JP2002072269A

JP2002072269A - テラヘルツ波発生方法及び装置

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Publication number: JP2002072269A
Application number: JP2000261233A
Authority: JP
Inventors: Akimichi Kawase; 晃道川瀬; Hiromasa Ito; 弘昌伊藤; Junichi Yomo; 潤一四方
Original assignee: RIKEN
Current assignee: RIKEN
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-12
Also published as: US20020024718A1; US6697186B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非線形光学結晶中のノンコリニア位相整合条
件のパラメトリック効果によるテラヘルツ波の発生にお
いて、テラヘルツ波の出力を大幅に増大でき、かつその
スペクトル幅をより狭線化することができ、更に、発生
したテラヘルツ波の波長を可変にでき、かつその発生方
向をほぼ一定に保持することができるテラヘルツ波発生
方法及び装置を提供する。【解決手段】パラメトリック発振可能な非線形光学結
晶１と、非線形光学結晶内にポンプ波２として単一周波
数の第１レーザー光７を入射する第１レーザー装置１２
と、単一周波数の別の第２レーザー光８を入射する第２
レーザー装置１４とを備え、ポンプ波により発生するア
イドラー波の発生方向に第２レーザー光８を光注入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テラヘルツ波発生
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠赤外線あるいはサブミリ波の領域は、
光波と電波の境界に位置しており、光波と電波がそれぞ
れの領域で発展してきたのとは対象的に、技術面及び応
用面の両面で未開拓の分野として取り残されていた。し
かし、無線通信における周波数帯の有効利用や超高速通
信への対応、およびこの周波数帯の電磁波の特徴を生か
したイメージングやトモグラフィーによる環境計測、そ
して生物や医学への応用など、この領域は近年ますます
重要となってきている。以下、遠赤外線及びサブミリ波
を「テラヘルツ波」と呼ぶ。

【０００３】テラヘルツ波は発生・検出ともに困難であ
り、従来は、（Ａ）自由電子レーザー、（Ｂ）後進波
管、（Ｃ）ｐ−Ｇｅレーザー、等の手段によりテラヘル
ツ波を発生させていた。自由電子レーザーは、原理的に
任意の波長のテラヘルツ波を発生可能であるが、１ＴＨ
ｚ付近での発振には光波帯よりもはるかに長い電子バン
チが必要となり、１０メートル規模の大型装置となり、
高価であるばかりか使用に際し不便である問題点があっ
た。後進波管（ＢＷＯ：ＢａｃｋｗａｒｄＯｓｃｉｌ
ｌａｔｏｒ）は、スペクトル純度に優れ、数百ＧＨｚ帯
では有用であるが、１ＴＨｚより高周波側で波長可変性
が急減する問題点があった。ｐ−Ｇｅレーザーは、液体
ヘリウムで冷却が必要な極低温を要するため、その設備
が大型となり、使用上不便であった。

【０００４】従って、従来のテラヘルツ波発生手段は、
いずれも実験室レベルでは一部使用可能であるが、大型
かつ高価であり、或いは使用上の不便が多く、多種多様
な応用研究のニーズを満たすほと実用的かつ簡便ではな
かった。

【０００５】上述した従来のテラヘルツ波発生手段に対
して、１〜２ＴＨｚ帯で波長可変であり、かつ小型レー
ザー装置で作動可能な常温動作のテラヘルツ波発生手段
が、本発明の発明者等によって以下の参考資料に報告さ
れている。

【０００６】（参考資料１）特開平９−１４６１３１号
公報（参考資料２）Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｒａｄ
ｉａｔｉｏｎｏｆｗｉｄｅｌｙｔｕｎａｂｌｅ
ＴＨｚｗａｖｅｕｓｉｎｇａｐｒｉｓｍｃｏｕ
ｐｌｅｒｕｎｄｅｒｎｏｎｃｏｌｌｉｎｅａｒｐ
ｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｎｄｉｔｉｏｎ，１
９９７ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，１１Ａｕｇｕｓｔ１９９７（参考資料３）「パラメトリック発振による波長可変テ
ラヘルツ電磁波の発生と応用」、レーザー研究、１９９
８年７月（参考資料４）ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃を用いたＴＨｚ波
パラメトリック特性の検討」、電子情報通信学会誌文
誌、２０００年４月

