JP5998489B2 - 多光子励起型のテラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波検出素子 - Google Patents
多光子励起型のテラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波検出素子 Download PDFInfo
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Description
所望の波長の短パルス光を出射できるものであれば、ファイバレーザ以外のフェムト秒レーザ、例えば固体レーザ、色素レーザ又はパラメトリックレーザ等、任意のレーザ光源を利用することができる。
本実施形態では光学遅延部はポンプ光に対して設けられているが、ポンプ光とプローブ光との間の時間差を変更できればよいので、ビームスプリッタ103からプローブ光105が出射される方向に光学遅延部を設け、プローブ光105に対して遅延を発生させてもよい。
本実施形態では、バイアス変調器107がバイアス電源と変調器の両方の機能を有しているが、バイアス電源と変調器とを別に設けてもよい。その場合には、変調器として音響光学変調器(AOM)や、チョッパ等をポンプ光104の光路上に設けることにより、ポンプ光104を変調することができる。
本実施形態ではレーザ発振器101として中心波長1560nm、パルス幅20fs、出力100mWの短パルス光を出力するものを用いている。
光伝導膜203とアンテナ側レンズ206との間隔は、3μm以下にすることが好ましい。それにより、光伝導膜203とアンテナ側レンズ206との間のギャップ205において、テラヘルツ波が多重反射されることを防止または低減させることができる。
本実施形態では基板202における励起光の入射側に平凸レンズを設置しているが、基板202の表面での励起光の屈折を抑制できればよい。そのため、レンズを設置する代わりに、基板202の励起光の入射側の表面形状を、屈折が低減される曲面形状、例えば半球状に加工してもよい。
本実施形態では平凸レンズを使用しているが、代わりに両凸レンズを用いてもよい。その場合には、該両凸レンズの凸面と基板202との間の空気による屈折を抑制するため、樹脂などの屈折率整合材で埋めることが望ましい。
テラヘルツ波発生素子201aには、バイアス変調器107によりアンテナ204にバイアス電圧を印加する。該バイアス電圧には、ロックイン検出を行うために変調を掛けておく。
この状態で、レーザ発振器101から、短パルス光102を発生させる。短パルス光102は、ビームスプリッタ103によりポンプ光104とプローブ光105とに分岐される。ポンプ光104には、光学遅延部112により遅延が与えられる。遅延されたポンプ光104は集光レンズ106によりテラヘルツ波発生素子201aに集光される。テラヘルツ波発生素子201aにおいて、ポンプ光104は基板側レンズ207を通り、アンテナ204のギャップ205に集光される。その結果、光伝導膜203の多光子励起が起こり、テラヘルツ波109が発生される。発生されたテラヘルツ波109はアンテナ側レンズ206を通って出射される。
101 レーザ発振器
102 短パルス光
103 スプリッタ
104 ポンプ光
105 プローブ光
106、113 集光レンズ
107 バイアス変調器
108 参照信号
109 テラヘルツ波
110、111 軸外し放物面鏡
112 光学遅延部
114 電流増幅器
115 電流信号
116 ロックインアンプ
117a、117b フィルタ
201 テラヘルツ波発生検出素子
201a テラヘルツ波発生素子
201b テラヘルツ波検出素子
202 基板
203 光伝導膜
203a 光伝導膜の溝
204 アンテナ
205 ギャップ
206 アンテナ側レンズ
206a 切り欠き部
206b アンテナ側レンズの溝
207 基板側レンズ
208 導電線
209 接着層
Claims (10)
- 多光子励起によりテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生素子であって、
入射される励起光に対して透明な基板と、
前記基板に前記励起光が入射される側とは反対側の前記基板の面上に設けられる光伝導膜と、
前記光伝導膜上に設けられ、ギャップを挟んで対向する2つの電極を有するアンテナと、
前記基板に前記励起光が入射される側に設けられ、前記励起光を前記ギャップに集光する集光部と、
前記アンテナ上に設けられ、前記ギャップにおいて発生されるテラヘルツ波を、前記基板に前記励起光が入射される側とは反対側に導くアンテナ側レンズと、
を備え、
前記アンテナは、前記光伝導膜および前記アンテナ側レンズのどちらか一方に設けられた溝に嵌合しているテラヘルツ波発生素子。 - 前記アンテナ側レンズは、前記ギャップにおいて前記光伝導膜に接していることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波発生素子。
- 前記アンテナ側レンズが、前記基板より高い誘電率を有することを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波発生素子。
- 前記集光部が、前記基板に前記励起光が入射される側の前記基板の面上に接している基板側レンズであることを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波発生素子。
- 前記集光部が、前記基板に前記励起光が入射される側の前記基板の面の一部が半球状に加工された領域であることを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ波発生素子。
- 多光子励起によりテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出素子であって、
入射される励起光に対して透明な基板と、
前記励起光が入射される側とは反対側の前記基板の面上に設けられる光伝導膜と、
前記光伝導膜上に設けられ、ギャップを挟んで対向する2つの電極を有するアンテナと、
前記基板に前記励起光が入射される側に設けられ、前記励起光を前記ギャップに集光する集光部と、
前記アンテナ上に設けられ、前記励起光が前記基板に入射される側とは反対側から入射されるテラヘルツ波を前記ギャップに集光するアンテナ側レンズと、
を備え、
前記アンテナは、前記光伝導膜および前記アンテナ側レンズのどちらか一方に設けられた溝に嵌合しているテラヘルツ波検出素子。 - 前記アンテナ側レンズは、前記ギャップにおいて前記光伝導膜に接していることを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ波検出素子。
- 前記アンテナ側レンズが、前記基板より高い誘電率を有することを特徴とする請求項6または7に記載のテラヘルツ波検出素子。
- 前記集光部が、前記基板に前記励起光が入射される側の前記基板の面上に接している基板側レンズであることを特徴とする請求項6または7に記載のテラヘルツ波検出素子。
- 前記集光部が、前記基板に前記励起光が入射される側の前記基板の面の一部が半球状に加工された領域であることを特徴とする請求項6または7に記載のテラヘルツ波検出素子。
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