JP2000214506A

JP2000214506A - 放射光線源及び撮像システム

Info

Publication number: JP2000214506A
Application number: JP11312673A
Authority: JP
Inventors: Donald Dominic Arnone; ドナルド・ドミニク・アーノン; Craig Michael Ciesla; クライグ・マイケル・シーズラ
Original assignee: Toshiba Research Europe Ltd
Current assignee: Toshiba Europe Ltd
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2000-08-04
Also published as: US6388799B1

Abstract

(57)【要約】【課題】望ましい周波数の出射放射光線が効率的に得ら
れる放射光線源と、これを使用した撮像システムを提供
する。【解決手段】放射光線源は、１つ若しくは複数の入力ビ
ーム７の照射に応答して放射光線ビーム５３を出射する
ための周波数変換部材Ｃ２を具備する。出射されたビー
ム５３は１つ若しくは複数の入力ビーム７と異なる周波
数を有する。１つ若しくは複数の入力ビーム７は全てレ
ーザ共振器（ミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、及び出力
カップラ２３で規定される）内で生成される。周波数変
換部材Ｃ２はこのレーザ共振器内に配設される。この放
射光線源を使用して撮像システムが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射光線源及び放射
光線源を使用した撮像システムの分野に関する。より具
体的には、本発明はテラヘルツ（ＴＨｚ）周波数範囲で
駆動される放射光線源に関する。

【０００２】

【従来の技術】幾つかの商業的に重要な波長バンドにお
いて電磁放射光線を生成する上で困難さが生じ、その１
つはテラヘルツ周波数範囲、即ち１００ＧＨｚ〜２０Ｔ
Ｈｚである。

【０００３】このような周波数の信号を生成する可能な
方法は、非線形光学効果を使用することである。入射放
射光線で照射される材料内の偏光Ｐは、材料を励起する
電界Ｅに関連して、べき級数として次のように表現可能
となる。Ｐ＝χ⁽¹⁾Ｅ＋χ⁽²⁾Ｅ²＋χ⁽³⁾Ｅ³…… 通常、高次の項は無視できるほど小さいと仮定されるた
め、Ｐ∝Ｅという関係が使用される。この近似は大きな
Ｅには適用されない。非線形光学はこれらの高次の項に
関係する。

【０００４】もし、材料が２つの異なる周波数で照射さ
れると、入力周波数の和（和周波発生として知られ
る）、入力周波数の差（差周波発生として知られる）で
ある周波数を材料が出射することを第２次項が可能とす
る。第２次感受性はまた、材料が単一入力周波数で照射
された時、異なる光学周波数の発生をもたらす。例え
ば、第２高調波発生が自己和発生からもたらされる。光
学パラメトリック変換において、２つの周波数が入力周
波数から発生される。

【０００５】更に、第３次項χ⁽³⁾Ｅ³もまた、第３高
調波周波数及び他の第３次項を生成するように励起可能
となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に差周波
数発生の分野、例えば、２つの可視周波数ω_vis1及びω
_vis2のビームが、非線形差周波数発生ω_THz＝ω_vis1−
ω_vis2を介して、ＴＨｚ放射光線ω_THzに変換される場
合に関する。

【０００７】差周波数発生を使用したＴＨｚ放射光線の
発生は、商業的に有用なパワーレベルでＴＨｚ放射光線
を生成するために、大きなパワー密度の入力放射光線が
必要となるか、或いはＴＨｚ信号が増幅されなければな
らないという課題がある。

【０００８】ω_vis1及びω_vis2からω_THzへの変換効率
ρは次式で与えられる。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、Ａはビームの面積、ｄは第２次非
線形光学係数、ηはω_visにおける屈折率、Ｌは非線形
結晶の長さである。また、ここで、ω_vis＝ω_vis1≒ω
_vis2であり、Δｋ＝ｋ（ω_vis2）−ｋ（ω_vis1）−ｋ
（ω_THz）：（運動量変換を表す）である。

【００１１】公知のレーザ共振器の外から、非常に高い
パワー密度をω_visの入力ビームに供給することは困難
で且つ高価となる。増幅器を使用して入力放射光線若し
くは出射ＴＨｚ信号のいずれかを増幅することは光線源
の嵩及びコストを増加させる。これは確かに寸法及びコ
ストを増加させ、可能性のある商業的適用におけるＴＨ
ｚ撮像システムの普及を現在妨げている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
に鑑みてなされ、第１の視点において放射光線源が適用
され、これは、１つ若しくは複数の入力ビームの照射に
応答して放射光線ビームを出射するための周波数変換部
材を具備し、前記出射されたビームは前記１つ若しくは
複数の入力ビームと異なる周波数を有することと、前記
１つ若しくは複数の入力ビームは全てレーザ共振器内で
生成されると共に、前記周波数変換部材は前記レーザ共
振器内に配設されることと、を特徴とする。

【００１３】本発明において、周波数変換部材は１つ若
しくは複数の入力ビームのレーザ共振器内に実際に配置
され、従って、共振器内構造という用語が使用される。
従って、入力ビームの高パワーはレーザ共振器内でアク
セスされ、大きなＴＨｚパワーをもたらし、ここで、高
い入力ビームパワーを実現するために共振器の外に配設
された嵩張り且つ高価な増幅器に頼る必要がない。

【００１４】以下の説明において、１つ若しくは複数の
入力ビームはω_vis1、ω_vis2等、より一般的にはω_vis
の周波数を有するものとして言及され、何故なら一般的
にω _vis1≒ω_vis2である。出射ビームはω_THzの周波数
を有するものとして言及される。しかし、ＴＨｚ信号が
出射されることが望ましいが、他の波長の放射光線も、
本発明の放射光線源を使用することにより生成可能であ
ることを容易に理解できるであろう。特に、放射光線
は、中赤外（２０ＴＨｚ〜９０ＴＨｚ）、近赤外（９０
ＴＨｚ〜３００ＴＨｚ）及びミリメートル波／マイクロ
波周波数（１００ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）を含むことがで
きる。ミリメートル波から中赤外の範囲の周波数の強力
な成分を伴う広いバンド幅の信号が本発明により達成可
能で、これは撮像及び分光学において広範囲の応用が可
能となる。

