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単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム及び方法

国内特許コード P100000511
整理番号 22861
掲載日 2010年1月22日
出願番号 特願2009-215694
公開番号 特開2011-075583
登録番号 特許第5240858号
出願日 平成21年9月17日(2009.9.17)
公開日 平成23年4月14日(2011.4.14)
登録日 平成25年4月12日(2013.4.12)
優先権データ
  • 特願2009-203791 (2009.9.3) JP
発明者
  • 郭 蕊香
  • 南出 泰亜
  • 伊藤 弘昌
出願人
  • 独立行政法人理化学研究所
発明の名称 単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム及び方法
発明の概要

【課題】室温においても検出感度が高く、同時に高速に動作可能な単色波長可変型のテラヘルツ波発生/検出システムが存在しない。
【解決手段】1つの励起光源から発生された単色波長の励起光を、以下に示す励起光位相制御光学系を通じて波長可変テラヘルツ波光源と非線形光変換テラヘルツ波検出器に入射する。ここでの励起光位相制御光学系は、波長可変テラヘルツ波光源におけるテラヘルツ波の発生点と非線形光変換テラヘルツ波検出器におけるテラヘルツ波の入射点の両方が同時に共焦点光学系の焦点となるように、発生点に対する励起光の入射角と入射点に対する励起光の入射角を同時に可変できる光学素子を励起光の光路上に有する。
【選択図】図2

従来技術、競合技術の概要


近年、テラヘルツ波領域における技術開発は日々発展している。これに伴い、テラヘルツ波の応用の研究は、基礎科学から産業検査の分野(例えば診断装置、製品検査装置、偽造防止装置、所持品検査装置などの分野)にまで及んでいる。従来、テラヘルツ波発生/検出システムとして、テラヘルツ時間領域分光計測装置(Terahertz Time-Domain Spectrometer)が主に用いられてきた。テラヘルツ時間領域分光計測装置では、フェムト秒レーザーを光伝導素子(PCアンテナ)に照射することにより発生されるブロードバンドテラヘルツ波を時間軸上で計測し、当該計測結果をフーリエ変換することにより周波数軸上の情報に変換する。

産業上の利用分野


本発明は、テラヘルツ波の発生と検出の両方において角度位相整合条件を同時に満たすことができる単色波長可変型のテラヘルツ波発生/検出システム及び方法に関する。特に、高感度かつ高速動作が可能でありながら、室温での動作が可能な単色波長可変型のテラヘルツ波発生/検出システム及び方法に関する。なお、この明細書において、テラヘルツ波とは、おおよそ周波数が0.1~100THzの電波をいうものとする。

特許請求の範囲 【請求項1】
単色波長の励起光を発生する1つの励起光源と、
前記励起光をテラヘルツ波の発生に適した第1の角度位相整合条件を満たすように入射し、テラヘルツ波を発生する波長可変テラヘルツ波光源と、
前記波長可変テラヘルツ波光源から発生されたテラヘルツ波を測定試料に導くテラヘルツ波位相制御光学系と、
前記測定試料を通過したテラヘルツ波と前記励起光を第2の角度位相整合条件を満たすように入射し、入射したテラヘルツ波を光波に波長変換する非線形光変換テラヘルツ波検出器と、
前記非線形光変換テラヘルツ波検出器から出力される前記光波を検出する光検出器と、
前記波長可変テラヘルツ波光源におけるテラヘルツ波の発生点と前記非線形光変換テラヘルツ波検出器におけるテラヘルツ波の入射点の両方が同時に共焦点光学系の焦点となるように、前記発生点に対する励起光の入射角と前記入射点に対する励起光の入射角とを可変できる光学素子を前記励起光の光路上に有する励起光位相制御光学系と、
前記波長可変テラヘルツ波光源、前記テラヘルツ波位相制御光学系、前記非線形光変換テラヘルツ波検出器、前記光検出器及び前記励起光位相制御光学系の少なくとも1つを制御する制御装置と
を有する単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項2】
前記励起光位相制御光学系は、前記励起光源から出力された励起光を2つに分岐し、1つを前記可変波長テラヘルツ波光源に導き、1つを前記非線形光変換テラヘルツ波検出器に導く共焦点光学系である
ことを特徴とする請求項1に記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項3】
前記励起光位相制御光学系は、第1の共焦点光学系と第2の共焦点光学系によって構成され、
前記第1の共焦点光学系は、前記励起光源から出力された励起光を前記波長可変テラヘルツ波光源に導き、前記第2の共焦点光学系は、前記波長可変テラヘルツ波光源を通過した励起光を前記非線形光変換テラヘルツ波検出器に導く
ことを特徴とする請求項1に記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項4】
前記励起光位相制御光学系における前記励起光の光路上に位置する前記光学素子は、ガルバノスキャナー上に配置されたミラーである
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1つに記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項5】
前記第2の角度位相整合条件を満たした状態のまま、前記テラヘルツ波位相制御光学系における前記テラヘルツ波の光路長を可変できる駆動機構を更に有し、
前記制御装置は、前記光検出器において得られる前記光波の検出出力が最大になるように前記駆動機構を通じて前記テラヘルツ波の光路長を可変制御する
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項6】
前記第2の角度位相整合条件を満たした状態のまま、前記テラヘルツ波位相制御光学系における前記テラヘルツ波の光路長を可変できる駆動機構を更に有し、
前記制御装置は、測定動作中に、前記駆動機構を通じて前記テラヘルツ波の光路長を所定範囲に亘り可変制御する
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1つに記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出システム。

