JP2018091930A

JP2018091930A - テラヘルツ光発生装置

Info

Publication number: JP2018091930A
Application number: JP2016233333A
Authority: JP
Inventors: 俊明中; Toshiaki Naka; 佐々木　基; Motoi Sasaki; 基佐々木; 暁人土谷; Akito Tsuchiya
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-06-14

Abstract

【解決手段】テラヘルツ光発生装置１は、テラヘルツ光ＴＨを発生可能な非線形光学結晶４と、ポンプ光Ｌ１を発振させるポンプ光発振器２と、シード光Ｌ２を発振させるシード光発振器３と、シード光Ｌ２を集光する凸レンズ５と、シード光発振器３を平行移動させる移動機構６とを備えている。ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２を非線形光学結晶４の端面４Ａに重畳させて人射させると、非線形光学結晶４からテラヘルツ光ＴＨが発生する。シード光発振器３が発振するシード光Ｌ２の波長を変化させるのに伴って、移動機構６によってシード光発振器３を所要量移動させると、凸レンズ５に対するシード光Ｌ２の入射位置が変更されて、非線形光学結晶４へのシード光Ｌ２の人射角が変更される。それにより、テラヘルツ光ＴＨの波長を変更できる。【効果】従来と比較して小型でコストが安いテラヘルツ光発生装置１を提供できる。【選択図】図１

Description

本発明はテラヘルツ光発生装置に関し、より詳しくは、集光レンズへのシード光の入射位置を変化させることにより、非線形光学結晶へのシード光の入射角を変化させるようにしたテラヘルツ光発生装置に関する。

従来、テラヘルツ光発生装置は公知であり、具体的には、パラメトリック効果によるテラヘルツ光を発生可能な非線形光学結晶と、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、シード光を発振させるシード光発振器と、上記シード光発振器から発振されたシード光を非線形光学結晶へ導光する導光手段と、上記シード光の光路上に配置されて、シード光を集光する凸レンズとを備え、上記ポンプ光と上記シード光を、位相整合条件を満たす入射角で非線形光学結晶に入射させることによりテラヘルツ光を発生させるように構成されたテラヘルツ光発生装置が知られている（例えば特許文献１）。

特許第３７４７３１９号公報

ところで、上記特許文献１の装置は、シード光を回折させる回折格子と一対の凸レンズを水平方向の一直線上に配置する構成となっていた。つまり、導光手段と凸レンズが横一列に配置された構成となっているため、大きな光路長が必要となり、装置が大型化するという問題があった。

上述した事情に鑑み、本発明は、パラメトリック効果によるテラヘルツ光を発生可能な非線形光学結晶と、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、発振させるシード光の波長を変更可能なシード光発振器と、上記シード光の光路上に配置されて、シード光を集光する凸レンズとを備え、
上記ポンプ光と上記シード光を、位相整合条件を満たす入射角で上記非線形光学結晶に入射させることによりテラヘルツ光を発生させるように構成されたテラヘルツ光発生装置において、
上記シード光発振器から発振されるシード光が、上記凸レンズの光軸と平行な状態を維持して、該凸レンズの光軸と交差する方向に移動するようにシード光発振器のシード光出射部を移動させる移動機構を設けて、
該移動機構によって上記シード光出射部を移動させることにより、上記凸レンズへのシード光の入射位置を変更して、上記非線形光学結晶に入射されるシード光の入射角を変更することを特徴とするものである。

このような構成によれば、従来と比較して小型でコストが安いテラヘルツ光発生装置を提供することができる。

本発明の一実施例を平面図で示す構成図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１において１はテラヘルツ光ＴＨを発生させるテラヘルツ光発生装置であり、このテラヘルツ光発生装置１は、発生させたテラヘルツ光ＴＨを図示しない検査対象物に照射することで、該検査対象物の品質検査を行うことができるようになっている。
テラヘルツ光発生装置１は、ポンプ光Ｌ１を発振させるポンプ光発振器２と、シード光Ｌ２を発振させるシード光発振器３と、シード光Ｌ２とポンプ光Ｌ１が重畳して入射されるとテラヘルツ光ＴＨとアイドラー光Ｌ３を発生させる非線形光学結晶４と、シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２を集光する凸レンズ５と、シード光発振器３を凸レンズ５の光軸の延長線と直交する方向に平行移動させる移動機構６と、この移動機構６の作動を制御する制御装置１０とを備えている。
このテラヘルツ光発生装置１は、上記非線形光学結晶４にシード光Ｌ２とポンプ光Ｌ１とを位相整合条件を満たすように重畳させて入射させることにより、アイドラー光Ｌ３とテラヘルツ光ＴＨとを発生させる光注入型テラヘルツパラメトリック発生器（Ｉｓ−ＴＰＧ）として構成されている。

