JP4102141B2 - Terahertz wave generator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数1THz(テラヘルツ)周辺の電磁波であるテラヘルツ波発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周波数1THz(テラヘルツ)周辺の電磁波領域(テラヘルツ波領域、例えばおよそ0.1THz〜100THz、あるいはさらにその周辺領域を含んだ広い周波数領域を指す)は、光波と電波の境界に位置する周波数領域であり、テラヘルツ波は、赤外の分光やイメージングへの応用等に有効である。例えば、周波数0.1THz〜100THz、波長3mm〜3μmの中・遠赤外光には、X線測定などとは異なり、生体にダメージを与えずにその透過イメージを取得できるという応用がある。また、ガス分析などへの分光応用も考えられる。
【0003】
このような周波数領域は、その発生装置や検出装置などの装置開発が比較的遅れており、技術面でも応用面でも未開拓の部分が多い。特に、テラヘルツ波を用いた各種の測定においては、テラヘルツ波領域内にあるどの波長で測定を行っても良い結果が得られる訳ではなく、それぞれの測定に適した波長のテラヘルツ波を用いる必要がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−235203号公報
【0005】
【非特許文献1】
阪井清美、「テラヘルツ時間領域分光法」、分光研究 50, p.261-273 (2001)
【0006】
【非特許文献2】
J.K.Ranka, R.S.Windeler, and A.J.Stentz, "Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm", Optics Letters 25, p.25-27 (2000)
【0007】
【非特許文献3】
神成文彦、武井信達、塩澤麻理子、「アダプティブ制御によるフェムト秒レーザーパルス整形と光励起過程への応用」、レーザー研究 28, p.479-485 (2000)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
特定の波長成分が増強されたテラヘルツ波を発生する方法としては、波形整形によって生成されたパルス列を励起光として用いる方法や、2波長の励起光を用いる方法などがある。しかしながら、特に、波長の短い領域においては、このような方法では、特定の波長成分のテラヘルツ波を効率的に発生させることは難しい。
【0009】
例えば、特開2000−235203号公報には、2波長発振レーザから供給される光を励起光としてテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置が記載されている。この発生装置では、特定の波長成分を有する遠赤外のテラヘルツ波を連続光(CW光)として発生させることができる。しかしながら、このような装置においては、テラヘルツ波が連続光であるため、そのピーク光強度を充分に大きくすることは難しい。したがって、テラヘルツ波を生体測定などに応用した場合、良好なS/N比で測定を行うことができないという問題があった。
【0010】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能なテラヘルツ波発生装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるテラヘルツ波発生装置は、(1)テラヘルツ波の発生に用いられる励起光を供給する励起光供給手段と、(2)入力された光の波長スペクトルを変換するスペクトル変換手段、及び波長スペクトルを制御するスペクトル制御手段を有し、励起光供給手段から供給された励起光を入力して、その波長スペクトルが励起光供給手段から供給された段階とは異なる励起光スペクトルに変形された励起光を生成するスペクトル生成手段と、(3)非線形光学結晶を有し、スペクトル生成手段で生成された励起光スペクトルを有する励起光を非線形光学結晶に入力して、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段とを備え、スペクトル生成手段において、スペクトル変換手段はフォトニック結晶ファイバであるとともに、スペクトル制御手段は波形整形器であり、励起光供給手段側から、フォトニック結晶ファイバ、波形整形器の順で配置されていることを特徴とする。
【0012】
上記したテラヘルツ波発生装置においては、レーザ光源などの励起光供給手段から、テラヘルツ波発生手段の非線形光学結晶へと入力される励起光について、スペクトル生成手段によってその波長スペクトルを変形する。そして、励起光供給手段から供給された段階での励起光とは異なる波長スペクトルを励起光スペクトルとして有する励起光を生成し、その励起光を非線形光学結晶に入力してテラヘルツ波を発生させている。
【0013】
このような構成によれば、非線形光学結晶で発生されるテラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御することができる。したがって、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、このような発生装置では、励起光をパルス光とすることによって、充分なピーク光強度を有するパルス状のテラヘルツ波を発生させることが可能である。
【0014】
ここで、スペクトル変換手段による波長スペクトルの変換とは、波長スペクトルに含まれている波長成分を波長変換等することによって、波長スペクトルを変形することをいう。また、スペクトル制御手段による波長スペクトルの制御とは、波長スペクトルに含まれている波長成分を選択等することによって、波長スペクトルを変形することをいう。
【0015】
また、スペクトル生成手段は、スペクトル変換手段またはスペクトル制御手段のいずれか一方、もしくは両方、あるいは複数のスペクトル変換手段またはスペクトル制御手段の組合せによって構成することができる。
【0016】
具体的には、スペクトル変換手段は、フォトニック結晶ファイバを有して構成されていることが好ましい。また、スペクトル制御手段は、波形整形器を有して構成されていることが好ましい。また、これら以外のスペクトル変換手段、スペクトル制御手段を用いても良い。
【0017】
また、テラヘルツ波発生装置は、テラヘルツ波発生手段で発生されたテラヘルツ波の一部を検出するテラヘルツ波検出手段を備え、テラヘルツ波検出手段によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、スペクトル制御手段による波長スペクトルの制御条件を設定または変更することを特徴とする。このようなフィードバック制御を行う構成とすることにより、非線形光学結晶で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。
【0018】
あるいは、テラヘルツ波発生手段で発生されたテラヘルツ波が照射される試料に対して設置された反応計測手段による試料での反応の計測結果に基づいて、スペクトル制御手段による波長スペクトルの制御条件を設定または変更する構成としても良い。このような構成によっても、非線形光学結晶で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるテラヘルツ波発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0020】
図1は、本発明によるテラヘルツ波発生装置の第1実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。
【0021】
レーザ光源1は、テラヘルツ波の発生に用いられる励起光を供給する励起光供給手段である。レーザ光源1としては、例えば、フェムト秒(fs)パルスレーザ光を励起光として出力するフェムト秒パルスレーザ光源が用いられる。また、励起光は、好ましくは、ある程度広がった波長スペクトルを有する。
【0022】
レーザ光源1から供給される励起光に対し、テラヘルツ波発生部5は、非線形光学結晶50を有して構成されている。非線形光学結晶50としては、例えば、2次の非線形感受率が高い電気光学結晶(EO結晶:Electro-Optical Crystal)が用いられる。
【0023】
レーザ光源1からのパルス励起光が非線形光学結晶50へと入力されると、非線形光学結晶50において光整流作用が生じる。このとき、広がった波長スペクトル内にあるパルス励起光の各周波数成分(波長成分)により、差の周波数成分に対応するテラヘルツ波が発生する(例えば、文献「阪井清美、分光研究、50, p.261 (2001)」参照)。なお、光整流作用は、2次の受動非線形光学効果である差周波混合で、入射する光の周波数差を近付けた場合に相当する。また、非線形光学結晶50において発生されるテラヘルツ波は、例えば、周波数0.1THz〜100THz、波長3mm〜3μmの中・遠赤外光である。
【0024】
図1に示したテラヘルツ波発生装置においては、レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間に、スペクトル生成部2が設置されている。スペクトル生成部2は、スペクトル変換部3、またはスペクトル制御部4の少なくとも一方を有して構成される。そして、スペクトル生成部2は、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光を生成する。
【0025】
ここで、スペクトル変換部3は、入力された光の波長スペクトル(周波数スペクトル)を変換する変換手段である。スペクトル変換部3による波長スペクトルの変換とは、波長スペクトルに含まれている波長成分に対して波長変換等を行うことによって、波長スペクトルを変形することをいう。このスペクトル変換部3としては、具体的には例えば、フォトニック結晶ファイバ、ホローファイバ、テーパードファイバ、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタなどを適用することができる。
【0026】
また、スペクトル制御部4は、入力された光の波長スペクトル(周波数スペクトル)を制御する制御手段である。スペクトル制御部4による波長スペクトルの制御とは、波長スペクトルに含まれている波長成分を選択等することによって、波長スペクトルを変形することをいう。このスペクトル制御部4としては、具体的には例えば、波形整形器、レーザアンプなどを適用することができる。
【0027】
スペクトル生成部2において、スペクトル変換部3、またはスペクトル制御部4、またはそれらの両方によって変形されて生成される励起光スペクトルは、テラヘルツ波発生部5の非線形光学結晶50で発生させようとするテラヘルツ波の波長分布に対応して設定される。
【0028】
図2は、レーザ光源1とスペクトル生成部2との間の位置P0での励起光のスペクトルを示すグラフであり、図2(a)はその時間スペクトルを、図2(b)は波長スペクトルを示している。また、図3は、スペクトル生成部2とテラヘルツ波発生部5との間の位置P1での励起光のスペクトルを示すグラフであり、図3(a)はその時間スペクトルを、図3(b)は波長スペクトルを示している。
【0029】
レーザ光源1から励起光として供給されるフェムト秒パルスレーザ光などのパルス励起光は、図2(a)に示すように、短い時間幅でのパルス状の時間スペクトルを有する。また、このパルス励起光は、図2(b)に示すように、ある程度の波長幅で広がった波長スペクトルを有する。
【0030】
これに対して、スペクトル生成部2における波長スペクトルの変形後でのパルス励起光は、図3(a)に示すように、変形前と同様の短い時間幅でのパルス状の時間スペクトルを有する。また、このパルス励起光は、図3(b)に示すように、スペクトル生成部2により波長スペクトルが所定の励起光スペクトルへと変形されている。図3(b)に示した例では、スペクトル生成部2で生成されたパルス励起光の励起光スペクトルは、異なる波長を有する2つのピークを波長成分として含む波長スペクトルとなっている。
【0031】
本実施形態においては、テラヘルツ波発生部5に対し、さらに、テラヘルツ波検出部6が設置されている。テラヘルツ波検出部6は、テラヘルツ波発生部5の非線形光学結晶50で発生されたテラヘルツ波の一部を検出する。
【0032】
このテラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果は、スペクトル生成部2のスペクトル制御部4へとフィードバックされる。そして、スペクトル制御部4は、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0033】
本実施形態によるテラヘルツ波発生装置の効果について説明する。
【0034】
図1に示したテラヘルツ波発生装置では、励起光供給手段であるレーザ光源1から、テラヘルツ波発生部5の非線形光学結晶50へと入力される励起光について、スペクトル生成部2によってその波長スペクトルを変形する。そして、レーザ光源1から供給された段階での励起光とは異なる波長スペクトルを励起光スペクトルとして有する励起光を生成し、その励起光を非線形光学結晶50に入力してテラヘルツ波を発生させている。
【0035】
このような構成によれば、スペクトル生成部2において生成される励起光スペクトルによって、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を制御することができる。したがって、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。
【0036】
また、このような発生装置では、レーザ光源1としてパルスレーザ光源を適用し、励起光をパルス励起光とすることによって、充分なピーク光強度を有するパルス状のテラヘルツ波を発生させることができる。これにより、テラヘルツ波発生装置から出力されるテラヘルツ波を生体測定などに応用した場合、良好なS/N比で測定を行うことが可能となる。
【0037】
従来のテラヘルツ波発生装置の構成例のブロック図を図4(a)〜(c)に示す。
【0038】
図4(a)に示すテラヘルツ波発生装置(従来例1)は、ある程度広がった波長スペクトルを有するパルス励起光を供給するレーザ光源91と、非線形光学結晶90を有するテラヘルツ波発生部92とからなる。この構成では、レーザ光源91からの励起光をそのまま非線形光学結晶90に入力して、テラヘルツ波を発生させている。
【0039】
図5(a)は、図4(a)に示したテラヘルツ波発生装置について、レーザ光源91とテラヘルツ波発生部92との間の位置P6での励起光強度スペクトルを示すグラフである。図5(a)において、横軸は励起光の波長(nm)を示し、また、縦軸は励起光強度(×10-3、a.u.:arb. unit)を示している。
【0040】
また、図5(b)は、図4(a)に示したテラヘルツ波発生装置について、テラヘルツ波発生部92からテラヘルツ波の出力方向にある位置P7でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。図5(b)において、横軸はテラヘルツ波の周波数(THz)及び波長(μm)を示し、また、縦軸はテラヘルツ波強度(a.u.)を示している。なお、以下において示す強度スペクトル等の各グラフは、いずれも計算値を示している。
【0041】
図5(a)には、それぞれ強度分布の波長幅が異なる4種類の励起光強度スペクトルA1〜A4を示している。ただし、テラヘルツ波発生部の非線形光学結晶へと入力される励起光の強度は、光学結晶の耐熱性によって制限される。このため、これらのスペクトルA1〜A4は、その積分強度が1となるように規格化されている。
【0042】
このような強度スペクトルを有する励起光に対し、非線形光学結晶において発生されるテラヘルツ波の短波長側(高周波数側)の限界、及びそれによるテラヘルツ波強度スペクトルの分布広がりは、図5(b)に示すように、励起光強度スペクトルの分布広がり等によって決まる。
【0043】
図5(b)には、上記した励起光強度スペクトルA1〜A4にそれぞれ対応する4種類のテラヘルツ波強度スペクトルB1〜B4を示している。これらのスペクトルB1〜B4に示すように、励起光強度スペクトルの分布広がりが大きいほど、短波長の波長成分(高周波数の周波数成分)を有するテラヘルツ波が得られる。しかしながら、このような構成では、テラヘルツ波において特定の波長成分を増強することができず、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることは難しい。
【0044】
これに対して、テラヘルツ波において特定の波長成分を増強する方法として、波形整形によって生成されたパルス列を励起光として用いる方法や、2波長の励起光を用いる方法が知られている。
【0045】
例えば、図4(b)に示すテラヘルツ波発生装置(従来例2)は、レーザ光源91と、非線形光学結晶を有するテラヘルツ波発生部92と、パルス列生成部93とからなる。この構成では、レーザ光源91からのパルス励起光は、パルス列生成部93によって所定の時間間隔を有する複数のパルス光とされる。そして、この複数のパルス光からなるパルス列を非線形光学結晶90に入力して、テラヘルツ波を発生させている。ただし、このような構成では、特に短波長の波長成分を有するテラヘルツ波を発生させる場合、パルス列の時間間隔を短く(例えば50fs以下)する必要がある。このため、パルス列の生成、及びパルス列を用いたテラヘルツ波の発生が困難となる。
【0046】
