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JP2009058875A - Optical filter - Google Patents

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JP2009058875A
JP2009058875A JP2007227609A JP2007227609A JP2009058875A JP 2009058875 A JP2009058875 A JP 2009058875A JP 2007227609 A JP2007227609 A JP 2007227609A JP 2007227609 A JP2007227609 A JP 2007227609A JP 2009058875 A JP2009058875 A JP 2009058875A
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changing
frequency
electromagnetic wave
light
wave beam
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Application number
JP2007227609A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Sekine
徳彦 関根
Shingo Saito
伸吾 齋藤
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National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
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Publication date
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】何らかの与えられた周波数を境界に、それ以上の周波数成分とそれ以下の周波数成分とに分波する光学フィルタを、簡単な構成で実現する。例えば、テラヘルツ光発生時に、励起光とテラヘルツ光とを分離する際に用いる。
【解決手段】1)ププラズマ周波数をもち平坦な表面の分波素子と、2)分波素子に、プラズマ周波数よりも高い周波数成分と低い周波数成分の線状あるいは面状の電磁波ビームを入射する入射手段と、3)分波素子の反射電磁波として生成され、電磁波ビームの分波素子への入射点から離れた位置で反射しプラズマ周波数より低い周波数の第1電磁ビームと、上記入射点から反射しプラズマ周波数より高い周波数の第2電磁ビームと、から一方の電磁ビームを選択する選択手段と、を備える。また、入射点のキャリア密度を、電界、磁界、光、圧力、温度などで変化させる。
【選択図】図2
An optical filter that demultiplexes into a frequency component higher than that and a frequency component lower than that at a given frequency as a boundary is realized with a simple configuration. For example, it is used to separate excitation light and terahertz light when terahertz light is generated.
SOLUTION: 1) A flat surface demultiplexing element having a plasma frequency, and 2) an incidence of a linear or planar electromagnetic wave beam having a frequency component higher and lower than the plasma frequency incident on the demultiplexing element. And 3) a first electromagnetic beam generated as a reflected electromagnetic wave of the demultiplexing element, reflected at a position away from the incident point of the electromagnetic wave beam to the demultiplexing element, and reflected from the incident point with a frequency lower than the plasma frequency. A second electromagnetic beam having a frequency higher than the plasma frequency, and a selection means for selecting one of the electromagnetic beams. Further, the carrier density at the incident point is changed by an electric field, a magnetic field, light, pressure, temperature, or the like.
[Selection] Figure 2

Description

この発明は、予め与られた周波数を境界にそれ以上の周波数成分とそれ以下の周波数成分とに分波する光学フィルタに関するものであって、例えば、テラヘルツ光発生時に、その発生に用いる励起光と、発生したテラヘルツ光とを分離する際に用いることができる。   The present invention relates to an optical filter that demultiplexes into a frequency component higher than that and a frequency component lower than that with a predetermined frequency as a boundary. For example, when terahertz light is generated, Can be used to separate the generated terahertz light.

本発明の適用できる技術領域は広範囲にわたるが、説明を明確にするために、テラヘルツ光の分野での例について以下に説明する。   Although the technical field to which the present invention can be applied is wide, an example in the field of terahertz light will be described below for the sake of clarity.

遠赤外領域もしくはテラヘルツ領域(波長=数十〜数百μm)と呼ばれる周波数領域は、セキュリティ、環境モニタリング、生体医療診断、劇物/毒物検出、無線通信、分光などにおいて重要な周波数帯である。現在のところ、テラヘルツ光発生には、近赤外領域のフェムト秒パルスレーザでテラヘルツ光発生素子を励起するレーザ励起型のテラヘルツ光発生装置が用いられており、発生素子には例えば、図8(a)に示す光伝導アンテナ(非特許文献1)や、図8(b)に示す電気光学(EO)結晶(非特許文献2)などが用いられている。特に、EO結晶を用いたテラヘルツ光発生装置では、非線形光学効果を用いているために、発生テラヘルツ光の周波数帯域に原理的な制限はなく、広帯域(例えば帯域幅100THz以上)なテラヘルツ光パルス発生も可能であり、テラヘルツ帯の分光応用に期待されている。   The frequency region called far-infrared region or terahertz region (wavelength = several tens to several hundreds μm) is an important frequency band in security, environmental monitoring, biomedical diagnosis, deleterious substance / toxic substance detection, wireless communication, spectroscopy, etc . At present, for the generation of terahertz light, a laser-pumped terahertz light generation device that excites a terahertz light generation element with a femtosecond pulse laser in the near-infrared region is used. A photoconductive antenna (non-patent document 1) shown in a), an electro-optic (EO) crystal (non-patent document 2) shown in FIG. 8B, and the like are used. In particular, a terahertz light generation apparatus using an EO crystal uses a nonlinear optical effect, so that there is no fundamental limitation on the frequency band of the generated terahertz light, and generation of a terahertz light pulse having a wide band (for example, a bandwidth of 100 THz or more). It is also possible and is expected for spectroscopic applications in the terahertz band.

