JP5796738B2

JP5796738B2 - Terahertz wave generation detection device and terahertz wave propagation device

Info

Publication number: JP5796738B2
Application number: JP2011207420A
Authority: JP
Inventors: 順 ▲高▼▲柳▼; 秀幸大竹; 喬堀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013068527A

Description

本発明は、被測定物にテラヘルツ波を入射し、被測定物で反射されたテラヘルツ波を測定する装置において、テラヘルツ波を伝播させる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for propagating a terahertz wave in an apparatus for measuring a terahertz wave that is incident on the object to be measured and reflected by the object to be measured.

被測定物にテラヘルツ波を入射し、被測定物で反射されたテラヘルツ波を測定することによって、被測定物のテラヘルツ波応答特性（例えば、複素屈折率、複素誘電率等）を測定することができることが知られている。テラヘルツ波は、放物面鏡を用いてコリメート及び集光を行うことによって、テラヘルツ波発生部から被測定物、また被測定物からテラヘルツ波検出部の間の空間を伝播することができる。 Measuring terahertz wave response characteristics (for example, complex refractive index, complex dielectric constant, etc.) of a measurement object by measuring the terahertz wave reflected by the measurement object by entering a terahertz wave into the measurement object It is known that it can be done. The terahertz wave can be propagated through the space between the terahertz wave generation unit and the measurement object and the measurement object and the terahertz wave detection unit by collimating and condensing using a parabolic mirror.

特許文献１に記載されているテラヘルツ波発生検出装置８００の模式図を図９に示す。図９では、テラヘルツ波発生部８０１から出射されたテラヘルツ波は、楕円面鏡８０２で反射され、被測定物８０３に入射する。さらに、被測定物８０３を透過したテラヘルツ波は、楕円面鏡８０４で反射され、テラヘルツ波検出部８０５に入射する。楕円面鏡を用いると、入射側の焦点と出射側の焦点の位置がそれぞれ一意に決まる。したがって、例えば、テラヘルツ波発生部８０１の位置を変えると、楕円面鏡８０２、被測定物８０３、楕円面鏡８０４及びテラヘルツ波検出部８０５の全ての位置に影響する。そのため、テラヘルツ光学系のアライメントが難しい。また、固定された被測定物８０３上で測定対象とする位置を変えたい場合には、テラヘルツ波発生部８０１、楕円面鏡８０２、楕円面鏡８０４及びテラヘルツ波検出部８０５の全ての位置を変える必要がある。 FIG. 9 shows a schematic diagram of a terahertz wave generation and detection apparatus 800 described in Patent Document 1. In FIG. 9, the terahertz wave emitted from the terahertz wave generation unit 801 is reflected by the ellipsoidal mirror 802 and enters the object to be measured 803. Further, the terahertz wave transmitted through the object to be measured 803 is reflected by the ellipsoidal mirror 804 and enters the terahertz wave detection unit 805. When an ellipsoidal mirror is used, the positions of the incident-side focal point and the outgoing-side focal point are uniquely determined. Therefore, for example, changing the position of the terahertz wave generation unit 801 affects all positions of the ellipsoidal mirror 802, the object to be measured 803, the ellipsoidal mirror 804, and the terahertz wave detection unit 805. Therefore, alignment of the terahertz optical system is difficult. Further, when it is desired to change the position to be measured on the fixed object 803 to be measured, all the positions of the terahertz wave generation unit 801, the ellipsoidal mirror 802, the ellipsoidal mirror 804, and the terahertz wave detection unit 805 are changed. There is a need.

特許文献２に記載されているテラヘルツ波発生検出装置９００の模式図を図１０に示す。図１０では、テラヘルツ波発生部９０１により発生されたテラヘルツ波は、第１の軸外し放物面鏡９０２でコリメートされた後、第２の軸外し放物面鏡９０３で集光され、被測定物９０４に入射する。さらに、被測定物９０４により反射されたテラヘルツ波は、第３の軸外し放物面鏡９０５でコリメートされた後、第４の軸外し放物面鏡９０６で集光され、テラヘルツ波検出部９０７に入射する。この構成によれば、第１の軸外し放物面鏡９０２と第２の軸外し放物面鏡９０３との間、及び第３の軸外し放物面鏡９０５と第４の軸外し放物面鏡９０６との間では、コリメート光が伝播されるため、各放物面鏡間の距離を変えることができる。そのため、特許文献１に記載の構成に比べて、テラヘルツ光学系のアライメントが容易である。しかしながら、特許文献２においては、テラヘルツ波の伝播のために、４つの軸外し放物面鏡が必要となる。 A schematic diagram of a terahertz wave generation and detection apparatus 900 described in Patent Document 2 is shown in FIG. In FIG. 10, the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit 901 is collimated by the first off-axis parabolic mirror 902, and then collected by the second off-axis parabolic mirror 903, and measured. Incident on the object 904. Further, the terahertz wave reflected by the object 904 to be measured is collimated by the third off-axis parabolic mirror 905 and then collected by the fourth off-axis parabolic mirror 906, and the terahertz wave detecting unit 907. Is incident on. According to this configuration, between the first off-axis parabolic mirror 902 and the second off-axis parabolic mirror 903, and between the third off-axis parabolic mirror 905 and the fourth off-axis paraboloid. Since collimated light propagates between the surface mirrors 906, the distance between the parabolic mirrors can be changed. Therefore, compared with the configuration described in Patent Document 1, alignment of the terahertz optical system is easy. However, in Patent Document 2, four off-axis parabolic mirrors are required for propagation of terahertz waves.

特開２００７−０５７４０７号公報JP 2007-057407 A 特開２０１０−１５６５４４号公報JP 2010-156544 A

特許文献１に開示された技術は、少ない部品数での構成が可能であるが、楕円面鏡を用いているため、テラヘルツ光学系のアライメントが難しい。一方、特許文献２に開示された技術は、テラヘルツ波を放物面鏡によってコリメート及び集光して伝播させるため、４つの放物面鏡を必要とする。 Although the technique disclosed in Patent Document 1 can be configured with a small number of parts, alignment of the terahertz optical system is difficult because an ellipsoidal mirror is used. On the other hand, the technique disclosed in Patent Document 2 requires four parabolic mirrors in order to propagate the terahertz wave by collimating and condensing the parabolic mirrors.

本発明の目的は、テラヘルツ波を放物面鏡によってコリメート及び集光して伝播させるテラヘルツ波伝播装置において、より少ない数の放物面鏡を用いてテラヘルツ波の伝播が可能なテラヘルツ波伝播装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a terahertz wave propagation device that propagates terahertz waves by collimating and condensing them with a parabolic mirror, and capable of propagating terahertz waves using a smaller number of parabolic mirrors. Is to provide.

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、テラヘルツ波伝播装置であって、第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光するための第３の放物面鏡と、を備え、前記第２の放物面鏡は、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きいことを特徴とする。 In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is a terahertz wave propagation device, comprising: a first parabolic mirror for collimating a first terahertz wave; The first terahertz wave, which is provided facing the parabolic mirror and collimated by the first parabolic mirror, is collected and incident on the object to be measured, and the first terahertz wave is incident. A second paraboloid mirror for collimating the second terahertz wave emitted from the object to be measured, and the second paraboloid provided to face the second paraboloid mirror. And a third parabolic mirror for condensing the second terahertz wave collimated by a mirror, wherein the second parabolic mirror includes the first parabolic mirror and the first parabolic mirror. It is larger than the parabolic mirror of 3.

