テラヘルツ波イメージング装置
【課題】周波数が可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源を被測定物の近傍に移動させて測定することができるテラヘルツイメージング装置を提供する。
【解決手段】テラヘルツイメージング装置１００は、センサヘッド部１２０が本体部１１０から分離されて複合ケーブル１３０で接続されており、センサヘッド部１２０だけを移動させて用いることが可能となっている。本体部１１０は、２つの波長可変レーザ１１１、１１２から出射される異なる波長のレーザ光を光カプラ１１５で合成し、この合成波を光導波路１３１を経由してセンサヘッド部１２０に伝送している。センサヘッド部１２０は、伝送された合成波をテラヘルツ源１２１に入射し、合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を発生する。
【解決手段】テラヘルツイメージング装置１００は、センサヘッド部１２０が本体部１１０から分離されて複合ケーブル１３０で接続されており、センサヘッド部１２０だけを移動させて用いることが可能となっている。本体部１１０は、２つの波長可変レーザ１１１、１１２から出射される異なる波長のレーザ光を光カプラ１１５で合成し、この合成波を光導波路１３１を経由してセンサヘッド部１２０に伝送している。センサヘッド部１２０は、伝送された合成波をテラヘルツ源１２１に入射し、合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を被測定物に照射したときの透過波または反射波から当該被測定物の特性を測定するテラヘルツイメージング装置に関し、とくに複数のレーザ光源からその差周波成分に相当するテラヘルツ波を発生させて被測定物の特性を測定するテラヘルツイメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ波を用いた新たな分析技術の可能性が注目されている。テラヘルツ波は、波長がマイクロ波と光波の境界領域に位置づけられる電磁波であり、波長にしておよそ３００μｍ〜３ｍｍの電波である。試薬類や生体高分子等は、テラヘルツ波に対しそれぞれに固有の吸収スペクトルを示す特徴がある。また、テラヘルツ波は、紙、プラスチック、ビニール、セラミック、木材、骨、歯、脂肪、粉体、乾燥食品等の非金属や無極性材料を透過することから、従来の赤外線分光等では困難であった物質の同定や非破壊検査を、テラヘルツ波を用いて実現できると期待されている。
【０００３】
一般に、テラヘルツ波の発生及び検出技術は、発生するテラヘルツ波の特徴から、（１）時間軸上でインパルス性を有するテラヘルツを対象とする技術（時間領域で制御されたテラヘルツ波を用いる方式）と、（２）特定の周波数を有するテラヘルツを対象とする技術（周波数領域で制御されたテラヘルツ波を用いる方式）とに分類できる。（１）の技術は、その広帯域・高分解能性を活かした分光等に、また（２）の技術は、固有の周波数成分の応答特性を活かしたイメージング等に適用されることが多い。
【０００４】
（１）、（２）のそれぞれの技術について、テラヘルツ波の発生方法や検出方法がこれまでに検討されている（例えば特許文献１）。特に、（２）の技術については、一般に、所望のテラヘルツ（ＴＨｚ）相当の周波数だけ離れた２つのレーザ光を重ね合わせ、これを光伝導アンテナと呼ばれる非線形結晶（ＧａＰ、ＤＡＳＴ、ＫＴＰ等）に照射することで、所望のテラヘルツ相当のビート成分をテラヘルツ波として発生させる、差周波混合の技術として知られている。
【０００５】
テラヘルツ波を用いた従来のイメージング装置の構成例を図１５に示す。２つのレーザ光源には、Ｃｒ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ９０１が用いられ、レーザ光源から発生された光波は、ミラー等の光学系部品によって光混合器９０２に導波され、ＧａＰベースで形成されたテラヘルツ源９０３に照射される。テラヘルツ源９０３は、２つの異なる波長が重なった光波のビート成分をテラヘルツ波に変換して出射する。テラヘルツ源９０３から出射されたテラヘルツ波は、試料９０４に照射され、これを透過したテラヘルツ波が検知器９０５で検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１３８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１５に例示するような従来のテラヘルツ波を用いたイメージング装置では、安定した周波数のテラヘルツ波を発生させるために、極めて高い安定度を有する高価なレーザ光源を用いており、ミラーやレンズなどの光学系部品を高精度に位置決めしてテラヘルツ源まで導波している。すなわち、レーザ光源からテラヘルツ源までが一体に構成され、光学系部品等の位置精度を厳密に管理する必要があった。また、装置が大型化する等の問題もあった。そのため、測定可能な場所が限定されたり、対象物に対しレーザ光源からテラヘルツ源までを一体に位置決めして配置するのが大きな負担となっていた。
【０００８】
さらに、このようなレーザ光源は、出力波長の可変が困難であり、発生できるテラヘルツ波の周波数が限定されてしまうといった問題があった。このような問題により、テラヘルツ波を用いたテラヘルツイメージングの適用が大きく制約されていた。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源を被測定物の近傍に移動させて測定することができるテラヘルツイメージング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の第１の態様は、それぞれの発振波長が異なる２以上の波長可変レーザと、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成して合成波を出力する光カプラと、前記光カプラから出力される合成波を伝播させる光導波路と、前記光導波路から前記合成波が照射されると前記合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源と、を備え、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成した前記合成波を、前記光導波路を介して前記テラヘルツ源に高精度に照射して所定周波数のテラヘルツ波を発生させることを特徴とする。
【００１１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザと、前記光カプラと、を本体部に備え、前記テラヘルツ源をセンサヘッド部に備え、前記センサヘッド部が、前記光導波路で接続された前記本体部とは独立に移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、テラヘルツ源を備えるセンサヘッド部を、被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、複数の波長可変レーザを光源とすることにより、それぞれの光源の出力波長の差分を時系列的に変化させることが可能となり、発生させるテラヘルツ波の周波数を可変とすることができる。
【００１３】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザを温度制御することで出力レーザ光の波長を調整するＬＤ制御回路をさらに備え、前記ＬＤ制御回路が、前記２以上の波長可変レーザのうち少なくとも１つを温度制御して前記レーザ光の波長を調整することにより、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の周波数が時系列的に調整されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＬＤ制御回路は、前記波長可変レーザの温度を制御するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）と、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）と、前記合成波の一部を入射して所定周波数のレーザ光のみを通過させる前記波長可変レーザと同数のエタロンフィルタと、前記エタロンフィルタから前記所定周波数のレーザ光を受光する別のフォトダイオードと、前記フォトダイオード及び前記別のフォトダイオードからそれぞれの測定結果を入力し、前記レーザ光の出力強度及び波長が安定的に所定値となるように前記ＴＥＣを制御するＴＥＣ駆動回路と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源は、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の出力波長に対応した不純物準位を有し、かつ出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料からなる基板を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＧａＮ基板を備えることを特徴とする。
テラヘルツ源用材料にＧａＮを適用することにより、高耐圧環境においても、高信頼なテラヘルツ源を実現することができる。
【００１７】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が１．３ｕｍ帯あるいは１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が０．９８ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＧａＡｓからなる基板を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記光導波路は、伝播するレーザ光の偏波面を回転または保持する偏波面調整手段を有していることを特徴とする。
【００２２】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するアンテナと、前記アンテナで受信した信号を検波する広帯域検波回路と、を有する検知部をさらに備え、前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信することを特徴とする。
【００２３】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを有する検知部をさらに備え、前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信することを特徴とする。
【００２４】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の一部を受光して電圧値に変換する波長検知部と、前記波長検知部から前記電圧値を入力し、予め保存する較正用テーブルを用いて前記電圧値から前記テラヘルツ波の波長を推定して前記ＬＤ制御回路に出力する電圧較正手段と、をさらに備え、前記ＬＤ制御回路は、前記電圧較正手段から前記テラヘルツ波の波長を入力すると、前記テラヘルツ波の波長が所定の目標波長に一致するように前記波長可変レーザの出力を制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源は、平行に配置された２つの伝送線路と、前記伝送線路のそれぞれの略中央に形成された突起部とを有し、前記突起部の先端が凹状の曲線形状に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザと前記光カプラを１組とする光源部を２以上備え、さらに、前記２以上の光源部のそれぞれと前記光導波路で接続されて前記光カプラから出力されるそれぞれの合成波を入力して合波する合波部と、前記合波部で合波された混合波を前記テラヘルツ源に照射する別の光導波路と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで同じ発振波長のレーザ光を出射することを特徴とする。
【００２８】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで周波数差が等しく発振波長の異なるレーザ光を出射することを特徴とする。
【００２９】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記合波部は、ＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）を用いて形成されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＰＬＣは、前記２以上の光導波路から入力した合成波の位相をそろえる位相調整部を備えていることを特徴とする。
【００３１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＰＬＣは、前記２以上の光源部から入力した合成波に対し分散補償を行う分散補償部を備えていることを特徴とする。
【００３２】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の光源部から入力した合成波の位相をそろえてそれぞれを前記２以上の光導波路に出力する別の位相調整部を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源を被測定物の近傍に移動させて測定することができるテラヘルツイメージング装置を提供することが可能となる。本発明では、レーザ光源を備える本体部とテラヘルツ源を備えるセンサヘッド部とを分離した構成とすることで、センサヘッド部を被測定物の近傍まで移動させてテラヘルツ波を発生させることができる。また、２以上の波長可変レーザを光源とすることで、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ＬＤ制御回路の詳細構成を示す本体部のブロック図である。
【図３】波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図４】波長可変光源の波長弁別曲線である。
【図５】光出力オフ状態で波長変更命令、及び光出力パワー変更命令を受信したときの処理を示す流れ図である。
【図６】光出力オン状態で光出力パワー変更命令を受信したときの処理を示す流れ図である。
【図７】テラヘルツ源及び検知部の斜視図である。
【図８】テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する一例を示すグラフである。
【図９】テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する別の例を示すグラフである。
【図１０】被測定物の周波数応答を模式的に示すグラフである。
【図１１】テラヘルツ波の反射波を検知するセンサヘッド部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るテラヘルツイメージング装置のテラヘルツ源に備えられたアンテナの平面図である。
【図１５】テラヘルツ波を用いた従来の検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１７】分散補償部を備えたＰＬＣの一例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第６実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態におけるテラヘルツ波イメージング装置の構成について、図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の好ましい第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、本体部１１０とセンサヘッド部１２０、及び両者を接続する複合ケーブル１３０を備えている。本実施形態では、センサヘッド部１２０が本体部１１０から分離されて複合ケーブル１３０で接続されており、センサヘッド部１２０だけを移動して用いることが可能となっている。
【００３７】
本体部１１０は、２つの波長可変レーザ１１１、１１２、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光を増幅する半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１３、１１４、光カプラ１１５、波長可変レーザ１１１、１１２を制御するＬＤ制御回路１１６、及びアナログ回路１１７とデータ処理回路１１８を備えている。
【００３８】
２つの波長可変レーザ１１１、１１２は、それぞれで異なる波長のレーザ光を出射しており、この２つのレーザ光がそれぞれＳＯＡ１１３、１１４で増幅された後、光カプラ１１５で合成される。光カプラ１１５で合成された合成波は、複合ケーブル１３０を経由してセンサヘッド１２０に伝播される。なお、本実施形態では、波長可変レーザとして１１１と１１２の２つを用いているが、これに限定されず、３以上備えるようにすることも可能である。
【００３９】
複合ケーブル１３０は、光カプラ１１５で合成された合成波をセンサヘッド部１２０に伝播する光導波路１３１と、センサヘッド部１２０で必要な電源を供給する電源ケーブル１３２と、センサヘッド部１２０で処理された信号を本体部１１０のデータ処理回路１１８に伝送する信号線１３３を有している。ここでは、光導波路１３１として光ファイバを用いている。
【００４０】
センサヘッド部１２０は、本体部１１０の光カプラ１１５から光導波路１３１を経由して伝播された合成波が照射されるとその合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源１２１と、テラヘルツ源１２１から出力されたテラヘルツ波を被測定物１０に好適に照射するためのレンズ１２２と、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知する検知部１２３と、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３に好適に入射させるためのレンズ１２４を備えている。ここでは、レンズ１２３、１２４に半球レンズを用いている。
【００４１】
本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、波長可変レーザ１１１、１１２に出力波長の異なる２つのＤＦＢレーザを用いており、それぞれから出射されるレーザ光を合成してテラヘルツ源１２１に照射させることで、テラヘルツ源１２１からテラヘルツ波を発生させている。波長可変レーザ１１１、１１２の出力周波数をそれぞれω１、ω２とすると、テラヘルツ源１２１で発生するテラヘルツ波の周波数ωＴは、
【数１】
となる。
【００４２】
上記のように、所望の周波数ωＴのテラヘルツ波を発生させるには、波長可変レーザ１１１、１１２に用いる２つのＤＦＢレーザのそれぞれの周波数ω１、ω２を好適に選択すればよい。本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、テラヘルツ波の周波数が可変となるように構成しており、波長可変レーザ１１１、１１２に用いる２つのＤＦＢレーザを、出力波長の温度依存性と調整可能な波長範囲を考慮して選択している。
【００４３】
波長可変レーザ１１１、１１２として、例えば１．５μｍ帯の光通信用ＤＦＢレーザを用いることができる。あるいは、０．９８μｍ帯の光ファイバアンプ用シングルモードポンプレーザや６５０〜１．５μｍ帯の市販の赤外レーザを使用してもよい。１．５μｍ帯の光通信用ＤＦＢレーザを用いた場合には、被測定物１０の鮮明なイメージ取得や、良好な同定が可能となる。
【００４４】
一例として、発生させるテラヘルツ波の周波数を１〜２ＴＨｚとするとき、波長可変レーザ１１１に波長１．５２９５５μｍ（温度が２５℃のとき）のＤＦＢレーザを用い、波長可変レーザ１１２に波長１．５４１３５μｍ（温度が２５℃のとき）のＤＦＢレーザを用いることができる。このとき、波長可変レーザ１１１の波長を固定しておき、波長可変レーザ１１２の波長を概ね１．５３７４〜１．５４５３２μｍの範囲で調整することによって、所定周波数のテラヘルツ波を発生させることができる。
