JP5657125B2 - 電磁波放射装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波（周波数が０．０１［ＴＨｚ］以上１００［ＴＨｚ］以下）（例えば、テラヘルツ波（例えば、周波数が０．０３［ＴＨｚ］以上１０［ＴＨｚ］以下））の放射に関する。

従来より、チェレンコフ放射を用いた差周波テラヘルツ波発生による広帯域テラヘルツ発生方法が提案されている（非特許文献１のＦｉｇ．２または特許文献１の図１を参照）。非特許文献１のＦｉｇ．２によれば、２波長を出力する光源（例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザにより励起されるＫＴＰ−ＯＰＯ）からの励起光を非線形結晶（例えば、ＭｇＯドープＬＮ結晶）内に入射している。入射した２波長の励起光によりＭｇＯドープＬＮ結晶内に非線形分極が誘起される。ＭｇＯドープＬＮ結晶が、チェレンコフ放射の条件（ｎ_ＴＨｚ＞ｎ_ｏｐｔ）を満足する場合、コヒーレンス長の２倍毎に極大となる球面波が発生する。この球面波は下記の関係を満たす放射角θ方向に波面が揃っており、この方向にテラヘルツ波が放射される。ただし、ｎ_ｏｐｔはＭｇＯドープＬＮ結晶の励起光波帯の屈折率であり、ｎ_ＴＨｚはＭｇＯドープＬＮ結晶のテラヘルツ波帯の屈折率である。
ｃｏｓθ＝ｎ_ｏｐｔ／ｎ_ＴＨｚ
Ｋ．Ｓｕｉｚｕ，Ｋ．Ｋｏｋｅｔｓｕ，Ｔ．Ｓｈｉｂｕｙａ，Ｔ．Ｔｓｕｔｓｕｉ，Ｔ．Ａｋｉｂａ，ａｎｄ Ｋ．Ｋａｗａｓｅ，"Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｗｉｄｅｎｅｄ ｔｅｒａｈｅｒｔｚｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｃｈｅｒｅｎｋｏｖ−ｔｙｐｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ，"Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ１７（８），６６７６−６６８１ページ ２００９年 特開２０１０−２０４４８８号公報

本発明は、テラヘルツ波の出力パワーを大きくすることを課題とする。
本発明にかかる電磁波放射装置は、二つ以上の波長成分を有する励起光を受け、チェレンコフ位相整合により０．０１［ＴＨｚ］以上１００［ＴＨｚ］以下の周波数の電磁波を出力し、光導波路を有する非線形結晶と、前記光導波路から前記電磁波を受ける電磁波入力面と、該電磁波入力面から入った前記電磁波が透過する電磁波透過面とを有するプリズムと、対向する二つの底面と、前記二つの底面と交差する平面と、前記二つの底面および前記平面と交差する曲面とを有し、前記平面が前記電磁波透過面に接しているシリンドリカルレンズと、を備えるように構成される。
上記のように構成された電磁波放射装置によれば、非線形結晶が光導波路を有し、二つ以上の波長成分を有する励起光を受け、チェレンコフ位相整合により０．０１［ＴＨｚ］以上１００［ＴＨｚ］以下の周波数の電磁波を出力する。プリズムが、前記光導波路から前記電磁波を受ける電磁波入力面と、該電磁波入力面から入った前記電磁波が透過する電磁波透過面とを有する。シリンドリカルレンズが、対向する二つの底面と、前記二つの底面と交差する平面と、前記二つの底面および前記平面と交差する曲面とを有し、前記平面が前記電磁波透過面に接している。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面に対して、傾いているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面と交差しているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、ｒを前記二つの底面の半径、ｎ_ｃｌａｄを前記プリズムの前記電磁波の波長における屈折率とした場合、前記二つの底面に平行な平面で前記プリズムの断面をとったものにおける、前記電磁波入力面と前記電磁波透過面との距離ｔがｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）以下であるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面と離れているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、ｒを前記二つの底面の半径、ｎ_ｃｌａｄを前記プリズムの前記電磁波の波長における屈折率とした場合、前記二つの底面に平行な平面で前記プリズムの断面をとったものにおける、前記電磁波入力面と前記電磁波透過面との距離ｔの平均値がｒ／ｎ_ｃｌａｄであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとが同一の材料により形成されているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとが一体に形成されているようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとを一個ずつ備えるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記光導波路が、前記非線形結晶から突出している部分であるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記光導波路が、前記非線形結晶の内部に所定の材料が拡散する部分であり、前記所定の材料の前記励起光の波長における屈折率が、前記非線形結晶の前記光導波路以外の部分の前記励起光の波長における屈折率よりも大きいようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記プリズムと前記非線形結晶との間に配置された緩衝層を備え、前記緩衝層の厚さは、前記励起光の浸み出し長よりも厚く、かつ前記電磁波の波長よりも薄いようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記シリンドリカルレンズの中心軸の前記電磁波入力面内への射影が、前記光導波路の前記電磁波入力面内への射影の対称軸と一致するようにしてもよい。
なお、本発明にかかる電磁波放射装置は、前記シリンドリカルレンズの中心軸の前記電磁波入力面内への射影が、前記光導波路の前記電磁波入力面内への射影内に入るようにしてもよい。

第１図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の斜視図である。
第２図は、電磁波放射装置１の正面図である。
第３図は、シリンドリカルレンズ１８の斜視図（第３図（ａ））、プリズム１６の斜視図（第３図（ｂ））である。
第４図は、電磁波放射装置１のｃ−ｃ断面図（ｃ−ｃ軸については、第１図および第２図参照）である。
第５図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、二つの底面１８ａ、１８ｂに平行な平面でプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。
第６図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、底面１８ｂでプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。
第７図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、底面１８ａでプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。
第８図は、電磁波透過面１６ｂが電磁波入力面１６ａと離れている変形例にかかる電磁波放射装置１のｃ−ｃ断面図（ｃ−ｃ軸については、第１図および第２図参照）である。
第９図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１においてシリンドリカルレンズ１８が無いと仮想した場合の比較例を示す図である。
第１０図は、凸部１０ａの配置を変更した変形例における電磁波放射装置１の正面図である。
第１１図は、凸部１０ａに換えて、拡散領域１０ｂを設けた変形例における電磁波放射装置１の正面図である。
第１２図は、電磁波放射装置１の平面図である。
第１３図は、変形例にかかる電磁波放射装置１の平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の斜視図である。第２図は、電磁波放射装置１の正面図である。第３図は、シリンドリカルレンズ１８の斜視図（第３図（ａ））、プリズム１６の斜視図（第３図（ｂ））である。第４図は、電磁波放射装置１のｃ−ｃ断面図（ｃ−ｃ軸については、第１図および第２図参照）である。
電磁波放射装置１は、０．０１［ＴＨｚ］以上１００［ＴＨｚ］以下の周波数の電磁波を放射する。電磁波放射装置１から放射される電磁波は、例えば、テラヘルツ波帯（例えば、０．０３［ＴＨｚ］以上１０［ＴＨｚ］以下）の電磁波（テラヘルツ波）である。以下、本発明の実施形態においては、電磁波放射装置１から放射される電磁波を、テラヘルツ波とする。
電磁波放射装置１は、励起光源２、非線形結晶１０、緩衝層１２、基板１４、プリズム１６、シリンドリカルレンズ１８を備える。
第４図を参照して、励起光源２は、二つの波長成分（波長λ１、λ２）を有する励起光Ｌｐを出力する。波長λ１、λ２は、例えば、１２５０ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の範囲内の値をとる。励起光Ｌｐは、例えば、フェムト秒光パルスである。なお、フェムト秒光パルスは、二つの波長成分（波長λ１、λ２）以外の波長成分も有するので、二つ以上の波長成分を有することとなる。