また、図4(c)に示すテラヘルツ波発生装置(従来例3)は、互いに異なる波長のパルス励起光を供給する第1レーザ光源91a及び第2レーザ光源91bと、テラヘルツ波発生部92とからなる。この構成では、レーザ光源91a、91bからの2波長の励起光を非線形光学結晶に入力して、テラヘルツ波を発生させている。ただし、このような構成では、発生されるテラヘルツ波が連続光(CW光)であるため、そのピーク光強度を充分に大きくすることは難しい。
【0047】
これに対して、図1に示した構成のテラヘルツ波発生装置によれば、スペクトル生成部2において生成される励起光スペクトルによって、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を制御している。これにより、上述したように、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を、充分な強度で効率的に発生させることが可能となる。
【0048】
なお、所定の波長スペクトルを有する励起光を生成するスペクトル生成部2の構成については、例えば、スペクトル変換部3またはスペクトル制御部4のいずれか一方、もしくは両方、あるいは複数のスペクトル変換部3またはスペクトル制御部4の組合せによって構成することができる。
【0049】
また、本実施形態においては、テラヘルツ波発生部5に対してテラヘルツ波検出部6を設置し、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルを制御するスペクトル制御部4に対してフィードバック制御を行っている。このような構成により、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。ただし、スペクトル制御部4のフィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置しない構成としても良い。
【0050】
図6は、テラヘルツ波発生装置の第2実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、及び非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0051】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、スペクトル変換部3であるフォトニック結晶ファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)30を有して構成されている。フォトニック結晶ファイバ30は、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを変換することによって波長スペクトルを変形し、所定の励起光スペクトルを有する励起光を生成する。
【0052】
図6に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、レーザ光源1から非線形光学結晶50へと入力される励起光について、フォトニック結晶ファイバ30からなるスペクトル変換部3によって波長スペクトルを変換し、その励起光によってテラヘルツ波を発生させている。
【0053】
これにより、テラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御して、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、スペクトル変換部3としてフォトニック結晶ファイバ30を用いることにより、波長スペクトルの変換を好適に行うことができる。
【0054】
図7は、フォトニック結晶ファイバ(PCF)30の構造を模式的に示す図であり、図7(a)は断面図、図7(b)はそのコア周辺の拡大断面図を示している。フォトニック結晶ファイバ30は、図7(a)及び(b)に示すように、そのコア周辺に空気の孔30aによる周期構造を有する光ファイバである。このようなフォトニック結晶ファイバ30をスペクトル変換部3として用いることにより、レーザ光源1からの励起光の波長スペクトルを変換することができる(例えば、文献「J.K.Ranka et al., Optics Letters 25, p.25 (2000)」参照)。
【0055】
図8(a)は、テラヘルツ波発生装置における励起光強度スペクトルを示すグラフである。この図8(a)において、横軸は励起光の波長(nm)を示し、また、縦軸は励起光強度(×10-3、a.u.)を示している。ここで、グラフC1は、図6に示したテラヘルツ波発生装置について、スペクトル生成部2とテラヘルツ波発生部5との間の位置P1での励起光強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフC2は、従来例1(図4(a)参照)のテラヘルツ波発生装置について、レーザ光源91とテラヘルツ波発生部92との間の位置P6での励起光強度スペクトルを示すグラフである。なお、グラフC1、C2は、それぞれ積分強度が1となるように規格化されている。
【0056】
図8(b)は、テラヘルツ波発生装置におけるテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。この図8(b)において、横軸はテラヘルツ波の周波数(THz)及び波長(μm)を示し、また、縦軸はテラヘルツ波強度(a.u.)を示している。ここで、グラフD1は、図6に示したテラヘルツ波発生装置について、テラヘルツ波発生部5からテラヘルツ波の出力方向にある位置P2でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフD2は、従来例1のテラヘルツ波発生装置について、テラヘルツ波発生部92からテラヘルツ波の出力方向にある位置P7でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【0057】
ここでは、レーザ光源1から励起光として供給されるパルスレーザ光を、波長スペクトル半値全幅が16nmのパルスレーザ光としている。また、フォトニック結晶ファイバ30としては、図7に示した構造のフォトニック結晶ファイバを用い、また、その長さは2cmに設定している。
【0058】
図8(a)においては、従来の構成でのグラフC2では、波長800nmをピーク波長とする波長成分からなる励起光強度スペクトルとなっている。一方、図6の構成でのグラフC1では、波長スペクトルの変換により、波長785nm近傍のピーク波長を有する波長成分と、波長815nm近傍のピーク波長を有する波長成分とを含む励起光強度スペクトルが得られている。
【0059】
このような励起光強度スペクトルを有する励起光に対し、図8(b)においては、グラフC2に対応する従来の構成でのグラフD2では、長波長側(低周波数側)の極限をピークとし、短波長側(高周波数側)にいくにしたがって強度が単調に減少するテラヘルツ波強度スペクトルとなっている。
【0060】
一方、グラフC1に対応する図6の構成でのグラフD1では、長波長側の極限のピークのみでなく、波長19μmにもピークを有するテラヘルツ波強度スペクトルが得られている。このように、図6に示した構成のテラヘルツ波発生装置によれば、テラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御して、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることができる。
【0061】
図9は、図8(b)に示したテラヘルツ波強度スペクトルから得られる強度比スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフD6は、図8(b)に示したグラフD1でのテラヘルツ波強度スペクトルをグラフD2での従来のスペクトルで割った、テラヘルツ波の強度比スペクトルを示している。
【0062】
このグラフD6では、波長16μmにピークを有するテラヘルツ波強度比スペクトルが得られている。また、そのピーク光強度は、従来での光強度の3.7倍となっており、充分なピーク光強度が得られている。
【0063】
図10は、テラヘルツ波発生装置の第3実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、及び非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0064】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、スペクトル制御部4である波形整形器40を有して構成されている。波形整形器40は、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御することによって波長スペクトルを変形し、所定の励起光スペクトルを有する励起光を生成する。
【0065】
図10に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、レーザ光源1から非線形光学結晶50へと入力される励起光について、波形整形器40からなるスペクトル制御部4によって波長スペクトルを制御し、その励起光によってテラヘルツ波を発生させている。
【0066】
これにより、テラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御して、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、スペクトル制御部4として波形整形器40を用いることにより、波長スペクトルの制御を好適に行うことができる(例えば、文献「神成文彦 他、レーザー研究、28, p.479 (2000)」参照)。なお、この場合には、波形整形器40によって生成される励起光スペクトルは、レーザ光源1から供給された励起光の波長スペクトルの一部を抽出したものとなる。
【0067】
図11(a)は、テラヘルツ波発生装置における励起光強度スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフE1は、図10に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P1での励起光強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフE2は、従来例1のテラヘルツ波発生装置について、位置P6での励起光強度スペクトルを示すグラフである。なお、グラフE1、E2は、それぞれ積分強度が1となるように規格化されている。
【0068】
図11(b)は、テラヘルツ波発生装置におけるテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフF1は、図10に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P2でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフF2は、従来例1のテラヘルツ波発生装置について、位置P7でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【0069】
ここでは、レーザ光源1から励起光として供給されるパルスレーザ光を、波長スペクトル半値全幅が16nmのパルスレーザ光としている。
【0070】
図11(a)においては、従来の構成でのグラフE2では、波長800nmをピーク波長とする波長成分からなる励起光強度スペクトルとなっている。一方、図10の構成でのグラフE1では、波長スペクトルの制御により、波長792nm近傍のピーク波長を有する波長成分と、波長808nm近傍のピーク波長を有する波長成分とを含む励起光強度スペクトルが得られている。
【0071】
このような励起光強度スペクトルを有する励起光に対し、図11(b)においては、グラフE2に対応する従来の構成でのグラフF2では、長波長側の極限をピークとし、短波長側にいくにしたがって強度が単調に減少するテラヘルツ波強度スペクトルとなっている。
【0072】
一方、グラフE1に対応する図10の構成でのグラフF1では、長波長側の極限のピークのみでなく、波長45μmにもピークを有するテラヘルツ波強度スペクトルが得られている。このように、図10に示した構成のテラヘルツ波発生装置によれば、テラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御して、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることができる。
【0073】
また、このように波形整形器40を用いる構成では、発生されるテラヘルツ波強度スペクトルは、レーザ光源1から供給された励起光をそのまま用いた場合のスペクトルの一部を抽出したものとなるが、図11(b)においては、波長45μm周辺の波長成分が効果的に抽出されていることがわかる。また、このような構成では、パルス列を用いてテラヘルツ波を発生させる構成(図4(b)参照)とは異なり高調波が発生しないので、良好な単色性を有するテラヘルツ波が得られる。
【0074】
図12は、テラヘルツ波発生装置の第4実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5とを備えて構成されている。これらの構成については、図10に示した実施形態と同様である。
【0075】
本実施形態においては、テラヘルツ波発生部5に対し、さらに、テラヘルツ波検出部6が設置されている。テラヘルツ波検出部6は、例えば、非線形光学結晶60を有して構成されており、テラヘルツ波発生部5の非線形光学結晶50で発生されたテラヘルツ波の一部を、非線形光学結晶60によって検出する。
【0076】
このテラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果は、スペクトル生成部2の波形整形器40へとフィードバックされる。そして、スペクトル制御部4である波形整形器40は、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0077】
このように、非線形光学結晶60を有するテラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルを制御する波形整形器40に対してフィードバック制御を行うことにより、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。
【0078】
図13は、テラヘルツ波発生装置の第5実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5、及びテラヘルツ波検出部6の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0079】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、スペクトル変換部3であるフォトニック結晶ファイバ30と、スペクトル制御部4である波形整形器40とを有して構成されている。
【0080】
フォトニック結晶ファイバ30、及び波形整形器40は、励起光を供給するレーザ光源1側から、フォトニック結晶ファイバ30、波形整形器40の順で配置されている。フォトニック結晶ファイバ30は、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを変換する。さらに、波形整形器40は、フォトニック結晶ファイバ30からのパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。これにより、波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光が生成される。
【0081】
また、波形整形器40には、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果がフィードバックされている。そして、スペクトル制御部4である波形整形器40は、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0082】
図13に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、レーザ光源1から非線形光学結晶50へと入力される励起光について、フォトニック結晶ファイバ30からなるスペクトル変換部3と、波形整形器40からなるスペクトル制御部4とによって波長スペクトルを変形し、その励起光によってテラヘルツ波を発生させている。
【0083】
これにより、テラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御して、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、フォトニック結晶ファイバ30及び波形整形器40を組合せて用いることにより、フォトニック結晶ファイバ30によって広げられた波長スペクトルを波形整形器40によって制御することが可能となるので、波長スペクトルの変形をより好適に行うことができる。
【0084】
また、本実施形態においては、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、波形整形器40をフィードバック制御している。このような構成により、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。ただし、波形整形器40のフィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置しない構成としても良い。
【0085】
