テラヘルツ波発生装置
【課題】良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生装置を提供する。
【解決手段】テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置であって、電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する光伝導スイッチアレイ１１と、当該装置に入射されるパルス光を回折により光量の等しいパルス光に分岐させ、光伝導スイッチアレイ１１に分岐されたパルス光を照射させるＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）９とを備える。
【解決手段】テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置であって、電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する光伝導スイッチアレイ１１と、当該装置に入射されるパルス光を回折により光量の等しいパルス光に分岐させ、光伝導スイッチアレイ１１に分岐されたパルス光を照射させるＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波発生装置のテラヘルツ波出力の均一性を高める技術及びそれを用いた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、０．１〜１０ＴＨｚの周波数を有する電磁波、いわゆるテラヘルツ波の研究開発が盛んである。このテラヘルツ波は、電波のもつ透過性と光のもつ集光性とを有し、Ｘ線より安全な透過分析をすることができる。更には、多くの材料が、０．１〜１０ＴＨｚの周波数帯に固有の吸収スペクトルを有することから、テラヘルツ波を用いた透過分析により、材料、材質の特定が可能である。このため、テラヘルツ波はセキュリティ、バイオ、メディカル、食品加工、鮮度分析、産業応用などの分野で用いられることが期待されている。特にテラヘルツ波を用いて、被測定物をイメージングすることは、Ｘ線に変わる安全な透視技術として有望である。良好なイメージング特性を得るためには、テラヘルツエミッタが空間的に均一な出力であること、および、テラヘルツ検出系が空間的に均一な感度を有することが重要である。
【０００３】
テラヘルツ波を発生させる代表的手段として、図１９に示すような光伝導スイッチがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
この光伝導スイッチでは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１（又は半絶縁性ＧａＡｓ基板上に低温成長ＧａＡｓを形成した基板）上に金等により構成される電極１０２及び１０３が形成されている。電極１０２及び１０３には対向する凸部１０２Ａ及び１０３Ａがあり、これら凸部１０２Ａ及び１０３Ａは電磁波放射用のダイポールアンテナとなっている。電極１０２及び１０３には電圧源１０４が接続されている。電圧源１０４によりバイアス電圧が電極１０２及び１０３の間に印加されているが、電極間の半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１に自由キャリアがほとんど無いため、（光の無照射時には）電流は流れない。この凸部１０２Ａ及び１０３Ａの間にフェムト秒レーザ光１０５（波長約８００ｎｍ、パルス幅約１００ｆｓ）を照射すると、照射されたスポット１０６では自由キャリア（電子・正孔）が生じ、凸部１０２Ａ及び１０３Ａの間にパルス状電流が流れる。このパルス状電流により電磁波が発生し、主に半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１の裏面（電極１０２及び１０３が形成されていない面）から放射される。この電磁波の周波数は１〜２ＴＨｚまで有し、所謂、テラヘルツ波となる。
【０００５】
テラヘルツ波を用いた測定で信号対雑音比を向上させるためには、テラヘルツ波の出力が高いほうが望ましい。図１９の構造をアレイ化することにより、高出力化することができる。その例（光伝導スイッチアレイ）を図２０に示す。類似の構造は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００６】
この構造では、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０７（または半絶縁性基板に低温成長ＧａＡｓを成長させた基板）上に金等により構成される電極１０８及び１０９が形成されている。電極１０８及び１０９は凸部（１０８Ａ〜１０８Ｅ、１０９Ａ〜１０９Ｅ）を５組有し電磁波放射用の５組のダイポールアンテナとなっている。電極１０８及び１０９の間には電圧源１１０によりバイアス電圧が印加されている。凸部１０８Ａ〜１０８Ｅ及び１０９Ａ〜１０９Ｅの間にフェムト秒レーザ光１１１Ａ〜１１１Ｅを照射すると、照射されたスポット１１２Ａ〜１１２Ｅでは自由キャリア（電子・正孔）が生じ、電流が流れ、テラヘルツ波が放射される。従って、対向して配置された１組の凸部と、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０７とから１つの光伝導スイッチが構成される。テラヘルツ波の出力は、理想的には、（光伝導スイッチ１個あたりの出力）×（光伝導スイッチの数）2になる。光伝導スイッチの数の自乗になる理由は、電界強度が光伝導スイッチの数に比例するので、電力（∝電界強度の自乗）は光伝導スイッチの数の自乗となるからである。
【０００７】
この従来の構造が適用されたテラヘルツイメージング装置の構成を図２１に示す。
このテラヘルツイメージング装置では、チタンサファイア結晶を用いたフェムト秒レーザ１から出射されたレーザ光は、λ／２偏光板２で偏光方向の回転を受ける。これによって、レーザ光はｓ偏光成分とｐ偏光成分とを有する光となる（ｓ偏光成分：ｐ偏光成分＝１：１００）。これら二成分は偏光ビームスプリッタ３で分離された後、ｐ偏光成分はポンプ光、ｓ偏光成分はプローブ光となる。
【０００８】
ポンプ光は、ミラー４で光路を変えた後、凹レンズ１２９とコリメートレンズ１３０とから構成されるビームエキスパンダーによりビーム径が拡大される。その後、マイクロレンズ１３１によりコリメータ光が光伝導スイッチアレイ１１の各ダイポールに集められる。
【０００９】
この照射より、光伝導スイッチアレイ１１にテラヘルツ波が発生する。テラヘルツ波が被測定物１２を通過するとき、被測定物１２のテラヘルツ波の吸収、散乱により、テラヘルツ波は変調を受ける。すなわち、被測定物１２をテラヘルツ波で画像化（イメージング）することになる。
【００１０】
空間変調されたテラヘルツ波は、ポリエチレンレンズ１３（ポリエチレンはテラヘルツ帯の電磁波を透過しレンズ作用を有する）により集光され、高抵抗Ｓｉウエハー１４（高抵抗Ｓｉはテラヘルツ波を透過させ、８００ｎｍ帯の光を反射するため、これらの光の結合に使用される）を通過した後、電気光学効果を有するＺｎＴｅウエハー１５に結像する。
【００１１】
一方プローブ光は、光路長を調整するミラー５で反射された後、ミラー６で光路を変え、凹レンズ７とコリメートレンズ８とによりビーム径が拡大される。拡大されたビームは高抵抗Ｓｉウエハー１４によりテラヘルツ波と同一光路になり、ＺｎＴｅウエハー１５に照射される。なお、テラヘルツ波とプローブ光とが同時にＺｎＴｅウエハー１５に照射されるように、つまり重畳されるようにミラー５の光路長（ミラー５の位置）が調整されている。
【００１２】
ＺｎＴｅウエハー１５内部では、テラヘルツ波によりポッケルス効果が生じて複屈折を起こし、元々ｓ波成分しかないプローブ光に、ｐ波成分が追加される。その追加されたｐ波成分はテラヘルツ波の電界強度が大きいほど、大きくなる。従って、空間強度変調を受けたテラヘルツ波によって、プローブ光のｐ波成分が空間変調を受ける。偏光板１６をｐ波成分のみ通過するようにすることで、イメージセンサ１７に入射するプローブ光は、被測定物１２のテラヘルツ透過量で変調されていることと等価になり、イメージセンサ１７の出力像は被測定物１２のテラヘルツイメージング像になる。
【００１３】
一般にフェムト秒レーザ１から出射されるレーザ光の径はそれほど大きくない。このため、上記構成を有するテラヘルツイメージング装置では、ビームを拡大し、多くの照射位置に光を導くビームエキスパンダー、およびコリメータ光を各ダイポールに集めるマイクロレンズ１３１の配置が必要となる。
【特許文献１】特開２０００−４９４０２号公報
【非特許文献１】谷正彦、山口真理子、米良泰次郎、宮丸文章、山本晃司、萩行正憲、電子情報通信学会誌、vol.87 No.8 p.718 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、フェムト秒レーザ光の強度はビーム中心で強く周辺にいくほど弱くなるため、その拡大レーザ光も同様に中心が強く周辺ほど弱い。このため、照射されるビームの強度は、図２０で示した光伝導スイッチアレイにおいて、スポット１１２Ｃで最も強く、周辺のスポット１１２Ａ及び１１２Ｅで最も弱くなる。その結果、光伝導スイッチアレイを均一に励起することができず、光伝導スイッチアレイからのテラヘルツ波の出力が不均一になり、良好なテラヘルツ波の出力特性が得られない。とりわけ、テラヘルツイメージングのように、比較的大きな試料にテラヘルツ光を照射する場合などには、大きな問題となる。
【００１５】
また同様に検出系においても、フェムト秒レーザ光のビーム拡大では、ビーム中央に比べて周辺にいくほどビームの強度が弱くなる。この結果、信号がノイズに埋もれやすく、感度が不均一になる。
【００１６】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のテラヘルツ装置は、テラヘルツ波を発生させる装置であって、電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチと、パルス光を回折により光量の略等しい第１パルス光及び第２パルス光に分岐させ、前記第１光伝導スイッチに前記第１パルス光を照射し、かつ前記第２光伝導スイッチに前記第２パルス光を照射させる光分岐手段とを備えることを特徴とする。ここで、前記光分岐手段は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）から構成されてもよい。
【００１８】
この構造においては、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の光量が一定であるため、各光伝導スイッチから放射されるテラヘルツ波の強度が等しくなり、光伝導スイッチアレイから出力されるテラヘルツ波の出力が均一になる。その結果、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００１９】
また、前記テラヘルツ波発生装置は、さらに、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチに互いに独立な電圧を印加する電圧印加手段を備えてもよい。
【００２０】
これにより、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の強度の不均一性を考慮することなく、容易な電圧制御でテラヘルツ波の走査が可能となる。
【００２１】
また、前記光分岐手段は、２５０〜８５０ｎｍの波長域のパルス光を分岐する機能を有してもよい。
【００２２】
一般にフェムト秒レーザは、チタンサファイア結晶を用いたものを使用されることが多い。チタンサファイアレーザは、７５０〜８５０ｎｍの波長範囲で可変である。非線形光学結晶を用いれば、２次高調波（３７５〜４２５ｎｍ）、及び３次高調波（２５０〜２８３ｎｍ）も容易に得ることができる。従って、光分岐手段が上記波長帯に対応していれば、種々のテラヘルツ波発生装置に対応できるので、応用性が広いテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００２３】
また、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチの光照射を受ける部分は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣのうちの少なくとも１つから構成されてもよい。
【００２４】
これらの半導体材料は量産レベルにまで技術確立されている。従って、パルス光の入射強度の空間的均一性とあいまって、より良好なテラヘルツ性能を得ることが可能なテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００２５】
また、テラヘルツ波を被測定物に照射して被測定物のイメージングを行う装置であって、上記テラヘルツ波発生装置を備えてもよい。
【００２６】
これにより、各光伝導スイッチに入射されるパルス光の強度の不均一性が無くなり、被測定物に均一にテラヘルツ波が照射されるので、良好なテラヘルツイメージングが可能になり、良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。また、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の強度の不均一性を考慮することなく容易な手段で、テラヘルツ波を特定位置に集中して照射し、走査できるので、画像の解像度、Ｓ／Ｎが向上する。