本発明の第２の態様は、テラヘルツ波発生検出装置であって、被測定物に入射するテラヘルツ波を発生するためのテラヘルツ波発生手段と、前記被測定物から出射されるテラヘルツ波を検出するためのテラヘルツ波検出手段と、テラヘルツ波をコリメート及び集光することで伝播するためのテラヘルツ波伝播装置と、を備え、前記テラヘルツ波伝播装置は、前記テラヘルツ波発生手段で発生される第１のテラヘルツ波をコリメートするための第１の放物面鏡と、前記第１の放物面鏡に対向して設けられ、前記第１の放物面鏡によりコリメートされた前記第１のテラヘルツ波を集光して前記被測定物に入射し、前記第１のテラヘルツ波が入射された前記被測定物から出射される第２のテラヘルツ波をコリメートするための第２の放物面鏡と、前記第２の放物面鏡に対向して設けられ、前記第２の放物面鏡によりコリメートされた前記第２のテラヘルツ波を集光して前記テラヘルツ波検出手段に入射するための第３の放物面鏡と、を有し、前記第２の放物面鏡は、前記第１の放物面鏡及び前記第３の放物面鏡よりも大きいことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a terahertz wave generation and detection device that detects terahertz waves emitted from the measurement object and terahertz wave generation means for generating a terahertz wave incident on the measurement object. And a terahertz wave propagation device for propagating the terahertz wave by collimating and condensing the terahertz wave, wherein the terahertz wave propagation device is a first terahertz wave generation device that generates the first terahertz wave. A first parabolic mirror for collimating the terahertz wave, and the first terahertz wave collimated by the first parabolic mirror, provided opposite to the first parabolic mirror. A second parabolic mirror for collimating the second terahertz wave that is collected and incident on the object to be measured and is emitted from the object to be measured on which the first terahertz wave is incident; A third parabolic mirror that is provided opposite to the second parabolic mirror and that condenses the second terahertz wave collimated by the second parabolic mirror and enters the terahertz wave detecting means; A parabolic mirror, wherein the second parabolic mirror is larger than the first parabolic mirror and the third parabolic mirror.

本発明によれば、１つの放物面鏡と該放物面鏡より小さい２つの放物面鏡とを用いることにより、入射されるテラヘルツ波をコリメート及び集光して被測定物に入射し、さらに被測定物から反射されるテラヘルツ波をコリメート及び集光して出射することができる。これにより、従来技術に比べて、放物面鏡の数及び放物面鏡を取り付ける部材の数を削減することができ、さらに装置の製造工程の削減も可能になるため、装置の製造コストを低減することができる。 According to the present invention, by using one parabolic mirror and two parabolic mirrors smaller than the parabolic mirror, the incident terahertz wave is collimated and condensed and incident on the object to be measured. Further, the terahertz wave reflected from the object to be measured can be collimated and condensed and emitted. As a result, the number of parabolic mirrors and the number of members to which the parabolic mirrors are attached can be reduced as compared with the prior art, and further the manufacturing process of the apparatus can be reduced. Can be reduced.

本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波発生検出装置の概略図である。1 is a schematic view of a terahertz wave generation detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の上面図である。It is a top view of a terahertz wave propagation device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の側面図である。1 is a side view of a terahertz wave propagation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の斜視図である。1 is a perspective view of a terahertz wave propagation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の斜視図である。1 is a perspective view of a terahertz wave propagation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の上面図である。It is a top view of a terahertz wave propagation device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波伝播装置の側面図である。1 is a side view of a terahertz wave propagation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、テラヘルツ波発生検出装置の概略図である。1 is a schematic view of a terahertz wave generation detection device according to an embodiment of the present invention. 従来のテラヘルツ波発生検出装置の概略図である。It is the schematic of the conventional terahertz wave generation | occurrence | production detection apparatus. 従来のテラヘルツ波発生検出装置の概略図である。It is the schematic of the conventional terahertz wave generation | occurrence | production detection apparatus.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.

各図中の破線は、パルス光及びテラヘルツ波の伝播経路を模式的に表すものである。また、各図中の矢印は、パルス光及びテラヘルツ波を進行方向と共に模式的に表すものである。 The broken lines in each figure schematically represent the propagation paths of pulsed light and terahertz waves. The arrows in each figure schematically represent the pulsed light and the terahertz wave together with the traveling direction.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置２００を含むテラヘルツ波発生検出装置１００の概略図である。ここで、テラヘルツ波発生検出装置とは、被測定物にテラヘルツ波を入射して、被測定物のテラヘルツ波応答特性（例えば、被測定物の複素屈折率、複素誘電率等）を検出する装置を指す。テラヘルツ波伝播装置とは、入射されるテラヘルツ波を伝播して被測定物に入射し、さらに被測定物で反射されるテラヘルツ波を伝播して出射するための装置を指す。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a terahertz wave generation detection device 100 including a terahertz wave propagation device 200 according to the first embodiment of the present invention. Here, the terahertz wave generation detection apparatus is an apparatus that detects a terahertz wave response characteristic of the object to be measured (for example, complex refractive index, complex dielectric constant, etc.) by inputting the terahertz wave to the object to be measured. Point to. The terahertz wave propagation device refers to a device for propagating an incident terahertz wave to enter the object to be measured and further propagating and emitting the terahertz wave reflected by the object to be measured.

なお、本発明の独自の構成は、テラヘルツ波伝播装置２００にある。したがって、テラヘルツ波発生検出装置１００のうち、テラヘルツ波伝播装置２００以外の部分、つまりテラヘルツ波を発生する部分及びテラヘルツ波を検出する部分は、本発明の本質ではない。テラヘルツ波伝播装置２００以外の部分は、本明細書に記載する装置構成に限らず、テラヘルツ波の発生及び検出が可能でさえあれば、任意の装置構成が適用できる。 The unique configuration of the present invention resides in the terahertz wave propagation apparatus 200. Therefore, portions of the terahertz wave generation detection device 100 other than the terahertz wave propagation device 200, that is, a portion that generates terahertz waves and a portion that detects terahertz waves are not the essence of the present invention. The part other than the terahertz wave propagation apparatus 200 is not limited to the apparatus configuration described in the present specification, and any apparatus configuration can be applied as long as it can generate and detect a terahertz wave.

テラヘルツ波発生検出装置１００は、レーザ発振器１０１と、レーザ発振器１０１により発生された光パルス１０２をポンプ光１０３とプローブ光１０４に分割するスプリッタ１０５とを有する。 The terahertz wave generation detection device 100 includes a laser oscillator 101 and a splitter 105 that divides an optical pulse 102 generated by the laser oscillator 101 into pump light 103 and probe light 104.

レーザ発振器１０１として、Ｅｒドープファイバレーザ、Ｙｂドープファイバレーザ、チタンサファイアレーザ等、目的とするテラヘルツ波を発生するためのパルス光が生成できる任意のレーザ発振器を用いることができる。Ｅｒドープファイバレーザを用いる場合は、例えばパルス幅１７ｆｓ、繰り返し周波数５０ＭＨｚ、平均強度１１０ｍＷのパルス光を発生する。 As the laser oscillator 101, any laser oscillator that can generate pulsed light for generating a target terahertz wave, such as an Er-doped fiber laser, a Yb-doped fiber laser, or a titanium sapphire laser, can be used. When an Er-doped fiber laser is used, for example, pulsed light having a pulse width of 17 fs, a repetition frequency of 50 MHz, and an average intensity of 110 mW is generated.

レーザ発振器１０１により発生された光パルス１０２は、スプリッタ１０５に入射される。スプリッタ１０５は、光パルス１０２を、ポンプ光１０３とプローブ光１０４とに分割し、２方向に出射する。 The light pulse 102 generated by the laser oscillator 101 is incident on the splitter 105. The splitter 105 divides the optical pulse 102 into the pump light 103 and the probe light 104 and emits them in two directions.

スプリッタ１０５からポンプ光１０３が分割されて出射される側には、強度変調器１０６が設けられる。強度変調器１０６は、ポンプ光１０３の強度変調を行って出射し、それと共に同期検波のための参照信号１１４をロックインアンプ１１５に出力する。強度変調器１０６として、チョッパ、音響光学素子（ＡＯＭ）や電気光学変調器（ＥＯＭ）等を用いることができる。 An intensity modulator 106 is provided on the side where the pump light 103 is divided and emitted from the splitter 105. The intensity modulator 106 modulates and emits the intensity of the pump light 103 and outputs a reference signal 114 for synchronous detection to the lock-in amplifier 115. As the intensity modulator 106, a chopper, an acousto-optic device (AOM), an electro-optic modulator (EOM), or the like can be used.