非線形結晶１０は、例えば、ＭｇＯドープＬＮ結晶である。非線形結晶１０は、その表面上に凸部１０ａを有する。凸部１０ａは、第１図に図示するように、リッジ状の光導波路である。非線形結晶１０の側面（すなわち、ＹＺ面）に垂直に、励起光Ｌｐを入射する。すなわち、非線形結晶１０の側面が励起光Ｌｐを受ける。電磁波放射装置１の放射するテラヘルツ波の高出力化のためには、励起光Ｌｐのパワー密度を向上させることが必要である。そこで、凸部１０ａにより、励起光Ｌｐの伝搬する部分が非線形結晶１０の幅方向（第２図を参照して、凸部１０ａの幅Ｗの方向と同じ）に広がらないようにすることにより、励起光Ｌｐを受ける面の面積を小さくして（非線形結晶１０の側面全体で励起光Ｌｐを受けるよりも励起光Ｌｐを受ける面の面積が小さい）、励起光Ｌｐのパワー密度を向上させている。なお、凸部１０ａの幅Ｗ（第２図参照）は、テラヘルツ波の波長に比べて非常に小さく、例えば、数μｍ〜数十μｍである。
ただし、励起光Ｌｐの偏光面はＺ軸（第４図の紙面に垂直な軸）に平行である。励起光Ｌｐの二つの波長成分により、非線形結晶１０の凸部１０ａの近傍に非線形分極が形成され、その分極に対応した周波数の電磁波（テラヘルツ波）が放射される。なお、励起光Ｌｐの波長における非線形結晶１０の実効屈折率をｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}とし、テラヘルツ波の波長における非線形結晶１０の屈折率をｎ_ＴＨｚとすると、ｎ_ＴＨｚ＞ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}である。非線形結晶１０の屈折率分散により、励起光Ｌｐに含まれる２つの波長（λ１，λ２）の屈折率は異なる。しかし、λ１とλ２の波長の差は、テラヘルツ波の波長に対して非常に小さく、λ１とλ２との間の屈折率分散の影響をほとんど無視できる。従って、励起光Ｌｐ（波長λ１、λ２）の非線形結晶１０内における屈折率（ｎ_１，ｎ_２）（それぞれ、λ１、λ２に対応）はほぼ等しく、ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}とすることが出来る。
なお、チェレンコフ位相整合を満足する角度をθとすると、ｃｏｓθ＝（λ_ＴＨｚ／ｎ_ＴＨｚ）／（λ１λ２／（ｎ_１λ２−ｎ_２λ１））である。ただし、テラヘルツ波の波長をλ_ＴＨｚとする。
下記の式で記述されるチェレンコフ位相整合を満足する角度θ（第４図参照）方向に球面波のテラヘルツ波が、非線形結晶１０の凸部１０ａの近傍から、チェレンコフ位相整合して放射される。なお、角度θは、第４図を参照して、励起光Ｌｐの進行方向と、テラヘルツ波の進行方向とのなす角度である。なお、下記の式は、ｃｏｓθ＝（λ_ＴＨｚ／ｎ_ＴＨｚ）／（λ１λ２／（ｎ_１λ２−ｎ_２λ１））において、ｎ_１＝ｎ_２＝ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}とみなした場合の式である。

基板１４には、非線形結晶１０が載せられている。ただし、基板１４は、凸部１０ａが配置されている非線形結晶１０の面とは反対側の面に接着剤を介して接している。基板１４は、例えば、ドープされていないＬＮ基板である。
なお、第１０図に示すように、凸部１０ａを非線形結晶１０の下部に配置し、非線形結晶１０から見て、基板１４と凸部１０ａとが同じ側に配置されているようにしてもよい。第１０図は、凸部１０ａの配置を変更した変形例における電磁波放射装置１の正面図である。
また、第１１図に示すように、凸部１０ａに換えて、拡散領域１０ｂを設けても良い。第１１図は、凸部１０ａに換えて、拡散領域１０ｂを設けた変形例における電磁波放射装置１の正面図である。
第１１図を参照して、拡散領域１０ｂは、光導波路であり、非線形結晶１０の内部に所定の材料（例えば、Ｔｉ）が拡散する部分である。なお、拡散領域１０ｂの所定の材料（例えば、Ｔｉ）の励起光Ｌｐの波長における屈折率が、非線形結晶１０の拡散領域（光導波路）１０ｂ以外の部分の励起光Ｌｐの波長における屈折率よりも大きい。これにより、励起光Ｌｐが、拡散領域１０ｂの内部に閉じ込められることになり、パワー密度を向上させることができる。なお、拡散領域１０ｂは、第１１図においては、非線形結晶１０の上部に設けられたが、下部に設けてもよい。
緩衝層１２は、凸部１０ａが配置されている非線形結晶１０の面および凸部１０ａを覆う。励起光Ｌｐ（波長λ１、λ２）の緩衝層１２内における屈折率は、励起光Ｌｐ（波長λ１、λ２）の非線形結晶１０の凸部１０ａ内における実効屈折率よりも小さい。しかも、緩衝層１２の厚さは、励起光Ｌｐの浸み出し長ξよりも厚く、かつ電磁波放射装置１の外部に取出すテラヘルツ波の波長λ_ＴＨｚよりも薄く設定する。これにより、励起光Ｌｐのプリズム１６内における屈折率が、励起光Ｌｐの非線形結晶１０内における実効屈折率よりも大きかったとしても、励起光Ｌｐを凸部１０ａの近傍に閉じ込めつつ、テラヘルツ波が緩衝層１２を透過することを可能にする。
