の焦点位置と共役な位置に集光するように変更することにより、プリズム２４の形状をよりコンパクトなものとすることができる。また、発生部１１や検出部１２に光ファイバ１６、１７を曲げなどの負担なく接続することができるようになる。その場合でも、構造２５、２７の導入によりノイズ情報の削減ができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態のテラヘルツ波伝搬装置３００（以下、「装置３００」と呼ぶ）の構成について、図３を参照して説明する。装置３００は、プリズム３１と、光ファイバ１６を通して励起光を照射することでテラヘルツ波を発生する発生部１１と、光ファイバ１７を通して超短パルスレーザ光を照射することでテラヘルツ波を検出する検出部１２を有する。プリズム３１以外の構成は、第１の実施形態と同様なため、説明を省略する。

装置３００では、プリズム３１の材料には、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。プリズム３１は２つの放物面３３、３４を有し、放物面３３、３４の焦点３０１、３０２の位置に発生部１１のテラヘルツ波発生点と検出部１２のテラヘルツ波検出点とがほぼ一致するように発生部１１と検出部１２がそれぞれ配置される。発生部１１により発せられたテラヘルツ波は放物面３３によりコリメートされ面３５に導入されて入射する。平面である面３５で反射したテラヘルツ波はコリメートした状態で放物面３３に入射するように設計されている。ここでのコリメートした状態とは、放物面鏡に反射した場合に所望の位置で焦点を結ぶ状態をいう。

発生部１１から発せられたテラヘルツ波はプリズム３１の放物面３３によりコリメートされ、面３５上で反射される。放物面３４で集光されたテラヘルツ波は焦点３０２を含む部分に設置された検出部１２に入射する。そのため、面３５で反射されたテラヘルツ波は、面３５の部分の情報を有した状態で検出部１２により検出される。この場合、検出部１２で検出されるテラヘルツ波は、試料１８の面３５に接している部分ほぼ全ての情報を含んでいることとなる。

プリズム３１では、発生部１１から発せられたテラヘルツ波の内、放物面３３に、直接、入射しない光路を全て塞ぐため、構造３２が設けられている。構造３２の形状は、放物面３３の焦点３０１と放物面３３の端部３３ａとを結んだ線の全てと交差するように設計されている。構造３２は、プリズム３１の一部に設けられた窪みであり、テラヘルツ波を反射もしくは透過する反射・透過面を有する。構造３２により反射もしくは透過したテラヘルツ波は、第１及び第２の実施形態と同様に、カットされたり多重散乱後に検出部１２へ導かれたりするが、削減できるノイズとすることができる。散乱されたテラヘルツ波がノイズとなる場合には、構造３６を設けることで、面３５で散乱された後に検出部１２近傍に到達するテラヘルツ波の影響を削減することもできる。構造３６も、構造３２と同様にプリズム３１の一部に設けられた窪みである。構造３６の形状も、放物面３４の焦点３０２と放物面３４の端部３４ａとを結んだ線の全てと交差するように設計されている。

ここでも、第１及び第２の実施形態と同様に、ＲＴＤを用いたり、ＳＢＤを用いたりすることもでき、これらを用いたものも、散乱により発生するノイズは構造３６で殆ど削減されるため、有効な構成である。

装置３００によれば、第１及び第２の実施形態では、測定する試料が接触する面内で、回転楕円体面の焦点位置付近の情報のみを収集したが、プリズム３１を使用することで、試料１８が接触する面３５内の総合した情報を取得することができるようになる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態のテラヘルツ波伝搬装置４００（以下、「装置４００」と呼ぶ）の構成について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は装置４００の構成を説明する側面図で、図４（ｂ）は装置４００の上面図である。ただし、図４（ｂ）では内視鏡４１は省略している。装置４００は、第１の実施形態の構成に加えて、可視光透過材４０と内視鏡４１とを有する。その他、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

本実施形態において、一部を加工したプリズム１０と、そこに嵌合する形状に加工された可視光透過材４０と、が一体化しており、可視光透過材４０の面１３上にプリズム１０の回転楕円体面１０３の焦点１５があるようになっている。可視光透過材４０にプリズム１０と異なる屈折率の材料を使用した場合でも、発生部１１からのテラヘルツ波が検出部１２まで到達する光路長が全て同じになるように、可視光透過材４０の形状は、接触面上の焦点１５を中心とした半球形状が望ましい。プリズム１０と可視光透過材４０とは接着剤で固定されていても良いし、ケースに互いを収納することで固定することもできる。可視光透過材４０にはＰＳ（ポリスチレン）、ゼオノア（登録商標）などの有機物や、結晶石英や溶融石英、アルミナなどの無機物などを使うことができるが、テラヘルツ波に対して吸収が少ない材料を選択することが望ましい。