【０００７】図９は、このテラヘルツ波の発生原理図で
ある。この図において、１は非線形光学結晶（例えばＬ
ｉＮｂＯ₃）、２はポンプ波（例えばＹＡＧレーザー
光）、３はアイドラー波、４はテラヘルツ波である。ラ
マン活性かつ遠赤外活性を有する非線形光学結晶１にポ
ンプ波２を一定方向に入射すると、誘導ラマン効果（又
はパラメトリック相互作用）により物質の素励起波（ポ
ラリトン）を介してアイドラー波３とテラヘルツ波４が
発生する。この場合、ポンプ波２（ω_p）、テラヘルツ
波４（ω_T）、アイドラー波３（ω_i）の間には、式
（１）で示すエネルギー保存則と式（２）で示す運動量
保存則（位相整合条件）が成り立つ。なお、式（２）は
ベクトルであり、ノンコリニアな位相整合条件は、図９
の右上に示すように表現できる。

【０００８】ω_p＝ω_T＋ω_i．．．（１） κ_p＝κ_T＋κ_i．．．（２）

【０００９】このとき発生するアイドラー波３とテラヘ
ルツ波４は空間的な広がりを持ち、その出射角度に応じ
てそれらの波長は連続的に変化する。このシングルパス
配置におけるブロードなアイドラー波及びテラヘルツ波
の発生をＴＰＧ（ＴＨｚ−ｗａｖｅＰａｒａｍａｔｒ
ｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と呼ぶ。なお、基本的な
光パラメトリック過程は、１個のポンプ光子の消滅と、
１個のアイドラ光子および１個のシグナル光子の同時生
成によって定義される。アイドラ光あるいはシグナル光
が共振する場合、ポンプ光強度が一定のしきい値を超え
るとパラメトリック発振が生じる。また、１個のポンプ
光子の消滅と、１個のアイドラ光子および１個のポラリ
トンの同時生成が誘導ラマン散乱であり、広義のパラメ
トリック相互作用に含まれる。

【００１０】しかし、図９に示したシングルパス配置の
テラヘルツ波発生装置で発生したテラヘルツ波は非常に
微弱であり、しかもその大部分は、非線形光学結晶中を
数百μｍ進む間に吸収されてしまうという問題があっ
た。

【００１１】図１０はこの問題を解決したテラヘルツ波
発生装置の構成図である。この図に示すように、上述し
たブロードなアイドラー波３に対して特定方向（角度
θ）に共振器を構成することで、特定方向のアイドラー
波３の強度を高めることができる。この場合、共振器は
高反射コーティングを施したミラーＭ１とＭ２からな
り、回転ステージ５上にセットされ、共振器の角度を微
調整することができる。また、２枚のミラーＭ１、Ｍ２
はその半分のみに高反射コーティングを施し、残りは素
通しでポンプ波２が通過するようになっている。なお、
図１０で６はテラヘルツ波４を外部に取り出すためのプ
リズム結合器である。

【００１２】図１０に示したテラヘルツ波発生装置にお
いて、ポンプ波の結晶への入射角θをある範囲（例えば
１〜２°）で変えると、結晶中でのポンプ波とアイドラ
波のなす角が変化し、テラヘルツ波とアイドラ波のなす
角度も変化する。この位相整合条件の変化により、テラ
ヘルツ波は例えば約１４０〜３１０μｍの間で連続波長
可変性を備える。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、図９
に示したシングルパス配置のテラヘルツ波発生装置で発
生したテラヘルツ波は非常に微弱であり、例えば、励起
強度４５ｍＪ／ｐｕｌｓｅの強力なＮｄ：ＹＡＧレーザ
ーをポンプ光として用いた場合でも、テラヘルツ波の強
度は２ｐＪ／ｐｕｌｓｅ程度に過ぎなかった。