図14(a)は、テラヘルツ波発生装置における励起光強度スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフG1は、図13に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P1での励起光強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフG2は、図6に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P1での励起光強度スペクトルを示すグラフ(図8(a)のグラフC1に相当)である。また、グラフG3は、従来例1のテラヘルツ波発生装置について、位置P6での励起光強度スペクトルを示すグラフである。なお、グラフG1、G2、G3は、それぞれ積分強度が1となるように規格化されている。
【0086】
図14(b)は、テラヘルツ波発生装置におけるテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフH1は、図13に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P2でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。また、グラフH2は、図6に示したテラヘルツ波発生装置について、位置P2でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフ(図8(b)のグラフD1に相当)である。また、グラフH3は、従来例1のテラヘルツ波発生装置について、位置P7でのテラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【0087】
ここでは、レーザ光源1から励起光として供給されるパルスレーザ光を、波長スペクトル半値全幅が16nmのパルスレーザ光としている。また、フォトニック結晶ファイバ30としては、図7に示した構造のフォトニック結晶ファイバを用い、また、その長さは2cmに設定している。
【0088】
図14(a)においては、従来の構成でのグラフG3では、波長800nmをピーク波長とする波長成分からなる励起光強度スペクトルとなっている。一方、フォトニック結晶ファイバ30を用いた図6の構成でのグラフG2では、図8に関して上述したように、波長785nm近傍のピーク波長を有する波長成分と、波長815nm近傍のピーク波長を有する波長成分とを含む励起光強度スペクトルが得られている。また、フォトニック結晶ファイバ30に対してさらに波形整形器40を用いた図13の構成でのグラフG1では、グラフG2と同様の励起光強度スペクトルとなっているが、グラフG2に比べてピーク以外の波長成分が減少し、ピークが顕著な励起光強度スペクトルが得られている。
【0089】
このような励起光強度スペクトルを有する励起光に対し、図14(b)においては、グラフG3に対応する従来の構成でのグラフH3では、長波長側の極限をピークとし、短波長側にいくにしたがって強度が単調に減少するテラヘルツ波強度スペクトルとなっている。
【0090】
一方、グラフG2に対応する図6の構成でのグラフH2では、長波長側の極限のピークのみでなく、波長19μmにもピークを有するテラヘルツ波強度スペクトルが得られている。また、グラフG1に対応する図13の構成でのグラフH1では、グラフH2と同様のテラヘルツ波強度スペクトルとなっているが、グラフH2に比べて波長32μm(周波数9THz)近傍の波長成分が大きく減少し、波長19μm(周波数16THz)でのピークが顕著なテラヘルツ波強度スペクトルが得られている。
【0091】
図15は、図14(b)に示したテラヘルツ波強度スペクトルから得られる強度比スペクトルを示すグラフである。ここで、グラフH6は、図14(b)に示したグラフH1でのテラヘルツ波強度スペクトルをグラフH3での従来のスペクトルで割った、テラヘルツ波の強度比スペクトルを示している。また、グラフH7は、グラフH2でのテラヘルツ波強度スペクトルをグラフH3での従来のスペクトルで割った、テラヘルツ波の強度比スペクトル(図9のグラフD6に相当)を示している。
【0092】
このグラフH6では、グラフH7と同様に、波長16μmにピークを有するテラヘルツ波強度比スペクトルが得られている。また、そのピーク光強度は、従来での光強度の4.2倍となっており、3.7倍のグラフH7に比べても、さらに充分なピーク光強度が得られている。これは、スペクトル生成部2において、フォトニック結晶ファイバ30に対して、さらに波形整形器40を組合せて用いているためである。
【0093】
ここで、図13に示した構成のテラヘルツ波発生装置について、その具体的な構成例を示しておく。図16は、図13に示したテラヘルツ波発生装置の一例を示す構成図である。ただし、この図16においては、レーザ光源1及びテラヘルツ波検出部6については図示を省略し、スペクトル変換部3及びスペクトル制御部4からなるスペクトル生成部2と、非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5とについて、その構成を図示している。なお、レーザ光源1から供給されるパルス励起光は、例えば、パルス時間幅60fs、中心波長800nm、スペクトル半値全幅16nmのフェムト秒パルスレーザ光である。
【0094】
本構成例においては、スペクトル変換部3は、フォトニック結晶ファイバ30と、2つの対物レンズ31、32とから構成されている。レーザ光源1からのパルス励起光は、倍率100倍の対物レンズ31によって集光されて、長さ2cmのフォトニック結晶ファイバ30へと入力され、フォトニック結晶ファイバ30においてその波長スペクトルが変換される。そして、波長変換された励起光は、倍率40倍の対物レンズ32を介して、平行光としてスペクトル制御部4へと出力される。
【0095】
スペクトル制御部4は、波形整形器40から構成されている。また、波形整形器40は、2つの回折格子41、44と、2つのシリンドリカルミラー42、43と、波長マスク45とを有する。スペクトル変換部3で波長変換されたパルス励起光は、400本/mmの回折格子41で分光されて、R=1500mmのシリンドリカルミラー42を介して波長マスク45に入力される。そして、パルス励起光は、この波長マスク45で所定の波長成分が選択されることによって、その波長スペクトルが制御される。具体的な波長マスク45としては、例えば、金属板に所定のパターンで開口を形成したものを用いることができる。
【0096】
波長マスク45で波長成分が選択された励起光は、R=1500mmのシリンドリカルミラー43を介して400本/mmの回折格子44に入力される。そして、この回折格子44で空間的な位置がそろえられた後、波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光としてテラヘルツ波発生部5へと出力される。
【0097】
テラヘルツ波発生部5は、非線形光学結晶50と、放物面ミラー51とから構成されている。所定の励起光スペクトルを有するスペクトル制御部4からのパルス励起光は、f=50mmの放物面ミラー51を介して、厚さ10μmのGaP(110)結晶からなる非線形光学結晶50へと入力される。そして、非線形光学結晶50において、光整流効果によって中・遠赤外などのテラヘルツ波が発生されて出力される。
【0098】
テラヘルツ波発生装置の構成について、さらに説明する。所定の波長スペクトルを有する励起光を生成するスペクトル生成部2の構成については、上述したように、例えば、スペクトル変換部3またはスペクトル制御部4のいずれか一方、もしくは両方、あるいは複数のスペクトル変換部3またはスペクトル制御部4の組合せによって構成することができ、上述した各実施形態以外にも、様々な構成を用いることが可能である。
【0099】
図17は、テラヘルツ波発生装置の第6実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5、及びテラヘルツ波検出部6の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0100】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、波形整形器などからなるスペクトル制御部4と、フォトニック結晶ファイバなどからなるスペクトル変換部3とを有して構成されている。
【0101】
スペクトル制御部4、及びスペクトル変換部3は、レーザ光源1側から、この順で配置されている。スペクトル制御部4は、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。さらに、スペクトル変換部3は、スペクトル制御部4からのパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを変換する。これにより、波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光が生成される。
【0102】
また、スペクトル制御部4には、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果がフィードバックされている。そして、スペクトル制御部4は、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0103】
図17に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、スペクトル制御部4と、スペクトル変換部3とによって、励起光の波長スペクトルを変形している。これにより、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、スペクトル制御部4及びスペクトル変換部3を組合せて用いることにより、波長スペクトルの変形を好適に行うことができる。
【0104】
また、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、スペクトル制御部4をフィードバック制御する構成により、テラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。ただし、フィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置しない構成としても良い。
【0105】
図18は、テラヘルツ波発生装置の第7実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5、及びテラヘルツ波検出部6の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0106】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、波形整形器などからなる第1スペクトル制御部4aと、フォトニック結晶ファイバなどからなるスペクトル変換部3と、第2スペクトル制御部4bとを有して構成されている。
【0107】
第1スペクトル制御部4a、スペクトル変換部3、及び第2スペクトル制御部4bは、レーザ光源1側から、この順で配置されている。第1スペクトル制御部4aは、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。また、スペクトル変換部3は、第1スペクトル制御部4aからのパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを変換する。さらに、第2スペクトル制御部4bは、スペクトル変換部3からのパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。これにより、波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光が生成される。
【0108】
また、第1スペクトル制御部4a、及び第2スペクトル制御部4bには、それぞれテラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果がフィードバックされている。そして、第1スペクトル制御部4a、及び第2スペクトル制御部4bのそれぞれは、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0109】
図18に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、第1スペクトル制御部4aと、スペクトル変換部3と、第2スペクトル制御部4bとによって、励起光の波長スペクトルを変形している。これにより、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、スペクトル制御部4a、4b及びスペクトル変換部3を組合せて用いることにより、波長スペクトルの変形を好適に行うことができる。
【0110】
また、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、スペクトル制御部4a、4bをフィードバック制御する構成により、テラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。ただし、フィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置しない構成としても良い。
【0111】
図19は、テラヘルツ波発生装置の第8実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。これらのうち、レーザ光源1、非線形光学結晶50を有するテラヘルツ波発生部5、及びテラヘルツ波検出部6の構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0112】
レーザ光源1とテラヘルツ波発生部5との間には、スペクトル生成部2が設置されている。本実施形態においては、スペクトル生成部2は、波形整形器などからなる第1スペクトル制御部4aと、第2スペクトル制御部4bとを有して構成されている。
【0113】
第1スペクトル制御部4a、及び第2スペクトル制御部4bは、レーザ光源1側から、この順で配置されている。第1スペクトル制御部4aは、レーザ光源1から供給されたパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。さらに、第2スペクトル制御部4bは、第1スペクトル制御部4aからのパルス励起光を入力して、その波長スペクトルを制御する。これにより、波長スペクトルが所定の励起光スペクトルに変形された励起光が生成される。
【0114】
また、第1スペクトル制御部4a、及び第2スペクトル制御部4bには、それぞれテラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果がフィードバックされている。そして、第1スペクトル制御部4a、及び第2スペクトル制御部4bのそれぞれは、フィードバックされたテラヘルツ波検出部6での検出結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0115】
図19に示したテラヘルツ波発生装置では、上述したように、第1スペクトル制御部4aと、第2スペクトル制御部4bとによって、励起光の波長スペクトルを変形している。これにより、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、スペクトル制御部4a、4bを組合せて用いることにより、波長スペクトルの変形を好適に行うことができる。
【0116】
また、テラヘルツ波検出部6によるテラヘルツ波の検出結果に基づいて、スペクトル制御部4a、4bをフィードバック制御する構成により、テラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。ただし、フィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置しない構成としても良い。
【0117】
図20は、テラヘルツ波発生装置の第9実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。このテラヘルツ波発生装置は、レーザ光源1と、スペクトル生成部2と、テラヘルツ波発生部5と、テラヘルツ波検出部6とを備えて構成されている。これらの構成については、図1に示した実施形態と同様である。
【0118】
本実施形態においては、テラヘルツ波発生部5で発生されてテラヘルツ波発生装置から出力されたテラヘルツ波が照射される試料Sに対して、反応計測部7が設置されている。反応計測部7は、テラヘルツ波発生装置から出力されたテラヘルツ波を照射することによって生じる試料Sでの反応を計測する反応計測手段である。反応計測部7による試料Sでの反応の計測方法としては、例えば、試料Sの温度、試料Sにおけるテラヘルツ波の透過率、反射率、試料Sでの生成物の量などを計測する方法がある。
【0119】
この反応計測部7による反応の計測結果は、スペクトル生成部2のスペクトル制御部4へとフィードバックされる。そして、スペクトル制御部4は、フィードバックされた反応計測部7での計測結果に基づいて、励起光の波長スペクトルの制御に適用される制御条件を設定または変更する。
【0120】
このように、反応計測部7による試料Sでの反応の計測結果に基づいて、励起光の波長スペクトルを制御するスペクトル制御部4に対してフィードバック制御を行うことにより、非線形光学結晶50で発生されるテラヘルツ波の波長分布を好適に制御することができる。
【0121】
なお、本実施形態においては、反応計測部7による計測結果に基づくスペクトル制御部4のフィードバック制御に加えて、テラヘルツ波検出部6による検出結果に基づくフィードバック制御を併用している。ただし、テラヘルツ波の検出結果に基づくフィードバック制御が不要な場合には、テラヘルツ波検出部6を設置せず、反応計測部7からのフィードバック制御のみを行う構成としても良い。
【0122】
【発明の効果】