可視光透過材４０の一部にプリズム１０と接触していない箇所を設けることで、内視鏡４１などの手段で、面１３と試料１８との接触している状態をプリズムの外部から観察できる。内視鏡４１ではなく遠方からマクロレンズなどを用いて観察することもできる。また、接触面１３全面を観察しにくい場合には、可視光透過材４０のプリズム１０と接触していない箇所に凹或いは凸をもつレンズ構造（レンズ形状に加工された窓の部分）を作製して、観察領域を増加することもできる。

第１及び第２の実施形態で示した例では、プリズムが１つの材料で構成されているために、Ｓｉなどでプリズムを構成した場合には、試料１８を観察しながら同時にテラヘルツ波による測定を行うことができない。しかし本実施形態の装置４００によれば、テラヘルツ波に対する吸収は少ないが可視光に対しては透過性がないような材料をプリズムの一部分に使用した場合でも、テラヘルツ波が照射されている位置を確認しながらテラヘルツ波による測定を行うことができる。また、ここでは回転楕円体面を有するプリズムを例にとって説明したが、放物面鏡を有するプリズムを使用した場合（第３の実施形態を参照）においても、同様に可視光透過材を挿入することができる。その場合には、可視光透過材にテラヘルツ波が入射する面、及び可視光透過材からテラヘルツ波が出射する面が、放物面でコリメートされるテラヘルツ波の伝搬経路に対して垂直になるようにすることで、光路長に差がないようにすることができる。

（第５の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態のテラヘルツ波伝搬装置１００を使用した情報取得装置ないし測定装置に関するものである。ここでは、プリズムの外面の何れかに試料に接触させ、試料の測定を行って試料の情報を取得する。本実施形態の情報取得装置５００（以下、「装置５００」と呼ぶ）の構成について、図５を参照して説明する。図５は、装置５００の構成図である。装置５００は、ＴＨｚ−ＴＤＳ法を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得するテラヘルツ時間領域分光装置（ＴＨｚ−ＴＤＳ装置）である。

光源５０１は、励起光５０２としてのパルス光を出力する。光源５０１としては、ファイバレーザ等を使用できる。本実施形態では、励起光５０２は、波長１．５５μｍ帯、パルス時間幅（パワー表示での半値全幅）３０ｆｓ程度の超短パルスレーザとする。励起光５０２は、ビームスプリッタ５０３でポンプ光５１１とプローブ光５１２とに分岐される。ポンプ光５１１は対物レンズ５０７で集光された後に光ファイバ１６に結合する。また、プローブ光５１２は第二次高調波発生部５０４へ入射し、プローブ光５１２の光路長を変化させる遅延部５０５を通過し、対物レンズ５０８で集光されて光ファイバ１７に結合する。

第二次高調波発生部５０４に入射したプローブ光５１２は、第二次高調波変換過程によって波長０．８μｍ帯のパルスレーザとなる。第二次高調波発生部５０４の第二次高調波発生素子としては、ＰＰＬＮ結晶（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）等を使用できる。非線形過程で生ずる他の波長や、波長変換されずに射出してくる１．５５μｍ帯の波長の光は、ダイクロイックミラー等（不図示）によってプローブ光から取り除かれる。

発生部１１及び検出部１２には、上述の各実施形態で説明した光伝導素子などを使用できる。ポンプ光５１１及びプローブ光５１２は、光ファイバ１６、１７を伝搬した後に発生部１１及び検出部１２に照射される。照射にあたっては、光ファイバ１６、１７を発生部１１及び検出部１２に、直接、ジョイントしても良いし、集光のために光ファイバ１６、１７をテーパー化してコア径を小さくしたり、ボールレンズなどの集光手段を介在した接続としたりしても良い。

