JP5072045B2 - 電磁波発振素子 - Google Patents
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Description
oscillator:BWO)、フォトミキシシング、1THz以上で自由電子レーザ、p-Geレーザ、量子カスケードレーザ(Quantum Cascade Laser:QCL)などが開発されているが、小型化、高出力化に課題があった。
Spectroscopy)などに応用されている。
Appl. Phys. Lett., 68, PP.2483, 1996)では、アイドラー波に対して共振器を構成する(テラヘルツ波パラメトリック発振:TPO)ことで、アイドラー波の強度とともにテラヘルツ波の強度も高めることが可能としている。この場合、角度αを1°〜2°まで変化させることにより、0.97THz〜2.2THzまでの発生が可能である。y板LiNbO3基板を使用し、結晶表面にシリコンプリズムを圧着することで、(1)高効率で空気中に取り出し可能であり、(2)出射角度の変化が小さくなり(波長依存性が小さい)、(3)指向性の高いテラヘルツ波発生が可能である。
非線形光学結晶からなる発振基板であって、ポンプ波およびアイドラー波が入射する入射面を有する発振基板、
発振基板に設けられており、ポンプ波とアイドラー波との相互作用部分と前記入射面との間に設けられ、ポンプ波を導波し、ポンプ波の入射側端部と出射側端部とを備えている第一の導波路、および
発振基板に設けられており、ポンプ波とアイドラー波との相互作用部分と前記入射面との間に設けられ、アイドラー波を導波し、アイドラー波の入射側端部と出射側端部とを備える第二の導波路を備えており、
第一の導波路の出射側端部からポンプ波を発振基板内へと放射し、第二の導波路の出射側端部からアイドラー波を発振基板内へと放射し、放射されたポンプ波とアイドラー波とを相互作用部分において所定角度で交差させることで電磁波を発振させることを特徴とする。
図3、4、5(a)に示すように、非線形光学結晶からなる発振基板11は、ポンプ波およびアイドラー波の入射面11c、出射面11d、側面11b、11e、上面11aおよび底面11fを有する。発振基板11の底面11fは、支持基板13に対して接着層12によって接着されている。
ポラリトン誘導散乱過程では、上記のようにポンプ波、アイドラー波、およびテラヘルツ波の間にエネルギー保存則と運動量保存則を満足させる必要がある。このことから、ポンプ波を1064nmとしエネルギー保存則からアイドラー波およびテラヘルツ波の周波数(波長)を算出した。さらに、それぞれの波長に対する屈折率をセルマイヤーの式から算出し、運動量保存則から入射角度α、出射角度θを算出した。
また、信頼性上、熱膨張を発振基板と合わせるという観点では、支持基板は発振基板と同じ材質であることが望ましい。
図3〜図5に示す形態のテラヘルツ波発振素子を作製する場合、ポンプ光3とアイドラー光4の間隔Gは、両光の交差点20までの距離Lに対して、図9に示すようになる。ここで、発振基板はMgOドープのニオブ酸リチウム単結晶とし、厚さは10μmとする。この図から、周波数を0.7THz以上にすれば、L=50mmの場合にGは250μm以上となり、光ファイバアレイなどにより2本のファイバを配置しポンプ光とアイドラー光を供給できる。しかし、0.7THz未満の周波数においては、L=50mm以下の素子長では、光ファイバ部品、半導体レーザのバットジョイントによる接続や短焦点距離(30mm以下)のレンズでの光軸結合による接続では困難である。
参考例と同様の発振素子を作製する。ただし、図7に示すように、チタン内拡散法によって導波路24A、24Bを形成する。また、光ファイバアレイを光ファイバに調芯接続した。ポンプ光とアイドラー光は光ファイバに接続した。素子長は50mmとする。発振基板はニオブ酸リチウム単結晶で作製し、厚さは10μmとする。Wは40μm〜250μmまで変化させ、Gは250μmとする。アイドラー光は波長可変レーザとし、波長を変化させることにより、0.11THz〜0.7THzまでのテラヘルツ波を発生することができた。素子長10mmの場合には、同様にWを変化させ、0.11THz〜3THzまでのテラヘルツ波を、さらに素子長30mmの場合にも、同様にして0.11THz〜1THzまでのテラヘルツ波発生を確認できた。
参考例と同様の発振素子を作製する。ただし、図8に示すように、チタン内拡散法によって導波路24A、24Bを形成する。ポンプ光とアイドラー光用半導体レーザをバットジョイントにより調芯接続した。素子長は50mmとした。発振基板はニオブ酸リチウム単結晶で作製し、厚さは8μmとする。Wは実施例1と同様に40μm〜250μmまで変化させ、Gは1mmとする。アイドラー光は波長可変レーザとし、波長を変化させることにより0.11THz〜3THzまでのテラヘルツ波を発生することができた。素子長10mm、30mmにおいても同様にテラヘルツ波発生を確認できた。
Claims (6)
- ポンプ波とアイドラー波とからパラメトリック効果によって0.1THz〜3THzの周波数を有する電磁波を発振する素子であって、
非線形光学結晶からなる発振基板であって、前記ポンプ波および前記アイドラー波が入射する入射面を有する発振基板、
前記発振基板に設けられており、前記ポンプ波と前記アイドラー波との相互作用部分と前記入射面との間に設けられ、前記ポンプ波を導波し、前記ポンプ波の入射側端部と出射側端部とを備えている第一の導波路、および
前記発振基板に設けられており、前記ポンプ波と前記アイドラー波との相互作用部分と前記入射面との間に設けられ、前記アイドラー波を導波し、前記アイドラー波の入射側端部と出射側端部とを備える第二の導波路を備えており、
前記第一の導波路の前記出射側端部から前記ポンプ波を前記発振基板内へと放射し、前記第二の導波路の前記出射側端部から前記アイドラー波を前記発振基板内へと放射し、放射された前記ポンプ波と前記アイドラー波とを前記相互作用部分において所定角度で交差させることで前記電磁波を発振させることを特徴とする、電磁波発振素子。 - 前記ポンプ波を発振する第一の光源および前記アイドラー波を発振する第二の光源が前記入射面に光学結合されていることを特徴とする、請求項1記載の素子。
- 前記ポンプ波を発振する第一の光伝送素子および前記アイドラー波を発振する第二の光伝送素子が前記入射面に光学結合されていることを特徴とする、請求項1記載の素子。
- 支持基板、
および前記支持基板と前記発振基板とを接合する接着層を備えており、
前記ポンプ波および前記アイドラー波が前記底面と平行に伝搬し、パラメトリック効果によって発振する前記電磁波に対して前記発振基板がカットオフとなる厚さを有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の素子。 - 前記非線形光学結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の素子。
- 前記支持基板の前記接着層側の表面に前記電磁波を反射する反射膜を備えていることを特徴とする、請求項4または5記載の素子。
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