本発明によるテラヘルツ波発生装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、レーザ光源などの励起光供給手段から、テラヘルツ波発生手段の非線形光学結晶へと入力される励起光について、スペクトル変換手段またはスペクトル制御手段の少なくとも一方を有するスペクトル生成手段によってその波長スペクトルを所定の励起光スペクトルへと変形する構成によれば、非線形光学結晶で発生されるテラヘルツ波の波長分布を励起光スペクトルによって制御することができる。したがって、所望の波長成分を有するテラヘルツ波を効率的に発生させることが可能となる。また、このような発生装置では、励起光をパルス光とすることによって、充分なピーク光強度を有するパルス状のテラヘルツ波を発生させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】テラヘルツ波発生装置の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】レーザ光源とスペクトル生成部との間の位置P0での励起光の(a)時間スペクトル、及び(b)波長スペクトルを示すグラフである。
【図3】スペクトル生成部とテラヘルツ波発生部との間の位置P1での励起光の(a)時間スペクトル、及び(b)波長スペクトルを示すグラフである。
【図4】従来のテラヘルツ波発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図5】図4(a)に示したテラヘルツ波発生装置における(a)励起光強度スペクトル、及び(b)テラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【図6】テラヘルツ波発生装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【図7】フォトニック結晶ファイバの構造を模式的に示す(a)断面図、及び(b)拡大断面図である。
【図8】図6に示したテラヘルツ波発生装置における(a)励起光強度スペクトル、及び(b)テラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【図9】図8(b)に示したテラヘルツ波強度スペクトルから得られる強度比スペクトルを示すグラフである。
【図10】テラヘルツ波発生装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。
【図11】図10に示したテラヘルツ波発生装置における(a)励起光強度スペクトル、及び(b)テラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【図12】テラヘルツ波発生装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。
【図13】テラヘルツ波発生装置の第5実施形態の構成を示すブロック図である。
【図14】図13に示したテラヘルツ波発生装置における(a)励起光強度スペクトル、及び(b)テラヘルツ波強度スペクトルを示すグラフである。
【図15】図14(b)に示したテラヘルツ波強度スペクトルから得られる強度比スペクトルを示すグラフである。
【図16】図13に示したテラヘルツ波発生装置の一例を示す構成図である。
【図17】テラヘルツ波発生装置の第6実施形態の構成を示すブロック図である。
【図18】テラヘルツ波発生装置の第7実施形態の構成を示すブロック図である。
【図19】テラヘルツ波発生装置の第8実施形態の構成を示すブロック図である。
【図20】テラヘルツ波発生装置の第9実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…レーザ光源、2…スペクトル生成部、3…スペクトル変換部、30…フォトニック結晶ファイバ、31、32…対物レンズ、4、4a、4b…スペクトル制御部、40…波形整形器、41、44…回折格子、42、43…シリンドリカルミラー、45…波長マスク、5…テラヘルツ波発生部、50…非線形光学結晶、51…放物面ミラー、6…テラヘルツ波検出部、60…非線形光学結晶、7…反応計測部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a terahertz wave generator that is an electromagnetic wave around a frequency of 1 THz (terahertz).
[0002]
[Prior art]
An electromagnetic wave region (a terahertz wave region, for example, approximately 0.1 THz to 100 THz, or a wide frequency region including the peripheral region) around a frequency of 1 THz (terahertz) is a frequency region located at the boundary between light waves and radio waves. Terahertz waves are effective for infrared spectroscopy and imaging applications. For example, medium / far infrared light with a frequency of 0.1 THz to 100 THz and a wavelength of 3 mm to 3 μm has an application that allows transmission images to be acquired without damaging a living body, unlike X-ray measurement. Also, spectroscopic applications for gas analysis and the like can be considered.
[0003]
In such a frequency region, the development of devices such as the generating device and the detecting device is relatively delayed, and there are many undeveloped parts in both technical and application aspects. In particular, in various measurements using terahertz waves, it is not always possible to obtain measurements at any wavelength within the terahertz wave region, and it is necessary to use terahertz waves with wavelengths suitable for each measurement. is there.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-235203 A
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Sakai Kiyomi, "Terahertz Time Domain Spectroscopy", Spectroscopic Research 50, p.261-273 (2001)
[0006]
[Non-Patent Document 2]
JKRanka, RSWindeler, and AJStentz, "Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm", Optics Letters 25, p.25-27 (2000)
[0007]
[Non-Patent Document 3]
Fumihiko Kanari, Nobutatsu Takei, Mariko Shiozawa, "Femtosecond laser pulse shaping by adaptive control and its application to photoexcitation process", Laser Research 28, p.479-485 (2000)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of generating a terahertz wave with an enhanced specific wavelength component, there are a method using a pulse train generated by waveform shaping as excitation light, a method using excitation light of two wavelengths, and the like. However, particularly in a short wavelength region, it is difficult to efficiently generate a terahertz wave having a specific wavelength component by such a method.
[0009]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-235203 describes a terahertz wave generating device that generates terahertz waves using light supplied from a two-wavelength laser as excitation light. In this generator, a far-infrared terahertz wave having a specific wavelength component can be generated as continuous light (CW light). However, in such an apparatus, since the terahertz wave is continuous light, it is difficult to sufficiently increase the peak light intensity. Therefore, when terahertz waves are applied to living body measurement, there is a problem that measurement cannot be performed with a good S / N ratio.
[0010]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a terahertz wave generator capable of efficiently generating a terahertz wave having a desired wavelength component.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a terahertz wave generator according to the present invention includes (1) excitation light supply means for supplying excitation light used for generation of terahertz waves, and (2) a wavelength spectrum of input light. Spectral conversion means for converting, as well as Spectral control hand to control wavelength spectrum Step Input the excitation light supplied from the excitation light supply means, the wavelength spectrum is Different from the stage supplied from the excitation light supply means Spectral generation means for generating excitation light transformed into an excitation light spectrum, and (3) a nonlinear optical crystal, and the excitation light having the excitation light spectrum generated by the spectrum generation means is input to the nonlinear optical crystal, Terahertz wave generating means for generating terahertz waves In the spectrum generation means, the spectrum conversion means is a photonic crystal fiber, and the spectrum control means is a waveform shaper, arranged from the pumping light supply means side in the order of the photonic crystal fiber and the waveform shaper. It is characterized by that.
[0012]
In the above-described terahertz wave generation device, the wavelength spectrum of the excitation light input from the excitation light supply unit such as a laser light source to the nonlinear optical crystal of the terahertz wave generation unit is deformed by the spectrum generation unit. Then, the pumping light having a wavelength spectrum different from the pumping light at the stage supplied from the pumping light supply means is generated as the pumping light spectrum, and the pumping light is input to the nonlinear optical crystal to generate the terahertz wave. .
[0013]
According to such a configuration, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal can be controlled by the excitation light spectrum. Therefore, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component. Further, in such a generator, it is possible to generate a pulsed terahertz wave having a sufficient peak light intensity by using the excitation light as pulse light.
[0014]
Here, the conversion of the wavelength spectrum by the spectrum conversion means means that the wavelength spectrum is deformed by, for example, converting the wavelength component contained in the wavelength spectrum. The control of the wavelength spectrum by the spectrum control means means that the wavelength spectrum is deformed by selecting a wavelength component included in the wavelength spectrum.
[0015]
Further, the spectrum generation means can be configured by either one or both of the spectrum conversion means and the spectrum control means, or a combination of a plurality of spectrum conversion means or spectrum control means.