【００２７】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、プローブ光を発生する光源と、被測定物を透過又は反射した後のテラヘルツ波を前記プローブ光と重畳する重畳光学手段と、前記重畳されたテラヘルツ波とプローブ光とが入射され、前記テラヘルツ波の電界に応じて前記プローブ光の特定の物理量を変調する電気光学変調手段と、前記変調後のプローブ光を撮像するイメージセンサとを備え、前記テラヘルツイメージング装置は、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行い、前記イメージセンサのフレーム時間は、前記テラヘルツ波の走査時間より長くてもよい。
【００２８】
これにより、イメージセンサの１フレームの中にテラヘルツイメージング像すべてが取り込まれ、被測定物の全体像が見えるようになる。また、各光伝導スイッチに入射されるパルス光の強度の不均一性を考慮する必要がなくなるため、補正が不要になり、高速走査が可能になる。
【００２９】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに同一の電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査することなく被測定物にテラヘルツ波を照射してテラヘルツイメージングを行った後、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに異なる電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行ってもよい。
【００３０】
この手順でテラヘルツイメージングを行うことによりテラヘルツ像の解析が容易になる。
【００３１】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、前記プローブ光を光量の等しい複数の光に分岐し、前記プローブ光を拡大するプローブ光拡大手段を備えてもよい。
【００３２】
これにより、プローブ光の強度が空間的に均一になり、画面の隅々まではっきりしたテラヘルツイメージング像が得られる。つまり、テラヘルツ検出感度が均一化する。
【００３３】
また、前記プローブ光拡大手段は、前記イメージセンサの画素数に等しい数に前記プローブ光を分岐してもよい。
【００３４】
これにより、イメージセンサの各画素に入力されるプローブ光の強度がほぼ等しくなり、良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生装置を実現できる。その結果、鮮明なテラヘルツ画像が得られるテラヘルツイメージング装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００３８】
このテラヘルツイメージング装置では、チタンサファイア結晶を用いたフェムト秒レーザ１から出射されたレーザ光１８（波長８００ｎｍ、２ｍＪ／パルス、１ＫＨｚ、パルス幅１２０ｆｓ、ｐ偏光）は、λ／２偏光板２で偏光方向の回転を受ける。これによって、レーザ光はｓ偏光成分とｐ偏光成分とを有する光となる（ｓ偏光成分：ｐ偏光成分＝１：１００）。これら二成分は偏光ビームスプリッタ３で分離された後、ｐ偏光成分はポンプ光１８Ａ、ｓ偏光成分はプローブ光１８Ｂとなる。
【００３９】
ポンプ光１８Ａは、ミラー４で光路を変えられた後、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）９の回折現象によって、光量がほぼ等しい５本のポンプ光１８Ａ２に分岐される。５本のポンプ光１８Ａ２は、レンズ１０（レンズ１０の焦点はＤＯＥ９の位置）によって、ほぼ平行な５本のポンプ光１８Ａ３に変換された後、光伝導スイッチアレイ１１に照射される。
【００４０】
この照射より、光伝導スイッチアレイ１１にテラヘルツ波１９が発生する。ＤＯＥ９により５本のポンプ光１８Ａ３はほぼ均一な光量の光となるため、出射テラヘルツ波１９は空間的に均一なエネルギー分布となる。
【００４１】
テラヘルツ波１９が被測定物１２を通過するとき、被測定物１２のテラヘルツ波１９の吸収、散乱により、テラヘルツ波１９は変調を受ける。すなわち、被測定物１２をテラヘルツ波１９で画像化（イメージング）することになる。
【００４２】
空間変調されたテラヘルツ波１９Ｂは、ポリエチレンレンズ１３（ポリエチレンはテラヘルツ帯の電磁波を透過しレンズ作用を有する）により集光され、高抵抗Ｓｉウエハー１４（高抵抗Ｓｉはテラヘルツ波を透過させ、８００ｎｍ帯の波長の光を反射するため、テラヘルツ波及びプローブ光の結合に使用される）を通過した後、電気光学効果を有するＺｎＴｅウエハー１５に結像する。なお、ＺｎＴｅウエハー１５は、本発明の電気光学変調手段の一例であり、電気光学効果を有する素子であればこれに限られない。
【００４３】
一方プローブ光１８Ｂは、光路長を調整するミラー５で反射された後、ミラー６で光路を変え、凹レンズ７とコリメートレンズ８とによりビーム径が拡大される。拡大されたプローブ光１８Ｂ２は高抵抗Ｓｉウエハー１４によりテラヘルツ波１９Ｂと同一光路になり、ＺｎＴｅウエハー１５に照射される。なお、テラヘルツ波１９Ｂとプローブ光１８Ｂ２とが同時にＺｎＴｅウエハー１５に照射されるように、つまり重畳されるようにミラー５の光路長（ミラー５の位置）が調整されている。なお、ミラー５及び６、凹レンズ７、コリメートレンズ８、ポリエチレンレンズ１３並びに高抵抗Ｓｉウエハー１４は本発明の重畳光学手段の一例であり、テラヘルツ波１９Ｂとプローブ光１８Ｂ２とを重畳する光学素子の集合であればこれに限られない。
【００４４】
ＺｎＴｅウエハー１５内部では、テラヘルツ波１９Ｂによりポッケルス効果が生じて複屈折を起こし、元々ｓ偏光成分しかないプローブ光１８Ｂ２に、ｐ偏光成分が追加される。その追加されたｐ偏光成分はテラヘルツ波１９Ｂの電界強度が大きいほど、大きくなる。従って、空間強度変調を受けたテラヘルツ波１９Ｂによって、プローブ光１８Ｂ２のｐ偏光成分が空間変調を受ける。偏光板１６をｐ偏光成分のみ通過するようにすることで、イメージセンサ１７に入射するプローブ光１８Ｂ３は、被測定物１２のテラヘルツ透過量で変調されていることと等価になり、イメージセンサ１７の出力像は被測定物１２のテラヘルツイメージング像になる。
【００４５】
図２は、テラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ９、レンズ１０、光伝導スイッチアレイ１１及び外部回路１１Ｄから構成されている。なお、このテラヘルツエミッタ部分は本発明のテラヘルツ波発生装置の一例である。
【００４６】
光伝導スイッチアレイ１１では、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１Ｅ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃが形成されている（厚み２０００Å）。外部回路１１Ｄにより、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃの間にはバイアス電圧（約３０Ｖ）が印加されている。Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃには相向かい合う５組の突起部１１Ｆ及び１１Ｇがあり、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃにより５組のダイポールアンテナが形成されている。従って、対向して配置された１組の突起部１１Ｆ及び１１Ｇと、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１Ｅとから１つの光伝導スイッチが構成される。向かいあう突起部１１Ｆ及び１１Ｇの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合うダイポールアンテナの間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ９で分岐された光量の等しいポンプ光１８Ａ３が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ１０、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃ、並びにＤＯＥ９はアライメントされている。各光伝導スイッチは、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃの間に電圧が印加された状態でギャップ部分へのポンプ光１８Ａ３の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する。
【００４７】
なお、本発明の光分岐手段としてＤＯＥ９及びレンズ１０を例示したが、プローブ光を回折により光量の略等しい複数のプローブ光に分岐させ、分岐されたプローブ光を各ダイポールアンテナのギャップ部分にそれぞれ照射させる光学系であればこれに限られない。
【００４８】
図３はＤＯＥ９の斜視図である。図４（ａ）はＤＯＥ９のアレイ方向中央付近の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＤＯＥ９の一部分を拡大した断面図である。
【００４９】
今回、ＤＯＥ９の基材９Ａとして石英（厚さ５００μｍ）を用いた。このＤＯＥ９には、図３及び４でわかるように、基材９Ａ表面に多数の凹凸（高低差：数１０〜数１００ｎｍ）が形成されており、この凹凸は、巨視的には周期ｂ＝２８６０ｎｍを有している。しかし、詳細に見た凹凸は、ＤＯＥ９の中央付近と周辺付近で異なるため、周辺部の拡大図は図４（ｂ）とは完全には一致しない。巨視的な凹凸の周期は、ポンプ光が各光伝導スイッチのギャップ部分に照射されるように、光伝導スイッチの配置に応じて決定され、例えば隣り合うダイポールアンテナの間隔と等しくされる。ＤＯＥの分岐メカニズムに関しては、例えばDonald C. O'Shea, Thomas J. Suleski, Alan D. Kathman, and Dennis W. Prather, "Diffractive Optics", SPIE PRESS, Tutorial Texts in Optical Engineering Volume TT62, Chapter 5.に詳しく述べられている。この文献によれば、分岐方向を表面法線方向からθmラジアンの方向とすると、
ｓｉｎ（θm）＝ｍ（λ／ｎ）／ｂ （式１）
が成立する。ここで、ｍは回折次数、λは入射光の波長、ｎはＤＯＥの屈折率、ｂは巨視的な周期である。今回、ｂ＝２８６０ｎｍ、λ＝８００ｎｍ 、ｎ＝１．４より、回折の方向として、下記の［表１］に示す９本がある。
【００５０】
【表１】
更に、基材９Ａ表面における多数の高低差、具体的には凹凸の深さやデュティを細かく調整することにより、ｍ＝０、±１、±２の５本の出力のみ出力強度を強くすることができる。この結果、入力光を５本に分岐するＤＯＥ９が実現される。ＤＯＥ９とレンズ１０との距離を５００μｍとすることにより、１００μｍ間隔の平行ポンプ光１８Ａ３が得られる。
【００５１】
ここで、ＤＯＥによる均等な強度の光への分岐について図５〜８を参照して以下に詳細に述べる。図５（ａ）は回折格子により入射光が分岐される様子を示す図であり、図５（ｂ）は光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。図６及び７は光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。図８は、回折格子の構成を示す図である。
【００５２】
例えば周期Λを有する回折格子により、入射光が３つの光（Ｐ１、Ｐ２及びＰ３）に分岐されたとする（図５）。分岐された結果、光Ｐ１及び光Ｐ３の強度は等しく、光Ｐ２の半分であるとする。一般には分岐された光は同位相と考えられ、光Ｐ１、Ｐ２及びＰ３の電界は、それぞれ、
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式２）
Ｅ2＝Ａｓｉｎωｔ （式３）
Ｅ3＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式４）
とおける。ここでωは入射光の角周波数、Ａは定数である。なお、ここで√２とはルート２すなわち２の平方根（≒１．４１４・・・）を表す。
【００５３】
ＤＯＥの役目は、簡単には部分的に（本場合はＥ2のみに）位相を変え合成することである。仮に、Ｐ２を位相差Φだけ付加する場合を考えると（図６）、式の上では以下の（式５）、（式６）及び（式７）になる。
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式５）
Ｅ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ） （式６）
Ｅ3＝（Ａ/√２）ｓｉｎωｔ （式７）
図５（ｂ）と図６の場合を合成させると、図７のようになり、
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＋（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＝（√２）・Ａｓｉｎωｔ
（式８）
Ｅ2＝Ａｓｉｎωｔ＋Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ）＝２ｃｏｓ（Φ／２）・Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ／２） （式９）
Ｅ3＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＋（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＝（√２）・Ａｓｉｎωｔ
（式１０）
となる。従って、
２ｃｏｓ（Φ／２）＝√２
∴Φ＝π／２ （式１１）
