JPH11220200A - 高出力遠赤外光発生方法及びその装置 - Google Patents

高出力遠赤外光発生方法及びその装置

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JPH11220200A
JPH11220200A JP1849898A JP1849898A JPH11220200A JP H11220200 A JPH11220200 A JP H11220200A JP 1849898 A JP1849898 A JP 1849898A JP 1849898 A JP1849898 A JP 1849898A JP H11220200 A JPH11220200 A JP H11220200A
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JP
Japan
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infrared light
far
generating
resonator
pulse laser
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JP1849898A
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Nobuhiko Sarukura
信彦 猿倉
Hideyuki Otake
秀幸 大竹
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Japan Science and Technology Agency
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Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場を印加したモードロックチタンサファイ
ヤレーザであって、キャビティ内の可飽和ブラッグ反射
器からの高出力遠赤外光発生方法及びその装置を提供す
る。 【解決手段】 パルスレーザ装置のキャビティ内の可飽
和ブラッグ反射器を用いて遠赤外光を発生させる遠赤外
光発生装置において、パルスレーザ装置の共振器内に設
けられるチタンサファイア3と、前記パルスレーザ装置
の共振器2を構成する反射器対の一方に形成される遠赤
外光発生用のGaAs層4と、このGaAs層4に印加
される永久磁石5とを備え、前記共振器2内で増幅され
たパルスレーザ光を直接照射させて、高出力の遠赤外光
を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力遠赤外光発
生方法及びその装置に係り、特に、磁場におけるキャビ
ティ(空胴)内の可飽和ブラッグ反射器(satura
ble Bragg reflector)からの、テ
ラヘルツ(THz)輻射光の発生方法及びその装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】様々な装置から放射されるTHz輻射光
は、特に、THz周波数の領域における時間分解の分光
学や、様々なイメージングの応用のために研究されてき
た。こうした応用の全てに必要なのは、光強度の高い、
コンパクトでシンプルな光源である。固体レーザに対す
るモードロックの技術が進歩したのは数年前である。こ
れらの技術のなかで、半導体可飽和吸収器をモードロッ
クのために使用することには魅力がある。なぜならば、
安価でコンパクトであり、幅広いスペクトル領域にわた
り動作するように設計することができるからである。可
飽和ブラッグ反射器(saturable Bragg
reflector:SBR)は、薄膜半導体を使用
した非線形ミラーであり、既に開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】数百μm程度の波長の
遠赤外光は、一般に物質を透過する能力が高いために非
破壊検査用の電磁波等として期待されている。しかし、
現在市販されている遠赤外光源である高圧水銀灯等では
出力が不足しているため、出力の高い遠赤外光源が望ま
れている。
【0004】本発明は、上記状況に鑑みて、磁場を印加
したモードロックチタンサファイヤレーザであって、キ
ャビティ内の可飽和ブラッグ反射器からの高出力遠赤外
光発生方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕パルスレーザ装置のキャビティ内の可飽和ブラッ
グ反射器を用いて遠赤外光を発生させる遠赤外光発生方
法において、パルスレーザ装置の共振器を構成する反射
器対の一方に磁場を印加した遠赤外光発生用の化合物半
導体層を形成することにより、前記共振器内で増幅され
たパルスレーザ光を直接照射させて、高出力の遠赤外光
を発生させるようにしたものである。
【0006】〔2〕パルスレーザ装置のキャビティ内の
可飽和ブラッグ反射器を用いて遠赤外光を発生させる遠
赤外光発生装置において、パルスレーザ装置の共振器内
に設けられるチタンサファイアと、前記パルスレーザ装
置の共振器を構成する反射器対の一方に形成される遠赤
外光発生用の化合物半導体層と、この化合物半導体層に
印加される磁場発生装置とを備え、前記共振器内で増幅
されたパルスレーザ光を直接照射させて、高出力の遠赤
外光を発生させるようにしたものである。
【0007】〔3〕上記〔2〕記載の高出力遠赤外光発