ポンプ光５１１が発生部１１に照射されることによりパルス状のテラヘルツ波が発生する（パルス時間幅（半値全幅）は数１００ｆｓから数ｐｓ程度）。放射されたテラヘルツ波は、上述の実施形態で説明したプリズム１０を通して試料１８へ照射される。試料１８で反射したテラヘルツ波は、プリズム１０を介して検出部１２に入射する。検出部１２は、試料１８からのテラヘルツ波とプローブ光５１２とが入射するとテラヘルツ波を検出する。このとき、第二次高調波発生部５０４で生成される波長０．８μｍ帯の励起光が検出部１２に入射する構成としているが、波長変換を行わない１．５５ｕｍ帯の励起光のままでも検出できる。光伝導素子の光伝導層で発生した光励起キャリアは、テラヘルツ波の電界によって加速され、電極間に電流を生じさせる。この電流値は、光電流が流れている時間内のテラヘルツ波の電界強度を反映している。検出部１２で検出される電流は、電流電圧変換デバイスによって電圧に変換してもよい。可動式のレトロリフレクター等を含む遅延部５０５によってプローブ光５１２が検出部１２に到達するまでの伝搬時間を掃引することで、テラヘルツ波の電界強度の時間波形を取得できる。

遅延部５０５は、プローブ光５１２の光路長を変化させることにより、ポンプ光５１１の光路長とプローブ光５１２の光路長との光路長差を変化させる。これにより、プローブ光５１２の光路長に対し、ポンプ光５１１とテラヘルツ波とを含めた光路長が変化するため、プローブ光５１２とテラヘルツ波が検出部１２に到達するタイミングを変化させている。なお、プローブ光５１２の光路長を変化させる構成に限らず、ポンプ光５１１の光路長を変化させてもよい。遅延部５０５は、プローブ光５１２とテラヘルツ波が検出部１２に到達するタイミングを変化させる構成であればよい。例えば、ポンプ光を出力する光源とプローブ光を出力する光源とを設けて、２つの光源から励起光が出力されるタイミングを変更する方法等が挙げられる。

処理部５０９は、遅延部５０５によるプローブ光５１２の伝搬時間を制御したり、試料１８の情報を取得したりする。試料１８の情報は、具体的には、テラヘルツ波の時間波形、時間波形から取得できるスペクトル、試料１８の光学特性、試料１８の層状態や形状等を指す。なお、本明細書の光学特性は、検体の複素振幅反射率、複素屈折率、複素誘電率、反射率、屈折率、吸収係数、誘電率、電気伝導率等を含むと定義する。取得した試料１８の情報は、表示部５１０に表示される。

取得した試料１８の情報から、試料１８の同定等を行うことができる。また、これらの特徴を生かして、装置５００は、医療及び美容、工業製品検査、食品等の分野で利用できる。また、光ファイバはフレキシブルであるため、本情報取得装置はプリズム１０を試料１８に近づけるようなプローブシステムの作製にも役立つ。例えば、テラヘルツ波伝搬装置が大型である場合には、測定が困難であった生体内などにまで、測定対象を拡大することができる。

以下、より具体的な実施例を説明する、
（実施例１）
本実施例では、第１の実施形態の装置１００のより詳細な構成について図１を参照して説明する。本実施例の装置１００は、プリズム１０と、光ファイバ１６を通して励起光を照射することでテラヘルツ波を発生する発生部１１と、光ファイバ１７を通して超短パルスレーザ光を照射することでテラヘルツ波を検出する検出部１２を有する。励起光の光源には、中心波長１．５５μｍでパルス幅が２０ｆｓ、繰り返し周波数が５０ＭＨｚ、パワーが２００ｍＷのパルス光を生ずるフェムト秒レーザ装置を用いた。光源が出力する励起光の偏光状態は、偏光消光比が２０ｄＢ以上ある直線偏光である。

発生部１１と検出部１２には光伝導素子を用いた。光伝導素子は、移動度が１０００〜５０００ｃｍ^２／Ｖｓ程度と比較的大きくて、キャリア寿命が数ピコ秒以下である低温成長ＧａＡｓ膜が厚さ１μｍ結晶成長されたシリコン基板を有する。そして、該低温成長ＧａＡs膜上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用い、ダイポール形状の２つの電極が形成されている。この２つの電極間に電圧を印加した状態で、電極のダイポール形状のギャップ部分に超短パルスレーザ光の照射を行った。すると、低温成長ＧａＡｓ中に励起された光キャリアにより電流が瞬間的に電極間を流れることで、広い周波数スペクトルを有するテラヘルツ波を放射することができた。ここで発生部１１に印加した電圧は、交流で５０Ｖｐｐのサイン波を用いた。検出部１２として使用した光伝導素子も、発生部１１と同様の構造を用いた。検出部１２の電極間に電圧を印加せずに、電極のダイポール形状のギャップ部分に超短パルスレーザ光の照射を行う。超短パルスレーザ光の照射によりキャリアが励起された瞬間のみ、テラヘルツ波の電界強度に応じた電流が電極間に発生する。検出部１２に到達する超短パルスレーザ光の到達タイミングを１０ｆｓ程度ずつ徐々に変え、それぞれの検出電流値をプロットすることで時間波形を得ることができた。検出電流は微弱であるために電流アンプを使用して、電圧値に変換して検出した。