[0016]
Specifically, it is preferable that the spectrum conversion means is configured to include a photonic crystal fiber. Moreover, it is preferable that the spectrum control means has a waveform shaper. Further, spectrum conversion means and spectrum control means other than these may be used.
[0017]
Further, the terahertz wave generation device includes a terahertz wave detection unit that detects a part of the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit, and based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit, the wavelength by the spectrum control unit The control condition of the spectrum is set or changed. By adopting such a feedback control configuration, it is possible to suitably control the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal.
[0018]
Alternatively, based on the measurement result of the reaction in the sample by the reaction measurement unit installed on the sample irradiated with the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit, the control condition of the wavelength spectrum by the spectrum control unit is set or It is good also as a structure to change. Even with such a configuration, it is possible to suitably control the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a terahertz wave generator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
[0020]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a first embodiment of a terahertz wave generator according to the present invention. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6.
[0021]
The laser light source 1 is excitation light supply means for supplying excitation light used for generating terahertz waves. As the laser light source 1, for example, a femtosecond pulse laser light source that outputs femtosecond (fs) pulse laser light as excitation light is used. Also, the excitation light preferably has a wavelength spectrum that spreads to some extent.
[0022]
For the excitation light supplied from the laser light source 1, the terahertz wave generation unit 5 includes a nonlinear optical crystal 50. As the nonlinear optical crystal 50, for example, an electro-optic crystal (EO crystal: Electro-Optical Crystal) having a high second-order nonlinear susceptibility is used.
[0023]
When pulse excitation light from the laser light source 1 is input to the nonlinear optical crystal 50, an optical rectification action occurs in the nonlinear optical crystal 50. At this time, a terahertz wave corresponding to the difference frequency component is generated by each frequency component (wavelength component) of the pulsed excitation light in the spread wavelength spectrum (for example, see “Sakai Kiyomi, Spectroscopic Research, 50, p. 261 (2001)). The optical rectification action corresponds to a case where the frequency difference of incident light is brought close by difference frequency mixing which is a secondary passive nonlinear optical effect. The terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal 50 is, for example, mid / far infrared light having a frequency of 0.1 THz to 100 THz and a wavelength of 3 mm to 3 μm.
[0024]
In the terahertz wave generation device shown in FIG. 1, the spectrum generation unit 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generation unit 5. The spectrum generation unit 2 includes at least one of the spectrum conversion unit 3 and the spectrum control unit 4. And the spectrum production | generation part 2 inputs the pulsed excitation light supplied from the laser light source 1, and produces | generates the excitation light by which the wavelength spectrum was deform | transformed into the predetermined excitation light spectrum.
[0025]
Here, the spectrum conversion unit 3 is a conversion unit that converts the wavelength spectrum (frequency spectrum) of the input light. The conversion of the wavelength spectrum by the spectrum conversion unit 3 means that the wavelength spectrum is deformed by performing wavelength conversion or the like on the wavelength component included in the wavelength spectrum. Specifically, for example, a photonic crystal fiber, a hollow fiber, a tapered fiber, a notch filter, a band pass filter, or the like can be applied as the spectrum conversion unit 3.
[0026]
The spectrum control unit 4 is a control unit that controls the wavelength spectrum (frequency spectrum) of the input light. The control of the wavelength spectrum by the spectrum control unit 4 means that the wavelength spectrum is deformed by selecting a wavelength component included in the wavelength spectrum. As the spectrum control unit 4, specifically, for example, a waveform shaper, a laser amplifier, or the like can be applied.
[0027]
In the spectrum generation unit 2, the excitation light spectrum generated by being deformed by the spectrum conversion unit 3, the spectrum control unit 4, or both of them is generated by the nonlinear optical crystal 50 of the terahertz wave generation unit 5. It is set corresponding to the wavelength distribution of the waves.
[0028]
FIG. 2 shows a position P between the laser light source 1 and the spectrum generator 2. 0 FIG. 2 (a) shows the time spectrum, and FIG. 2 (b) shows the wavelength spectrum. 3 shows a position P between the spectrum generator 2 and the terahertz wave generator 5. 1 FIG. 3A shows the time spectrum, and FIG. 3B shows the wavelength spectrum.
[0029]
Pulse excitation light such as femtosecond pulse laser light supplied as excitation light from the laser light source 1 has a pulsed time spectrum with a short time width, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2B, the pulse excitation light has a wavelength spectrum that spreads over a certain wavelength range.
[0030]
On the other hand, the pulse excitation light after the deformation of the wavelength spectrum in the spectrum generator 2 has a pulse-like time spectrum with a short time width similar to that before the deformation as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 3B, the wavelength spectrum of the pulse excitation light is transformed into a predetermined excitation light spectrum by the spectrum generation unit 2. In the example shown in FIG. 3B, the excitation light spectrum of the pulse excitation light generated by the spectrum generation unit 2 is a wavelength spectrum including two peaks having different wavelengths as wavelength components.
[0031]
In the present embodiment, a terahertz wave detection unit 6 is further provided for the terahertz wave generation unit 5. The terahertz wave detection unit 6 detects a part of the terahertz wave generated by the nonlinear optical crystal 50 of the terahertz wave generation unit 5.
[0032]
The terahertz wave detection result by the terahertz wave detection unit 6 is fed back to the spectrum control unit 4 of the spectrum generation unit 2. Then, the spectrum control unit 4 sets or changes a control condition applied to control of the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave detection unit 6 fed back.
[0033]
The effect of the terahertz wave generator according to the present embodiment will be described.
[0034]
In the terahertz wave generation device shown in FIG. 1, the spectrum generation unit 2 converts the wavelength spectrum of excitation light input from the laser light source 1 serving as excitation light supply means to the nonlinear optical crystal 50 of the terahertz wave generation unit 5. Deform. And the excitation light which has a wavelength spectrum different from the excitation light in the stage supplied from the laser light source 1 as an excitation light spectrum is produced | generated, The excitation light is input into the nonlinear optical crystal 50, and the terahertz wave is generated. .
[0035]
According to such a configuration, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal 50 can be controlled by the excitation light spectrum generated in the spectrum generation unit 2. Therefore, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component.
[0036]
Further, in such a generator, a pulsed terahertz wave having a sufficient peak light intensity can be generated by applying a pulse laser light source as the laser light source 1 and using the excitation light as pulse excitation light. Thereby, when the terahertz wave output from the terahertz wave generator is applied to living body measurement or the like, it is possible to perform measurement with a favorable S / N ratio.
[0037]
A block diagram of a configuration example of a conventional terahertz wave generator is shown in FIGS.
[0038]
The terahertz wave generator (conventional example 1) shown in FIG. 4A includes a laser light source 91 that supplies pulsed excitation light having a wavelength spectrum that spreads to some extent, and a terahertz wave generator 92 having a nonlinear optical crystal 90. . In this configuration, the excitation light from the laser light source 91 is directly input to the nonlinear optical crystal 90 to generate a terahertz wave.
[0039]
FIG. 5A shows a position P between the laser light source 91 and the terahertz wave generator 92 in the terahertz wave generator shown in FIG. 6 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. In FIG. 5A, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) of the excitation light, and the vertical axis indicates the excitation light intensity (× 10 -3 A. u. : Arb. Unit).
[0040]
FIG. 5B shows a position P in the output direction of the terahertz wave from the terahertz wave generating unit 92 in the terahertz wave generating device shown in FIG. 7 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in. In FIG. 5B, the horizontal axis indicates the frequency (THz) and wavelength (μm) of the terahertz wave, and the vertical axis indicates the terahertz wave intensity (au). Each graph such as an intensity spectrum shown below shows a calculated value.
[0041]
FIG. 5A shows four types of excitation light intensity spectra A1 to A4 each having a different wavelength width of the intensity distribution. However, the intensity of the excitation light input to the nonlinear optical crystal of the terahertz wave generation unit is limited by the heat resistance of the optical crystal. For this reason, these spectra A1 to A4 are standardized so that the integrated intensity is 1.
[0042]
For the excitation light having such an intensity spectrum, the limit on the short wavelength side (high frequency side) of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal and the distribution spread of the terahertz wave intensity spectrum due to this are shown in FIG. As shown in FIG. 4, it is determined by the distribution spread of the excitation light intensity spectrum.
[0043]
FIG. 5B shows four types of terahertz wave intensity spectra B1 to B4 respectively corresponding to the excitation light intensity spectra A1 to A4 described above. As shown in these spectra B1 to B4, as the distribution of the excitation light intensity spectrum increases, a terahertz wave having a short wavelength component (high frequency component) is obtained. However, with such a configuration, a specific wavelength component cannot be enhanced in the terahertz wave, and it is difficult to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component.
[0044]
On the other hand, as a method for enhancing a specific wavelength component in a terahertz wave, a method using a pulse train generated by waveform shaping as excitation light and a method using excitation light of two wavelengths are known.
[0045]
For example, the terahertz wave generator (conventional example 2) shown in FIG. 4B includes a laser light source 91, a terahertz wave generator 92 having a nonlinear optical crystal, and a pulse train generator 93. In this configuration, the pulse excitation light from the laser light source 91 is converted into a plurality of pulse lights having a predetermined time interval by the pulse train generator 93. A pulse train composed of the plurality of pulse lights is input to the nonlinear optical crystal 90 to generate a terahertz wave. However, with such a configuration, when generating a terahertz wave having a short wavelength component, it is necessary to shorten the time interval of the pulse train (for example, 50 fs or less). This makes it difficult to generate a pulse train and generate a terahertz wave using the pulse train.
[0046]
Further, the terahertz wave generation device (conventional example 3) shown in FIG. 4C includes a first laser light source 91a and a second laser light source 91b that supply pulse excitation lights having different wavelengths, and a terahertz wave generation unit 92. Become. In this configuration, two-wavelength excitation light from the laser light sources 91a and 91b is input to the nonlinear optical crystal to generate a terahertz wave. However, in such a configuration, since the generated terahertz wave is continuous light (CW light), it is difficult to sufficiently increase the peak light intensity.
[0047]
On the other hand, according to the terahertz wave generation device having the configuration shown in FIG. 1, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal 50 is controlled by the excitation light spectrum generated in the spectrum generation unit 2. Yes. Thereby, as described above, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component with sufficient intensity.
[0048]
In addition, about the structure of the spectrum production | generation part 2 which produces | generates the excitation light which has a predetermined wavelength spectrum, for example, either the spectrum conversion part 3 or the spectrum control part 4, or both, or several spectrum conversion part 3 or spectrum A combination of the control units 4 can be used.
[0049]
In the present embodiment, a terahertz wave detection unit 6 is installed in the terahertz wave generation unit 5, and spectrum control for controlling the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6. Feedback control is performed on the unit 4. With such a configuration, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal 50 can be suitably controlled. However, when the feedback control of the spectrum control unit 4 is not necessary, the terahertz wave detection unit 6 may be omitted.
[0050]
FIG. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the second embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generator includes a laser light source 1, a spectrum generator 2, and a terahertz wave generator 5. Among these, the configuration of the terahertz wave generation unit 5 including the laser light source 1 and the nonlinear optical crystal 50 is the same as that of the embodiment shown in FIG.
