JP5283981B2 - Photoconductive element for terahertz wave generation and detection - Google Patents

Photoconductive element for terahertz wave generation and detection Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave that can adjust the propagation state, especially the frequency characteristics, of the terahertz wave. <P>SOLUTION: The photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave includees: a carrier generation layer 2801; an electrode 2802; antennas 2804; and two adjusting stubs 2806 for adjusting a propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier. The two adjusting stubs 2806 are conductors having length of wavelength &lambda; or less of the terahertz wave generated by the carrier. The two adjusting stubs 2806 are connected to an extended line in the longitudinal direction of the electrode 2802. An end 2807 of the adjusting stub is placed within a range of the wavelength &lambda; or less from joint 2808 between the antenna 2804 and the electrode 2802. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、テラヘルツ波の発生と検出の少なくとも一方に用いることができるテラヘルツ波発生・検出用光伝導素子、及びこの光伝導素子を用いた分析装置、イメージング装置、通信装置などに関する。特に、光伝導素子を構成する電極構造によって、テラヘルツ波の伝搬状態を調整する技術に関するものである。尚、本明細書において、テラヘルツ波とは、0.03THz以上30THz以下の周波数帯域のうち、任意の周波数帯域を占有する電磁波を指す用語として用いる。 The present invention relates to a terahertz wave generating / detecting photoconductive element that can be used for at least one of generation and detection of terahertz waves, and an analysis apparatus, imaging apparatus, communication apparatus, and the like using the photoconductive element. In particular, the present invention relates to a technique for adjusting the propagation state of a terahertz wave by an electrode structure constituting a photoconductive element. In this specification, the terahertz wave is used as a term indicating an electromagnetic wave that occupies an arbitrary frequency band in a frequency band of 0.03 THz to 30 THz.

テラヘルツ波帯域には、生体分子を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収帯域が存在する。このような特徴を活かすために、非破壊に物質の分析や同定を行う検査技術が開発されている。また、X線に替わる安全なイメージング技術や、高速な通信技術への応用が期待されている。 In the terahertz wave band, there are characteristic absorption bands derived from the structures and states of various substances including biomolecules. In order to make use of these characteristics, inspection techniques for non-destructive analysis and identification of substances have been developed. In addition, it is expected to be applied to safe imaging technology that replaces X-rays and high-speed communication technology.

テラヘルツ波を発生し、検出する素子として、光伝導素子がある。光伝導素子は、キャリアを発生する半導体層を有する。また、光伝導素子は、前記半導体層に電圧を印加するため、該半導体層にパターニングされた複数の電極を有する。ここで、前記電極どうしは間隙を有している。空間との結合効率を向上させるため、電極の一部にアンテナ構造を有する場合もある。ここで、アンテナどうしも間隙を有しており、この間隙に光を照射することにより、前記半導体層からキャリアが発生する。そして、電極間に電圧を印加することにより前記キャリアが加速し、光伝導素子からテラヘルツ波が発生する。 As an element for generating and detecting terahertz waves, there is a photoconductive element. The photoconductive element has a semiconductor layer that generates carriers. The photoconductive element has a plurality of electrodes patterned on the semiconductor layer in order to apply a voltage to the semiconductor layer. Here, the electrodes have a gap. In order to improve the coupling efficiency with the space, an electrode structure may be provided in part of the electrode. Here, the antennas have a gap, and carriers are generated from the semiconductor layer by irradiating the gap with light. The carrier is accelerated by applying a voltage between the electrodes, and a terahertz wave is generated from the photoconductive element.

光伝導素子におけるテラヘルツ波の伝搬特性は、一般的に、アンテナ構造に加え、キャリアの伝搬状態に依存する。ここで、キャリアの伝搬状態とは、キャリアの挙動や使用する部材の影響(例えば、半導体基板特有のフォノン吸収)などである。例えば、電波を送受信するためのアンテナの場合には、ダイポールアンテナよりもボウタイアンテナの方が広帯域な特性を有する。しかし、光伝導素子の場合、キャリアの伝搬状態にも依存するため、ダイポールアンテナを用いる方が、ボウタイアンテナよりも、広帯域な周波数特性を有するテラヘルツ波を取得できる。上述の内容が、非特許文献1に開示されている。また、光伝導素子にボウタイアンテナを適用して、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の伝搬状態を制御する手法が、特許文献1に開示されている。
特開2006-010319号公報 Appl.Optics36,7853(1997)
In general, the propagation characteristics of terahertz waves in a photoconductive element depend on the propagation state of carriers in addition to the antenna structure. Here, the carrier propagation state includes the behavior of the carrier and the influence of the member used (for example, phonon absorption peculiar to the semiconductor substrate). For example, in the case of an antenna for transmitting and receiving radio waves, a bowtie antenna has a wider band characteristic than a dipole antenna. However, in the case of a photoconductive element, since it depends on the propagation state of carriers, it is possible to obtain a terahertz wave having a frequency characteristic with a wider band than using a bow tie antenna when using a dipole antenna. The above content is disclosed in Non-Patent Document 1. Further, Patent Document 1 discloses a technique for controlling a propagation state of a terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier by applying a bow tie antenna to the photoconductive element.
JP 2006-010319 A Appl.Optics36,7853 (1997)

特許文献1に開示されている技術のように、光伝導素子が有するアンテナの構造自体を変えることにより、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の伝搬状態を調整することは広く行われている。しかし、このような調整方法は、有効な手法の一つではあるが、構造作製工程が別途必要になる。 As in the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to adjust the propagation state of the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier by changing the antenna structure itself of the photoconductive element. Widely done. However, although such an adjustment method is one of effective methods, a structure manufacturing process is separately required.

本発明の目的は、前記テラヘルツ波の伝搬状態、特に周波数特性を調整することのできる光伝導素子の提供である。 An object of the present invention is to provide a photoconductive element capable of adjusting a propagation state of the terahertz wave, particularly a frequency characteristic.

上記課題に鑑み、本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は次の特徴を有する。
第1の本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブと、を有し、
前記2つの調整スタブは、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の長さを有し、且つ前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から前記波長λ以下の範囲には位置していることを特徴とする。即ち、各調整スタブの少なくとも一部は、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から前記波長λ以下の範囲にある。
In view of the above problems, a photoconductive element for generating or detecting terahertz waves according to the present invention has the following characteristics.
A photoconductive element for generating or detecting terahertz waves according to the first aspect of the present invention,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode portions comprising a strip line arranged in parallel to each other, made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer,
Each consisting of a conductor in contact with each of the two electrode portions, two antenna portions disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light, and
Each comprising a conductor in contact with each of the two electrode portions, and having two adjustment stubs for adjusting a propagation state of a terahertz wave generated or detected by the carrier,
The two adjustment stubs have a length equal to or shorter than an operating wavelength λ of a terahertz wave generated or detected by the carrier, and are not longer than the wavelength λ from a connection portion between the antenna portion and the electrode portion. It is located. That is, at least a part of each adjustment stub is in the range of the wavelength λ or less from the connection portion of the antenna portion and the electrode portion.

第2の本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブと、を有し、
前記2つの調整スタブは、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の長さを有する導体であり、且つ前記ストリップ線路の長手方向の延長線上に接続され、
前記調整スタブの端部は、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から前記波長λ以内の範囲にあることを特徴とする。
A photoconductive element for generating or detecting terahertz waves according to the second aspect of the present invention,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode portions comprising a strip line arranged in parallel to each other, made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer,
Each consisting of a conductor in contact with each of the two electrode portions, two antenna portions disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light, and
Each comprising a conductor in contact with each of the two electrode portions, and having two adjustment stubs for adjusting a propagation state of a terahertz wave generated or detected by the carrier,
The two adjustment stubs are conductors having a length equal to or shorter than the operating wavelength λ of the terahertz wave generated or detected by the carrier, and are connected on an extension line in the longitudinal direction of the strip line,
The end of the adjusting stub, characterized in that from the connection portion of the antenna portion and the electrode portion within a range of the wavelength lambda.

第3の本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブと、を有し、
前記2つの調整スタブは、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の長さを有し、且つ前記ストリップ線路の外縁に沿って、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から波長λ以内の範囲で前記電極部に接続することを特徴とする。即ち、各調整スタブの少なくとも一部は、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から波長λ以内の範囲で前記電極部に接続する。
A photoconductive element for generating or detecting terahertz waves according to the third aspect of the present invention,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode portions comprising a strip line arranged in parallel to each other, made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer,
Each consisting of a conductor in contact with each of the two electrode portions, two antenna portions disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light, and
Each comprising a conductor in contact with each of the two electrode portions, and having two adjustment stubs for adjusting a propagation state of a terahertz wave generated or detected by the carrier,
The two adjustment stubs have a length equal to or shorter than an operating wavelength λ of a terahertz wave generated or detected by the carrier, and a connection portion between the antenna unit and the electrode unit along an outer edge of the strip line To the electrode portion within a wavelength λ. That is, at least a part of each adjustment stub is connected to the electrode unit within a wavelength λ from the connection portion of the antenna unit and the electrode unit.

第4の本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は、
光を照射することによりキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の面上に設けられた第1の電極と、
前記キャリア発生層の面上に設けられ、且つ、前記第1の電極に並行して並んでいる第2の電極と、を有し、
前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれアンテナ部を含み構成され、前記光を照射する照射位置は、前記第1の電極と前記第2の電極とが有するアンテナ部の間にあり、
前記第1の電極と前記第2の電極との端部のうち少なくとも一方が、前記照射位置から前記第1の電極と前記第2の電極との間隔dの略2倍以内の距離に設けられていることを特徴とする。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to the fourth aspect of the present invention,
A carrier generation layer that generates carriers by irradiating light; and
A first electrode provided on the surface of the carrier generation layer;
A second electrode provided on the surface of the carrier generation layer and arranged in parallel with the first electrode;
The first electrode and the second electrode are each configured to include an antenna portion, and the irradiation position for irradiating the light is between the antenna portions of the first electrode and the second electrode. Yes,
At least one of the end portions of the first electrode and the second electrode is provided at a distance within approximately twice the distance d between the first electrode and the second electrode from the irradiation position. It is characterized by.

第5の本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子は、
光を照射することによりキャリアを発生させるキャリア発生層と、前記キャリア発生層の面上に設けられた第1の電極と、前記キャリア発生層の面上に設けられ、且つ、前記第1の電極に並行して並んでいる第2の電極と、を有し、
前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれアンテナ部を含み構成され、前記光を照射する照射位置は、前記第1の電極と前記第2の電極とが有するアンテナ部の間にあり、
前記第1の電極と前記第2の電極とに互いに対向するように配置される調整スタブが、前記照射位置から、少なくとも前記第1の電極と前記第2の電極との間隔の略2倍以内の距離には設けられている導体であることを特徴とする。即ち、各調整スタブの少なくとも一部は、前記照射位置から前記間隔の略2倍以内の距離にある。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to the fifth aspect of the present invention,
A carrier generation layer that generates carriers by irradiating light, a first electrode provided on a surface of the carrier generation layer, a first electrode provided on the surface of the carrier generation layer, and the first electrode A second electrode arranged in parallel with,
The first electrode and the second electrode are each configured to include an antenna portion, and the irradiation position for irradiating the light is between the antenna portions of the first electrode and the second electrode. Yes,
The said first electrode and said second electrode, is adjusted stubs disposed so as to face each other, approximately twice the distance from the irradiation position, and the at least the first electrode and the second electrode It is characterized by being a conductor provided at a distance of within. That is, at least a part of each adjustment stub is at a distance within approximately twice the interval from the irradiation position.

第6の本発明に係る光伝導素子は、キャリアを発生するためのキャリア発生層と、アンテナ部と、電極部と、一組以上の対を成す調整スタブとを有する。前記アンテナ部は、キャリア発生層に、間隙を介して導体を対向配置して形成される。前記電極部は、2つの導体で構成されるストリップ線路を含んで形成され、アンテナ部の間隙に発生するキャリアの伝搬状態を制御する。前記一組以上の対を成す調整スタブは、発生するテラヘルツ波または検出するテラヘルツ波の状態を調整する。また、前記アンテナ部は、前記ストリップ線路を構成する2つの導体で挟まれて該導体に接続している。更に、前記一組以上の対を成す調整スタブは、ストリップ線路を構成する2つの導体の間隔で規定される動作波長λ以下の長さを有する導体である、対を成す第1の調整スタブと対を成す第2の調整スタブの少なくとも一方を含む。この第1の調整スタブは、ストリップ線路の長手方向の延長線上に伸びて、その先端は、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、前記波長λ以内の範囲にある。この第2の調整スタブは、ストリップ線路を構成する2つの導体の外縁に沿って、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、前記波長λ以内の範囲で接続している。即ち、各第2の調整スタブの少なくとも一部は、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から前記波長λ以内の範囲にある。 A photoconductive element according to a sixth aspect of the present invention includes a carrier generation layer for generating carriers, an antenna portion, an electrode portion, and a pair of adjustment stubs. The antenna section is formed by arranging a conductor facing a carrier generation layer with a gap therebetween. The electrode part is formed including a strip line composed of two conductors, and controls the propagation state of carriers generated in the gap between the antenna parts. The one or more pairs of adjusting stubs adjust the state of the generated terahertz wave or the detected terahertz wave. The antenna section is sandwiched between two conductors constituting the strip line and connected to the conductor. Further, the one or more pairs of adjustment stubs are conductors having a length equal to or shorter than an operating wavelength λ defined by a distance between two conductors constituting the strip line, and a pair of first adjustment stubs. Including at least one of a pair of second adjustment stubs. The first adjustment stub extends on the longitudinal extension of the stripline, the tip thereof, with respect to the connection portion of the antenna portion and the electrode portion is in the range within the wavelength lambda. The second adjusting stubs, along the outer edge of the two conductors constituting a strip line to the connection portion of the antenna portion and the electrode portion are connected to within the wavelength lambda. That is, at least a portion of each second adjusting stubs are said antenna portion from the connecting portion of the electrode portion within a range of the wavelength lambda.

第7の本発明に係る光伝導素子は次の特徴を有する。即ち、光伝導素子は、光を照射することによりキャリアを発生させるキャリア発生層と、キャリア発生層の面上に設けられた第1の電極と、キャリア発生層の面上に設けられ、且つ、第1の電極に並行して並んでいる第2の電極とを有する。前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれアンテナ部を含み構成され、前記光を照射する照射位置は、第1の電極と第2の電極とが有するアンテナ部間にある。更に、前記第1の電極と前記第2の電極とに、対向するように配置される調整スタブが、前記照射位置から、少なくとも第1の電極と第2の電極との間隔の略2倍以内の距離には設けられている導体である。即ち、各調整スタブの少なくとも一部は、前記間隔の略2倍以内の距離にある。 The photoconductive device according to the seventh aspect of the present invention has the following characteristics. That is, the photoconductive element is provided on a surface of the carrier generation layer, a carrier generation layer that generates carriers by irradiating light, a first electrode provided on the surface of the carrier generation layer, and And a second electrode arranged in parallel with the first electrode. Each of the first electrode and the second electrode includes an antenna portion, and the irradiation position for irradiating the light is between the antenna portions of the first electrode and the second electrode. Further, the adjustment stub disposed so as to face the first electrode and the second electrode is at least approximately twice the distance between the first electrode and the second electrode from the irradiation position. It is a conductor provided at a distance of. That is, at least a part of each adjustment stub is at a distance within approximately twice the interval.

また、上記課題に鑑み、本発明のイメージング装置は、上記光伝導素子と、アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、発生したキャリアの伝搬状態を制御する前記電極部に接続された駆動ドライバとを少なくとも有する。そして、前記光伝導素子から発生したテラヘルツ波を測定対象に照射し、測定対象の表面及び内部の屈折率界面において反射したテラヘルツ波より、測定対象の内部構造情報を取得する。ここで、光伝導素子の周波数特性は、平坦化されていることが望ましい。 Further, in view of the above problems, the imaging apparatus of the present invention includes the photoconductive element, an ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to a gap between the antenna portions, and the electrode that controls a propagation state of the generated carrier. And a drive driver connected to the unit. Then, the terahertz wave generated from the photoconductive element is irradiated to the measurement object, and the internal structure information of the measurement object is acquired from the terahertz wave reflected at the surface of the measurement object and the internal refractive index interface. Here, the frequency characteristic of the photoconductive element is desirably flattened.