【００４５】
本体部１１０に備えられたＬＤ制御回路１１６は、波長可変レーザ１１１、１１２の温度制御を行う機能を有しており、波長可変レーザ１１１、１１２の少なくとも１つを温度制御することでその出力波長を制御している。また、アナログ回路１１７は、複合ケーブル１３０内の電源ケーブル１３２を介して、センサヘッド部１２０に必要な電源を供給している。さらに、データ処理回路１１８は、センサヘッド部１２０の検知部１２３で検出されたデータを複合ケーブル１３０内の信号線１３３を経由して入力し、被測定物１０のイメージング処理等を行う。
【００４６】
ＬＤ制御回路１１６の詳細構成を、図２を用いて説明する。図２は、ＬＤ制御回路１１６の詳細構成を示す本体部１１０のブロック図である。ＬＤ制御回路１１６は、波長可変レーザ１１１、１１２のそれぞれの温度制御を行う加熱冷却素子（ＴＥＣ：Thermo Electric Cooler）１４１、１４２と、ＴＥＣ１４１、１４２を制御するＴＥＣ駆動回路１４３、１４４を備えている。
【００４７】
また、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光の出力電力を監視する受光器（ＰＤ）１４５、１４６と、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光の出力波長を監視するＰＤ１４７、１４８と、入力光から所定周波数の光のみを通過させるエタロンフィルタ１４９、１５０とが備えられている。エタロンフィルタ１４９、１５０には、ＴＥＣ１５１、１５２がそれぞれ具備されている。ＰＤ１４５〜１４８でレーザ光を監視するために、レーザ光の一部を分岐する光分岐素子が適宜用いられている。
【００４８】
ＰＤ１４５、１４６は、それぞれ波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の一部を光分岐素子で分岐したものを受光し、それぞれの出力電力（強度レベル）を測定している。測定結果は、それぞれＴＥＣ駆動回路１４３、１４４に伝送される。また、光カプラ１１５から出力される合成波の一部を光分岐素子で分岐し、これをエタロンフィルタ１４９、１５０を経由してＰＤ１４７、１４８に入射している。ＰＤ１４７、１４８は、エタロンフィルタ１４９、１５０を経由して入射した所定の周波数のレーザ光の強度を測定しており、測定結果はそれぞれＴＥＣ駆動回路１４３、１４４に伝送される。
【００４９】
エタロンフィルタ１４９、１５０は、所定の周波数帯の光のみを通過させるものであり、ここでは、それぞれ波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数帯に一致するように調整されている。エタロンフィルタ１４９、１５０の通過周波数帯は、それぞれに具備されたＴＥＣ１５１、１５２を用いた温度制御で調整することができる。これより、ＰＤ１４７、１４８は、波長可変レーザ１１１、１１２から出力される所定周波数のレーザ光の強度を測定することができ、波長可変レーザ１１１、１１２の出力波長（出力周波数）を監視することができる。
【００５０】
ＴＥＣ駆動回路１４３、１４４は、ＰＤ１４５〜１４８からそれぞれの測定結果を入力し、波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光のそれぞれの周波数が所望の周波数に安定的に一致し、かつ両者の出力電力が一致するように、ＴＥＣ１４１、１４２を制御している。本実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２にＳＯＡ１１３、１１４、ＴＥＣ１４１、１４２、及びＴＥＣ駆動回路１４３、１４４を一体化してモジュール化しており、これにより、従来は極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することが可能となっている。また、モジュール化に当たっては、ＴＥＣ１４１、１４２間の熱的アイソレーションを確保した構造としている。
【００５１】
本実施形態の波長可変レーザ１１１、１１２及びＬＤ制御回路１１６に用いられる波長可変光源の一例を、図を用いて詳細に説明する。以下では、波長可変レーザ１１１について説明するが、波長可変レーザ１１２も同じ構成とすることができる。図３は、波長可変レーザ１１１に温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いたときの波長可変光源２０の構成を示すブロック図である。半導体レーザ（ＬＤ）２１（波長可変レーザ１１１に相当）とＳＯＡ２２（ＳＯＡ１１３に相当）は、ＴＥＣ温度検出器２４を取り付けたＴＥＣ２３上に搭載されている。レーザ光出力経路には２つの光分岐素子２５、２６が配置されている。光分岐素子２５による分岐光は、エタロンフィルタ等の波長フィルタ２７（エタロンフィルタ１４９に相当）を介して第１ＰＤ２８（ＰＤ１４７に相当）に入射される。光分岐素子２６による分岐光は、そのまま第２ＰＤ２９（ＰＤ１４５に相当）に入射される。以上の部品は、図３の破線で示すように、すべて同一モジュール内に収容されている。
【００５２】
ＬＤ駆動電流モニタ回路３１の出力アナログ値は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３２を介して、ＬＤ電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取得される。ＬＤ電流モニタ値と所定のＬＤ電流目標値との差分情報に基づき、ＣＰＵ３０でＬＤ電流制御指示値が更新され、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３３を介してＬＤ電流駆動回路３４に出力される。ＬＤ電流駆動回路３４では、ＬＤ電流制御指示値に基づいてＬＤ２１の自動電流制御（ＡＣＣ：Automatic Current Control）が実現される。
【００５３】
第２ＰＤモニタ回路３５の出力アナログ値は、ＡＤＣ３６を介して、第２ＰＤ２９の受光パワーに対応する電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれる。光出力パワー目標値に対応する電流目標値と第２ＰＤ２９の電流モニタ値との差分情報に基づき、ＳＯＡ電流制御指示値が更新され、ＤＡＣ３７を介してＳＯＡ電流駆動回路３８に出力される。ＳＯＡ電流駆動回路３８では、ＳＯＡ電流制御指示値に基づいてＳＯＡ２２の自動光出力制御（ＡＰＣ：Automatic Power Control）が実現される。ＳＯＡ電流モニタ回路３９を実装しているので、ＳＯＡ２２の自動電流制御（ＡＣＣ）を併用する方式でも良いし、ＡＰＣとＡＣＣとのどちらか一方を選択する方式でも良い。
【００５４】
ＴＥＣ温度モニタ回路４１の出力アナログ値は、ＡＤＣ４２を介してＴＥＣ温度モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれる。ＴＥＣ温度目標値と上記ＴＥＣ温度モニタ値との差分情報に基づき、ＴＥＣ温度制御指示値が更新され、ＤＡＣ４３を介してＴＥＣ駆動回路４４（ＴＥＣ駆動回路１４３に相当）に出力される。ＴＥＣ駆動回路４４では、ＴＥＣ温度制御指示値に基づいてＴＥＣ２３の自動温度制御（ＡＴＣ：Automatic Temperature Control）が実現される。
【００５５】
第１ＰＤモニタ回路４５と第２ＰＤモニタ回路３５の出力アナログ値は、それぞれＡＤＣ４６、３６を介して、第１ＰＤ電流モニタ値と第２ＰＤ電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれ、ＰＤ電流比モニタ値（第１ＰＤ電流モニタ値／第２ＰＤ電流モニタ値）が導出される。波長目標値に対応するＰＤ電流比目標値と上記ＰＤ電流比モニタ値との差分情報に基づき、波長制御指示値が更新され、ＤＡＣ４３を介してＴＥＣ駆動回路４４に出力される。ＴＥＣ駆動回路４４では、波長制御指示値に基づいて自動波長制御（ＡＷＣ：Automatic Wavelength Control）が実現される。波長とＰＤ電流比（第１ＰＤ電流モニタ値／第２ＰＤ電流モニタ値）との間には、図４に示すような周期的な関係がある。この曲線は一般的に波長弁別曲線と呼ばれており、あらかじめ波長ごとに決められたＰＤ電流比目標値に収束させることになる。
【００５６】
上記のＡＴＣとＡＷＣは、どちらもＴＥＣ駆動回路４４の制御指示値を更新するものであるが、ＡＴＣとＡＷＣを併用する方式でもよいし、どちらか一方を選択する方式でもよい。
【００５７】
波長可変光源２０の初期化完了後で遷移可能な安定状態は、光出力オフ状態と光出力オン状態である。光出力オフ状態とは、波長可変光源として外部への光出力が無視できる状態を意味する。このことが保証されるのであれば、ＴＥＣ２３のＡＴＣとＬＤ２１のＡＣＣをともに稼動させてもよいし、ＴＥＣ２３のＡＴＣのみを稼動させてもよい。ＴＥＣ２３のＡＴＣとＬＤ２１のＡＣＣの両方を、必ずしも稼動させる必要はない。光出力オン状態とは、上位装置から指定された所望の波長、ならびに所望の光出力パワーを出力できている状態を意味する。
【００５８】
光出力オフ状態で波長変更命令、および光出力パワー変更命令を受信した場合には、図５に示す目標値決定プロセスのフローチャートに従い、各種制御の目標値を決定する。すなわち、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応したＡＷＣ目標値（第１ＰＤ電流／第２ＰＤ電流）と、ＡＰＣ目標値（第２ＰＤ電流）の決定、ならびに目標波長に対応したＡＣＣ目標値（ＬＤ電流）とＡＴＣ目標値（ＴＥＣ温度）を決定する。４つの目標値を決定しているが、その順番は入れ替えても問題ない。
【００５９】
ここでは、光出力パワー変更命令を受信した場合でも、４つの目標値を変更することになっているが、目標光出力パワーに関連する２つの目標値だけを更新してもよい。すなわち、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応したＡＷＣ目標値（第１ＰＤ電流／第２ＰＤ電流）とＡＰＣ目標値（第２ＰＤ電流）の決定を行なうだけでもよい。
【００６０】
光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合には、以下の手順に従って光出力オン状態に遷移させ、その時点の目標波長ならびに目標光出力パワーに対応した各種制御の目標値を決定する。すでに、光出力オフ状態で実行済みであれば必ずしも行なわなくともよい。引き続き、ＡＴＣ目標値とＴＥＣ温度モニタ値との差分、およびＡＣＣ目標値とＬＤ電流モニタ値との差分のそれぞれが許容値以下に収束するように、ＡＴＣとＡＣＣの制御処理を行なう。このとき、すでに光出力オフ状態でＡＴＣとＡＣＣが稼働中であれば、それぞれの目標値を変更することにより、自動制御を継続させることになる。
【００６１】
ＡＴＣとＡＣＣの制御処理でそれぞれの目標値に収束できたことを確認した後は、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理を開始させる。ＡＴＣ目標値とＴＥＣ温度モニタ値との差分、ＡＣＣ目標値とＬＤ電流モニタ値、ＡＰＣ目標値と第２ＰＤ電流モニタ値との差分、およびＡＷＣ目標値とＰＤ電流比モニタ値との差分、のそれぞれが許容値以下に収束するように、ＡＴＣ、ＡＣＣ、ＡＰＣ、及びＡＷＣの制御処理を行なう。すべての収束条件を満足できれば、光出力オン状態に遷移できたことになる。
【００６２】
ここでは、ＡＰＣとＡＷＣを同時に稼動させたが、ＡＰＣが収束した後にＡＷＣを稼動させてもよい。また、ＡＴＣとＡＷＣとを同時に稼動させているが、ＡＷＣを稼動させる場合にはＡＴＣを停止する方式でも良い。
【００６３】
一方、光出力オン状態で波長変更命令、および光出力パワー変更命令を受信した場合には、上記の光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合と同様の手順に従い、光出力オン状態に遷移させる。但し、目標値決定プロセスを実行する前に、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理をこの順番で停止する点が、上記の光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合と異なる。これは、共用できない指定波長以外の信号光の発出を抑止する対策である。これでも光出力レベルが無視できない場合には、ＡＷＣ停止の前にＡＣＣの制御処理も停止することで対応することになる。
【００６４】
ここで、光出力パワー変更過程における出力波長の変動量が、運用上許容されるレベルであれば、光出力オン状態で光出力パワー変更命令を受信した場合に、上記のＡＰＣとＡＷＣの制御処理を停止させることなく、目標値決定プロセスを実行してもよい。すなわち、図６に示すフォローチャートに従った制御処理となる。
【００６５】
光出力オン状態で光出力オフ命令を受信した場合には、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理をこの順番で停止させ、光出力オフ状態に遷移させる。これは、光出力オフ状態に遷移させる過程で、所望の波長以外の信号光を外部に出力しない対策である。ＡＰＣを停止するだけでは、光出力レベルが無視できない場合には、ＡＷＣを停止する前にＬＤ２１のＡＣＣも停止することで対応することになる。
【００６６】
このように、各種制御処理の目標値、すなわちＡＷＣ目標値、ＡＰＣ目標値、ＡＣＣ目標値、ＡＴＣ目標値を、目標波長と目標光出力パワーの組合せにより決定しているので、波長可変光源モジュールの内部で発生する発熱量や散乱光の影響を抑制することができ、波長可変光源に求められている出力波長や光出力パワーの設定精度や安定性を確保できる。上記で示した目標値決定プロセスは、採用する制御方式に対応させて、以下のように適宜調整してもその効果に変わりはない。
【００６７】
第２ＰＤ２９の受光パワーに対応する第２ＰＤ電流値を目標とするＡＰＣではなく、第２ＰＤ受光パワーそのものを目標値とするＡＰＣ制御を採用する場合には、第２ＰＤ電流値から第２ＰＤ受光パワーに変換するための係数α（λ、Pow）を更新することで対応できる。この変換係数α（λ、Pow）は、式（１）に示すように、その時点の目標波長λと目標光出力パワーPowの組合せにより一意に決定されるものである。変換係数α（λ、Pow）は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、目標波長と目標光出力パワーの組合せにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。
第２ＰＤ受光パワー＝α（λ、Pow）×第２ＰＤ電流 （１）
【００６８】
また、各ＰＤ受光パワーに対応するＰＤ電流値（第１ＰＤ電流、第２ＰＤ電流）やＴＥＣ温度は、動作環境温度により変動する可能性がある。この場合、ＡＤＣ値からＰＤ電流に変換する係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、およびＴＥＣ目標温度を補正する係数Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）を、その時点の環境温度Ｔ（ケース温度：図３参照）で補正する方式を採用することで、環境温度依存性を抑制することができる。その結果、波長可変光源を高精度で安定に動作させることができる。
【００６９】
上記の変換係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）は、次式（２）、（３）に示すように、その時点の環境温度Ｔにより一意に決定されるものである。変換係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、環境温度Ｔにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。ＡＤＣ値と物理値との関係が非線形である場合には、変換そのものをテーブル参照方式で対応しても良い。
第２ＰＤ電流＝Ａ（Ｔ）×ＡＤＣ値＋Ｂ（Ｔ） （２）
ＴＥＣ温度＝Ｃ（Ｔ）×ＡＤＣ値＋Ｄ（Ｔ） （３）
【００７０】
さらに、第２ＰＤ電流から第２ＰＤ受光パワーに変換するプロセスとして（１）式を採用する制御方式の場合には、第２ＰＤ電流から第２ＰＤ受光パワーに変換する係数β（λ）の目標波長依存性を補償する仕組みと、第２ＰＤ受光パワーを補正する係数γ（Pow）の目標光出力パワー依存性を補償する仕組みとを併用する。その結果、波長可変光源は高精度で安定に動作させることができる。
【００７１】
この変換係数は、次式（４）に示すように、その時点の目標波長と目標光出力パワーにより一意に決定されるものである。変換係数β(λ)と補正係数γ(Pow)は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、目標波長と目標光出力パワーの組み合わせにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。式（４）の変換係数β(λ)と補正係数γ(Pow)は、式（１）の変換係数α(λ、Pow)をλとPowの独立性に注目して分割したものである。この方式で対応できる場合には、テーブル化された変換係数や補正係数の容量を圧縮できるので、式（１）の方式より効率がよい。
第２ＰＤ受光パワー＝β（λ）×γ（Ｐｏｗ）×第２ＰＤ電流 （４）
【００７２】
以上のように、波長可変光源の制御方式に対応させて、目標値決定プロセスを適宜調整することで、波長可変光源として高精度で安定な動作を確保できる。要は、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応させて、各種制御の目標値、モニタ値の変換係数や補正係数を調整すればよい。
【００７３】
さらに、環境温度の影響が無視できない場合には、その時点の目標波長、目標光出力パワーに加えて、環境温度にも対応させて、各種制御の目標値、モニタ値の変換係数や補正係数を調整することで、さらに高精度で安定な波長可変光源を実現できる。
【００７４】
上記の波長可変光源の一例では、半導体レーザに温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を例示して説明した。しかし、これに限定されるものではなく、電流制御型半導体レーザに置き換えてもよい。ただし、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）と温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）との間では、以下の点で異なる。温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の場合には、ＡＷＣをＴＥＣ駆動回路の制御指示値を更新することで実現したが、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＬＤ駆動回路の制御指示値を更新することになる。そのため、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＬＤのＡＣＣとＡＷＣはどちらもＬＤ駆動回路の制御指示値を更新するものとなるが、ＡＣＣとＡＷＣの併用する方式でも良いし、どちらか一方の選択する方式でも良い。
【００７５】
さらに、温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の場合には、ＬＤのＡＣＣを独立で動作させていたが、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＴＥＣのＡＴＣを独立で動作させることになる。
【００７６】
なお、上記では、ＰＤ１４５〜１４８を用いて、波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の出力電力の監視と周波数の監視を別々に行う構成としたが、ＰＤ１４５〜１４８に代えて、出力電力と周波数を同時に監視できるＯＰＭを用いてもよい。ＯＰＭは、例えば光カプラ１１５の出力側に設けることができる。ＯＰＭを用いることで、波長可変レーザ１１１、１１２から出力される２つのレーザ光をそれぞれの波長に精度よく分離してそれぞれの出力電力を監視することができる。