[0051]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a photonic crystal fiber (PCF) 30 that is the spectrum conversion unit 3. The photonic crystal fiber 30 receives the pulsed excitation light supplied from the laser light source 1, transforms the wavelength spectrum thereof to transform the wavelength spectrum, and generates excitation light having a predetermined excitation light spectrum.
[0052]
In the terahertz wave generator shown in FIG. 6, as described above, the wavelength spectrum of the excitation light input from the laser light source 1 to the nonlinear optical crystal 50 is converted by the spectrum conversion unit 3 including the photonic crystal fiber 30. The terahertz wave is generated by the excitation light.
[0053]
Accordingly, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component by controlling the wavelength distribution of the terahertz wave by the excitation light spectrum. Further, by using the photonic crystal fiber 30 as the spectrum conversion unit 3, the wavelength spectrum can be suitably converted.
[0054]
7A and 7B are diagrams schematically showing the structure of the photonic crystal fiber (PCF) 30. FIG. 7A is a sectional view, and FIG. 7B is an enlarged sectional view around the core. As shown in FIGS. 7A and 7B, the photonic crystal fiber 30 is an optical fiber having a periodic structure with air holes 30a around its core. By using such a photonic crystal fiber 30 as the spectrum converter 3, the wavelength spectrum of the excitation light from the laser light source 1 can be converted (for example, the document “JKRanka et al., Optics Letters 25, p. 25 (2000) ”).
[0055]
FIG. 8A is a graph showing an excitation light intensity spectrum in the terahertz wave generator. In FIG. 8A, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) of the excitation light, and the vertical axis indicates the excitation light intensity (× 10 -3 A. u. ). Here, the graph C1 shows the position P between the spectrum generator 2 and the terahertz wave generator 5 with respect to the terahertz wave generator shown in FIG. 1 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. Further, the graph C2 shows the position P between the laser light source 91 and the terahertz wave generation unit 92 in the terahertz wave generation device of the conventional example 1 (see FIG. 4A). 6 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. The graphs C1 and C2 are standardized so that the integral intensity is 1.
[0056]
FIG. 8B is a graph showing a terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generator. In FIG. 8B, the horizontal axis indicates the frequency (THz) and wavelength (μm) of the terahertz wave, and the vertical axis indicates the terahertz wave intensity (au). Here, the graph D1 shows the position P in the output direction of the terahertz wave from the terahertz wave generating unit 5 with respect to the terahertz wave generating device shown in FIG. 2 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in. Further, the graph D2 shows a position P in the output direction of the terahertz wave from the terahertz wave generating unit 92 with respect to the terahertz wave generating apparatus of the first conventional example. 7 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in.
[0057]
Here, the pulse laser beam supplied as excitation light from the laser light source 1 is a pulse laser beam having a full width at half maximum of the wavelength spectrum of 16 nm. Further, as the photonic crystal fiber 30, the photonic crystal fiber having the structure shown in FIG. 7 is used, and its length is set to 2 cm.
[0058]
In FIG. 8A, in the graph C2 in the conventional configuration, the excitation light intensity spectrum is composed of wavelength components having a wavelength of 800 nm as a peak wavelength. On the other hand, in the graph C1 in the configuration of FIG. 6, an excitation light intensity spectrum including a wavelength component having a peak wavelength near 785 nm and a wavelength component having a peak wavelength near 815 nm is obtained by wavelength spectrum conversion. ing.
[0059]
In contrast to the excitation light having such an excitation light intensity spectrum, in FIG. 8B, in the graph D2 in the conventional configuration corresponding to the graph C2, the peak on the long wavelength side (low frequency side) is peaked, It is a terahertz wave intensity spectrum in which the intensity monotonously decreases toward the short wavelength side (high frequency side).
[0060]
On the other hand, in the graph D1 in the configuration of FIG. 6 corresponding to the graph C1, not only the extreme peak on the long wavelength side but also a terahertz wave intensity spectrum having a peak at a wavelength of 19 μm is obtained. As described above, according to the terahertz wave generation device having the configuration shown in FIG. 6, the terahertz wave having a desired wavelength component can be efficiently generated by controlling the wavelength distribution of the terahertz wave by the excitation light spectrum. .
[0061]
FIG. 9 is a graph showing an intensity ratio spectrum obtained from the terahertz wave intensity spectrum shown in FIG. Here, the graph D6 shows the intensity ratio spectrum of the terahertz wave obtained by dividing the terahertz wave intensity spectrum in the graph D1 shown in FIG. 8B by the conventional spectrum in the graph D2.
[0062]
In this graph D6, a terahertz wave intensity ratio spectrum having a peak at a wavelength of 16 μm is obtained. The peak light intensity is 3.7 times the conventional light intensity, and a sufficient peak light intensity is obtained.
[0063]
FIG. 10 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the third embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generator includes a laser light source 1, a spectrum generator 2, and a terahertz wave generator 5. Among these, the configuration of the terahertz wave generation unit 5 including the laser light source 1 and the nonlinear optical crystal 50 is the same as that of the embodiment shown in FIG.
[0064]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a waveform shaper 40 that is the spectrum control unit 4. The waveform shaper 40 receives the pulsed excitation light supplied from the laser light source 1 and deforms the wavelength spectrum by controlling the wavelength spectrum to generate excitation light having a predetermined excitation light spectrum.
[0065]
In the terahertz wave generator shown in FIG. 10, the wavelength spectrum of the excitation light input from the laser light source 1 to the nonlinear optical crystal 50 is controlled by the spectrum controller 4 including the waveform shaper 40 as described above, A terahertz wave is generated by the excitation light.
[0066]
Accordingly, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component by controlling the wavelength distribution of the terahertz wave by the excitation light spectrum. Further, by using the waveform shaper 40 as the spectrum control unit 4, the wavelength spectrum can be suitably controlled (see, for example, the document “Fumihiko Kanari et al., Laser Research, 28, p.479 (2000)”). ). In this case, the excitation light spectrum generated by the waveform shaper 40 is obtained by extracting a part of the wavelength spectrum of the excitation light supplied from the laser light source 1.
[0067]
FIG. 11A is a graph showing an excitation light intensity spectrum in the terahertz wave generator. Here, the graph E1 shows the position P for the terahertz wave generator shown in FIG. 1 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. Graph E2 shows the position P for the terahertz wave generator of Conventional Example 1. 6 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. The graphs E1 and E2 are standardized so that the integrated intensity is 1.
[0068]
FIG.11 (b) is a graph which shows the terahertz wave intensity spectrum in a terahertz wave generator. Here, the graph F1 shows the position P for the terahertz wave generator shown in FIG. 2 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in. Graph F2 shows the position P for the terahertz wave generator of Conventional Example 1. 7 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in.
[0069]
Here, the pulse laser beam supplied as excitation light from the laser light source 1 is a pulse laser beam having a full width at half maximum of the wavelength spectrum of 16 nm.
[0070]
In FIG. 11A, the graph E2 in the conventional configuration shows an excitation light intensity spectrum composed of wavelength components having a wavelength of 800 nm as a peak wavelength. On the other hand, in the graph E1 in the configuration of FIG. 10, an excitation light intensity spectrum including a wavelength component having a peak wavelength near 792 nm and a wavelength component having a peak wavelength near 808 nm is obtained by controlling the wavelength spectrum. ing.
[0071]
In contrast to the excitation light having such an excitation light intensity spectrum, in FIG. 11B, in the graph F2 in the conventional configuration corresponding to the graph E2, the limit on the long wavelength side is peaked and goes to the short wavelength side. The intensity spectrum is a terahertz wave whose intensity decreases monotonously.
[0072]
On the other hand, in the graph F1 in the configuration of FIG. 10 corresponding to the graph E1, not only the extreme peak on the long wavelength side but also a terahertz wave intensity spectrum having a peak at a wavelength of 45 μm is obtained. As described above, according to the terahertz wave generating apparatus having the configuration shown in FIG. 10, the terahertz wave having a desired wavelength component can be efficiently generated by controlling the wavelength distribution of the terahertz wave by the excitation light spectrum. .
[0073]
Further, in the configuration using the waveform shaper 40 as described above, the generated terahertz wave intensity spectrum is obtained by extracting a part of the spectrum when the excitation light supplied from the laser light source 1 is used as it is. In FIG. 11B, it can be seen that the wavelength components around the wavelength of 45 μm are effectively extracted. Further, in such a configuration, unlike the configuration in which a terahertz wave is generated using a pulse train (see FIG. 4B), no harmonics are generated, so that a terahertz wave having good monochromaticity can be obtained.
[0074]
FIG. 12 is a block diagram schematically showing the configuration of the fourth embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generator includes a laser light source 1, a spectrum generator 2, and a terahertz wave generator 5. About these structures, it is the same as that of embodiment shown in FIG.
[0075]
In the present embodiment, a terahertz wave detection unit 6 is further provided for the terahertz wave generation unit 5. The terahertz wave detection unit 6 includes, for example, a nonlinear optical crystal 60, and the nonlinear optical crystal 60 detects a part of the terahertz wave generated by the nonlinear optical crystal 50 of the terahertz wave generation unit 5. .
[0076]
The terahertz wave detection result by the terahertz wave detection unit 6 is fed back to the waveform shaper 40 of the spectrum generation unit 2. Then, the waveform shaper 40 that is the spectrum control unit 4 sets or changes the control condition applied to the control of the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave detection unit 6 fed back.
[0077]
As described above, by performing feedback control on the waveform shaper 40 that controls the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6 having the nonlinear optical crystal 60, the nonlinear optical crystal is controlled. The wavelength distribution of the terahertz wave generated at 50 can be suitably controlled.
[0078]
FIG. 13 is a block diagram schematically showing the configuration of the fifth embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6. Among these, the configurations of the laser light source 1, the terahertz wave generation unit 5 having the nonlinear optical crystal 50, and the terahertz wave detection unit 6 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0079]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a photonic crystal fiber 30 that is the spectrum conversion unit 3 and a waveform shaper 40 that is the spectrum control unit 4.
[0080]
The photonic crystal fiber 30 and the waveform shaper 40 are arranged in the order of the photonic crystal fiber 30 and the waveform shaper 40 from the laser light source 1 side that supplies the excitation light. The photonic crystal fiber 30 receives the pulse excitation light supplied from the laser light source 1 and converts its wavelength spectrum. Furthermore, the waveform shaper 40 receives the pulse excitation light from the photonic crystal fiber 30 and controls the wavelength spectrum thereof. As a result, excitation light having a wavelength spectrum deformed into a predetermined excitation light spectrum is generated.
[0081]
Further, the terahertz wave detection result by the terahertz wave detection unit 6 is fed back to the waveform shaper 40. Then, the waveform shaper 40 that is the spectrum control unit 4 sets or changes the control condition applied to the control of the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave detection unit 6 fed back.
[0082]
In the terahertz wave generator shown in FIG. 13, as described above, for the excitation light input from the laser light source 1 to the nonlinear optical crystal 50, the spectrum conversion unit 3 including the photonic crystal fiber 30 and the waveform shaper 40. A wavelength spectrum is deformed by the spectrum control unit 4 and the terahertz wave is generated by the excitation light.