ここでは、光ファイバ１６、１７には１．５５μｍ帯に対応したシングルモード偏波保持型ファイバを使用した。光ファイバ１６、１７のコアの中心と、電極のダイポール形状のギャップ部分の中心とが一致するように、直接、接着剤で接着することで、励起光を発生部１１及び検出部１２に導波した。プリズム１０の材料として、テラヘルツ波のレンズ材料などとしてよく用いられる比抵抗１０ｋΩ以上を有する結晶シリコンを用いた。またテラヘルツ波が反射する面を、１０ＴＨｚの波長３０μｍを基準として、シリコンの屈折率が略３．４であることを考慮して、波長の１／２０程度の０．４μｍの表面粗さとした。このことで、テラヘルツ波に対しては反射面として働き、励起光の波長に対しては散乱体として作用させることができた。

励起光として用いた１．５５μｍ帯のフェムト秒レーザは、発生部１１や検出部１２を構成するＳｉやＧａＡsを透過してしまうので、プリズム１０の焦点１５に集光して試料１８などに影響を与える可能性がある。しかしながら、この反射面をテラヘルツ波に対しては反射面、励起光に対しては散乱面として作用する粗さとすることで、励起光による影響を排除することができた。

プリズム１０は、回転楕円体を２つの焦点を含む平面で切りとったものをまず２つ設け、その２つのプリズムを１つの焦点１５を共有する形状で結合し、最後に測定の試料１８を接触させる面１３を有する形状とすることで形成した。面１３で共有していない回転楕円体面１０３、１０４の焦点１０１、１０２を含む面にはそれぞれ、発生部１１と検出部１２とを配置した。配置に際しては、発生部１１のテラヘルツ波発生点と回転楕円体面１０３の焦点１０１とが一致するようにアライメント配置した。また、検出部１２のテラヘルツ波検出点と回転楕円体面１０４の焦点１０２とが一致するようにアライメント配置した。今回のアライメントではプリズム１０に設けた構造１４をアライメントマークとして使用した。

上記プリズム１０には、反射面となる回転楕円体１０３の２つの焦点間を結ぶ線と半円柱の中心線とが一致するように断面が半円柱形状の構造１４を設けた。プリズム１０では、発生部１１のテラヘルツ波発生点が位置する回転楕円体面１０３の焦点１０１と構造１４の半円柱構造の端部（半円形の形状）とを結んだ線が、面１３と交差しないようにする。このことで、発生部１１から発せられたテラヘルツ波が、直接、面１３に入射する伝搬経路を効率良く塞ぐことができた。構造１４の形状には制限はなく、構造１４を直方体の様な形状にして、発生部１１から発せられたテラヘルツ波の内、プリズム１０の回転楕円体面に入射しノイズとならない光路を反射もしくは透過して方向を変換してもかまわない。構造１４を導入することで、プリズム１０内のテラヘルツ波伝搬経路を制御し、装置１００をＴＨｚ−ＴＤＳ装置に導入した場合にも、得られるデータはノイズの少ないものであった。これにより、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置において分光情報の劣化が抑制される。

ここでも、ＲＴＤやＳＢＤなどを用いることができ、その場合にも、ノイズとなる成分はプリズム内の多重反射により強度が下がる。これにより、分光装置以外においても、意図したプリズム集光点以外の情報を取得してしまうことが抑制され、ノイズの原因を抑えることができる。