プリズム１６は、電磁波入力面１６ａ、電磁波透過面１６ｂを有する（第３図（ｂ）および第４図参照）。電磁波入力面１６ａは、緩衝層１２に接しており、凸部１０ａの近傍からテラヘルツ波を受ける。電磁波透過面１６ｂは、電磁波入力面１６ａから入ったテラヘルツ波が透過する面である。
電磁波入力面１６ａは、電磁波透過面１６ｂに対して、傾いている。電磁波透過面１６ｂが、電磁波入力面１６ａと交差している。
プリズム１６内でのテラヘルツ波の伝搬損失を低減するため、テラヘルツ波の吸収が小さいことが望ましい。そこで、プリズム１６の材料は、例えば、高抵抗シリコン、ゲルマニウムなどである。
シリンドリカルレンズ１８は、底面１８ａ、１８ｂ、平面１８ｄ、曲面１８ｃを有する。底面１８ａと底面１８ｂ（第３図（ａ）および第４図参照）とは互いに対向する平行な二つの底面である。なお、底面１８ａおよび底面１８ｂの形状は、双方とも同じ形状の半円形（ただし、半径をｒとする）である。平面１８ｄ（第３図（ａ）および第４図参照）は、底面１８ａおよび底面１８ｂと直交する平面であり、電磁波透過面１６ｂに接している。曲面１８ｃは、底面１８ａ、底面１８ｂおよび平面１８ｄと交差する。
なお、シリンドリカルレンズ１８の中心軸Ａ（第１図および第３図（ａ）参照）は、半円形の底面１８ａの中心Ｏと、半円形の底面１８ｂの中心Ｐとを結ぶ直線である。中心軸Ａは、平面１８ｄ上の直線でもある。
シリンドリカルレンズ１８内でのテラヘルツ波の伝搬損失を低減するため、テラヘルツ波の吸収が小さいことが望ましい。そこで、シリンドリカルレンズ１８の材料は、例えば、高抵抗シリコン、ゲルマニウムなどである。
なお、プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８とが同一の材料により形成されていてもよく、以後、両者が同一材料（屈折率も等しい）であるものとして説明を行う。また、上記の説明では、プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８とが別々である。しかし、プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８とが一体に形成されていてもよい。プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８との界面におけるテラヘルツ波のエネルギ損失を抑制できるからである。
また、第２図を参照して、凸部１０ａの側面は長方形であり、ｃ−ｃ軸を対称軸として線対称である。また、シリンドリカルレンズ１８の底面１８ａも、ｃ−ｃ軸を対称軸として線対称である。すなわち、凸部１０ａのほぼ真上にシリンドリカルレンズ１８が配置されている。
第１２図は、電磁波放射装置１の平面図である。ただし、シリンドリカルレンズ１８を図示省略し、プリズム１６を透視している。第１２図には、中心軸Ａおよび光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の、電磁波入力面１６ａ内への射影が図示されている。
シリンドリカルレンズ１８の中心軸Ａの電磁波入力面１６ａ内への射影が、光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の電磁波入力面１６ａ内への射影の対称軸と一致していることが好ましい。なお、シリンドリカルレンズ１８の中心軸Ａの電磁波入力面１６ａ内への射影が、光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の電磁波入力面１６ａ内への射影内に入っていればよい。
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
励起光源２から、励起光Ｌｐが、非線形結晶１０に与えられる。励起光Ｌｐは、凸部１０ａの近傍をほぼ直進する。励起光Ｌｐの二つの波長成分（波長λ１、λ２）により、非線形結晶１０の凸部１０ａの近傍に非線形分極が形成され、その分極に対応した周波数のテラヘルツ波が放射される。しかも、ｎ_ＴＨｚ＞ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}の条件を満足する非線形結晶１０の凸部１０ａの近傍より放射されるテラヘルツ波の進行方向は、励起光Ｌｐの進行方向と、チェレンコフ位相整合を満足する角度θをなす（第４図参照）。