【００１５】レーザ共振器内のω_visの入力ビームの強
度は、このレーザ共振器の外側におけるその値を（１−
Ｒ）^-1だけ超え、ここで、Ｒは入力ビーム自身のための
共振器内のミラー（ω_visにおける）の最低反射率であ
る。もしＲ＝１であると、共振器内の強度向上は非常に
大きく、従って、共振器内に周波数変換部材を配置する
ことにより発生されるω_THzのＴＨｚパワーのいずれも
また大幅に増強される。

【００１６】本装置は、ω_visに代えてω_THzのレーザ
の総使用可能パワーを抽出すると共に、１００％の変換
効率を得られるように配設可能となる。

【００１７】しかし、レーザ共振器内に配設された周波
数変換部材は、ω_visにおいて共振器内で追加のロスを
必然的にもたらす。これは、共振器内におけるパワー密
度（Ｐ（ω_vis））の現象をもたらす。

【００１８】入力ビーム（レーザ）共振器内のミラーの
一方は出力カップラに相当し、入力ビームの殆どを反射
してレーザ共振器中へ戻し、ω_visにおける共振器内の
レーザ作用可能とする（他の成分と共に）。周波数変換
部材が挿入された時に生じる共振器内のω_visにおける
パワーのいかなるロスもキャンセルするように、出力カ
ップラの反射率が変化（増加）される。もしω_visで入
力ビームパワーが必要でないと、出力カップラの反射率
Ｒは１００％に理想的に設定され、ω_visにおけるパワ
ーの全てが共振器内に残り、周波数変換部材からのＴＨ
ｚ発生に寄与するようになされる。しかし、多くの実際
の撮像及び分光システムはω_vis及びω _THzの両者にお
いてシステムからの出力を必要とし、この場合、望まし
くはＲは、ω_visにおいて、９０〜１００％に設定され
る。

【００１９】出力結合手段（カップラ）が、１つ若しく
は複数のビームが最初に周波数変換部材に入る側に対し
て反対側、或いは入る側に配設可能となる。

【００２０】パワーの低下が共振器の外へ出るω_visの
レーザ出力において生じる。これは、より強力なＴＨｚ
光線源を形成する上で、直接の利害事項ではない出力カ
ップラは、出射放射光線に対して実質的にゼロ反射率を
有すると共に１つ若しくは複数の入力ビームの放射光線
に対して高い反射率を有する部材により望ましくは形成
される。望ましくは、この高反射率は９０〜１００％で
ある。従って、出力カップラは、ＴＨｚ放射光線が共振
器から出るのは可能であるが、入力ビーム放射光線を光
学共振器内に閉じ込め、周波数変換部材から更なるＴＨ
ｚ放射光線を発生させる。

【００２１】出力カップラは本発明に係る光線源がＴＨ
ｚ放射光線及び入力ビーム放射光線の両者を出射するこ
とができるように構成される（この利点は本明細書にお
いて撮像システムを参照して後に記述する）。

【００２２】望ましくは、出力カップラは、１つ若しく
は複数の入力ビームを発生させるレーザ素子へＴＨｚ放
射光線が反射されて戻される前に、ＴＨｚ放射光線が共
振器から出射されるように配設される。

【００２３】ＴＨｚ放射光線を生成するため、周波数変
換部材は望ましくは非線形結晶からなり、これは、望ま
しくは、１つ若しくは複数の入力ビームにより提供され
る２つの周波数の差に実質的に等しい周波数を出射する
ように構成される。

【００２４】入射放射光線は材料の第２次非線形性を介
して時間依存性の偏光を発生させる。この機構の単純化
された見方は、スプリング上にある材料内の電子を想像
することである。入射放射光線は、入射周波数、それ等
の和及び差に対応する周波数で電子を振動させる。振動
は、スプリング振動の非線形特性により、和及び差周波
数で生じる。

【００２５】どの周波数が出射されるかは、基本周波数
における材料の非線形係数と、差周波数における発生／
変換放射光線と非線形偏光との間の位相整合と、に依存
する。

【００２６】２つの可視光子ω_vis1及びω_vis2からのＴ
Ｈｚ発生の効率は、２つのキー材料特性により支配さ
れ、これは以下のように要約される。

【００２７】１．第２次感受性χ⁽²⁾ _：χ⁽²⁾の大きさ
はＴＨｚ電界への可視電界の変換強度を決定し、微視レ
ベルの電気ポテンシャルの非対象性の程度に関連する。
これは、発生ＴＨｚパワーがω _THzで発振する材料ρ
（ω_THz）の偏光に比例する事実から明らかで、次の式
により与えられる。

【００２８】ρ（ω_THz）∝χ⁽²⁾Ｅ_vis1Ｅ_vis2 周波数変換部材として適当な大きなχ⁽²⁾を有する結晶
は次の通りである。

【００２９】ＬｉＩＯ₃、ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄、ＡＤＰ、
ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＨ₂ＡｓＯ₄、石英、ＡｌＰＯ₄、Ｚ
ｎＯ、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ₃、Ｌｉ
ＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、Ｚｎ
Ｓｅ、Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅、ＡｇＡｓＳ₃、淡紅銀
鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧｅＡｓ₂、ＡｇＧａＳｅ₂、Ａｇ
ＳｂＳ₃、ＺｎＳ、ＢＢＯ、ＫＴＰ、及びＤＡＳＴ（４
−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有機結晶。

【００３０】２．可視及びＴＨｚフィールドにおける屈
折率（η_０及びη_Ｔ）：これ等は、結晶を通して協調的
に干渉する必要のある、光学的に誘起された非線形偏光
及び発生ＴＨｚ間の位相整合の程度を支配する。η_０と
η_Ｔとの間の大きな差を有する材料は低変換光率を伴
う。位相整合は、周波数変換部材により発生されるｋ
（ω_THz）の運動量のＴＨｚ光子と、ｋ（ω_vis）にお
ける若しくは近い運動量の可視光子との間で運動量ｋが
保存されることを保証する。入射放射光線の差周波数か
らのＴＨｚ放射光線を発生させる位相整合は次の式によ
り表される。