となれば、Ｅ1、Ｅ2及びＥ3の絶対値は等しくなる。すなわち、図７のように等しい強度の光Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が得られる。続いて回折格子で位相差Φを付加する方法を述べる。
【００５４】
図８のように、屈折率ｎを有する回折格子１００１の凹凸に比べ、微小な凹凸部１００４（深さｈ）を回折格子１００１に付加する。この微小な凹凸部１００４は、回折格子１００１の凹凸のエッジから、入射光の波長の数倍、離れているものとする。なお、このように微小な凹凸部１００４が付加された回折格子１００１が本実施の形態におけるＤＯＥとなる。ＤＯＥに入射した光のうち、微小な凹凸部１００４近傍の２成分の光（光１００２及び１００３）を考える。光１００２に比べ光１００３は、距離ｈだけ多く屈折率ｎの材料中を通過する。したがって、光１００２及び光１００３には位相差Φが生じ、その値は
Φ＝２πｈ／（λ／ｎ）―２πｈ／λ＝（２πｈ／λ）・（ｎ−１） （式１２）
となる。ここで、λは入射光の波長である。この微小な凹凸部１００４は回折格子１００１の凹凸のエッジから離れているので、光１００２及び光１００３は回折効果を受けずに直進すると考えてよい。すなわち、光１００２及び光１００３は合成され、Ｅ2のみに関与する。
【００５５】
（式１２）が（式１１）を満たす場合は、
ｈ＝λ／［４（ｎ−１）］ （式１３）
となる。例えばλ＝８００ｎｍの入射光で屈折率１．５のＤＯＥの場合はｈ＝４００ｎｍの微小な凹凸部１００４であればよい。このような設計にすることで、等しい強度の分岐光が得られるＤＯＥを実現できる。
【００５６】
以上は、ＤＯＥの役割を簡単に示したものである。実際は、位相差を与える微小な凹凸部は複雑であり、例えば、７×７に分岐する場合が、住友電工ＳＥＩテクニカルレビュー第１６２号７１ページ（２００３年３月）に詳細に記載されている。この文献はインターネットで入手可能である（http://www.sei.co.jp/tr/pdf/industrial/sei10354.pdf）。
【００５７】
次に、図９を参照してＤＯＥを用いた効果を示す。図９（ａ）は、従来のテラヘルツイメージング装置（レンズによりポンプ光を拡大する装置）による被測定物のイメージング結果である。図９（ｂ）は、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置（ＤＯＥ９によりポンプ光を拡大する装置）による被測定物のイメージング結果である。なお、被測定物としては、穴径２ｍｍのピンホールを用いた。
【００５８】
従来のテラヘルツイメージング装置の場合、光伝導スイッチアレイ１１に入射する光量は周辺のダイポールアンテナほど小さくなる。従って、テラヘルツ波の出力も周辺ほど弱くなる。この結果、被測定物の周辺ははっきりとテラヘルツイメージングすることが困難である（図９（ａ））。一方、ＤＯＥ９を用いたテラヘルツイメージング装置の場合、光伝導スイッチアレイ１１全体が均一にポンプ光に照射され、出射テラヘルツ波も均一となる。この結果、アレイ方向の画像はクリアになる（図９（ｂ））。なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置では光伝導スイッチアレイ１１として光伝導スイッチが１次元方向にのみ配置された１次元光伝導スイッチアレイを用いているため、イメージング結果である画像（図９（ａ）及び図９（ｂ））の上下方向がクリアではない。これは、光伝導スイッチアレイ１１として光伝導スイッチが２次元方向に配置された２次元光伝導スイッチアレイを用いることにより、改善することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図１０は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００６０】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、テラヘルツエミッタ部が、ビームステアリング可能な構造になっていること、及びそのステアリングビームを検出できるようなレンズ構成になっている点である。
【００６１】
このテラヘルツイメージング装置では、光伝導スイッチアレイ２１から放射されたテラヘルツ波が被測定物１２に集光され、かつ電気的に集光場所が動かされる。被測定物１２を通過したテラヘルツ波は第１ポリエチレンレンズ１３Ａによってコリメート化され、第２ポリエチレンレンズ１３ＢによってＺｎＴｅウエハー１５に結像される。以降は、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じメカニズムにより、イメージセンサ１７からテラヘルツイメージング像が得られる。
【００６２】
図１１は、テラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ９、レンズ１０、光伝導スイッチアレイ２１並びに外部回路２１Ｂ２、２１Ｃ２、２１Ｄ２、２１Ｅ２及び２１Ｆ２から構成されている。
【００６３】
光伝導スイッチアレイ２１では、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１Ａ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇが形成されている（厚み２０００Å）。Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｆには、独立に駆動できる外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２が接続されている。Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇには相向かい合う５組の突起部２１Ｈ及び２１Ｉがあり、Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇにより５組のダイポールアンテナが形成されている。従って、対向して配置された１組の突起部２１Ｈ及び２１Ｉと、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１Ａとから１つの光伝導スイッチが構成される。向かいあう突起部２１Ｈ及び２１Ｉの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合うダイポールアンテナの間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ９で分岐されたレーザ光が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ１０、Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇ、並びにＤＯＥ９はアライメントされている。なお、外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２は本発明の電圧印加手段の一例である。
【００６４】
図１２は、外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２の詳細な構成中を示す図である。
外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２は、定常電源２１Ｂ３〜２１Ｆ３と正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４とから構成されている。さらに正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４は制御器２１Ｈに接続されており、その正弦波の位相は制御器２１Ｈにより制御可能である。
【００６５】
Nan M. Froberg, Bin Bin Hu, Xi-Cheng Zhang, and David H. Auston, "Terahertz radiation from a Photoconductive Antenna Array", Journal of Quantum Electronics, vol.28 p.2291(1992).に示されているように、制御器２１Ｈにより、正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４の電圧や、正弦波電源間の位相差を適宜調整すれば、各ダイポールアンテナのＡｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇに互いに独立な電圧を印加し、光伝導スイッチアレイ２１から放射されるテラヘルツ波の方向を、操作することが可能である。この文献によれば、例えば、電極間に印加するバイアスを正弦波状の空間強度変調を有するバイアスとした場合、その正弦波周期を変えることにより放射方向を変化できる。従って、電圧周期を空間的に調整すれば、レンズのようにテラヘルツ波を一点に集め、かつ動かすことも可能である。従来、光伝導スイッチアレイ２１の各ギャップに入射する光の強度が不均一であったため、外部回路の調整が難しかった。しかし、今回、光伝導スイッチアレイ２１の各ギャップに入射する光の強度が均一になったため、外部回路の制御が容易になる。
【００６６】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置に比べて、テラヘルツ波が被測定物１２上に集光される。このように集光された光は強度が強いので、ノイズに埋もれることなく微弱なテラヘルツ波の強度変化も検出することが可能である。この結果、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置に比べて、階調性の高いテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、被測定物１２でテラヘルツ波を走査してテラヘルツイメージングを行うとした。しかし、図１３に示すフローチャートに従ってテラヘルツイメージングを行ってもよい。具体的には、まず、光伝導スイッチアレイ２１の各ダイポールアンテナに同じ電圧を印加し（ステップＳ１１）、テラヘルツ波を走査させずに被測定物１２全体を一括してテラヘルツイメージングを行い、被測定物１２全体のテラヘルツイメージング像をイメージセンサ１７から得る（ステップＳ１２）。次に、光伝導スイッチアレイ２１の各ダイポールアンテナに異なる電圧、例えば位相の異なる正弦波の電圧を印加し（ステップＳ１３）、必要部分のみ強度の強いテラヘルツ波を走査し、被測定物１２の特定部分に対して高感度のテラヘルツイメージング像をイメージセンサ１７から得る（ステップＳ１４）。この場合には、被測定物１２を詳細に調べることができる。
【００６８】
また、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、被測定物１２上の集光点の走査時間がイメージセンサ１７の１フレーム分の信号電荷の蓄積に要する１フレーム時間、つまり１フレームの撮像に要する時間より長いと、イメージセンサ１７の１フレーム中には全体像は出力されない。例えば、被測定物１２がピンホールである場合には、図１４（ａ）に示されるようなイメージング結果が得られる。従って、集光点の走査時間、つまりテラヘルツ波の走査時間はイメージセンサ１７の１フレーム時間より短くされる。その結果、イメージセンサ１７の各フレームにはテラヘルツイメージング全体像を出力することが可能となる。例えば、被測定物１２がピンホールである場合には、図１４（ｂ）に示されるようなイメージング結果が得られる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図１５は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００７０】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、プローブ光の拡大にレンズでなく、ＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。具体的には、凹レンズ７とコリメートレンズ８の代わりにＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。なお、ＤＯＥ３１は本発明のプローブ光拡大手段の一例である。
【００７１】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、プローブ光がＤＯＥ３１により等しい光量の複数の光に分岐され、拡大される。従って、プローブ光の強度の面内均一性を向上させることができ、より良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、ＤＯＥ３１の分岐数（縦×横）は、イメージセンサ１７の画素数（縦×横）と同じにされる。具体的には、イメージセンサ１７にＶＧＡ用３１万画素品を用い、ＤＯＥ３１による分岐は、縦４８０本×縦６４０本にされる。これにより、画素一つ一つのプローブ光強度が同じになり、より鮮明なテラヘルツ画像を得ることができる。
【００７３】
（第４の実施の形態）
図１６は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００７４】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第２の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、プローブ光の拡大にレンズでなく、ＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。具体的には、凹レンズ７とコリメートレンズ８の代わりにＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。