非線形光学結晶４は四角柱状に形成されており、図示しない保持具によって軸心４Ｃが所定高さで水平となるように固定されている。非線形光学結晶４における側面にシリコンプリズム１１が一体に取り付けられている。
非線形光学結晶４で発生したテラヘルツ光ＴＨは、シリコンプリズム１１を介して非線形光学結晶４の外方へ放射されて、図示しない検査対象物に照射されるようになっている。
非線形光学結晶４の軸心４Ｃの一端の延長線上にポンプ光発振器２が水平に固定して配置されており、非線形光学結晶４の軸心４Ｃの他端の延長線上にダンパー１２が固定して配置されている。非線形光学結晶４を透過して端面４Ｂから外方へ放射されたポンプ光Ｌ１及びアイドラー光Ｌ３は、ダンパー１２によって吸収されるようになっている。

ポンプ光発振器２は、非線形光学結晶４の端面４Ａから離隔させて、非線形光学結晶４と同じ高さに水平に支持されている。このポンプ光発振器２はマイクロチップレーザからなり、制御装置１０によって作動を制御されるようになっている。この制御装置１０としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はプログラマブルロジックコンピュータ（ＰＬＣ）を用いることができる。
上記非線形光学結晶４の端面４Ａとポンプ光発振器２との間に凸レンズ５が固定して配置されている。この凸レンズ５は、その焦点が非線形光学結晶４の端面４Ａの位置と一致するように配置されるとともに、ポンプ光発振器２から発振されるポンプ光Ｌ１が、この凸レンズ５の光軸を通過する位置に配置されている。また、ポンプ光発振器２と凸レンズ５との間には、図示しないコリーメータが配置されており、ポンプ光発振器２から発振されるポンプ光Ｌ１は上記コリーメータによって平行光に調整されるようになっている。
ポンプ光発振器２が作動されると、ポンプ光Ｌ１としてのレーザ光がパルス発振され、該ポンプ光Ｌ１は上記コリーメータによって平行光に調整された後に凸レンズ５の光軸を透過してから上記非線形光学結晶の端面４Ａの中心（端面４Ａに非線形光学結晶４の軸心４Ｃが交差する位置）に入射されるようになっている。ポンプ光Ｌ１としてのパルスレーザの波長は１０６４．４ｎｍであり、パルス発振する際の繰り返し周波数は１００Ｈｚ、パルス幅４００ｐｓｅｃとなっている。
なお、ポンプ光Ｌ１は必ずしも非線形光学結晶４の端面４Ａの中心に入射させる必要はなく、端面４Ａにおける中心からずれた位置であっても良い。また、上記ポンプ光発振器２としては、マイクロチップレーザの代わりに極短パルスレーザを用いても良い。

上記ポンプ光発振器２と同様に、シード光発振器３は凸レンズ５を挟んで非線形光学結晶４とは反対側に配置されており、上記凸レンズ５に向けて水平方向にシード光Ｌ２を発振するようになっている。本実施例のシード光発振器３は外方に向けてシード光Ｌ２を発振するシード光出射部を備えており、該シード光出射部から凸レンズ５に向けてシード光Ｌ２が発振されるようになっている。また、本実施例においては、上記ポンプ光発振器２のシード光出射部から発振されるポンプ光Ｌ１の光路と、シード光発振器３から発振されるシード光Ｌ２の光路は、相互に平行で同じ高さとなり、シード光Ｌ２とポンプ光Ｌ１の発振方向は同じ方向となっている。
シード光発振器３は半導体レーザからなり、シード光発振器３の作動は制御装置１０によって制御されるようになっている。本実施例では、シード光Ｌ２としてのレーザ光の波長は１０６８〜１０７５ｎｍの範囲で可変するように、シード光発振器３のシード光出射部から発振される。シード光発振器３と凸レンズ５との間には、図示しないコリーメータが配置されており、シード光発振器３のシード光出射部から発振されるシード光Ｌ２は上記コリーメータによって平行光に調整されるようになっている。
シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２は、上記コリーメータによって平行光に調整された後に集光レンズとしての凸レンズ５によって集光されてから非線形光学結晶４の端面４Ａの中心（端面４Ａに非線形光学結晶４の軸心４Ｃが交差する位置）に入射されるようになっている。
そして、非線形光学結晶４の端面４Ａの中央（軸心４Ｃ）にポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２とが位相整合条件を満たして重畳して入射されると、非線形光学結晶４によりテラヘルツ光ＴＨが発生して、シリコンプリズム１１を介して外方に向けて放射されるようになっている。また、その際に非線形光学結晶４の端面４Ｂから放射されるアイドラー光Ｌ３及びポンプ光Ｌ１は、ダンパー１２によって吸収されるようになっている。
本実施例においては、ポンプ光Ｌ１、シード光Ｌ２、アイドラー光Ｌ３及びテラヘルツ光ＴＨが略同一の水平面上に存在するように、テラヘルツ光発生装置１の構成要素（ポンプ光発振器２、シード光発振器３、非線形光学結晶４等）が配置されている。

