JP2018116118A - テラヘルツ光発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記テラヘルツ光発生装置においては、非線形光学結晶にポンプ光とシード光とを入射することにより、該非線形光学結晶からピーク出力の大きなパルスのテラヘルツ光を狭線化したスペクトル幅で発生させることができる。
本発明はそのような事情に鑑み、出力の大きなテラヘルツ光を広い波長帯で発生させることができるテラヘルツ光発生装置を提供するものである。
上記ポンプ光を上記非線形光学結晶の一端面から入射させ、該非線形光学結晶の他端面から上記ポンプ光を出射させるとともにアイドラー光を発生させるポンプ光照射手段と、
上記非線形光学結晶の他端面から出射したポンプ光を反射させて当該他端面に再入射させるとともに、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光を反射させ、該アイドラー光を上記シード光として上記非線形光学結晶の他端面から入射させることによりテラヘルツ光を発生させる反射光学系と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、上記反射光学系は、上記非線形光学結晶の他端面に対向する平板状の反射面を有する反射ミラーと、該反射ミラーと上記非線形光学結晶の他端面との間に配置された凸レンズとを備えており、該凸レンズは、上記非線形光学結晶の他端面から該凸レンズの焦点距離だけ離間して配置されていることを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、上記反射光学系は、上記非線形光学結晶の他端面に対向する球面状の反射面を有する反射ミラーを備えており、該反射ミラーは、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光を該非線形光学結晶の他端面に向けて上記シード光として反射させることを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明において、上記非線形光学結晶の他端面と上記反射ミラーとの間に、上記ポンプ光を通過させる光通過部と、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光のうちの特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光通過部とを有する波長選択手段を設けたことを特徴とするものである。
したがって、例えば該テラヘルツ光を被検査物に透過または反射させて該被検査物の成分等を検査するようにした場合には、該テラヘルツ光は広い波長帯を有しているので、個々の波長のテラヘルツ光を被検査物に照射する場合に比較して、該被検査物の成分等を一度で検査することが可能となる。
また、上記非線形光学結晶から発生されるテラヘルツ光は波長ごとに異なる角度で射出されるので、スペクトル分析が容易となる。つまり、複数の波長が混ざった光で検査を行うようにした場合には、受光側で波長ごとに分離する必要が生じるが、本発明によればそのような操作を省略することができる。
さらに請求項4の発明によれば、上記波長選択手段の光通過部により、非線形光学結晶から発生した複数の波長を含んだアイドラー光のうち、特定の波長のアイドラー光のみを通過させることができるので、該非線形光学結晶から発生されるアイドラー光自体の波長を変更することなく、上記波長選択手段によって特定の波長のアイドラー光のみを選択使用して特定の波長のテラヘルツ光を発生させることができる。
上記非線形光学結晶2にポンプ光L1を入射させるポンプ光照射手段3は、図示実施例では非線形光学結晶2の光軸上に配置されている。上記ポンプ光照射手段3としてはパルスレーザを発振する半導体レーザを用いることができ、該ポンプ光照射手段3から発振されたポンプ光L1としてのパルスレーザは、非線形光学結晶2の一端面2aから入射され、該非線形光学結晶2を透過して他端面2bから出射されるようになっている。
上記ポンプ光L1の波長として、例えば1064.4nmの波長を用いることができる。
上記非線形光学結晶2から発生されるアイドラー光L2、L2の断面形状は、図1の紙面と垂直の方向に横長の略楕円形状となっている。また上記アイドラー光L2、L2は、例えば1069〜1077nmという広い波長帯のスペクトル幅を有し、かつ、波長ごとに空間分離されているが、その出力は微弱である。
このように、反射ミラー12で反射されたポンプ光L1’とシード光L2’は、非線形光学結晶2にそれぞれの出射角度と同一角度で入射するようにしてあるので、自動的に非線形光学結晶2に対する位相整合条件を満たした状態で非線形光学結晶2に入射されるようになる。