【００１４】また、図１０に示した共振器を有するテラ
ヘルツ波発生装置の場合には、テラヘルツ波の発生強度
をシングルパス配置の数倍には高めることができるが、
その発振スペクトル幅が広く（例えば約１５ＧＨｚ）、
種々の計測に用いるにはその有用性が低かった。また、
この装置では、共振器を回転させる回転ステージ５の駆
動機構が複雑となり、かつ共振器自体の調整が煩雑であ
った。

【００１５】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、非線
形光学結晶中のノンコリニア位相整合条件のパラメトリ
ック発振によるテラヘルツ波の発生において、テラヘル
ツ波の出力を大幅に増大でき、かつそのスペクトル幅を
より狭線化することができるテラヘルツ波発生方法及び
装置を提供することにある。また、本発明の別の目的
は、発生したテラヘルツ波の波長を可変にでき、かつそ
の発生方向をほぼ一定に保持することができるテラヘル
ツ波発生方法及び装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、非
線形光学結晶中のノンコリニア位相整合条件のパラメト
リック発振において、単一周波数のレーザー光で励起
し、かつ、ストークス光（アイドラー波）に対して単一
周波数のレーザー光で光注入を行うことにより、発生す
るテラヘルツ波のスペクトル幅を励起光と光注入光のそ
れぞれのスペクトル幅の和程度まで狭線化でき、かつテ
ラヘルツ波出力が大幅に増大する現象を世界で初めて確
認した。本発明はかかる新規の知見に基づくものであ
る。

【００１７】すなわち、本発明によれば、パラメトリッ
ク発振可能な非線形光学結晶（１）内にポンプ波（２）
を入射し、ノンコリニア位相整合条件を満たす方向にア
イドラー波（３）とテラヘルツ波（４）を発生させるテ
ラヘルツ波発生方法であって、前記ポンプ波として単一
周波数の第１レーザー光（７）を使用し、かつ、前記ア
イドラー波の発生方向に単一周波数の別の第２レーザー
光（８）を光注入する、ことを特徴とするテラヘルツ波
発生方法が提供される。

【００１８】また、本発明によれば、パラメトリック発
振可能な非線形光学結晶（１）と、該非線形光学結晶内
にポンプ波（２）として単一周波数の第１レーザー光
（７）を入射する第１レーザー装置（１２）と、ポンプ
波により発生するアイドラー波の発生方向に単一周波数
の別の第２レーザー光（８）を光注入する第２レーザー
装置（１４）とを備えた、ことを特徴とするテラヘルツ
波発生装置が提供される。

【００１９】上記本発明の方法及び装置によれば、第２
レーザー装置（１４）を用いてポンプ波により発生する
アイドラー波（３）の発生方向に単一周波数の別の第２
レーザー光（８）を光注入するので、パラメトリック相
互作用のみで非線形光学結晶内にアイドラー波を発生さ
せるよりも、強いアイドラー波を発生することができ
る。これにより、この方向のアイドラー波（３）の光強
度が高まり、ノンコリニアな位相整合条件を満たすテラ
ヘルツ波（４）の強度も大幅に高まることが実験により
確認された。また、第２レーザー光（８）で強化される
アイドラー波（３）の指向性が強く、かつ第１レーザー
光（７）と第２レーザー光（８）の両方が単一周波数の
レーザー光であるので、発生するテラヘルツ波（４）の
発生方向の指向性が高まるばかりでなく、スペクトル幅
も大幅に狭線化できることが同様に実験により確認され
た。