【００３１】Δｋ＝ｋ（ω_vis＋ω_THz）−ｋ
（ω_vis）−ｋ（ω_THz）≒０光誘起非線形偏光と、発生ＴＨｚ電界とが同一位相にあ
る距離の基準であるコヒーレント長ｌc は次式で定義さ
れる。ｌc ＝πｃ／（ω_THz｜η_vis−η_THz｜）ここで、η_visは可視周波数における材料の屈折率であ
り、η_THzはＴＨｚ周波数における材料の屈折率であ
る。

【００３２】従って、効率的なＴＨｚ発生のために必要
な長いコヒーレント長のためには、η_vis−η_THzは小
さくなくてはならない。しかし、無機非線形光学材料は
大きな屈折率非整合を有し、従って、ｌc は数ミクロン
よりも大きくないであろう。

【００３３】従って、本発明に係る前記周波数変換部材
は更に、前記１つ若しくは複数の入力ビームによる照射
に応答して前記周波数変換部材内を伝播する、少なくと
も２つの異なる周波数の信号の間の位相整合を増強する
ための位相整合手段を具備し、前記位相整合手段は、前
記入力放射光線ビームのある方向成分に沿ってその屈折
率において空間的変化を有することが望ましい。

【００３４】ある材料は、複屈折特性による位相整合を
先天的にある程度有する。この場合、同材料の少なくも
ある長さに亘って位相整合が達成可能となる。しかし、
位相整合をある程度可能とし、従って、材料を周波数コ
ンバータとして完全に作用させるような複屈折若しくは
他の特性を、大きな光学非線形性を伴う多くの材料は有
していない。

【００３５】望ましくは、前記位相整合手段は、異なる
周波数における屈折率の変化を減少するように、前記周
波数変換部材内に配設される。

【００３６】或いは、若しくは屈折率の空間的変化に加
えて、前記位相整合手段は、前記１つ若しくは複数の入
力ビームの軸に沿った、周波数変換非線形係数の周期的
変調によっても実現することができる。

【００３７】望ましくは、２つの周波数成分を提供する
単一入力ビームが存在する。これはパルスレーザにより
達成可能となる。望ましくは、パルスレーザは１０ｆｓ
〜１０ｐｓのパルス幅を有する。

【００３８】周波数変換部材によるロスは、入力放射光
線の偏光及び周波数のため、もし周波数変換部材がブル
ースター角でカットされると、減少させることができ
る。代わりに、周波数変換部材はω_visにおけるロスを
減少させるように非反射被覆を施すことができる。望ま
しくは、周波数変換部材もまた、光子吸収等の機構によ
るω_THzにおける吸収が最小の材料からなる。

【００３９】望ましくは、２つの異なる周波数成分がパ
ルスレーザ光線源により提供される。ＴＨｚへの最適な
変換を得るのに、入力ビーム間のモード整合及びビーム
重複が必要であるため、パルスレーザ光線源が望まし
い。この問題は、もし単一ビームが両周波数成分（ω
_vis1及びω_vis2）を供給すると、回避することができ
る。また、パルスレーザにより得られるより高い電界
は、偏光項の非線形性（漸進的に小さくなる）にアクセ
スすることを可能とすると共に、パルスレーザにより生
成される放射光線パルスは、広範囲に亘る差周波発生に
とって理想的である、多数の異なる周波数を本質的に含
む。

【００４０】本発明の第１の視点に係る放射光線源は特
にＴＨｚ撮像システムにおいて有用である。従来のＴＨ
ｚ撮像システムは、応用するのに十分に大きいＴＨｚパ
ワーを生成するのに、レーザ共振器外部の増幅器が必要
となるため、嵩張るものであった。このような外部増幅
器は、嵩張り、非常に高価で、且つ操作が非常に難し
い。更に、このような増幅器の追加は、パルス繰返し周
波数の低下をもたらし、これは、ＴＨｚ撮像及びその品
質に関連する信号対ノイズ比を低下させる。これ等の視
点は、寸法、コスト、使用容易性、像品質、及び像獲得
時間に関連し、ＴＨｚ撮像の広範囲な使用を妨げてい
た。従って、本発明の第１の視点に係る光線源を使用す
る撮像システムは、当該システムが、（ａ）よりコンパ
クトである、（ｂ）より安価である、（ｃ）よりユーザ
フレンドリである、（ｄ）より高いパルス繰返し周波数
及びより高いＴＨｚパワーレベル故に、より良好な信号
対ノイズ比を提供可能である、（ｅ）より速いデータ獲
得時間を提供可能で、ビデオフレームレートでＴＨｚ像
の収集が可能となる、等の重要な利点を提供する。

【００４１】従って、第２の視点において、本発明は放
射光線源及び検出器を具備する撮像システムを提供し、
前記放射光線源は、１つ若しくは複数の入力ビームの照
射に応答して放射光線ビームを出射するための周波数変
換部材を具備し、前記出射されたビームは前記１つ若し
くは複数の入力ビームと異なる周波数を有することと、
前記１つ若しくは複数の入力ビームは全てレーザ共振器
内で生成されると共に、前記周波数変換部材は前記レー
ザ共振器内に配設されることと、を特徴とする。

【００４２】前記放射光線源は、本発明の第１の視点を
参照して述べたように構成可能であることが理解できる
であろう。撮像システムは、基本的に３つ主セクショ
ン、即ち、撮像用放射光線（ＴＨｚビーム及び可視検出
ビーム）を生成する発生セクション、サンプルの像形成
を行うための撮像セクション、及び撮像セクションを一
旦通過した放射光線を検出するための検出セクション、
を具備する。発生セクションは、本発明の第１の視点に
係る光線源により提供される。

【００４３】望ましくは、透過光学系に関連する下記の
ロスを最小化するように、透過光学系に代えて可能なミ
ラーが使用される。

【００４４】（ｉ）誘電体（例えばエアとレンズとの）
界面における振幅パターン歪曲及び周波数依存性屈折ロ
ス、（ｉｉ）周波数依存性吸収ロス、（ｉｉｉ）ある角
度におけるレンズ表面上のパワーの低下による光電界分
布の歪曲及び回折効果。