【００７７】
次に、センサヘッド部１２０のテラヘルツ源１２１と検知部１２３について、図７を用いて詳細に説明する。センサヘッド部１２０は、図１に示すように、テラヘルツ源１２１と検知部１２３を備えており、７（ａ）、（ｂ）は、それぞれの斜視図を示している。
【００７８】
テラヘルツ源１２１は、所定の半導体材料からなる基板１６１の一方の面にアンテナ１６２を配置して構成されている。アンテナ１６２は、平行に配置された伝送線路１６３、１６４と、伝送線路１６３、１６４のそれぞれの略中央に形成された突起部１６５、１６６で構成されている。突起部１６５、１６６は、両者の間に小さなギャップが設けられており、微小ダイポールアンテナを形成している。また、伝送線路１６３、１６４の間には、直流電源１６７から直流バイアスが印加されている。
【００７９】
上記のように構成されたテラヘルツ源１２１において、アンテナ１６２のギャップ部に光導波路１３１から出射された合成波を照射すると、照射された合成波からなるテラヘルツ相当のビート信号がテラヘルツ波に変換されて発生し、基板１６１の他方の面から出射される。出射されたテラヘルツ波のビームを半球レンズ１２２で拡大して被測定物１０に照射し、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を半球レンズ１２４で集光して検知部１２３に入射させる。検知部１２３では、入射したテラヘルツ波に対応する信号を検知する。
【００８０】
テラヘルツ源１２１の基板１６１に用いる非線形材料として、波長可変レーザ１１１、１１２の出力波長に対応した不純物準位（吸収帯）を有するとともに、出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料を用いるのがよい。従来は、例えば１．５μｍ帯の光源に対しては、ＤＡＳＴと呼ばれる有機結晶や、低温成長ＧａＡｓが採用されることが多かった。しかし、高出力のテラヘルツ波を発生させるために高電圧で直流バイアスを印加したときの劣化や、結晶体への光波照射による劣化などにより、テラヘルツ源の信頼性に課題があった。
【００８１】
そこで、本実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１にＧａＮ基板を用いるようにしている。発明者らは、ＧａＮが、その結晶成長のプロセスの特徴から、結晶内に欠陥を多く含んだ材料であり、低温成長ＧａＡｓと同様に、テラヘルツ波を発生させる材料として好適であることを見出した。ＧａＮは、その耐圧性及び信頼性から、高電圧環境においても、高い信頼度を有するテラヘルツ源を実現することができる。また、ＧａＮのもつ高周波特性から、テラヘルツ源１２１にＧａＮを用いた増幅素子も集積することにより、高出力のテラヘルツ波を発生させることができる。
【００８２】
また、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が１．３μｍまたは１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を用いることができる。
【００８３】
波長可変レーザ１１１、１１２から波長が６５０ｎｍ〜１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板、ないしは、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を用いることができる。波長可変レーザ１１１、１１２から出射されるレーザ光の波長を６５０ｎｍ〜１．５μｍ帯と広くする場合には、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体のどの材料を組み合わせるかで、テラヘルツ波の出力レベルが異なってくる。とくに、１．５μｍ帯では、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体にＥｒやＢｅのような金属をドープしてもよい。
【００８４】
さらに、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が０．９８μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、ＧａＡｓからなる基板を用いるのがよい。
【００８５】
検知部１２３は、図７（ｂ）に示すように、テラヘルツ波受信部１７０と広帯域検出回路１８０を備えている。テラヘルツ波受信部１７０は、テラヘルツ源１２１と同様な構成を有しており、所定の半導体材料からなる基板１７１の一方の面にアンテナ１７２が配置されている。アンテナ１７２は、アンテナ１６２と同様に、平行に配置された伝送線路１７３、１７４と、伝送線路１７３、１７４のそれぞれの略中央に形成された突起部１７５、１７６で構成されている。突起部１７５、１７６は、両者の間に小さなギャップが設けられており、微小ダイポールアンテナを形成している。
【００８６】
アンテナ１７２では、アンテナ１６２と異なり、伝送線路１７３、１７４の間に直流バイアスは印加されておらず、それに代えて電流計１８１が接続されている。電流計１８１で測定された電流は、ＡＤＣ１８２でデジタル信号に変換され、信号線１３３を経由してデータ処理回路１１８に伝送される。データ処理回路１１８では、信号線１３３を経由して入力したデジタル信号を強度信号等に変換し、これをもとに被測定物１０のイメージング処理等を行う。本実施形態では、広帯域検出回路１８０が電流計１８１とＡＤＣ１８２を備える構成としている。
【００８７】
検知部１２３を、上記のようなテラヘルツ波受信部１７０と広帯域検出回路１８０を用いて構成することにより、検知部１２３の小型化が容易となる。また、検知部１２３の別の実施形態として、上記のテラヘルツ波受信部１７０及び広帯域検出回路１８０に代えて、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを用いることも可能である。このような構成としても、検知部を小型化することができる。
【００８８】
本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００を用いて、被測定物１０を測定する方法を以下に説明する。テラヘルツイメージング装置１００は、本体部１１０に２つの波長可変レーザ１１１、１１２を備えており、それぞれのＴＥＣ１４１、１４２を温度制御することで、それぞれの出射レーザ光の波長を調整することが可能となっている。これにより、ＴＥＣ１４１、１４２の温度制御を時系列的に行うことで、テラヘルツ源１２１から出力されるテラヘルツ波の周波数を時系列的に調整することが可能となっている。
【００８９】
テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する一例を、図８及び図９を用いて説明する。図８では、一方の波長可変レーザ１１１の出力周波数（符号Ｓ１で示す）を所定の値に固定し、他方の波長可変レーザ１１２の出力周波数（符号Ｓ２で示す）を時系列的に連続的に変化させた例を示している。テラヘルツ波の周波数は、波長可変レーザ１１１と１１２の周波数の差となることから、符号Ｓ３で示すように時系列的に連続して変化する。
【００９０】
図８に示すように、周波数が時系列的に変化するテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、被測定物１０に固有の周波数応答（イメージング）を得ることができる。周波数応答の一例を、図１０に模式的に示す。同図では、検出したい物質Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの周波数応答を模式的に示している。図８に示すような周波数が時系列的に連続的に変化するテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、データ処理回路１１８において周波数応答が得られる。得られた周波数応答を、図１０に示す検出したい物質の周波数応答と比較することで、被測定物１０が検出したい物質Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか、あるいは検出したい物質でないことを判定することができる。
【００９１】
また、図９では、一方の波長可変レーザ１１１の出力周波数（符号Ｓ４で示す）を所定の値に固定し、他方の波長可変レーザ１１２の出力周波数（符号Ｓ４で示す）を時系列的に所定の周波数にステップ状に変化させた例を示している。この場合には、テラヘルツ波の周波数も、符号Ｓ３で示すように、時系列的に特定の周波数にステップ状に変化する。このようなテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、特定の周波数に対する被測定物１０の周波数応答を得ることができる。検出したい物質が、特定の周波数で固有の応答を示すときは、図９に示すようなテラヘルツ波を用いるのがよい。
【００９２】
上記実施形態のセンサヘッド部１２０は、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３で検知する構成としているが、これに代えて、被測定物１０で反射されたテラヘルツ波を検知部１２３で検知するように構成することも可能である。被測定物１０で反射されたテラヘルツ波を検知部１２３で検知するように構成されたセンサヘッド部１２０の実施形態を、図１１のブロック図に示す。
【００９３】
また、上記実施形態では、検知部１２３のテラヘルツ波受信部１７０と半球レンズ１２４をともにセンサヘッド部１２０に設ける構成としていたが、テラヘルツ波受信部１７０を本体部１１０側に設け、センサヘッド部１２０には、テラヘルス源１２１と半球レンズ１２４を設ける構成とすることも可能である。この場合には、信号線１３３に代えて複合ケーブル１３０に所定のテラヘルツ波導波路を配索させ、被測定物１０を透過または反射したテラヘルツ光を半球レンズ１２４で集光させる。そして、集光させたテラヘルツ波を所定のテラヘルツ波導波路に入射させ、このテラヘルツ波導波路を経由して本体部１１０側に設けたテラヘルツ波受信部１７０に出射させる。
【００９４】
さらに、本実施形態のセンサヘッド部１２０では、テラヘルツ源１２１で発生させたテラヘルツ波を被測定物１０に広範囲に照射し、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３に入射させるために、レンズ１２３、１２４にそれぞれ半球レンズを用いているが、これに限定されず、例えば凹レンズ及び凸レンズを用いて構成することも可能である。
【００９５】
この発明によれば、テラヘルツ源を備えたセンサヘッド部を小型化することが容易であり、センサヘッド部を被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、レーザ光源の波長可変を可能とするＬＤ制御回路を波長可変レーザと一体化させてモジュール化することによって、従来、極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することができる。また、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源の材料にＧａＮを採用することによって、高い駆動電圧条件においても、高い信頼性を有するテラヘルツ源を実現することができる。さらに、ＧａＮを用いた増幅素子も集積すれば、テラヘルツ波の高出力化にも寄与する。
【００９６】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態を図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置２００の全体構成を示すブロック図である。テラヘルツ源１２１におけるテラヘルツ波の発生効率は、光導波路１３１を経由してセンサヘッド部１２０に伝播された合成波が、テラヘルツ源１２１に照射される時点でどのような状態にあるかに影響される。すなわち、合成波がテラヘルツ源１２１に照射される時点で、２つのレーザ光の偏波が所定の条件を満たし、かつ２つのレーザ光の出力電力がほぼ等しいときに、テラヘルツ源１２１からテラヘルツ波が効率よく発生される。
【００９７】
２つのレーザ光の偏波については、それぞれが波長可変レーザ１１１、１１２から出射されたときの偏波面を維持している、あるいは、偏波面が回転（円偏波）している、との条件が満たされているときに、テラヘルツ波が効率よく発生される。そこで、本実施形態では、光導波路２３１が、光導波路１３１を伝播するレーザ光の偏波面を回転させる、または維持する偏波面調整手段２０１を有する構成としている。
【００９８】
図１２に示す本実施形態のテラヘルツイメージング装置２００では、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を回転させるために、偏波面調整手段２０１として、光導波路１３１の途中にデポラライザを配置している。デポラライザは、２つのレーザ光の偏波面を回転させることができる。また、デポラライザを配置する代わりに、光導波路１３１に用いる光ファイバを、光カプラ１１５との融着面を所定幅だけ軸ずれさせて接続するようにしてもよい。この場合には、光導波路１３１に用いる光ファイバと光カプラ１１５との融着面が偏波面調整手段となる。
【００９９】
一方、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を維持させる偏波面調整手段として、光導波路１３１にパンダファイバを用いることができる。
【０１００】
上記のように、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を回転、または維持する機能を具備することによって、２つのレーザ光の合成波が有するビート成分のレベル変動を抑制し、効率の高いテラヘルツ波発生を実現することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、光導波路１３１から出力される２つのレーザ光の出力電力が等しくなるように制御するために、テラヘルツ源１２１の手前にさらに出力監視手段２０２を備えている。出力監視手段２０２は、２つのレーザ光のそれぞれの出力電力を測定して両者の差（以下では、出力誤差とする）を算出している。２つのレーザ光のそれぞれの出力電力を測定するのに、例えばＯＰＭを用いることができる。
【０１０２】
出力監視手段２０２で算出された出力誤差は、複合ケーブル１３０に追加された制御用信号線２０３を経由してＬＤ制御回路１１６に伝送される。ＬＤ制御回路１１６は、出力監視手段２０２から入力した出力誤差に従って、波長可変レーザ１１１、１１２の駆動電流またはＳＯＡ１１３、１１４の駆動電流を制御することで、テラヘルツ源１２１に照射される２つのレーザ光の出力電力が等しくなるように調整する。これにより、テラヘルツ源１２１で効率よくテラヘルツ波が発生される。
【０１０３】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態を図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置３００の全体構成を示すブロック図である。テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波は、２つのレーザ光の周波数の差に相当する周波数を有している。しかしながら、２つのレーザ光からなる合成波がテラヘルツ源１２１に照射された時点で、両者の間に出力電力に差が生じていると、発生するテラヘルツ波の周波数が変化するおそれがある。そこで、本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されたテラヘルツ波の周波数を直接測定するようにしている。
【０１０４】
本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波のうち、被測定物１０の方向に照射されない漏れ光を波長検知部３０１で受光するようにしている。波長検知部３０１では、受光したテラヘルツ波の波長または周波数に対応する電圧値に変換し、これを複合ケーブル１３０に追加した制御用信号線３０３を経由して本体部１１０の例えばＬＤ制御回路１１６に伝送する。
【０１０５】
しかし、波長検知部３０１では、電圧値への変換効率のばらつきにより、受光したテラヘルツ波の波長に対応する電圧値に正確に変換されていないおそれがある。また、変換された電圧値が制御用信号線３０３を経由して本体部１１０に伝送されるまでに、制御用信号線３０３の影響等を受けて変動してしまうおそれがある。このように、本体部１１０に伝送された電圧値が、テラヘルツ波の波長に精度よく対応していない場合には、テラヘルツ波の周波数を所望の周波数に制御することができなくなる。
【０１０６】
そこで、本実施形態のテラヘルツイメージング装置３００では、本体部１１０に電圧較正手段３０２を設け、ここで、上記の変換効率のばらつきや制御用信号線３０３の影響等を取り除くように、伝送された電圧値を較正している。
【０１０７】
制御用信号線３０３を経由して伝送された電圧値の較正方法を以下に説明する。まず、あらかじめ工場出荷時に、所定の高精度な波長検出器を用いてテラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波の周波数を直接測定する。それと同時に、波長検知部３０１で受光されたテラヘルツ波から電圧値に変換され、制御用信号線３０３を経由して本体部１１０に伝送された電圧値を取得する。これより、波長検出器で正確に測定されたテラヘルツ波の波長と、本体部１１０に伝送された電圧値とを対応させた較正用テーブルを作成する。電圧較正手段３０２は、事前に作成された上記の較正用テーブルを保存し、テラヘルツ波の波長を推定するのに用いる。
【０１０８】
電圧較正手段３０２において、較正用テーブルを用いてテラヘルツ波の波長を制御する方法を以下に説明する。電圧較正手段３０２は、波長検知部３０１から制御用信号線３０３を経由して電圧値が伝送されると、これを事前に保存している較正用テーブルを用いてテラヘルツ波の波長に変換する。そして、変換された波長をＬＤ制御回路１１６に出力する。ＬＤ制御回路１１６では、電圧較正手段３０２から入力した波長が所望のテラヘルツ波の波長に一致するように、波長可変レーザ１１１、１１２の出力電力等を制御する。
【０１０９】
上記のように、本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波を受光し、その波長が所望の波長に一致するように波長可変レーザ１１１、１１２を制御するように構成されていることから、非対象物の周波数応答を高精度に測定することが可能となる。
【０１１０】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態を図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態のテラヘルツ源１２１に備えられたアンテナ４６２の平面図である。第２実施形態のテラヘルツイメージング装置２００では、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を維持するために、光導波路１３１にパンダファイバを用いている。しかしながら、２つのレーザ光が光導波路１３１を出射してからテラヘルツ源１２１に照射されるまでの間に、２つのレーザ光の偏波面がずれるおそれがある。２つのレーザ光がテラヘルツ源１２１に到達する時点で偏波面がずれていると、発生されるテラヘルツ波の出力が低下してしまう。
【０１１１】
そこで、本実施形態では、テラヘルツ源１２１のアンテナ４６２を、図１４に示すような形状としている。すなわち、アンテナ４６２の突起部４６５、４６６を、先端部が凹状の曲線形状となるように形成している。このように、突起部４６５、４６６の先端部を凹状の曲線形状に形成していると、その間に照射された２つのレーザ光の偏波面が一致するようになるといった効果が得られる。
【０１１２】