【００２０】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
第２レーザー装置（１４）は、光注入に用いる第２レー
ザー光（８）の波長を変えることができる可変波長レー
ザー装置であり、前記光注入する第２レーザー光（８）
の波長を変化させて、テラヘルツ波の波長を変化させ
る。この方法及び装置により、従来のように回転ステー
ジ５を設けてこれを回転させることなくテラヘルツ波の
波長を変化させることもできる。従って、機構を簡潔に
できるばかりでなく、テラヘルツ波を適用する計測シス
テムの調整をより容易にすることができる。

【００２１】また、前記非線形光学結晶表面に配置され
た少なくとも１つのプリズム結合器（１６）を備え、こ
のプリズム結合器をテラヘルツ波帯で屈折率変化の小さ
い材料から構成して、テラヘルツ波の波長変化に伴う放
射角変化を低減することが好ましい。かかる材料とし
て、シリコン（Ｓｉ）をプリズム結合器に用いることに
より、テラヘルツ波の波長を約１５０〜３００μｍの範
囲で変化させても、発生したテラヘルツ波の放射角がほ
とんど変化しないことを、解析により確認した。従っ
て、テラヘルツ波の発生方向を一定化し、テラヘルツ波
を適用する計測システムの調整を更に簡潔にすることが
できる。

【００２２】本発明の第２の実施形態によれば、前記非
線形光学結晶（１）はその両面に少なくとも部分的に反
射面（１ａ，１ｂ）を有し、該反射面（１ａ，１ｂ）で
前記第１レーザー光（７）及び第２レーザー光（８）が
反射して複数回非線形光学結晶内を通過するように構成
され、前記第１レーザー光（７）及び第２レーザー光
（８）を前記非線形光学結晶の一端面又は両端面で反射
させて複数回通過させ、これにより、テラヘルツ波の出
力強度を高める。従って、この方法及び装置により、同
一の非線形光学結晶（１）内を複数回第１レーザー光
（７）及び第２レーザー光（８）が通過し、テラヘルツ
波の発生強度をその分高めることができる。

【００２３】本発明の第３の実施形態によれば、高反射
コーティングを施した１対のミラー（１８ａ，１８ｂ）
からなりアイドラー波（３）を増幅する共振器（１８）
を備える。この構成により、共振器（１８）のミラー
（１８ａ，１８ｂ）でアイドラー波（３）の強度を更に
高め、発生するテラヘルツ波の強度を更に高めることが
できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。

【００２５】図１は、本発明のテラヘルツ波発生装置の
第１実施形態図である。この図に示すように、本発明の
テラヘルツ波発生装置１０は、非線形光学結晶１、第１
レーザー装置１２、及び第２レーザー装置１４を備え
る。非線形光学結晶１は、パラメトリック発振可能な結
晶であり、例えば、ＬｉＮｂＯ₃、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃
(ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃)を用いることができる。そ
の他の非線形光学結晶１としては、ＬｉＴａＯ₃、Ｎｄ
ドープＬｉＮｂＯ₃、ＮｄドープＬｉＴａＯ₃、等を用い
てもよい。第１レーザー装置１２は、非線形光学結晶１
内にポンプ波２として単一周波数の第１レーザー光７を
入射する。この第１レーザー装置１２は、例えば単一縦
モードのＱｓｗＮｄ：ＹＡＧレーザーであり、第１レ
ーザー光７として１０６４ｎｍ，１５ｎｓのパルスレー
ザー光を出力する。この第１レーザー光７の出力は強い
ほどよく、例えば４５ｍＪ／ｐｕｌｓｅのものを使用す
る。第２レーザー装置１４は、ポンプ波２により発生す
るアイドラー波３の発生方向に単一周波数の別の第２レ
ーザー光８を光注入する。この第２レーザー装置１４
は、例えば単一縦モードのＹｂファイバーレーザーであ
り、第２レーザー光８として１０７０．２ｎｍの連続レ
ーザー光を出力する。この第２レーザー光８の出力も強
いほどよく、例えば２５０ｍＷのものを使用する。ポン
プ波２によりパラメトリック相互作用で誘起されるアイ
ドラー波３の発生方向は、実際にはブロードであるた
め、第１レーザー光７と第２レーザー光８のなす角度θ
も、約１〜２°の範囲で設定でき、例えば、その中間の
１．５°前後に設定する。