しかし、EO結晶を用いたテラヘルツ光発生装置では、テラヘルツ光発生のための近赤外フェムト秒パルス(ポンプパルス)と、発生したテラヘルツ光パルスとが同軸(同じ光軸の意)かそれに近い状況に配置されているために、テラヘルツ光パルスのみを得るにはこれを分離しなければならない。   However, in a terahertz light generator using an EO crystal, the near-infrared femtosecond pulse (pump pulse) for generating terahertz light and the generated terahertz light pulse are coaxial (meaning the same optical axis) or close to it. In order to obtain only the terahertz light pulse, it must be separated.

この問題に対して、従来用いられてきた方法は、高抵抗のシリコンウェハによる分離である。これは、ポンプパルス(つまり励起用レーザ光)にとっては不透明な媒質であるためにシリコンを透過しないが、テラヘルツ光パルスにとっては透過域に当たるためにシリコンを透過するため、シリコンがフィルタとして作用し、テラヘルツ光が得られるというものである。   A conventionally used method for this problem is separation using a high-resistance silicon wafer. This is an opaque medium for the pump pulse (that is, the excitation laser beam), so it does not pass through silicon, but for the terahertz light pulse, it passes through the silicon because it hits the transmission region, so silicon acts as a filter, Terahertz light can be obtained.

しかしながら、この方法では実際のところ、ポンプパルスが非常に高強度なパルスなため、一部のポンプパルスがシリコンを透過してしまう。このように、完全な分離はできず、その透過光の強度は無視できない値である。また、シリコンの厚みを増加すると、ポンプパルスの漏れは低下するが、シリコンによるテラヘルツ光の吸収が無視できなくなり、テラヘルツ光パルス強度が低下する。さらに、上記のいずれの場合も、テラヘルツ光パルスの一部はシリコンで反射されてしまうため、反射損失も受けてしまう。   However, in this method, the pump pulse is actually a very high intensity pulse, so that a part of the pump pulse passes through the silicon. Thus, complete separation is not possible, and the intensity of the transmitted light is a value that cannot be ignored. Further, when the thickness of silicon is increased, pump pulse leakage is reduced, but absorption of terahertz light by silicon cannot be ignored, and the terahertz light pulse intensity is reduced. Furthermore, in any of the above cases, a part of the terahertz light pulse is reflected by silicon, so that a reflection loss is also received.

また、異なる波長の光を分波することは、プリズムまたはグレーティングを用いて容易に行なうことができることは、よく知られているが、この場合には、次のような短所がある。
1) 光学素子の損傷の可能性があるため、使用できる光パルスの最大強度に制限がある。
2) 分波するためには、結像光学系及びスリット等を使用して他方の光波を遮断する必要があり、光学系が複雑になる。
3) さらに十分なコントラストで分波するためには、光路長を充分大きく取る必要があり、嵩張り易い。
4) グレーティングの場合、高次光をカットする光学素子が必要になり、プリズムの場合は光波に対して透明である必要がある。
In addition, it is well known that light having different wavelengths can be easily demultiplexed using a prism or a grating, but in this case, there are the following disadvantages.
1) There is a limit to the maximum intensity of the light pulse that can be used due to the possibility of damage to the optical element.
2) In order to demultiplex, it is necessary to block the other light wave using an imaging optical system and a slit, and the optical system becomes complicated.
3) In order to perform demultiplexing with a sufficient contrast, it is necessary to make the optical path length sufficiently large, which is easily bulky.
4) In the case of a grating, an optical element that cuts high-order light is required, and in the case of a prism, it is necessary to be transparent to light waves.

D. Grischowsky, S. Keiding, M. van Exter and Ch. Fattinger, "Far-Infrared Time-Domain Spectroscopy with Terahertz Deams of Dielectrics and Semiconductors," J. Opt. Soc. Am. Vol.7, No. 10, pp.2006-2013 (1990).D. Grischowsky, S. Keiding, M. van Exter and Ch. Fattinger, "Far-Infrared Time-Domain Spectroscopy with Terahertz Deams of Dielectrics and Semiconductors," J. Opt. Soc. Am. Vol. 7, No. 10, pp. 2006-2013 (1990). X.-C. Zhang, Y. Jin and X. F. Ma, "Coherent Measurement of THz Optical Rectification from Electro-Optic Crystals," Appl. Phys. Lett. Vol.61, No.23, pp.2764-2766 (1992).X.-C. Zhang, Y. Jin and XF Ma, "Coherent Measurement of THz Optical Rectification from Electro-Optic Crystals," Appl. Phys. Lett. Vol.61, No.23, pp.2764-2766 (1992) .