また上記非線形光学結晶2にポンプ光L1’とシード光L2’とを入射することにより、テラヘルツ光TH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)が構成されている。
この際、上記非線形光学結晶2を透過したポンプ光L1’がポンプ光照射手段3に戻るのを防止するために、非線形光学結晶2の一端面2aとポンプ光照射手段3との間の光軸上にアイソレータ7を設けてある。すなわち該アイソレータ7は、ポンプ光L1の透過は許容するが、逆方向のポンプ光L1’の透過は阻止するようになっている。
なお、図1において、8はテラヘルツ光THを非線形光学結晶2から取り出すためのプリズムである。
したがって、上記非線形光学結晶2の他端面2bからその光軸上で出射されたポンプ光L1は、上記凸レンズ13の光軸上を透過して反射ミラー12で反射され、再び上記凸レンズ13の光軸上を透過して非線形光学結晶2の他端面2bに該光軸上からポンプ光L1’として入射されるようになる。
他方、上記非線形光学結晶2の他端面2bから出射されたアイドラー光L2は、上記凸レンズ13が非線形光学結晶2の他端面2bから該凸レンズ13の焦点距離fだけ離間させた位置に配置してあるので、該凸レンズ13を透過する際に非線形光学結晶2の光軸と平行となるように屈折され、上記反射ミラー12により同一光軸上で反射される。
これによって非線形光学結晶2で発生されたテラヘルツ光THは、上述したようにその出力が大きく、かつ広い波長帯を有することになる。
ところで、上記非線形光学結晶2から出力されるテラヘルツ光THを図示しない容器や封筒あるいは生体試料などの被検査物に透過又は反射させ、それによって得られる検査光から被検査物によって吸収される波長成分をスペクトル解析することで、被検査物の成分や特性等を検査することができる。その際、上記テラヘルツ光THは広い波長帯を有しているので、上記検査光も広い波長帯を有することとなり、したがって広い波長帯のテラヘルツ光THによって被検査物の成分等を一度で検査することが可能となる。
すなわち図示実施例では、上記反射ミラー12と凸レンズ13との間に一部の光の通過を阻止する上記波長選択手段11を設けて、該波長選択手段11の本体部を構成する方形薄板状の遮光板にスリットなどの光通過部11aを設けることにより、凸レンズ13を通過した広い波長帯を有するアイドラー光L2から特定の波長のアイドラー光L2のみの透過を選択できるようにしてある。
上記光通過部11aは、実質的に1つの波長を選択可能なように図1の紙面と垂直の方向に細い横長形状となっており、それによって広い波長帯を有しているアイドラー光L1から光通過部11aを介して特定の波長のみの通過を許容し、その他の波長は該波長選択手段11によってその通過を遮断することができるようにしてある。なお、光通過部11aが図1の紙面と垂直の方向に細い横長形状となっているのは、上述したようにアイドラー光L2の断面形状が図1の紙面と垂直の方向に横長の略楕円形状となっているからである。
さらに上記波長選択手段11には、ポンプ光L1、L1’の透過を許容する光通過部11bを設けてあり、また前述したように非線形光学結晶2の他端面2bから発生した2つのアイドラー光L2、L2のうち、上述した他方のアイドラー光L2を吸収するためのダンパ部11cを設けてある。
そしてテラヘルツ光THの波長を変更する際には、光通過部11aの位置のみを異ならせた複数の波長選択手段11を用意してそれらを交換すればよく、それによって容易にテラヘルツ光THの波長を変更することができる。
上記反射ミラー17は、上記非線形光学結晶2の他端面2bから発生したアイドラー光L2を該非線形光学結晶2の他端面2bに向けて上記シード光L2’として反射させることができるような球面状の反射面を有している。
また該反射ミラー17は、上記非線形光学結晶2の他端面2bからその光軸上で出射されたポンプ光L1を反射させて、再び上記光軸上を通過させ非線形光学結晶2の他端面2bに該光軸上からポンプ光L1’として入射させることができるようになっている。
上記球面状の反射ミラー17は、その反射面の曲率Rを有する場合、その曲率の中心点が上記非線形光学結晶2の他端面2bとなる距離Lに配置してある。
その他の構成は、上記第1実施例と同様に構成してあり、同一若しくは相当部分には図1と同一の符号を付して示してある。
他方、波長選択手段11のダンパ部11cを残してその他の部分を省略すれば、広い波長帯を有しているシード光L2’をポンプ光L1’とともに非線形光学結晶2に入射させることができ、したがって該非線形光学結晶2により出力が大きく、かつ広い波長帯を有するテラヘルツ光THを発生させることができる。
上記光通過部21a、21bは、それぞれ第1実施例の光通過部11aと同様に図1の紙面と垂直の方向に細い横長形状に形成してある。