強度変調器１０６から変調されたポンプ光１０３が出射される側には、テラヘルツ波発生部１０７が設けられる。テラヘルツ波発生部１０７は、強度変調器１０６により変調されたポンプ光１０３を受けて、入射テラヘルツ波１０８を発生する。テラヘルツ波発生部１０７として、ＤＡＳＴ結晶等、テラヘルツ波が発生可能な非線形結晶を用いてもよいし、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよい。 A terahertz wave generation unit 107 is provided on the side where the pump light 103 modulated from the intensity modulator 106 is emitted. The terahertz wave generation unit 107 receives the pump light 103 modulated by the intensity modulator 106 and generates an incident terahertz wave 108. As the terahertz wave generation unit 107, a non-linear crystal capable of generating a terahertz wave, such as a DAST crystal, or a photoconductive antenna device such as a low temperature growth GaAs photoconductive antenna device may be used.

テラヘルツ波発生部１０７からテラヘルツ波が出射される側には、テラヘルツ波伝播装置２００が設けられる。テラヘルツ波発生部１０７により発生された入射テラヘルツ波１０８は、テラヘルツ波伝播装置２００を介して、支持面１１６に固定される被測定物１０９に入射する。さらに入射テラヘルツ波１０８は、被測定物１０９で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。出射テラヘルツ波１１０は、テラヘルツ波伝播装置２００を介してテラヘルツ波検出部１１１に入射する。 A terahertz wave propagation device 200 is provided on the side where the terahertz wave is emitted from the terahertz wave generation unit 107. The incident terahertz wave 108 generated by the terahertz wave generation unit 107 is incident on the measurement object 109 fixed to the support surface 116 via the terahertz wave propagation device 200. Further, the incident terahertz wave 108 is reflected by the object to be measured 109 and emitted as an outgoing terahertz wave 110. The outgoing terahertz wave 110 enters the terahertz wave detection unit 111 via the terahertz wave propagation device 200.

スプリッタ１０５からプローブ光１０４が分割されて出射される側には、光学遅延部１１２が設けられる。光学遅延部１１２は、例えば、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記駆動部を駆動させることにより、プローブ光１０４に所定の遅延を付与するようにミラーを移動させることができる。すなわち、テラヘルツ波の測定を行う際には、光学遅延部１１２を駆動しながらポンプ光１０３とプローブ光１０４との時間差を調整する。なお、本実施形態では１台のレーザ発振器１０１からの光パルスを２つに分割し、遅延させる構成にしているが、２台のレーザ発振器からそれぞれ異なる繰り返し周波数を持つ光パルスを発生させ、非同期サンプリングを行う構成にしてもよい。その場合には、駆動部を省略した構成にすることが可能となる。 An optical delay unit 112 is provided on the side where the probe light 104 is divided and emitted from the splitter 105. The optical delay unit 112 includes, for example, a mirror that can be driven by a drive unit, and the mirror can be moved so as to give a predetermined delay to the probe light 104 by driving the drive unit. That is, when measuring the terahertz wave, the time difference between the pump light 103 and the probe light 104 is adjusted while driving the optical delay unit 112. In this embodiment, the optical pulse from one laser oscillator 101 is divided into two and delayed. However, the optical pulses having different repetition frequencies are generated from the two laser oscillators, and asynchronously generated. You may make it the structure which samples. In that case, it is possible to adopt a configuration in which the drive unit is omitted.

光学遅延部１１２から遅延されたプローブ光１０４が出射される側には、テラヘルツ波検出部１１１が設けられる。テラヘルツ波検出部１１１は、光学遅延部１１２により遅延されたプローブ光１０４と被測定物１０９から出射される出射テラヘルツ波１１０とを受けて、電流信号１１３を出力する。テラヘルツ波検出部１１１として、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよいし、非線形結晶を用いてＥＯ検出を行ってもよい。 A terahertz wave detection unit 111 is provided on the side from which the probe light 104 delayed from the optical delay unit 112 is emitted. The terahertz wave detection unit 111 receives the probe light 104 delayed by the optical delay unit 112 and the outgoing terahertz wave 110 emitted from the DUT 109 and outputs a current signal 113. As the terahertz wave detection unit 111, a photoconductive antenna device such as a low-temperature grown GaAs photoconductive antenna device may be used, or EO detection may be performed using a nonlinear crystal.

ロックインアンプ１１５は、強度変調器１０６及びテラヘルツ波検出部１１１に接続され、強度変調器１０６から出力される参照信号１１４とテラヘルツ波検出部１１１から出力される電流信号１１３とを受けて同期検波を行うことにより、被測定物１０９のテラヘルツ波応答特性を検出する。テラヘルツ波検出部１１１とロックインアンプ１１５の間に、電流信号１１３を増幅するための電流増幅器を設けることが好ましい。なお、本実施形態においては高感度検出を目的としてロックインアンプを用いているが、電流信号が十分に強い場合、又はスキャン速度が十分に大きい場合には、ロックインアンプを用いず、電流信号を直接検出してもよい。 The lock-in amplifier 115 is connected to the intensity modulator 106 and the terahertz wave detection unit 111, receives the reference signal 114 output from the intensity modulator 106 and the current signal 113 output from the terahertz wave detection unit 111, and performs synchronous detection. By performing the above, the terahertz wave response characteristic of the object to be measured 109 is detected. It is preferable to provide a current amplifier for amplifying the current signal 113 between the terahertz wave detection unit 111 and the lock-in amplifier 115. In this embodiment, a lock-in amplifier is used for the purpose of high-sensitivity detection, but if the current signal is sufficiently strong or the scan speed is sufficiently high, the lock-in amplifier is not used and the current signal is not used. May be detected directly.

図２は、本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置２００の上面図である。図３は、図２に示すテラヘルツ波伝播装置２００をＡ−Ａ線から見た側面図である。図４は、図２に示すテラヘルツ波伝播装置２００の立体配置を示すための斜視図である。 FIG. 2 is a top view of the terahertz wave propagation device 200 according to the present embodiment. FIG. 3 is a side view of the terahertz wave propagation device 200 shown in FIG. 2 as seen from line AA. FIG. 4 is a perspective view for illustrating a three-dimensional arrangement of the terahertz wave propagation device 200 shown in FIG.

テラヘルツ波伝播装置２００は、放物面鏡２０１と、放物面鏡２０２と、該放物面鏡２０１及び該放物面鏡２０２より大きい放物面鏡２０３と、を含む。テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０１によってコリメートされる。さらにコリメートされた入射テラヘルツ波１０８は放物面鏡２０３で集光され、被測定物１０９に入射する。入射テラヘルツ波１０８は被測定物１０９で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。被測定物１０９は、放物面鏡２０３によって入射テラヘルツ波１０８が集光されて入射される位置に備えられる支持面１１６上に固定される。 The terahertz wave propagation device 200 includes a parabolic mirror 201, a parabolic mirror 202, and a parabolic mirror 203 that is larger than the parabolic mirror 201 and the parabolic mirror 202. The incident terahertz wave 108 from the terahertz wave generation unit 107 is collimated by the parabolic mirror 201. Further, the collimated incident terahertz wave 108 is collected by the parabolic mirror 203 and enters the object to be measured 109. The incident terahertz wave 108 is reflected by the object to be measured 109 and is emitted as an outgoing terahertz wave 110. The DUT 109 is fixed on a support surface 116 provided at a position where the incident terahertz wave 108 is collected by the parabolic mirror 203 and incident.

被測定物１０９からの出射テラヘルツ波１１０は、放物面鏡２０３によってコリメートされる。さらにコリメートされた出射テラヘルツ波１１０は放物面鏡２０２で集光され、テラヘルツ波検出部１１１に入射する。 The outgoing terahertz wave 110 from the DUT 109 is collimated by the parabolic mirror 203. Further, the collimated outgoing terahertz wave 110 is collected by the parabolic mirror 202 and enters the terahertz wave detection unit 111.