上記いずれの実施形態においても、テラヘルツ源を備えたセンサヘッド部を小型化することが容易であり、センサヘッド部を被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、レーザ光源の波長可変を可能とするＬＤ制御回路を波長可変レーザと一体化させてモジュール化することによって、従来、極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することができる。また、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源の材料にＧａＮを採用することによって、高い駆動電圧条件においても、高い信頼性を有するテラヘルツ源を実現することができる。さらに、ＧａＮを用いた増幅素子も集積すれば、テラヘルツ波の高出力化にも寄与する。
【０１１３】
（第５実施形態）
本発明の第５の実施の形態を図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置５００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のテラヘルツイメージング装置５００では、テラヘルツ源１２１から高い電力のテラヘルツ波が得られるようにするために、本体部５１０に光源部５０１を複数設けている。図１６では、一例として光源部５０１ａ〜５０１ｄの４つの光源部を設けている。なお、本体部５１０に設ける光源部５０１の数は４つに限定されず、必要に応じて適宜増減させることができる。
【０１１４】
各光源部５０１（５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれ）は、第１実施形態の本体部１１０と同様に、波長可変レーザ１１１、１１２及びそれぞれに設けられたＳＯＡ１１３、１１４と、光カプラ１１５と、ＬＤ制御回路１１６とを備えている。本体部５１０は、上記の４つの光源部５０１ａ〜５０１ｄと、アナログ回路１１７と、データ処理回路１１８とを備えて構成されている。
【０１１５】
各光源部５０１ａ〜５０１ｄにはそれぞれ光導波路５３１ａ〜５３１ｄが接続されており、各光源部５０１ａ〜５０１ｄの光カプラ１１５で生成された合成波が、それぞれに接続された光導波路５３１ａ〜５３１ｄでセンサヘッド部１２０側に伝送される。各光源部５０１ａ〜５０１ｄの光カプラ１１５から出力される合成波は、同位相でそれぞれの光導波路５３１ａ〜５３１ｄに入力される。センサヘッド部１２０側にはＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）５３５が設けられており、各光導波路５３１ａ〜５３１ｄがＰＬＣ５３５に接続されている。ＰＬＣ５３５には、各光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される合成波を合波する合波部５３５ａが形成されており、合波された光が光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力される。
【０１１６】
本実施形態では、光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される複数の合成波を合波させるのにＰＬＣ５３５を用いているが、ＰＬＣ５３５を用いることで各合成波の位相をそろえた上で合波部５３５ａで合波させるようにすることができる。すなわち、光導波路５３１ａ〜５３１ｄとＰＬＣ５３５との各接続点から合波部５３５ａまでの光導波路の長さをそれぞれで調整する（位相調整部）ことにより、合波部５３５ａで合波されるときには各合成波の位相がそろっているようにすることができる。各合成波の位相をそろえて合波部５３５ａで合波することにより、テラヘルツ源１２１に対しより高い電力のテラヘルツ波を出力させるようにすることができる。なお、各合成波の位相をそろえる別の方法として、光導波路５３１ａ〜５３１ｅのそれぞれの長さを調整して行うことも可能である。
【０１１７】
上記のように、本体部５１０に複数の光源部５０１を設けてセンサヘッド部１２０側に設けられたＰＬＣ５３５に複数の合成波を出力させ、ＰＬＣ５３５で複数の合成波を合波させたのち光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力させる構成とすることにより、テラヘルツ源１２０に高電力の合成波を照射することができる。その結果、テラヘルツ源１２１から高電力のテラヘルツ波を出力させることが可能となる。
【０１１８】
第１実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２からそれぞれ異なる周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させているが、本実施形態でも光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２からそれぞれ周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させるようにすることができる。これにより、周波数ω１、ω２のレーザ光からなる合成波の電力を高くすることができ、テラヘルツ源１２１に高い電力の合成波を与えて高い電力のテラヘルツ波を出力させることが可能となる。
【０１１９】
あるいは、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれで周波数の異なるレーザ光を波長可変レーザ１１１、１１２から出力させるようにすることも可能である。一例として、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１及び１１２から、それぞれ周波数ω１及びω２、ω３及びω４、ω５及びω６、ω７及びω８、のレーザ光を出力させるようにすることができる。このとき、式（５）より各周波数は次式を満たすように設定される。
｜ω１−ω２｜＝｜ω３−ω４｜＝｜ω５−ω６｜＝｜ω７−ω８｜ （６）
【０１２０】
このように、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数がすべて異なるように設定することで、ＰＬＣ５３５で合波された混合波が、各周波数では比較的低い電力を持つことになる。これに対し、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２で同じ周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させる場合には、周波数ω１、ω２で高い電力を持つことになり、これが光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力されることになる。
【０１２１】
特定の周波数で電力の高い光が光導波路（光ファイバ）５３１ｅを導波すると、光ファイバの非線形特性により非線形な影響を受けてテラヘルツ源１２１に出力されてしまう。その結果、例えば光導波路５３１ｅが長くなると、十分な高さの電力を有するテラヘルツ波を出力させることができなくなることも考えられる。これに対し、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数をすべて異なるようにすると、光導波路５３１ｅに導波させる混合波のピーク電力を低くすることができ、非線形な影響を十分に低減させることが可能となる。その結果、テラヘルツ源１２１から高い電力を有するテラヘルツ波を出力させることができる。
【０１２２】
本実施形態では、本体部５１０で生成された合成波が光ファイバからなる光導波路５３１ａ〜５３１ｄを経由してＰＬＣ５３５まで伝送されている。そのため、光導波路５３１ａ〜５３１ｄが長くなると、光ファイバにおける分散の影響により光パルス（合成波）のパルス幅が広がってピーク強度が低下してしまうことも考えられる。そこで、ＰＬＣ５３５に入力された合成波に対し分散補償（歪補償）を行うようにすることにより、光パルスの広がりを抑制することができる。本実施形態では、分散補償を行う分散補償部をＰＬＣ５３５に設けることができる。
【０１２３】
分散補償部を備えたＰＬＣの一例を図１７に示す。図１７は、分散補償部５３５ｂを備えたＰＬＣ５３５’の一例を示す斜視図である。分散補償部５３５ｂは、分散補償が可能な非線形デバイスで形成されており、合波部５３５ａで合波された合成波を入力して分散補償した後、これを光導波路５３１ｅを経由してセンサヘッド部１２０に出力するようにしている。このように、分散補償部５３５ｂを設けてテラヘルツ源１２１に出力される合成波の分散補償を行うことにより、さらに高出力かつ安定なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。なお、ＰＬＣ５３５に分散補償部５３５ｂを設けるのに代えて、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を光導波路５３１ａ〜５３１ｄまたは光導波路５３１ｅに接続するようにしてもよい。
【０１２４】
（第６実施形態）
本発明の第６の実施の形態を図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００の全体構成を示すブロック図である。第５実施形態では、光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される複数の合成波の位相をそろえるために、ＰＬＣ５３５上の光導波路５３１ａ〜５３１ｄとの接続点から合波部５３５ａまでの光導波路の長さを調整することを説明した。本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００では、各光源部５０１ａ〜５０１ｄから出力される合成波の位相をさらに高精度にかつ容易にそろえることが可能となるように、第５実施形態のテラヘルツイメージング装置５００にさらにＰＬＣ６３６を追加している。
【０１２５】
ＰＬＣ６３６は、一端が各光源部５０１ａ〜５０１ｄに接続され、他端が光導波路５３１ａ〜５３１ｄに接続されている。光源部５０１ａ〜５０１ｄはそれぞれ、ＰＬＣ６３６上の導波路６３６ａ〜６３６ｄを経由して光導波路５３１ａ〜５３１ｄに接続されている。各光源部５０１ａ〜５０１ｄは、それぞれの光カプラ１１５から出力される合成波の位相がほぼそろった状態でＰＬＣ６３６に出力されるように構成されるが、本実施形態では各合成波の位相をＰＬＣ６３６でさらに高精度にそろえている。すなわち、光源部５０１ａ〜５０１ｄと光導波路５３１ａ〜５３１ｄのそれぞれを接続する導波路６３６ａ〜６３６ｄをＰＬＣ６３６上に形成し、導波路６３６ａ〜６３６ｄの長さを調整することで位相のそろった合成波を光導波路５３１ａ〜５３１ｄに出力するようにしている。
【０１２６】
上記説明のように、本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００では、光源部５０１ａ〜５０１ｄから出力される合成波の各位相を高精度にそろえることが可能となり、高精度に位相がそろった合成波を導波路６３６ａ〜６３６ｄを経由してセンサヘッド部１２０側に伝送させることができる。また、センサヘッド部１２０側では、導波路６３６ａ〜６３６ｄを通過する間に生じた位相誤差を補正して再び位相が高精度にそろうようにＰＬＣ５３５に形成されている導波路の長さを調整する。これにより、高精度に位相のそろった合成波をテラヘルツ源１２１に出力させることが可能となり、テラヘルツ源１２１から高い電力を有するテラヘルツ波を出力させることができる。
【０１２７】
なお、上記の実施形態では、いずれも波長可変レーザを２つ備える例について説明したが、波長可変レーザの数は２つに限定されず、３以上備えるようにすることも可能である。本実施の形態における記述は、本発明に係るテラヘルツ波イメージング装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるテラヘルツ波イメージング装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 被測定物
１００、２００、３００、５００、６００ テラヘルツイメージング装置
１１０、５１０ 本体部
１１１、１１２ 波長可変レーザ
１１３、１１４ ＳＯＡ
１１５ 光カプラ
１１６ ＬＤ制御回路
１１７ アナログ回路
１１８ データ処理回路
１２０ センサヘッド部
１２１ テラヘルツ源
１２２、１２４ レンズ
１２３ 検知部
１３０ 複合ケーブル
１３１、５３１ 光導波路
１３２ 電源ケーブル
１３３ 信号線
１４１、１４２、１５１、１５２ ＴＥＣ
１４３、１４４ ＴＥＣ駆動回路
１４５、１４６、１４７、１４８ ＰＤ
１４９、１５０ エタロンフィルタ
１６１、１７１ 基板
１６２、１７２、４６２ アンテナ
１６３、１６４、１７３、１７４ 伝送線路
１６５、１６６、１７５、１７６、４６５、４６６ 突起部
１６７ 直流電源
１７０ テラヘルツ波受信部
１８０ 広帯域検出回路
１８１ 電流計
１８２ ＡＤＣ
２０１ 偏波面調整手段
２０２ 出力監視手段
２０３ 制御用信号線
３０１ 波長検知部
３０２ 電圧較正手段
３０３ 制御用信号線
５０１ 光源部
５３５、６３６ ＰＬＣ
５３５ａ 合波部
５３５ｂ 分散補償部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を被測定物に照射したときの透過波または反射波から当該被測定物の特性を測定するテラヘルツイメージング装置に関し、とくに複数のレーザ光源からその差周波成分に相当するテラヘルツ波を発生させて被測定物の特性を測定するテラヘルツイメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ波を用いた新たな分析技術の可能性が注目されている。テラヘルツ波は、波長がマイクロ波と光波の境界領域に位置づけられる電磁波であり、波長にしておよそ３００μｍ〜３ｍｍの電波である。試薬類や生体高分子等は、テラヘルツ波に対しそれぞれに固有の吸収スペクトルを示す特徴がある。また、テラヘルツ波は、紙、プラスチック、ビニール、セラミック、木材、骨、歯、脂肪、粉体、乾燥食品等の非金属や無極性材料を透過することから、従来の赤外線分光等では困難であった物質の同定や非破壊検査を、テラヘルツ波を用いて実現できると期待されている。
【０００３】
一般に、テラヘルツ波の発生及び検出技術は、発生するテラヘルツ波の特徴から、（１）時間軸上でインパルス性を有するテラヘルツを対象とする技術（時間領域で制御されたテラヘルツ波を用いる方式）と、（２）特定の周波数を有するテラヘルツを対象とする技術（周波数領域で制御されたテラヘルツ波を用いる方式）とに分類できる。（１）の技術は、その広帯域・高分解能性を活かした分光等に、また（２）の技術は、固有の周波数成分の応答特性を活かしたイメージング等に適用されることが多い。
【０００４】
（１）、（２）のそれぞれの技術について、テラヘルツ波の発生方法や検出方法がこれまでに検討されている（例えば特許文献１）。特に、（２）の技術については、一般に、所望のテラヘルツ（ＴＨｚ）相当の周波数だけ離れた２つのレーザ光を重ね合わせ、これを光伝導アンテナと呼ばれる非線形結晶（ＧａＰ、ＤＡＳＴ、ＫＴＰ等）に照射することで、所望のテラヘルツ相当のビート成分をテラヘルツ波として発生させる、差周波混合の技術として知られている。
【０００５】
テラヘルツ波を用いた従来のイメージング装置の構成例を図１５に示す。２つのレーザ光源には、Ｃｒ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ９０１が用いられ、レーザ光源から発生された光波は、ミラー等の光学系部品によって光混合器９０２に導波され、ＧａＰベースで形成されたテラヘルツ源９０３に照射される。テラヘルツ源９０３は、２つの異なる波長が重なった光波のビート成分をテラヘルツ波に変換して出射する。テラヘルツ源９０３から出射されたテラヘルツ波は、試料９０４に照射され、これを透過したテラヘルツ波が検知器９０５で検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１３８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１５に例示するような従来のテラヘルツ波を用いたイメージング装置では、安定した周波数のテラヘルツ波を発生させるために、極めて高い安定度を有する高価なレーザ光源を用いており、ミラーやレンズなどの光学系部品を高精度に位置決めしてテラヘルツ源まで導波している。すなわち、レーザ光源からテラヘルツ源までが一体に構成され、光学系部品等の位置精度を厳密に管理する必要があった。また、装置が大型化する等の問題もあった。そのため、測定可能な場所が限定されたり、対象物に対しレーザ光源からテラヘルツ源までを一体に位置決めして配置するのが大きな負担となっていた。
【０００８】
さらに、このようなレーザ光源は、出力波長の可変が困難であり、発生できるテラヘルツ波の周波数が限定されてしまうといった問題があった。このような問題により、テラヘルツ波を用いたテラヘルツイメージングの適用が大きく制約されていた。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源を被測定物の近傍に移動させて測定することができるテラヘルツイメージング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の第１の態様は、それぞれの発振波長が異なる２以上の波長可変レーザと、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成して合成波を出力する光カプラと、前記光カプラから出力される合成波を伝播させる光導波路と、前記光導波路から前記合成波が照射されると前記合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源と、を備え、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成した前記合成波を、前記光導波路を介して前記テラヘルツ源に高精度に照射して所定周波数のテラヘルツ波を発生させることを特徴とする。
【００１１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザと、前記光カプラと、を本体部に備え、前記テラヘルツ源をセンサヘッド部に備え、前記センサヘッド部が、前記光導波路で接続された前記本体部とは独立に移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、テラヘルツ源を備えるセンサヘッド部を、被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、複数の波長可変レーザを光源とすることにより、それぞれの光源の出力波長の差分を時系列的に変化させることが可能となり、発生させるテラヘルツ波の周波数を可変とすることができる。
【００１３】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザを温度制御することで出力レーザ光の波長を調整するＬＤ制御回路をさらに備え、前記ＬＤ制御回路が、前記２以上の波長可変レーザのうち少なくとも１つを温度制御して前記レーザ光の波長を調整することにより、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の周波数が時系列的に調整されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＬＤ制御回路は、前記波長可変レーザの温度を制御するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）と、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）と、前記合成波の一部を入射して所定周波数のレーザ光のみを通過させる前記波長可変レーザと同数のエタロンフィルタと、前記エタロンフィルタから前記所定周波数のレーザ光を受光する別のフォトダイオードと、前記フォトダイオード及び前記別のフォトダイオードからそれぞれの測定結果を入力し、前記レーザ光の出力強度及び波長が安定的に所定値となるように前記ＴＥＣを制御するＴＥＣ駆動回路と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源は、前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の出力波長に対応した不純物準位を有し、かつ出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料からなる基板を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＧａＮ基板を備えることを特徴とする。