【００２６】上述した第１実施形態のテラヘルツ波発生
装置１０を用い、本発明の方法によれば、ポンプ波２と
して単一周波数の第１レーザー光７を非線形光学結晶１
内に入射し、かつ、アイドラー波３の発生方向に単一周
波数の別の第２レーザー光８を光注入して、ノンコリニ
ア位相整合条件を満たす方向にアイドラー波３とテラヘ
ルツ波４を発生させる。

【００２７】上記本発明の方法及び装置によれば、アイ
ドラー波３の発生方向に単一周波数の別の第２レーザー
光８を光注入するので、パラメトリック相互作用のみで
非線形光学結晶内にアイドラー波を発生させるよりも、
強いアイドラー波を発生させることができる。これによ
り、この方向のアイドラー波３の光強度が高まり、ノン
コリニアな位相整合条件を満たすテラヘルツ波４の強度
も後述する図５に示すように大幅に増大する。また、第
２レーザー光８で強化されるアイドラー波３の指向性が
強く、かつ第１レーザー光７と第２レーザー光８の両方
が単一周波数のレーザー光であるので、発生するテラヘ
ルツ波４の発生方向の指向性が高まるばかりでなく、ス
ペクトル幅も後述する図６に示すように大幅に狭線化で
きる。

【００２８】図１の第１実施形態において、第２レーザ
ー装置１４は、光注入に用いる第２レーザー光８の波長
を変えることができる可変波長レーザー装置であるのが
よい。かかる可変波長レーザー装置を用い、光注入する
第２レーザー光８の波長を変化させることにより、テラ
ヘルツ波の波長を変化させる。この方法及び装置によ
り、後述する図７に示すように、第１レーザー光７と第
２レーザー光８のなす角度θを約１．２°〜約１．７°
まで変化させても、この変化にテラヘルツ波の出力は鈍
感であることから、逆にこの角度θを固定したままで、
テラヘルツ波の波長を変化させることができる。従っ
て、機構を簡潔にできるばかりでなく、テラヘルツ波を
適用する計測システムの調整をより容易にすることがで
きる。

【００２９】図１において、本発明のテラヘルツ波発生
装置１０は、更に非線形光学結晶１の表面（テラヘルツ
波の発生側）に配置された少なくとも１つ（この例では
３つ）のプリズム結合器１６を備える。また、このプリ
ズム結合器１６は、テラヘルツ波帯で屈折率変化の小さ
い材料からなる。かかる材料として、シリコン（Ｓｉ）
をプリズム結合器に用いることにより、テラヘルツ波の
波長を約１５０〜３００μｍの範囲で変化させても、発
生したテラヘルツ波の放射角がほとんど変化しないこと
を、上述した（参考資料２）において解析により確認し
た。従って、この方法及び構成を本発明のテラヘルツ波
発生手段に組み合わせることにより、テラヘルツ波の発
生方向を一定化し、テラヘルツ波を適用する計測システ
ムの調整を簡潔にすることができる。