また、上記課題に鑑み、本発明の通信装置は、上記光伝導素子と、アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、発生したキャリアの伝搬状態を制御する電極部に接続された駆動ドライバと、変調部とを少なくとも有する。前記変調部は、駆動ドライバが電極部に供給する信号、或いは超短パルスレーザの出力を送信情報に従って変調する。そして、大気に存在するテラヘルツ波帯に特有の吸収波長域の成分を減少させるように、周波数特性を偏在させたテラヘルツ波を用いて通信を行う。 In view of the above problems, the communication device according to the present invention includes the photoconductive element, an ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to the gap between the antenna units, and an electrode unit that controls a propagation state of the generated carrier. At least a drive driver and a modulation unit. The modulation unit modulates a signal supplied from the drive driver to the electrode unit or an output of the ultrashort pulse laser according to transmission information. Then, communication is performed using terahertz waves in which the frequency characteristics are unevenly distributed so as to reduce components in an absorption wavelength region unique to the terahertz wave band existing in the atmosphere.

本発明の光伝導素子によれば、上記の如く、電極部に対して調整スタブを設けること或いは少なくとも一方の電極の端部を配置することによって、キャリアから発生される或はキャリアが検出するテラヘルツ波の伝搬状態、特に周波数特性を調整することができる。また、上記調整スタブの配置或いは電極の端部の配置によって、光伝導素子を用いるアプリケーションに適した周波数特性を持つテラヘルツ波を提供することができる。 According to the photoconductive element of the present invention, as described above, the terahertz generated from the carrier or detected by the carrier is provided by providing the adjustment stub with respect to the electrode portion or by arranging the end portion of at least one of the electrodes. The wave propagation state, particularly the frequency characteristics can be adjusted. In addition, the arrangement of the adjustment stub or the arrangement of the end of the electrode can provide a terahertz wave having frequency characteristics suitable for an application using a photoconductive element.

本発明の思想を実施し得る形態例について、図面を参照して説明する。尚、本発明は、後述する実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、そうした形態を排除するものではない。ここで、前述したように、テラヘルツ波とは、0.03THz以上30THz以下の周波数帯域のうち、任意の周波数帯域を占有する電磁波を指す用語として用いる。 Embodiments capable of implementing the idea of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments and examples to be described later, and such forms are not excluded as long as they do not depart from the spirit of the present invention. Here, as described above, the terahertz wave is used as a term indicating an electromagnetic wave that occupies an arbitrary frequency band in a frequency band of 0.03 THz to 30 THz.

本発明に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子の実施形態について説明する。 An embodiment of a photoconductive element for generating or detecting terahertz waves according to the present invention will be described.

まず、一実施形態に係る光伝導素子は、光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層を有する。キャリア発生層は、低温成長ガウリムヒ素(LT-GaAs)やインジウムガリウムヒ素(InGaAs)を用いることができる。 First, a photoconductive element according to an embodiment has a carrier generation layer for generating carriers by light irradiation. As the carrier generation layer, low-temperature grown gallium arsenide (LT-GaAs) or indium gallium arsenide (InGaAs) can be used.

次に、本実施形態に係る光伝導素子は、互いに並行して配置しているストリップ線路を含み構成される2つの電極部を有する。ここで、前記電極部は、前記キャリア発生層の一方の面(光を照射する面)に設けられた導体である。例えば、前記ストリップ線路の幅は10μm、該ストリップ線路どうしの間隔は30μmにすることができる。なお、本明細書中では、前記ストリップ線路どうしの間隔dをアンテナ長と呼ぶこともある。このとき、アンテナ長dの略2倍の長さを波長λ(=2d)とするテラヘルツ波が発生されることになる。 Next, the photoconductive element according to the present embodiment has two electrode portions including strip lines arranged in parallel to each other. Here, the electrode part is a conductor provided on one surface (surface irradiated with light) of the carrier generation layer. For example, the width of the strip lines can be 10 μm, and the distance between the strip lines can be 30 μm. In the present specification, the distance d between the strip lines may be referred to as an antenna length. At this time, a terahertz wave having a wavelength λ (= 2d) that is approximately twice the antenna length d is generated.

また、本実施形態に係る光伝導素子は、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置している2つのアンテナ部を有する。ここで、前記アンテナ部は、それぞれ前記2つの電極部に接する導体である。前記間隙は、例えば5μmにすることができ、前記キャリア発生層に光を照射できる程度に広く、且つ前記電極部に電圧を印加した際に該キャリア発生層から発生されたキャリアが加速される程度に狭いことが望ましい。 In addition, the photoconductive element according to the present embodiment has two antenna portions arranged to face each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light. Here, each of the antenna portions is a conductor in contact with the two electrode portions. The gap can be, for example, 5 μm, is wide enough to irradiate the carrier generation layer with light, and the carrier generated from the carrier generation layer is accelerated when a voltage is applied to the electrode portion. It is desirable to be narrow.

また、本実施形態に係る光伝導素子は、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブを有する。ここで、前記2つの調整スタブは、前記2つの電極部にそれぞれ接する導体である。 The photoconductive element according to this embodiment has two adjustment stubs for adjusting the propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier. Here, the two adjustment stubs are conductors in contact with the two electrode portions, respectively.

さらに、前記2つの調整スタブは、前記キャリアによって発生されるテラヘルツ波の波長λ以下の長さを有し、且つ前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から波長λ以下の範囲には位置している。 Further, the two adjustment stubs have a length equal to or shorter than the wavelength λ of the terahertz wave generated by the carrier, and are positioned in a range equal to or smaller than the wavelength λ from a connection portion between the antenna unit and the electrode unit. Yes.

本実施形態に係る光伝導素子が有する調整スタブの長さや配置を変えることにより、テラヘルツ波の周波数帯域の平坦化及び偏在化といった伝搬状態の調整を行うことができる。ここで、本明細書中では、平坦化を以下のように定義する。即ち、テラヘルツ波の強度が最大となる値から−3dB減衰する範囲に分布した、テラヘルツ波が有する周波数特性のことである。また、本明細書中では、偏在化を以下のように定義する。即ち、テラヘルツ波の強度が或る周波数帯域に集中して分布した、テラヘルツ波が有する周波数特性のことである。 By changing the length and arrangement of the adjustment stub included in the photoconductive element according to the present embodiment, it is possible to adjust the propagation state such as flattening and uneven distribution of the frequency band of the terahertz wave. Here, in this specification, planarization is defined as follows. That is, the frequency characteristic of the terahertz wave distributed in a range in which the intensity of the terahertz wave is attenuated by −3 dB from the maximum value. Moreover, in this specification, uneven distribution is defined as follows. That is, the frequency characteristic of the terahertz wave in which the intensity of the terahertz wave is concentrated and distributed in a certain frequency band.

続いて、上記伝搬状態を制御するために、上記調整スタブ或いは電極の端部をどのような長さや配置にするのかについて述べる。 Next, the length and arrangement of the adjustment stub or the end of the electrode in order to control the propagation state will be described.

(第1及び第2の調整スタブ)
本実施形態は、テラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子の周波数特性を調整するための技術に関する。具体的には、光伝導素子を構成する電極(アンテナ構造や制御用電極を含む)に対して調整用のスタブを別途追加することで、光伝導素子の周波数特性を調整する。この調整用のスタブは、上述した対を成す第1の調整スタブないし電極の端部(図26の2606や図28の2806)と対を成す第2の調整スタブ(図25の2506や図27の2706)の少なくとも一方を含む。第1の調整スタブは、後述する実施例1などで説明する様に、ストリップ線路の長手方向の延長線上に伸びて、その先端は、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、波長λ以内の範囲にある。第2の調整スタブは、後述する実施例3などで説明する様に、ストリップ線路を構成する2つの導体の外縁に沿って、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、波長λ以内の範囲で接続している。光伝導素子を発生素子として用いる場合、発生されるテラヘルツ波の周波数エネルギー分布を調整し、使用するアプリケーションに適したテラヘルツ波を提供することができる。
(First and second adjustment stubs)
The present embodiment relates to a technique for adjusting frequency characteristics of a photoconductive element for generating or detecting terahertz waves. Specifically, the frequency characteristics of the photoconductive element are adjusted by separately adding an adjustment stub to the electrodes (including the antenna structure and the control electrode) constituting the photoconductive element. This adjustment stub is a pair of the above-mentioned first adjustment stub or electrode end (2606 in FIG. 26 and 2806 in FIG. 28) and a second adjustment stub (2506 in FIG. 25 and FIG. 27). 2706). The first adjustment stub extends on the extension line in the longitudinal direction of the strip line as described in Example 1 described later, and the tip thereof is within the wavelength λ with respect to the connection portion between the antenna portion and the electrode portion. Is in range. The second adjustment stub is within the wavelength λ range with respect to the connection portion of the antenna portion and the electrode portion along the outer edges of the two conductors constituting the strip line, as described in Example 3 described later. Connected. When a photoconductive element is used as a generating element, the frequency energy distribution of the generated terahertz wave can be adjusted to provide a terahertz wave suitable for the application to be used.

上記第1及び第2の調整スタブについて、以下に詳述する。
(a)第1の調整スタブ
本実施形態に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子について、図28を用いて説明する。
The first and second adjustment stubs will be described in detail below.
(A) First Adjustment Stub A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、2801は、光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層である。次に、2802は、互いに並行して配置しているストリップ線路を含み構成される2つの電極部である。ここで、前記電極部2802は、前記キャリア発生層2801の一方の面(光を照射する面)に設けられた導体である。また、2804は、前記キャリア発生層2801に光を照射するための間隙を介して対向して配置している2つのアンテナ部である。ここで、前記アンテナ部2804は、それぞれが前記2つの電極部2802にそれぞれ接する導体である。また、2806は、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブである。ここで、前記2つの調整スタブ2806は、前記2つの電極部2802にそれぞれ接する導体である。 First, 2801 is a carrier generation layer for generating carriers by light irradiation. Next, reference numeral 2802 denotes two electrode portions including strip lines arranged in parallel to each other. Here, the electrode portion 2802 is a conductor provided on one surface (surface to which light is irradiated) of the carrier generation layer 2801. Reference numeral 2804 denotes two antenna portions arranged opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer 2801 with light. Here, the antenna portion 2804 is a conductor that is in contact with the two electrode portions 2802, respectively. Reference numeral 2806 denotes two adjustment stubs for adjusting the propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier. Here, the two adjustment stubs 2806 are conductors in contact with the two electrode portions 2802, respectively.

さらに、前記2つの調整スタブ2806は、前記キャリアによって発生されるテラヘルツ波の波長λ以下の長さを有する導体である。ここで、前記波長λは、前記2つのストリップ線路(電極部2802)の間隔dの略2倍の長さとなる。そして、前記2つの調整スタブ2806は、前記ストリップ線路(電極部2802)の長手方向の延長線上に接続される。さらに、前記調整スタブの端部(或いは電極部2802の端部とも看做し得る)2807は、前記アンテナ部2804と前記電極部2802との接続部分2808から波長λ以内の範囲にある。 Further, the two adjustment stubs 2806 are conductors having a length equal to or shorter than the wavelength λ of the terahertz wave generated by the carrier. Here, the wavelength λ is approximately twice as long as the distance d between the two strip lines (electrode portions 2802). The two adjustment stubs 2806 are connected to an extension line in the longitudinal direction of the strip line (electrode portion 2802). Furthermore, an end portion (or an end portion of the electrode portion 2802) 2807 of the adjustment stub is within a wavelength λ from a connection portion 2808 between the antenna portion 2804 and the electrode portion 2802.

(a−1)平坦化
別の本実施形態に係る光伝導素子において、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が平坦化する構成について、以下に説明する。まず、前記2つの調整スタブ2806は、前記ストリップ線路(電極部2802)の長手方向の延長線上に接続される。また、前記2つの調整スタブ2806の長さは、前記アンテナ部2804と前記電極部2802の接続部分2808から0.5λから0.8λである。上記調整スタブの長さのときに平坦化することについては、下記実施例1で詳述する。
(A-1) Flattening In the photoconductive element according to this embodiment according to another embodiment, a configuration in which the frequency characteristic of the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier is flattened will be described below. First, the two adjustment stubs 2806 are connected to an extension line in the longitudinal direction of the strip line (electrode portion 2802). The lengths of the two adjustment stubs 2806 are 0.5λ to 0.8λ from the connection portion 2808 between the antenna portion 2804 and the electrode portion 2802. The flattening when the length of the adjustment stub is described in detail in Example 1 below.

(a−2)偏在化
別の本実施形態に係る光伝導素子において、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が偏在化する構成について、以下に説明する。まず、前記2つの調整スタブ2806は、前記ストリップ線路(電極部2802)の長手方向の延長線上に接続される。また、前記2つの調整スタブ2806の長さは、前記アンテナ部2804と前記電極部2802の接続部分2808から0.1λから0.5λである。上記調整スタブの長さのときに偏在化することについては、下記実施例2で詳述する。
(A-2) Uneven distribution In the photoconductive element according to this embodiment, the configuration in which the frequency characteristics of the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier is unevenly distributed will be described below. First, the two adjustment stubs 2806 are connected to an extension line in the longitudinal direction of the strip line (electrode portion 2802). In addition, the lengths of the two adjustment stubs 2806 are the connection portions 2808 to 0.1λ to 0.5λ of the antenna portion 2804 and the electrode portion 2802. The uneven distribution when the length of the adjustment stub is described in detail in Example 2 below.

(a−3)電極どうしの間隔dで規定
別の本実施形態に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子について、図26を用いて説明する。ここで、上述した実施形態では、調整スタブの長さと位置を波長λで規定したのに対し、ここでは電極どうしの間隔dで規定している。
(A-3) A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to this embodiment, which is defined by the interval d between the electrodes, will be described with reference to FIG. Here, in the above-described embodiment, the length and position of the adjustment stub are defined by the wavelength λ, but here are defined by the distance d between the electrodes.

まず、2601は、光を照射することによりキャリアを発生させるキャリア発生層である。次に、2602は、前記キャリア発生層2601の面上に設けられた第1の電極である。また、2603は、前記キャリア発生層2601の面上に設けられ、且つ、前記第1の電極2602に並行して並んでいる第2の電極である。また、前記第1の電極2602と前記第2の電極2603とは、それぞれアンテナ部2604を含み構成される。そして、光を照射する照射位置2605は、前記第1の電極2602と前記第2の電極2603とが有するアンテナ部2604の間にある。さらに、前記第1の電極2602と前記第2の電極2603との端部2607のうち少なくとも一方が、前記照射位置2605から、前記第1の電極2602と前記第2の電極2603との間隔dの略2倍以内の距離に設けられている。 First, reference numeral 2601 denotes a carrier generation layer that generates carriers when irradiated with light. Next, reference numeral 2602 denotes a first electrode provided on the surface of the carrier generation layer 2601. Reference numeral 2603 denotes a second electrode provided on the surface of the carrier generation layer 2601 and arranged in parallel with the first electrode 2602. Each of the first electrode 2602 and the second electrode 2603 includes an antenna portion 2604. An irradiation position 2605 for irradiating light is located between the antenna portion 2604 included in the first electrode 2602 and the second electrode 2603. Further, at least one of the end portions 2607 of the first electrode 2602 and the second electrode 2603 has an interval d between the first electrode 2602 and the second electrode 2603 from the irradiation position 2605. It is provided at a distance within about twice.

(b)第2の調整スタブ
別の本実施形態に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子について、図27を用いて説明する。
(B) A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to this embodiment according to the second adjustment stub will be described with reference to FIG.