テラヘルツ源用材料にＧａＮを適用することにより、高耐圧環境においても、高信頼なテラヘルツ源を実現することができる。
【００１７】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が１．３ｕｍ帯あるいは１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記波長可変レーザは、波長が０．９８ｕｍ帯のレーザ光を出力し、前記テラヘルツ源は、ＧａＡｓからなる基板を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記光導波路は、伝播するレーザ光の偏波面を回転または保持する偏波面調整手段を有していることを特徴とする。
【００２２】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するアンテナと、前記アンテナで受信した信号を検波する広帯域検波回路と、を有する検知部をさらに備え、前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信することを特徴とする。
【００２３】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを有する検知部をさらに備え、前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信することを特徴とする。
【００２４】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の一部を受光して電圧値に変換する波長検知部と、前記波長検知部から前記電圧値を入力し、予め保存する較正用テーブルを用いて前記電圧値から前記テラヘルツ波の波長を推定して前記ＬＤ制御回路に出力する電圧較正手段と、をさらに備え、前記ＬＤ制御回路は、前記電圧較正手段から前記テラヘルツ波の波長を入力すると、前記テラヘルツ波の波長が所定の目標波長に一致するように前記波長可変レーザの出力を制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記テラヘルツ源は、平行に配置された２つの伝送線路と、前記伝送線路のそれぞれの略中央に形成された突起部とを有し、前記突起部の先端が凹状の曲線形状に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザと前記光カプラを１組とする光源部を２以上備え、さらに、前記２以上の光源部のそれぞれと前記光導波路で接続されて前記光カプラから出力されるそれぞれの合成波を入力して合波する合波部と、前記合波部で合波された混合波を前記テラヘルツ源に照射する別の光導波路と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで同じ発振波長のレーザ光を出射することを特徴とする。
【００２８】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで周波数差が等しく発振波長の異なるレーザ光を出射することを特徴とする。
【００２９】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記合波部は、ＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）を用いて形成されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＰＬＣは、前記２以上の光導波路から入力した合成波の位相をそろえる位相調整部を備えていることを特徴とする。
【００３１】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記ＰＬＣは、前記２以上の光源部から入力した合成波に対し分散補償を行う分散補償部を備えていることを特徴とする。
【００３２】
本発明のテラヘルツ波イメージング装置の他の態様は、前記２以上の光源部から入力した合成波の位相をそろえてそれぞれを前記２以上の光導波路に出力する別の位相調整部を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源を被測定物の近傍に移動させて測定することができるテラヘルツイメージング装置を提供することが可能となる。本発明では、レーザ光源を備える本体部とテラヘルツ源を備えるセンサヘッド部とを分離した構成とすることで、センサヘッド部を被測定物の近傍まで移動させてテラヘルツ波を発生させることができる。また、２以上の波長可変レーザを光源とすることで、周波数が可変のテラヘルツ波を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ＬＤ制御回路の詳細構成を示す本体部のブロック図である。
【図３】波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【図４】波長可変光源の波長弁別曲線である。
【図５】光出力オフ状態で波長変更命令、及び光出力パワー変更命令を受信したときの処理を示す流れ図である。
【図６】光出力オン状態で光出力パワー変更命令を受信したときの処理を示す流れ図である。
【図７】テラヘルツ源及び検知部の斜視図である。
【図８】テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する一例を示すグラフである。
【図９】テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する別の例を示すグラフである。
【図１０】被測定物の周波数応答を模式的に示すグラフである。
【図１１】テラヘルツ波の反射波を検知するセンサヘッド部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るテラヘルツイメージング装置のテラヘルツ源に備えられたアンテナの平面図である。
【図１５】テラヘルツ波を用いた従来の検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１７】分散補償部を備えたＰＬＣの一例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第６実施形態に係るテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態におけるテラヘルツ波イメージング装置の構成について、図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の好ましい第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、本体部１１０とセンサヘッド部１２０、及び両者を接続する複合ケーブル１３０を備えている。本実施形態では、センサヘッド部１２０が本体部１１０から分離されて複合ケーブル１３０で接続されており、センサヘッド部１２０だけを移動して用いることが可能となっている。
【００３７】
本体部１１０は、２つの波長可変レーザ１１１、１１２、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光を増幅する半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１３、１１４、光カプラ１１５、波長可変レーザ１１１、１１２を制御するＬＤ制御回路１１６、及びアナログ回路１１７とデータ処理回路１１８を備えている。
【００３８】
２つの波長可変レーザ１１１、１１２は、それぞれで異なる波長のレーザ光を出射しており、この２つのレーザ光がそれぞれＳＯＡ１１３、１１４で増幅された後、光カプラ１１５で合成される。光カプラ１１５で合成された合成波は、複合ケーブル１３０を経由してセンサヘッド１２０に伝播される。なお、本実施形態では、波長可変レーザとして１１１と１１２の２つを用いているが、これに限定されず、３以上備えるようにすることも可能である。
【００３９】
複合ケーブル１３０は、光カプラ１１５で合成された合成波をセンサヘッド部１２０に伝播する光導波路１３１と、センサヘッド部１２０で必要な電源を供給する電源ケーブル１３２と、センサヘッド部１２０で処理された信号を本体部１１０のデータ処理回路１１８に伝送する信号線１３３を有している。ここでは、光導波路１３１として光ファイバを用いている。
【００４０】
センサヘッド部１２０は、本体部１１０の光カプラ１１５から光導波路１３１を経由して伝播された合成波が照射されるとその合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源１２１と、テラヘルツ源１２１から出力されたテラヘルツ波を被測定物１０に好適に照射するためのレンズ１２２と、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知する検知部１２３と、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３に好適に入射させるためのレンズ１２４を備えている。ここでは、レンズ１２３、１２４に半球レンズを用いている。
【００４１】
本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、波長可変レーザ１１１、１１２に出力波長の異なる２つのＤＦＢレーザを用いており、それぞれから出射されるレーザ光を合成してテラヘルツ源１２１に照射させることで、テラヘルツ源１２１からテラヘルツ波を発生させている。波長可変レーザ１１１、１１２の出力周波数をそれぞれω１、ω２とすると、テラヘルツ源１２１で発生するテラヘルツ波の周波数ωＴは、
【数１】
となる。
【００４２】
上記のように、所望の周波数ωＴのテラヘルツ波を発生させるには、波長可変レーザ１１１、１１２に用いる２つのＤＦＢレーザのそれぞれの周波数ω１、ω２を好適に選択すればよい。本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００は、テラヘルツ波の周波数が可変となるように構成しており、波長可変レーザ１１１、１１２に用いる２つのＤＦＢレーザを、出力波長の温度依存性と調整可能な波長範囲を考慮して選択している。
【００４３】
波長可変レーザ１１１、１１２として、例えば１．５μｍ帯の光通信用ＤＦＢレーザを用いることができる。あるいは、０．９８μｍ帯の光ファイバアンプ用シングルモードポンプレーザや６５０〜１．５μｍ帯の市販の赤外レーザを使用してもよい。１．５μｍ帯の光通信用ＤＦＢレーザを用いた場合には、被測定物１０の鮮明なイメージ取得や、良好な同定が可能となる。
【００４４】
一例として、発生させるテラヘルツ波の周波数を１〜２ＴＨｚとするとき、波長可変レーザ１１１に波長１．５２９５５μｍ（温度が２５℃のとき）のＤＦＢレーザを用い、波長可変レーザ１１２に波長１．５４１３５μｍ（温度が２５℃のとき）のＤＦＢレーザを用いることができる。このとき、波長可変レーザ１１１の波長を固定しておき、波長可変レーザ１１２の波長を概ね１．５３７４〜１．５４５３２μｍの範囲で調整することによって、所定周波数のテラヘルツ波を発生させることができる。
【００４５】
本体部１１０に備えられたＬＤ制御回路１１６は、波長可変レーザ１１１、１１２の温度制御を行う機能を有しており、波長可変レーザ１１１、１１２の少なくとも１つを温度制御することでその出力波長を制御している。また、アナログ回路１１７は、複合ケーブル１３０内の電源ケーブル１３２を介して、センサヘッド部１２０に必要な電源を供給している。さらに、データ処理回路１１８は、センサヘッド部１２０の検知部１２３で検出されたデータを複合ケーブル１３０内の信号線１３３を経由して入力し、被測定物１０のイメージング処理等を行う。
【００４６】
ＬＤ制御回路１１６の詳細構成を、図２を用いて説明する。図２は、ＬＤ制御回路１１６の詳細構成を示す本体部１１０のブロック図である。ＬＤ制御回路１１６は、波長可変レーザ１１１、１１２のそれぞれの温度制御を行う加熱冷却素子（ＴＥＣ：Thermo Electric Cooler）１４１、１４２と、ＴＥＣ１４１、１４２を制御するＴＥＣ駆動回路１４３、１４４を備えている。
【００４７】
また、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光の出力電力を監視する受光器（ＰＤ）１４５、１４６と、波長可変レーザ１１１、１１２からのレーザ光の出力波長を監視するＰＤ１４７、１４８と、入力光から所定周波数の光のみを通過させるエタロンフィルタ１４９、１５０とが備えられている。エタロンフィルタ１４９、１５０には、ＴＥＣ１５１、１５２がそれぞれ具備されている。ＰＤ１４５〜１４８でレーザ光を監視するために、レーザ光の一部を分岐する光分岐素子が適宜用いられている。
【００４８】
ＰＤ１４５、１４６は、それぞれ波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の一部を光分岐素子で分岐したものを受光し、それぞれの出力電力（強度レベル）を測定している。測定結果は、それぞれＴＥＣ駆動回路１４３、１４４に伝送される。また、光カプラ１１５から出力される合成波の一部を光分岐素子で分岐し、これをエタロンフィルタ１４９、１５０を経由してＰＤ１４７、１４８に入射している。ＰＤ１４７、１４８は、エタロンフィルタ１４９、１５０を経由して入射した所定の周波数のレーザ光の強度を測定しており、測定結果はそれぞれＴＥＣ駆動回路１４３、１４４に伝送される。
【００４９】
エタロンフィルタ１４９、１５０は、所定の周波数帯の光のみを通過させるものであり、ここでは、それぞれ波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数帯に一致するように調整されている。エタロンフィルタ１４９、１５０の通過周波数帯は、それぞれに具備されたＴＥＣ１５１、１５２を用いた温度制御で調整することができる。これより、ＰＤ１４７、１４８は、波長可変レーザ１１１、１１２から出力される所定周波数のレーザ光の強度を測定することができ、波長可変レーザ１１１、１１２の出力波長（出力周波数）を監視することができる。
【００５０】
ＴＥＣ駆動回路１４３、１４４は、ＰＤ１４５〜１４８からそれぞれの測定結果を入力し、波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光のそれぞれの周波数が所望の周波数に安定的に一致し、かつ両者の出力電力が一致するように、ＴＥＣ１４１、１４２を制御している。本実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２にＳＯＡ１１３、１１４、ＴＥＣ１４１、１４２、及びＴＥＣ駆動回路１４３、１４４を一体化してモジュール化しており、これにより、従来は極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することが可能となっている。また、モジュール化に当たっては、ＴＥＣ１４１、１４２間の熱的アイソレーションを確保した構造としている。
【００５１】
本実施形態の波長可変レーザ１１１、１１２及びＬＤ制御回路１１６に用いられる波長可変光源の一例を、図を用いて詳細に説明する。以下では、波長可変レーザ１１１について説明するが、波長可変レーザ１１２も同じ構成とすることができる。図３は、波長可変レーザ１１１に温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いたときの波長可変光源２０の構成を示すブロック図である。半導体レーザ（ＬＤ）２１（波長可変レーザ１１１に相当）とＳＯＡ２２（ＳＯＡ１１３に相当）は、ＴＥＣ温度検出器２４を取り付けたＴＥＣ２３上に搭載されている。レーザ光出力経路には２つの光分岐素子２５、２６が配置されている。光分岐素子２５による分岐光は、エタロンフィルタ等の波長フィルタ２７（エタロンフィルタ１４９に相当）を介して第１ＰＤ２８（ＰＤ１４７に相当）に入射される。光分岐素子２６による分岐光は、そのまま第２ＰＤ２９（ＰＤ１４５に相当）に入射される。以上の部品は、図３の破線で示すように、すべて同一モジュール内に収容されている。
【００５２】
ＬＤ駆動電流モニタ回路３１の出力アナログ値は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３２を介して、ＬＤ電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取得される。ＬＤ電流モニタ値と所定のＬＤ電流目標値との差分情報に基づき、ＣＰＵ３０でＬＤ電流制御指示値が更新され、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３３を介してＬＤ電流駆動回路３４に出力される。ＬＤ電流駆動回路３４では、ＬＤ電流制御指示値に基づいてＬＤ２１の自動電流制御（ＡＣＣ：Automatic Current Control）が実現される。
【００５３】
第２ＰＤモニタ回路３５の出力アナログ値は、ＡＤＣ３６を介して、第２ＰＤ２９の受光パワーに対応する電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれる。光出力パワー目標値に対応する電流目標値と第２ＰＤ２９の電流モニタ値との差分情報に基づき、ＳＯＡ電流制御指示値が更新され、ＤＡＣ３７を介してＳＯＡ電流駆動回路３８に出力される。ＳＯＡ電流駆動回路３８では、ＳＯＡ電流制御指示値に基づいてＳＯＡ２２の自動光出力制御（ＡＰＣ：Automatic Power Control）が実現される。ＳＯＡ電流モニタ回路３９を実装しているので、ＳＯＡ２２の自動電流制御（ＡＣＣ）を併用する方式でも良いし、ＡＰＣとＡＣＣとのどちらか一方を選択する方式でも良い。
【００５４】
ＴＥＣ温度モニタ回路４１の出力アナログ値は、ＡＤＣ４２を介してＴＥＣ温度モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれる。ＴＥＣ温度目標値と上記ＴＥＣ温度モニタ値との差分情報に基づき、ＴＥＣ温度制御指示値が更新され、ＤＡＣ４３を介してＴＥＣ駆動回路４４（ＴＥＣ駆動回路１４３に相当）に出力される。ＴＥＣ駆動回路４４では、ＴＥＣ温度制御指示値に基づいてＴＥＣ２３の自動温度制御（ＡＴＣ：Automatic Temperature Control）が実現される。
【００５５】
第１ＰＤモニタ回路４５と第２ＰＤモニタ回路３５の出力アナログ値は、それぞれＡＤＣ４６、３６を介して、第１ＰＤ電流モニタ値と第２ＰＤ電流モニタ値としてＣＰＵ３０に取り込まれ、ＰＤ電流比モニタ値（第１ＰＤ電流モニタ値／第２ＰＤ電流モニタ値）が導出される。波長目標値に対応するＰＤ電流比目標値と上記ＰＤ電流比モニタ値との差分情報に基づき、波長制御指示値が更新され、ＤＡＣ４３を介してＴＥＣ駆動回路４４に出力される。ＴＥＣ駆動回路４４では、波長制御指示値に基づいて自動波長制御（ＡＷＣ：Automatic Wavelength Control）が実現される。波長とＰＤ電流比（第１ＰＤ電流モニタ値／第２ＰＤ電流モニタ値）との間には、図４に示すような周期的な関係がある。この曲線は一般的に波長弁別曲線と呼ばれており、あらかじめ波長ごとに決められたＰＤ電流比目標値に収束させることになる。
【００５６】
上記のＡＴＣとＡＷＣは、どちらもＴＥＣ駆動回路４４の制御指示値を更新するものであるが、ＡＴＣとＡＷＣを併用する方式でもよいし、どちらか一方を選択する方式でもよい。
【００５７】