放物面鏡２０１、放物面鏡２０２及び放物面鏡２０３は、軸外し放物面鏡である。放物面鏡２０１は、放物面鏡２０３に対して、互いの反射面が向き合うように配置される。放物面鏡２０２は、放物面鏡２０３に対して、互いの反射面が向き合うように配置される。放物面鏡２０１からの入射テラヘルツ波は、放物面鏡２０３の中心点Ｚを通らない位置に入射するように配置される。この構成により、放物面鏡２０１からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０３の中心点Ｚを通らない部分において集光され、被測定物１０９に対して０度より大きい入射角をもって入射する。つまり、支持面１１６の法線Ｎと入射ヘルツ１０８とのなす角度は、０度より大きい。被測定物１０９の測定対象箇所が平面であれば、入射テラヘルツ波１０８は、被測定物１０９上で入射角と同じ反射角で反射されて出射テラヘルツ波１１０として出射され、放物面鏡２０３上の入射時とは別の部分（つまり、放物面鏡２０３の反射面上で中心点Ｚについて反対側の部分）においてコリメートされる。この構成を実現するために、放物面鏡２０２の大きさは、放物面鏡２０１からのコリメート光を入射し、かつ放物面鏡２０３へのコリメート光を出射するために十分な大きさ（例えば、放物面鏡２０２の直径は放物面鏡２０１の直径と放物面鏡２０３の直径との和よりも大きい）であることが望ましい。 Parabolic mirror 201, parabolic mirror 202, and parabolic mirror 203 are off-axis parabolic mirrors. The parabolic mirror 201 is disposed so that the reflecting surfaces of the parabolic mirror 203 face each other. The parabolic mirror 202 is disposed so that the reflecting surfaces of the parabolic mirror 203 face each other. The incident terahertz wave from the parabolic mirror 201 is arranged so as to enter a position that does not pass through the center point Z of the parabolic mirror 203. With this configuration, the incident terahertz wave 108 from the parabolic mirror 201 is condensed at a portion that does not pass through the center point Z of the parabolic mirror 203 and is incident on the measured object 109 with an incident angle greater than 0 degrees. To do. That is, the angle formed by the normal line N of the support surface 116 and the incident hertz 108 is greater than 0 degrees. If the measurement target location of the DUT 109 is a plane, the incident terahertz wave 108 is reflected on the DUT 109 at the same reflection angle as the incident angle and emitted as the outgoing terahertz wave 110, and on the parabolic mirror 203. Is collimated at a portion different from the incident time (that is, the portion opposite to the center point Z on the reflecting surface of the parabolic mirror 203). In order to realize this configuration, the size of the parabolic mirror 202 is large enough to enter the collimated light from the parabolic mirror 201 and to emit the collimated light to the parabolic mirror 203. (For example, the diameter of the parabolic mirror 202 is preferably larger than the sum of the diameter of the parabolic mirror 201 and the diameter of the parabolic mirror 203).

放物面鏡２０３と、放物面鏡２０１及び放物面鏡２０２との間には、ポンプ光を除去するためのフィルタを設けてもよい。例えば、フィルタにはゲルマニウム基板、ブラックポリエチレン等を用いることができる。フィルタを設けることにより、被測定物１０９又はテラヘルツ波検出部１１１にポンプ光が入射されて破壊されたり、ポンプ光により雑音が発生したりすることを防ぐ又は低減することができる。 A filter for removing pump light may be provided between the parabolic mirror 203 and the parabolic mirror 201 and the parabolic mirror 202. For example, a germanium substrate, black polyethylene, or the like can be used for the filter. By providing the filter, it is possible to prevent or reduce pump light from being incident on the object to be measured 109 or the terahertz wave detection unit 111 and being destroyed, or noise generated by the pump light.

各構成要素は、放物面鏡２０３が、テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８を、放物面鏡２０１を介して被測定物１０９の測定対象箇所に入射し、さらに出射される出射テラヘルツ波１１０を、放物面鏡２０２を介してテラヘルツ波検出部１１１に入力できるように配置する必要がある。各構成要素の配置は、軸外し放物面鏡の反射方向を基に、幾何光学を用いて計算するか、又は光線解析ソフトを用いることによって、決定してもよい。各構成要素の配置は、光路を調べるための実験を行うことによって、決定してもよい。 In each component, the parabolic mirror 203 causes the incident terahertz wave 108 from the terahertz wave generation unit 107 to enter the measurement target portion of the measured object 109 via the parabolic mirror 201 and further exit. It is necessary to arrange the terahertz wave 110 so that it can be input to the terahertz wave detection unit 111 via the parabolic mirror 202. The arrangement of each component may be determined by calculating using geometric optics based on the reflection direction of the off-axis parabolic mirror or by using ray analysis software. The arrangement of each component may be determined by conducting an experiment for examining the optical path.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態においては、放物面鏡２０３を回転可能に構成することができる。本実施形態では、図５に示すように、テラヘルツ波伝播装置２００が、回転部２０４をさらに備え、回転部２０４によって放物面鏡２０３が回転軸Ｘ及び回転量Ｙで回転される。回転部２０４は、回転軸Ｘの向き及び回転量Ｙが可変であれば任意の手段（例えば、アクチュエーター）が使用できる。図６は、放物面鏡２０３が回転された後の状態の一例を示すテラヘルツ波伝播装置３００の上面図である。また、図７は、図６に示すテラヘルツ波伝播装置３００をＢ−Ｂ線から見た側面図である。なお、図６においては、被測定物３０９は手前側に位置するため図示されないことを理解されたい。 (Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, the parabolic mirror 203 can be configured to be rotatable. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the terahertz wave propagation device 200 further includes a rotating unit 204, and the parabolic mirror 203 is rotated about the rotation axis X and the rotation amount Y by the rotating unit 204. The rotating unit 204 can use any means (for example, an actuator) as long as the direction of the rotation axis X and the rotation amount Y are variable. FIG. 6 is a top view of the terahertz wave propagation device 300 showing an example of a state after the parabolic mirror 203 is rotated. FIG. 7 is a side view of the terahertz wave propagation device 300 shown in FIG. 6 as seen from the line BB. In FIG. 6, it should be understood that the DUT 309 is not shown because it is located on the near side.

テラヘルツ波伝播装置３００は、放物面鏡２０１と、放物面鏡２０２と、該放物面鏡２０１及び該放物面鏡２０２より大きい回転後の放物面鏡３０３とを含む。図６及び図７において、回転後の放物面鏡３０３は、図２の放物面鏡２０３が回転された後の状態を示す。テラヘルツ波発生部１０７、テラヘルツ波検出部１１１、放物面鏡２０１及び放物面鏡２０２は、図２と同じ状態である。被測定物３０９は、回転後の放物面鏡３０３によって入射テラヘルツ波１０８が集光されて入射される位置に備えられる支持面２１６上に固定される。回転前の支持面１１６と回転後の支持面２１６とは、回転の前後の状態に対応する別々の位置に設けられてもよいし、回転前の支持面１１６の位置から回転後の支持面２１６の位置に移動可能な単一の支持面でもよい。 The terahertz wave propagation device 300 includes a parabolic mirror 201, a parabolic mirror 202, the parabolic mirror 201, and a parabolic mirror 303 that is rotated more than the parabolic mirror 202. 6 and 7, the parabolic mirror 303 after rotation shows a state after the parabolic mirror 203 in FIG. 2 has been rotated. The terahertz wave generation unit 107, the terahertz wave detection unit 111, the parabolic mirror 201, and the parabolic mirror 202 are in the same state as in FIG. The DUT 309 is fixed on a support surface 216 provided at a position where the incident terahertz wave 108 is collected and incident by the parabolic mirror 303 after rotation. The support surface 116 before rotation and the support surface 216 after rotation may be provided at different positions corresponding to the states before and after the rotation, or the support surface 216 after rotation from the position of the support surface 116 before rotation. It may be a single support surface that is movable to the position.

テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８は、放物面鏡２０１によってコリメートされる。さらにコリメートされた入射テラヘルツ波１０８は、回転後の放物面鏡３０３で集光され、被測定物３０９に入射する。入射テラヘルツ波１０８は被測定物３０９上で反射され、出射テラヘルツ波１１０として出射される。 The incident terahertz wave 108 from the terahertz wave generation unit 107 is collimated by the parabolic mirror 201. Further, the collimated incident terahertz wave 108 is collected by the parabolic mirror 303 after rotation and is incident on the object 309 to be measured. The incident terahertz wave 108 is reflected on the object to be measured 309 and is emitted as an outgoing terahertz wave 110.

被測定物３０９からの出射テラヘルツ波１１０は、回転後の放物面鏡３０３によってコリメートされる。さらにコリメートされた出射テラヘルツ波１１０は放物面鏡２０２で集光され、テラヘルツ波検出部１１１に入射する。 The outgoing terahertz wave 110 from the device under test 309 is collimated by the parabolic mirror 303 after rotation. Further, the collimated outgoing terahertz wave 110 is collected by the parabolic mirror 202 and enters the terahertz wave detection unit 111.

本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置によれば、放物面鏡２０３を回転させることにより、テラヘルツ波が集光される位置、すなわち被測定物の位置を変更することができる。図９に示す特許文献１の構成では、楕円面鏡８０２及び８０４を回転させても、測定物８０３の位置を変更することはできず、被測定物８０３の位置を変更するためには装置全体を回転させるか、各放物面鏡の空間配置を変える必要がある。図１０に示す特許文献２の構成では、放物面鏡９０２、９０３、９０５及び９０６を回転させても被測定物７０４の位置を変更することはできず、被測定物９０４の位置を変更するためには装置全体を回転させるか、各放物面鏡の空間配置を変える必要がある。それに対して、本実施形態に係るテラヘルツ波伝播装置によれば、放物面鏡２０３だけを回転させることによって被測定物の位置を変更できるため、自由度の高い装置構成を実現することができ、また被測定物の位置を変更する場合に必要となる手間を低減できるという効果がある。 According to the terahertz wave propagation device according to the present embodiment, the position where the terahertz wave is condensed, that is, the position of the object to be measured can be changed by rotating the parabolic mirror 203. In the configuration of Patent Document 1 shown in FIG. 9, the position of the measurement object 803 cannot be changed even if the ellipsoidal mirrors 802 and 804 are rotated. In order to change the position of the measurement object 803, the entire apparatus is used. It is necessary to rotate or change the spatial arrangement of each parabolic mirror. In the configuration of Patent Document 2 shown in FIG. 10, the position of the measurement object 704 cannot be changed even if the parabolic mirrors 902, 903, 905, and 906 are rotated, and the position of the measurement object 904 is changed. For this purpose, it is necessary to rotate the entire apparatus or change the spatial arrangement of each parabolic mirror. On the other hand, according to the terahertz wave propagation device according to the present embodiment, since the position of the object to be measured can be changed by rotating only the parabolic mirror 203, a highly flexible device configuration can be realized. In addition, there is an effect that labor required when changing the position of the object to be measured can be reduced.

放物面鏡２０３を回転させる際には、テラヘルツ波発生部１０７からの入射テラヘルツ波１０８が放物面鏡２０１によってコリメートされ、回転後の放物面鏡３０３によって集光されて被測定物３０９の測定対象箇所に入射し、さらに被測定物３０９から出射された出射テラヘルツ波１１０が回転後の放物面鏡３０３によってコリメートされ、放物面鏡２０２によって集光されてテラヘルツ波検出部１１１に入力できるように、回転後の放物面鏡３０３が配置される必要がある。この条件を満たすために、放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、軸外し放物面鏡の反射方向を基に、幾何光学を用いて計算するか、又は光線解析ソフトを用いることによって、決定することができる。回転軸Ｘ及び回転量Ｙの具体的な計算方法は本発明の範囲から外れるため省略するが、周知技術を用いて回転軸Ｘ及び回転量Ｙを確定できることは当業者には理解されるであろう。 When rotating the parabolic mirror 203, the incident terahertz wave 108 from the terahertz wave generating unit 107 is collimated by the parabolic mirror 201, condensed by the rotated parabolic mirror 303, and measured object 309. Then, the outgoing terahertz wave 110 that is incident on the measurement target location and is emitted from the object to be measured 309 is collimated by the parabolic mirror 303 after rotation, condensed by the parabolic mirror 202, and collected by the terahertz wave detecting unit 111. The parabolic mirror 303 after rotation needs to be arranged so that it can be input. In order to satisfy this condition, the rotation axis X and the rotation amount Y of the parabolic mirror 203 are calculated using geometric optics based on the reflection direction of the off-axis parabolic mirror, or using ray analysis software. Can be determined. A specific method for calculating the rotation axis X and the rotation amount Y is omitted because it falls outside the scope of the present invention, but those skilled in the art will understand that the rotation axis X and the rotation amount Y can be determined using a known technique. Let's go.

放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、予め決定しておいてもよい。その場合には、被測定物を固定可能な複数の位置に対して、それぞれの位置に対応する放物面鏡２０３の回転Ｘ及び回転量Ｙを予め決定しておき、テラヘルツ波の発生及び検出を行う際に、被測定物の位置に応じて予め決定された放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙを、回転部２０４に適用すればよい。一方で、放物面鏡２０３の回転軸Ｘ及び回転量Ｙは、テラヘルツ波の発生及び検出を行う際に、その都度決定してもよい。 The rotation axis X and the rotation amount Y of the parabolic mirror 203 may be determined in advance. In that case, for a plurality of positions where the object to be measured can be fixed, the rotation X and the rotation amount Y of the parabolic mirror 203 corresponding to each position are determined in advance, and the generation and detection of terahertz waves are performed. When performing the above, the rotation axis X and the rotation amount Y of the parabolic mirror 203 determined in advance according to the position of the object to be measured may be applied to the rotation unit 204. On the other hand, the rotation axis X and the rotation amount Y of the parabolic mirror 203 may be determined each time when generating and detecting the terahertz wave.

回転部２０４としては、放物面鏡２０３の位置を、決定された回転軸Ｘ及び回転量Ｙにしたがって回転された後の位置に変更できるものであれば、任意の手段が利用できる。例えば、回転部２０４として回転機構、例えばアクチュエータを用い、それによって放物面鏡２０３を回転させてもよい。ねじ留め等により固定された放物面鏡２０３を一旦取り外し、回転後の放物面鏡３０３の位置に変え、再度固定してもよい。 As the rotation unit 204, any means can be used as long as the position of the parabolic mirror 203 can be changed to a position after being rotated according to the determined rotation axis X and rotation amount Y. For example, a rotating mechanism such as an actuator may be used as the rotating unit 204, and the parabolic mirror 203 may be rotated thereby. The parabolic mirror 203 fixed by screwing or the like may be temporarily removed, changed to the position of the parabolic mirror 303 after rotation, and fixed again.

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ発生検出装置４００の概略図である。本実施形態では、テラヘルツ発生検出装置４００の各々の構成要素を光ファイバデバイスとし、該構成要素の各々を光ファイバにて接続して空間伝播部を排除している。従って、光パルスの伝播部となる光ファイバをコンパクトに巻くことができるため、装置の小型化、安定化を図ることができる。また、本実施形態では、上記各構成要素を接続している光ファイバは偏光保持ファイバ（ＰＭＦ）であることが望ましい。従って、環境変化、ファイバの曲げに対して、生成される光パルスの強度、パルス波形、偏光方向を安定にすることができる。 (Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram of a terahertz generation detecting apparatus 400 according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, each component of the terahertz generation detection apparatus 400 is an optical fiber device, and each component is connected by an optical fiber to eliminate the space propagation unit. Therefore, since the optical fiber that becomes the propagation part of the light pulse can be wound compactly, the apparatus can be downsized and stabilized. In the present embodiment, it is desirable that the optical fiber connecting the above-described components is a polarization maintaining fiber (PMF). Therefore, it is possible to stabilize the intensity of the generated optical pulse, the pulse waveform, and the polarization direction against environmental changes and fiber bending.