[0083]
Accordingly, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component by controlling the wavelength distribution of the terahertz wave by the excitation light spectrum. Further, by using the photonic crystal fiber 30 and the waveform shaper 40 in combination, the wavelength spectrum expanded by the photonic crystal fiber 30 can be controlled by the waveform shaper 40, so that the wavelength spectrum can be deformed. More preferably.
[0084]
In the present embodiment, the waveform shaper 40 is feedback-controlled based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6. With such a configuration, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal 50 can be suitably controlled. However, when the feedback control of the waveform shaper 40 is not necessary, the terahertz wave detection unit 6 may be omitted.
[0085]
FIG. 14A is a graph showing an excitation light intensity spectrum in the terahertz wave generator. Here, the graph G1 shows the position P for the terahertz wave generator shown in FIG. 1 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. The graph G2 shows the position P for the terahertz wave generating device shown in FIG. 1 9 is a graph (corresponding to the graph C1 in FIG. 8A) showing an excitation light intensity spectrum in FIG. The graph G3 shows the position P for the terahertz wave generator of Conventional Example 1. 6 It is a graph which shows the excitation light intensity spectrum in. Note that the graphs G1, G2, and G3 are standardized so that the integrated intensity is 1, respectively.
[0086]
FIG. 14B is a graph showing a terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generator. Here, the graph H1 shows the position P for the terahertz wave generator shown in FIG. 2 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in. The graph H2 shows the position P for the terahertz wave generator shown in FIG. 2 9 is a graph (corresponding to the graph D1 in FIG. 8B) showing a terahertz wave intensity spectrum in FIG. Graph H3 shows the position P for the terahertz wave generator of Conventional Example 1. 7 It is a graph which shows a terahertz wave intensity spectrum in.
[0087]
Here, the pulse laser beam supplied as excitation light from the laser light source 1 is a pulse laser beam having a full width at half maximum of the wavelength spectrum of 16 nm. Further, as the photonic crystal fiber 30, the photonic crystal fiber having the structure shown in FIG. 7 is used, and its length is set to 2 cm.
[0088]
In FIG. 14A, the graph G3 in the conventional configuration has an excitation light intensity spectrum composed of a wavelength component having a wavelength of 800 nm as a peak wavelength. On the other hand, in the graph G2 in the configuration of FIG. 6 using the photonic crystal fiber 30, as described above with reference to FIG. 8, the wavelength component having the peak wavelength near 785 nm and the wavelength component having the peak wavelength near 815 nm. Excitation light intensity spectrum including Further, in the graph G1 in the configuration of FIG. 13 in which the waveform shaper 40 is further used for the photonic crystal fiber 30, the excitation light intensity spectrum is the same as that of the graph G2, but other than the peak compared to the graph G2. The excitation light intensity spectrum having a remarkable peak is obtained.
[0089]
In contrast to the excitation light having such an excitation light intensity spectrum, in FIG. 14B, in the graph H3 in the conventional configuration corresponding to the graph G3, the limit on the long wavelength side is peaked and goes to the short wavelength side. The intensity spectrum is a terahertz wave whose intensity decreases monotonously.
[0090]
On the other hand, in the graph H2 in the configuration of FIG. 6 corresponding to the graph G2, not only an extreme peak on the long wavelength side but also a terahertz wave intensity spectrum having a peak at a wavelength of 19 μm is obtained. In the graph H1 in the configuration of FIG. 13 corresponding to the graph G1, the terahertz wave intensity spectrum is the same as that of the graph H2, but the wavelength component in the vicinity of the wavelength 32 μm (frequency 9 THz) is greatly reduced compared to the graph H2. In addition, a terahertz wave intensity spectrum having a remarkable peak at a wavelength of 19 μm (frequency: 16 THz) is obtained.
[0091]
FIG. 15 is a graph showing an intensity ratio spectrum obtained from the terahertz wave intensity spectrum shown in FIG. Here, the graph H6 shows the intensity ratio spectrum of the terahertz wave obtained by dividing the terahertz wave intensity spectrum in the graph H1 shown in FIG. 14B by the conventional spectrum in the graph H3. Graph H7 shows a terahertz wave intensity ratio spectrum (corresponding to graph D6 in FIG. 9) obtained by dividing the terahertz wave intensity spectrum in graph H2 by the conventional spectrum in graph H3.
[0092]
In this graph H6, similarly to the graph H7, a terahertz wave intensity ratio spectrum having a peak at a wavelength of 16 μm is obtained. Moreover, the peak light intensity is 4.2 times that of the conventional light intensity, and even more sufficient peak light intensity is obtained compared to the graph H7 of 3.7 times. This is because the spectrum generator 2 uses the waveform shaper 40 in combination with the photonic crystal fiber 30.
[0093]
Here, a specific configuration example of the terahertz wave generation device having the configuration shown in FIG. 13 will be described. FIG. 16 is a configuration diagram illustrating an example of the terahertz wave generation device illustrated in FIG. 13. However, in FIG. 16, the laser light source 1 and the terahertz wave detection unit 6 are not illustrated, and the terahertz wave generation including the spectrum generation unit 2 including the spectrum conversion unit 3 and the spectrum control unit 4 and the nonlinear optical crystal 50 is generated. The configuration of the unit 5 is illustrated. Note that the pulse excitation light supplied from the laser light source 1 is, for example, femtosecond pulsed laser light having a pulse time width of 60 fs, a center wavelength of 800 nm, and a full width at half maximum of 16 nm.
[0094]
In this configuration example, the spectrum conversion unit 3 includes a photonic crystal fiber 30 and two objective lenses 31 and 32. The pulsed excitation light from the laser light source 1 is collected by an objective lens 31 having a magnification of 100 times and input to a photonic crystal fiber 30 having a length of 2 cm, and the wavelength spectrum is converted in the photonic crystal fiber 30. . Then, the wavelength-converted excitation light is output to the spectrum control unit 4 as parallel light through the objective lens 32 having a magnification of 40 times.
[0095]
The spectrum control unit 4 includes a waveform shaper 40. The waveform shaper 40 includes two diffraction gratings 41 and 44, two cylindrical mirrors 42 and 43, and a wavelength mask 45. The pulsed excitation light wavelength-converted by the spectrum conversion unit 3 is split by the diffraction grating 41 of 400 lines / mm and is input to the wavelength mask 45 via the cylindrical mirror 42 of R = 1500 mm. The wavelength spectrum of the pulse excitation light is controlled by selecting a predetermined wavelength component by the wavelength mask 45. As a specific wavelength mask 45, for example, a metal plate having openings formed in a predetermined pattern can be used.
[0096]
The excitation light whose wavelength component is selected by the wavelength mask 45 is input to the diffraction grating 44 having 400 lines / mm through the cylindrical mirror 43 having R = 1500 mm. Then, after the spatial positions are aligned by the diffraction grating 44, the wavelength spectrum is output to the terahertz wave generation unit 5 as excitation light whose shape is transformed into a predetermined excitation light spectrum.
[0097]
The terahertz wave generation unit 5 includes a nonlinear optical crystal 50 and a parabolic mirror 51. Pulse excitation light from the spectrum control unit 4 having a predetermined excitation light spectrum is input to a nonlinear optical crystal 50 made of a GaP (110) crystal having a thickness of 10 μm via a parabolic mirror 51 of f = 50 mm. The Then, in the nonlinear optical crystal 50, terahertz waves such as mid-infrared and the like are generated and output by the optical rectification effect.
[0098]
The configuration of the terahertz wave generator will be further described. About the structure of the spectrum production | generation part 2 which produces | generates the excitation light which has a predetermined wavelength spectrum, as mentioned above, for example, either one or both of the spectrum conversion part 3 and the spectrum control part 4, or several spectrum conversion part 3 or a combination of the spectrum control units 4, and various configurations other than the above-described embodiments can be used.
[0099]
FIG. 17 is a block diagram schematically showing the configuration of the sixth embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6. Among these, the configurations of the laser light source 1, the terahertz wave generation unit 5 having the nonlinear optical crystal 50, and the terahertz wave detection unit 6 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0100]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a spectrum control unit 4 including a waveform shaper and a spectrum conversion unit 3 including a photonic crystal fiber.
[0101]
The spectrum control unit 4 and the spectrum conversion unit 3 are arranged in this order from the laser light source 1 side. The spectrum control unit 4 inputs the pulse excitation light supplied from the laser light source 1 and controls its wavelength spectrum. Further, the spectrum conversion unit 3 receives the pulse excitation light from the spectrum control unit 4 and converts the wavelength spectrum thereof. As a result, excitation light having a wavelength spectrum deformed into a predetermined excitation light spectrum is generated.
[0102]
The spectrum control unit 4 is fed back to the terahertz wave detection result by the terahertz wave detection unit 6. Then, the spectrum control unit 4 sets or changes a control condition applied to control of the wavelength spectrum of the excitation light based on the detection result of the terahertz wave detection unit 6 fed back.
[0103]
In the terahertz wave generator shown in FIG. 17, the wavelength spectrum of the excitation light is deformed by the spectrum control unit 4 and the spectrum conversion unit 3 as described above. Thereby, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component. Further, by using the spectrum control unit 4 and the spectrum conversion unit 3 in combination, the wavelength spectrum can be suitably modified.
[0104]
Moreover, the wavelength distribution of the terahertz wave can be suitably controlled by the configuration in which the spectrum control unit 4 is feedback-controlled based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6. However, when feedback control is not required, a configuration in which the terahertz wave detection unit 6 is not installed may be employed.
[0105]
FIG. 18 is a block diagram schematically showing the configuration of the seventh embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6. Among these, the configurations of the laser light source 1, the terahertz wave generation unit 5 having the nonlinear optical crystal 50, and the terahertz wave detection unit 6 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0106]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a first spectrum control unit 4a including a waveform shaper, a spectrum conversion unit 3 including a photonic crystal fiber, and a second spectrum control unit 4b. It is configured.
[0107]
The first spectrum control unit 4a, the spectrum conversion unit 3, and the second spectrum control unit 4b are arranged in this order from the laser light source 1 side. The first spectrum control unit 4a receives the pulse excitation light supplied from the laser light source 1 and controls the wavelength spectrum thereof. The spectrum conversion unit 3 receives the pulse excitation light from the first spectrum control unit 4a and converts the wavelength spectrum. Further, the second spectrum control unit 4b receives the pulse excitation light from the spectrum conversion unit 3 and controls the wavelength spectrum thereof. As a result, excitation light having a wavelength spectrum deformed into a predetermined excitation light spectrum is generated.
[0108]
In addition, the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6 is fed back to the first spectrum control unit 4a and the second spectrum control unit 4b, respectively. And each of the 1st spectrum control part 4a and the 2nd spectrum control part 4b sets the control conditions applied to control of the wavelength spectrum of excitation light based on the detection result in the terahertz wave detection part 6 fed back. Set or change.
[0109]
In the terahertz wave generation device shown in FIG. 18, as described above, the wavelength spectrum of the excitation light is deformed by the first spectrum control unit 4a, the spectrum conversion unit 3, and the second spectrum control unit 4b. Thereby, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component. Further, by using the spectrum control units 4a and 4b and the spectrum conversion unit 3 in combination, the wavelength spectrum can be suitably modified.
[0110]
Moreover, the wavelength distribution of the terahertz wave can be suitably controlled by the configuration in which the spectrum control units 4a and 4b are feedback controlled based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6. However, when feedback control is not required, a configuration in which the terahertz wave detection unit 6 is not installed may be employed.