波長可変光源２０の初期化完了後で遷移可能な安定状態は、光出力オフ状態と光出力オン状態である。光出力オフ状態とは、波長可変光源として外部への光出力が無視できる状態を意味する。このことが保証されるのであれば、ＴＥＣ２３のＡＴＣとＬＤ２１のＡＣＣをともに稼動させてもよいし、ＴＥＣ２３のＡＴＣのみを稼動させてもよい。ＴＥＣ２３のＡＴＣとＬＤ２１のＡＣＣの両方を、必ずしも稼動させる必要はない。光出力オン状態とは、上位装置から指定された所望の波長、ならびに所望の光出力パワーを出力できている状態を意味する。
【００５８】
光出力オフ状態で波長変更命令、および光出力パワー変更命令を受信した場合には、図５に示す目標値決定プロセスのフローチャートに従い、各種制御の目標値を決定する。すなわち、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応したＡＷＣ目標値（第１ＰＤ電流／第２ＰＤ電流）と、ＡＰＣ目標値（第２ＰＤ電流）の決定、ならびに目標波長に対応したＡＣＣ目標値（ＬＤ電流）とＡＴＣ目標値（ＴＥＣ温度）を決定する。４つの目標値を決定しているが、その順番は入れ替えても問題ない。
【００５９】
ここでは、光出力パワー変更命令を受信した場合でも、４つの目標値を変更することになっているが、目標光出力パワーに関連する２つの目標値だけを更新してもよい。すなわち、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応したＡＷＣ目標値（第１ＰＤ電流／第２ＰＤ電流）とＡＰＣ目標値（第２ＰＤ電流）の決定を行なうだけでもよい。
【００６０】
光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合には、以下の手順に従って光出力オン状態に遷移させ、その時点の目標波長ならびに目標光出力パワーに対応した各種制御の目標値を決定する。すでに、光出力オフ状態で実行済みであれば必ずしも行なわなくともよい。引き続き、ＡＴＣ目標値とＴＥＣ温度モニタ値との差分、およびＡＣＣ目標値とＬＤ電流モニタ値との差分のそれぞれが許容値以下に収束するように、ＡＴＣとＡＣＣの制御処理を行なう。このとき、すでに光出力オフ状態でＡＴＣとＡＣＣが稼働中であれば、それぞれの目標値を変更することにより、自動制御を継続させることになる。
【００６１】
ＡＴＣとＡＣＣの制御処理でそれぞれの目標値に収束できたことを確認した後は、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理を開始させる。ＡＴＣ目標値とＴＥＣ温度モニタ値との差分、ＡＣＣ目標値とＬＤ電流モニタ値、ＡＰＣ目標値と第２ＰＤ電流モニタ値との差分、およびＡＷＣ目標値とＰＤ電流比モニタ値との差分、のそれぞれが許容値以下に収束するように、ＡＴＣ、ＡＣＣ、ＡＰＣ、及びＡＷＣの制御処理を行なう。すべての収束条件を満足できれば、光出力オン状態に遷移できたことになる。
【００６２】
ここでは、ＡＰＣとＡＷＣを同時に稼動させたが、ＡＰＣが収束した後にＡＷＣを稼動させてもよい。また、ＡＴＣとＡＷＣとを同時に稼動させているが、ＡＷＣを稼動させる場合にはＡＴＣを停止する方式でも良い。
【００６３】
一方、光出力オン状態で波長変更命令、および光出力パワー変更命令を受信した場合には、上記の光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合と同様の手順に従い、光出力オン状態に遷移させる。但し、目標値決定プロセスを実行する前に、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理をこの順番で停止する点が、上記の光出力オフ状態で光出力オン命令を受信した場合と異なる。これは、共用できない指定波長以外の信号光の発出を抑止する対策である。これでも光出力レベルが無視できない場合には、ＡＷＣ停止の前にＡＣＣの制御処理も停止することで対応することになる。
【００６４】
ここで、光出力パワー変更過程における出力波長の変動量が、運用上許容されるレベルであれば、光出力オン状態で光出力パワー変更命令を受信した場合に、上記のＡＰＣとＡＷＣの制御処理を停止させることなく、目標値決定プロセスを実行してもよい。すなわち、図６に示すフォローチャートに従った制御処理となる。
【００６５】
光出力オン状態で光出力オフ命令を受信した場合には、ＡＰＣとＡＷＣの制御処理をこの順番で停止させ、光出力オフ状態に遷移させる。これは、光出力オフ状態に遷移させる過程で、所望の波長以外の信号光を外部に出力しない対策である。ＡＰＣを停止するだけでは、光出力レベルが無視できない場合には、ＡＷＣを停止する前にＬＤ２１のＡＣＣも停止することで対応することになる。
【００６６】
このように、各種制御処理の目標値、すなわちＡＷＣ目標値、ＡＰＣ目標値、ＡＣＣ目標値、ＡＴＣ目標値を、目標波長と目標光出力パワーの組合せにより決定しているので、波長可変光源モジュールの内部で発生する発熱量や散乱光の影響を抑制することができ、波長可変光源に求められている出力波長や光出力パワーの設定精度や安定性を確保できる。上記で示した目標値決定プロセスは、採用する制御方式に対応させて、以下のように適宜調整してもその効果に変わりはない。
【００６７】
第２ＰＤ２９の受光パワーに対応する第２ＰＤ電流値を目標とするＡＰＣではなく、第２ＰＤ受光パワーそのものを目標値とするＡＰＣ制御を採用する場合には、第２ＰＤ電流値から第２ＰＤ受光パワーに変換するための係数α（λ、Pow）を更新することで対応できる。この変換係数α（λ、Pow）は、式（１）に示すように、その時点の目標波長λと目標光出力パワーPowの組合せにより一意に決定されるものである。変換係数α（λ、Pow）は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、目標波長と目標光出力パワーの組合せにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。
第２ＰＤ受光パワー＝α（λ、Pow）×第２ＰＤ電流 （１）
【００６８】
また、各ＰＤ受光パワーに対応するＰＤ電流値（第１ＰＤ電流、第２ＰＤ電流）やＴＥＣ温度は、動作環境温度により変動する可能性がある。この場合、ＡＤＣ値からＰＤ電流に変換する係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、およびＴＥＣ目標温度を補正する係数Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）を、その時点の環境温度Ｔ（ケース温度：図３参照）で補正する方式を採用することで、環境温度依存性を抑制することができる。その結果、波長可変光源を高精度で安定に動作させることができる。
【００６９】
上記の変換係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）は、次式（２）、（３）に示すように、その時点の環境温度Ｔにより一意に決定されるものである。変換係数Ａ（Ｔ）、Ｂ（Ｔ）、Ｃ（Ｔ）、Ｄ（Ｔ）は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、環境温度Ｔにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。ＡＤＣ値と物理値との関係が非線形である場合には、変換そのものをテーブル参照方式で対応しても良い。
第２ＰＤ電流＝Ａ（Ｔ）×ＡＤＣ値＋Ｂ（Ｔ） （２）
ＴＥＣ温度＝Ｃ（Ｔ）×ＡＤＣ値＋Ｄ（Ｔ） （３）
【００７０】
さらに、第２ＰＤ電流から第２ＰＤ受光パワーに変換するプロセスとして（１）式を採用する制御方式の場合には、第２ＰＤ電流から第２ＰＤ受光パワーに変換する係数β（λ）の目標波長依存性を補償する仕組みと、第２ＰＤ受光パワーを補正する係数γ（Pow）の目標光出力パワー依存性を補償する仕組みとを併用する。その結果、波長可変光源は高精度で安定に動作させることができる。
【００７１】
この変換係数は、次式（４）に示すように、その時点の目標波長と目標光出力パワーにより一意に決定されるものである。変換係数β(λ)と補正係数γ(Pow)は、テーブル化してメモリ４７に格納しておき、目標波長と目標光出力パワーの組み合わせにより、選択する方式や補完する方式で対応できる。式（４）の変換係数β(λ)と補正係数γ(Pow)は、式（１）の変換係数α(λ、Pow)をλとPowの独立性に注目して分割したものである。この方式で対応できる場合には、テーブル化された変換係数や補正係数の容量を圧縮できるので、式（１）の方式より効率がよい。
第２ＰＤ受光パワー＝β（λ）×γ（Ｐｏｗ）×第２ＰＤ電流 （４）
【００７２】
以上のように、波長可変光源の制御方式に対応させて、目標値決定プロセスを適宜調整することで、波長可変光源として高精度で安定な動作を確保できる。要は、その時点の目標波長と目標光出力パワーの組合せに対応させて、各種制御の目標値、モニタ値の変換係数や補正係数を調整すればよい。
【００７３】
さらに、環境温度の影響が無視できない場合には、その時点の目標波長、目標光出力パワーに加えて、環境温度にも対応させて、各種制御の目標値、モニタ値の変換係数や補正係数を調整することで、さらに高精度で安定な波長可変光源を実現できる。
【００７４】
上記の波長可変光源の一例では、半導体レーザに温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を例示して説明した。しかし、これに限定されるものではなく、電流制御型半導体レーザに置き換えてもよい。ただし、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）と温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）との間では、以下の点で異なる。温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の場合には、ＡＷＣをＴＥＣ駆動回路の制御指示値を更新することで実現したが、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＬＤ駆動回路の制御指示値を更新することになる。そのため、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＬＤのＡＣＣとＡＷＣはどちらもＬＤ駆動回路の制御指示値を更新するものとなるが、ＡＣＣとＡＷＣの併用する方式でも良いし、どちらか一方の選択する方式でも良い。
【００７５】
さらに、温度調整型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の場合には、ＬＤのＡＣＣを独立で動作させていたが、電流制御型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）の場合には、ＴＥＣのＡＴＣを独立で動作させることになる。
【００７６】
なお、上記では、ＰＤ１４５〜１４８を用いて、波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の出力電力の監視と周波数の監視を別々に行う構成としたが、ＰＤ１４５〜１４８に代えて、出力電力と周波数を同時に監視できるＯＰＭを用いてもよい。ＯＰＭは、例えば光カプラ１１５の出力側に設けることができる。ＯＰＭを用いることで、波長可変レーザ１１１、１１２から出力される２つのレーザ光をそれぞれの波長に精度よく分離してそれぞれの出力電力を監視することができる。
【００７７】
次に、センサヘッド部１２０のテラヘルツ源１２１と検知部１２３について、図７を用いて詳細に説明する。センサヘッド部１２０は、図１に示すように、テラヘルツ源１２１と検知部１２３を備えており、７（ａ）、（ｂ）は、それぞれの斜視図を示している。
【００７８】
テラヘルツ源１２１は、所定の半導体材料からなる基板１６１の一方の面にアンテナ１６２を配置して構成されている。アンテナ１６２は、平行に配置された伝送線路１６３、１６４と、伝送線路１６３、１６４のそれぞれの略中央に形成された突起部１６５、１６６で構成されている。突起部１６５、１６６は、両者の間に小さなギャップが設けられており、微小ダイポールアンテナを形成している。また、伝送線路１６３、１６４の間には、直流電源１６７から直流バイアスが印加されている。
【００７９】
上記のように構成されたテラヘルツ源１２１において、アンテナ１６２のギャップ部に光導波路１３１から出射された合成波を照射すると、照射された合成波からなるテラヘルツ相当のビート信号がテラヘルツ波に変換されて発生し、基板１６１の他方の面から出射される。出射されたテラヘルツ波のビームを半球レンズ１２２で拡大して被測定物１０に照射し、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を半球レンズ１２４で集光して検知部１２３に入射させる。検知部１２３では、入射したテラヘルツ波に対応する信号を検知する。
【００８０】
テラヘルツ源１２１の基板１６１に用いる非線形材料として、波長可変レーザ１１１、１１２の出力波長に対応した不純物準位（吸収帯）を有するとともに、出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料を用いるのがよい。従来は、例えば１．５μｍ帯の光源に対しては、ＤＡＳＴと呼ばれる有機結晶や、低温成長ＧａＡｓが採用されることが多かった。しかし、高出力のテラヘルツ波を発生させるために高電圧で直流バイアスを印加したときの劣化や、結晶体への光波照射による劣化などにより、テラヘルツ源の信頼性に課題があった。
【００８１】
そこで、本実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１にＧａＮ基板を用いるようにしている。発明者らは、ＧａＮが、その結晶成長のプロセスの特徴から、結晶内に欠陥を多く含んだ材料であり、低温成長ＧａＡｓと同様に、テラヘルツ波を発生させる材料として好適であることを見出した。ＧａＮは、その耐圧性及び信頼性から、高電圧環境においても、高い信頼度を有するテラヘルツ源を実現することができる。また、ＧａＮのもつ高周波特性から、テラヘルツ源１２１にＧａＮを用いた増幅素子も集積することにより、高出力のテラヘルツ波を発生させることができる。
【００８２】
また、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が１．３μｍまたは１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を用いることができる。
【００８３】
波長可変レーザ１１１、１１２から波長が６５０ｎｍ〜１．５μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板、ないしは、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を用いることができる。波長可変レーザ１１１、１１２から出射されるレーザ光の波長を６５０ｎｍ〜１．５μｍ帯と広くする場合には、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体のどの材料を組み合わせるかで、テラヘルツ波の出力レベルが異なってくる。とくに、１．５μｍ帯では、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体にＥｒやＢｅのような金属をドープしてもよい。
【００８４】
さらに、波長可変レーザ１１１、１１２から波長が０．９８μｍ帯のレーザ光が出射されるときには、テラヘルツ源１２１の基板１６１に、ＧａＡｓからなる基板を用いるのがよい。
【００８５】
検知部１２３は、図７（ｂ）に示すように、テラヘルツ波受信部１７０と広帯域検出回路１８０を備えている。テラヘルツ波受信部１７０は、テラヘルツ源１２１と同様な構成を有しており、所定の半導体材料からなる基板１７１の一方の面にアンテナ１７２が配置されている。アンテナ１７２は、アンテナ１６２と同様に、平行に配置された伝送線路１７３、１７４と、伝送線路１７３、１７４のそれぞれの略中央に形成された突起部１７５、１７６で構成されている。突起部１７５、１７６は、両者の間に小さなギャップが設けられており、微小ダイポールアンテナを形成している。
【００８６】
アンテナ１７２では、アンテナ１６２と異なり、伝送線路１７３、１７４の間に直流バイアスは印加されておらず、それに代えて電流計１８１が接続されている。電流計１８１で測定された電流は、ＡＤＣ１８２でデジタル信号に変換され、信号線１３３を経由してデータ処理回路１１８に伝送される。データ処理回路１１８では、信号線１３３を経由して入力したデジタル信号を強度信号等に変換し、これをもとに被測定物１０のイメージング処理等を行う。本実施形態では、広帯域検出回路１８０が電流計１８１とＡＤＣ１８２を備える構成としている。
【００８７】
検知部１２３を、上記のようなテラヘルツ波受信部１７０と広帯域検出回路１８０を用いて構成することにより、検知部１２３の小型化が容易となる。また、検知部１２３の別の実施形態として、上記のテラヘルツ波受信部１７０及び広帯域検出回路１８０に代えて、テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを用いることも可能である。このような構成としても、検知部を小型化することができる。
【００８８】
本実施形態のテラヘルツイメージング装置１００を用いて、被測定物１０を測定する方法を以下に説明する。テラヘルツイメージング装置１００は、本体部１１０に２つの波長可変レーザ１１１、１１２を備えており、それぞれのＴＥＣ１４１、１４２を温度制御することで、それぞれの出射レーザ光の波長を調整することが可能となっている。これにより、ＴＥＣ１４１、１４２の温度制御を時系列的に行うことで、テラヘルツ源１２１から出力されるテラヘルツ波の周波数を時系列的に調整することが可能となっている。
【００８９】
テラヘルツ波の周波数を時系列的に調整する一例を、図８及び図９を用いて説明する。図８では、一方の波長可変レーザ１１１の出力周波数（符号Ｓ１で示す）を所定の値に固定し、他方の波長可変レーザ１１２の出力周波数（符号Ｓ２で示す）を時系列的に連続的に変化させた例を示している。テラヘルツ波の周波数は、波長可変レーザ１１１と１１２の周波数の差となることから、符号Ｓ３で示すように時系列的に連続して変化する。
【００９０】
図８に示すように、周波数が時系列的に変化するテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、被測定物１０に固有の周波数応答（イメージング）を得ることができる。周波数応答の一例を、図１０に模式的に示す。同図では、検出したい物質Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの周波数応答を模式的に示している。図８に示すような周波数が時系列的に連続的に変化するテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、データ処理回路１１８において周波数応答が得られる。得られた周波数応答を、図１０に示す検出したい物質の周波数応答と比較することで、被測定物１０が検出したい物質Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか、あるいは検出したい物質でないことを判定することができる。
【００９１】
また、図９では、一方の波長可変レーザ１１１の出力周波数（符号Ｓ４で示す）を所定の値に固定し、他方の波長可変レーザ１１２の出力周波数（符号Ｓ４で示す）を時系列的に所定の周波数にステップ状に変化させた例を示している。この場合には、テラヘルツ波の周波数も、符号Ｓ３で示すように、時系列的に特定の周波数にステップ状に変化する。このようなテラヘルツ波を被測定物１０に照射することで、特定の周波数に対する被測定物１０の周波数応答を得ることができる。検出したい物質が、特定の周波数で固有の応答を示すときは、図９に示すようなテラヘルツ波を用いるのがよい。
【００９２】