まず、2701は、光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層である。次に、2702は、互いに並行して配置しているストリップ線路を含み構成される2つの電極部である。ここで、前記2つの電極部2702はそれぞれ、前記キャリア発生層の一方の面(光を照射する面)に設けられた導体である。また、2704は、前記キャリア発生層2701に光を照射するための間隙を介して対向して配置している2つのアンテナ部である。ここで、前記アンテナ部2704は、それぞれ前記2つの電極部2702にそれぞれ接する導体である。また、2706は、前記キャリアによって発生或は検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの調整スタブである。ここで、前記2つの調整スタブ2706は、それぞれ前記2つの電極部2702にそれぞれ接する導体である。前記2つの調整スタブ2706は、前記キャリアによって発生されるテラヘルツ波の波長λ以下の長さを有する。 First, reference numeral 2701 denotes a carrier generation layer for generating carriers by light irradiation. Next, reference numeral 2702 denotes two electrode portions including strip lines arranged in parallel to each other. Here, each of the two electrode portions 2702 is a conductor provided on one surface of the carrier generation layer (a surface on which light is irradiated). Reference numeral 2704 denotes two antenna portions arranged opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer 2701 with light. Here, the antenna unit 2704 is a conductor in contact with the two electrode units 2702, respectively. Reference numeral 2706 denotes two adjustment stubs for adjusting the propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier. Here, the two adjustment stubs 2706 are conductors in contact with the two electrode portions 2702, respectively. The two adjustment stubs 2706 have a length equal to or shorter than the wavelength λ of the terahertz wave generated by the carrier.

さらに、前記2つの調整スタブ2706は、前記ストリップ線路(電極部2702)の外縁に沿って、前記アンテナ部2704と前記電極部2702の接続部分2708から、前記波長λ以内の範囲で前記電極部2702に接続する。 Further, the two adjustment stubs 2706 are arranged along the outer edge of the strip line (electrode part 2702) from the connection part 2708 between the antenna part 2704 and the electrode part 2702 within the wavelength λ. Connect to.

(b−1)平坦化
別の本実施形態に係る光伝導素子において、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性を平坦化するための構成について、以下に説明する。まず、前記2つの調整スタブ2706の長さは、0.1λから0.2λである。また、前記2つの調整スタブ2706は、前記電極部2702(ストリップ線路)の外縁に沿って、前記アンテナ部2704と前記電極部2702の接続部分2708から、該調整スタブ2706の長さに等しい位置に接続されている。上記調整スタブの長さのときに平坦化することについては、下記実施例3で詳述する。
(B-1) Flattening In the photoconductive element according to this embodiment according to this embodiment, a configuration for flattening the frequency characteristic of the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier will be described below. . First, the lengths of the two adjustment stubs 2706 are 0.1λ to 0.2λ. Further, the two adjustment stubs 2706 are located along the outer edge of the electrode portion 2702 (strip line) from the connection portion 2708 of the antenna portion 2704 and the electrode portion 2702 at a position equal to the length of the adjustment stub 2706. It is connected. The flattening at the length of the adjustment stub will be described in detail in Example 3 below.

(b−2)偏在化
別の本実施形態に係る光伝導素子において、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性を偏在化するための構成について、以下に説明する。まず、前記2つの調整スタブ2706の長さは、0.2λから0.5λである。また、前記2つの調整スタブ2706は、前記電極部2702(ストリップ線路)の外縁に沿って、前記アンテナ部2704と前記電極部2702の接続部分2708から、該調整スタブ2706の長さに等しい位置に接続されている。上記調整スタブの長さのときに偏在化することについては、下記実施例4で詳述する。
(B-2) Uneven distribution In the photoconductive element according to this embodiment, a configuration for unevenly distributing the frequency characteristics of the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier will be described below. . First, the length of the two adjustment stubs 2706 is 0.2λ to 0.5λ. Further, the two adjustment stubs 2706 are located along the outer edge of the electrode portion 2702 (strip line) from the connection portion 2708 of the antenna portion 2704 and the electrode portion 2702 at a position equal to the length of the adjustment stub 2706. It is connected. The uneven distribution when the length of the adjustment stub is described in detail in Example 4 below.

(b−3)電極どうしの間隔dで規定
別の本実施形態に係るテラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子について、図25を用いて説明する。ここで、上述した実施形態では、第2の調整スタブの長さと位置を波長λで規定したのに対し、ここでは電極どうしの間隔dで規定している。
(B-3) A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave according to the present embodiment, which is defined by the interval d between the electrodes, will be described with reference to FIG. Here, in the above-described embodiment, the length and the position of the second adjustment stub are defined by the wavelength λ, but here are defined by the distance d between the electrodes.

本光伝導素子は、まず、光を照射することによりキャリアを発生させるキャリア発生層2501を有する。キャリア発生層2501については、以下の実施例で詳述する。また、キャリア発生層2501の面上に設けられた第1の電極2502を有する。更に、キャリア発生層2501の面上に設けられ、且つ、第1の電極2502に並行して並んでいる第2の電極2503を有する。第1の電極2502と第2の電極2503については、以下の実施例で詳述する。第1の電極2502と第2の電極2503とは、それぞれアンテナ(アンテナ部)2504を含み構成されている。アンテナ(アンテナ部)2504についても、以下の実施例で詳述する。 This photoconductive element first has a carrier generation layer 2501 that generates carriers by irradiating light. The carrier generation layer 2501 will be described in detail in the following examples. Further, the first electrode 2502 provided on the surface of the carrier generation layer 2501 is provided. Further, a second electrode 2503 provided on the surface of the carrier generation layer 2501 and arranged in parallel with the first electrode 2502 is provided. The first electrode 2502 and the second electrode 2503 will be described in detail in the following examples. Each of the first electrode 2502 and the second electrode 2503 includes an antenna (antenna portion) 2504. The antenna (antenna unit) 2504 will also be described in detail in the following examples.

また、光を照射する照射位置2505は、第1の電極2502と第2の電極2503とが有するアンテナ部間にある。更に、対を成す調整スタブ2506が設けられている。調整スタブ2506は導体で、第1の電極2502と第2の電極2503とに配置される。そして、調整スタブ2506は、それぞれ対向するように配置される。また、調整スタブ2506は、照射位置2505から、少なくとも第1の電極2502と第2の電極2503との間隔dの略2倍以内の距離には設けられている。ここで、調整スタブを設ける位置は、図25のように設ける場合に限定されない。例えば、調整スタブと第1の電極或いは第2の電極とが、図2のような位置関係にある場合でもよい。図25に説明する様に、本光伝導素子に係る波長λは間隔dの略2倍である。調整スタブ2506についても、以下の実施例で詳述する。 Further, the irradiation position 2505 for irradiating light is between the antenna portions of the first electrode 2502 and the second electrode 2503. In addition, a pair of adjustment stubs 2506 is provided. The adjustment stub 2506 is a conductor and is disposed on the first electrode 2502 and the second electrode 2503. The adjustment stubs 2506 are disposed so as to face each other. The adjustment stub 2506 is provided at a distance that is at least approximately twice the distance d between the first electrode 2502 and the second electrode 2503 from the irradiation position 2505. Here, the position where the adjustment stub is provided is not limited to the case where the adjustment stub is provided as shown in FIG. For example, the adjustment stub and the first electrode or the second electrode may be in a positional relationship as shown in FIG. As illustrated in FIG. 25, the wavelength λ according to the present photoconductive element is approximately twice the distance d. The adjustment stub 2506 is also described in detail in the following example.

以下、より具体的な実施例について図面を参照して述べる。
(実施例1:第1の調整スタブで平坦化)
図1は、本発明を実施し得る光伝導素子の実施例1の構成を示す図である。具体的には、本実施例は、光伝導素子の周波数特性を平坦化する構成例に係る。図1のように、本実施例の光伝導素子は、アンテナ部101、対を成す第1の調整スタブである調整スタブ102、キャリア発生層103、電極部104、基板105を含む構成である。
Hereinafter, more specific embodiments will be described with reference to the drawings.
(Example 1: flattening with the first adjustment stub)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of Example 1 of a photoconductive element that can implement the present invention. Specifically, the present embodiment relates to a configuration example for flattening the frequency characteristics of the photoconductive element. As shown in FIG. 1, the photoconductive element of this embodiment includes an antenna unit 101, an adjustment stub 102 that is a first adjustment stub that forms a pair, a carrier generation layer 103, an electrode unit 104, and a substrate 105.

キャリア発生層103は、外部から照射される励起光(これはアンテナ部101の微小間隙に照射される)によって、キャリアを発生する機能を有する。本実施例では、キャリア発生層103として、低温成長ガウリムヒ素(LT-GaAs)を用いる。キャリア発生層103は、例えば、半絶縁性のガリウムヒ素(SI-GaAs)基板に対し、分子ビーム低温エピタキシャル成長(成長温度250°C)によって形成する。キャリア発生層103の材料はこれに限定されず、例えば、インジウムガリウムヒ素(InGaAs)等の半導体材料を用いてもよい。 The carrier generation layer 103 has a function of generating carriers by excitation light irradiated from the outside (this is irradiated to a minute gap of the antenna unit 101). In this embodiment, low-temperature grown Gaurim arsenic (LT-GaAs) is used as the carrier generation layer 103. The carrier generation layer 103 is formed, for example, by molecular beam low-temperature epitaxial growth (growth temperature 250 ° C.) on a semi-insulating gallium arsenide (SI-GaAs) substrate. The material of the carrier generation layer 103 is not limited to this, and for example, a semiconductor material such as indium gallium arsenide (InGaAs) may be used.

基板105は、キャリア発生層103を保持する基板である。本実施例では、基板105は、例えば、上述したSI-GaAs基板をそのまま用いる。基板105によるテラヘルツ波の不要な吸収を避けるため、テラヘルツ波に対して透明な基板を用いてもよい。基板105として、例えば、高抵抗シリコン(Si)を用いることもできる。この場合、キャリア発生層103の成長に用いた半導体基板をエッチングによって除去し、接着剤等の接合手段によって、キャリア発生層103を基板105に固定化する方法等が用いられる。 The substrate 105 is a substrate that holds the carrier generation layer 103. In this embodiment, as the substrate 105, for example, the above-described SI-GaAs substrate is used as it is. In order to avoid unnecessary absorption of the terahertz wave by the substrate 105, a substrate transparent to the terahertz wave may be used. As the substrate 105, for example, high resistance silicon (Si) can be used. In this case, a method of removing the semiconductor substrate used for the growth of the carrier generation layer 103 by etching and fixing the carrier generation layer 103 to the substrate 105 by a bonding means such as an adhesive is used.

アンテナ部101は、微小間隙を有する導体で構成する。上述したキャリア発生層103は、少なくとも、アンテナ部101の微小間隙の直下に存在する。アンテナ部101は、光伝導素子のおよその動作周波数と周波数特性を決定する部分である。光伝導素子において、アンテナ部101のアンテナ長(電極部104の間隔dと等しい)は動作周波数λを決定し(略λ=2dである)、導体幅や形状は周波数特性を決定する。 The antenna unit 101 is composed of a conductor having a minute gap. The above-described carrier generation layer 103 exists at least immediately below the minute gap of the antenna unit 101. The antenna unit 101 is a part that determines the approximate operating frequency and frequency characteristics of the photoconductive element. In the photoconductive element, the antenna length of the antenna unit 101 (equal to the distance d of the electrode unit 104) determines the operating frequency λ (approximately λ = 2d), and the conductor width and shape determine the frequency characteristics.

本実施例では、アンテナ部101としてダイポール型のアンテナ構造を用いている。アンテナ長は30μmとする。導体幅は10μmとする。微小間隙は5μmとする。ただし、これらの数値に限らず、所望のテラヘルツ波の特性に応じて、変化させることができる。アンテナ構造の型についても同様である。 In this embodiment, a dipole antenna structure is used as the antenna unit 101. The antenna length is 30 μm. The conductor width is 10 μm. The minute gap is 5 μm. However, it is not limited to these numerical values, and can be changed according to the desired characteristics of the terahertz wave. The same applies to the antenna structure type.

ダイポールアンテナは、半波長共振器を構成する。そのため、アンテナの動作波長をλとすると、アンテナ長はおよそ1/2λに相当する。本明細書では、このアンテナ長(電極部104の間隔dでもある)から想定される動作波長λを基準として説明する。ただし、光伝導素子における実際の周波数特性は、アンテナ長だけに依らず、キャリアの挙動や基板の特性からも影響を受ける。そのため、アンテナ形状から想定される周波数特性と、実際の光伝導素子の周波数特性は異なることがある。 The dipole antenna constitutes a half-wave resonator. Therefore, if the operating wavelength of the antenna is λ, the antenna length corresponds to approximately 1 / 2λ. In this specification, the operation wavelength λ assumed from this antenna length (which is also the distance d between the electrode portions 104) will be described as a reference. However, the actual frequency characteristics in the photoconductive element are influenced not only by the antenna length but also by the carrier behavior and the substrate characteristics. Therefore, the frequency characteristic assumed from the antenna shape may differ from the actual frequency characteristic of the photoconductive element.

電極部104は、平行に伸びるストリップ線路104bと電極パッド104aで構成される。電極パッドは、主に外部の機器との接続に用いられる。ストリップ線路の先端部は、ストリップ線路を構成する2つの導体が、アンテナ部101を挟む形で構成される。また、図1のように、ストリップ線路を構成する2つの導体の長手方向に、調整スタブ102が一対接続されている。本実施例では、ストリップ線路104bの導体幅は10μm、導体の間隔dは30μmとする。導体の間隔dは、アンテナ部101のアンテナ長(即ち略1/2λ)に相当する。 The electrode section 104 is composed of a strip line 104b and an electrode pad 104a extending in parallel. The electrode pad is mainly used for connection with an external device. The tip of the strip line is configured such that two conductors constituting the strip line sandwich the antenna unit 101. As shown in FIG. 1, a pair of adjustment stubs 102 are connected in the longitudinal direction of two conductors constituting the strip line. In this embodiment, the conductor width of the strip line 104b is 10 μm, and the conductor interval d is 30 μm. The conductor distance d corresponds to the antenna length of the antenna unit 101 (that is, approximately 1 / 2λ).

これらの導体構造は、蒸着などの一般的なプロセス技術によって、一括してパターニングされる。従って、調整スタブ102は比較的簡便に形成できる。 These conductor structures are collectively patterned by a general process technique such as vapor deposition. Therefore, the adjustment stub 102 can be formed relatively easily.

本実施例の光伝導素子をテラヘルツ波発生素子として用いる場合、電極部104は、アンテナ部101の間隙に所望の電界を印加するために使用する。また、光伝導素子をテラヘルツ波検出素子として用いる場合、電極部104は、電極部104を伝搬する信号(具体的には電流)を検出するために使用する。 When the photoconductive element of this embodiment is used as a terahertz wave generating element, the electrode unit 104 is used to apply a desired electric field to the gap of the antenna unit 101. When the photoconductive element is used as a terahertz wave detection element, the electrode unit 104 is used to detect a signal (specifically, current) that propagates through the electrode unit 104.

調整スタブ102は、光伝導素子の周波数特性を調整するために用いる。本実施例では、周波数特性を平坦化する。調整スタブ102は、アンテナ部101を伝搬するテラヘルツ波の一部を干渉させることで、周波数特性を平坦化する。本明細書において、周波数特性の平坦化とは、テラヘルツ波の強度分布が広範囲に分布している状態と定義する。より具体的には、本明細書では、平坦化とは、テラヘルツ波の最大の強度値から-3dB減衰する周波数範囲に、より多くのテラヘルツ波を分布させることと定義する。本実施例では、調整スタブ102は、導体幅10μmの直線的な線路とする。 The adjustment stub 102 is used to adjust the frequency characteristic of the photoconductive element. In this embodiment, the frequency characteristics are flattened. The adjustment stub 102 flattens the frequency characteristic by causing a part of the terahertz wave propagating through the antenna unit 101 to interfere. In this specification, the flattening of the frequency characteristic is defined as a state where the intensity distribution of the terahertz wave is distributed over a wide range. More specifically, in this specification, flattening is defined as distributing more terahertz waves in a frequency range in which -3 dB is attenuated from the maximum intensity value of the terahertz waves. In this embodiment, the adjustment stub 102 is a linear line having a conductor width of 10 μm.