テラヘルツ波は、凸部１０ａの近傍から放射され、緩衝層１２を透過する。このときのテラヘルツ波の進行方向と、励起光Ｌｐの進行方向とがなす角度がθである。テラヘルツ波が緩衝層１２を透過すると、プリズム１６の電磁波入力面１６ａを透過する際に屈折し、その後、テラヘルツ波の進行方向と、励起光Ｌｐの進行方向とがなす角度がθ_ｃｌａｄとなる。なお、θ_ｃｌａｄは以下の式で表される。ただし、ｎ_ｃｌａｄは、テラヘルツ波の波長におけるプリズム１６の屈折率である。また、ｎ_ｃｌａｄ＞ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}である。

例えば、ｎ_{ｏｐｔ＿ｅｆｆ}＝２．２、ｎ_ｃｌａｄ＝３．４の場合、θ_ｃｌａｄ＝５０°である。
電磁波透過面１６ｂは、ｃ−ｃ断面（第４図参照）におけるプリズム１６内のテラヘルツ波の進行方向と垂直である。テラヘルツ波は、電磁波透過面１６ｂを屈折せずに直進しながら透過する。ｃ−ｃ断面（第４図参照）において、テラヘルツ波は、シリンドリカルレンズ１８内を直進し、そのまま屈折せずに透過する。
ｃ−ｃ断面（第４図参照）以外における、テラヘルツ波の進行方向について、説明する。
第５図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、二つの底面１８ａ、１８ｂに平行な平面でプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。
ただし、二つの底面１８ａ、１８ｂに平行な平面でプリズム１６の断面をとったものにおける、電磁波入力面１６ａと電磁波透過面１６ｂとの距離をｔとする。すると、第４図を参照して、ｔは、０以上ｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）以下である。第５図においては、ｔ＜ｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）である。なお、第５図（第６図および第７図も同様）において、テラヘルツ波が電磁波入力面１６ａを透過する際の屈折は、図示の便宜上、省略している。
電磁波入力面１６ａを透過してテラヘルツ波は、プリズム１６内を直進する。ここで、シリンドリカルレンズ１８が無いと仮想した場合を、本実施形態と比較する。
第９図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１においてシリンドリカルレンズ１８が無いと仮想した場合の比較例を示す図である。ただし、断面をとる位置は、第５図と同じである。
かかる比較例においては、テラヘルツ波が凸部１０ａの幅Ｗの方向に回折する。よって、テラヘルツ波の進行方向がｃ−ｃ軸からわずかな角度以上ずれてしまうと、テラヘルツ波が電磁波透過面１６ｂにより全反射されてしまう。よって、電磁波放射装置１の放射するテラヘルツ波の出力が低下してしまう。なお、わずかな角度は、例えば１７．１°である。ただし、テラヘルツ波のプリズム１６における屈折率を３．４、テラヘルツ波の空気における屈折率を１とする。
ここで、第５図に戻り、本発明の実施形態の説明を続ける。プリズム１６内を直進したテラヘルツ波は電磁波透過面１６ｂを透過し、屈折せずに、そのままシリンドリカルレンズ１８内を直進する。ただし、プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８とが同一の材料であるものとする。そして、テラヘルツ波は、シリンドリカルレンズ１８を透過する際に屈折するが、シリンドリカルレンズ１８の断面の輪郭が半円状の弧を描いているため、ややｃ−ｃ軸に近づくようにして屈折する。この場合、テラヘルツ波の進行方向がｃ−ｃ軸からある程度離れても、曲面１８ｃでテラヘルツ波が全反射されなくてすむ。よって、第９図の比較例（シリンドリカルレンズ１８が無い）と比べて、テラヘルツ波をよりよく、電磁波放射装置１から取り出すことができる。
第６図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、底面１８ｂでプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。第６図においては、ｔ＝０である。
凸部１０ａの近傍から放射されたテラヘルツ波は、緩衝層１２を透過し、シリンドリカルレンズ１８内を直進する。凸部１０ａが、シリンドリカルレンズ１８の断面の半円のほぼ中心に位置しているため、テラヘルツ波がシリンドリカルレンズ１８を透過する際に、ほぼ屈折することなく直進する。よって、第９図の比較例（シリンドリカルレンズ１８が無い）と比べて、テラヘルツ波をよりよく、電磁波放射装置１から取り出すことができる。
第７図は、本発明の実施形態にかかる電磁波放射装置１の断面図であり、底面１８ａでプリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８の断面をとり、しかも励起光Ｌｐと垂直な面で非線形結晶１０、緩衝層１２および基板１４の断面をとった断面図である。第７図においては、ｔ＝ｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）である。