本発明の目的は、何らかの与えられた周波数を境界に、それ以上の周波数成分とそれ以下の周波数成分とに分波する光学フィルタを、簡単な構成で実現することにある。例えば、テラヘルツ光発生時に、その発生に用いる励起光と、発生したテラヘルツ光とを分離する際に用いることで、分光その他幅広い応用に適用可能な、純粋かつ高強度なテラヘルツ光を提供する。   An object of the present invention is to realize, with a simple configuration, an optical filter that demultiplexes into a frequency component higher than that and a frequency component lower than that at some given frequency as a boundary. For example, when terahertz light is generated, it is used to separate excitation light used for generation from the generated terahertz light, thereby providing pure and high-intensity terahertz light that can be applied to a wide range of applications such as spectroscopy.

この発明を用いることで、予め決められた周波数を境界にそれ以上の周波数成分とそれ以下の周波数成分とに分波する光学フィルタを簡単な構成で実現でき、例えば、高い消光比でテラヘルツ光を切り出す光学フィルタを実現できる。   By using the present invention, it is possible to realize an optical filter that demultiplexes into a frequency component higher than that and a frequency component lower than that with a predetermined frequency as a boundary, for example, a terahertz light with a high extinction ratio. An optical filter to be cut out can be realized.

本発明の動作原理を図1に示す。すなわち、入射光を媒質1から媒質2に入射する。媒質2は、自由キャリアの存在する素子であり、テラヘルツ光は全反射し、その他の周波数領域の光は通常の反射あるいは屈折させる。これにより、空間的に2つのビーム(第1、第2電磁ビーム)を分離することができる。以下に、より詳細に説明する。   The operating principle of the present invention is shown in FIG. That is, incident light enters the medium 2 from the medium 1. The medium 2 is an element in which free carriers exist, terahertz light is totally reflected, and light in other frequency regions is normally reflected or refracted. Thereby, two beams (first and second electromagnetic beams) can be spatially separated. This will be described in more detail below.

屈折率n1の媒質1から屈折率n2の媒質2に光が界面からθ1の角度で入射すると、一般に、p波の光は媒質界面において以下の反射を受ける。 When light in the medium 2 of refractive index n 2 from a medium 1 of refractive index n 1 is incident at an angle theta 1 from the interface, in general, light of p-wave undergoes reflection follows in medium interfaces.

Figure 2009058875
Figure 2009058875

上記の媒質の屈折率は、光の角周波数ωによって変わるが、特に媒質に自由キャリアが存在するとプラズマ効果により、屈折率の2乗値である誘電率ε(ω)は以下のような変更を受ける。ここで、mはキャリアの質量、eは素電荷、Nはキャリア密度、ε0は真空中の誘電率である。 The refractive index of the above medium varies depending on the angular frequency ω of the light. However, especially when free carriers exist in the medium, the dielectric constant ε (ω), which is the square value of the refractive index, is changed as follows due to the plasma effect. receive. Here, m is the mass of the carrier, e is the elementary charge, N is the carrier density, and ε 0 is the dielectric constant in vacuum.

Figure 2009058875
ここでωpはプラズマ周波数と呼ばれるもので、バルクの場合は以下となる。
Figure 2009058875
Here, ω p is called a plasma frequency, and in the case of a bulk, it is as follows.

Figure 2009058875
Figure 2009058875

ここで注目すべきは、数2において光の周波数がプラズマ周波数よりも小さい場合、媒質の誘電率の実部が負になるということである。これは屈折率が複素数になることを示しているが、例えば、空気(n1=1)から複素誘電率ε2(ε2=n2 2=εr+iεi)の媒質に光が入射すると、数1は以下のようになる。 It should be noted here that when the frequency of light is smaller than the plasma frequency in Equation 2, the real part of the dielectric constant of the medium becomes negative. This indicates that the refractive index becomes a complex number. For example, when light enters a medium having a complex dielectric constant ε 22 = n 2 2 = ε r + iε i ) from air (n 1 = 1). , Equation 1 is as follows.

Figure 2009058875
Figure 2009058875

さらに、εr、εi>>1となるような ωp、ωを取ることができるため、rpをほぼ1であると近似できる。このことは、プラズマ周波数よりも小さい周波数を持つ光は、媒質界面で全反射を受け、反射前後の位相差が0となることを示している。この場合、媒質界面におけるグース・ヘンシェンシフトなる効果で、媒質界面では、光の入射点からずれた位置に反射点が現れる。一方、プラズマ周波数よりも高い周波数を持つ光は、通常のスネルの法則に従った反射や屈折を界面で受けるため、グース・ヘンシェンシフトは起きない。 Furthermore, since ω p and ω such that ε r and ε i >> 1 can be taken, r p can be approximated to be approximately 1. This indicates that light having a frequency smaller than the plasma frequency undergoes total reflection at the medium interface, and the phase difference before and after reflection is zero. In this case, due to the effect of Goose-Henschen shift at the medium interface, a reflection point appears at a position shifted from the incident point of light at the medium interface. On the other hand, light having a frequency higher than the plasma frequency is subjected to reflection and refraction according to the usual Snell's law at the interface, so the Goose-Henschen shift does not occur.