以上の構成を総括すれば、本実施例の光伝導素子は次の構成を有する。即ち、光伝導素子は、キャリアを発生するためのキャリア発生層103と、アンテナ部101と、電極部104と、一組以上の対を成す調整スタブ101とを有する。アンテナ部101は、キャリア発生層103に、間隙を介して導体を対向配置して形成される。電極部104は、2つの導体で構成されるストリップ線路104bを含んで形成され、アンテナ部101の間隙に発生するキャリアの伝搬状態を制御する。対を成す調整スタブ102は、発生するテラヘルツ波または検出するテラヘルツ波の状態を調整する。また、アンテナ部101は、ストリップ線路104bを構成する2つの導体で挟まれて該導体に接続している。 Summarizing the above configuration, the photoconductive element of this example has the following configuration. That is, the photoconductive element includes a carrier generation layer 103 for generating carriers, an antenna unit 101, an electrode unit 104, and a pair of adjustment stubs 101. The antenna unit 101 is formed by arranging a conductor facing the carrier generation layer 103 with a gap therebetween. The electrode unit 104 is formed including a strip line 104b composed of two conductors, and controls the propagation state of carriers generated in the gap between the antenna units 101. The pair of adjustment stubs 102 adjust the state of the generated terahertz wave or the detected terahertz wave. The antenna unit 101 is sandwiched between two conductors constituting the strip line 104b and connected to the conductor.

更に、調整スタブ102は、アンテナ部101のアンテナ長で規定される波長λ以下の長さL1を有する導体である対を成す第1の調整スタブを含む。この第1の調整スタブは、ストリップ線路104bの長手方向の延長線上に伸びて、その先端は、アンテナ部101と電極部104の接続部分に対し、波長λ以内の範囲にある。また、電極部104を構成するストリップ線路104bを構成する2つの導体の端部の、アンテナ部101のある方は、アンテナ部101と電極部104の接続部分から波長λ以下の位置にある、 Furthermore, the adjustment stub 102 includes a first adjustment stub that forms a pair that is a conductor having a length L1 that is equal to or shorter than the wavelength λ defined by the antenna length of the antenna unit 101. The first adjustment stub extends on an extension line in the longitudinal direction of the strip line 104b, and the tip of the first adjustment stub is within a wavelength λ with respect to the connection portion between the antenna unit 101 and the electrode unit 104. Further, the end of the two conductors constituting the strip line 104b constituting the electrode part 104, the one having the antenna part 101 is located at a wavelength λ or less from the connection part of the antenna part 101 and the electrode part 104,

本実施例の動作を説明する。動作原理は、通常の光伝導素子と同じである。即ち、本光伝導素子を発生素子として用いる場合、電極部104に所望の電界を印加する。本実施例では、10Vをバイアスする。この状態で、アンテナ部101の微小間隙に、超短パルスレーザを照射する。本実施例では、パルス幅50fsec、繰り返し周波数76MHzのチタンサファイアレーザを光源とする。超短パルスがアンテナ部101の微小間隙に照射されると、キャリア発生層103からキャリアが発生する。この発生したキャリアを、電極部104で印加した電界によって加速することによって得られるダイポール輻射をテラヘルツ波として用いる。 The operation of this embodiment will be described. The principle of operation is the same as that of a normal photoconductive element. That is, when this photoconductive element is used as a generating element, a desired electric field is applied to the electrode portion 104. In this embodiment, 10 V is biased. In this state, an ultrashort pulse laser is irradiated to the minute gap of the antenna unit 101. In this embodiment, a titanium sapphire laser having a pulse width of 50 fsec and a repetition frequency of 76 MHz is used as a light source. Carriers are generated from the carrier generation layer 103 when an ultrashort pulse is applied to the minute gap of the antenna portion 101. Dipole radiation obtained by accelerating the generated carriers by the electric field applied by the electrode unit 104 is used as a terahertz wave.

また、本光伝導素子を検出素子として用いる場合、電極部104には、電流検出器を接続する。テラヘルツ波が検出素子に入射するタイミングと同期して、アンテナ部101の微小間隙に超短パルスレーザを照射する。この時、テラヘルツ波によって誘導される、キャリア発生層103から発生したキャリアを、電流検出器で検出する。より詳細には、テラヘルツ波と超短パルスレーザの入射タイミングを逐次ずらし、各タイミングにおける電流値をプロットすることで、テラヘルツ波の時間波形を検出する。 Further, when the present photoconductive element is used as a detection element, a current detector is connected to the electrode portion 104. In synchronization with the timing at which the terahertz wave enters the detection element, the ultra-short pulse laser is irradiated onto the minute gap of the antenna unit 101. At this time, carriers generated from the carrier generation layer 103 induced by the terahertz wave are detected by a current detector. More specifically, the time waveform of the terahertz wave is detected by sequentially shifting the incident timing of the terahertz wave and the ultrashort pulse laser and plotting the current value at each timing.

上述したように、調整スタブ102は、光伝導素子の周波数特性を平坦化するために用いる。図12は、調整スタブ102の効果を示した電磁界解析結果を示す。調整スタブ102のスタブ長L1は、0.6λである。破線は、調整スタブ102がない場合の光伝導素子の周波数特性であり、実線は、調整スタブ102を接続した時の光伝導素子の周波数特性を示している。周波数特性の平坦性を示す指針として、強度が-3dBとなる位置の帯域幅を比較すると、調整スタブ102を接続することで、約1.2倍平坦性が改善していることが分かる。本実施例では、この帯域幅が広くなるように調整スタブ102のスタブ長L1を調整する。 As described above, the adjustment stub 102 is used to flatten the frequency characteristics of the photoconductive element. FIG. 12 shows an electromagnetic field analysis result showing the effect of the adjustment stub 102. The stub length L1 of the adjustment stub 102 is 0.6λ. The broken line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 102 is not provided, and the solid line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 102 is connected. As a guideline for the flatness of the frequency characteristics, comparing the bandwidth at the position where the intensity is −3 dB, it can be seen that the flatness is improved about 1.2 times by connecting the adjustment stub 102. In this embodiment, the stub length L1 of the adjustment stub 102 is adjusted so that this bandwidth is widened.

図13は、調整スタブ102のスタブ長L1を0からλまで変化させた時の、-3dBとなる位置の帯域幅の変化を示した解析結果である。図13において、0λは、調整スタブ102がない場合に相当する。例えば、この状態を基準とすると、調整スタブ102のスタブ長L1を0.5から0.8λにすることで、周波数特性の平坦性が改善することが分かる。即ち、本実施例では、調整スタブ102は、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、ストリップ線路の長手方向の延長線上に接続され、0.5λから0.8λの長さを有して、光伝導素子の周波数特性を平坦化している。 FIG. 13 is an analysis result showing a change in bandwidth at a position of −3 dB when the stub length L1 of the adjustment stub 102 is changed from 0 to λ. In FIG. 13, 0λ corresponds to the case where the adjustment stub 102 is not provided. For example, based on this state, it can be seen that the flatness of the frequency characteristics is improved by changing the stub length L1 of the adjustment stub 102 from 0.5 to 0.8λ. That is, in the present embodiment, the adjustment stub 102 is connected to the connecting portion between the antenna portion and the electrode portion on the extension line in the longitudinal direction of the strip line, has a length of 0.5λ to 0.8λ, and has a photoconductive property. The frequency characteristics of the element are flattened.

尚、本実施例では、調整スタブ102を直線的な線路として扱っているが、この限りではない。例えば、テーパー状のスタブなどを用いることも可能である。また、線路幅も状況に応じて変化する。要は、光伝導素子の周波数特性を調整し得る調整スタブ102の構造であれば、本発明の主旨を逸脱するものではない。 In this embodiment, the adjustment stub 102 is handled as a straight line, but this is not restrictive. For example, a tapered stub can be used. The track width also changes depending on the situation. The point is that the structure of the adjustment stub 102 capable of adjusting the frequency characteristics of the photoconductive element does not depart from the gist of the present invention.

以上のように、調整スタブ102のスタブ長を調整することで、光伝導素子の周波数特性を簡便に調整することが可能になる。そして、周波数特性を平坦にすることで、よりモノサイクルに近い形状をもつテラヘルツ波を提供することが容易となる。 As described above, by adjusting the stub length of the adjustment stub 102, it is possible to easily adjust the frequency characteristics of the photoconductive element. Then, by flattening the frequency characteristics, it becomes easy to provide a terahertz wave having a shape closer to a monocycle.

ここで、一般的な回路技術として、アンテナにスタブ構造等を用いることにより、電波どうしを干渉させ、アンテナ特性を調整する手法が、特許第3165653号に開示されている。この先行文献は、いわゆる八木宇多アンテナにスタブ構造を用いることを教示するに止まり、テラヘルツ波に関して何ら開示や示唆はない。また、テラヘルツ波を発生或は検出するための光伝導素子や、キャリアを発生させるための層に堆積した電極に接するアンテナに関する開示や示唆もない。 Here, as a general circuit technique, Japanese Patent No. 3165653 discloses a method of adjusting the antenna characteristics by causing interference between radio waves by using a stub structure or the like for the antenna. This prior document only teaches the use of a stub structure for a so-called Yagi-Uta antenna, and there is no disclosure or suggestion regarding terahertz waves. There is no disclosure or suggestion regarding a photoconductive element for generating or detecting terahertz waves or an antenna in contact with an electrode deposited on a layer for generating carriers.

上述したように、光伝導素子におけるテラヘルツ波の伝搬特性は、一般的に、アンテナ構造に加え、キャリアの伝搬状態に依存する。ここで、キャリアの伝搬状態とは、キャリアの挙動や使用する部材の影響(例えば、半導体基板特有のフォノン吸収)などである。このため、ミリ波やマイクロ波で用いられる既存の回路制御技術(アンテナ技術や分布定数回路技術)を単純にテラヘルツ波の技術に適用しても、所望の伝搬状態を得ることは困難である。本発明に係る調整スタブは、テラヘルツ波の技術に適用するための工夫であり、キャリアの伝搬状態を制御するというテラヘルツ波特有の課題を解決するものである。よって、上記先行文献のような従来の電波を送受信するためのアンテナをそのまま従来の光伝導素子に、単に転用したものではない。 As described above, the propagation characteristic of the terahertz wave in the photoconductive element generally depends on the propagation state of the carrier in addition to the antenna structure. Here, the carrier propagation state includes the behavior of the carrier and the influence of the member used (for example, phonon absorption peculiar to the semiconductor substrate). For this reason, it is difficult to obtain a desired propagation state even if an existing circuit control technique (antenna technique or distributed constant circuit technique) used in millimeter waves or microwaves is simply applied to the terahertz wave technique. The adjustment stub according to the present invention is a device for applying to the terahertz wave technology, and solves a problem peculiar to the terahertz wave of controlling the propagation state of the carrier. Therefore, the conventional antenna for transmitting and receiving radio waves as in the above-mentioned prior art document is not simply diverted to the conventional photoconductive element as it is.

(実施例2:第1の調整スタブで偏在化)
本実施例は、実施例1で説明した基本構造を持つ光伝導素子に関するが、実施例1と異なる周波数特性を偏在化する一例である。尚、上記実施例1と重複する部分の説明は省略する。図1は、本発明を実施し得る光伝導素子の実施例2の構成をも示したものであるが、実施例1とは、調整スタブ102の長さL1が異なる。
(Example 2: Uneven distribution with the first adjustment stub)
The present embodiment relates to the photoconductive element having the basic structure described in the first embodiment, but is an example in which frequency characteristics different from the first embodiment are unevenly distributed. The description of the same parts as those in the first embodiment is omitted. FIG. 1 also shows the configuration of a photoconductive element according to the second embodiment that can implement the present invention. However, the length L1 of the adjustment stub 102 is different from that of the first embodiment.

図14は、調整スタブ102の効果を示した電磁界解析結果である。本実施例の調整スタブ102のスタブ長L1は、0.5λである。破線は、調整スタブ102がない場合の光伝導素子の周波数特性であり、実線は、調整スタブ102を接続した時の光伝導素子の周波数特性を示している。本明細書において、周波数特性の偏在化とは、ほぼ平坦な周波数特性のうち、或る周波数帯域に強度が集中している状態と定義する。例えば、図14では、調整スタブ102によって、0.8THz近傍に強い強度分布が存在している。 FIG. 14 is an electromagnetic field analysis result showing the effect of the adjustment stub 102. The stub length L1 of the adjustment stub 102 of the present embodiment is 0.5λ. The broken line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 102 is not provided, and the solid line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 102 is connected. In the present specification, the uneven distribution of frequency characteristics is defined as a state in which intensity is concentrated in a certain frequency band among substantially flat frequency characteristics. For example, in FIG. 14, a strong intensity distribution exists in the vicinity of 0.8 THz due to the adjustment stub 102.

図15は、調整スタブ102がない状態(即ち図14における破線に相当)の中心周波数に対する、調整スタブ102を設けることにより現れた強い強度分布の中心周波数のシフト量を示した解析結果である。図15のように、0λから0.5λの調整スタブ102のスタブ長L1に対し、周波数シフト量はほぼ線形に増加している様子が分かる。尚、本実施例においても、調整スタブ102は、蒸着プロセスによってパターニングされる。プロセスの作製誤差を換算すると、マイクロオーダの作製精度でおよそ0.01λオーダーの誤差となる。このことを考慮すると、本実施例において、精度良く光伝導素子の特性を調整し得る領域は、0.1λから0.5λと定義した。即ち、本実施例では、調整スタブ102は、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、ストリップ線路の長手方向の延長線上に接続され、0.1λから0.5λの長さを有して、光伝導素子の周波数特性を偏在化している。 FIG. 15 is an analysis result showing the shift amount of the center frequency of the strong intensity distribution that appears by providing the adjustment stub 102 with respect to the center frequency in a state where there is no adjustment stub 102 (that is, corresponding to the broken line in FIG. 14). As can be seen from FIG. 15, the frequency shift amount increases almost linearly with respect to the stub length L1 of the adjustment stub 102 from 0λ to 0.5λ. Also in this embodiment, the adjustment stub 102 is patterned by a vapor deposition process. When the process fabrication error is converted, the micro-order fabrication accuracy is an error of the order of 0.01λ. Considering this, in this embodiment, the region where the characteristics of the photoconductive element can be adjusted with high accuracy is defined as 0.1λ to 0.5λ. In other words, in this embodiment, the adjustment stub 102 is connected to the connecting portion between the antenna portion and the electrode portion on the extension line in the longitudinal direction of the strip line, has a length of 0.1λ to 0.5λ, and has a photoconductive property. The frequency characteristics of the elements are unevenly distributed.

尚、本実施例においても、調整スタブ102を直線的な線路として扱っているが、この限りではない。例えば、テーパー状のスタブなどを用いることも可能である。また、線路幅も状況に応じて変化する。要は、光伝導素子の周波数特性を調整し得る調整スタブ102の構造であれば、本発明の主旨を逸脱するものではない。 In this embodiment, the adjustment stub 102 is handled as a straight line, but this is not restrictive. For example, a tapered stub can be used. The track width also changes depending on the situation. The point is that the structure of the adjustment stub 102 capable of adjusting the frequency characteristics of the photoconductive element does not depart from the gist of the present invention.

図21は、本実施例の光伝導素子の測定結果を示す。ここでは、キャリア発生層103として、厚み2μmのLT-GaAsを用いる。基板105として、SI-GaAs基板を用いる。アンテナ部101として、ダイポール型のアンテナ構造を用いる。アンテナ部101のアンテナ長は30μmであり、導体幅は10μmである。上述したように、アンテナ部101は、微小間隙を有しており、微小間隙は5μmである。電極部104を構成するストリップ線路104bの長さは2mmである。そして、電極部104を構成する電極パッド104aの形状は、500μm×500μmのパッドである。調整スタブ102のスタブ長L1は10μmである。ここで、アンテナ長は30μmであるので、スタブ長L1はおよそ0.15λに相当する。 FIG. 21 shows the measurement results of the photoconductive element of this example. Here, LT-GaAs having a thickness of 2 μm is used as the carrier generation layer 103. An SI-GaAs substrate is used as the substrate 105. As the antenna unit 101, a dipole antenna structure is used. The antenna portion 101 has an antenna length of 30 μm and a conductor width of 10 μm. As described above, the antenna unit 101 has a minute gap, and the minute gap is 5 μm. The length of the strip line 104b constituting the electrode unit 104 is 2 mm. And the shape of the electrode pad 104a which comprises the electrode part 104 is a 500 micrometer x 500 micrometer pad. The stub length L1 of the adjustment stub 102 is 10 μm. Here, since the antenna length is 30 μm, the stub length L1 corresponds to approximately 0.15λ.