テラヘルツ波発生検出装置４００は、レーザ発振器４０１と、レーザ発振器４０１により発生された光パルス４０２をポンプ光４０３とプローブ光４０４に分割するスプリッタ４０５とを有する。 The terahertz wave generation detection device 400 includes a laser oscillator 401 and a splitter 405 that divides an optical pulse 402 generated by the laser oscillator 401 into pump light 403 and probe light 404.

レーザ発振器４０１は、例えばパルス幅５００ｆｓ、繰り返し周波数１００ＭＨｚ、平均強度４０ｍＷのパルス光を発生する。 For example, the laser oscillator 401 generates pulsed light having a pulse width of 500 fs, a repetition frequency of 100 MHz, and an average intensity of 40 mW.

レーザ発振器４０１により発生された光パルス４０２は、スプリッタ４０５に入射される。スプリッタ４０５は、光パルス４０２を、ポンプ光４０３とプローブ光４０４との２つに分岐する。 The light pulse 402 generated by the laser oscillator 401 is incident on the splitter 405. The splitter 405 splits the optical pulse 402 into two, pump light 403 and probe light 404.

スプリッタ４０５からポンプ光４０３が分岐される側の出射端には、強度変調器４０６がＰＭＦにより接続される。強度変調器４０６は、ポンプ光４０３の強度変調を行って出射し、それと共に同期検波のための参照信号４１４をロックインアンプ４１５に出力する。 An intensity modulator 406 is connected by a PMF to the emission end where the pump light 403 is branched from the splitter 405. The intensity modulator 406 performs intensity modulation of the pump light 403 and emits it, and outputs a reference signal 414 for synchronous detection to the lock-in amplifier 415.

光ファイバカプラ４２０ａは、２つの入射端と、１つの出射端とを有し、２つの入射端の一方と、強度変調器４０６の出射端とがＰＭＦにより接続されており、２つの入射端の他方と、励起レーザ４１９ａとがＰＭＦにより接続されており、上記２つの入射端のそれぞれから入射された光を上記出射端から出射する。励起レーザ４１９ａは、後述するファイバ増幅器４２１に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。 The optical fiber coupler 420a has two incident ends and one outgoing end, and one of the two incident ends is connected to the outgoing end of the intensity modulator 406 by PMF. The other and the excitation laser 419a are connected by PMF, and light incident from each of the two incident ends is emitted from the emission end. The excitation laser 419a oscillates excitation light for providing a fiber amplifier 421, which will be described later, with an amplification function.

光ファイバカプラ４２０ａの出射端と、ファイバ増幅器４２１の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ増幅器４２１は、分散特性が正常分散値を有するエルビウム添加ファイバであることが望ましい。このように、正常分散のエルビウム添加ファイバを増幅ファイバとして用いることにより、パルス分裂などの測定性能に悪影響を及ぼす非線形効果を低減することができる。ファイバ増幅器４２１は、励起用レーザダイオードである励起レーザ４１９ａからの励起光が光ファイバカプラ４２０ａを介して注入されることにより、ポンプ光４０３を増幅することができる。ファイバ増幅器４２１により、ポンプ光４０３のパワーを、テラヘルツ発生に必要なパワーまで増幅させる。 The exit end of the optical fiber coupler 420a and the entrance end of the fiber amplifier 421 are connected by PMF. The fiber amplifier 421 is preferably an erbium-doped fiber whose dispersion characteristic has a normal dispersion value. In this way, by using a normal dispersion erbium-doped fiber as an amplification fiber, it is possible to reduce nonlinear effects that adversely affect measurement performance such as pulse splitting. The fiber amplifier 421 can amplify the pump light 403 by injecting the pump light from the pump laser 419a that is a pump laser diode through the optical fiber coupler 420a. The fiber amplifier 421 amplifies the power of the pump light 403 to a power necessary for generating terahertz.

ファイバ増幅器４２１が偏光保持ファイバではない場合、偏波コントローラをファイバ増幅器４２１の前に設置して偏波を調整してもよい。ファイバ増幅器４２１を多段構成にし、それぞれ偏波コントローラを設置してもよい。また、各ファイバ増幅器の後（ファイバ増幅器の出力側）には戻り光を防ぐためにアイソレータを挿入するとよい。 When the fiber amplifier 421 is not a polarization maintaining fiber, a polarization controller may be installed in front of the fiber amplifier 421 to adjust the polarization. The fiber amplifier 421 may have a multi-stage configuration, and a polarization controller may be installed for each. Further, an isolator may be inserted after each fiber amplifier (on the output side of the fiber amplifier) to prevent return light.

ファイバ増幅器４２１の出射端と、ファイバ圧縮器４２２とがＰＭＦを介して接続されている。該ファイバ圧縮器４２２は、大口径の定偏波フォトニッククリスタルファイバ等のラージモードエリアファイバであり、入射されたポンプ光４０３のパルス幅を５０ｆｓに圧縮するように構成されている。 The output end of the fiber amplifier 421 and the fiber compressor 422 are connected via a PMF. The fiber compressor 422 is a large mode area fiber such as a large-diameter constant polarization photonic crystal fiber, and is configured to compress the pulse width of the incident pump light 403 to 50 fs.

スプリッタ４０５からプローブ光４０４が分岐される側の出射端には、遅延ラインスキャナ４１７がＰＭＦにより接続されている。該遅延ラインスキャナ４１７は、テラヘルツ波検出用のプローブ光４０４を所定の遅延時間だけ遅延させるように構成されている、ファイバピグテール付のインライン型の遅延ラインスキャナである。該遅延ラインスキャナ４１７は、駆動部により駆動可能なミラーを有しており、上記駆動部を駆動させることにより、プローブ光４０４に所定の遅延を付与するようにミラーを移動させることができる。すなわち、テラヘルツ波の測定を行う際には、遅延ラインスキャナ４１７を駆動しながらポンプ光４０３とプローブ光４０４との時間差を調整する。 A delay line scanner 417 is connected by a PMF to the outgoing end where the probe light 404 is branched from the splitter 405. The delay line scanner 417 is an in-line type delay line scanner with a fiber pigtail configured to delay the probe light 404 for detecting the terahertz wave by a predetermined delay time. The delay line scanner 417 includes a mirror that can be driven by a driving unit, and the mirror can be moved so as to give a predetermined delay to the probe light 404 by driving the driving unit. That is, when measuring the terahertz wave, the time difference between the pump light 403 and the probe light 404 is adjusted while driving the delay line scanner 417.

遅延ラインスキャナ４１７と、インライン型の光路長調整器４１８の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該光路長調整器４１８は、手動により位置を変位可能なミラーを有している。該ミラーの位置を変位させることにより、プローブ光４０４の光路長を調節することができる。この光路長調整器４１８は、ポンプ光４０３とプローブ光４０４の光路長を調整するときに用いるもので、一度調整してしまえばその後測定の度に時間差を調整する必要はない。 The delay line scanner 417 and the incident end of the inline type optical path length adjuster 418 are connected by a PMF. The optical path length adjuster 418 has a mirror whose position can be manually displaced. By displacing the position of the mirror, the optical path length of the probe light 404 can be adjusted. This optical path length adjuster 418 is used when adjusting the optical path lengths of the pump light 403 and the probe light 404, and once adjusted, it is not necessary to adjust the time difference for each subsequent measurement.

光ファイバカプラ４２０ｂは、２つの入射端と、１つの出射端とを有し、２つの入射端の一方と、光路長調整器４１８の出射端とがＰＭＦにより接続されており、２つの入射端の他方と、励起レーザ４１９ｂとがＰＭＦにより接続されており、上記２つの入射端のそれぞれから入射された光を上記出射端から出射する。該励起レーザ４１９ｂは、後述するファイバ増幅器４２３に増幅機能を持たせるための励起光を発振する。 The optical fiber coupler 420b has two incident ends and one outgoing end, and one of the two incident ends is connected to the outgoing end of the optical path length adjuster 418 by PMF. And the excitation laser 419b are connected by a PMF, and light incident from each of the two incident ends is emitted from the emission end. The pump laser 419b oscillates pump light for giving a fiber amplifier 423 (described later) an amplification function.