このため、同軸上にある2つの光に対して、媒質のプラズマ周波数を2つの光の周波数の中間に設定すれば、反射によるビーム位置が互いにずれることを用いて空間的に分離することができる。さらに一方を完全にブロックすることが可能であり、高い消光比を実現することもできる。また、プラズマ周波数は自由キャリア密度によって決まるため、キャリア密度を制御することにより、分離の境界とする周波数をチューナブルに変えることができる。   For this reason, if the plasma frequency of the medium is set to the middle of the two light frequencies with respect to the two lights on the same axis, they can be spatially separated using the fact that the beam positions due to reflection are shifted from each other. . Furthermore, one of them can be completely blocked, and a high extinction ratio can be realized. Further, since the plasma frequency is determined by the free carrier density, the frequency used as the separation boundary can be tuned by controlling the carrier density.

より具体的には、本発明の光学フィルタは以下の様に構成する。   More specifically, the optical filter of the present invention is configured as follows.

まず、本発明の光学フィルタは、プラズマ周波数をもち平坦な表面をもつ分波素子と、
上記分波素子に、上記プラズマ周波数よりも高い周波数成分と低い周波数成分をもった線状あるいは面状の電磁波ビームを入射する入射手段と、
上記分波素子の反射電磁波として生成され、上記電磁波ビームの上記分波素子への入射点から離れた位置で反射しプラズマ周波数より低い周波数をもつ第1電磁ビームと、上記入射点から反射しプラズマ周波数より高い周波数をもつ第2電磁ビームと、から一方の電磁ビームを選択する選択手段と、を備えたものとする。
First, an optical filter of the present invention includes a demultiplexing element having a flat surface with a plasma frequency,
Incident means for entering a linear or planar electromagnetic wave beam having a frequency component higher and lower than the plasma frequency into the demultiplexing element;
A first electromagnetic beam generated as a reflected electromagnetic wave of the branching element, reflected at a position away from an incident point of the electromagnetic wave beam to the branching element and having a frequency lower than a plasma frequency, and reflected from the incident point and plasma; A second electromagnetic beam having a frequency higher than the frequency and selection means for selecting one of the electromagnetic beams are provided.

また、上記の分波素子は、N型あるいはP型にドープした半導体基板を用いて、上記光学フィルタ構成することもできる。   In addition, the above-described optical demultiplexing element can also be configured as an optical filter using a semiconductor substrate doped in N-type or P-type.

また、上記半導体基板は、電磁波ビーム入射部分が半導体量子井戸構造を備えることで、キャリア密度を制御することが可能となり、高性能な(例えば、テラヘルツ光と励起光との分離距離が大きい)光学フィルタを構成することができる。   In addition, the semiconductor substrate has a semiconductor quantum well structure at the incident portion of the electromagnetic wave beam, so that the carrier density can be controlled, and a high-performance optical (for example, a separation distance between terahertz light and excitation light is large). A filter can be configured.

また、上記の構成に加えてさらに、電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる電極と、
前記電極への印加電圧を変化させる手段を備えることで、前記印加電圧を変化させて上記分波特性を調整することができるようになる。
Further, in addition to the above configuration, an electrode that changes the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion;
By providing means for changing the applied voltage to the electrode, the demultiplexing characteristics can be adjusted by changing the applied voltage.

あるいは、さらに、電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる磁界発生源と、
前記磁界発生源による磁界を変化させる磁界制御手段を備えることで、前記磁界を変化させて上記分波特性を調整することができるようになる。
Or, furthermore, a magnetic field generation source that changes the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident part,
By providing magnetic field control means for changing the magnetic field generated by the magnetic field generation source, the demultiplexing characteristics can be adjusted by changing the magnetic field.

あるいは、さらに、電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる圧力印加手段と、
前記圧力印加手段による印加圧力を変化させる圧力制御手段を備えることで、前記印加圧力を変化させて上記分波特性を調整することができるようになる。
Or, further, pressure applying means for changing the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion, and
By providing pressure control means for changing the pressure applied by the pressure application means, the demultiplexing characteristics can be adjusted by changing the applied pressure.