生装置において、前記磁場発生装置は磁石である。 〔4〕上記〔2〕記載の高出力遠赤外光発生装置におい
て、前記化合物半導体層はGaAsである。 〔5〕上記〔2〕記載の高出力遠赤外光発生装置におい
て、前記化合物半導体層はInAsである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。ここで、可飽和ブラ
ッグ反射器(SBR)は、モードロックのための可飽和
吸収器としての機能に加えて、他の機能も当然備えてい
る。単一の量子井戸がTHz輻射光を放射することはよ
く知られており、SBRの量子井戸はブラッグ反射器構
造の、磁界強化位置(field−enhanced
position)に配置されている。それゆえSBR
の構造自体は、THz輻射線を発生する目的では、単純
な量子井戸構造よりも多くの利点を有している。もし、
SBRをモードロックレーザー共振器(laser c
avity)に取り入れた場合、共振器内での光学ピー
ク出力がより高まることにより、THz輻射光の出力も
より高まる。
【0009】上記したようなキャビティ内THzエミッ
タとしてのSBRを含む、モードロックチタンサファイ
ヤレーザを以下に示す。図1は本発明の実施例を示す高
出力遠赤外光発生装置の全体構成図、図2はその高出力
遠赤外光発生装置の要部模式図である。図2において、
1は励起光、2は共振器、3は共振器内に設けられるチ
タンサファイヤ、4はその共振器の反射器対の一方に設
けられる遠赤外光発生用の化合物半導体層としてのGa
As層、5はそのGaAs層に磁場を印加する磁石(電
磁石又は永久磁石)、6は高出力遠赤外光である。
【0010】そして、図1に示すように、全体構成とし
ては、全固体グリーンレーザ11、レンズ12、チタン
サファイヤレーザ共振器13、ミラー14、本発明に係
る高出力遠赤外光発生装置10を備えている。この高出
力遠赤外光発生装置10は、図2に示すような構成であ
り、ミラー14により得られる励起光1として、高出力
遠赤外光6を得るようにしている。
【0011】また、この高出力遠赤外光の共振器15、
フーリエトランスフォーム偏光干渉分光計16、InS
bボロメータ17、ロックイン増幅器18、チタンサフ
ァイヤレーザ共振器13から得られるレーザ光を可飽和
吸収器(HITCI)21、SF6 プリズム22、モー
タ23によって駆動されるチョッパ24、SF6 プリズ
ム25、スリット26、1%出力カプラー27、ミラー
28〜31、高速走査自己相関器32、光学スペクトル
分析器33、第1ホトダイオード34とを備えている。
【0012】このように、本発明では、レーザ共振器
に、エンドミラーの代わりにSBRを配置し、共振器を
褶曲(folding)するためのもう1つの高反射鏡
15を微調整のために挿入した。SBRに配置した1−
Tのコンパクトな(10×10×20cm2 )磁石5に
より、表面及び水平面に平行な磁界(field)が得
られる。
【0013】レーザ共振器のその他の構造は、SBRを
THz輻射エミッタとして用いていることを除けば、可
飽和吸収器を備えたモードロックチタンサファイヤレー
ザと本質的に同じである。自動始動のモードロックのた
めの可飽和吸収器21は、エチレングリコール中で1,
1’,3,3.3’,3’−hexamethylin
doricarbocyanine iodide(H
ITCI)を用いた。
【0014】また、チタンサファイヤレーザ共振器は、
6ミラー共振器(6−mirrorcavity)で構
成されており、色素−ジェット(dye−jet)、フ
ェムト秒のパルスの形成をモニタするための1%出力カ
プラー27、セパレーションが26cmの1対の高分散
SF6 ・ブルースター・プリズム(high−dis
persion SF6 Brewster pris
ums)22,25へ焦点が付加される。
【0015】連続波(cw)全固体グリーンレーザ(s
pectra−physics millennia
X)11は、モードロックレーザを励起するために10
Wで動作させた。自己相関トレース(autocorr
elation trace)とスペクトルを、高速走
査自己相関器32と光スペクトル分析器33を用いてモ
ニタした。
【0016】図3は本発明の実施例を示すSBRを備え
たモードロックしたチタンサファイヤレーザからのse
ch2 のパルス形を想定する130−fsのパルスの自
己相関図であり、この図において、縦軸は強度(パワ
ー)(相対単位)、横軸は時間(fs)を示している。
図3に示すような、sech2 のパルス形を想定する1
30fsのパルスは、800nmにおいて6.0nmの
スペクトル幅で得られたものであり、時間幅とバンド幅
の積が0.36となることから略フーリエ限界パルスと
なっているという結果を得た。
【0017】共振器内部の平均出力及びピーク平均出力
は、それぞれ8W,610kW(103MHzの繰り返
し率)であった。SBRに照射される光パルスの最大出
力は、1mmのビーム径を仮定して、25MW/cm2
を越えた。THz輻射光は、伝達された方向へ放射され
た。磁場を印加しない場合、この幾何学的構造において
放射光は検出されず、このSBRの〈100〉表面に関
しても検出されなかった。
【0018】図4は本発明の実施例を示すマイケルソン
偏光干渉計を用いて自己相関をフーリエ変換することに
より得られた、1−T磁場におけるキャビティ内のSB
RからのTHz輻射光のスペクトルを示す図であり、こ
の図において、縦軸は強度(パワー)(相対単位)、周
波数(THz)を示している。図4に示すように、0.