凸部１０ａの近傍から放射されたテラヘルツ波は、緩衝層１２を透過し、プリズム１６内を直進し、電磁波透過面１６ｂを透過し、屈折せずに、さらにシリンドリカルレンズ１８内を直進する。ただし、プリズム１６とシリンドリカルレンズ１８とが同一の材料であるものとする。そして、テラヘルツ波は、シリンドリカルレンズ１８を透過する際に屈折するが、ｔ＝ｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）であるため、ｃ−ｃ軸に平行な方向に進行する。すなわち、コリメートする。よって、第９図の比較例（シリンドリカルレンズ１８が無い）と比べて、テラヘルツ波をよりよく、電磁波放射装置１から取り出すことができる。
例えば、ｒ＝５ｍｍ、ｔ＝２．０８ｍｍの場合、テラヘルツ波の進行方向がｃ−ｃ軸から６７．４°離れてものテラヘルツ波を電磁波放射装置１の外部（空気層）に取出すことが可能となり、大幅な出力改善が可能となる。
なお、電磁波透過面１６ｂは、テラヘルツ波の波面がそろった等位相面になっている。テラヘルツ波はシリンドリカルレンズ１８に等位相で入射することとなる、ここで、プリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８が複数個ずつあると、各々のシリンドリカルレンズ１８から出力されたテラヘルツ波の位相が異なってしまう。そこで、電磁波放射装置１は、プリズム１６およびシリンドリカルレンズ１８を一個ずつ備えることが好ましい。
本発明の実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
もし、凸部１０ａの上に何も配置しなければ、凸部１０ａの近傍において発生したテラヘルツ波は、凸部１０ａと空気との境界面において全反射してしまい、凸部１０ａの外部に取り出すことができない。そこで、本発明の実施形態においては、プリズム１６を凸部１０ａの上に配置し、テラヘルツ波を凸部１０ａの外部に取り出すことができるようにしている。
ただし、プリズム１６の上に何も配置しなければ、第９図に示す比較例のように、テラヘルツ波の進行方向がｃ−ｃ軸からわずかな角度以上ずれてしまうと、テラヘルツ波が電磁波透過面１６ｂにより全反射されてしまう。そこで、本発明の実施形態においては、プリズム１６の上にシリンドリカルレンズ１８を配置して、テラヘルツ波の進行方向がｃ−ｃ軸からかなり離れても（上記の実施形態では、たとえ６７．４°離れても）、テラヘルツ波を電磁波放射装置１の外部に取り出すことができる。これにより、電磁波放射装置１のテラヘルツ波の出力パワーを大きくすることができる。
なお、ｔは、０以上ｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）以下であるとして説明したが、テラヘルツ波がシリンドリカルレンズ１８により収束してもよいのであれば、ｔがｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）を超えてもかまわない。
なお、上記の実施形態においては、電磁波透過面１６ｂが電磁波入力面１６ａと交差している。しかし、電磁波透過面１６ｂが電磁波入力面１６ａと離れていてもよい。
第８図は、電磁波透過面１６ｂが電磁波入力面１６ａと離れている変形例にかかる電磁波放射装置１のｃ−ｃ断面図（ｃ−ｃ軸については、第１図および第２図参照）である。
第８図を参照して、凸部１０ａの長さは、Ｌ／２＋Ｌ／２＝Ｌである。電磁波入力面１６ａにおける、凸部１０ａの長さ方向の中点の直上の点を点Ｏという。点Ｏを通るような二つの底面１８ａ、１８ｂに平行な平面でプリズム１６の断面をとったものにおける、電磁波入力面１６ａと電磁波透過面１６ｂとの距離ｔ_０は、ｒ／ｎ_ｃｌａｄである。距離ｔの最小値がｒ／ｎ_ｃｌａｄ−（Ｌ／２）ｃｏｓθ_ｃｌａｄであり、距離ｔの最大値がｒ／ｎ_ｃｌａｄ＋（Ｌ／２）ｃｏｓθ_ｃｌａｄである。距離ｔの平均が、ｒ／ｎ_ｃｌａｄである。
距離ｔの平均がｒ／ｎ_ｃｌａｄとすることにより、凸部１０ａの長さ方向の中点で発生したテラヘルツ波の凸部１０ａの幅Ｗ方向に広がる成分に対してシリンドリカルレンズ１８の球面収差を最も小さくすることができる。
第１３図は、変形例にかかる電磁波放射装置１の平面図である。変形例については、第８図を参照されたい。ただし、シリンドリカルレンズ１８を図示省略し、プリズム１６を透視している。第１３図には、中心軸Ａおよび光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の、電磁波入力面１６ａ内への射影が図示されている。ただし、電磁波入力面１６ａを含む平面への中心軸Ａの射影の内、電磁波入力面１６ａの外にあるものは点線で図示している。