あるいは、さらに、電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる励起光入射手段と、
前記励起光入射手段による励起光を変化させる励起光制御手段を備えることで、前記励起光を変化させて上記分波特性を調整することができるようになる。
Alternatively, excitation light incident means for changing the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion,
By providing excitation light control means for changing the excitation light by the excitation light incident means, the demultiplexing characteristics can be adjusted by changing the excitation light.

あるいは、さらに、電磁波ビーム入射部分の温度を変化させる加熱または冷却手段と、
前記加熱または冷却手段を制御する温度制御手段を備えることで、前記電磁波ビーム入射部分の温度を変化させて上記分波特性を調整することができるようになる。
Alternatively, furthermore, heating or cooling means for changing the temperature of the electromagnetic wave beam incident part,
By providing the temperature control means for controlling the heating or cooling means, the demultiplexing characteristics can be adjusted by changing the temperature of the electromagnetic wave beam incident portion.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

図2に第1の実施例を示す。ここに挙げる例は、InAs(インジウム砒素)基板1を分波素子に用いる例についてものである。この実施例では、入射光3として、ノンドープInAs基板表面へ近赤外光とテラヘルツ光を、スリット11を通して、45度の角度で入射する。このテラヘルツ光は、レーザ励起型テラヘルツ発生装置からのもので、励起用のレーザ光と同じ光軸あるいは同じ光路にある。ここで、入射光は、線状あるいは面状の電磁波ビームであり、また、基板表面は平坦である。   FIG. 2 shows a first embodiment. The example given here is an example in which an InAs (indium arsenide) substrate 1 is used as a demultiplexing element. In this embodiment, as the incident light 3, near infrared light and terahertz light are incident on the surface of the non-doped InAs substrate through the slit 11 at an angle of 45 degrees. The terahertz light is from a laser excitation type terahertz generator and is on the same optical axis or the same optical path as the excitation laser light. Here, the incident light is a linear or planar electromagnetic wave beam, and the substrate surface is flat.

InAs基板1はノンドープの状態でも、表面のピン止め効果により表面近傍に電子が蓄積しており、このときのプラズマ周波数は約1.5THz程度となる。ここに例えばレー起用光としての約800nmの近赤外光と、生成された1THz程度のテラヘルツ光を同軸で入射させると、テラヘルツ光4b(第1電磁ビーム)と近赤外光4a(第2電磁ビーム)が反射光となる。ここで、ω(テラヘルツ光4b)<ωp<ω(近赤外光4a)の関係となるために、テラヘルツ光4bがグース・ヘンシェンシフトを受け、近赤外光4aに対して200μm程度ずれる。 Even when the InAs substrate 1 is non-doped, electrons are accumulated in the vicinity of the surface due to the pinning effect of the surface, and the plasma frequency at this time is about 1.5 THz. For example, when a near-infrared light of about 800 nm serving as a ray raising light and the generated terahertz light of about 1 THz are incident coaxially, the terahertz light 4b (first electromagnetic beam) and the near-infrared light 4a (second Electromagnetic beam) becomes reflected light. Here, since ω (terahertz light 4b) <ω p <ω (near infrared light 4a), the terahertz light 4b is subjected to Goose-Henschen shift and is about 200 μm with respect to the near infrared light 4a. Shift.

ここで、反射後の光路に、ビームブロック用の遮蔽板2を、マイクロメータなどの位置制御ができるようにして、設置しておく。この遮蔽板2で近赤外光4aをブロックするように調整すれば、出力としてテラヘルツ光4bのみ得ることができる。逆に、テラヘルツ光4bを遮って近赤外光4aを取り出すようにすることは容易である。   Here, the shielding plate 2 for the beam block is installed in the reflected optical path so that the position of the micrometer or the like can be controlled. If the shielding plate 2 is adjusted so as to block the near infrared light 4a, only the terahertz light 4b can be obtained as an output. On the contrary, it is easy to extract the near infrared light 4a by blocking the terahertz light 4b.

また、GaAs(ガリウム砒素)基板1c上のGaAs/AlGaAs量子井戸1aを用いる分波素子の例について、図3に示す。   FIG. 3 shows an example of a demultiplexing device using a GaAs / AlGaAs quantum well 1a on a GaAs (gallium arsenide) substrate 1c.

この分波素子では、GaAs基板上1cにMBE成長法などにより量子井戸構造1aを形成しており、基板側からi−Al0.3Ga0.7As層(0.1μm厚)、i−GaAs層(0.017μm厚)、n−Al0.3Ga0.7As層(0.077μm厚)、i−GaAs層(0.005μm厚)としている。さらに、この試料に対し、表面に半透明電極1b(例えば薄いNiCr)を蒸着することにより、ゲート電極を形成する。 In this demultiplexing device, a quantum well structure 1a is formed on a GaAs substrate 1c by MBE growth or the like, and an i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (0.1 μm thick), an i-GaAs layer (0 μm) is formed from the substrate side. 0.17 μm thickness), n-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (0.077 μm thickness), and i-GaAs layer (0.005 μm thickness). Furthermore, a semi-transparent electrode 1b (for example, thin NiCr) is vapor-deposited on the surface of this sample to form a gate electrode.