光ファイバカプラ４２０ｂの出射端と、ファイバ増幅器４２３の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ増幅器４２３は、異常分散特性を有するファイバ増幅器及び正常分散特性を有するファイバ増幅器を２段に設けた構造を有してもよい。すなわち、ファイバ増幅器４２３へのプローブ光４０４の入射側に異常分散特性を有する第１のファイバ増幅器が設けられており、プローブ光４０４の進行方向の後段側には、正常分散特性を有する第２のファイバ増幅器が設けられている。このような構成により、本実施形態では、ファイバ増幅器４２３は、励起用レーザダイオードである励起レーザ４１９ｂからの励起光が光ファイバカプラ４２０ｂを介して注入されることにより、プローブ光４０４のパワーを、テラヘルツ検出に必要なパワーまで増幅することができる。 The exit end of the optical fiber coupler 420b and the entrance end of the fiber amplifier 423 are connected by PMF. The fiber amplifier 423 may have a structure in which a fiber amplifier having an anomalous dispersion characteristic and a fiber amplifier having a normal dispersion characteristic are provided in two stages. That is, a first fiber amplifier having anomalous dispersion characteristics is provided on the incident side of the probe light 404 to the fiber amplifier 423, and a second fiber having normal dispersion characteristics is provided on the rear side in the traveling direction of the probe light 404. A fiber amplifier is provided. With this configuration, in the present embodiment, the fiber amplifier 423 is configured such that the pumping light from the pumping laser 419b, which is a pumping laser diode, is injected through the optical fiber coupler 420b. It can amplify to the power required for terahertz detection.

ファイバ増幅器４２３の出射端と、ファイバ圧縮器４２４の入射端とがＰＭＦにより接続されている。該ファイバ圧縮器４２４は、シングルモード光ファイバであり、該シングルモード光ファイバにより、上記ファイバ増幅器４２３から出射されたプローブ光４０４をパルス圧縮することができる。本実施形態では、ファイバ圧縮器４２４は、プローブ光４０４のパルス幅を５０ｆｓまで細くするように構成されている。 The exit end of the fiber amplifier 423 and the entrance end of the fiber compressor 424 are connected by PMF. The fiber compressor 424 is a single mode optical fiber, and the probe light 404 emitted from the fiber amplifier 423 can be pulse-compressed by the single mode optical fiber. In the present embodiment, the fiber compressor 424 is configured to reduce the pulse width of the probe light 404 to 50 fs.

ファイバ圧縮器４２２の出射端は、テラヘルツ波発生部４０７に接続されている。テラヘルツ波発生部４０７は、ファイバ圧縮器４２２によりパルス幅が細くされたポンプ光４０３を受けて、入射テラヘルツ波４０８を発生する。テラヘルツ波発生部４０７として、ＤＡＳＴ結晶等、テラヘルツ波が発生可能な非線形結晶を用いてもよいし、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよい。テラヘルツ波発生部４０７の種類に応じて、ＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ）等の波長変換素子を備えてもよい。 The output end of the fiber compressor 422 is connected to the terahertz wave generation unit 407. The terahertz wave generation unit 407 receives the pump light 403 whose pulse width is narrowed by the fiber compressor 422 and generates an incident terahertz wave 408. As the terahertz wave generation unit 407, a non-linear crystal capable of generating a terahertz wave, such as a DAST crystal, or a photoconductive antenna device such as a low temperature growth GaAs photoconductive antenna device may be used. Depending on the type of the terahertz wave generation unit 407, a wavelength conversion element such as PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) may be provided.

テラヘルツ波発生部４０７からテラヘルツ波が出射される側には、テラヘルツ波伝播装置５００が設けられる。テラヘルツ波発生部４０７により発生された入射テラヘルツ波４０８は、テラヘルツ波伝播装置５００を介して、支持面４１６に固定される被測定物４０９に入射する。さらに入射テラヘルツ波４０８は、被測定物４０９で反射され、出射テラヘルツ波４１０として出射される。出射テラヘルツ波４１０は、テラヘルツ波伝播装置５００を介してテラヘルツ波検出部４１１に入射する。 A terahertz wave propagation device 500 is provided on the side where the terahertz wave is emitted from the terahertz wave generation unit 407. The incident terahertz wave 408 generated by the terahertz wave generation unit 407 enters the measurement object 409 fixed to the support surface 416 via the terahertz wave propagation device 500. Further, the incident terahertz wave 408 is reflected by the object to be measured 409 and is emitted as the outgoing terahertz wave 410. The outgoing terahertz wave 410 is incident on the terahertz wave detection unit 411 via the terahertz wave propagation device 500.

ファイバ圧縮器４２４の出射端は、テラヘルツ波検出部４１１に接続されている。テラヘルツ波検出部４１１は、ファイバ圧縮器４２４によりパルス幅が細くされたプローブ光４０４と、被測定物４０９からの出射テラヘルツ波４１０とを受けて、電流信号４１３を出力する。テラヘルツ波検出部４１１として、低温成長ＧａＡｓ光伝導アンテナデバイス等の光伝導アンテナデバイスを用いてもよいし、非線形結晶を用いてＥＯ検出を行ってもよい。テラヘルツ波検出部４１１の種類に応じて、ＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ）等の波長変換素子を備えてもよい。 The output end of the fiber compressor 424 is connected to the terahertz wave detection unit 411. The terahertz wave detection unit 411 receives the probe light 404 whose pulse width is narrowed by the fiber compressor 424 and the output terahertz wave 410 from the object to be measured 409 and outputs a current signal 413. As the terahertz wave detection unit 411, a photoconductive antenna device such as a low-temperature grown GaAs photoconductive antenna device may be used, or EO detection may be performed using a nonlinear crystal. Depending on the type of the terahertz wave detection unit 411, a wavelength conversion element such as PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) may be provided.

ロックインアンプ４１５は、強度変調器４０６及びテラヘルツ波検出部４１１に接続され、強度変調器４０６から出力される参照信号４１４とテラヘルツ波検出部４１１から出力される電流信号４１３とを受けて同期検波を行うことにより、被測定物４０９のテラヘルツ波応答特性を検出する。テラヘルツ波検出部４１１とロックインアンプ４１５の間に、電流信号４１３を増幅するための電流増幅器を設けることが好ましい。なお、本実施形態においては高感度検出を目的としてロックインアンプを用いているが、電流信号が十分に強い場合、又はスキャン速度が十分に大きい場合には、ロックインアンプを用いず、電流信号を直接検出してもよい。 The lock-in amplifier 415 is connected to the intensity modulator 406 and the terahertz wave detection unit 411 and receives a reference signal 414 output from the intensity modulator 406 and a current signal 413 output from the terahertz wave detection unit 411 to perform synchronous detection. By performing the above, the terahertz wave response characteristic of the device under test 409 is detected. A current amplifier for amplifying the current signal 413 is preferably provided between the terahertz wave detection unit 411 and the lock-in amplifier 415. In this embodiment, a lock-in amplifier is used for the purpose of high-sensitivity detection, but if the current signal is sufficiently strong or the scan speed is sufficiently high, the lock-in amplifier is not used and the current signal is not used. May be detected directly.

テラヘルツ発生検出装置４００が備えるテラヘルツ伝播装置５００は、図２乃至図４に示すテラヘルツ伝播装置２００と同一の構成でよい。この構成により、テラヘルツ波発生部４０７から出射された入射テラヘルツ波４０８がテラヘルツ伝播装置２００を介して、被測定物４０９に入射される。さらに被測定物４０９から出射された出射テラヘルツ波４１０は、テラヘルツ伝播装置２００を介して、テラヘルツ波検出部４１１に入射される。 The terahertz propagation device 500 included in the terahertz generation detection device 400 may have the same configuration as the terahertz propagation device 200 illustrated in FIGS. With this configuration, the incident terahertz wave 408 emitted from the terahertz wave generation unit 407 is incident on the measurement object 409 via the terahertz propagation device 200. Furthermore, the outgoing terahertz wave 410 emitted from the object to be measured 409 is incident on the terahertz wave detection unit 411 via the terahertz propagation device 200.