シリンドリカルレンズ１８の中心軸Ａの電磁波入力面１６ａ内への射影が、光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の電磁波入力面１６ａ内への射影の対称軸と一致していることが好ましい。なお、シリンドリカルレンズ１８の中心軸Ａの電磁波入力面１６ａ内への射影が、光導波路（凸部１０ａまたは拡散領域１０ｂ）の電磁波入力面１６ａ内への射影内に入っていればよい。

Claims (14)

1. 二つ以上の波長成分を有する励起光を受け、チェレンコフ位相整合により０．０１［ＴＨｚ］以上１００［ＴＨｚ］以下の周波数の電磁波を出力し、光導波路を有する非線形結晶と、
   前記光導波路から前記電磁波を受ける電磁波入力面と、該電磁波入力面から入った前記電磁波が透過する電磁波透過面とを有するプリズムと、
   対向する二つの底面と、前記二つの底面と交差する平面と、前記二つの底面および前記平面と交差する曲面とを有し、前記平面が前記電磁波透過面に接しているシリンドリカルレンズと、
   を備えた電磁波放射装置。
2. 請求項１に記載の電磁波放射装置であって、
   前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面に対して、傾いている、
   電磁波放射装置。
3. 請求項２に記載の電磁波放射装置であって、
   前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面と交差している、
   電磁波放射装置。
4. 請求項３に記載の電磁波放射装置であって、
   ｒを前記二つの底面の半径、ｎ_ｃｌａｄを前記プリズムの前記電磁波の波長における屈折率とした場合、
   前記二つの底面に平行な平面で前記プリズムの断面をとったものにおける、前記電磁波入力面と前記電磁波透過面との距離ｔがｒ／（ｎ_ｃｌａｄ−１）以下である、
   電磁波放射装置。
5. 請求項２に記載の電磁波放射装置であって、
   前記電磁波透過面が、前記電磁波入力面と離れている、
   電磁波放射装置。
6. 請求項５に記載の電磁波放射装置であって、
   ｒを前記二つの底面の半径、ｎ_ｃｌａｄを前記プリズムの前記電磁波の波長における屈折率とした場合、
   前記二つの底面に平行な平面で前記プリズムの断面をとったものにおける、前記電磁波入力面と前記電磁波透過面との距離ｔの平均値がｒ／ｎ_ｃｌａｄである、
   電磁波放射装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
   前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとが同一の材料により形成されている、
   電磁波放射装置。
8. 請求項７に記載の電磁波放射装置であって、
   前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとが一体に形成されている、
   電磁波放射装置。
9. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
   前記プリズムと前記シリンドリカルレンズとを一個ずつ備えた電磁波放射装置。
10. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
    前記光導波路が、前記非線形結晶から突出している部分である、
    電磁波放射装置。
11. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
    前記光導波路が、前記非線形結晶の内部に所定の材料が拡散する部分であり、
    前記所定の材料の前記励起光の波長における屈折率が、前記非線形結晶の前記光導波路以外の部分の前記励起光の波長における屈折率よりも大きい、
    電磁波放射装置。
12. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
    前記プリズムと前記非線形結晶との間に配置された緩衝層を備え、
    前記緩衝層の厚さは、前記励起光の浸み出し長よりも厚く、かつ前記電磁波の波長よりも薄い、
    電磁波放射装置。
13. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
    前記シリンドリカルレンズの中心軸の前記電磁波入力面内への射影が、前記光導波路の前記電磁波入力面内への射影の対称軸と一致する、
    電磁波放射装置。
14. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電磁波放射装置であって、
    前記シリンドリカルレンズの中心軸の前記電磁波入力面内への射影が、前記光導波路の前記電磁波入力面内への射影内に入る、
    電磁波放射装置。

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