【請求項7】
1つの励起光源から出力された単色波長の励起光を、テラヘルツ波の発生に適した第1の角度位相整合条件を満たすように波長可変テラヘルツ波光源に入射し、テラヘルツ波を発生する第1の処理と、
前記第1の処理で発生されたテラヘルツ波を、テラヘルツ波位相制御光学系を通じて測定試料に導く第2の処理と、
前記測定試料を通過したテラヘルツ波と前記励起光を、第2の角度位相整合条件を満たすように非線形光変換テラヘルツ波検出器に入射し、入射されたテラヘルツ波を光波に波長変換する第3の処理と、
前記第3の処理で発生された前記光波を光検出器で検出する第4の処理と、
前記波長可変テラヘルツ波光源におけるテラヘルツ波の発生点と前記非線形光変換テラヘルツ波検出器におけるテラヘルツ波の入射点の両方が同時に共焦点光学系の焦点となるように、前記発生点に対する励起光の入射角と前記入射点に対する励起光の入射角を、励起光位相制御光学系の光学素子を通じて同時に調整する第5の処理と
を有することを特徴とする単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出方法。

【請求項8】
前記励起光位相制御光学系は、前記励起光源から出力された励起光を2つに分岐し、1つを前記波長可変テラヘルツ波光源に導き、1つを前記非線形光変換テラヘルツ波検出器に導く
ことを特徴とする請求項7に記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出方法。

【請求項9】
前記励起光位相制御光学系は、第1の制御光学系と第2の制御光学系によって構成され、
前記第1の制御光学系は、前記励起光源から出力された励起光を前記波長可変テラヘルツ波光源に導き、前記第2の制御光学系は、前記テラヘルツ波パラメトリック光源を通過した励起光を前記非線形光変換テラヘルツ波検出器に導く
ことを特徴とする請求項7に記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出方法。

【請求項10】
前記第2の角度位相整合条件を満たした状態のまま、前記テラヘルツ波位相制御光学系における前記テラヘルツ波の光路長を可変できる駆動機構を有する場合において、前記光検出器において得られる前記光波の検出出力が最大になるように前記駆動機構を通じて前記テラヘルツ波の光路長を可変制御する処理
を有することを特徴とする請求項7~9のいずれか1つに記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出方法。

【請求項11】
前記第2の角度位相整合条件を満たした状態のまま、前記テラヘルツ波位相制御光学系における前記テラヘルツ波の光路長を可変できる駆動機構を有する場合において、測定動作中に、前記駆動機構を通じて前記テラヘルツ波の光路長を所定範囲に亘り可変制御する処理
を有することを特徴とする請求項7~10のいずれか1つに記載の単色波長可変型テラヘルツ波発生/検出方法。
産業区分
  • 光学装置
  • 固体素子
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009215694thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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