テラヘルツ発生検出装置４００が備えるテラヘルツ伝播装置５００は、図５乃至図７に示すテラヘルツ伝播装置３００と同一の構成でもよい。この構成によれば、入射テラヘルツ波４０８及び出射テラヘルツ波４１０がテラヘルツ伝播装置３００を介して伝播される点では、テラヘルツ伝播装置２００を用いる場合と同様だが、放物面鏡２０３を回転することによってテラヘルツ波の集光位置を変えることができるため、被測定物４０９の位置を可変にすることができる。 The terahertz propagation device 500 included in the terahertz generation detection device 400 may have the same configuration as the terahertz propagation device 300 illustrated in FIGS. According to this configuration, the incident terahertz wave 408 and the outgoing terahertz wave 410 are propagated through the terahertz propagation device 300, as in the case of using the terahertz propagation device 200, but by rotating the parabolic mirror 203, Since the condensing position of the terahertz wave can be changed, the position of the object to be measured 409 can be made variable.

広帯域テラヘルツ波の発生には、高パワーかつ細いパルス幅の光パルスが必要となる。しかしながら、高パワーかつ細いパルス幅の光パルスをレーザ発振器から発生させる場合、光パルスの伝播時に波長分散の効果や非線形光学効果によりパルス幅が広がってしまい、テラヘルツ波発生部及びテラヘルツ波検出部に到達するまでに細いパルス幅が維持できない。それに対して、本実施形態によれば、レーザ発振器４０１からはテラヘルツ波発生及び検出のために最終的に必要となる値よりも低いパワーかつ広いパルス幅を有する光パルスを発生し、テラヘルツ波発生部４０７及びテラヘルツ波検出部４１１の直前に設けられるファイバ増幅器４２１、４２３及びファイバ圧縮器４２２、４２４により、光パルスを高パワーかつ細いパルス幅にする。この構成によって、より高パワーかつ細いパルスの光パルスをテラヘルツ波発生部４０７及びテラヘルツ波検出部４１１に入射し、広帯域テラヘルツ波の発生が可能になる。 Generation of a broadband terahertz wave requires an optical pulse with high power and a narrow pulse width. However, when an optical pulse with high power and a narrow pulse width is generated from a laser oscillator, the pulse width is widened due to the effect of wavelength dispersion or nonlinear optical effect during propagation of the optical pulse, and the terahertz wave generation unit and the terahertz wave detection unit A narrow pulse width cannot be maintained until it reaches. On the other hand, according to this embodiment, the laser oscillator 401 generates an optical pulse having a power lower than a value finally required for generation and detection of the terahertz wave and a wide pulse width, thereby generating the terahertz wave. The optical pulses are made to have high power and a narrow pulse width by the fiber amplifiers 421 and 423 and the fiber compressors 422 and 424 provided immediately before the unit 407 and the terahertz wave detection unit 411. With this configuration, a light pulse having a higher power and a narrower pulse is incident on the terahertz wave generation unit 407 and the terahertz wave detection unit 411, and a broadband terahertz wave can be generated.

１００テラヘルツ波発生検出装置
１０１、４０１レーザ発振器
１０２、４０２光パルス
１０３、４０３ポンプ光
１０４、４０４プローブ光
１０５、４０５スプリッタ
１０６、４０６強度変調器
１０７、４０７テラヘルツ波発生部
１０８、４０８入射テラヘルツ波
１０９、３０９、４０９被測定物
１１０、４１０出射テラヘルツ波
１１１、４１１テラヘルツ波検出部
１１２光学遅延部
１１３、４１３電流信号
１１４、４１４参照信号
１１５、４１５ロックインアンプ
１１６、２１６、４１６支持面
２００、３００、５００テラヘルツ波伝播装置
２０１、２０２、２０３、３０３放物面鏡
２０４回転部
４１７遅延ラインスキャナ
４１８光路長調整器
４１９ａ、４１９ｂ励起レーザ
４２０ａ、４２０ｂ光ファイバカプラ
４２１、４２３ファイバ増幅器
４２２、４２４ファイバ圧縮器 100 Terahertz wave generation detection device 101, 401 Laser oscillator 102, 402 Optical pulse 103, 403 Pump light 104, 404 Probe light 105, 405 Splitter 106, 406 Intensity modulator 107, 407 Terahertz wave generation unit 108, 408 Incident terahertz wave 109 , 309, 409 Device under test 110, 410 Emitted terahertz wave 111, 411 Terahertz wave detection unit 112 Optical delay unit 113, 413 Current signal 114, 414 Reference signal 115, 415 Lock-in amplifier 116, 216, 416 Support surface 200, 300 , 500 Terahertz wave propagation device 201, 202, 203, 303 Parabolic mirror 204 Rotating unit 417 Delay line scanner 418 Optical path length adjuster 419a, 419b Excitation laser 420a, 420b Optical fiber Pula 421 and 423 fiber amplifier 422, 424 fiber compressor

Claims

A terahertz wave propagation device,
A first parabolic mirror for collimating the first terahertz wave;
The first terahertz wave, which is provided to face the first parabolic mirror and collimated by the first parabolic mirror, is collected and incident on the object to be measured, and the first terahertz A second parabolic mirror for collimating a second terahertz wave emitted from the object to be measured on which a wave is incident;
A third parabolic mirror provided to face the second parabolic mirror and for collecting the second terahertz wave collimated by the second parabolic mirror;
A first support surface and a second support surface for fixing the object to be measured;
With
The second parabolic mirror is rotatable, much larger than the said first parabolic mirror and the third parabolic mirror,
By rotating the second parabolic mirror, the position where the first terahertz wave is collected can be switched to either the first support surface or the second support surface. the terahertz wave propagation and wherein the at.

Further comprising: a rotating means for rotating the second parabolic mirror, the terahertz wave propagation device according to claim 1.

The first terahertz wave collimated by the first parabolic mirror and the second terahertz wave emitted from the device under test are different in reflecting surface of the second parabolic mirror. The terahertz wave propagation device according to claim 1, wherein the terahertz wave propagation device is incident on a portion.

A support surface for fixing the object to be measured;
The terahertz wave propagation device according to claim 1, wherein the first terahertz wave is incident on the support surface with an incident angle larger than 0 degrees.

A terahertz wave generation detection device,
Terahertz wave generating means for generating terahertz waves incident on the object to be measured;
Terahertz wave detecting means for detecting terahertz waves emitted from the object to be measured;
A terahertz wave propagating device for propagating the terahertz wave by collimating and collecting the terahertz wave;
With
The terahertz wave propagation device is
A first parabolic mirror for collimating the first terahertz wave generated by the terahertz wave generating means;
The first terahertz wave, which is provided opposite to the first parabolic mirror and collimated by the first parabolic mirror, is collected and incident on the object to be measured. A second parabolic mirror for collimating a second terahertz wave emitted from the object to be measured on which the terahertz wave is incident;
A third unit for concentrating the second terahertz wave provided opposite to the second parabolic mirror and collimated by the second parabolic mirror and entering the terahertz wave detecting unit; With a parabolic mirror,
A first support surface and a second support surface for fixing the object to be measured ;
The second parabolic mirror is rotatable, much larger than the said first parabolic mirror and the third parabolic mirror,
By rotating the second parabolic mirror, the position where the first terahertz wave is collected can be switched to either the first support surface or the second support surface. terahertz wave generation detecting device, characterized in that it.

The terahertz wave generation detection device according to claim 5 , further comprising a rotating unit for rotating the second parabolic mirror.

The first terahertz wave collimated by the first parabolic mirror and the second terahertz wave emitted from the device under test are different in reflecting surface of the second parabolic mirror. The terahertz wave generation and detection device according to claim 5 , wherein the terahertz wave generation and detection device is incident on a portion.

A support surface for fixing the object to be measured;
The terahertz wave generation and detection apparatus according to claim 5 , wherein the first terahertz wave is incident on the support surface with an incident angle greater than 0 degrees.