この分波素子への入射光3や遮蔽板2の配置を、上記の実施例1と同様の構成とすると、先と同様に、ドープした量子井戸層のキャリア密度で決まるプラズマ周波数ωpに対して、ω(テラヘルツ光4b)<ωp<ω(近赤外光4a)、を満たすテラヘルツ光が分離される。 If the arrangement of the incident light 3 and the shielding plate 2 on the demultiplexing element is the same as that of the first embodiment, the plasma frequency ω p determined by the carrier density of the doped quantum well layer is the same as before. Thus, terahertz light satisfying ω (terahertz light 4b) <ω p <ω (near infrared light 4a) is separated.

特に、本実施例の場合、ゲート電極1bに印加する電圧を変えることにより、キャリア密度を変化することができる。これによってωpが可変となり、このためテラヘルツ光を分波する際に境界となる周波数を変えられる。つまり、チューナブルフィルタの働きも持たせることができる。 In particular, in this embodiment, the carrier density can be changed by changing the voltage applied to the gate electrode 1b. As a result, ω p becomes variable, so that the frequency that becomes the boundary when demultiplexing the terahertz light can be changed. That is, the function of a tunable filter can be provided.

図4に、第3の実施例を示す。ここでは、分波素子として基板5a上の層状ペロブスカイト型マンガン酸化物5b、例えば(La0.9Nd0.11.3Sr1.6Mn2O7、を用いている。この分波素子入射光3あるいは遮蔽板2等について実施例1と同様の構成をとり、かつ外部から磁場6を印加すると、試料の磁場誘起相転移により、キャリア密度を変化させることができるため、プラズマ周波数ωpが可変となる。これで、テラヘルツ光を切り出す際のプラズマ周波数を変えられ、チューナブルフィルタの働きを持たせることができる。磁場の印加には、永久磁石、電磁石どちらでも用いることができる。磁界の強度変化は、永久磁石の場合は、入射光の入射点との距離を変えることで、また、電磁石の場合は、電磁石用の電流の強度変化で行なうことが出来る。 FIG. 4 shows a third embodiment. Here, a layered perovskite-type manganese oxide 5b on the substrate 5a, for example, (La 0.9 Nd 0.1 ) 1.3 Sr 1.6 Mn 2O7 , is used as the demultiplexing element. When the same configuration as in Example 1 is applied to the demultiplexing element incident light 3 or the shielding plate 2 and the magnetic field 6 is applied from the outside, the carrier density can be changed by the magnetic field induced phase transition of the sample. The plasma frequency ω p is variable. Thus, the plasma frequency at the time of extracting the terahertz light can be changed, and the function of the tunable filter can be provided. For the application of the magnetic field, either a permanent magnet or an electromagnet can be used. In the case of a permanent magnet, the magnetic field intensity can be changed by changing the distance from the incident point of incident light, and in the case of an electromagnet, it can be changed by changing the intensity of the current for the electromagnet.

図5に、第4の実施例を示す。ここでは、層状ペロブスカイト型マンガン酸化物7b(例えば、La1.04Sr1.96Mn2O7)を分波素子として用いている。この分波素子への入射光3あるいは遮蔽板2等について実施例1と同様の構成をとり、近赤外光とテラヘルツ光には透明な材料で作られた圧力印加用のアンビル8a、8bを用いて、外部から圧力を印加すると、試料の圧力誘起相転移によりキャリア密度を変化させることができる。この現象のため、プラズマ周波数ωpが可変となる。つまり、テラヘルツ光を切り出す際のプラズマ周波数を変えられ、チューナブルフィルタの働きを持たせることができる。 FIG. 5 shows a fourth embodiment. Is used here layered perovskite type manganese oxide 7b (e.g., La 1.0 4Sr 1.96 Mn 2O7) as demultiplexing element. The incident light 3 to the demultiplexing element 3 or the shielding plate 2 has the same configuration as that of the first embodiment, and the near-infrared light and the terahertz light have pressure application anvils 8a and 8b made of a transparent material. When the pressure is applied from outside, the carrier density can be changed by the pressure-induced phase transition of the sample. Because of this phenomenon, the plasma frequency ω p is variable. That is, the plasma frequency at the time of cutting out the terahertz light can be changed, and the function of the tunable filter can be provided.