【００７５】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、プローブ光がＤＯＥ３１により等しい光量の複数の光に分岐され、拡大される。従って、プローブ光の強度の面内均一性を向上させることができ、より良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００７６】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、ＤＯＥ３１の分岐数（縦×横）は、イメージセンサ１７の画素数（縦×横）と同じにされる。具体的には、イメージセンサ１７にＶＧＡ用３１万画素品を用い、ＤＯＥ３１による分岐は、縦４８０本×縦６４０本にされる。これにより、画素一つ一つのプローブ光強度が同じになり、より鮮明なテラヘルツ画像を得ることができる。
【００７７】
以上、本発明のテラヘルツ波発生装置及びそれを用いたテラヘルツイメージング装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００７８】
例えば、上記実施の形態において、プローブ光及びポンプ光を発生する光源として波長８００ｎｍのフェムト秒レーザが用いられたが、非線形結晶（例えばＢａＢ2Ｏ4）が用いられ、ＳＨＧ（４００ｎｍ）及びＴＨＧ（２６６ｎｍ）を発生させてもよい。この場合、それらの波長用のＤＯＥが用いられる。例えば、２５０〜８５０ｎｍの波長域のレーザ光を分岐する機能を有するＤＯＥが用いられる。
【００７９】
また、上記実施の形態において、光伝導スイッチアレイの光照射を受ける部分は、半絶縁性ＧａＡｓから構成されるとしたが、低温成長ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣ及びダイアモンドなどから構成されても同様な効果を得ることができる。
【００８０】
また、上記実施の形態において、１次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥが用いられるとしたが、２次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥが用いられても同様な効果を得ることができる。すなわち、図１７に示されるようなＤＯＥが用いられてもよい。
【００８１】
図１７は、２次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥを有するテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【００８２】
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ２００９、レンズ２０１０、光伝導スイッチアレイ２０１１及び外部回路２０１１Ｄから構成されている。
【００８３】
光伝導スイッチアレイ２０１１は、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１１Ｅ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃが形成されている（厚み２０００Å）。半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１１Ｅ上には、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃが上下方向に３ペア形成されている。各ぺアは左右方向に５個の光伝導スイッチ（図中では相向かい合う５組の突起部２０１１Ｆ及び２０１１Ｇ）を形成している。したがって、光伝導スイッチアレイ２０１１は、５個／ペア×３ペア＝１５個の光伝導スイッチが２次元アレイ状に並んだものである。外部回路２０１１Ｄにより、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃの間にはバイアス電圧（約３０Ｖ）が印加されている。各光伝導スイッチ（ダイポールアンテナ）の向かいあう突起部２０１１Ｆ及び２０１１Ｇの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合う光伝導スイッチ（ダイポールアンテナ）の間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ２００９で１５本に分岐されたポンプ光２０１８Ａ２及び２０１８Ａ３が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ２０１０、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃ、並びにＤＯＥ２００９はアライメントされている。
【００８４】
なお、上記第１〜第４の実施形態におけるテラヘルツイメージング装置について、光伝導スイッチアレイの構成として例えば図１８（ａ）のように１つの基板２１０１上に１対の対向電極２１０２及び２１０３を有するものを複数個組み合わせて用いてもよいし、図１８（ｂ）のように１つの基板２１１１上に複数対の対向電極２１１２及び２１１３を有するものを用いてもよい。また、図１８（ｃ）のように１つの基板２１２１上に複数対の対向電極２１２２及び２１２３を有し、別の基板２１３１上に１対の対向電極２１３２及び２１３３を有するものを組み合わせて用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、テラヘルツ波発生装置に利用でき、特に非破壊測定、医療、バイオ、農業、食品、環境などの分野に用いられるテラヘルツ波発生装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図２】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【図３】ＤＯＥの斜視図である。
【図４】（ａ）ＤＯＥのアレイ方向中央付近の断面図である。（ｂ）ＤＯＥの一部分を拡大した断面図（図４（ａ）の一部分を拡大した断面図）である。
【図５】（ａ）回折格子により入射光が分岐される様子を示す図である。（ｂ）光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図６】光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図７】光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図８】回折格子の構成を示す図である。
【図９】（ａ）従来のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結を示す図である。（ｂ）同実施の形態のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１１】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【図１２】外部回路の詳細な構成を示す図である。
【図１３】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツイメージング手順の変形例を示すフローチャートである。
【図１４】（ａ）従来のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。（ｂ）同実施の形態のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の変形例の斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の、他の一例を示す斜視図である。
【図１９】従来の光伝導スイッチの概観構成を示す図である。
【図２０】従来の光伝導スイッチアレイの概観構成を示す図である。
【図２１】従来のテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ フェムト秒レーザ
２ λ／２偏光板
３ 偏光ビームスプリッタ
４、５、６ ミラー
７、１２９ 凹レンズ
８、３２、１３０ コリメートレンズ
９、３１、２００９ ＤＯＥ
９Ａ 基材
１０、２０１０ レンズ
１１、２１、２０１１ 光伝導スイッチアレイ
１１Ｂ、１１Ｃ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈ、２１Ｉ、２０１１Ｂ、２０１１Ｃ Ａｕ／Ｎｉ電極
１１Ｄ、２１Ｂ２、２１Ｃ２、２１Ｄ２、２１Ｅ２、２１Ｆ２、２０１１Ｄ 外部回路
１１Ｅ、２１Ａ、１０１、１０７、２０１１Ｅ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１１Ｆ、１１Ｇ、２１Ｈ、２１Ｉ、２０１１Ｆ、２０１１Ｇ 突起部
１２ 被測定物
１３ ポリエチレンレンズ
１３Ａ 第１ポリエチレンレンズ
１３Ｂ 第２ポリエチレンレンズ
１４ 高抵抗Ｓｉウエハー
１５ ＺｎＴｅウエハー
１６ 偏光板
１７ イメージセンサ
１８ レーザ光
１８Ａ、１８Ａ２、１８Ａ３、２０１８Ａ２、２０１８Ａ３ ポンプ光
１８Ｂ、１８Ｂ２、１８Ｂ３ プローブ光
１９、１９Ｂ テラヘルツ波
２１Ｂ３、２１Ｃ３、２１Ｄ３、２１Ｅ３、２１Ｆ３ 定常電源
２１Ｂ４、２１Ｃ４、２１Ｄ４、２１Ｅ４、２１Ｆ４ 正弦波電源
２１Ｈ 制御器
１０２、１０３、１０８、１０９ 電極
１０２Ａ、１０３Ａ、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄ、１０９Ｅ 凸部
１０４、１１０ 電圧源
１０５、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ、１１１Ｅ フェムト秒レーザ光
１０６、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ、１１２Ｅ スポット
１００１ 回折格子
１００２、１００３ 光
１００４ 凹凸部
２１０１、２１１１、２１２１、２１３１ 基板
２１０２、２１０３、２１１２、２１１３、２１２２、２１２３、２１３２、２１３３ 対向電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波発生装置のテラヘルツ波出力の均一性を高める技術及びそれを用いた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、０．１〜１０ＴＨｚの周波数を有する電磁波、いわゆるテラヘルツ波の研究開発が盛んである。このテラヘルツ波は、電波のもつ透過性と光のもつ集光性とを有し、Ｘ線より安全な透過分析をすることができる。更には、多くの材料が、０．１〜１０ＴＨｚの周波数帯に固有の吸収スペクトルを有することから、テラヘルツ波を用いた透過分析により、材料、材質の特定が可能である。このため、テラヘルツ波はセキュリティ、バイオ、メディカル、食品加工、鮮度分析、産業応用などの分野で用いられることが期待されている。特にテラヘルツ波を用いて、被測定物をイメージングすることは、Ｘ線に変わる安全な透視技術として有望である。良好なイメージング特性を得るためには、テラヘルツエミッタが空間的に均一な出力であること、および、テラヘルツ検出系が空間的に均一な感度を有することが重要である。
【０００３】
テラヘルツ波を発生させる代表的手段として、図１９に示すような光伝導スイッチがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
この光伝導スイッチでは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１（又は半絶縁性ＧａＡｓ基板上に低温成長ＧａＡｓを形成した基板）上に金等により構成される電極１０２及び１０３が形成されている。電極１０２及び１０３には対向する凸部１０２Ａ及び１０３Ａがあり、これら凸部１０２Ａ及び１０３Ａは電磁波放射用のダイポールアンテナとなっている。電極１０２及び１０３には電圧源１０４が接続されている。電圧源１０４によりバイアス電圧が電極１０２及び１０３の間に印加されているが、電極間の半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１に自由キャリアがほとんど無いため、（光の無照射時には）電流は流れない。この凸部１０２Ａ及び１０３Ａの間にフェムト秒レーザ光１０５（波長約８００ｎｍ、パルス幅約１００ｆｓ）を照射すると、照射されたスポット１０６では自由キャリア（電子・正孔）が生じ、凸部１０２Ａ及び１０３Ａの間にパルス状電流が流れる。このパルス状電流により電磁波が発生し、主に半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１の裏面（電極１０２及び１０３が形成されていない面）から放射される。この電磁波の周波数は１〜２ＴＨｚまで有し、所謂、テラヘルツ波となる。
【０００５】
テラヘルツ波を用いた測定で信号対雑音比を向上させるためには、テラヘルツ波の出力が高いほうが望ましい。図１９の構造をアレイ化することにより、高出力化することができる。その例（光伝導スイッチアレイ）を図２０に示す。類似の構造は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００６】