【００４５】望ましくは、ＴＨｚ放射光線は軸外れ放物
面（ＯＡＰ）ミラーによってサンプル上へ導かれる。こ
のようなミラーにおいて、ミラーの表面を横切る入射及
び反射ビーム間に一定の位相差が存在する。

【００４６】より望ましくは、偶数のＯＡＰミラーが使
用され、これ等の各隣接対はそれ等の焦点距離の合計だ
け離間される。この構成において、列の第２ミラーから
の反射後、ビームウエストの寸法（ビーム軸に直角な方
向の最小ビーム径）は周波数独立となる。これはまた、
ミラーの配列内に偶数の光学素子が存在するとして、ミ
ラーの配列の最後の光学素子についてもいえる。

【００４７】ＴＨｚパルスは多数の周波数成分から形成
され、パルス内の全てのＴＨｚ周波数のために撮像ビー
ムの寸法は一定に維持することが必要であるため、この
構成はＴＨｚ撮像にとって特に有利である。同様な考慮
は、撮像の主題である対象物から収集されたＴＨｚ放射
光線を検出セクションに導くためにも適用される。

【００４８】代わりに、若しくはＯＡＰミラーに加え
て、コンデンサコーンも使用可能で、これは、黄銅若し
くは銅からなり、内側が高度に研磨され、電解メッキ及
び／または金／銀蒸着コーティングが付設される。これ
等は、撮像されるサンプルの隣に望ましくは配置され
る。より望ましくは、サンプルの数波長内、即ち５０〜
１００μｍ内である。望ましくは、コーンは約２ｍｍの
入口開口径と５０〜１００μｍの出口開口とを有する。

【００４９】レンズもまた追加可能で、望ましくは、こ
れ等は、非分散材料、例えば、高密度ポリエチレン（Ｈ
ＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
及び高抵抗シリコン、から選択される。これ等の材料
は、ＴＨｚパルスの時間的広がりを回避するように非分
散性のものであることが望ましい。

【００５０】望ましくは、撮像システムは、撮像される
サンプルを支持する駆動ステージを具備する。ステージ
はビーム軸に直交する２方向において可動であることが
望ましい。

【００５１】望ましくは、検出器は非線形結晶で、ＡＣ
ポッケルス効果を使用してＴＨｚ放射光線を検出するよ
うに構成される。ここで、検出器は、ＴＨｚビームの照
射に応答して第１入力ビームの偏光ベクトルを回転さ
せ、回転された偏光ベクトルを伴うビームを出射するよ
うに構成される。

【００５２】第１入力ビームは参照ビームとして考える
ことができ、第２ビームは検出されたビームである。検
出器へ入る前、参照ビーム及び検出ビームの偏光は、こ
れ等が互いに平行で且つ変調領域の通常光軸及び異常光
軸の両者に沿った成分を有するように、回転される。

【００５３】参照ビーム及び検出ビームは、望ましく
は、検出器へ入る前に直線偏光される。しかし、これら
の一方若しくは両者は円偏光も可能となる。

【００５４】検出器は、検出されるべきビーム（もし存
在すれば）が参照ビームの偏光をある角度回転させるよ
うに構成される。もし検出ビームが存在しなければ、参
照ビームは、これが検出器結晶を通過する間、幾分楕円
に偏光する可能性がある。この効果を補償するため、検
出器結晶から出射されたビームは、望ましくは、光学修
正回路に通される。

【００５５】望ましくは、光学修正回路は直線（若しく
は楕円）偏光ビームを円偏光ビームに変換する。

【００５６】出射された直線（若しくは楕円）偏光ビー
ムは、望ましくは、可変リターデーション波長板、例え
ば１／４波長板により円偏光ビームに変換される。望ま
しくは、この円偏光ビームは、次に、円偏光の放射光線
を２つの直線成分に分割する偏光分波器（例えばウォラ
ストンプリズム）に導入される。もし検出ビームが存在
しないと、これ等の直性成分は等しい。もし検出ビーム
が存在すると、これ等の直性成分は互いに等しくない。

【００５７】望ましくは、プリズムからの２つの出力ビ
ームは、平衡化分割フォトダイオードアセンブリに入射
され、これは、２つのビーム間で大きさの相違がある場
合、非ゼロ出力信号を生成する。

【００５８】代わりに、参照ビームは検出器へ入る前に
円偏光化可能である。これは、参照ビームが検出器に入
る前の参照ビームの通路上に、可変リターデーション波
長板を配設すると共に、もし可変リターデーション波長
板が１／４波長板であれば、１／２波長板により、検出
器の後の可変リターデーション波長板を置換えることに
より、達成可能となる。検出されるべきビーム（もし存
在すれば）は、円偏光された参照ビームを楕円偏光ビー
ムに変える。楕円偏光ビームは次に、上述のウォラスト
ンプリズム等により２つの成分に分離される。

【００５９】プリズム及び平衡化分割フォトダイオード
構成の変更例は、２つの直交ニコル偏光子を検出器の各
側に使用する。参照ビームは第１の偏光子を通され、Ｔ
Ｈｚビームと共に検出結晶を透過される。もしＴＨｚビ
ームが存在すると、参照ビームの偏光は、第２偏光子の
透過方向にビームが成分を有するように、回転される。
もしＴＨｚビームが存在しないと、参照ビームの偏光は
回転されず、従って、第２偏光子によりブロックされ
る。

【００６０】参照ビームは、望ましくは、発生セクショ
ンにより生成される。像情報を担持する放射光線は、次
に、参照ビームを使用して検出器により検出される。望
ましくは、入力ビーム及び参照ビーム間の時間変化を提
供する制御システムが配設される。この制御システムは
発生若しくは参照ビーム通路のいずれかに挿入可能とな
る。

【００６１】この制御システムは駆動ミラーを具備可能
で、これは、参照ビームの光路長を増加若しくは減少さ
せるために、ビーム軸に沿って前後に振動可能である。

【００６２】このシステムはまた、検出システムに入る
前に、参照ビームの断面積を拡大するための光学系も具
備することができる。望ましくは、参照ビームの断面積
は撮像用放射光線のそれより大きく、撮像ビーム断面の
全てが検出されることが保証されるようにする。検出セ
クションはまた、参照ビームの面積以上の検出面積を有
するＣＣＤカメラを具備することができる。従って、Ｃ
ＣＤカメラは２次元像を読み、撮像中にサンプルを動か
す必要がない。