図6に、第5の実施例を示す。ここでは、GaAs基板1上にMBE(分視線エピタキシー)成長法などにより量子井戸1aを成長しており、基板側からi−Al0.3Ga0.7As層(0.1μm厚)、i−GaAs層(0.017μm厚)、i−Al0.3Ga0.7As層(0.077μm厚)、i−GaAs層(0.005μm厚)としている。この分波素子への入射光3あるいは遮蔽板2等について、実施例1と同様の構成をとり、かつ入射光の集光点と同じ位置に、外部からキャリア励起用レーザ光9を照射し、これを断続すると、量子井戸1a中のキャリア密度が変化する。この現象を用いて、キャリア励起用レーザ光9の強度を変えて、プラズマ周波数ωpを制御することができる。これにより、テラヘルツ光を切り出すプラズマ周波数を可変にでき、チューナブルフィルタの働きを持たせることができる。 FIG. 6 shows a fifth embodiment. Here, the quantum well 1a is grown on the GaAs substrate 1 by MBE (divided line epitaxy) growth method or the like, and an i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (0.1 μm thickness), an i-GaAs layer (from the substrate side) 0.017 μm thickness), i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (0.077 μm thickness), and i-GaAs layer (0.005 μm thickness). The incident light 3 or the shielding plate 2 to the demultiplexing element has the same configuration as that of the first embodiment, and is irradiated with the carrier excitation laser light 9 from the outside at the same position as the condensing point of the incident light, When this is interrupted, the carrier density in the quantum well 1a changes. Using this phenomenon, the plasma frequency ω p can be controlled by changing the intensity of the laser beam 9 for carrier excitation. Thereby, the plasma frequency which cuts out terahertz light can be made variable, and the function of a tunable filter can be given.

図7に、第6の実施例を示す。ここでは、分波素子にノンドープのInAs基板1を用いている。この分波素子への入射光3あるいは遮蔽板2等について実施例1と同様の構成をとり、さらに可変温度制御機構10で分波素子温度を変化させると、温度変化によってキャリア密度が変化するので、プラズマ周波数ωpを可変にすることができる。これにより、切り出すテラヘルツ光の周波数を制御でき、チューナブルフィルタの働きを持たせることができる。 FIG. 7 shows a sixth embodiment. Here, a non-doped InAs substrate 1 is used for the branching element. If the incident light 3 or the shielding plate 2 or the like to the demultiplexing element has the same configuration as that of the first embodiment, and the demultiplexing element temperature is changed by the variable temperature control mechanism 10, the carrier density changes due to the temperature change. The plasma frequency ω p can be made variable. Thereby, the frequency of the terahertz light to be cut out can be controlled, and the function of a tunable filter can be provided.

また、上記の他、平坦な表面をもちプラズマ周波数を持つものであれば、本発明の分波素子として用いることができることは明らかである。   In addition to the above, it is obvious that any element having a flat surface and having a plasma frequency can be used as the demultiplexing element of the present invention.

また、上記においては、テラヘルツ光(第1電磁ビーム)と近赤外光(第2電磁ビーム)とは、遮蔽板を用いて分離したが、これらの光の間隔が充分に大きくない時には、凸面鏡や凹レンズをビームスプリッタとして用いて、それらの間隔を充分に大きくした上で遮蔽板を用いることが望ましい。   In the above description, the terahertz light (first electromagnetic beam) and the near-infrared light (second electromagnetic beam) are separated using a shielding plate. However, when the distance between these lights is not sufficiently large, a convex mirror is used. It is desirable to use a shielding plate after using a or concave lens as a beam splitter and sufficiently increasing the distance between them.

上記の説明に於いては、テラヘルツ光の生成に本発明を適用する場合の例を示したが、本発明は、与えられた周波数より高い周波数のグループとより低い周波数のグループに分ける場合一般に適用できるものであり、さらに広範囲の領域で用いることができることは明らかである。   In the above description, an example in which the present invention is applied to generation of terahertz light has been shown. However, the present invention is generally applied to a case in which a group is divided into a higher frequency group and a lower frequency group. Obviously, it can be used in a wider area.

本発明の動作原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of operation of this invention. 本発明の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of this invention. 電圧印加によって分波特性を制御する例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which controls a demultiplexing characteristic by voltage application. 磁界印加によって分波特性を制御する例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which controls a demultiplexing characteristic by a magnetic field application. 圧力印加によって分波特性を制御する例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which controls a demultiplexing characteristic by pressure application. キャリア励起光照射によって分波特性を制御する例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which controls a demultiplexing characteristic by carrier excitation light irradiation. 温度制御によって分波特性を制御する例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which controls a demultiplexing characteristic by temperature control. 従来のテラヘルツ波発生の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the conventional terahertz wave generation.