上記実施形態のセンサヘッド部１２０は、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３で検知する構成としているが、これに代えて、被測定物１０で反射されたテラヘルツ波を検知部１２３で検知するように構成することも可能である。被測定物１０で反射されたテラヘルツ波を検知部１２３で検知するように構成されたセンサヘッド部１２０の実施形態を、図１１のブロック図に示す。
【００９３】
また、上記実施形態では、検知部１２３のテラヘルツ波受信部１７０と半球レンズ１２４をともにセンサヘッド部１２０に設ける構成としていたが、テラヘルツ波受信部１７０を本体部１１０側に設け、センサヘッド部１２０には、テラヘルス源１２１と半球レンズ１２４を設ける構成とすることも可能である。この場合には、信号線１３３に代えて複合ケーブル１３０に所定のテラヘルツ波導波路を配索させ、被測定物１０を透過または反射したテラヘルツ光を半球レンズ１２４で集光させる。そして、集光させたテラヘルツ波を所定のテラヘルツ波導波路に入射させ、このテラヘルツ波導波路を経由して本体部１１０側に設けたテラヘルツ波受信部１７０に出射させる。
【００９４】
さらに、本実施形態のセンサヘッド部１２０では、テラヘルツ源１２１で発生させたテラヘルツ波を被測定物１０に広範囲に照射し、被測定物１０を透過したテラヘルツ波を検知部１２３に入射させるために、レンズ１２３、１２４にそれぞれ半球レンズを用いているが、これに限定されず、例えば凹レンズ及び凸レンズを用いて構成することも可能である。
【００９５】
この発明によれば、テラヘルツ源を備えたセンサヘッド部を小型化することが容易であり、センサヘッド部を被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、レーザ光源の波長可変を可能とするＬＤ制御回路を波長可変レーザと一体化させてモジュール化することによって、従来、極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することができる。また、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源の材料にＧａＮを採用することによって、高い駆動電圧条件においても、高い信頼性を有するテラヘルツ源を実現することができる。さらに、ＧａＮを用いた増幅素子も集積すれば、テラヘルツ波の高出力化にも寄与する。
【００９６】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施の形態を図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置２００の全体構成を示すブロック図である。テラヘルツ源１２１におけるテラヘルツ波の発生効率は、光導波路１３１を経由してセンサヘッド部１２０に伝播された合成波が、テラヘルツ源１２１に照射される時点でどのような状態にあるかに影響される。すなわち、合成波がテラヘルツ源１２１に照射される時点で、２つのレーザ光の偏波が所定の条件を満たし、かつ２つのレーザ光の出力電力がほぼ等しいときに、テラヘルツ源１２１からテラヘルツ波が効率よく発生される。
【００９７】
２つのレーザ光の偏波については、それぞれが波長可変レーザ１１１、１１２から出射されたときの偏波面を維持している、あるいは、偏波面が回転（円偏波）している、との条件が満たされているときに、テラヘルツ波が効率よく発生される。そこで、本実施形態では、光導波路２３１が、光導波路１３１を伝播するレーザ光の偏波面を回転させる、または維持する偏波面調整手段２０１を有する構成としている。
【００９８】
図１２に示す本実施形態のテラヘルツイメージング装置２００では、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を回転させるために、偏波面調整手段２０１として、光導波路１３１の途中にデポラライザを配置している。デポラライザは、２つのレーザ光の偏波面を回転させることができる。また、デポラライザを配置する代わりに、光導波路１３１に用いる光ファイバを、光カプラ１１５との融着面を所定幅だけ軸ずれさせて接続するようにしてもよい。この場合には、光導波路１３１に用いる光ファイバと光カプラ１１５との融着面が偏波面調整手段となる。
【００９９】
一方、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を維持させる偏波面調整手段として、光導波路１３１にパンダファイバを用いることができる。
【０１００】
上記のように、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を回転、または維持する機能を具備することによって、２つのレーザ光の合成波が有するビート成分のレベル変動を抑制し、効率の高いテラヘルツ波発生を実現することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、光導波路１３１から出力される２つのレーザ光の出力電力が等しくなるように制御するために、テラヘルツ源１２１の手前にさらに出力監視手段２０２を備えている。出力監視手段２０２は、２つのレーザ光のそれぞれの出力電力を測定して両者の差（以下では、出力誤差とする）を算出している。２つのレーザ光のそれぞれの出力電力を測定するのに、例えばＯＰＭを用いることができる。
【０１０２】
出力監視手段２０２で算出された出力誤差は、複合ケーブル１３０に追加された制御用信号線２０３を経由してＬＤ制御回路１１６に伝送される。ＬＤ制御回路１１６は、出力監視手段２０２から入力した出力誤差に従って、波長可変レーザ１１１、１１２の駆動電流またはＳＯＡ１１３、１１４の駆動電流を制御することで、テラヘルツ源１２１に照射される２つのレーザ光の出力電力が等しくなるように調整する。これにより、テラヘルツ源１２１で効率よくテラヘルツ波が発生される。
【０１０３】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施の形態を図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置３００の全体構成を示すブロック図である。テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波は、２つのレーザ光の周波数の差に相当する周波数を有している。しかしながら、２つのレーザ光からなる合成波がテラヘルツ源１２１に照射された時点で、両者の間に出力電力に差が生じていると、発生するテラヘルツ波の周波数が変化するおそれがある。そこで、本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されたテラヘルツ波の周波数を直接測定するようにしている。
【０１０４】
本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波のうち、被測定物１０の方向に照射されない漏れ光を波長検知部３０１で受光するようにしている。波長検知部３０１では、受光したテラヘルツ波の波長または周波数に対応する電圧値に変換し、これを複合ケーブル１３０に追加した制御用信号線３０３を経由して本体部１１０の例えばＬＤ制御回路１１６に伝送する。
【０１０５】
しかし、波長検知部３０１では、電圧値への変換効率のばらつきにより、受光したテラヘルツ波の波長に対応する電圧値に正確に変換されていないおそれがある。また、変換された電圧値が制御用信号線３０３を経由して本体部１１０に伝送されるまでに、制御用信号線３０３の影響等を受けて変動してしまうおそれがある。このように、本体部１１０に伝送された電圧値が、テラヘルツ波の波長に精度よく対応していない場合には、テラヘルツ波の周波数を所望の周波数に制御することができなくなる。
【０１０６】
そこで、本実施形態のテラヘルツイメージング装置３００では、本体部１１０に電圧較正手段３０２を設け、ここで、上記の変換効率のばらつきや制御用信号線３０３の影響等を取り除くように、伝送された電圧値を較正している。
【０１０７】
制御用信号線３０３を経由して伝送された電圧値の較正方法を以下に説明する。まず、あらかじめ工場出荷時に、所定の高精度な波長検出器を用いてテラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波の周波数を直接測定する。それと同時に、波長検知部３０１で受光されたテラヘルツ波から電圧値に変換され、制御用信号線３０３を経由して本体部１１０に伝送された電圧値を取得する。これより、波長検出器で正確に測定されたテラヘルツ波の波長と、本体部１１０に伝送された電圧値とを対応させた較正用テーブルを作成する。電圧較正手段３０２は、事前に作成された上記の較正用テーブルを保存し、テラヘルツ波の波長を推定するのに用いる。
【０１０８】
電圧較正手段３０２において、較正用テーブルを用いてテラヘルツ波の波長を制御する方法を以下に説明する。電圧較正手段３０２は、波長検知部３０１から制御用信号線３０３を経由して電圧値が伝送されると、これを事前に保存している較正用テーブルを用いてテラヘルツ波の波長に変換する。そして、変換された波長をＬＤ制御回路１１６に出力する。ＬＤ制御回路１１６では、電圧較正手段３０２から入力した波長が所望のテラヘルツ波の波長に一致するように、波長可変レーザ１１１、１１２の出力電力等を制御する。
【０１０９】
上記のように、本実施形態では、テラヘルツ源１２１で発生されるテラヘルツ波を受光し、その波長が所望の波長に一致するように波長可変レーザ１１１、１１２を制御するように構成されていることから、非対象物の周波数応答を高精度に測定することが可能となる。
【０１１０】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施の形態を図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態のテラヘルツ源１２１に備えられたアンテナ４６２の平面図である。第２実施形態のテラヘルツイメージング装置２００では、光導波路１３１を伝播する２つのレーザ光の偏波面を維持するために、光導波路１３１にパンダファイバを用いている。しかしながら、２つのレーザ光が光導波路１３１を出射してからテラヘルツ源１２１に照射されるまでの間に、２つのレーザ光の偏波面がずれるおそれがある。２つのレーザ光がテラヘルツ源１２１に到達する時点で偏波面がずれていると、発生されるテラヘルツ波の出力が低下してしまう。
【０１１１】
そこで、本実施形態では、テラヘルツ源１２１のアンテナ４６２を、図１４に示すような形状としている。すなわち、アンテナ４６２の突起部４６５、４６６を、先端部が凹状の曲線形状となるように形成している。このように、突起部４６５、４６６の先端部を凹状の曲線形状に形成していると、その間に照射された２つのレーザ光の偏波面が一致するようになるといった効果が得られる。
【０１１２】
上記いずれの実施形態においても、テラヘルツ源を備えたセンサヘッド部を小型化することが容易であり、センサヘッド部を被測定物の近傍に移動させて測定することが可能となる。また、レーザ光源の波長可変を可能とするＬＤ制御回路を波長可変レーザと一体化させてモジュール化することによって、従来、極めて高価であったレーザ光源部を小型・低コスト化することができる。また、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ源の材料にＧａＮを採用することによって、高い駆動電圧条件においても、高い信頼性を有するテラヘルツ源を実現することができる。さらに、ＧａＮを用いた増幅素子も集積すれば、テラヘルツ波の高出力化にも寄与する。
【０１１３】
（第５実施形態）
本発明の第５の実施の形態を図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置５００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のテラヘルツイメージング装置５００では、テラヘルツ源１２１から高い電力のテラヘルツ波が得られるようにするために、本体部５１０に光源部５０１を複数設けている。図１６では、一例として光源部５０１ａ〜５０１ｄの４つの光源部を設けている。なお、本体部５１０に設ける光源部５０１の数は４つに限定されず、必要に応じて適宜増減させることができる。
【０１１４】
各光源部５０１（５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれ）は、第１実施形態の本体部１１０と同様に、波長可変レーザ１１１、１１２及びそれぞれに設けられたＳＯＡ１１３、１１４と、光カプラ１１５と、ＬＤ制御回路１１６とを備えている。本体部５１０は、上記の４つの光源部５０１ａ〜５０１ｄと、アナログ回路１１７と、データ処理回路１１８とを備えて構成されている。
【０１１５】
各光源部５０１ａ〜５０１ｄにはそれぞれ光導波路５３１ａ〜５３１ｄが接続されており、各光源部５０１ａ〜５０１ｄの光カプラ１１５で生成された合成波が、それぞれに接続された光導波路５３１ａ〜５３１ｄでセンサヘッド部１２０側に伝送される。各光源部５０１ａ〜５０１ｄの光カプラ１１５から出力される合成波は、同位相でそれぞれの光導波路５３１ａ〜５３１ｄに入力される。センサヘッド部１２０側にはＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）５３５が設けられており、各光導波路５３１ａ〜５３１ｄがＰＬＣ５３５に接続されている。ＰＬＣ５３５には、各光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される合成波を合波する合波部５３５ａが形成されており、合波された光が光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力される。
【０１１６】
本実施形態では、光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される複数の合成波を合波させるのにＰＬＣ５３５を用いているが、ＰＬＣ５３５を用いることで各合成波の位相をそろえた上で合波部５３５ａで合波させるようにすることができる。すなわち、光導波路５３１ａ〜５３１ｄとＰＬＣ５３５との各接続点から合波部５３５ａまでの光導波路の長さをそれぞれで調整する（位相調整部）ことにより、合波部５３５ａで合波されるときには各合成波の位相がそろっているようにすることができる。各合成波の位相をそろえて合波部５３５ａで合波することにより、テラヘルツ源１２１に対しより高い電力のテラヘルツ波を出力させるようにすることができる。なお、各合成波の位相をそろえる別の方法として、光導波路５３１ａ〜５３１ｅのそれぞれの長さを調整して行うことも可能である。
【０１１７】
上記のように、本体部５１０に複数の光源部５０１を設けてセンサヘッド部１２０側に設けられたＰＬＣ５３５に複数の合成波を出力させ、ＰＬＣ５３５で複数の合成波を合波させたのち光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力させる構成とすることにより、テラヘルツ源１２０に高電力の合成波を照射することができる。その結果、テラヘルツ源１２１から高電力のテラヘルツ波を出力させることが可能となる。
【０１１８】
第１実施形態では、波長可変レーザ１１１、１１２からそれぞれ異なる周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させているが、本実施形態でも光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２からそれぞれ周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させるようにすることができる。これにより、周波数ω１、ω２のレーザ光からなる合成波の電力を高くすることができ、テラヘルツ源１２１に高い電力の合成波を与えて高い電力のテラヘルツ波を出力させることが可能となる。
【０１１９】
あるいは、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれで周波数の異なるレーザ光を波長可変レーザ１１１、１１２から出力させるようにすることも可能である。一例として、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１及び１１２から、それぞれ周波数ω１及びω２、ω３及びω４、ω５及びω６、ω７及びω８、のレーザ光を出力させるようにすることができる。このとき、式（５）より各周波数は次式を満たすように設定される。
｜ω１−ω２｜＝｜ω３−ω４｜＝｜ω５−ω６｜＝｜ω７−ω８｜ （６）
【０１２０】
このように、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数がすべて異なるように設定することで、ＰＬＣ５３５で合波された混合波が、各周波数では比較的低い電力を持つことになる。これに対し、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２で同じ周波数ω１、ω２のレーザ光を出力させる場合には、周波数ω１、ω２で高い電力を持つことになり、これが光導波路５３１ｅを経由してテラヘルツ源１２１に出力されることになる。
【０１２１】
特定の周波数で電力の高い光が光導波路（光ファイバ）５３１ｅを導波すると、光ファイバの非線形特性により非線形な影響を受けてテラヘルツ源１２１に出力されてしまう。その結果、例えば光導波路５３１ｅが長くなると、十分な高さの電力を有するテラヘルツ波を出力させることができなくなることも考えられる。これに対し、光源部５０１ａ〜５０１ｄのそれぞれの波長可変レーザ１１１、１１２から出力されるレーザ光の周波数をすべて異なるようにすると、光導波路５３１ｅに導波させる混合波のピーク電力を低くすることができ、非線形な影響を十分に低減させることが可能となる。その結果、テラヘルツ源１２１から高い電力を有するテラヘルツ波を出力させることができる。
【０１２２】
本実施形態では、本体部５１０で生成された合成波が光ファイバからなる光導波路５３１ａ〜５３１ｄを経由してＰＬＣ５３５まで伝送されている。そのため、光導波路５３１ａ〜５３１ｄが長くなると、光ファイバにおける分散の影響により光パルス（合成波）のパルス幅が広がってピーク強度が低下してしまうことも考えられる。そこで、ＰＬＣ５３５に入力された合成波に対し分散補償（歪補償）を行うようにすることにより、光パルスの広がりを抑制することができる。本実施形態では、分散補償を行う分散補償部をＰＬＣ５３５に設けることができる。
【０１２３】
分散補償部を備えたＰＬＣの一例を図１７に示す。図１７は、分散補償部５３５ｂを備えたＰＬＣ５３５’の一例を示す斜視図である。分散補償部５３５ｂは、分散補償が可能な非線形デバイスで形成されており、合波部５３５ａで合波された合成波を入力して分散補償した後、これを光導波路５３１ｅを経由してセンサヘッド部１２０に出力するようにしている。このように、分散補償部５３５ｂを設けてテラヘルツ源１２１に出力される合成波の分散補償を行うことにより、さらに高出力かつ安定なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。なお、ＰＬＣ５３５に分散補償部５３５ｂを設けるのに代えて、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を光導波路５３１ａ〜５３１ｄまたは光導波路５３１ｅに接続するようにしてもよい。
【０１２４】
（第６実施形態）
本発明の第６の実施の形態を図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００の全体構成を示すブロック図である。第５実施形態では、光導波路５３１ａ〜５３１ｄから出力される複数の合成波の位相をそろえるために、ＰＬＣ５３５上の光導波路５３１ａ〜５３１ｄとの接続点から合波部５３５ａまでの光導波路の長さを調整することを説明した。本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００では、各光源部５０１ａ〜５０１ｄから出力される合成波の位相をさらに高精度にかつ容易にそろえることが可能となるように、第５実施形態のテラヘルツイメージング装置５００にさらにＰＬＣ６３６を追加している。