しかして、本実施例のシード光発振器３は、凸レンズ５の光軸の延長線と直交する方向に移動機構６によって平行移動されるようになっている。移動機構６の作動は制御装置１０によって制御されるようになっている。
制御装置１０が移動機構６によってシード光発振器３を、凸レンズ５の光軸の延長線と直交する方向に所要量、水平方向に平行移動させる。これにより、シード光発振器３から発振されるシード光Ｌ２は、凸レンズ５の光軸と平行に維持された状態で、凸レンズ５の光軸と直交する方向に移動される。それにより、凸レンズ５に対するシード光Ｌ２の入射位置が変更されると（想像線Ｌ２参照）、凸レンズ５によってシード光Ｌ２が集光されてから非線形光学結晶４の端面４Ａに入射される際の入射角を変更できるようになっている。

以上のように、本実施例においては、凸レンズ５を挟んで非線形光学結晶４とは反対側にポンプ光発振器２及びシード光発振器３を配置し、ポンプ光Ｌ１と平行な状態のシード光Ｌ２を単一の凸レンズ５によって集光してから非線形光学結晶４の端面４Ａに入射させるようになっている。また、移動機構６によってシード光発振器３を、凸レンズ５の光軸の延長線と直交する方向に平行移動させることにより、凸レンズ５に対するシード光Ｌ２の入射位置を変更することができる。それによって、非線形光学結晶４で発生するテラヘルツ光ＴＨの波長を変更するために、シード光発振器３から発振されるシード光Ｌ２の波長を変化させた場合でも、シード光Ｌ２が凸レンズ５から端面４Ａに入射する際の角度を位相整合角に調整することが可能となる。

以上の構成において、テラヘルツ光発生装置１を用いて検査対象物の品質検査の際には、先ず、図示しない検査対象物をシリコンプリズム１１の外方となる検査位置にセットする。
次に、検査対象物に照射するテラヘルツ光ＴＨの波長に応じて、制御装置１０は移動機構６によってシード光発振器３を所要位置へ平行移動させる。これにより、検査対象物に照射するテラヘルツ光ＴＨの波長と対応する位置にシード光発振器３が位置するようになっている。
その後、制御装置１０によってポンプ光発振器２及びシード光発振器３が作動される。これにより、ポンプ光発振器２からポンプ光Ｌ１がパルス発振され、該ポンプ光Ｌ１は凸レンズ５を透過して端面４Ａに入射される。また、シード光発振器３からシード光Ｌ２が発振されて、該シード光Ｌ２は凸レンズ５によって集光されてから非線形光学結晶４の端面４Ａに入射される。
この時、位相整合条件は満たされており、かつ、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２が端面４Ａに同時に重畳して入射される。そのため、テラヘルツ光ＴＨが発生するとともにアイドラー光Ｌ３が発生し、テラヘルツ光ＴＨはシリコンプリズム１１を介して外方へ放射された後に、検査対象物へ照射される。
この後、検査対象物を透過したテラヘルツ光ＴＨを基にして、図示しない判定装置によって検査対象物の品質の良否を判定するようになっている。なお、非線形光学結晶４の他方の端面４Ｂから放射されたアイドラー光Ｌ３及びポンプ光Ｌ１はダンパー１２によって吸収されるようになっている。
以上のようにして、テラヘルツ光発生装置１により検査対象物にテラヘルツ光ＴＨの検査を行うが、検査対象物の種類を変更する場合には、それに応じてテラヘルツ光ＴＨの波長を変更する必要がある。ここで、テラヘルツ光ＴＨの波長を変更するためには、シード光Ｌ２の波長を変更する必要がある。これに伴って、シード光Ｌ２を非線形光学結晶４に入射させる際の位相整合角が変化する。そこで、制御装置１０は移動機構６によってシード光発振器３を凸レンズ５の光軸の延長線と直交する方向に所要量平行移動させる。これにより、シード光発振器３から発振されるシード光Ｌ２の凸レンズ５への入射位置が変更されて、所定の位相整合角でシード光Ｌ２が端面４Ａに入射できる位置にシード光発振器３が位置する（想像線３、Ｌ２参照）。このようにして、凸レンズ５に対するシード光Ｌ２の入射位置が変更され、凸レンズ５を介して端面４Ａに入射されるシード光Ｌ２の入射角が変更される。この後、シード光発振器３が作動されると、変更された波長のシード光Ｌ２がシード光発振器３から発振されるので、変更後の検査対象物の種類に応じた波長のテラヘルツ光ＴＨが発生するようになっている。
なお、同一の検査対象物に対してテラヘルツ光ＴＨの波長を連続的に変化させて照射するようにしても良い。この場合には、シード光発振器３から発振させるシード光２の波長を連続的に変化させ、これに対応して制御装置１０が移動機構６を介してシード光発振器３を移動させる。