以上、装置１００の構成について説明した。装置１００によれば、プリズム１０を用いることで、テラヘルツ波を空間に取出さずに導入することができる。そのためテラヘルツ波を空間に取出す際に大気と物質との屈折率差から生じる反射ロスを少なくできた。またプリズム１０に、直接、接合するため、経時的にアライメントが安定していた。また、テラヘルツ波の伝搬経路をプリズム１０のみで構成するため装置１００を小型化でき、テラヘルツ波で測定する対象の試料１８に、直接、装置１００を移動させて測定することができる。例えば、テラヘルツ波伝搬装置が大型である場合には測定が困難であった生体内などにまで、測定対象を拡大することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述の各実施形態の装置は、テラヘルツ波発生部とテラヘルツ波検出部とを有するテラヘルツ波伝搬装置であったが、用いる波長はテラヘルツ波に限定されず、可視光や赤外線などの他の波長の電磁波を用いてもよい。その場合、プリズムは、利用する電磁波をよく透過する石英、ガラス、シリコン、ゲルマニウム、サファイヤ、ダイヤモンド、ＺｎＳ、ＭｇＦ_２などの材料を用いて構成することが望ましい。具体例としては、波長が２μｍ以上の電磁波を利用する場合であれば、シリコン、ゲルマニウム、サファイヤ、ダイヤモンド、ＺｎＳ、ＭｇＦ_２などを使用することができ、０．４〜２μｍの範囲の波長の電磁波では、石英、ガラスなどを用いることができる。また、上述の各実施形態では、テラヘルツ波を反射する回転楕円体面又は放物面等の曲面を２つ有する構成のプリズムを記載したが、これらの曲面を３つ以上有してもよく、必要に応じて追加してよい。ただし回転楕円体面の場合、プリズムに内において電磁波の伝搬経路が焦点を介して連続する様に、隣り合う回転楕円体面の一方の焦点同士の位置を一致させる必要がある。また、放物面の場合、プリズムに内において電磁波の伝搬経路をコリメート経路を含んで連続させるために、互いのコリメート経路が重なるように隣り合う放物面を配置するか、隣り合う放物面の焦点同士の位置を一致させる必要がある。

１０・・プリズム、１１・・発生部、１２・・検出部、１３・・第３の面、１４・・変換手段（構造）、１５、１０１、１０２・・焦点、１８・・資料、１９・・変換手段の面、１９ａ・・変換手段の面の端部、１００・・電磁波伝搬装置、１０３・・第１の回転楕円体面、１０４・・第２の回転楕円体面

Claims (25)