図21では、この光伝導素子をテラヘルツ波発生素子に適用し、特性を測定している(実線)。この時、同様の構成であるが調整スタブがない光伝導素子を、テラヘルツ波検出素子として用いる。また、図21において、調整スタブ102の効果を検証するために、テラヘルツ波検出素子を共通とし、調整スタブ102がない光伝導素子をテラヘルツ波発生素子として、測定結果を比較した(破線)。図21によると、1.2THzを超える部分の強度が減少し、0.5THzから1.0THz付近までの強度が高くなる様子が分かる。図14は、スタブ長L1を0.5λとした時の解析結果であるが、図21と同様の傾向を示していることが分かる。また、図15によると、スタブ長L1が0.16λの時、テラヘルツ波の周波数特性は低域側に0.15THz程度わずかに偏在することを示している。図21の測定結果をみると、作製した光伝導素子は、同じオーダーで低域側にシフトしていることが確認できる。 In FIG. 21, this photoconductive element is applied to a terahertz wave generating element, and the characteristics are measured (solid line). At this time, a photoconductive element having the same configuration but having no adjustment stub is used as the terahertz wave detecting element. Further, in FIG. 21, in order to verify the effect of the adjustment stub 102, the measurement results were compared using a terahertz wave detection element as a common element and a photoconductive element without the adjustment stub 102 as a terahertz wave generation element (broken line). According to FIG. 21, it can be seen that the intensity at the portion exceeding 1.2 THz decreases and the intensity from 0.5 THz to around 1.0 THz increases. FIG. 14 shows the analysis result when the stub length L1 is 0.5λ, and it can be seen that the same tendency as in FIG. 21 is shown. Further, FIG. 15 shows that when the stub length L1 is 0.16λ, the frequency characteristic of the terahertz wave is slightly uneven on the low frequency side by about 0.15 THz. Looking at the measurement results in FIG. 21, it can be confirmed that the produced photoconductive elements are shifted to the low frequency side in the same order.

以上のように、調整スタブ102のスタブ長を調整することで、光伝導素子の周波数特性を簡便に調整することが可能になる。アンテナ部101のサイズや構造と共に、調整スタブ102の構造を適切に選択することで、例えば、水蒸気の特徴的な吸収スポットを回避したテラヘルツ波を用いて、高効率な伝送を実現することが容易となる。 As described above, by adjusting the stub length of the adjustment stub 102, it is possible to easily adjust the frequency characteristics of the photoconductive element. By selecting the structure of the adjustment stub 102 together with the size and structure of the antenna unit 101, it is easy to realize high-efficiency transmission using, for example, terahertz waves that avoid the characteristic absorption spot of water vapor It becomes.

(実施例3:第2の調整スタブで平坦化)
図2は、本発明を実施し得る光伝導素子の実施例3の構成を示した図である。具体的には、光伝導素子の周波数特性を平坦化する一例を示す。尚、上記実施例と重複する部分の説明は省略する。これまでの実施例と異なるのは、調整スタブ202の接続位置である。本実施例では、ストリップ線路を構成する2つの導体の外縁に沿って、L2の間隔で、調整スタブ202が一対接続している。そして、調整スタブ202のスタブ長は、接続位置の間隔L2と同じ長さを有する。
(Example 3: Planarization with the second adjustment stub)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of Example 3 of a photoconductive element that can implement the present invention. Specifically, an example of flattening the frequency characteristics of the photoconductive element is shown. The description of the same parts as those in the above embodiment is omitted. What is different from the previous embodiments is the connection position of the adjustment stub 202. In the present embodiment, a pair of adjustment stubs 202 are connected at intervals of L2 along the outer edges of the two conductors constituting the strip line. The stub length of the adjustment stub 202 has the same length as the connection position interval L2.

まとめて言えば、本実施例の光伝導素子は次の構成を有する。即ち、光伝導素子は、キャリアを発生するためのキャリア発生層103と、アンテナ部101と、電極部104と、一組以上の対を成す調整スタブ202とを有する。アンテナ部101は、キャリア発生層103に、間隙を介して導体を対向配置して形成される。電極部104は、2つの導体で構成されるストリップ線路104bを含んで形成され、アンテナ部101の間隙に発生するキャリアの伝搬状態を制御する。対を成す調整スタブ202は、発生するテラヘルツ波または検出するテラヘルツ波の状態を調整する。また、アンテナ部101は、ストリップ線路104bを構成する2つの導体で挟まれて該導体に接続している。 In summary, the photoconductive element of this example has the following configuration. That is, the photoconductive element includes a carrier generation layer 103 for generating carriers, an antenna unit 101, an electrode unit 104, and an adjustment stub 202 that forms one or more pairs. The antenna unit 101 is formed by arranging a conductor facing the carrier generation layer 103 with a gap therebetween. The electrode unit 104 is formed including a strip line 104b composed of two conductors, and controls the propagation state of carriers generated in the gap between the antenna units 101. The pair of adjustment stubs 202 adjust the state of the generated terahertz wave or the detected terahertz wave. The antenna unit 101 is sandwiched between two conductors constituting the strip line 104b and connected to the conductor.

更に、調整スタブ202は、アンテナ部101のアンテナ長(電極部104の間隔d)で規定される波長λ以下の長さを有する導体である対を成す第2の調整スタブを含む。この第2の調整スタブは、ストリップ線路104bを構成する2つの導体の外縁に沿って、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、波長λ以内の範囲で接続している。また、電極部104を構成するストリップ線路104bを構成する2つの導体の端部の、アンテナ部101のある方は、アンテナ部と電極部の接続部分から波長λ以下の位置にある、 Furthermore, the adjustment stub 202 includes a second adjustment stub that forms a pair that is a conductor having a length equal to or shorter than the wavelength λ defined by the antenna length of the antenna unit 101 (the distance d between the electrode units 104). The second adjustment stub is connected to the connection portion of the antenna portion and the electrode portion within a wavelength λ along the outer edges of the two conductors constituting the strip line 104b. Further, the end of the two conductors constituting the strip line 104b constituting the electrode part 104, the one having the antenna part 101 is located at a wavelength λ or less from the connection part of the antenna part and the electrode part,

図16は、調整スタブ202の効果を示した電磁界解析結果である。調整スタブ202の接続位置L2及びスタブ長L2は、0.15λである。破線は、調整スタブ202がない場合の光伝導素子の周波数特性であり、実線は、調整スタブ202を接続した時の光伝導素子の周波数特性を示している。実施例1と同様に、強度が-3dBとなる位置の帯域幅を比較すると、調整スタブ202を接続することで、約1.4倍平坦性が改善していることが分かる。本実施例においても、この帯域幅が広くなるように、調整スタブ202のスタブ長L2及び接続位置L2を調整する。 FIG. 16 is an electromagnetic field analysis result showing the effect of the adjustment stub 202. The connection position L2 and the stub length L2 of the adjustment stub 202 are 0.15λ. The broken line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 202 is not provided, and the solid line indicates the frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 202 is connected. Similar to Example 1, when the bandwidths at positions where the intensity is −3 dB are compared, it is found that the flatness is improved by about 1.4 times by connecting the adjustment stub 202. Also in the present embodiment, the stub length L2 and the connection position L2 of the adjustment stub 202 are adjusted so that this bandwidth is widened.

図17は、調整スタブ202のスタブ長及び接続位置L2を変化させた時の、-3dBとなる位置の帯域幅の変化を示した解析結果である。実施例1と同様に、図17における0λは、調整スタブ202がない場合に相当する。例えば、この状態を基準とすると、調整スタブ202のスタブ長及び接続位置L2を0.2λ以下にすることで、周波数特性の平坦性が改善することが分かる。尚、本実施例においても、調整スタブ202は、蒸着プロセスによってパターニングされる。プロセスの作製誤差を換算すると、マイクロオーダの作製精度でおよそ0.01λオーダーの誤差となる。このことを考慮すると、本実施例において、精度良く光伝導素子の特性を調整し得る領域は、0.1λから0.2λと定義した。即ち、本実施例では、第2の調整スタブである調整スタブ202は、0.1λから0.2λの長さを有する。そして、ストリップ線路104bを構成する2つの導体の外縁に沿って、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、当該調整スタブ202の長さに等しい位置に接続され、光伝導素子の周波数特性を平坦化している。 FIG. 17 is an analysis result showing a change in bandwidth at a position of −3 dB when the stub length of the adjustment stub 202 and the connection position L2 are changed. As in the first embodiment, 0λ in FIG. 17 corresponds to the case where the adjustment stub 202 is not provided. For example, based on this state, it can be seen that the flatness of the frequency characteristics is improved by setting the stub length of the adjustment stub 202 and the connection position L2 to 0.2λ or less. Also in this embodiment, the adjustment stub 202 is patterned by a vapor deposition process. When the process fabrication error is converted, the micro-order fabrication accuracy is an error of the order of 0.01λ. Considering this, in this embodiment, the region where the characteristics of the photoconductive element can be adjusted with high precision is defined as 0.1λ to 0.2λ. That is, in this embodiment, the adjustment stub 202 as the second adjustment stub has a length of 0.1λ to 0.2λ. Then, along the outer edges of the two conductors constituting the strip line 104b, the connection portion of the antenna portion and the electrode portion is connected at a position equal to the length of the adjustment stub 202, and the frequency characteristic of the photoconductive element is flattened. It has become.

尚、本実施例においても、調整スタブ202を直線的な線路として扱っているが、この限りではない。例えば、テーパー状のスタブなどを用いることも可能である。また、線路幅も状況に応じて変化する。また、本実施例では、調整スタブ202の線路長と接続位置を同じ長さとしているが、この限りではない。要は、光伝導素子の周波数特性を調整し得る調整スタブ202の構造であれば、本発明の主旨を逸脱するものではない。 In this embodiment, the adjustment stub 202 is handled as a straight line, but this is not restrictive. For example, a tapered stub can be used. The track width also changes depending on the situation. In this embodiment, the line length and the connection position of the adjustment stub 202 are the same length, but this is not restrictive. The point is that the structure of the adjustment stub 202 capable of adjusting the frequency characteristics of the photoconductive element does not depart from the gist of the present invention.

図22は、本実施例の光伝導素子の測定結果を示す。ここでは、キャリア発生層103として、厚み2μmのLT-GaAsを用いる。基板105として、SI-GaAs基板を用いる。アンテナ部101として、ダイポール型のアンテナ構造を用いる。アンテナ部101のアンテナ長は30μmであり、導体幅は10μmである。上述したように、アンテナ部101は、微小間隙を有しており、微小間隙は5μmである。電極部104を構成するストリップ線路104bの長さは2mmである。そして、電極部104を構成する電極パッド104aの形状は、500μm×500μmのパッドである。調整スタブ202のスタブ長L2及び接続位置L2は10μmである。ここで、アンテナ長は30μmであるので、スタブ長L2及び接続位置L2はおよそ0.15λに相当する。 FIG. 22 shows the measurement results of the photoconductive element of this example. Here, LT-GaAs having a thickness of 2 μm is used as the carrier generation layer 103. An SI-GaAs substrate is used as the substrate 105. As the antenna unit 101, a dipole antenna structure is used. The antenna portion 101 has an antenna length of 30 μm and a conductor width of 10 μm. As described above, the antenna unit 101 has a minute gap, and the minute gap is 5 μm. The length of the strip line 104b constituting the electrode unit 104 is 2 mm. And the shape of the electrode pad 104a which comprises the electrode part 104 is a 500 micrometer x 500 micrometer pad. The stub length L2 and the connection position L2 of the adjustment stub 202 are 10 μm. Here, since the antenna length is 30 μm, the stub length L2 and the connection position L2 correspond to approximately 0.15λ.

図22で用いた光伝導素子の構成は、図16の解析に用いた素子構成と同じである。上述したように、強度が-3dBとなる位置の帯域幅を比較すると、測定結果の帯域特性は約1.5倍平坦性が改善されており、解析結果と同様の傾向を示すことが確認できる。図23は、図22で用いた光伝導素子から発生するテラヘルツ波の時間波形の測定結果である。上述したように、調整スタブ202によって周波数特性の平坦性を改善することにより、よりモノサイクルに近い形状のテラヘルツ波が取得できている。 The configuration of the photoconductive element used in FIG. 22 is the same as the element configuration used in the analysis of FIG. As described above, when the bandwidths at positions where the intensity is −3 dB are compared, it can be confirmed that the band characteristics of the measurement results are improved by about 1.5 times in flatness and show the same tendency as the analysis results. FIG. 23 shows the measurement result of the time waveform of the terahertz wave generated from the photoconductive element used in FIG. As described above, by improving the flatness of the frequency characteristics by the adjustment stub 202, a terahertz wave having a shape closer to a monocycle can be acquired.

以上のように、第2の調整スタブである調整スタブ202のスタブ長を調整することで、光伝導素子の周波数特性を簡便に調整することが可能になる。周波数特性を平坦にすることで、よりモノサイクルに近い形状をもつテラヘルツ波を提供することが容易となる。 As described above, the frequency characteristic of the photoconductive element can be easily adjusted by adjusting the stub length of the adjustment stub 202 which is the second adjustment stub. By flattening the frequency characteristics, it becomes easy to provide a terahertz wave having a shape closer to a monocycle.

(実施例4:第2の調整スタブで偏在化)
本実施例は、実施例3で説明した光伝導素子に関し、実施例2のように周波数特性を偏在化する一例である。尚、上記実施例と重複する部分の説明は省略する。図2は、本発明を実施し得る光伝導素子の実施例4の構成例を示したものでもあるが、実施例3とは、調整スタブ202の長さ及び接続位置が異なる。
(Example 4: Uneven distribution with the second adjustment stub)
The present embodiment relates to the photoconductive element described in the third embodiment, and is an example in which frequency characteristics are unevenly distributed as in the second embodiment. The description of the same parts as those in the above embodiment is omitted. FIG. 2 also shows a configuration example of Embodiment 4 of the photoconductive element in which the present invention can be implemented. However, the length and connection position of the adjustment stub 202 are different from those in Embodiment 3.

図18は、調整スタブ202の効果を示した電磁界解析結果である。調整スタブ202のスタブ長及び接続位置L2は、0.5λである。破線は、調整スタブ202がない場合の周波数特性であり、実線は、調整スタブ202を接続した時の光伝導素子の周波数特性を示している。実施例2でも定義したが、本明細書において、周波数特性の偏在化とは、ほぼ平坦な周波数特性のうち、或る周波数帯域のみに強度が集中している状態と定義する。例えば、図18では、調整スタブ202によって、0.7THz近傍の強度が抑制され、0.4THz近傍に強い強度分布が存在していることが分かる。 FIG. 18 is an electromagnetic field analysis result showing the effect of the adjustment stub 202. The stub length and the connection position L2 of the adjustment stub 202 are 0.5λ. A broken line is a frequency characteristic when the adjustment stub 202 is not provided, and a solid line indicates a frequency characteristic of the photoconductive element when the adjustment stub 202 is connected. As defined in the second embodiment, in this specification, the uneven distribution of frequency characteristics is defined as a state in which intensity is concentrated only in a certain frequency band among substantially flat frequency characteristics. For example, in FIG. 18, it can be seen that the adjustment stub 202 suppresses the intensity near 0.7 THz and a strong intensity distribution exists near 0.4 THz.

図19は、調整スタブ102がない状態(即ち図18における破線に相当)の中心周波数に対する、調整スタブ202によって現れた強い強度分布の中心周波数のシフト量を示した解析結果である。図19のように、0λから0.5λの調整スタブ202のスタブ長及び接続位置L2に対し、周波数シフト量が増加する傾向が分かる。実施例3で述べたように、0.2λまでは、調整スタブ202は、周波数の平坦化に大きく寄与している。そのため、本実施例において、精度良く光伝導素子の特性を調整し得る領域は、0.2λから0.5λと定義した。即ち、本実施例では、第2の調整スタブである調整スタブ202は、0.2λから0.5λの長さを有する。そして、ストリップ線路104bを構成する2つの導体の外縁に沿って、アンテナ部と電極部の接続部分に対し、当該調整スタブ202の長さに等しい位置に接続され、光伝導素子の周波数特性を偏在化している。 FIG. 19 is an analysis result showing the shift amount of the center frequency of the strong intensity distribution that appears by the adjustment stub 202 with respect to the center frequency without the adjustment stub 102 (that is, corresponding to the broken line in FIG. 18). As shown in FIG. 19, it can be seen that the frequency shift amount tends to increase with respect to the stub length of the adjustment stub 202 from 0λ to 0.5λ and the connection position L2. As described in the third embodiment, the adjustment stub 202 greatly contributes to frequency flattening up to 0.2λ. Therefore, in this embodiment, the region where the characteristics of the photoconductive element can be accurately adjusted is defined as 0.2λ to 0.5λ. That is, in this embodiment, the adjustment stub 202 as the second adjustment stub has a length of 0.2λ to 0.5λ. Then, along the outer edges of the two conductors constituting the strip line 104b, the connection portion between the antenna portion and the electrode portion is connected at a position equal to the length of the adjustment stub 202, and the frequency characteristics of the photoconductive element are unevenly distributed. It has become.