【００６３】代わりに、制御システムは、参照ビームの
パルス幅を伸長するように構成されたグレーティング対
を具備することができる。光学ファイバケーブルもま
た、参照ビームのパルス幅を伸長するように構成可能と
なる。これ等は、パルス参照ビームの異なる波長成分
が、非常に異なる時間で検出結晶を通過するようにす
る。

【００６４】検出セクションは波長を分散させるため、
グレーティング分光計を具備することができる。検出セ
クションはまた、分光計からの空間的分布を記録するた
め、ＣＣＤカメラを具備することができる。

【００６５】差周波数発生若しくは検出のいずれかのた
めの良好な非線形特性を有する可能な材料は、ＧａＡｓ
若しくはＳｉ系半導体である。より望ましくは、結晶構
造が使用される。以下に、他の可能な材料の例を示す。

【００６６】ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄、ＡＤＰ、ＫＨ₂Ｐ
Ｏ₄、ＫＨ₂ＡｓＯ₄、石英、ＡｌＰＯ ₄、ＺｎＯ、Ｃ
ｄＳ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂ
Ｏ₃、Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ₂ＮａＮ
ｂ₅Ｏ₁₅、ＡｇＡｓＳ₃、淡紅銀鉱、ＣｄＳｅ、ＣｄＧ
ｅＡｓ₂、ＡｇＧａＳｅ₂、ＡｇＳｂＳ₃、ＺｎＳ、及
びＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチルバゾリウム）等の有
機結晶。

【００６７】一般的に、非中心対称結晶が第２次非線形
効果のために使用される。第３次非線形効果は、種々の
異なる結晶において強度の変化を伴って見出される。

【００６８】

【発明の実施の形態】図１は従来のパルスレーザを示
し、例えば、ここでは、レーザ媒体としてＴｉ：サファ
イア結晶Ｃ１に基づくパルスレーザの概略を示す（Ｔ
ｉ：サファイアに代わる結晶の例として、Ｃｒ：ＬｉＳ
ａＦ及びＣｒ：ＬｉＳＧａＦ：Ｃｒ：ＹＡＧ及びＣｒ：
ホルステライトが含まれる。代わりに、光学ファイバに
基づく共振器も可能である）。レーザ結晶Ｃ１はレーザ
共振器１内に収容され、レーザ共振器１は一端のダイク
ロイックミラーＭ４と他端の出力カップラ９とにより規
定される。ポンプビーム３はレーザ結晶Ｃ１へ導かれ
る。ポンプビーム３はレーザ結晶Ｃ１内で遷移を励起
し、結晶Ｃ１は次にコヒーレント光ビーム、即ち入力ビ
ーム７を出射する。入力ビーム７はダイクロイックミラ
ーＭ３、Ｍ４及び出力カップラ９により結晶Ｃ１へ反射
されて戻され、結晶Ｃ１内で更なる遷移を励起し、結晶
Ｃ１は更に、周波数ω_visの入力ビーム７でコヒーレン
ト放射光線を出射する。

【００６９】ポンプビーム３はブルースター窓５を透過
し、ミラーＭ４及び出力カップラ９により規定されるレ
ーザ共振器１中へ、ステアリングミラーＭ１、Ｍ２を介
して導かれる。ポンプビーム３はミラーＭ３、Ｍ４を通
過可能で、これ等により反射されない。結晶Ｃ１により
生成された入力ビーム７はミラーＭ３、Ｍ４及び出力カ
ップラ９により結晶へ反射されて戻される。入力ビーム
７の通路内の種々の光学成分を通してビームを操作する
と共に集束させるため、他のミラーも共振器内に配設す
ることができる。この例において、ポンプビーム３は緑
で、入力ビームは赤である。ミラーＭ３は、結晶Ｃ１
と、遠い側で出力カップラ９により終端すると共に近い
側でミラーＭ４により終端するレーザ共振器１１の残り
と、の間で入力ビーム７を操作するように配置される。

【００７０】出力カップラ９は９０〜１００％の反射率
Ｒを有し、その正確な値は本発明の特定の適用により決
まる。適度に増強されたレベルのω_THzにおけるＴＨｚ
放射光線が取扱可能であると共に、参照ビームのために
ω_visにおける出力も必要な撮像システムにおいて、Ｒ
は約９０％で維持されることが望ましい。最大量のＴＨ
ｚパワーが必要な適用において、Ｒ≒１００％が使用さ
れる。この特定の例において、Ｒは約９０％である。こ
れは、出力カップラ９に到達する光の９０％が共振器中
へ反射されて戻され、入力ビームの１０％が共振器から
出ることを意味する。これは共振器１内のパワーを維持
する。

【００７１】このような出力カップラ９は、ω_visの入
力ビームにおいて、５００ｍＷの平均出力レベル及び７
５ｋＷのピークパワーを達成することができる。共振器
内パワー（共振器内の一方向パワー）は７５０ｋＷのオ
ーダである（５ワットの平均パワー）。平均パワーレベ
ルが１０〜１００ｍＷ若しくはそれ未満の、ＴＨｚ撮像
のために使用される電気光学的検出システムが典型的に
は利用される。従って、Ｒは非常に増加し、より大きな
値の共振器内パワーＰ（ω_vis）をもたらす。従って、
ＴＨｚ撮像システムにおいて使用されるＴＨｚ放射光線
の電気光学的検出に必要な、妥当な程度の出力パワー
（ｐｅｘｔ_（ω_{vis ）}）を維持しながら、増強されたＰ
（ω_THz）が達成可能となる。

【００７２】レーザはまたモードロック手段１１を有す
る。例えば、この手段１１はレーザ共振器内でロスの周
期的変調を生成する音響光学的変調器とすることができ
る。この変調器の周波数は、往復周波数、即ちｃ／２Ｌ
により規定されるレーザ共振器のｗ_rt、の半分である。
ここで、ｃは光の速度、Ｌは共振器の長さである。これ
は、ｗ_rtのレーザから安定した一連のパルスを生成す
る。当業者であれば、使用可能な代替モードロック構成
を見出すことができるであろう。