上述した本実施例においては、集光レンズとしての凸レンズ５は１箇所だけ配置されるとともに、シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２は凸レンズ５によって集光されて非線形光学結晶４の端面４Ａに入射する構成となっている。そのため、本実施例によれば、従来と比較して小型でコストが安いテラヘルツ光発生装置１を提供できる。
また、本実施例は、単一の凸レンズ５によってシード光Ｌ２を集光して非線形光学結晶４に入射させる構成となっている。そのため、回折格子による近似値を用いて位相整合条件を満たすように構成された特許文献１の装置と比較して、本実施例によれば、いずれの波長であっても位相整合条件を満たすことができ、広帯域の可変波長テラヘルツ光源となりうるテラヘルツ光発生装置１をより小型の構造にて提供することができる。
さらに、本実施例においては、移動機構６によってシード光発振器３を平行移動させることにより、シード光Ｌ２の凸レンズ５に対する入射位置を変更することで、非線形光学結晶４の端面４Ａに対するシード光Ｌ２の入射角を変更することができる。そのため、そのように変更可能な入射角に対応するテラヘルツ光を発生させることができるので、検査装置として用いる際の汎用性が高いテラヘルツ光発生装置１を提供できる。

なお、上記実施例においては凸レンズ５を挟んで非線形光学結晶４の反対側にポンプ光発振器２を配置しているが、次のような構成を採用しても良い。つまり、凸レンズ５の光軸と端面４Ａの中心とを結ぶ直線上の位置に全反射ミラーを４５度傾斜させて配置し、該全反射ミラーに向けて上記直線の側方からポンプ光発振器２によりポンプ光Ｌ１を照射するようにしても良い。この場合には、ポンプ光Ｌ２は凸レンズ５を透過することなく端面４Ａに入射することになる。
また、上記実施例においては、移動機構６によってシード光発振器３自体を平行移動させているが、次のような構成を採用しても良い。つまり、シード光発振器３を固定して設けて、該固定されたシード光発振器３から発振されるシード光を光ファイバーによって導光し、該光ファイバーの端面（レーザ光出射部）を移動機構６によって移動させるようにしても良い。
さらに、上記実施例において、凸レンズ５とシード光発振器３との間に凹レンズを追加して配置しても良い。この場合には、シード光発振器３から発振されたシード光Ｌ２は凹レンズによって拡径された後に、凸レンズ５で集光されてから端面４Ａに照射されてポンプ光Ｌ１と重畳する。その際に、端面４Ａに照射されるシード光Ｌ２の照射面積は凹レンズを配置しない場合と比較して大きくなるので、ポンプ光Ｌ１とシード光Ｌ２との重畳面積が大きくなる。それにより、非線形光学結晶４から発生するテラヘルツ光ＴＨの強度を大きくすることができる。

１‥テラヘルツ光発生装置２‥ポンプ光発振器
３‥シード光発振器４‥非線形光学結晶
５‥凸レンズ６‥移動機構
Ｌ１‥ポンプ光Ｌ２‥シード光
ＴＨ‥テラヘルツ光

Claims

パラメトリック効果によるテラヘルツ光を発生可能な非線形光学結晶と、ポンプ光を発振させるポンプ光発振器と、発振させるシード光の波長を変更可能なシード光発振器と、上記シード光の光路上に配置されて、シード光を集光する凸レンズとを備え、
上記ポンプ光と上記シード光を、位相整合条件を満たす入射角で上記非線形光学結晶に入射させることによりテラヘルツ光を発生させるように構成されたテラヘルツ光発生装置において、
上記シード光発振器から発振されるシード光が、上記凸レンズの光軸と平行な状態を維持して、該凸レンズの光軸と交差する方向に移動するようにシード光発振器のシード光出射部を移動させる移動機構を設けて、
該移動機構によって上記シード光出射部を移動させることにより、上記凸レンズへのシード光の入射位置を変更して、上記非線形光学結晶に入射されるシード光の入射角を変更することを特徴とするテラヘルツ光発生装置。
上記移動機構は、上記シード光発振器を凸レンズの光軸の延長線と直交する方向に平行移動させることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ光発生装置。