この構造では、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０７（または半絶縁性基板に低温成長ＧａＡｓを成長させた基板）上に金等により構成される電極１０８及び１０９が形成されている。電極１０８及び１０９は凸部（１０８Ａ〜１０８Ｅ、１０９Ａ〜１０９Ｅ）を５組有し電磁波放射用の５組のダイポールアンテナとなっている。電極１０８及び１０９の間には電圧源１１０によりバイアス電圧が印加されている。凸部１０８Ａ〜１０８Ｅ及び１０９Ａ〜１０９Ｅの間にフェムト秒レーザ光１１１Ａ〜１１１Ｅを照射すると、照射されたスポット１１２Ａ〜１１２Ｅでは自由キャリア（電子・正孔）が生じ、電流が流れ、テラヘルツ波が放射される。従って、対向して配置された１組の凸部と、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０７とから１つの光伝導スイッチが構成される。テラヘルツ波の出力は、理想的には、（光伝導スイッチ１個あたりの出力）×（光伝導スイッチの数）2になる。光伝導スイッチの数の自乗になる理由は、電界強度が光伝導スイッチの数に比例するので、電力（∝電界強度の自乗）は光伝導スイッチの数の自乗となるからである。
【０００７】
この従来の構造が適用されたテラヘルツイメージング装置の構成を図２１に示す。
このテラヘルツイメージング装置では、チタンサファイア結晶を用いたフェムト秒レーザ１から出射されたレーザ光は、λ／２偏光板２で偏光方向の回転を受ける。これによって、レーザ光はｓ偏光成分とｐ偏光成分とを有する光となる（ｓ偏光成分：ｐ偏光成分＝１：１００）。これら二成分は偏光ビームスプリッタ３で分離された後、ｐ偏光成分はポンプ光、ｓ偏光成分はプローブ光となる。
【０００８】
ポンプ光は、ミラー４で光路を変えた後、凹レンズ１２９とコリメートレンズ１３０とから構成されるビームエキスパンダーによりビーム径が拡大される。その後、マイクロレンズ１３１によりコリメータ光が光伝導スイッチアレイ１１の各ダイポールに集められる。
【０００９】
この照射より、光伝導スイッチアレイ１１にテラヘルツ波が発生する。テラヘルツ波が被測定物１２を通過するとき、被測定物１２のテラヘルツ波の吸収、散乱により、テラヘルツ波は変調を受ける。すなわち、被測定物１２をテラヘルツ波で画像化（イメージング）することになる。
【００１０】
空間変調されたテラヘルツ波は、ポリエチレンレンズ１３（ポリエチレンはテラヘルツ帯の電磁波を透過しレンズ作用を有する）により集光され、高抵抗Ｓｉウエハー１４（高抵抗Ｓｉはテラヘルツ波を透過させ、８００ｎｍ帯の光を反射するため、これらの光の結合に使用される）を通過した後、電気光学効果を有するＺｎＴｅウエハー１５に結像する。
【００１１】
一方プローブ光は、光路長を調整するミラー５で反射された後、ミラー６で光路を変え、凹レンズ７とコリメートレンズ８とによりビーム径が拡大される。拡大されたビームは高抵抗Ｓｉウエハー１４によりテラヘルツ波と同一光路になり、ＺｎＴｅウエハー１５に照射される。なお、テラヘルツ波とプローブ光とが同時にＺｎＴｅウエハー１５に照射されるように、つまり重畳されるようにミラー５の光路長（ミラー５の位置）が調整されている。
【００１２】
ＺｎＴｅウエハー１５内部では、テラヘルツ波によりポッケルス効果が生じて複屈折を起こし、元々ｓ波成分しかないプローブ光に、ｐ波成分が追加される。その追加されたｐ波成分はテラヘルツ波の電界強度が大きいほど、大きくなる。従って、空間強度変調を受けたテラヘルツ波によって、プローブ光のｐ波成分が空間変調を受ける。偏光板１６をｐ波成分のみ通過するようにすることで、イメージセンサ１７に入射するプローブ光は、被測定物１２のテラヘルツ透過量で変調されていることと等価になり、イメージセンサ１７の出力像は被測定物１２のテラヘルツイメージング像になる。
【００１３】
一般にフェムト秒レーザ１から出射されるレーザ光の径はそれほど大きくない。このため、上記構成を有するテラヘルツイメージング装置では、ビームを拡大し、多くの照射位置に光を導くビームエキスパンダー、およびコリメータ光を各ダイポールに集めるマイクロレンズ１３１の配置が必要となる。
【特許文献１】特開２０００−４９４０２号公報
【非特許文献１】谷正彦、山口真理子、米良泰次郎、宮丸文章、山本晃司、萩行正憲、電子情報通信学会誌、vol.87 No.8 p.718 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、フェムト秒レーザ光の強度はビーム中心で強く周辺にいくほど弱くなるため、その拡大レーザ光も同様に中心が強く周辺ほど弱い。このため、照射されるビームの強度は、図２０で示した光伝導スイッチアレイにおいて、スポット１１２Ｃで最も強く、周辺のスポット１１２Ａ及び１１２Ｅで最も弱くなる。その結果、光伝導スイッチアレイを均一に励起することができず、光伝導スイッチアレイからのテラヘルツ波の出力が不均一になり、良好なテラヘルツ波の出力特性が得られない。とりわけ、テラヘルツイメージングのように、比較的大きな試料にテラヘルツ光を照射する場合などには、大きな問題となる。
【００１５】
また同様に検出系においても、フェムト秒レーザ光のビーム拡大では、ビーム中央に比べて周辺にいくほどビームの強度が弱くなる。この結果、信号がノイズに埋もれやすく、感度が不均一になる。
【００１６】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のテラヘルツ装置は、テラヘルツ波を発生させる装置であって、電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチと、パルス光を回折により光量の略等しい第１パルス光及び第２パルス光に分岐させ、前記第１光伝導スイッチに前記第１パルス光を照射し、かつ前記第２光伝導スイッチに前記第２パルス光を照射させる光分岐手段とを備えることを特徴とする。ここで、前記光分岐手段は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）から構成されてもよい。
【００１８】
この構造においては、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の光量が一定であるため、各光伝導スイッチから放射されるテラヘルツ波の強度が等しくなり、光伝導スイッチアレイから出力されるテラヘルツ波の出力が均一になる。その結果、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００１９】
また、前記テラヘルツ波発生装置は、さらに、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチに互いに独立な電圧を印加する電圧印加手段を備えてもよい。
【００２０】
これにより、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の強度の不均一性を考慮することなく、容易な電圧制御でテラヘルツ波の走査が可能となる。
【００２１】
また、前記光分岐手段は、２５０〜８５０ｎｍの波長域のパルス光を分岐する機能を有してもよい。
【００２２】
一般にフェムト秒レーザは、チタンサファイア結晶を用いたものを使用されることが多い。チタンサファイアレーザは、７５０〜８５０ｎｍの波長範囲で可変である。非線形光学結晶を用いれば、２次高調波（３７５〜４２５ｎｍ）、及び３次高調波（２５０〜２８３ｎｍ）も容易に得ることができる。従って、光分岐手段が上記波長帯に対応していれば、種々のテラヘルツ波発生装置に対応できるので、応用性が広いテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００２３】
また、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチの光照射を受ける部分は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣのうちの少なくとも１つから構成されてもよい。
【００２４】
これらの半導体材料は量産レベルにまで技術確立されている。従って、パルス光の入射強度の空間的均一性とあいまって、より良好なテラヘルツ性能を得ることが可能なテラヘルツ波発生装置を実現できる。
【００２５】
また、テラヘルツ波を被測定物に照射して被測定物のイメージングを行う装置であって、上記テラヘルツ波発生装置を備えてもよい。
【００２６】
これにより、各光伝導スイッチに入射されるパルス光の強度の不均一性が無くなり、被測定物に均一にテラヘルツ波が照射されるので、良好なテラヘルツイメージングが可能になり、良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。また、各光伝導スイッチに照射されるパルス光の強度の不均一性を考慮することなく容易な手段で、テラヘルツ波を特定位置に集中して照射し、走査できるので、画像の解像度、Ｓ／Ｎが向上する。
【００２７】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、プローブ光を発生する光源と、被測定物を透過又は反射した後のテラヘルツ波を前記プローブ光と重畳する重畳光学手段と、前記重畳されたテラヘルツ波とプローブ光とが入射され、前記テラヘルツ波の電界に応じて前記プローブ光の特定の物理量を変調する電気光学変調手段と、前記変調後のプローブ光を撮像するイメージセンサとを備え、前記テラヘルツイメージング装置は、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行い、前記イメージセンサのフレーム時間は、前記テラヘルツ波の走査時間より長くてもよい。
【００２８】
これにより、イメージセンサの１フレームの中にテラヘルツイメージング像すべてが取り込まれ、被測定物の全体像が見えるようになる。また、各光伝導スイッチに入射されるパルス光の強度の不均一性を考慮する必要がなくなるため、補正が不要になり、高速走査が可能になる。
【００２９】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに同一の電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査することなく被測定物にテラヘルツ波を照射してテラヘルツイメージングを行った後、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに異なる電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行ってもよい。
【００３０】
この手順でテラヘルツイメージングを行うことによりテラヘルツ像の解析が容易になる。
【００３１】
また、前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、前記プローブ光を光量の等しい複数の光に分岐し、前記プローブ光を拡大するプローブ光拡大手段を備えてもよい。
【００３２】
これにより、プローブ光の強度が空間的に均一になり、画面の隅々まではっきりしたテラヘルツイメージング像が得られる。つまり、テラヘルツ検出感度が均一化する。
【００３３】
また、前記プローブ光拡大手段は、前記イメージセンサの画素数に等しい数に前記プローブ光を分岐してもよい。
【００３４】
これにより、イメージセンサの各画素に入力されるプローブ光の強度がほぼ等しくなり、良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、良好なテラヘルツ波の出力特性を有し、良好なテラヘルツイメージングを可能にするテラヘルツ波発生装置を実現できる。その結果、鮮明なテラヘルツ画像が得られるテラヘルツイメージング装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００３８】
このテラヘルツイメージング装置では、チタンサファイア結晶を用いたフェムト秒レーザ１から出射されたレーザ光１８（波長８００ｎｍ、２ｍＪ／パルス、１ＫＨｚ、パルス幅１２０ｆｓ、ｐ偏光）は、λ／２偏光板２で偏光方向の回転を受ける。これによって、レーザ光はｓ偏光成分とｐ偏光成分とを有する光となる（ｓ偏光成分：ｐ偏光成分＝１：１００）。これら二成分は偏光ビームスプリッタ３で分離された後、ｐ偏光成分はポンプ光１８Ａ、ｓ偏光成分はプローブ光１８Ｂとなる。
【００３９】
ポンプ光１８Ａは、ミラー４で光路を変えられた後、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）９の回折現象によって、光量がほぼ等しい５本のポンプ光１８Ａ２に分岐される。５本のポンプ光１８Ａ２は、レンズ１０（レンズ１０の焦点はＤＯＥ９の位置）によって、ほぼ平行な５本のポンプ光１８Ａ３に変換された後、光伝導スイッチアレイ１１に照射される。
【００４０】
この照射より、光伝導スイッチアレイ１１にテラヘルツ波１９が発生する。ＤＯＥ９により５本のポンプ光１８Ａ３はほぼ均一な光量の光となるため、出射テラヘルツ波１９は空間的に均一なエネルギー分布となる。
【００４１】
テラヘルツ波１９が被測定物１２を通過するとき、被測定物１２のテラヘルツ波１９の吸収、散乱により、テラヘルツ波１９は変調を受ける。すなわち、被測定物１２をテラヘルツ波１９で画像化（イメージング）することになる。
【００４２】
空間変調されたテラヘルツ波１９Ｂは、ポリエチレンレンズ１３（ポリエチレンはテラヘルツ帯の電磁波を透過しレンズ作用を有する）により集光され、高抵抗Ｓｉウエハー１４（高抵抗Ｓｉはテラヘルツ波を透過させ、８００ｎｍ帯の波長の光を反射するため、テラヘルツ波及びプローブ光の結合に使用される）を通過した後、電気光学効果を有するＺｎＴｅウエハー１５に結像する。なお、ＺｎＴｅウエハー１５は、本発明の電気光学変調手段の一例であり、電気光学効果を有する素子であればこれに限られない。
【００４３】