符号の説明Explanation of symbols

1 InAs(インジウム砒素)基板
1a 量子井戸
2 遮蔽板
3 入射光
4a 近赤外光
4b テラヘルツ光
5b 層状ペロブスカイト型マンガン酸化物
6 磁場
7b 層状ペロブスカイト型マンガン酸化物
8a、8b アンビル
9 キャリア励起用レーザ光
10 可変温度制御機構
11 スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 InAs (indium arsenide) board | substrate 1a Quantum well 2 Shielding board 3 Incident light 4a Near-infrared light 4b Terahertz light 5b Layered perovskite-type manganese oxide 6 Magnetic field 7b Layered perovskite-type manganese oxide 8a, 8b Anvil 9 Laser light for carrier excitation 10 Variable temperature control mechanism 11 Slit

Claims (8)

プラズマ周波数をもち平坦な表面をもつ分波素子と、
上記分波素子に、上記プラズマ周波数よりも高い周波数成分と低い周波数成分をもった線状あるいは面状の電磁波ビームを入射する入射手段と、
上記分波素子の反射電磁波として生成され、上記電磁波ビームの上記分波素子への入射点から離れた位置で反射しプラズマ周波数より低い周波数をもつ第1電磁ビームと、上記入射点から反射しプラズマ周波数より高い周波数をもつ第2電磁ビームと、から一方の電磁ビームを選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする光学フィルタ。
A demultiplexing element having a flat surface with a plasma frequency;
Incident means for entering a linear or planar electromagnetic wave beam having a frequency component higher and lower than the plasma frequency into the demultiplexing element;
A first electromagnetic beam generated as a reflected electromagnetic wave of the branching element, reflected at a position away from an incident point of the electromagnetic wave beam to the branching element and having a frequency lower than a plasma frequency, and reflected from the incident point and plasma; A second electromagnetic beam having a frequency higher than the frequency, and a selection means for selecting one of the electromagnetic beams,
An optical filter comprising:
上記の分波素子はN型あるいはP型にドープした半導体基板を用いたことを特徴とする、請求項1に記載の光学フィルタ。 2. The optical filter according to claim 1, wherein the branching element uses a semiconductor substrate doped in N-type or P-type. 上記半導体基板は電磁波ビーム入射部分が半導体量子井戸構造を備えることを特長とする、請求項2に記載の光学フィルタ。 The optical filter according to claim 2, wherein the semiconductor substrate has a semiconductor quantum well structure in an electromagnetic wave beam incident portion. さらに、
電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる電極と、
前記電極への印加電圧を変化させる手段を備え、
前記印加電圧を変化させて上記分波特性を調整することを特徴とする、請求項2あるいは3のいずれか1つに記載の光学フィルタ。
further,
An electrode for changing the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion;
Means for changing the voltage applied to the electrode;
The optical filter according to claim 2, wherein the demultiplexing characteristic is adjusted by changing the applied voltage.
さらに、
電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる磁界発生源と、
前記磁界発生源による磁界を変化させる磁界制御手段を備え、
前記磁界を変化させて上記分波特性を調整することを特徴とする、請求項1、2あるいは3のいずれか1つに記載の光学フィルタ。
further,
A magnetic field source that changes the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion;
Magnetic field control means for changing the magnetic field generated by the magnetic field source;
The optical filter according to claim 1, wherein the demultiplexing characteristic is adjusted by changing the magnetic field.
さらに、
電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる圧力印加手段と、
前記圧力印加手段による印加圧力を変化させる圧力制御手段を備え、
前記印加圧力を変化させて上記分波特性を調整することを特徴とする、請求項1、2あるいは3のいずれか1つに記載の光学フィルタ。
further,
Pressure applying means for changing the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion;
Pressure control means for changing the pressure applied by the pressure application means,
The optical filter according to claim 1, wherein the demultiplexing characteristic is adjusted by changing the applied pressure.
さらに、
電磁波ビーム入射部分のキャリア濃度を変化させる励起光入射手段と、
前記励起光入射手段による励起光を変化させる励起光制御手段を備え、
前記励起光を変化させて上記分波特性を調整することを特徴とする、請求項1、2あるいは3のいずれか1つに記載の光学フィルタ。
further,
Excitation light incident means for changing the carrier concentration of the electromagnetic wave beam incident portion;
Comprising excitation light control means for changing excitation light by the excitation light incident means,
The optical filter according to claim 1, wherein the demultiplexing characteristic is adjusted by changing the excitation light.
さらに、
電磁波ビーム入射部分の温度を変化させる加熱または冷却手段と、
前記加熱または冷却手段を制御する温度制御手段を備え、
前記電磁波ビーム入射部分の温度を変化させて上記分波特性を調整することを特徴とする、請求項1、2あるいは3のいずれか1つに記載の光学フィルタ。
further,
Heating or cooling means for changing the temperature of the electromagnetic wave beam incident portion;
Temperature control means for controlling the heating or cooling means,
4. The optical filter according to claim 1, wherein the demultiplexing characteristic is adjusted by changing a temperature of the electromagnetic wave beam incident portion. 5.
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