尚、本実施例においても、調整スタブ202を直線的な線路として扱っているが、この限りではない。例えば、テーパー状のスタブなどを用いることも可能である。また、線路幅も状況に応じて変化する。また、本実施例においても、調整スタブ202の線路長と接続位置を同じ長さとしているが、この限りではない。要は、光伝導素子の周波数特性を調整し得る調整スタブ202の構造であれば、本発明の主旨を逸脱するものではない。 In this embodiment, the adjustment stub 202 is handled as a straight line, but this is not restrictive. For example, a tapered stub can be used. The track width also changes depending on the situation. Also in this embodiment, the line length and the connection position of the adjustment stub 202 are the same length, but this is not restrictive. The point is that the structure of the adjustment stub 202 capable of adjusting the frequency characteristics of the photoconductive element does not depart from the gist of the present invention.

以上のように、調整スタブ202のスタブ長及び接続位置を調整することで、光伝導素子の周波数特性を簡便に調整することが可能になる。アンテナ部101のサイズや構造と共に、調整スタブ202の構造を適切に選択することで、例えば、大気によるテラヘルツ波の吸収が少ない帯域幅(大気の窓)に周波数特性を偏在化させ、高効率な伝送を実現することが容易となる。 As described above, the frequency characteristics of the photoconductive element can be easily adjusted by adjusting the stub length and the connection position of the adjustment stub 202. By appropriately selecting the structure of the adjustment stub 202 together with the size and structure of the antenna unit 101, for example, the frequency characteristics are unevenly distributed in a bandwidth (atmosphere window) where the absorption of terahertz waves by the atmosphere is small, and high efficiency is achieved. It becomes easy to realize transmission.

ところで、場合によって、これまでの実施例で述べてきた第1の調整スタブ102と第2の調整スタブ202を組み合わせて使用することも可能である。 Incidentally, in some cases, the first adjustment stub 102 and the second adjustment stub 202 described in the above embodiments can be used in combination.

(実施例5:イメージング装置)
本実施例では、本発明を実施し得る装置の一構成例を示す。具体的には、これまで説明してきた光伝導素子を用いて、サンプルの深さ方向の情報を取得するイメージング装置に関する一構成例である。尚、上記実施例と重複する部分の説明は省略する。
(Example 5: Imaging device)
In this embodiment, an example of the configuration of an apparatus that can implement the present invention is shown. Specifically, it is an example of a configuration related to an imaging apparatus that acquires information in the depth direction of a sample using the photoconductive element described so far. In addition, description of the part which overlaps with the said Example is abbreviate | omitted.

図3は、本実施例におけるイメージング装置の概略構成図である。図3のように、イメージング装置は、ファイバレーザ301、発生用の光伝導素子302、検出用の光伝導素子303、駆動ドライバ304、検出部305、ビームスプリッタ306、遅延部307を含む。また、図3のように、本イメージング装置は、サンプル308に対し、反射光学系を構築し、テラヘルツ波の反射信号より、サンプル308の深さ方向の情報を取得する。尚、本実施例では、反射型の構成例を示しているが、透過型の構成を採用してもよい。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the imaging apparatus in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the imaging apparatus includes a fiber laser 301, a generation photoconductive element 302, a detection photoconductive element 303, a drive driver 304, a detection unit 305, a beam splitter 306, and a delay unit 307. As shown in FIG. 3, the imaging apparatus constructs a reflection optical system for the sample 308, and acquires information in the depth direction of the sample 308 from the reflected signal of the terahertz wave. In this embodiment, a reflection type configuration example is shown, but a transmission type configuration may be adopted.

例えば、図20のように、サンプル308として錠剤を用いる場合、錠剤に入射したテラヘルツ波は、大気とコーティング膜2001の界面とコーティング膜2001と薬剤2002部分の界面によって反射される。各反射テラヘルツ波の相対時間遅れΔtや波形の変化をモニタすることで、コーティング膜2001の膜厚や薬剤2002の物性等が取得できる。高精度に各反射テラヘルツ波を検出するためには、各反射テラヘルツ波が時間的に分離され、各反射テラヘルツ波間の干渉が小さい状態が望まれる。そのためには、使用するテラヘルツ波の特性として、狭パルス幅なモノサイクルに近い形状をもつ波形であることが望ましい。 For example, as shown in FIG. 20, when a tablet is used as the sample 308, the terahertz wave incident on the tablet is reflected by the interface between the atmosphere and the coating film 2001 and the interface between the coating film 2001 and the drug 2002. By monitoring the relative time delay Δt of each reflected terahertz wave and the change in waveform, the film thickness of the coating film 2001, the physical properties of the drug 2002, and the like can be acquired. In order to detect each reflected terahertz wave with high accuracy, it is desired that each reflected terahertz wave is temporally separated and interference between each reflected terahertz wave is small. For this purpose, it is desirable that the waveform has a shape close to a monocycle with a narrow pulse width as a characteristic of the terahertz wave to be used.

光伝導素子302から発生するテラヘルツ波は、ファイバレーザ301からの励起光の特性と、光伝導素子302自体の特性に影響を受ける。例えば、励起光が狭パルス幅なモノサイクルに近い形状をもつ波形であり、光伝導素子302の周波数特性が広帯域な特性を有していると、時間領域における各反射テラヘルツ波の分離が容易となる。 The terahertz wave generated from the photoconductive element 302 is affected by the characteristics of the excitation light from the fiber laser 301 and the characteristics of the photoconductive element 302 itself. For example, if the excitation light has a waveform having a shape close to a monocycle with a narrow pulse width, and the frequency characteristic of the photoconductive element 302 has a wide band characteristic, it is easy to separate each reflected terahertz wave in the time domain. Become.

ファイバレーザ301は、ほぼ光ファイバによって構成される、小型で安定な超短パルスレーザ源である。ファイバレーザ301の構成例を図4に示す。図4のように、ファイバレーザ301は、次の構成を持つ。即ち、フェムト秒ファイバレーザ401、1/2波長板402及び406、増幅部403、アイソレータ404、分散補償部405、偏光ビームスプリッタ407、PPLN408、グリーンカットフィルタ409、ダイクロイックミラー410で構成する。PPLNは、高効率波長変換素子であるPeriodically-Poled-Lithium-Niobateを意味する。フェムト秒ファイバレーザ401は、レーザの発振媒質に光ファイバを使用したものである。中心波長1558nm、平均強度5mW、パルス幅300fsec、繰り返し周波数48MHzである。このようなファイバ型のフェムト秒ファイバレーザ401は、固体レーザに比べ、小型で安定である。 The fiber laser 301 is a small and stable ultrashort pulse laser source that is configured almost by an optical fiber. A configuration example of the fiber laser 301 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the fiber laser 301 has the following configuration. That is, it is configured by a femtosecond fiber laser 401, half-wave plates 402 and 406, an amplification unit 403, an isolator 404, a dispersion compensation unit 405, a polarization beam splitter 407, a PPLN 408, a green cut filter 409, and a dichroic mirror 410. PPLN means Periodically-Poled-Lithium-Niobate, which is a highly efficient wavelength conversion element. The femtosecond fiber laser 401 uses an optical fiber as a laser oscillation medium. The center wavelength is 1558 nm, the average intensity is 5 mW, the pulse width is 300 fsec, and the repetition frequency is 48 MHz. Such a fiber type femtosecond fiber laser 401 is smaller and more stable than a solid-state laser.

1/2波長板402及び406は、偏光を調節するために用いる。増幅部403は、フェムト秒ファイバレーザ401の光パルスの強度を増幅する部分である。増幅部403において強度が増幅された光パルスは、分散補償部405において短パルス化される。PPLN408は、短パルス化された光パルスに関し、2次高調波成分である780nmの成分を発生させる部分である。その後、グリーンカットフィルタ409及びダイクロイックミラー410を用いて、基準波成分1550nmとともに、高調波成分780nmを所望の分岐比において出力する。この高調波成分は、LT-GaAsの吸収波長に相当し、本実施例では、光伝導素子302及び303の励起光として使用する。 The half-wave plates 402 and 406 are used to adjust the polarization. The amplifying unit 403 is a part that amplifies the intensity of the optical pulse of the femtosecond fiber laser 401. The optical pulse whose intensity is amplified by the amplification unit 403 is shortened by the dispersion compensation unit 405. The PPLN 408 is a part that generates a 780 nm component that is a second harmonic component with respect to the optical pulse that has been shortened. Thereafter, using the green cut filter 409 and the dichroic mirror 410, the harmonic component 780 nm is output at a desired branching ratio together with the reference wave component 1550 nm. This harmonic component corresponds to the absorption wavelength of LT-GaAs, and is used as excitation light for the photoconductive elements 302 and 303 in this embodiment.

尚、光伝導素子に用いるキャリア発生層103としてインジウムガリウムヒ素(InGaAs)を用いる場合、キャリアを励起する励起光として基準波成分を用いることもできる。この場合、高調波を生成、取り出す光学系は省略することも可能である。 When indium gallium arsenide (InGaAs) is used as the carrier generation layer 103 used in the photoconductive element, a reference wave component can also be used as excitation light for exciting the carriers. In this case, an optical system that generates and extracts harmonics can be omitted.

以下に、増幅部403及び分散補償部405を詳細に説明する。
図5に、増幅部403の一構成例を示す。図5のように、増幅部403は、次の構成要素を有する。構成要素は、3つのレーザダイオード(図5中LDと記載)、シングルモードファイバ501、WDMカプラ502及び505、偏光コントローラ503、Er(エルビウム)添加ファイバ504、偏光ビームコンバイナ506である。WDMはWavelength-Division-Multiplexing(波長分割多重方式)を意味する。
Hereinafter, the amplification unit 403 and the dispersion compensation unit 405 will be described in detail.
FIG. 5 shows a configuration example of the amplification unit 403. As shown in FIG. 5, the amplification unit 403 includes the following components. The constituent elements are three laser diodes (denoted by LD in FIG. 5), a single mode fiber 501, WDM couplers 502 and 505, a polarization controller 503, an Er (erbium) doped fiber 504, and a polarization beam combiner 506. WDM means Wavelength-Division-Multiplexing.

シングルモードファイバ501は、波長1.56μmに対し、2次群速度分散-21.4ps2/km、モードフィールド径9.3μm、非線形係数1.89W-1km-1であり、ファイバの長さは4.5mである。Er添加ファイバ504は、波長1.56μmに対し、2次群速度分散6.44ps2/km、モードフィールド径8.0μm、非線形係数2.55W-1km-1であり、ファイバの長さは6.0mである。3つのLDは、波長1480nm、強度400mWとする。図5のように、LDの1つを前方励起用、2つを後方励起用に用いる。 The single-mode fiber 501 has a second-order group velocity dispersion of -21.4 ps 2 / km, a mode field diameter of 9.3 μm, a nonlinear coefficient of 1.89 W -1 km -1 for a wavelength of 1.56 μm, and a fiber length of 4.5 m. is there. The Er-doped fiber 504 has a second-order group velocity dispersion of 6.44 ps 2 / km, a mode field diameter of 8.0 μm, a nonlinear coefficient of 2.55 W −1 km −1 for a wavelength of 1.56 μm, and a fiber length of 6.0 m. . The three LDs have a wavelength of 1480 nm and an intensity of 400 mW. As shown in FIG. 5, one of the LDs is used for forward excitation and two are used for backward excitation.

フェムト秒ファイバレーザ401から入射した光パルスのパルス幅は、シングルモードファイバ501内で、群速度分散の影響により、伸張される。これにより、光パルスのピーク強度が一時的に抑えられる。その結果、光パルスが、Er添加ファイバ504中を伝搬する際の過剰な非線形効果を抑制することができるため、効率的なエネルギー増幅が可能になる。この構成によれば、光パルスの平均強度は、約20dBを見込むことができる。 The pulse width of the optical pulse incident from the femtosecond fiber laser 401 is expanded in the single mode fiber 501 due to the influence of group velocity dispersion. Thereby, the peak intensity of the light pulse is temporarily suppressed. As a result, an excessive non-linear effect when the optical pulse propagates through the Er-doped fiber 504 can be suppressed, so that efficient energy amplification is possible. According to this configuration, the average intensity of the light pulse can be expected to be about 20 dB.

図6に、分散補償部405の一構成例を示す。分散補償部405は、増幅部403で生じた分散特性とは逆の分散特性を有している。増幅部403から出力される光パルスは、Er添加ファイバ504中で生じる自己位相変調の影響で帯域が大きく広がる傾向がある。そこで、分散補償部405では、各波長における分散を補償することにより、フェムト秒ファイバレーザ401のパルス幅よりも短いパルスを取得する。図6のように、本実施例では、分散補償部405として、分散補償用ファイバ601を用いる。具体的には、分散補償用ファイバ601として、大口径フォトニッククリスタルファイバを用いる。本実施例で用いる分散補償用ファイバ601は、波長1.56μmに対し、2次群速度分散-30.3ps2/km、モードフィールド径26μm、非線形係数0.182W-1km-1であり、ファイバの長さは0.42mである。この構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約55fsec、平均強度は約280mWを見込むことができる。 FIG. 6 shows a configuration example of the dispersion compensation unit 405. The dispersion compensation unit 405 has a dispersion characteristic opposite to the dispersion characteristic generated in the amplification unit 403. The optical pulse output from the amplifying unit 403 tends to have a wide band due to the influence of self-phase modulation generated in the Er-doped fiber 504. Therefore, the dispersion compensation unit 405 acquires a pulse shorter than the pulse width of the femtosecond fiber laser 401 by compensating for dispersion at each wavelength. As shown in FIG. 6, in this embodiment, a dispersion compensating fiber 601 is used as the dispersion compensating unit 405. Specifically, a large-diameter photonic crystal fiber is used as the dispersion compensation fiber 601. The dispersion compensating fiber 601 used in this example has a second-order group velocity dispersion of −30.3 ps 2 / km, a mode field diameter of 26 μm, a nonlinear coefficient of 0.182 W −1 km −1 for a wavelength of 1.56 μm, and the length of the fiber The height is 0.42m. According to this configuration, it is possible to expect a pulse width of the obtained optical pulse of about 55 fsec and an average intensity of about 280 mW.

上述したように、本実施例では、キャリア発生層103にLT-GaAsを使用する光伝導素子302及び303を用いるため、PPLN408によって第2高調波を生成し、励起光とする。PPLN408では、この高調波成分(780nm)に加え、基準波成分(1550nm)が出力されるため、ダイクロイックミラー410を用いて分離する。また、PPLN408では、第2高調波に加え、第3高調波である緑色光もわずかに生成されるため、グリーンカットフィルタ409によって除去する構成とする。このような構成によれば、780nm帯の光パルスのパルス幅は約58fsec、平均強度は約60mWを見込むことができる。また、1550nm帯の光パルスのパルス幅は約64fsec、平均強度は約170mWを見込むことができる。 As described above, in this embodiment, since the photoconductive elements 302 and 303 using LT-GaAs are used for the carrier generation layer 103, the second harmonic is generated by the PPLN 408 and used as excitation light. In PPLN 408, since the reference wave component (1550 nm) is output in addition to the harmonic component (780 nm), the dichroic mirror 410 is used for separation. In addition, in addition to the second harmonic, the PPLN 408 generates a slight amount of green light that is the third harmonic, and is thus configured to be removed by the green cut filter 409. According to such a configuration, it is possible to expect a pulse width of an optical pulse in the 780 nm band of about 58 fsec and an average intensity of about 60 mW. In addition, the pulse width of an optical pulse in the 1550 nm band can be expected to be about 64 fsec, and the average intensity can be about 170 mW.