一方プローブ光１８Ｂは、光路長を調整するミラー５で反射された後、ミラー６で光路を変え、凹レンズ７とコリメートレンズ８とによりビーム径が拡大される。拡大されたプローブ光１８Ｂ２は高抵抗Ｓｉウエハー１４によりテラヘルツ波１９Ｂと同一光路になり、ＺｎＴｅウエハー１５に照射される。なお、テラヘルツ波１９Ｂとプローブ光１８Ｂ２とが同時にＺｎＴｅウエハー１５に照射されるように、つまり重畳されるようにミラー５の光路長（ミラー５の位置）が調整されている。なお、ミラー５及び６、凹レンズ７、コリメートレンズ８、ポリエチレンレンズ１３並びに高抵抗Ｓｉウエハー１４は本発明の重畳光学手段の一例であり、テラヘルツ波１９Ｂとプローブ光１８Ｂ２とを重畳する光学素子の集合であればこれに限られない。
【００４４】
ＺｎＴｅウエハー１５内部では、テラヘルツ波１９Ｂによりポッケルス効果が生じて複屈折を起こし、元々ｓ偏光成分しかないプローブ光１８Ｂ２に、ｐ偏光成分が追加される。その追加されたｐ偏光成分はテラヘルツ波１９Ｂの電界強度が大きいほど、大きくなる。従って、空間強度変調を受けたテラヘルツ波１９Ｂによって、プローブ光１８Ｂ２のｐ偏光成分が空間変調を受ける。偏光板１６をｐ偏光成分のみ通過するようにすることで、イメージセンサ１７に入射するプローブ光１８Ｂ３は、被測定物１２のテラヘルツ透過量で変調されていることと等価になり、イメージセンサ１７の出力像は被測定物１２のテラヘルツイメージング像になる。
【００４５】
図２は、テラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ９、レンズ１０、光伝導スイッチアレイ１１及び外部回路１１Ｄから構成されている。なお、このテラヘルツエミッタ部分は本発明のテラヘルツ波発生装置の一例である。
【００４６】
光伝導スイッチアレイ１１では、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１Ｅ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃが形成されている（厚み２０００Å）。外部回路１１Ｄにより、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃの間にはバイアス電圧（約３０Ｖ）が印加されている。Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃには相向かい合う５組の突起部１１Ｆ及び１１Ｇがあり、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃにより５組のダイポールアンテナが形成されている。従って、対向して配置された１組の突起部１１Ｆ及び１１Ｇと、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１Ｅとから１つの光伝導スイッチが構成される。向かいあう突起部１１Ｆ及び１１Ｇの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合うダイポールアンテナの間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ９で分岐された光量の等しいポンプ光１８Ａ３が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ１０、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃ、並びにＤＯＥ９はアライメントされている。各光伝導スイッチは、Ａｕ／Ｎｉ電極１１Ｂ及び１１Ｃの間に電圧が印加された状態でギャップ部分へのポンプ光１８Ａ３の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する。
【００４７】
なお、本発明の光分岐手段としてＤＯＥ９及びレンズ１０を例示したが、プローブ光を回折により光量の略等しい複数のプローブ光に分岐させ、分岐されたプローブ光を各ダイポールアンテナのギャップ部分にそれぞれ照射させる光学系であればこれに限られない。
【００４８】
図３はＤＯＥ９の斜視図である。図４（ａ）はＤＯＥ９のアレイ方向中央付近の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＤＯＥ９の一部分を拡大した断面図である。
【００４９】
今回、ＤＯＥ９の基材９Ａとして石英（厚さ５００μｍ）を用いた。このＤＯＥ９には、図３及び４でわかるように、基材９Ａ表面に多数の凹凸（高低差：数１０〜数１００ｎｍ）が形成されており、この凹凸は、巨視的には周期ｂ＝２８６０ｎｍを有している。しかし、詳細に見た凹凸は、ＤＯＥ９の中央付近と周辺付近で異なるため、周辺部の拡大図は図４（ｂ）とは完全には一致しない。巨視的な凹凸の周期は、ポンプ光が各光伝導スイッチのギャップ部分に照射されるように、光伝導スイッチの配置に応じて決定され、例えば隣り合うダイポールアンテナの間隔と等しくされる。ＤＯＥの分岐メカニズムに関しては、例えばDonald C. O'Shea, Thomas J. Suleski, Alan D. Kathman, and Dennis W. Prather, "Diffractive Optics", SPIE PRESS, Tutorial Texts in Optical Engineering Volume TT62, Chapter 5.に詳しく述べられている。この文献によれば、分岐方向を表面法線方向からθmラジアンの方向とすると、
ｓｉｎ（θm）＝ｍ（λ／ｎ）／ｂ （式１）
が成立する。ここで、ｍは回折次数、λは入射光の波長、ｎはＤＯＥの屈折率、ｂは巨視的な周期である。今回、ｂ＝２８６０ｎｍ、λ＝８００ｎｍ 、ｎ＝１．４より、回折の方向として、下記の［表１］に示す９本がある。
【００５０】
【表１】
更に、基材９Ａ表面における多数の高低差、具体的には凹凸の深さやデュティを細かく調整することにより、ｍ＝０、±１、±２の５本の出力のみ出力強度を強くすることができる。この結果、入力光を５本に分岐するＤＯＥ９が実現される。ＤＯＥ９とレンズ１０との距離を５００μｍとすることにより、１００μｍ間隔の平行ポンプ光１８Ａ３が得られる。
【００５１】
ここで、ＤＯＥによる均等な強度の光への分岐について図５〜８を参照して以下に詳細に述べる。図５（ａ）は回折格子により入射光が分岐される様子を示す図であり、図５（ｂ）は光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。図６及び７は光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。図８は、回折格子の構成を示す図である。
【００５２】
例えば周期Λを有する回折格子により、入射光が３つの光（Ｐ１、Ｐ２及びＰ３）に分岐されたとする（図５）。分岐された結果、光Ｐ１及び光Ｐ３の強度は等しく、光Ｐ２の半分であるとする。一般には分岐された光は同位相と考えられ、光Ｐ１、Ｐ２及びＰ３の電界は、それぞれ、
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式２）
Ｅ2＝Ａｓｉｎωｔ （式３）
Ｅ3＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式４）
とおける。ここでωは入射光の角周波数、Ａは定数である。なお、ここで√２とはルート２すなわち２の平方根（≒１．４１４・・・）を表す。
【００５３】
ＤＯＥの役目は、簡単には部分的に（本場合はＥ2のみに）位相を変え合成することである。仮に、Ｐ２を位相差Φだけ付加する場合を考えると（図６）、式の上では以下の（式５）、（式６）及び（式７）になる。
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ （式５）
Ｅ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ） （式６）
Ｅ3＝（Ａ/√２）ｓｉｎωｔ （式７）
図５（ｂ）と図６の場合を合成させると、図７のようになり、
Ｅ1＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＋（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＝（√２）・Ａｓｉｎωｔ
（式８）
Ｅ2＝Ａｓｉｎωｔ＋Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ）＝２ｃｏｓ（Φ／２）・Ａｓｉｎ（ωｔ−Φ／２） （式９）
Ｅ3＝（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＋（Ａ／√２）ｓｉｎωｔ＝（√２）・Ａｓｉｎωｔ
（式１０）
となる。従って、
２ｃｏｓ（Φ／２）＝√２
∴Φ＝π／２ （式１１）
となれば、Ｅ1、Ｅ2及びＥ3の絶対値は等しくなる。すなわち、図７のように等しい強度の光Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が得られる。続いて回折格子で位相差Φを付加する方法を述べる。
【００５４】
図８のように、屈折率ｎを有する回折格子１００１の凹凸に比べ、微小な凹凸部１００４（深さｈ）を回折格子１００１に付加する。この微小な凹凸部１００４は、回折格子１００１の凹凸のエッジから、入射光の波長の数倍、離れているものとする。なお、このように微小な凹凸部１００４が付加された回折格子１００１が本実施の形態におけるＤＯＥとなる。ＤＯＥに入射した光のうち、微小な凹凸部１００４近傍の２成分の光（光１００２及び１００３）を考える。光１００２に比べ光１００３は、距離ｈだけ多く屈折率ｎの材料中を通過する。したがって、光１００２及び光１００３には位相差Φが生じ、その値は
Φ＝２πｈ／（λ／ｎ）―２πｈ／λ＝（２πｈ／λ）・（ｎ−１） （式１２）
となる。ここで、λは入射光の波長である。この微小な凹凸部１００４は回折格子１００１の凹凸のエッジから離れているので、光１００２及び光１００３は回折効果を受けずに直進すると考えてよい。すなわち、光１００２及び光１００３は合成され、Ｅ2のみに関与する。
【００５５】
（式１２）が（式１１）を満たす場合は、
ｈ＝λ／［４（ｎ−１）］ （式１３）
となる。例えばλ＝８００ｎｍの入射光で屈折率１．５のＤＯＥの場合はｈ＝４００ｎｍの微小な凹凸部１００４であればよい。このような設計にすることで、等しい強度の分岐光が得られるＤＯＥを実現できる。
【００５６】
以上は、ＤＯＥの役割を簡単に示したものである。実際は、位相差を与える微小な凹凸部は複雑であり、例えば、７×７に分岐する場合が、住友電工ＳＥＩテクニカルレビュー第１６２号７１ページ（２００３年３月）に詳細に記載されている。この文献はインターネットで入手可能である（http://www.sei.co.jp/tr/pdf/industrial/sei10354.pdf）。
【００５７】
次に、図９を参照してＤＯＥを用いた効果を示す。図９（ａ）は、従来のテラヘルツイメージング装置（レンズによりポンプ光を拡大する装置）による被測定物のイメージング結果である。図９（ｂ）は、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置（ＤＯＥ９によりポンプ光を拡大する装置）による被測定物のイメージング結果である。なお、被測定物としては、穴径２ｍｍのピンホールを用いた。
【００５８】
従来のテラヘルツイメージング装置の場合、光伝導スイッチアレイ１１に入射する光量は周辺のダイポールアンテナほど小さくなる。従って、テラヘルツ波の出力も周辺ほど弱くなる。この結果、被測定物の周辺ははっきりとテラヘルツイメージングすることが困難である（図９（ａ））。一方、ＤＯＥ９を用いたテラヘルツイメージング装置の場合、光伝導スイッチアレイ１１全体が均一にポンプ光に照射され、出射テラヘルツ波も均一となる。この結果、アレイ方向の画像はクリアになる（図９（ｂ））。なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置では光伝導スイッチアレイ１１として光伝導スイッチが１次元方向にのみ配置された１次元光伝導スイッチアレイを用いているため、イメージング結果である画像（図９（ａ）及び図９（ｂ））の上下方向がクリアではない。これは、光伝導スイッチアレイ１１として光伝導スイッチが２次元方向に配置された２次元光伝導スイッチアレイを用いることにより、改善することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図１０は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００６０】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、テラヘルツエミッタ部が、ビームステアリング可能な構造になっていること、及びそのステアリングビームを検出できるようなレンズ構成になっている点である。
【００６１】
このテラヘルツイメージング装置では、光伝導スイッチアレイ２１から放射されたテラヘルツ波が被測定物１２に集光され、かつ電気的に集光場所が動かされる。被測定物１２を通過したテラヘルツ波は第１ポリエチレンレンズ１３Ａによってコリメート化され、第２ポリエチレンレンズ１３ＢによってＺｎＴｅウエハー１５に結像される。以降は、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じメカニズムにより、イメージセンサ１７からテラヘルツイメージング像が得られる。
【００６２】
図１１は、テラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ９、レンズ１０、光伝導スイッチアレイ２１並びに外部回路２１Ｂ２、２１Ｃ２、２１Ｄ２、２１Ｅ２及び２１Ｆ２から構成されている。
【００６３】