[0111]
FIG. 19 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the eighth embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6. Among these, the configurations of the laser light source 1, the terahertz wave generation unit 5 having the nonlinear optical crystal 50, and the terahertz wave detection unit 6 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0112]
A spectrum generator 2 is installed between the laser light source 1 and the terahertz wave generator 5. In the present embodiment, the spectrum generation unit 2 includes a first spectrum control unit 4a composed of a waveform shaper and the like, and a second spectrum control unit 4b.
[0113]
The first spectrum control unit 4a and the second spectrum control unit 4b are arranged in this order from the laser light source 1 side. The first spectrum control unit 4a receives the pulse excitation light supplied from the laser light source 1 and controls the wavelength spectrum thereof. Further, the second spectrum control unit 4b receives the pulse excitation light from the first spectrum control unit 4a and controls the wavelength spectrum thereof. As a result, excitation light having a wavelength spectrum deformed into a predetermined excitation light spectrum is generated.
[0114]
In addition, the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6 is fed back to the first spectrum control unit 4a and the second spectrum control unit 4b, respectively. And each of the 1st spectrum control part 4a and the 2nd spectrum control part 4b sets the control conditions applied to control of the wavelength spectrum of excitation light based on the detection result in the terahertz wave detection part 6 fed back. Set or change.
[0115]
In the terahertz wave generator shown in FIG. 19, as described above, the wavelength spectrum of the excitation light is deformed by the first spectrum control unit 4a and the second spectrum control unit 4b. Thereby, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component. Further, by using the spectrum control units 4a and 4b in combination, the wavelength spectrum can be suitably modified.
[0116]
Moreover, the wavelength distribution of the terahertz wave can be suitably controlled by the configuration in which the spectrum control units 4a and 4b are feedback controlled based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection unit 6. However, when feedback control is not required, a configuration in which the terahertz wave detection unit 6 is not installed may be employed.
[0117]
FIG. 20 is a block diagram schematically showing the configuration of the ninth embodiment of the terahertz wave generation device. This terahertz wave generation device includes a laser light source 1, a spectrum generation unit 2, a terahertz wave generation unit 5, and a terahertz wave detection unit 6. About these structures, it is the same as that of embodiment shown in FIG.
[0118]
In the present embodiment, the reaction measurement unit 7 is installed on the sample S irradiated with the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit 5 and output from the terahertz wave generation device. The reaction measurement unit 7 is a reaction measurement unit that measures a reaction in the sample S caused by irradiating the terahertz wave output from the terahertz wave generator. As a measuring method of the reaction in the sample S by the reaction measuring unit 7, for example, there is a method of measuring the temperature of the sample S, the transmittance of the terahertz wave in the sample S, the reflectance, the amount of the product in the sample S, and the like. .
[0119]
The measurement result of the reaction by the reaction measurement unit 7 is fed back to the spectrum control unit 4 of the spectrum generation unit 2. And the spectrum control part 4 sets or changes the control conditions applied to control of the wavelength spectrum of excitation light based on the measurement result in the reaction measurement part 7 fed back.
[0120]
As described above, the feedback control is performed on the spectrum control unit 4 that controls the wavelength spectrum of the excitation light based on the measurement result of the reaction on the sample S by the reaction measurement unit 7, thereby generating the nonlinear optical crystal 50. The wavelength distribution of the terahertz wave can be suitably controlled.
[0121]
In the present embodiment, feedback control based on the detection result by the terahertz wave detection unit 6 is used in addition to the feedback control of the spectrum control unit 4 based on the measurement result by the reaction measurement unit 7. However, when feedback control based on the detection result of the terahertz wave is unnecessary, the terahertz wave detection unit 6 may not be installed, and only the feedback control from the reaction measurement unit 7 may be performed.
[0122]
【The invention's effect】
As described in detail above, the terahertz wave generator according to the present invention obtains the following effects. That is, for the excitation light input from the excitation light supply means such as a laser light source to the nonlinear optical crystal of the terahertz wave generation means, the wavelength spectrum is predetermined by the spectrum generation means having at least one of the spectrum conversion means or the spectrum control means. According to the configuration that transforms into the excitation light spectrum, the wavelength distribution of the terahertz wave generated in the nonlinear optical crystal can be controlled by the excitation light spectrum. Therefore, it is possible to efficiently generate a terahertz wave having a desired wavelength component. Further, in such a generator, it is possible to generate a pulsed terahertz wave having a sufficient peak light intensity by using the excitation light as pulse light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a terahertz wave generating apparatus.
FIG. 2 shows a position P between a laser light source and a spectrum generator. 0 It is a graph which shows the (a) time spectrum and (b) wavelength spectrum of the excitation light in FIG.
FIG. 3 shows a position P between a spectrum generation unit and a terahertz wave generation unit. 1 It is a graph which shows the (a) time spectrum and (b) wavelength spectrum of the excitation light in FIG.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional terahertz wave generation device.
FIGS. 5A and 5B are graphs showing (a) an excitation light intensity spectrum and (b) a terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generation apparatus shown in FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the terahertz wave generation device.
7A is a cross-sectional view schematically showing the structure of a photonic crystal fiber, and FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view.
8 is a graph showing (a) excitation light intensity spectrum and (b) terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generation apparatus shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a graph showing an intensity ratio spectrum obtained from the terahertz wave intensity spectrum shown in FIG. 8 (b).
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the terahertz wave generation device.
11 is a graph showing (a) excitation light intensity spectrum and (b) terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generator shown in FIG.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a fourth embodiment of the terahertz wave generation device.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a fifth embodiment of the terahertz wave generation device.
14 is a graph showing (a) excitation light intensity spectrum and (b) terahertz wave intensity spectrum in the terahertz wave generator shown in FIG.
15 is a graph showing an intensity ratio spectrum obtained from the terahertz wave intensity spectrum shown in FIG. 14 (b).
16 is a configuration diagram illustrating an example of the terahertz wave generation device illustrated in FIG. 13;
FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a sixth embodiment of the terahertz wave generation device.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a seventh embodiment of the terahertz wave generation device.
FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of an eighth embodiment of the terahertz wave generation device.
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of a ninth embodiment of the terahertz wave generation device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Spectrum production | generation part, 3 ... Spectrum conversion part, 30 ... Photonic crystal fiber, 31, 32 ... Objective lens, 4, 4a, 4b ... Spectrum control part, 40 ... Waveform shaper, 41, 44 ... Diffraction grating, 42, 43 ... Cylindrical mirror, 45 ... Wavelength mask, 5 ... Terahertz wave generation unit, 50 ... Nonlinear optical crystal, 51 ... Parabolic mirror, 6 ... Terahertz wave detection unit, 60 ... Nonlinear optical crystal, 7 ... Reaction measurement unit.

Claims (4)

テラヘルツ波の発生に用いられる励起光を供給する励起光供給手段と、
入力された光の波長スペクトルを変換するスペクトル変換手段、及び波長スペクトルを制御するスペクトル制御手段を有し、前記励起光供給手段から供給された前記励起光を入力して、その波長スペクトルが前記励起光供給手段から供給された段階とは異なる励起光スペクトルに変形された前記励起光を生成するスペクトル生成手段と、
非線形光学結晶を有し、前記スペクトル生成手段で生成された前記励起光スペクトルを有する前記励起光を前記非線形光学結晶に入力して、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段とを備え
前記スペクトル生成手段において、前記スペクトル変換手段はフォトニック結晶ファイバであるとともに、前記スペクトル制御手段は波形整形器であり、前記励起光供給手段側から、前記フォトニック結晶ファイバ、前記波形整形器の順で配置されていることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
Excitation light supply means for supplying excitation light used for generation of terahertz waves;
Spectrum conversion means for converting the wavelength spectrum of the input light, and has a spectral control means to control the wavelength spectrum, by entering the excitation light supplied from said pumping light supply means, the wavelength spectrum is the Spectrum generating means for generating the excitation light transformed into an excitation light spectrum different from the stage supplied from the excitation light supply means ;
Terahertz wave generating means for generating a terahertz wave by inputting the excitation light having the excitation light spectrum generated by the spectrum generating means and having the nonlinear optical crystal into the nonlinear optical crystal ;
In the spectrum generation means, the spectrum conversion means is a photonic crystal fiber, and the spectrum control means is a waveform shaper. From the excitation light supply means side, the photonic crystal fiber and the waveform shaper are arranged in this order. in the terahertz wave generating device according to claim that it has been placed.
前記スペクトル生成手段において、前記波形整形器は、2つの回折格子と、前記2つの回折格子の間に配置された波長マスクとを有して構成され、前記波長マスクで波長成分が選択されることによって、前記波長スペクトルが制御されることを特徴とする請求項1記載のテラヘルツ波発生装置。In the spectrum generation means, the waveform shaper includes two diffraction gratings and a wavelength mask disposed between the two diffraction gratings, and a wavelength component is selected by the wavelength mask. The terahertz wave generator according to claim 1, wherein the wavelength spectrum is controlled by. 前記テラヘルツ波発生手段で発生された前記テラヘルツ波の一部を検出するテラヘルツ波検出手段を備え、前記テラヘルツ波検出手段による前記テラヘルツ波の検出結果に基づいて、前記スペクトル制御手段による前記波長スペクトルの制御条件を設定または変更することを特徴とする請求項1または2記載のテラヘルツ波発生装置。Terahertz wave detection means for detecting a part of the terahertz wave generated by the terahertz wave generation means, and based on the detection result of the terahertz wave by the terahertz wave detection means, the spectrum control means 3. The terahertz wave generator according to claim 1, wherein the control condition is set or changed. 前記テラヘルツ波発生手段で発生された前記テラヘルツ波が照射される試料に対して設置された反応計測手段による前記試料での反応の計測結果に基づいて、前記スペクトル制御手段による前記波長スペクトルの制御条件を設定または変更することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項記載のテラヘルツ波発生装置。Based on the measurement result of the reaction in the sample by the reaction measurement means installed on the sample irradiated with the terahertz wave generated by the terahertz wave generation means, the control condition of the wavelength spectrum by the spectrum control means Is set or changed, The terahertz wave generator as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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JP2006020984A (en) * 2004-07-06 2006-01-26 Showa Device Plant Kk Oscillating device of far infrared light terahertz wave
JP2008058918A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Semiconductor Res Found Terahertz electromagnetic wave generation method and spectroscopy/imaging measuring device
JP2009053096A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Otsuka Denshi Co Ltd Measuring instrument
DE102008041107A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Robert Bosch Gmbh Terahertz radiation source and method of generating terahertz radiation
KR101076396B1 (en) 2009-08-06 2011-10-25 한국과학기술연구원 Simultaneous generation devices of Terahertz wave and Supercontinuum, Method there of and Spectroscopy method using the same
CN103427015B (en) * 2013-09-02 2015-10-21 南京大学 A kind of portable high power continuously adjustabe Terahertz generator
RU184751U1 (en) * 2018-06-18 2018-11-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Non-linear optical element based on a GaSe single crystal with an antireflection coating to generate terahertz radiation
CN111697414B (en) * 2019-03-15 2024-07-16 首都师范大学 System and method for generating terahertz waves by exciting air plasmas through three-color-field laser

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