【００７３】レーザ共振器内の正の群速度分散効果はパ
ルスの時間的な広がり若しくはチャーピングをもたら
す。レーザ共振器内に負の群速度分散を導入することに
より、パルス持続期間を制御するため、パルス幅調節及
び波長調整手段１０が配設される。一例は、レーザ共振
器パルスに負の群速度分散を提供するように配設された
４つのプリズムを使用し、これらプリズムは波長選択も
可能なように配設される。代替の設計は共振器内のチャ
ープド誘電体ミラーを使用し、ここで、ミラーコーティ
ングが必要な負の群速度分散に対応する。ミラーコーテ
ィングはまた、レーザ波長を決定する。分散制御に続い
て、数ｐｓ〜少数ｆｓの範囲のパルス幅達成され、６９
０〜１０００ｎｍの範囲に亘る、典型的には８００ｎｍ
を中心とする、典型的な可視／近赤外波長が可能とな
る。

【００７４】図２は周波数変換部材Ｃ２を収容するよう
に変更された図１の共振器を示す。Ｃ１からのコヒーレ
ント入力ビーム７の発生は図１で記載したそれと同一で
ある。従って、その詳細はここで再記しない。

【００７５】出力カップラ９に代え、第２出力カップ２
３が配設される。この出力カップラは入力ビーム７に対
して９５〜１００％の反射率を有する一方、必要なＴＨ
ｚ出力に対してゼロの反射率で１００％の透過率を有す
る。入力ビーム７は、ステアリングミラー２５を介して
出力カップラ２３へ、正常外入射において反射される。

【００７６】出力カップラは入力ビーム７を非線形結晶
である結晶Ｃ２へ反射する。入力ビーム７はレンズＬ１
を介して結晶Ｃ２上で集束される。結晶Ｃ１から出射さ
れた入力ビーム７は、ミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、
及び出力カップラ２３により規定される閉鎖ループ内で
反射される。従って、共振器は、両結晶Ｃ１、Ｃ２へ入
力ビーム７を反射し続け、ミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ
６、及び出力カップラ２３により規定される共振器内の
パワーを維持する。

【００７７】結晶Ｃ２から出射されたＴＨｚ放射光線は
出力カップラ２３を介して伝送される。出力カップラ２
３はＴＨｚ放射光線に対してゼロの反射率を有するべき
であり、何故なら、ＴＨｚ放射光線が共振器内で結晶Ｃ
１へ反射して戻されるのは望ましくなく、また、できる
だけ多くのＴＨｚ信号を抽出することが望ましいからで
ある。

【００７８】出力カップラ２３は、理想的にはω_THzの
放射光線を弱めることなく通す一方、共振器内の高いＰ
（ω_vis）を確保するようにω_visで高反射率を有する
ようなダイクロイックミラーとすることができる。

【００７９】出力カップラのための可能な材料は、高度
に研磨されたシリコン若しくは誘電体被覆シリコン、Ｇ
ｅ／Ｚｎ／Ｓコーティング等を有するｚカット石英を含
む。入射角は可視及び／またはＴＨｚ放射光線のために
正常な表面に対して平行でないようにすることができ
る。ＴＨｚビームは可視ビームよりも直径が大きくなり
やすいため、ｚカット石英基板上に載置された反射防止
コーティングを有する出力カプラの中心に、小径（＜２
ｍｍ）銀（若しくは他の金属性の）層を使用することが
可能である。銀ミラーは、基本のパワーの全てを反射す
る（Ｒ（ω_vis）＝１００％）一方、大きなＴＨｚビー
ムの殆どがその周りを通過する（Ｒ（ω_TH _z）≒０％）
のに十分な小さな径を有する。

【００８０】Ｃ２は大きな第２次非線形係数を有する非
線形結晶で、パルス入力ビーム７の２つの周波数成分の
差である周波数を出射するように構成される。ここで、
結晶は、レーザ共振器の外部で励起された時、ＴＨｚ波
長への可視波長光の良好な変換効率を有するものとして
示されていたＺｎＴｅからなる。従って、共振器の外部
に配置された周波数変換結晶のための、ω_visにおける
可視範囲内の約３００ｍＷの入力パワーレベルのため
に、ＴＨｚ内の数μＷの平均パワーレベルが生成され
る。更に、共振器内の結晶により、より高いパワーレベ
ルが達成される。

【００８１】ロスを最小化するため、Ｃ２は、可視放射
光線ω_vis1及びω_vis2の偏光及び周波数のため、ブルー
スター角でカットされる。代わりに、若しくはブルース
ター角でのカットに加えて、Ｃ２はこれらのロスを最小
化するように反射防止コーティング可能である。

【００８２】ＺｎＴｅは結晶Ｃ２のために良い材料であ
り、何故なら、ＺｎＴｅは、超高速レーザであるＴｉ：
サファイアの中心波長であるところの、８００ｎｍにお
ける透明性及び光子吸収等の機構において、ω_THzにお
いて最小の吸収を有するからである。代わりに、ＧａＡ
ｓが透明な波長において駆動されるパルスレーザ光線源
と共に、ＧａＡｓが使用可能で、例えば、Ｃｒ：ＬｉＳ
ａＦ、若しくはＣｒ：ＹＡＧが結晶Ｃ１のために使用可
能である。

【００８３】Ｃ２の長さもシステムのために最適化され
るべきである。位相整合周波数変換は結晶の全長に亘っ
て最適に生じる。実際には、有用な長さは、光誘起非線
形偏光と、発生ＴＨｚ電界とが同一位相にある距離の基
準であるコヒーレント長ｌcによって与えられ、これは
次式で定義される。ｌc ＝πｃ／（ω_THz｜η_vis−η_THz｜）光学系Ｌ１及びＭ６は入力ビーム７が結晶Ｃ２上に集束
されるように配設される。これ等及び他の部品の配置
は、結晶Ｃ２内で入力及びＴＨｚビームの空間的ウオー
クオフ（walk-off）がないように設定される。この後者
の点は、空間モードの高品質が保証されると共に、長い
相互作用長に有利であり、即ち全距離ｌcが利用される
ことを保証する。Ｌ１は、ω_THzにおいて可能な限り非
吸収／非反射であり、また、ω_visのために反射防止コ
ーティングされる。このような反射防止コーティング付
きＴＰＸ若しくはｚカット石英の材料は、Ｌ１のような
ダイクロイック透過光学系の可能な候補である。