光伝導スイッチアレイ２１では、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１Ａ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇが形成されている（厚み２０００Å）。Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｆには、独立に駆動できる外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２が接続されている。Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇには相向かい合う５組の突起部２１Ｈ及び２１Ｉがあり、Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇにより５組のダイポールアンテナが形成されている。従って、対向して配置された１組の突起部２１Ｈ及び２１Ｉと、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１Ａとから１つの光伝導スイッチが構成される。向かいあう突起部２１Ｈ及び２１Ｉの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合うダイポールアンテナの間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ９で分岐されたレーザ光が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ１０、Ａｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇ、並びにＤＯＥ９はアライメントされている。なお、外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２は本発明の電圧印加手段の一例である。
【００６４】
図１２は、外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２の詳細な構成中を示す図である。
外部回路２１Ｂ２〜２１Ｆ２は、定常電源２１Ｂ３〜２１Ｆ３と正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４とから構成されている。さらに正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４は制御器２１Ｈに接続されており、その正弦波の位相は制御器２１Ｈにより制御可能である。
【００６５】
Nan M. Froberg, Bin Bin Hu, Xi-Cheng Zhang, and David H. Auston, "Terahertz radiation from a Photoconductive Antenna Array", Journal of Quantum Electronics, vol.28 p.2291(1992).に示されているように、制御器２１Ｈにより、正弦波電源２１Ｂ４〜２１Ｆ４の電圧や、正弦波電源間の位相差を適宜調整すれば、各ダイポールアンテナのＡｕ／Ｎｉ電極２１Ｂ〜２１Ｇに互いに独立な電圧を印加し、光伝導スイッチアレイ２１から放射されるテラヘルツ波の方向を、操作することが可能である。この文献によれば、例えば、電極間に印加するバイアスを正弦波状の空間強度変調を有するバイアスとした場合、その正弦波周期を変えることにより放射方向を変化できる。従って、電圧周期を空間的に調整すれば、レンズのようにテラヘルツ波を一点に集め、かつ動かすことも可能である。従来、光伝導スイッチアレイ２１の各ギャップに入射する光の強度が不均一であったため、外部回路の調整が難しかった。しかし、今回、光伝導スイッチアレイ２１の各ギャップに入射する光の強度が均一になったため、外部回路の制御が容易になる。
【００６６】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置に比べて、テラヘルツ波が被測定物１２上に集光される。このように集光された光は強度が強いので、ノイズに埋もれることなく微弱なテラヘルツ波の強度変化も検出することが可能である。この結果、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置に比べて、階調性の高いテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、被測定物１２でテラヘルツ波を走査してテラヘルツイメージングを行うとした。しかし、図１３に示すフローチャートに従ってテラヘルツイメージングを行ってもよい。具体的には、まず、光伝導スイッチアレイ２１の各ダイポールアンテナに同じ電圧を印加し（ステップＳ１１）、テラヘルツ波を走査させずに被測定物１２全体を一括してテラヘルツイメージングを行い、被測定物１２全体のテラヘルツイメージング像をイメージセンサ１７から得る（ステップＳ１２）。次に、光伝導スイッチアレイ２１の各ダイポールアンテナに異なる電圧、例えば位相の異なる正弦波の電圧を印加し（ステップＳ１３）、必要部分のみ強度の強いテラヘルツ波を走査し、被測定物１２の特定部分に対して高感度のテラヘルツイメージング像をイメージセンサ１７から得る（ステップＳ１４）。この場合には、被測定物１２を詳細に調べることができる。
【００６８】
また、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、被測定物１２上の集光点の走査時間がイメージセンサ１７の１フレーム分の信号電荷の蓄積に要する１フレーム時間、つまり１フレームの撮像に要する時間より長いと、イメージセンサ１７の１フレーム中には全体像は出力されない。例えば、被測定物１２がピンホールである場合には、図１４（ａ）に示されるようなイメージング結果が得られる。従って、集光点の走査時間、つまりテラヘルツ波の走査時間はイメージセンサ１７の１フレーム時間より短くされる。その結果、イメージセンサ１７の各フレームにはテラヘルツイメージング全体像を出力することが可能となる。例えば、被測定物１２がピンホールである場合には、図１４（ｂ）に示されるようなイメージング結果が得られる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図１５は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００７０】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第１の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、プローブ光の拡大にレンズでなく、ＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。具体的には、凹レンズ７とコリメートレンズ８の代わりにＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。なお、ＤＯＥ３１は本発明のプローブ光拡大手段の一例である。
【００７１】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、プローブ光がＤＯＥ３１により等しい光量の複数の光に分岐され、拡大される。従って、プローブ光の強度の面内均一性を向上させることができ、より良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、ＤＯＥ３１の分岐数（縦×横）は、イメージセンサ１７の画素数（縦×横）と同じにされる。具体的には、イメージセンサ１７にＶＧＡ用３１万画素品を用い、ＤＯＥ３１による分岐は、縦４８０本×縦６４０本にされる。これにより、画素一つ一つのプローブ光強度が同じになり、より鮮明なテラヘルツ画像を得ることができる。
【００７３】
（第４の実施の形態）
図１６は、本実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【００７４】
このテラヘルツイメージング装置は、概ね、第２の実施の形態のテラヘルツイメージング装置と同じ構成である。異なる点は、プローブ光の拡大にレンズでなく、ＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。具体的には、凹レンズ７とコリメートレンズ８の代わりにＤＯＥ３１及びコリメートレンズ３２を用いている点である。
【００７５】
以上のように本実施の形態のテラヘルツイメージング装置によれば、プローブ光がＤＯＥ３１により等しい光量の複数の光に分岐され、拡大される。従って、プローブ光の強度の面内均一性を向上させることができ、より良好なテラヘルツイメージング像を得ることができる。
【００７６】
なお、本実施の形態のテラヘルツイメージング装置において、ＤＯＥ３１の分岐数（縦×横）は、イメージセンサ１７の画素数（縦×横）と同じにされる。具体的には、イメージセンサ１７にＶＧＡ用３１万画素品を用い、ＤＯＥ３１による分岐は、縦４８０本×縦６４０本にされる。これにより、画素一つ一つのプローブ光強度が同じになり、より鮮明なテラヘルツ画像を得ることができる。
【００７７】
以上、本発明のテラヘルツ波発生装置及びそれを用いたテラヘルツイメージング装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００７８】
例えば、上記実施の形態において、プローブ光及びポンプ光を発生する光源として波長８００ｎｍのフェムト秒レーザが用いられたが、非線形結晶（例えばＢａＢ2Ｏ4）が用いられ、ＳＨＧ（４００ｎｍ）及びＴＨＧ（２６６ｎｍ）を発生させてもよい。この場合、それらの波長用のＤＯＥが用いられる。例えば、２５０〜８５０ｎｍの波長域のレーザ光を分岐する機能を有するＤＯＥが用いられる。
【００７９】
また、上記実施の形態において、光伝導スイッチアレイの光照射を受ける部分は、半絶縁性ＧａＡｓから構成されるとしたが、低温成長ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣ及びダイアモンドなどから構成されても同様な効果を得ることができる。
【００８０】
また、上記実施の形態において、１次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥが用いられるとしたが、２次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥが用いられても同様な効果を得ることができる。すなわち、図１７に示されるようなＤＯＥが用いられてもよい。
【００８１】
図１７は、２次元的にポンプ光を分岐するＤＯＥを有するテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【００８２】
このテラヘルツエミッタ部分は、ＤＯＥ２００９、レンズ２０１０、光伝導スイッチアレイ２０１１及び外部回路２０１１Ｄから構成されている。
【００８３】
光伝導スイッチアレイ２０１１は、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１１Ｅ（厚み３００μｍ）上にＡｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃが形成されている（厚み２０００Å）。半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１１Ｅ上には、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃが上下方向に３ペア形成されている。各ぺアは左右方向に５個の光伝導スイッチ（図中では相向かい合う５組の突起部２０１１Ｆ及び２０１１Ｇ）を形成している。したがって、光伝導スイッチアレイ２０１１は、５個／ペア×３ペア＝１５個の光伝導スイッチが２次元アレイ状に並んだものである。外部回路２０１１Ｄにより、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃの間にはバイアス電圧（約３０Ｖ）が印加されている。各光伝導スイッチ（ダイポールアンテナ）の向かいあう突起部２０１１Ｆ及び２０１１Ｇの間（ギャップ）の距離は５μｍであり、隣り合う光伝導スイッチ（ダイポールアンテナ）の間隔（隣り合う突起部の間隔）は１００μｍである。ＤＯＥ２００９で１５本に分岐されたポンプ光２０１８Ａ２及び２０１８Ａ３が各ダイポールアンテナのギャップ部分に照射されるよう正確にレンズ２０１０、Ａｕ／Ｎｉ電極２０１１Ｂ及び２０１１Ｃ、並びにＤＯＥ２００９はアライメントされている。
【００８４】
なお、上記第１〜第４の実施形態におけるテラヘルツイメージング装置について、光伝導スイッチアレイの構成として例えば図１８（ａ）のように１つの基板２１０１上に１対の対向電極２１０２及び２１０３を有するものを複数個組み合わせて用いてもよいし、図１８（ｂ）のように１つの基板２１１１上に複数対の対向電極２１１２及び２１１３を有するものを用いてもよい。また、図１８（ｃ）のように１つの基板２１２１上に複数対の対向電極２１２２及び２１２３を有し、別の基板２１３１上に１対の対向電極２１３２及び２１３３を有するものを組み合わせて用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、テラヘルツ波発生装置に利用でき、特に非破壊測定、医療、バイオ、農業、食品、環境などの分野に用いられるテラヘルツ波発生装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図２】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【図３】ＤＯＥの斜視図である。