【００３０】図２は、本発明のテラヘルツ波発生装置の
第２実施形態図である。この図において、（Ａ）は側面
図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視図である。この実施形態に
おいて、非線形光学結晶１は、その両面に少なくとも部
分的に反射面１ａ，１ｂを有する。この反射面１ａ，１
ｂは、第１レーザー光７及び第２レーザー光８が反射し
て複数回同一の非線形光学結晶内を通過するように構成
されている。なお、図２において、反射面１ａ，１ｂを
非線形光学結晶１から離して示しているが、非線形光学
結晶１の端面に直接高反射コーティングを施してもよ
い。その他の構成は、第１実施形態と同様である。この
構成により、第１レーザー光７及び第２レーザー光８を
非線形光学結晶の端面で反射させて複数回通過させ、こ
れにより、テラヘルツ波の出力強度を高める。この方法
及び装置により、同一の非線形光学結晶１内を複数回第
１レーザー光７及び第２レーザー光８を通過させること
ができ、後述する実施例の図４のように、複数の非線形
光学結晶を用いることなく、単一の非線形光学結晶でテ
ラヘルツ波の発生強度を複数倍に高めることができる。

【００３１】図３は、本発明のテラヘルツ波発生装置の
第３実施形態図である。この実施形態において、本発明
のテラヘルツ波発生装置１０は、共振器１８を備える。
この共振器１８は、高反射コーティングを施した１対の
ミラー１８ａ，１８ｂからなりアイドラー波３を増幅す
るようになっている。この構成により、共振器を用いな
い簡潔さは失われるが、共振器１８のミラー１８ａ，１
８ｂでアイドラー波３の強度を更に高め、発生するテラ
ヘルツ波の強度を更に高めることができる。

【００３２】

【実施例】図４は、本発明のテラヘルツ波発生装置の実
施例の構成図である。この図において、１、１′は非線
形光学結晶、１７はテレスコープ（レンズ系）、１８
ａ，１８ｂはミラー、１９はメタルメッシュエタロン、
２０はボロメーターである。この実施例において、Ｍｇ
Ｏ：ＬｉＮｂＯ₃結晶（６５ｍｍ長）の非線形光学結晶
１と、ＬｉＮｂＯ₃結晶（６５ｍｍ長）の非線形光学結
晶１′を縦に配置し、テラヘルツ波４はＳｉプリズムア
レイ１６から取り出した。２つの非線形光学結晶１，
１′を縦に配置したのは、非線形光学結晶の効果を高め
るためである。ポンプ光７は単一縦モードのＱｓｗＮ
ｄ：ＹＡＧレーザー１２（１０６４ｎｍ，１５ｎｓ）、
アイドラー光の種光８は単一縦モードのＹｂファイバー
レーザー１４（１０７０．２ｎｍ）で、位相整合角１．
５°で入射した。テラヘルツ波４の検出にはショットキ
ーバリアダイオード及びＳｉボロメータ２０をテラヘル
ツ波減衰用のカバーガラス２枚（図示せず）とともに用
いた。

【００３３】上述した実施例により発生したアイドラー
光の波長は、注入光と一致した。また、テラヘルツ波４
の波長は１８４μｍであった。メタルメッシュエタロン
間隔を２００ｍｍ（ＦＳＲ７５０ＭＨｚ）に広げ、テラ
ヘルツ波の線幅２３０ＭＨｚまで確認できた。ポンプ光
強度４５ｍＪ／ｐｕｌｓｅ（発振しきい値は２９ｍＪ／
ｐｕｌｓｅ）、注入光強度２５０ｍＷに対してテラヘル
ツ波強度０．９ｎＪ／ｐｕｌｓｅ（ピーク値２６０ｍ
Ｗ、パルス幅３．４ｎｓ）を得た。これはＴＰＯから得
られた従来の最大出力０．１９ｎＪ／ｐｕｌｓｅ（ピー
ク値１９ｍＷ）を大幅に上回っていた。なお、種光（第
２レーザー光８）を遮るとテラヘルツ波４の強度は約３
００分の１に減少することが確認された。

【００３４】上述した実施例から、共振器を用いないテ
ラヘルツパラメトリック発生（ＴＨｚＰａｒａｍｅｔ
ｒｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＴＰＧ）に、ポンプ光
とアイドラー光への光注入を導入することで、テラヘル
ツ波のフーリエ限界近い狭線化と大幅な放射強度の増大
が達成できることが確認された。