【００８４】図１２は図２の光線源の変更例を示す。ミ
ラーＭ６が出力カップラとして使用され、図２の出力カ
ップラ２３の必要性を排除している。これは、可視パル
スがＣ２を最初に通る際に、これにより出力ＴＨｚパル
スが発生されるようにする。

【００８５】図２において、可視パルスがＣ２を２回通
る際に、これにより２つのＴＨｚパルスが発生される。
ある場合、これ等のパルスは破壊的に干渉し合い、従っ
て、ＴＨｚジェネレータの効率を低下させる。図１２は
この問題に対処している。更に、ＴＨｚパルスは、共振
器を出る前に、ミラーＭ６（即ち単一素子）を通過する
だけであり、従って、ω_THzにおける吸収効果及び分散
を減少させる。

【００８６】図１３は図２及び図１２の更なる変更例を
示す。この構成は、パルス分散／長さ及び波長を制御す
るため、共振器１内でチャープド誘電体ミラーＭＣ１、
ＭＣ２を使用し、従って、図２のパルス長調節手段１０
の必要性を排除している。図１３において、ミラーＭＣ
１、ＭＣ２は、パルスを短くするのに必要な負の群速度
分散を生成するように、チャープド誘電体コーティング
を有する。モードロック手段１１は依然必要である。

【００８７】図２、図１２、及び図１３において、２つ
の周波数がビーム７によって提供される。これ等は２つ
の別のビームを使用することにより生じる問題に光明を
与える。例えば、V Petrov and F. Seifert Optic lett
er, 19, 40-42 (1994)を参照する。ここで、２つのパル
スレーザが使用され、ω_vis1及びω_vis2の２つのビーム
が異なる起源から生じ、即ち、同じビームの部分ではな
いという事実により、非最適化ビームオーバーラップに
よる問題が見出されている。この設計はまた、ビームの
一方（例えばω_vis1）が共振器内に起源せず、従って、
ω_vis1において可能なパワーが大幅に低下し、異なる周
波数放射光線のパワーに、対応の低下が生じるという問
題も抱えている。

【００８８】このＴＨｚ光線源はＴＨｚ撮像システムに
おいて使用可能である。図３はＴＨｚ撮像システムの基
本構成を示す。このシステムは、３つのセクション、即
ち、発生セクション（ジェネレータ）３１、撮像セクシ
ョン３３、及び検出セクション３５に単純化される。可
視パルスレーザ３７により供給されるＴＨｚエミッタを
使用することにより、発生セクション３１内でＴＨｚ放
射光線が発生される。

【００８９】ＴＨｚビーム３９が発生セクション３１か
ら出射され、撮像セクション３３のサンプル４１へ導か
れる。ＴＨｚビーム３９は次に、更なる光学系４５を介
して、検出セクション３５に導かれる。図３のシステム
は、近接場撮像システムの例で、ここで、撮像されるサ
ンプルはＴＨｚ光線源の直ぐ陰に配置される。

【００９０】検出セクションは、可視光信号及びＡＣポ
ッケルス効果を介して、検出されたＴＨｚ信号内に担持
される情報を読む。この可視光は理想的にはビームスプ
リッタ４７を介してレーザ３７から得られる。時間遅延
ライン３４を介して時間遅延がＴＨｚパルスに付加され
る。このシステムはコンピュータ３６により制御される
（即ちサンプル４１の動作の制御、時間遅延３４、及び
検出信号処理）。

【００９１】ＡＣポッケルス効果の詳細は、図５を参照
して詳述される。

【００９２】本発明に係る撮像システムは図４を参照し
て記述される。ここで、単純化のため、システムの検出
部分の詳細は省略する。これ等は図５を参照して記述さ
れる。

【００９３】ＴＨｚ発生セクションはボックス５１内の
成分により示される。発生システム５１の個々の成分は
図２、図１２、図１３を参照して記述済みである。従っ
て、これ等の詳細は図４の記載から省略する。撮像シス
テムは発生セクション５１から出射されるＴＨｚパルス
及び可視光パルスの両者を必要とする。従って、出力カ
ップラ２３は、いくらかの可視放射光線がＴＨｚ発生セ
クション５１から出射されるように、可視放射光線に対
して１００％反射率を有するべきではない。

【００９４】発生システムからの出射ＴＨｚビーム５３
及び可視ビーム５５はビームスプリッタ５７に入射す
る。このビームスプリッタ５７はＴＨｚビーム５３の透
過を許容するが、可視光ビーム５５をミラー５９へ反射
し、ミラー５９はビーム５５を光学遅延ライン６１へ反
射する。遅延されたビーム５５は次に、ＴＨｚ検出ユニ
ット６３へ入力される。

【００９５】ＴＨｚビーム５３は撮像セクション５２中
で且つサンプル６５上へ、ＴＨｚ撮像光学系６７を介し
て導かれる。サンプル６５は駆動Ｘ−Ｙ並進ステージ
（図示せず）上に配置され、サンプル６５の全てが撮像
されるようになされる（Ｘ−Ｙ平面はビーム軸に直交す
る）。サンプルからの撮像情報を担持するＴＨｚ放射光
線６９は、ＴＨｚ撮像光学系７１を介して、ＴＨｚ検出
システム６３中へ反射される。