8THz付近で最大となったTHz輻射光のスペクトル
は、マイケルソン偏光干渉計(Graseby Spe
cac)からの放射光の自己相関をフーリエ変換するこ
とにより得られた。この干渉計は、空気中の水蒸気を吸
収することを避けるために真空にした。ワイヤーグリッ
ドの偏光計を用いて、THz放射光が垂直に偏光するこ
とが確認された。
【0019】検知のために、サブナノワットの感度を持
つInSbボロメータ(QMC model QFI/
2)17で冷却された液体ヘリウムを用意した。THz
放射光の平均出力は、0.8μWであると測定された。
これは磁場を印加しない場合と比較して、2桁をゆうに
越えて増大している。さらに、以前発表した入射角度の
狭い構造の代わりに、磁場を有するシンプルなエンドミ
ラーの構造にも応用することができる。
【0020】このように、本発明によれば、磁場におい
てキャビティ内SBRを用いたTHz輻射光の発生の新
たな仕組みを構成した。この仕組みは、モードロック固
体レーザに対し、光の極超短波パルスに同期したTHz
輻射光を発生させることに、幅広く応用することができ
る。このダメージ−フリー(非破壊)装置を用いたシン
プルな仕組みで、0.8THz近傍にピークを持ち、
0.8μWの平均出力であるTHz輻射光が直接的に生
成された。
【0021】このTHz放射光の平均出力はさらに最適
化することにより、高めることができるであろう。な
お、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これら
を本発明の範囲から排除するものではない。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、0.8THz近傍にピークを持ち、0.8μW
の平均出力であるTHz輻射光を直接的に生成すること
ができる。これは、従来のものに比べて、THz放射光
の平均出力は、2桁程度高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す高出力遠赤外光発生装置
の全体構成図である。
【図2】本発明の実施例を示す高出力遠赤外光発生装置
の要部模式図である。
【図3】本発明の実施例を示すSBRを備えたモードロ
ックしたチタンサファイヤレーザからのsech2 のパ
ルス形を想定する130−fsのパルスの自己相関図で
ある。
【図4】本発明の実施例を示すマイケルソン偏光干渉計
を用いて自己相関をフーリエ変換することにより得られ
た、1−T磁場におけるキャビティ内のSBRからのT
Hz輻射光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1 励起光 2 共振器 3 チタンサファイヤ 4 GaAs層 5 磁石 6 高出力遠赤外光 10 高出力遠赤外光発生装置 11 全固体グリーンレーザ 12 レンズ 13 チタンサファイヤレーザ共振器 14,28〜31 ミラー 15 高出力遠赤外光の共振器 16 フーリェトランスフォーム偏光干渉分光計 17 InSbボロメータ 18 ロックイン増幅器 21 可飽和吸収器(HITCI) 22,25 SF6 ・ブルースター・プリズム 23 モータ 24 チョッパ 26 スリット 27 1%出力カプラー 32 高速走査自己相関器 33 光学スペクトラム分析器 34 第1ホトダイオード

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルスレーザ装置のキャビティ内の可飽
    和ブラッグ反射器を用いて遠赤外光を発生させる遠赤外
    光発生方法において、 パルスレーザ装置の共振器を構成する反射器対の一方に
    磁場を印加した遠赤外光発生用の化合物半導体層を形成
    することにより、前記共振器内で増幅されたパルスレー
    ザ光を直接照射させて、高出力の遠赤外光を発生させる
    ことを特徴とする高出力遠赤外光発生方法。
  2. 【請求項2】 パルスレーザ装置のキャビティ内の可飽
    和ブラッグ反射器を用いて遠赤外光を発生させる遠赤外
    光発生装置において、(a)パルスレーザ装置の共振器
    内に設けられるチタンサファイアと、(b)前記パルス
    レーザ装置の共振器を構成する反射器対の一方に形成さ
    れる遠赤外光発生用の化合物半導体層と、(c)該化合
    物半導体層に印加される磁場発生装置とを備え、(d)
    前記共振器内で増幅されたパルスレーザ光を直接照射さ
    せて、高出力の遠赤外光を発生させることを特徴とする
    高出力遠赤外光発生装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の高出力遠赤外光発生装置
    において、前記磁場発生装置は磁石であることを特徴と
    する高出力遠赤外光発生装置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の高出力遠赤外光発生装置
    において、前記化合物半導体層はGaAsであることを
    特徴とする遠赤外光発生装置。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の高出力遠赤外光発生装置
    において、前記化合物半導体層はInAsであることを
    特徴とする遠赤外光発生装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005519458A (ja) * 2002-02-28 2005-06-30 フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング テラヘルツ放射線を発生するための装置並びに半導体コンポーネント
JP2012533729A (ja) * 2009-06-23 2012-12-27 ジェイ・エイ・ウーラム・カンパニー・インコーポレイテッド テラヘルツ赤外線エリプソメーターシステムおよびその使用方法

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