【００３５】図５は、上述した本発明の実施例によるテ
ラヘルツ波の発生強度を示す図である。この図におい
て、横軸は励起レーザー強度、縦軸はテラヘルツ波の発
生強度であり、図中の上線が本発明、下線が従来例を示
している。この従来例は共振器のないシングルパス配置
の場合であるが、これに比べて約３００倍の出力増大が
達成されていることがわかる。この出力は、共振器を有
する場合に比べても大幅に高い出力である。

【００３６】図６は、本発明の実施例によるテラヘルツ
波のスペクトル幅を示す図である。この図において、
（Ａ）は本発明の場合、（Ｂ）は従来例である。この図
の比較から明らかなように、本発明のテラヘルツ波発生
方法及び装置では、スペクトル幅が大幅に狭線化されて
いる。また、この図からは明らかではないが、本発明に
より発生したテラヘルツ波の線幅は、パルス幅によって
決まるフーリエ限界に近い優れたものであることが確認
されている。

【００３７】図７は、位相整合角とテラヘルツ波の発生
強度との関係図である。この図に示すように、第１レー
ザー光７と第２レーザー光８のなす角度θ（位相整合
角）を約１．２°〜約１．７°まで変化させても、この
変化にテラヘルツ波の出力は鈍感であることがかわか
る。従って、逆にこの角度θを固定したままで、光注入
する第２レーザー光８の波長を変化させることにより、
テラヘルツ波の波長を変化させることができることがわ
かる。

【００３８】図８は、（参考資料２）において解析した
テラヘルツ波の波長とその発生方向との関係図である。
シリコン（Ｓｉ）をプリズム結合器１６に用いることに
より、テラヘルツ波の波長を約１５０〜３００μｍの範
囲で変化させても、発生したテラヘルツ波の放射角がほ
とんど変化しないことがわかる。なお、その後の厳密な
解析により、わずかな変化があることがわかっている。
従って、この構成を本発明のテラヘルツ波発生手段に組
み合わせることにより、テラヘルツ波の発生方向を一定
化できることがわかる。

【００３９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】上述したように、本発明では、単一周波
数のレーザー光で非線形光学結晶を励起し、さらにテラ
ヘルツ波と同時に発生するストークス光に対して単一周
波数のレーザー光で光注入を行う。従来の非線形光学結
晶中のノンコリニア位相整合条件のパラメトリック発振
によるテラヘルツ波発生装置において、テラヘルツ波の
スペクトル幅が広いこと、およびテラヘルツ波出力が小
さいことが実用上の欠点であったが、本発明により、テ
ラヘルツ波スペクトル幅は従来の数百分の１程度まで狭
線化され、かつテラヘルツ波出力は従来の数百倍程度に
増大する。また、光注入の入射角を変えずに注入光の波
長のみを変えることにより、テラヘルツ波の波長可変性
が得られる。更に、結晶内の多重回往復による変換効率
の増大を図ることもできる。

【００４１】従って、本発明のテラヘルツ波発生方法及
び装置は、非線形光学結晶中のノンコリニア位相整合条
件のパラメトリック発振によるテラヘルツ波の発生にお
いて、テラヘルツ波の出力を大幅に増大でき、かつその
スペクトル幅をより狭線化することができ、更に、発生
したテラヘルツ波の波長を可変にでき、かつその発生方
向をほぼ一定に保持することができる、等の優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のテラヘルツ波発生装置の第１実施形態
図である。