そして本実施例においても、上記ポンプ光L1、L1’の透過を許容する光通過部21cを設けるとともにダンパ部21dを設けてある。
本実施例によれば、非線形光学結晶2から出力が大きく、かつ異なる2つの波長を有するテラヘルツ光THを発生させることができる。
なお、本実施例においては、光通過部21a、21bを3つ以上設けてもよい。
すなわち本実施例の波長選択手段31は4つの異なる波長を選択できるように構成してあり、そのために該波長選択手段31は第1遮光板32とこれに重合させた第2遮光板33とを備えている。一方の第1遮光板32は図示しない部材により反射光学系6又は16に対して図4の矢印で示す紙面の左右方向、すなわち図1の紙面と垂直の方向に移動可能に設けてあり、該第1遮光板32にスリットなどの2本の平行な光通過部32a、32bを図1の紙面と垂直の方向に対して斜めに形成してある。
また、該第1遮光板32にはポンプ光L1、L1’の光通過部32cとアイドラー光L2のダンパ部32dとを設けてある。
また、該第2遮光板33は、上記第1遮光板32に形成したポンプ光L1、L1’の光通過部32cを覆うことがないように、第1遮光板32に比較して細長い長方形状に形成してある。
そして上記各光通過部32a、32b、33a、33bを重ねることにより、各光通過部の交点のみで上記アイドラー光L2およびシード光L2’の透過を許容させるようにしている。
そして選択すべき波長を異ならせる場合には、上記第1遮光板32を第2遮光板33に対して矢印方向に移動させればよく、それによって各光通過部32a、32b、33a、33bの交点の位置を移動させることができるので、選択すべき波長を異ならせることができる。
なお、本実施例において、上記第1遮光板32に設ける光通過部32a、32bと第2遮光板33に設ける光通過部33a、33bとはそれぞれ1本以上であればよい。
さらに図1、図2の実施例において、光通過部11b、21cとダンパ部11c、21dを固定したまま、各光通過部11a、21a、21bを図1の上下方向に移動可能に設ければ、それによって異なる波長を選択することが可能となる。
2a 一端面 2b 他端面
3 ポンプ光照射手段 6、16 反射光学系
11、21、31 波長選択手段 11b、21c、32c 光通過部
11a、21a、21b、32a、32b 光通過部
11c、21d、32d ダンパ部 12、17 反射ミラー
13 凸レンズ L1、L1’ ポンプ光
L2 アイドラー光 L2’ シード光
TH テラヘルツ波
Claims (4)
- シード光とポンプ光とが入射されてパラメトリック効果によりテラヘルツ光を発生する非線形光学結晶を備えたテラヘルツ光発生装置において、
上記ポンプ光を上記非線形光学結晶の一端面から入射させ、該非線形光学結晶の他端面から上記ポンプ光を出射させるとともにアイドラー光を発生させるポンプ光照射手段と、
上記非線形光学結晶の他端面から出射したポンプ光を反射させて当該他端面に再入射させるとともに、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光を反射させ、該アイドラー光を上記シード光として上記非線形光学結晶の他端面から入射させることによりテラヘルツ光を発生させる反射光学系と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光発生装置。 - 上記反射光学系は、上記非線形光学結晶の他端面に対向する平板状の反射面を有する反射ミラーと、該反射ミラーと上記非線形光学結晶の他端面との間に配置された凸レンズとを備えており、該凸レンズは、上記非線形光学結晶の他端面から該凸レンズの焦点距離だけ離間して配置されてい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。
- 上記反射光学系は、上記非線形光学結晶の他端面に対向する球面状の反射面を有する反射ミラーを備えており、該反射ミラーは、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光を該非線形光学結晶の他端面に向けて上記シード光として反射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。
- 上記非線形光学結晶の他端面と上記反射ミラーとの間に、上記ポンプ光を通過させる光通過部と、上記非線形光学結晶の他端面から発生したアイドラー光のうちの特定の波長のアイドラー光のみを通過させる光通過部とを有する波長選択手段を設けたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のテラヘルツ光発生装置。
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