また、上述したように、励起光に用いるファイバレーザ301のパルス幅は、イメージング装置における深さ方向の分解能に影響する。そのため、場合によっては、図7に示すような、高非線形ファイバを用いたパルス圧縮を行うことも可能である。図7(a)は、1550nm帯の光パルスを圧縮する構成図を示している。また、図7(b)は、780nm帯の光パルスを圧縮する構成図を示している。尚、これらの構成はあくまで一形態であり、パルス圧縮を行う手法はこれに限定されない。 Further, as described above, the pulse width of the fiber laser 301 used for the excitation light affects the resolution in the depth direction of the imaging apparatus. Therefore, in some cases, it is possible to perform pulse compression using a highly nonlinear fiber as shown in FIG. FIG. 7 (a) shows a configuration diagram for compressing an optical pulse in the 1550 nm band. FIG. 7B shows a configuration diagram for compressing a light pulse in the 780 nm band. In addition, these structures are only one form, and the method of performing pulse compression is not limited to this.

図7(a)では、1550nm帯のパルス圧縮を行うために、シングルモードファイバ701及び高非線形ファイバ702を用いる。シングルモードファイバ701は、波長1.56μmに対し、2次群速度分散-21.4ps2/km、非線形係数1.89W-1km-1であり、ファイバの長さは0.115mである。高非線形ファイバ702は、波長1.56μmに対し、2次群速度分散-14.6ps2/km、非線形係数4.53W-1km-1であり、ファイバの長さは0.04mである。また、ファイバから出力された光パルスは、レンズ中での分散によるパルス広がりを避けるために放物面鏡を用いてコリメートする。このような構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約22fsec、平均強度は約120mWを見込むことができる。 In FIG. 7 (a), a single mode fiber 701 and a highly nonlinear fiber 702 are used to perform pulse compression in the 1550 nm band. The single mode fiber 701 has a second-order group velocity dispersion of −21.4 ps 2 / km, a nonlinear coefficient of 1.89 W −1 km −1 for a wavelength of 1.56 μm, and a fiber length of 0.115 m. The highly nonlinear fiber 702 has a second-order group velocity dispersion of −14.6 ps 2 / km, a nonlinear coefficient of 4.53 W −1 km −1 for a wavelength of 1.56 μm, and the length of the fiber is 0.04 m. In addition, the optical pulse output from the fiber is collimated using a parabolic mirror in order to avoid pulse spreading due to dispersion in the lens. According to such a configuration, it is possible to expect a pulse width of the obtained optical pulse of about 22 fsec and an average intensity of about 120 mW.

図7(b)では、780nm帯のパルス圧縮を行うために、高非線形ファイバ702とチャープミラー703を用いる。チャープミラー703は負分散のチャープミラーであり、ミラーを1回反射する毎に、およそ-35fs2の分散が加えられる。光パルスを、チャープミラー703間で複数回反射させることで、パルス圧縮を行う。ここでは、高非線形ファイバ702を1m用いる。このような構成によれば、得られる光パルスのパルス幅は約37fsec、平均強度は約30mWを見込むことができる。本実施例では、この光パルスを光伝導素子の励起光として使用する。尚、ファイバレーザ301の具体的な構成や各パラメータは、上記のものに限るものではなく、種々の目的に即して適宜選択される。 In FIG. 7B, a highly nonlinear fiber 702 and a chirped mirror 703 are used to perform pulse compression in the 780 nm band. The chirp mirror 703 is a negative dispersion chirp mirror, and each time the mirror is reflected once, a dispersion of about −35 fs 2 is added. The pulse compression is performed by reflecting the light pulse between the chirp mirror 703 a plurality of times. Here, 1 m of highly nonlinear fiber 702 is used. According to such a configuration, the pulse width of the obtained optical pulse can be expected to be approximately 37 fsec, and the average intensity can be expected to be approximately 30 mW. In this embodiment, this light pulse is used as excitation light for the photoconductive element. The specific configuration and parameters of the fiber laser 301 are not limited to those described above, and are appropriately selected according to various purposes.

図3の説明に戻って、少なくとも発生側の光伝導素子302は、実施例1または3で述べた構成を有するものである。即ち、広帯域な周波数特性を有する光伝導素子302を用いる。検出側の光伝導素子303は、発生側と同様の素子を用いてもよいし、テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)装置に用いられるような、一般的な素子を用いてもよい。駆動ドライバ304は、光伝導素子302に所望の電圧を印加する部分である。印加する電圧は、DCでもよいし、周期的でもよい。 Returning to the description of FIG. 3, at least the photoconductive element 302 on the generation side has the configuration described in the first or third embodiment. That is, the photoconductive element 302 having a broadband frequency characteristic is used. As the photoconductive element 303 on the detection side, an element similar to that on the generation side may be used, or a general element used in a terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) apparatus may be used. The drive driver 304 is a part that applies a desired voltage to the photoconductive element 302. The applied voltage may be DC or periodic.

ビームスプリッタ306は、上述した構成から成るファイバレーザ301の出力を分岐させ、一方を光伝導素子302に、もう一方を遅延部307に導く部分である。 The beam splitter 306 is a part that branches the output of the fiber laser 301 having the above-described configuration, and leads one to the photoconductive element 302 and the other to the delay unit 307.

遅延部307は、一般的な遅延光学系で構成され、光伝導素子303に入射する光パルスの照射タイミングを、時間的に変化させる。検出部305は、光伝導素子303から出力される信号を検出し、遅延部307で設定される光パルスの照射タイミングに応じた信号を記憶する。この結果、サンプル308から反射されるテラヘルツ波の時間波形を再構成し、サンプル308に関する深さ方向の情報を取得する。 The delay unit 307 is configured by a general delay optical system, and changes the irradiation timing of the light pulse incident on the photoconductive element 303 with time. The detection unit 305 detects a signal output from the photoconductive element 303 and stores a signal corresponding to the light pulse irradiation timing set by the delay unit 307. As a result, the time waveform of the terahertz wave reflected from the sample 308 is reconstructed, and information on the depth direction regarding the sample 308 is acquired.

尚、図3において、サンプル308とサンプル308に照射するテラヘルツ波との相対位置を変化させる機構を別途有し、サンプル308の3次元イメージングを行う構成としてもよい。また、本実施例の構成は、上述した様に、透過型もしくは反射型のTHz-TDS装置としても適用可能である。 In FIG. 3, a structure for separately changing the relative position between the sample 308 and the terahertz wave applied to the sample 308 may be provided to perform three-dimensional imaging of the sample 308. Further, as described above, the configuration of the present embodiment can also be applied to a transmissive or reflective THz-TDS apparatus.

図3の構成では、光伝導素子302は、アンテナ部101側より励起光を入射し、基板105よりテラヘルツ波を取り出す構成である。ただし、このようなシステム構成に限らず、例えば、図24(a)、(b)のように、アンテナ部101側より励起光を入射し、アンテナ部101側よりテラヘルツ波を取り出す構成も可能である。この時、テラヘルツ波の発生に使用した励起光は、図24のように、テラヘルツ波の伝搬経路を伝搬する。図24は、このような不要な信号を除去するために、テラヘルツ波の伝搬経路中にフィルタ2409を挿入している。フィルタ2409は、励起光を除去し、テラヘルツ波を透過させる特性を有している。例えば、励起光として基準波成分(1550nm)を用いる場合、ゲルマニウム(Ge)基板を適用できる。また、励起光として高調波成分(780nm)を用いる場合、Si基板を適用できる。尚、フィルタ2409の構成はこれに限るものではない。このような構成を適用する場合、光伝導素子302に用いた基板105によるテラヘルツ波の吸収を軽減することができるので、より広帯域なテラヘルツ波を提供することが可能となる。尚、検出においても、アンテナ部101よりテラヘルツ波と励起光を入射する構成が適用可能である。 In the configuration of FIG. 3, the photoconductive element 302 has a configuration in which excitation light is incident from the antenna unit 101 side and a terahertz wave is extracted from the substrate 105. However, the present invention is not limited to such a system configuration. For example, as shown in FIGS. 24A and 24B, a configuration in which excitation light is incident from the antenna unit 101 side and terahertz waves are extracted from the antenna unit 101 side is also possible. is there. At this time, the excitation light used to generate the terahertz wave propagates along the propagation path of the terahertz wave as shown in FIG. In FIG. 24, in order to remove such an unnecessary signal, a filter 2409 is inserted in the propagation path of the terahertz wave. The filter 2409 has characteristics of removing excitation light and transmitting terahertz waves. For example, when a reference wave component (1550 nm) is used as excitation light, a germanium (Ge) substrate can be applied. In addition, when a harmonic component (780 nm) is used as excitation light, a Si substrate can be applied. Note that the configuration of the filter 2409 is not limited to this. When such a configuration is applied, the absorption of the terahertz wave by the substrate 105 used for the photoconductive element 302 can be reduced, so that a wider band terahertz wave can be provided. For detection, a configuration in which terahertz waves and excitation light are incident from the antenna unit 101 can be applied.

以上に述べた様に、本実施例のイメージング装置は、本発明の光伝導素子と、アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、発生したキャリアの伝搬状態を制御する上記電極部に接続された駆動ドライバとを少なくとも有する。そして、光伝導素子から発生したテラヘルツ波を測定対象(サンプル)に照射し、測定対象の表面及び内部の屈折率界面において反射したテラヘルツ波より、測定対象の内部構造情報を取得する。ここで、光伝導素子の周波数特性は、平坦化されていることが望ましい。 As described above, the imaging apparatus of the present embodiment controls the photoconductive element of the present invention, the ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to the gap of the antenna section, and the propagation state of the generated carrier. And at least a drive driver connected to the electrode portion. Then, the measurement target (sample) is irradiated with the terahertz wave generated from the photoconductive element, and the internal structure information of the measurement target is acquired from the terahertz wave reflected at the surface of the measurement target and the internal refractive index interface. Here, the frequency characteristic of the photoconductive element is desirably flattened.

以上のような構成を有することにより、モノサイクルに近い形状をもつテラヘルツ波をイメージング装置に用いることが可能となる。よって、より高分解能な深さ方向イメージングが可能となる。また、光伝導素子の励起光源として、ファイバレーザを用いることで、小型、安定、比較的安価な装置を提供することが可能となる。 With the above-described configuration, it is possible to use a terahertz wave having a shape close to a monocycle for an imaging apparatus. Therefore, depth direction imaging with higher resolution becomes possible. Further, by using a fiber laser as an excitation light source for the photoconductive element, it is possible to provide a small, stable, and relatively inexpensive device.

(実施例6:通信装置)
本実施例では、本発明を実施し得る装置の一構成例を示す。具体的には、これまで説明してきた光伝導素子及びファイバレーザを用いて、情報の伝送を行う通信装置に関する一構成例である。尚、上記実施例と重複する部分の説明は省略する。
(Example 6: Communication device)
In this embodiment, an example of the configuration of an apparatus that can implement the present invention is shown. Specifically, it is a configuration example related to a communication apparatus that transmits information using the photoconductive element and the fiber laser described so far. The description of the same parts as those in the above embodiment is omitted.

本実施例は、特に、通信装置の発信部分に関するものである。本実施例では、大気の窓(atmospheric window)に相当する帯域にテラヘルツ波を偏在させ、これを搬送波として利用する。ここで、大気の窓とは、大気による吸収の影響が小さく、光の透過率が高い波長帯域のことである。 This embodiment particularly relates to a transmission part of a communication device. In the present embodiment, terahertz waves are unevenly distributed in a band corresponding to an atmospheric window and used as a carrier wave. Here, the atmospheric window is a wavelength band in which the influence of absorption by the atmosphere is small and the light transmittance is high.

図8は、本実施例における通信装置の発信部分に関する一構成例を示す。図8のように、本通信装置の発信部分は、ファイバレーザ301、光伝導素子302、駆動ドライバ304、変調部801で構成する。光伝導素子302は、実施例2または4で述べた構成を有するものである。例えば、大気の窓の一例として、0.38THz、0.71THz、0.86THz、1.05THz、1.38THz近傍に存在することが知られている。本実施例では、これらの大気の窓に相当する箇所に周波数特性が偏在するように、調整スタブ202を選択するものである。 FIG. 8 shows an example of the configuration relating to the transmission part of the communication device in the present embodiment. As shown in FIG. 8, the transmission part of this communication apparatus is composed of a fiber laser 301, a photoconductive element 302, a drive driver 304, and a modulation unit 801. The photoconductive element 302 has the configuration described in the second or fourth embodiment. For example, as an example of an atmospheric window, it is known to exist in the vicinity of 0.38 THz, 0.71 THz, 0.86 THz, 1.05 THz, and 1.38 THz. In the present embodiment, the adjustment stub 202 is selected so that the frequency characteristics are unevenly distributed at locations corresponding to these atmospheric windows.

変調部801は、伝送したい情報に相当する信号成分によって、駆動ドライバ304を制御し、光伝導素子302から放射するテラヘルツ波を変調する。変調の方式として、図11(a)に示すように、駆動ドライバ304より光伝導素子302に印加される電圧を切り替え、テラヘルツ波のON/OFFによって信号を伝送する方式がある。また、図11(b)のように、光伝導素子302に印加される電圧の値によって、テラヘルツ波の振幅を変調する方式がある。 Modulation section 801 controls drive driver 304 with a signal component corresponding to information to be transmitted, and modulates the terahertz wave radiated from photoconductive element 302. As a modulation method, as shown in FIG. 11A, there is a method of switching a voltage applied to the photoconductive element 302 from the drive driver 304 and transmitting a signal by ON / OFF of a terahertz wave. Further, as shown in FIG. 11 (b), there is a method of modulating the amplitude of the terahertz wave by the value of the voltage applied to the photoconductive element 302.

図9は、通信装置の発信部分に関する別の構成例を示す。図9では、変調部901は、駆動ドライバ304ではなく、ファイバレーザ301の出射タイミングや強度を変調する。このことによって、図11(a)、(b)の変調方式に加え、図11(c)のように、テラヘルツ波の位相(遅延時間)を変調することも可能である。これらの変調部801及び901は、通常の回路や、コンピュータによって構成される。 FIG. 9 shows another configuration example relating to the transmission part of the communication device. In FIG. 9, the modulation unit 901 modulates the emission timing and intensity of the fiber laser 301, not the drive driver 304. This makes it possible to modulate the phase (delay time) of the terahertz wave as shown in FIG. 11 (c) in addition to the modulation schemes of FIGS. 11 (a) and 11 (b). These modulation units 801 and 901 are configured by a normal circuit or a computer.

図10は、通信装置の発信部分に関する別の構成例を示す。図10では、変調部1001は、ファイバレーザ301から出力される光パルスを制御する。例えば、ファイバを機械的に伸張させて光パルスが光伝導素子302に到達するタイミングを制御する。また、アッテネータを用いて光パルスの強度を変調する。または、開閉器を用いて、光パルスをON/OFFさせてもよい。尚、これらの変調部の構成や制御対象はこれに限らない。例えば、発生するテラヘルツ波自体を変調する形態でもよい。一例を挙げると、光伝導素子302の位置を、テラヘルツ波の出射方向に対し、変化させることで、図11(c)の変調状態を実現することができる。要は、大気の窓に相当する帯域に、テラヘルツ波の周波数特性を偏在させ、これに信号を重畳する形態であればよい。 FIG. 10 shows another configuration example related to the transmission part of the communication device. In FIG. 10, the modulation unit 1001 controls the light pulse output from the fiber laser 301. For example, the timing at which the light pulse reaches the photoconductive element 302 is controlled by mechanically stretching the fiber. Further, the intensity of the optical pulse is modulated using an attenuator. Alternatively, the light pulse may be turned ON / OFF using a switch. Note that the configuration and control target of these modulation units are not limited to this. For example, the generated terahertz wave itself may be modulated. As an example, the modulation state shown in FIG. 11C can be realized by changing the position of the photoconductive element 302 with respect to the emission direction of the terahertz wave. The point is that the frequency characteristic of the terahertz wave is unevenly distributed in a band corresponding to the atmospheric window and a signal is superimposed on the frequency characteristic.