【図２】本発明のテラヘルツ波発生装置の第２実施形態
図である。

【図３】本発明のテラヘルツ波発生装置の第３実施形態
図である。

【図４】本発明のテラヘルツ波発生装置の実施例の構成
図である。

【図５】本発明の実施例によるテラヘルツ波の発生強度
を示す図である。

【図６】本発明の実施例によるテラヘルツ波のスペクト
ル幅を示す図である。

【図７】位相整合角とテラヘルツ波の発生強度との関係
図である。

【図８】テラヘルツ波の波長とその発生方向との関係図
である。

【図９】テラヘルツ波の発生原理図である。

【図１０】共振器を有する従来のテラヘルツ波発生装置
の構成図である。

【符号の説明】１，１′ 非線形光学結晶、２ポンプ波、３アイド
ラー波、４テラヘルツ波、５回転ステージ、６プ
リズム結合器、７第１レーザー光、８第２レーザー
光、１０テラヘルツ波発生装置、１２第１レーザー
装置、１４第２レーザー装置、１６プリズム結合
器、１７テレスコープ（レンズ系）、１８ａ，１８ｂ
ミラー、１９メタルメッシュエタロン、２０ボロ
メーター、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者四方潤一宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉519−1399 理化学研究所フォトダイナミクス研究センター内Ｆターム(参考） 2K002 AB12 AB27 BA02 CA03 DA01 GA10 HA21 5F072 AB20 JJ04 JJ20 KK11 KK30 PP10 QQ03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パラメトリック効果によってテラヘルツ
波発生が可能な非線形光学結晶（１）内にポンプ波
（２）を入射し、ノンコリニア位相整合条件を満たす方
向にアイドラー波（３）とテラヘルツ波（４）を発生さ
せるテラヘルツ波発生方法であって、前記ポンプ波として単一周波数の第１レーザー光（７）
を使用し、かつ、前記アイドラー波の発生方向に単一周
波数の別の第２レーザー光（８）を光注入する、ことを
特徴とするテラヘルツ波発生方法。
【請求項２】前記光注入する第２レーザー光（８）の
波長を変化させて、テラヘルツ波の波長を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生方
法。
【請求項３】前記非線形光学結晶表面にテラヘルツ波
帯で屈折率変化の小さい材料のプリズム結合器（１６）
を少なくとも１つ配置し、これによりテラヘルツ波の波
長変化に伴う放射角変化を低減する、ことを特徴とする
請求項１に記載のテラヘルツ波発生方法。
【請求項４】前記第１レーザー光（７）及び第２レー
ザー光（８）を前記非線形光学結晶の一端面又は両端面
で反射させて複数回通過させ、これにより、テラヘルツ
波の出力強度を高める、ことを特徴とする請求項１に記
載のテラヘルツ波発生方法。
【請求項５】パラメトリック効果によってテラヘルツ
波発生が可能な非線形光学結晶（１）と、該非線形光学
結晶内にポンプ波（２）として単一周波数の第１レーザ
ー光（７）を入射する第１レーザー装置（１２）と、ポ
ンプ波により発生するアイドラー波の発生方向に単一周
波数の別の第２レーザー光（８）を光注入する第２レー
ザー装置（１４）とを備えた、ことを特徴とするテラヘ
ルツ波発生装置。
【請求項６】前記第２レーザー装置（１４）は、光注
入に用いる第２レーザー光（８）の波長を変えることが
できる可変波長レーザー装置である、ことを特徴とする
請求項５に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項７】前記非線形光学結晶表面に配置された少
なくとも１つのプリズム結合器（１６）を備え、該プリ
ズム結合器は、テラヘルツ波帯で屈折率変化の小さい材
料からなる、ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘ
ルツ波発生装置。
【請求項８】前記非線形光学結晶（１）はその両面に
少なくとも部分的に反射面（１ａ，１ｂ）を有し、該反
射面（１ａ，１ｂ）で前記第１レーザー光（７）及び第
２レーザー光（８）が反射して複数回非線形光学結晶内
を通過するように構成されている、ことを特徴とする請
求項５に記載のテラヘルツ波発生装置。
【請求項９】高反射コーティングを施した１対のミラ
ー（１８ａ，１８ｂ）からなりアイドラー波（３）を増
幅する共振器（１８）を備える、ことを特徴とする請求
項５に記載のテラヘルツ波発生装置。