1. 電磁波を伝搬する電磁波伝搬装置であって、
   電磁波を発生する発生部と、電磁波を検出する検出部と、少なくとも第１の回転楕円体面と第２の回転楕円体面とを有するプリズムと、前記発生部から発せられた電磁波の一部の光路を変更する変換手段と、を有し、
   前記プリズムは、前記第１の回転楕円体面の第１の焦点又は前記第１の焦点と共役な第１の共役点を含む第１の面と、前記第２の回転楕円体面の第２の焦点又は前記第２の焦点と共役な第２の共役点を含む第２の面と、前記第１の焦点と異なる前記第１の回転楕円体面の第３の焦点を含む第３の面と、を有し、
   前記発生部は、前記第１の面の前記１の焦点又は前記第１の共役点を含む位置に配置され、
   前記検出部は、前記第２の面の前記第２の焦点又は前記第２の共役点を含む位置に配置され、
   前記変換手段は、前記第１の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の焦点とを結ぶ第１の直線を含む断面において、前記発生部から放射された直後の電磁波の光路の方向と前記第１の直線とがなす角の大きさが、前記第１の回転楕円体面を含む面と前記第３の面の交点と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるように構成されている、
   ことを特徴とする電磁波伝搬装置。
2. 前記変換手段は、電磁波を反射又は透過する第４の面を有し、
   前記第４の面は、前記第１の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の焦点と結ぶ第１の直線を含む断面において、前記第４の面の端部と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ第３の直線と前記第１の直線とがなす角が、前記第２の直線と前記第１の直線とがなす角より大きくなるような形状を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波伝搬装置。
3. 前記変換手段は、電磁波を反射又は透過する第４の面を有し、
   前記第４の面は、前記第４の面の端部と前記第１の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ直線が、前記第３の面と交差しないような形状を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波伝搬装置。
4. 前記第３の面は、前記第２の焦点と異なる前記第２の回転楕円体面の第４の焦点を含み、前記第３の焦点と前記第４の焦点とは同じ位置である
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
5. 前記変換手段は、前記プリズムに形成された面を有し、
   前記変換手段の面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第３の焦点を通過する伝搬経路の長さと比較して、前記第３の焦点を通過しない伝搬経路の長さを長くするように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
6. 電磁波を伝搬する電磁波伝搬装置であって、
   電磁波を発生する発生部と、電磁波を検出する検出部と、少なくとも第１の放物面と第２の放物面とを有するプリズムと、前記発生部から発せられた電磁波の一部の光路を変更する変換手段と、を有し、
   前記プリズムは、前記第１の放物面の焦点又は該焦点と共役な第１の共役点を含む第１の面と、前記第２の放物面の焦点又は該焦点と共役な第２の共役点を含む第２の面と、前記第１の放物面と前記第２の放物面との間にある第３の面と、を有し、
   前記発生部は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点を含む位置に配置され、
   前記検出部は、前記第２の面の焦点又は前記第２の共役点を含む位置に配置され、
   前記変換手段は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の面の端部とを結ぶ第１の直線を含む断面において、前記発生部から放射された直後の電磁波の光路の方向と前記第１の直線とがなす角の大きさが、前記第１の放物面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結ぶ第２の直線と前記第１の直線とがなす角より小さくなるように構成されている、
   ことを特徴とする電磁波伝搬装置。
7. 前記変換手段は前記プリズムに形成された面を有し、
   前記変換手段の面は、前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点と前記第３の面の端部とを結ぶ第１の直線を含む断面において、前記変換手段の面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ第３の直線と前記第１の直線とがなす角が、前記第２の直線と前記第１の直線とがなす角より大きくなるような形状を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電磁波伝搬装置。
8. 前記変換手段は前記プリズムに形成された面を有し、
   前記変換手段の面は、前記変換手段の面の端部と前記第１の面の焦点又は前記第１の共役点とを結んだ直線が、前記第３の面と交差しないような形状を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電磁波伝搬装置。
9. 前記変換手段は前記プリズムに形成された面を有し、
   前記変換手段の面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第１の放物面でコリメートされる伝搬経路を含む伝搬経路以外の伝搬経路を反射もしくは透過するような形状を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電磁波伝搬装置。
10. 前記変換手段は前記プリズムに形成された面を有し、
    前記変換手段の面は、前記発生部から発せられ前記検出部で検出される前記電磁波の伝搬経路において、前記第１の放物面でコリメートされる伝搬経路を含む伝搬経路の長さと比較して、該伝搬経路を含まない伝搬経路の長さを長くするように形成されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載の電磁波伝搬装置。
11. 前記第１の回転楕円体面及び前記第２の回転楕円体面の表面粗さは、前記電磁波の波長の１／１０以下の粗さである、
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
12. 前記第１の放物面及び前記第２の放物面の表面粗さは、前記電磁波の波長の１／１０以下の粗さである、
    ことを特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
13. 前記発生部からの電磁波は、テラヘルツ波である、
    ことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
14. 前記プリズムは、シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＯ_２、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ゼオノア（登録商標）の何れかを含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電磁波伝搬装置。
15. 前記プリズムの一部が可視光透過材からなり、該可視光透過材と試料との接触面を前記プリズムの外部から観察できるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
16. 前記可視光透過材は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ゼオノア（登録商標）の何れかを含む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電磁波伝搬装置
17. 前記可視光透過材は、前記試料との接触面を観察するためのレンズ形状に加工された部分を含む、
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の電磁波伝搬装置
18. 前記プリズムの一部が可視光透過材からなり、該可視光透過材と試料との接触面を前記プリズムの外部から観察できるように構成され、
    前記可視光透過材は、前記試料との接触面上の前記第１の回転楕円体面の第３の焦点を中心とした半球形状の部分を含む、
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置
19. 前記プリズムの一部が可視光透過材からなり、該可視光透過材と試料との接触面を前記プリズムの外部から観察できるように構成され、
    前記可視光透過材は、前記第１の放物面でコリメートされる伝搬経路に対して垂直な面を有する部分を含む、
    ことを特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置
20. 前記第３の面は、試料を接触させる面である、
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
21. 前記プリズムは、前記第３の焦点以外の場所で反射もしくは散乱された電磁波の伝搬経路を変換する面を有する構造を有する、
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
22. 前記プリズムの第３の面は、前記第１の放物面でコリメートされる電磁波が入射する面であって試料を接触させる面である、
    ことを特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
23. 前記検出部の近傍の前記プリズムの一部に、ノイズとなる電磁波の影響を削減するための窪み構造が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１から２２の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置。
24. 電磁波を測定する測定装置であって、
    請求項１から２３の何れか１項に記載の電磁波伝搬装置を有する、
    ことを特徴とする測定装置。
25. 前記電磁波伝搬装置の前記プリズムの前記面の何れかに試料に接触させ、前記試料の測定を行って試料の情報を取得する情報取得装置として構成されている、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の測定装置。

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