また、本実施例では、テラヘルツ波の周波数特性を偏在させる指針として、大気の窓について述べているがこれに限らない。例えば、装置を取巻く雰囲気の吸収を避ける形態や、特徴的な部材の吸収を避けるように、テラヘルツ波を偏在させる形態も可能である。また、本実施例の構成は、透過型もしくは反射型のTHz-TDS装置としても適用可能である。また、実施例6と同様に、ファイバレーザ301の出力を1550nm帯または780nm帯のいずれかに選択可能である。この場合、ファイバレーザ301の出力波帯に応じて、光伝導素子302のキャリア発生層103の構成を適宜選択する。 In this embodiment, the atmospheric window is described as a guide for unevenly distributing the frequency characteristics of the terahertz wave, but the present invention is not limited to this. For example, a form that avoids absorption of the atmosphere surrounding the apparatus and a form that unevenly distributes terahertz waves so as to avoid absorption of characteristic members are possible. In addition, the configuration of this embodiment can be applied to a transmissive or reflective THz-TDS apparatus. As in the sixth embodiment, the output of the fiber laser 301 can be selected from either the 1550 nm band or the 780 nm band. In this case, the configuration of the carrier generation layer 103 of the photoconductive element 302 is appropriately selected according to the output waveband of the fiber laser 301.

以上に述べた様に、本実施例の通信装置は、本発明の光伝導素子と、アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、発生したキャリアの伝搬状態を制御する電極部に接続された駆動ドライバと、変調部とを少なくとも有する。変調部は、駆動ドライバが電極部に供給する信号、或いは超短パルスレーザの出力を送信情報に従って変調する。そして、例えば、大気に存在するテラヘルツ波帯に特有の吸収波長域の成分を減少させるように、周波数特性を偏在させたテラヘルツ波を用いて通信を行う。 As described above, the communication device of this embodiment controls the propagation state of the generated carrier, the photoconductive element of the present invention, the ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to the gap of the antenna section, and the like. At least a drive driver connected to the electrode portion to be modulated and a modulation portion. The modulation unit modulates a signal supplied from the drive driver to the electrode unit or an output of the ultrashort pulse laser according to transmission information. Then, for example, communication is performed using terahertz waves in which frequency characteristics are unevenly distributed so as to reduce components in an absorption wavelength region unique to the terahertz wave band existing in the atmosphere.

以上のような構成を有することにより、大気等が有する特徴的な吸収を回避し、テラヘルツ波を効率良く伝搬させることが可能となる。また、光伝導素子の励起光源として、ファイバレーザを用いることで、小型、安定、比較的安価な装置を提供することが可能となる。 By having the above configuration, it is possible to avoid the characteristic absorption of the atmosphere or the like and to propagate the terahertz wave efficiently. Further, by using a fiber laser as an excitation light source for the photoconductive element, it is possible to provide a small, stable, and relatively inexpensive device.

光伝導素子の実施形態ないし実施例の構成を説明する図。The figure explaining the structure of embodiment thru | or Example of a photoconductive element. 光伝導素子の別の実施形態ないし実施例の構成を説明する図。The figure explaining the structure of another embodiment thru | or an Example of a photoconductive element. 光伝導素子をイメージング装置に適用した構成を説明する図。3A and 3B illustrate a configuration in which a photoconductive element is applied to an imaging apparatus. ファイバレーザの構成を説明する図。The figure explaining the structure of a fiber laser. ファイバレーザの増幅部を説明する図。The figure explaining the amplification part of a fiber laser. ファイバレーザの分散補償部を説明する図。The figure explaining the dispersion compensation part of a fiber laser. パルス圧縮を行う構成を説明する図。The figure explaining the structure which performs pulse compression. 光伝導素子を通信装置に適用した一構成を説明する図。2A and 2B illustrate a structure in which a photoconductive element is applied to a communication device. 光伝導素子を通信装置に適用した別の構成を説明する図。The figure explaining another structure which applied the photoconductive element to the communication apparatus. 光伝導素子を通信装置に適用した別の構成を説明する図。The figure explaining another structure which applied the photoconductive element to the communication apparatus. 通信装置における変調部の動作を説明する図。The figure explaining operation | movement of the modulation | alteration part in a communication apparatus. 実施例1の光伝導素子の電磁界解析結果を説明する図。FIG. 3 is a diagram for explaining the electromagnetic field analysis result of the photoconductive element of Example 1. 実施例1の光伝導素子の調整スタブの効果を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating the effect of the adjustment stub of the photoconductive element of Example 1. 実施例2の光伝導素子の電磁界解析結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining an electromagnetic field analysis result of the photoconductive element of Example 2. 実施例2の光伝導素子の調整スタブの効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the adjustment stub of the photoconductive element of Example 2. 実施例3の光伝導素子の電磁界解析結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining an electromagnetic field analysis result of the photoconductive element of Example 3. 実施例3の光伝導素子の調整スタブの効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating the effect of the adjustment stub of the photoconductive element of Example 3. 実施例4の光伝導素子の電磁界解析結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining an electromagnetic field analysis result of the photoconductive element of Example 4. 実施例4の光伝導素子の調整スタブの効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the adjustment stub of the photoconductive element of Example 4. イメージング装置の一適用例を説明する図。The figure explaining the example of 1 application of an imaging device. 実施例2の光伝導素子の測定結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement results of the photoconductive element of Example 2. 実施例3の光伝導素子の測定結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement results of the photoconductive element of Example 3. 実施例3の光伝導素子の測定結果を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement results of the photoconductive element of Example 3. テラヘルツ波の発生方法の他の例を説明する図。The figure explaining the other example of the generation method of a terahertz wave. 光伝導素子の一実施形態(第2の調整スタブ)の構成を説明する図。The figure explaining the structure of one Embodiment (2nd adjustment stub) of a photoconductive element. 光伝導素子の一実施形態(第1の調整スタブ)の構成を説明する図。The figure explaining the structure of one Embodiment (1st adjustment stub) of a photoconductive element. 光伝導素子の一実施形態(第2の調整スタブ)の構成を説明する図。The figure explaining the structure of one Embodiment (2nd adjustment stub) of a photoconductive element. 光伝導素子の一実施形態(第1の調整スタブ)の構成を説明する図The figure explaining the structure of one Embodiment (1st adjustment stub) of a photoconductive element

符号の説明Explanation of symbols

101、2504、2604、2704、2804 アンテナ部(アンテナ)
102、2606、2806 第1の調整スタブ
103、2501、2601、2701、2801 キャリア発生層
104、2502、2503、2602、2603、2702、2802 電極部(電極)
104b ストリップ線路
202、2506、2706 第2の調整スタブ
301 超短パルスレーザ(ファイバレーザ)
302 光伝導素子(発生用)
303 光伝導素子(検出用)
304 駆動ドライバ
305 検出部
308 測定対象(サンプル)
801、901、1001 変調部
2409 フィルタ
2505、2605 照射位置
2607、2807 第1の調整スタブの端部(第1の調整スタブの先端、電極の端部)
2708、2808 接続部分
101, 2504, 2604, 2704, 2804 Antenna section (antenna)
102, 2606, 2806 First adjustment stub
103, 2501, 2601, 2701, 2801 Carrier generation layer
104, 2502, 2503, 2602, 2603, 2702, 2802 Electrode (electrode)
104b stripline
202, 2506, 2706 Second adjustment stub
301 Ultrashort pulse laser (fiber laser)
302 Photoconductive element (for generation)
303 Photoconductive element (for detection)
304 drive driver
305 Detector
308 Measurement target (sample)
801, 901, 1001 Modulator
2409 Filter
2505, 2605 Irradiation position
2607, 2807 End of first adjustment stub (tip of first adjustment stub, end of electrode)
2708, 2808 connection part

Claims (8)

テラヘルツ波パルスを発生或いは検出するための光伝導素子であって、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの第1の調整スタブと、
を有し、
前記2つの第1の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の範囲に位置し、前記ストリップ線路の長手方向の延長線上に接続される、長さをもった導体であり、
前記2つの第1の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から0.5λから0.8λの長さを有することにより、前記キャリアから発生される或いは前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が平坦化することを特徴とする光伝導素子。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave pulse,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode parts comprising a strip line which is made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer and arranged in parallel to each other;
Two antenna portions each of which is made of a conductor in contact with the two electrode portions, and is disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light;
Two first adjustment stubs each comprising a conductor in contact with each of the two electrode portions, for adjusting a propagation state of a terahertz wave generated or detected by the carrier;
Have
The two first adjustment stubs are positioned within a range of an operating wavelength λ or less of a terahertz wave generated or detected by the carrier from a connection portion of the antenna unit and the electrode unit, respectively, and the length of the strip line A conductor with a length, connected on the extension of the direction,
Each of the two first adjustment stubs has a length of 0.5λ to 0.8λ from a connection portion of the antenna unit and the electrode unit, so that the terahertz wave generated from the carrier or detected by the carrier is used. photoconductive device frequency characteristic of you, characterized in that flattening.
テラヘルツ波パルスを発生或いは検出するための光伝導素子であって、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの第1の調整スタブと、
を有し、
前記2つの第1の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の範囲に位置し、前記ストリップ線路の長手方向の延長線上に接続される、長さをもった導体であり、
前記2つの第1の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から0.1λから0.5λの長さを有することにより、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が偏在化することを特徴とする光伝導素子。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave pulse,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode parts comprising a strip line which is made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer and arranged in parallel to each other;
Two antenna portions each of which is made of a conductor in contact with the two electrode portions, and is disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light;
Two first adjustment stubs each comprising a conductor in contact with each of the two electrode portions, for adjusting a propagation state of a terahertz wave generated or detected by the carrier;
Have
The two first adjustment stubs are positioned within a range of an operating wavelength λ or less of a terahertz wave generated or detected by the carrier from a connection portion of the antenna unit and the electrode unit, respectively, and the length of the strip line A conductor with a length, connected on the extension of the direction,
The two first adjustment stubs are generated from the carrier or detected by the carrier by having a length of 0.1λ to 0.5λ from a connection portion of the antenna portion and the electrode portion, respectively. photoconductive element characterized in that the frequency characteristic of the terahertz wave is unevenly distributed.
テラヘルツ波パルスを発生或いは検出するための光伝導素子であって、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの第2の調整スタブと、
を有し、
前記2つの第2の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の範囲に位置し、前記ストリップ線路の外縁に沿って、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から間隔を隔てて、接続する導体であり、
前記2つの第2の調整スタブは、夫々、0.1λから0.2λの長さを有し、前記ストリップ線路の外縁に沿って、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から該第2の調整スタブの長さに等しい位置に接続されることにより、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が平坦化することを特徴とする光伝導素子。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave pulse,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode parts comprising a strip line which is made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer and arranged in parallel to each other;
Two antenna portions each of which is made of a conductor in contact with the two electrode portions, and is disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light;
Two second adjustment stubs, each comprising a conductor in contact with the two electrode portions, for adjusting the propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier;
Have
The two second adjustment stubs are located within a range of the operating wavelength λ or less of the terahertz wave generated or detected by the carrier from the connection portion of the antenna unit and the electrode unit, respectively, and the outer edge of the strip line A conductor to be connected at a distance from a connection portion of the antenna part and the electrode part along
The two second adjustment stubs each have a length of 0.1λ to 0.2λ, and extend from the connection portion of the antenna portion and the electrode portion along the outer edge of the stripline. by being connected to the position equal to the length of the adjusting stub photoconductive element you characterized in that the frequency characteristic of the terahertz wave or to the carrier generated from the carrier is detected is flattened.
テラヘルツ波パルスを発生或いは検出するための光伝導素子であって、
光照射によってキャリアを発生させるためのキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の一方の面に設けられた導体からなり、互いに並行して配置されているストリップ線路を含み構成される2つの電極部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリア発生層に光を照射するための間隙を介して対向して配置されている2つのアンテナ部と、
それぞれが前記2つの電極部にそれぞれ接する導体からなり、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の伝搬状態を調整するための2つの第2の調整スタブと、
を有し、
前記2つの第2の調整スタブは、夫々、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から、前記キャリアによって発生或いは検出されるテラヘルツ波の動作波長λ以下の範囲に位置し、前記ストリップ線路の外縁に沿って、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から間隔を隔てて、接続する導体であり、
前記2つの第2の調整スタブは、夫々、0.2λから0.5λの長さを有し、前記ストリップ線路の外縁に沿って、前記アンテナ部と前記電極部の接続部分から該第2の調整スタブの長さに等しい位置に接続されることにより、前記キャリアから発生される或は前記キャリアが検出するテラヘルツ波の周波数特性が偏在化することを特徴とする光伝導素子。
A photoconductive element for generating or detecting a terahertz wave pulse,
A carrier generation layer for generating carriers by light irradiation;
Two electrode parts comprising a strip line which is made of a conductor provided on one surface of the carrier generation layer and arranged in parallel to each other;
Two antenna portions each of which is made of a conductor in contact with the two electrode portions, and is disposed opposite to each other with a gap for irradiating the carrier generation layer with light;
Two second adjustment stubs, each comprising a conductor in contact with the two electrode portions, for adjusting the propagation state of the terahertz wave generated or detected by the carrier;
Have
The two second adjustment stubs are located within a range of the operating wavelength λ or less of the terahertz wave generated or detected by the carrier from the connection portion of the antenna unit and the electrode unit, respectively, and the outer edge of the strip line A conductor to be connected at a distance from a connection portion of the antenna unit and the electrode unit along
The two second adjustment stubs have a length of 0.2λ to 0.5λ, respectively, and extend along the outer edge of the stripline from the connection portion of the antenna portion and the electrode portion. by being connected to the position equal to the length of the adjusting stub photoconductive element you characterized by or to the carrier generated from the carrier frequency characteristic uneven distribution of the terahertz wave detecting.
前記波長λは、前記2つのストリップ線路どうしの間隔dの2倍の長さであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光伝導素子。 The wavelength λ is photoconductive device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that twice the length of the interval d of each other the two strip lines. 前記光照射を行う位置は、前記2つのアンテナ部の間にあり、
前記2つの第1の調整スタブまたは前記2つの第2の調整スタブが、夫々、前記照射位置から前記2つの電極の間隔dの2倍以内の距離に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光伝導素子。
The position where the light irradiation is performed is between the two antenna units,
The two first adjustment stubs or the two second adjustment stubs are respectively provided at a distance within twice the distance d between the two electrodes from the irradiation position. 5. The photoconductive element according to any one of 1 to 4 .
イメージング装置であって、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光伝導素子と、
前記アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、
発生したキャリアの伝搬状態を制御する前記電極部に接続された駆動ドライバと、を有し、
前記光伝導素子からテラヘルツ波を発生させ、測定対象の表面及び内部の屈折率界面において反射したテラヘルツ波より、測定対象の内部構造情報を取得することを特徴とするイメージング装置。
An imaging device,
The photoconductive element according to any one of claims 1 to 6 ,
An ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to the gap of the antenna unit;
A drive driver connected to the electrode unit for controlling the propagation state of the generated carriers,
An imaging apparatus, wherein a terahertz wave is generated from the photoconductive element, and internal structure information of the measurement target is acquired from the terahertz wave reflected at the surface of the measurement target and the internal refractive index interface.
通信装置であって、
請求項2または4に記載の光伝導素子と、
前記アンテナ部の間隙に出力をあててキャリアを発生させる超短パルスレーザと、
発生したキャリアの伝搬状態を制御する前記電極部に接続された駆動ドライバと、
前記駆動ドライバが前記電極部に供給する信号、或いは前記超短パルスレーザの出力を送信情報に従って変調する変調部と、を有し、
大気に存在するテラヘルツ波の周波数帯域に特有の吸収波長域の成分を減少させるように、周波数特性を偏在させたテラヘルツ波を用いて通信を行うことを特徴とする通信装置。
A communication device,
The photoconductive element according to claim 2 or 4 ,
An ultrashort pulse laser that generates a carrier by applying an output to the gap of the antenna unit;
A drive driver connected to the electrode unit for controlling the propagation state of the generated carriers;
A signal that the drive driver supplies to the electrode unit, or a modulation unit that modulates the output of the ultrashort pulse laser according to transmission information,
A communication apparatus that performs communication using a terahertz wave having a frequency characteristic unevenly distributed so as to reduce a component in an absorption wavelength range peculiar to a frequency band of a terahertz wave existing in the atmosphere.
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