【０１２５】
ＰＬＣ６３６は、一端が各光源部５０１ａ〜５０１ｄに接続され、他端が光導波路５３１ａ〜５３１ｄに接続されている。光源部５０１ａ〜５０１ｄはそれぞれ、ＰＬＣ６３６上の導波路６３６ａ〜６３６ｄを経由して光導波路５３１ａ〜５３１ｄに接続されている。各光源部５０１ａ〜５０１ｄは、それぞれの光カプラ１１５から出力される合成波の位相がほぼそろった状態でＰＬＣ６３６に出力されるように構成されるが、本実施形態では各合成波の位相をＰＬＣ６３６でさらに高精度にそろえている。すなわち、光源部５０１ａ〜５０１ｄと光導波路５３１ａ〜５３１ｄのそれぞれを接続する導波路６３６ａ〜６３６ｄをＰＬＣ６３６上に形成し、導波路６３６ａ〜６３６ｄの長さを調整することで位相のそろった合成波を光導波路５３１ａ〜５３１ｄに出力するようにしている。
【０１２６】
上記説明のように、本実施形態のテラヘルツイメージング装置６００では、光源部５０１ａ〜５０１ｄから出力される合成波の各位相を高精度にそろえることが可能となり、高精度に位相がそろった合成波を導波路６３６ａ〜６３６ｄを経由してセンサヘッド部１２０側に伝送させることができる。また、センサヘッド部１２０側では、導波路６３６ａ〜６３６ｄを通過する間に生じた位相誤差を補正して再び位相が高精度にそろうようにＰＬＣ５３５に形成されている導波路の長さを調整する。これにより、高精度に位相のそろった合成波をテラヘルツ源１２１に出力させることが可能となり、テラヘルツ源１２１から高い電力を有するテラヘルツ波を出力させることができる。
【０１２７】
なお、上記の実施形態では、いずれも波長可変レーザを２つ備える例について説明したが、波長可変レーザの数は２つに限定されず、３以上備えるようにすることも可能である。本実施の形態における記述は、本発明に係るテラヘルツ波イメージング装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるテラヘルツ波イメージング装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ 被測定物
１００、２００、３００、５００、６００ テラヘルツイメージング装置
１１０、５１０ 本体部
１１１、１１２ 波長可変レーザ
１１３、１１４ ＳＯＡ
１１５ 光カプラ
１１６ ＬＤ制御回路
１１７ アナログ回路
１１８ データ処理回路
１２０ センサヘッド部
１２１ テラヘルツ源
１２２、１２４ レンズ
１２３ 検知部
１３０ 複合ケーブル
１３１、５３１ 光導波路
１３２ 電源ケーブル
１３３ 信号線
１４１、１４２、１５１、１５２ ＴＥＣ
１４３、１４４ ＴＥＣ駆動回路
１４５、１４６、１４７、１４８ ＰＤ
１４９、１５０ エタロンフィルタ
１６１、１７１ 基板
１６２、１７２、４６２ アンテナ
１６３、１６４、１７３、１７４ 伝送線路
１６５、１６６、１７５、１７６、４６５、４６６ 突起部
１６７ 直流電源
１７０ テラヘルツ波受信部
１８０ 広帯域検出回路
１８１ 電流計
１８２ ＡＤＣ
２０１ 偏波面調整手段
２０２ 出力監視手段
２０３ 制御用信号線
３０１ 波長検知部
３０２ 電圧較正手段
３０３ 制御用信号線
５０１ 光源部
５３５、６３６ ＰＬＣ
５３５ａ 合波部
５３５ｂ 分散補償部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの発振波長が異なる２以上の波長可変レーザと、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成して合成波を出力する光カプラと、
前記光カプラから出力される合成波を伝播させる光導波路と、
前記光導波路から前記合成波が照射されると前記合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源と、
を備え、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成した前記合成波を、前記光導波路を介して前記テラヘルツ源に照射して所定周波数のテラヘルツ波を発生させる
ことを特徴とするテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２】
前記２以上の波長可変レーザと、前記光カプラと、を本体部に備え、
前記テラヘルツ源をセンサヘッド部に備え、
前記センサヘッド部が、前記光導波路で接続された前記本体部とは独立に移動可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項３】
前記波長可変レーザを温度制御することで出力レーザ光の波長を調整するＬＤ制御回路をさらに備え、
前記ＬＤ制御回路が、前記２以上の波長可変レーザのうち少なくとも１つを温度制御して前記レーザ光の波長を調整することにより、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の周波数が時系列的に調整される
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イメージング装置。
【請求項４】
前記ＬＤ制御回路は、
前記波長可変レーザの温度を制御するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）と、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）と、
前記合成波の一部を入射して所定周波数のレーザ光のみを通過させる前記波長可変レーザと同数のエタロンフィルタと、
前記エタロンフィルタから前記所定周波数のレーザ光を受光する別のフォトダイオードと、
前記フォトダイオード及び前記別のフォトダイオードからそれぞれの測定結果を入力し、前記レーザ光の出力強度及び波長が安定的に所定値となるように前記ＴＥＣを制御するＴＥＣ駆動回路と、を有する
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項５】
前記テラヘルツ源は、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の出力波長に対応した不純物準位を有し、かつ出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項６】
前記波長可変レーザは、波長が１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＧａＮ基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項７】
前記波長可変レーザは、波長が１．３ｕｍ帯あるいは１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項８】
前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項９】
前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１０】
前記波長可変レーザは、波長が０．９８ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＧａＡｓからなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１１】
前記光導波路は、伝播するレーザ光の偏波面を回転または保持する偏波面調整手段を有している
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１２】
テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するアンテナと、前記アンテナで受信した信号を検波する広帯域検波回路と、を有する検知部をさらに備え、
前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１３】
テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを有する検知部をさらに備え、
前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１４】
前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の一部を受光して電圧値に変換する波長検知部と、
前記波長検知部から前記電圧値を入力し、予め保存する較正用テーブルを用いて前記電圧値から前記テラヘルツ波の波長を推定して前記ＬＤ制御回路に出力する電圧較正手段と、をさらに備え、
前記ＬＤ制御回路は、前記電圧較正手段から前記テラヘルツ波の波長を入力すると、前記テラヘルツ波の波長が所定の目標波長に一致するように前記波長可変レーザの出力を制御する
ことを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１５】
前記テラヘルツ源は、平行に配置された２つの伝送線路と、前記伝送線路のそれぞれの略中央に形成された突起部とを有し、
前記突起部の先端が凹状の曲線形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１６】
前記２以上の波長可変レーザと前記光カプラを１組とする光源部を２以上備え、
さらに、前記２以上の光源部のそれぞれと前記光導波路で接続されて前記光カプラから出力されるそれぞれの合成波を入力して合波する合波部と、
前記合波部で合波された混合波を前記テラヘルツ源に照射する別の光導波路と、を備える
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１７】
前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで同じ発振波長のレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１８】
前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで周波数差が等しく発振波長の異なるレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１９】
前記合波部は、ＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）を用いて形成されている
ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２０】
前記ＰＬＣは、前記２以上の光導波路から入力した合成波の位相をそろえる位相調整部を備えている
ことを特徴とする請求項１９に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２１】
前記ＰＬＣは、前記２以上の光源部から入力した合成波に対し分散補償を行う分散補償部を備えている
ことを特徴とする請求項１９または２０に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２２】
前記２以上の光源部から入力した合成波の位相をそろえてそれぞれを前記２以上の光導波路に出力する別の位相調整部を備えている
ことを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１】
それぞれの発振波長が異なる２以上の波長可変レーザと、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成して合成波を出力する光カプラと、
前記光カプラから出力される合成波を伝播させる光導波路と、
前記光導波路から前記合成波が照射されると前記合成波のビート成分に相当する周波数のテラヘルツ波を出力するテラヘルツ源と、
を備え、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光を合成した前記合成波を、前記光導波路を介して前記テラヘルツ源に照射して所定周波数のテラヘルツ波を発生させる
ことを特徴とするテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２】
前記２以上の波長可変レーザと、前記光カプラと、を本体部に備え、
前記テラヘルツ源をセンサヘッド部に備え、
前記センサヘッド部が、前記光導波路で接続された前記本体部とは独立に移動可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項３】
前記波長可変レーザを温度制御することで出力レーザ光の波長を調整するＬＤ制御回路をさらに備え、
前記ＬＤ制御回路が、前記２以上の波長可変レーザのうち少なくとも１つを温度制御して前記レーザ光の波長を調整することにより、前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の周波数が時系列的に調整される
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イメージング装置。
【請求項４】
前記ＬＤ制御回路は、
前記波長可変レーザの温度を制御するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）と、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオード（ＰＤ）と、
前記合成波の一部を入射して所定周波数のレーザ光のみを通過させる前記波長可変レーザと同数のエタロンフィルタと、
前記エタロンフィルタから前記所定周波数のレーザ光を受光する別のフォトダイオードと、
前記フォトダイオード及び前記別のフォトダイオードからそれぞれの測定結果を入力し、前記レーザ光の出力強度及び波長が安定的に所定値となるように前記ＴＥＣを制御するＴＥＣ駆動回路と、を有する
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項５】
前記テラヘルツ源は、
前記波長可変レーザから出力されるレーザ光の出力波長に対応した不純物準位を有し、かつ出力するテラヘルツ波に対し短いキャリア寿命と高い移動度を有する半導体材料からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項６】
前記波長可変レーザは、波長が１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＧａＮ基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項７】
前記波長可変レーザは、波長が１．３ｕｍ帯あるいは１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項８】
前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、II-VI族半導体あるいはIII-V族半導体からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項９】
前記波長可変レーザは、波長が６５０ｎｍ〜１．５ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、金属をドープしたII-VI族半導体あるいは金属をドープしたIII-V族半導体からなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１０】
前記波長可変レーザは、波長が０．９８ｕｍ帯のレーザ光を出力し、
前記テラヘルツ源は、ＧａＡｓからなる基板を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１１】
前記光導波路は、伝播するレーザ光の偏波面を回転または保持する偏波面調整手段を有している
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１２】
テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するアンテナと、前記アンテナで受信した信号を検波する広帯域検波回路と、を有する検知部をさらに備え、
前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１３】
テラヘルツ波の所定の周波数帯に感度を有するテラヘルツカメラを有する検知部をさらに備え、
前記テラヘルツ源から出力されたテラヘルツ波を被測定物に照射したときの反射信号または透過信号を前記検知部で受信する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１４】
前記テラヘルツ源から出力されるテラヘルツ波の一部を受光して電圧値に変換する波長検知部と、
前記波長検知部から前記電圧値を入力し、予め保存する較正用テーブルを用いて前記電圧値から前記テラヘルツ波の波長を推定して前記ＬＤ制御回路に出力する電圧較正手段と、をさらに備え、
前記ＬＤ制御回路は、前記電圧較正手段から前記テラヘルツ波の波長を入力すると、前記テラヘルツ波の波長が所定の目標波長に一致するように前記波長可変レーザの出力を制御する
ことを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１５】
前記テラヘルツ源は、平行に配置された２つの伝送線路と、前記伝送線路のそれぞれの略中央に形成された突起部とを有し、
前記突起部の先端が凹状の曲線形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１６】
前記２以上の波長可変レーザと前記光カプラを１組とする光源部を２以上備え、
さらに、前記２以上の光源部のそれぞれと前記光導波路で接続されて前記光カプラから出力されるそれぞれの合成波を入力して合波する合波部と、
前記合波部で合波された混合波を前記テラヘルツ源に照射する別の光導波路と、を備える
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１７】
前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで同じ発振波長のレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１８】
前記２以上の波長可変レーザは、前記２以上の光源部のそれぞれで周波数差が等しく発振波長の異なるレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１６に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項１９】
前記合波部は、ＰＬＣ（Planar LIghtwave Circuit）を用いて形成されている
ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２０】
前記ＰＬＣは、前記２以上の光導波路から入力した合成波の位相をそろえる位相調整部を備えている
ことを特徴とする請求項１９に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２１】
前記ＰＬＣは、前記２以上の光源部から入力した合成波に対し分散補償を行う分散補償部を備えている
ことを特徴とする請求項１９または２０に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【請求項２２】
前記２以上の光源部から入力した合成波の位相をそろえてそれぞれを前記２以上の光導波路に出力する別の位相調整部を備えている
ことを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１１７９５７（Ｐ２０１１−１１７９５７Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４９１６３（Ｐ２０１０−２４９１６３）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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