【図４】（ａ）ＤＯＥのアレイ方向中央付近の断面図である。（ｂ）ＤＯＥの一部分を拡大した断面図（図４（ａ）の一部分を拡大した断面図）である。
【図５】（ａ）回折格子により入射光が分岐される様子を示す図である。（ｂ）光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図６】光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図７】光の強度の空間分布及び電界の時間変化を示す図である。
【図８】回折格子の構成を示す図である。
【図９】（ａ）従来のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結を示す図である。（ｂ）同実施の形態のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１１】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の斜視図である。
【図１２】外部回路の詳細な構成を示す図である。
【図１３】同実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツイメージング手順の変形例を示すフローチャートである。
【図１４】（ａ）従来のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。（ｂ）同実施の形態のテラヘルツイメージング装置による被測定物のイメージング結果を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の変形例の斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態におけるテラヘルツイメージング装置のテラヘルツエミッタ部分の、他の一例を示す斜視図である。
【図１９】従来の光伝導スイッチの概観構成を示す図である。
【図２０】従来の光伝導スイッチアレイの概観構成を示す図である。
【図２１】従来のテラヘルツイメージング装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ フェムト秒レーザ
２ λ／２偏光板
３ 偏光ビームスプリッタ
４、５、６ ミラー
７、１２９ 凹レンズ
８、３２、１３０ コリメートレンズ
９、３１、２００９ ＤＯＥ
９Ａ 基材
１０、２０１０ レンズ
１１、２１、２０１１ 光伝導スイッチアレイ
１１Ｂ、１１Ｃ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈ、２１Ｉ、２０１１Ｂ、２０１１Ｃ Ａｕ／Ｎｉ電極
１１Ｄ、２１Ｂ２、２１Ｃ２、２１Ｄ２、２１Ｅ２、２１Ｆ２、２０１１Ｄ 外部回路
１１Ｅ、２１Ａ、１０１、１０７、２０１１Ｅ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１１Ｆ、１１Ｇ、２１Ｈ、２１Ｉ、２０１１Ｆ、２０１１Ｇ 突起部
１２ 被測定物
１３ ポリエチレンレンズ
１３Ａ 第１ポリエチレンレンズ
１３Ｂ 第２ポリエチレンレンズ
１４ 高抵抗Ｓｉウエハー
１５ ＺｎＴｅウエハー
１６ 偏光板
１７ イメージセンサ
１８ レーザ光
１８Ａ、１８Ａ２、１８Ａ３、２０１８Ａ２、２０１８Ａ３ ポンプ光
１８Ｂ、１８Ｂ２、１８Ｂ３ プローブ光
１９、１９Ｂ テラヘルツ波
２１Ｂ３、２１Ｃ３、２１Ｄ３、２１Ｅ３、２１Ｆ３ 定常電源
２１Ｂ４、２１Ｃ４、２１Ｄ４、２１Ｅ４、２１Ｆ４ 正弦波電源
２１Ｈ 制御器
１０２、１０３、１０８、１０９ 電極
１０２Ａ、１０３Ａ、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄ、１０９Ｅ 凸部
１０４、１１０ 電圧源
１０５、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ、１１１Ｅ フェムト秒レーザ光
１０６、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ、１１２Ｅ スポット
１００１ 回折格子
１００２、１００３ 光
１００４ 凹凸部
２１０１、２１１１、２１２１、２１３１ 基板
２１０２、２１０３、２１１２、２１１３、２１２２、２１２３、２１３２、２１３３ 対向電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を発生させる装置であって、
電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチと、
パルス光を回折により光量の略等しい第１パルス光及び第２パルス光に分岐させ、前記第１光伝導スイッチに前記第１パルス光を照射し、かつ前記第２光伝導スイッチに前記第２パルス光を照射させる光分岐手段とを備える
ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ波発生装置は、さらに、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチに互いに独立な電圧を印加する電圧印加手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項３】
前記光分岐手段は、２５０〜８５０ｎｍの波長域のパルス光を分岐する機能を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項４】
前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチの光照射を受ける部分は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣのうちの少なくとも１つから構成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項５】
前記光分岐手段は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）から構成される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
テラヘルツ波を被測定物に照射して被測定物のイメージングを行う装置であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置を備える
ことを特徴とするテラヘルツイメージング装置。
【請求項７】
前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、
プローブ光を発生する光源と、
被測定物を透過又は反射した後のテラヘルツ波を前記プローブ光と重畳する重畳光学手段と、
前記重畳されたテラヘルツ波とプローブ光とが入射され、前記テラヘルツ波の電界に応じて前記プローブ光の特定の物理量を変調する電気光学変調手段と、
前記変調後のプローブ光を撮像するイメージセンサとを備え、
前記テラヘルツイメージング装置は、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行い、
前記イメージセンサのフレーム時間は、前記テラヘルツ波の走査時間より長い
ことを特徴とする請求項６に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項８】
前記テラヘルツイメージング装置は、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに同一の電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査することなく被測定物にテラヘルツ波を照射してテラヘルツイメージングを行った後、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに異なる電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行う
ことを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項９】
前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、前記プローブ光を光量の等しい複数の光に分岐し、前記プローブ光を拡大するプローブ光拡大手段を備える
ことを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項１０】
前記プローブ光拡大手段は、前記イメージセンサの画素数に等しい数に前記プローブ光を分岐する
ことを特徴とする請求項９に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項１１】
前記第１光伝導スイッチと前記第２光伝導スイッチとは、１つの基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項１】
テラヘルツ波を発生させる装置であって、
電圧が印加された状態でパルス光の照射を受けるとテラヘルツ波を発生する第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチと、
パルス光を回折により光量の略等しい第１パルス光及び第２パルス光に分岐させ、前記第１光伝導スイッチに前記第１パルス光を照射し、かつ前記第２光伝導スイッチに前記第２パルス光を照射させる光分岐手段とを備える
ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項２】
前記テラヘルツ波発生装置は、さらに、前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチに互いに独立な電圧を印加する電圧印加手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項３】
前記光分岐手段は、２５０〜８５０ｎｍの波長域のパルス光を分岐する機能を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項４】
前記第１光伝導スイッチ及び第２光伝導スイッチの光照射を受ける部分は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＳｉＣのうちの少なくとも１つから構成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項５】
前記光分岐手段は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）から構成される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
テラヘルツ波を被測定物に照射して被測定物のイメージングを行う装置であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のテラヘルツ波発生装置を備える
ことを特徴とするテラヘルツイメージング装置。
【請求項７】
前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、
プローブ光を発生する光源と、
被測定物を透過又は反射した後のテラヘルツ波を前記プローブ光と重畳する重畳光学手段と、
前記重畳されたテラヘルツ波とプローブ光とが入射され、前記テラヘルツ波の電界に応じて前記プローブ光の特定の物理量を変調する電気光学変調手段と、
前記変調後のプローブ光を撮像するイメージセンサとを備え、
前記テラヘルツイメージング装置は、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行い、
前記イメージセンサのフレーム時間は、前記テラヘルツ波の走査時間より長い
ことを特徴とする請求項６に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項８】
前記テラヘルツイメージング装置は、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに同一の電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査することなく被測定物にテラヘルツ波を照射してテラヘルツイメージングを行った後、前記第１光伝導スイッチ及び前記第２光伝導スイッチに異なる電圧を印加し、テラヘルツ波を被測定物で走査してテラヘルツイメージングを行う
ことを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項９】
前記テラヘルツイメージング装置は、さらに、前記プローブ光を光量の等しい複数の光に分岐し、前記プローブ光を拡大するプローブ光拡大手段を備える
ことを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項１０】
前記プローブ光拡大手段は、前記イメージセンサの画素数に等しい数に前記プローブ光を分岐する
ことを特徴とする請求項９に記載のテラヘルツイメージング装置。
【請求項１１】
前記第１光伝導スイッチと前記第２光伝導スイッチとは、１つの基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−２７７５６５（Ｐ２００８−２７７５６５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１９７１２（Ｐ２００７−１１９７１２）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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