【００９６】ＴＨｚ放射光線６９と共に、可視放射光線
５５の存在は、単一窒素パージユニット内で実施される
撮像及び電気光学的検出を可能とする。

【００９７】サンプル６５は、ＰＣコンピュータ（図示
せず）により制御されるＸ−Ｙ駆動並進ステージ（図示
せず）上に載置される。対象物の各セクション（画素）
が次に撮像される。この技術の空間解像度を改良するた
め、軸外れ放物面ミラー、コンデンサコーン、及びレン
ズが、回折限界点へビームを集束させるために使用可能
となる。コンデンサコーンの近接場にサンプルを載置す
ることにより、回折限界は克服され、約５０μｍの空間
解像度が達成可能となる。撮像システムは、検出回路の
性質及び撮像される対象物の性質に依存し、このような
対象物を伴ってまたは伴わずに機能する。撮像セクショ
ンのこれらの変更例は図６乃至図９を参照して記述され
る。

【００９８】図５は検出システムの詳細を示す。撮像情
報を担持するＴＨｚビーム６９及び可視光ビーム５５は
ＴＨｚ検出システムに入力される。可視光ビーム５５は
検出結晶７３に入射する参照ビームとして機能する。参
照ビーム５５は直線偏光され、この偏光は検出結晶７３
の通常及び異常光軸の両者に沿った成分を有するように
配向される。これ等の軸は、結晶７３の通常及び異常光
軸に沿って夫々別の屈折率ｎ_o及びｎ_eを有する。第２
（ＴＨｚ）放射光線ビーム６９がない場合、直線偏光参
照ビーム５５は、その偏光に無視できる程度の変化を伴
って検出結晶７３を通過する。

【００９９】ここで明確にしたい点は、偏光が回転され
る角度Θが無視できる程度であることである。しかし、
直線偏光ビームは僅かに楕円となることができる。この
効果は可変リターデーション波長板、例えば１／４波長
板８１により補償される。

【０１００】出射ビーム７７は１／４波長板８１を使用
して円偏光ビーム８３に変換される。次に、ウォラスト
ンプリズム７９（若しくは直交偏光成分を分離する等価
のデバイス）により、これが２直線偏光ビームに分割さ
れ、偏光ビームの２つの直交成分が平衡化分割フォトダ
イオード８５へ導かれる。平衡化分割フォトダイオード
信号は、２つのダイオード間の出力の差がゼロとなるよ
うに、波長板８１を使用して調節される。

【０１０１】しかし、検出器７３が、参照ビームだけで
なく、第２次ビーム６９（この場合、ＴＨｚ範囲の周波
数のビーム）も検出すると、偏光が回転される角度Θは
無視できない程度となる。これは、ＴＨｚ電界が、軸ｎ
_e、ｎ_oの１つに沿って可視（基本）放射光線の屈折率
を変更するからである。これは検出器７３後の可視フィ
ールドが楕円となることをもたらし、従って、プリズム
７９により分離された偏光成分は等しくなくなる。出力
ダイオード間の電圧の差は検出電圧を付与する。

【０１０２】参照ビーム５５及びＴＨｚビーム６９は、
結晶を通過する間は同位相にあるべきである。そうでな
いと、偏光回転Θが不明確となる。従って、検出結晶７
３は明確な信号を生成するように位相整合手段を有す
る。

【０１０３】図６は完成したＴＨｚ撮像システムを示
す。検出セクション６３及びＴＨｚ発生セクション５１
の個々の成分は図２、図１２、図１３及び図５を参照し
て記述済みであり、従って、これ等については再記しな
い。

【０１０４】図６図示の全ての部材は３６インチ×３６
インチの寸法の光学ブレットボード上に配置される。必
要な唯一の外部ユニットはダイオードレーザのための電
源及び発生セクション５１のための冷却ユニットであ
る。

【０１０５】撮像セクション９１は、Ｘ−Ｙ平面上を、
即ち、ＴＨｚ放射光線の入射ビームに直角な２つの直交
軸に沿って可動な駆動ステージを有する。

【０１０６】撮像セクション９１は２つのミラーＭ１１
及びＭ１２を有する。ミラーＭ１２はＴＨｚビーム５３
をサンプル６５へ導く。ミラー１１は、サンプル６５を
透過するＴＨｚ放射光線を検出結晶７３へ反射するよう
に配置される。ミラーＭ１１、Ｍ１２は軸外れ放物面
（ＯＡＰ）ミラーである。このようなミラーは、入射及
び反射ビーム間の位相差がミラー上の全ての点において
同じであるように構成される。軸外れ放物面をもたらす
パラメータはミラーの焦点長により特徴付けられる。

【０１０７】光学遅延セクション９３もまた示される。
発生セクションから出射された可視光ビームはビームス
プリッタ５７により遅延セクション９３へ反射される。
遅延セクション９３はビーム軸に沿って可動なコーナー
キューブミラーＭ９を有する。ビームはミラーＭ８を介
してコーナーキューブミラーＭ９へ導かれる。ビームは
コーナーキューブミラーＭ９からミラーＭ１０へ反射さ
れる。コーナーキューブミラーＭ９は数１０Ｈｚの振動
周波数でビーム方向に沿って前後に振動される。これ
は、必要に応じて、可視ビーム５５の通路長を増加及び
減少する。ClarkODL-150システムがミラーを駆動するた
めに使用可能で、これは１５０ｐｓの遅延が可能であ
る。次に、出射ビームはミラーＭ１１で出射ＴＨｚビー
ムと組合わされる。代わりに、ＴＨｚ及び可視ビーム
は、ビームスプリッタ、例えばペリクルビームスプリッ
タを使用して共直線的に組合わせ可能となる。このよう
なデバイスはＭ１１の前または後に配置可能で、Ｍ１１
内の穴の必要性を排除する。

【０１０８】図７は図６の撮像セクション９１の変更例
を示す。ＴＨｚビーム５３が伝送される延長通路長は、
水蒸気を除去し、従って像の品質を向上させるため、窒
素でパージされる。

【０１０９】ＴＨｚ周波数領域内の長い波長に関連する
回折効果により、ＴＨｚビーム５３及び撮像付与の断面
寸法は十分に大きくなく、これは平行平面であるものと
して取扱われる。もし回折効果が、スカラーフィールド
分布により代表可能であるように放射光線が近軸である
とすると、ガウスビームモード光学系及び光学技術が使
用可能となる。システム設計の最も単純なケースは、基
本モードがビームプロファイルを支配すると仮定するこ
とである。従来のＴＨｚ放射光線及びシステム（フーリ
エ変換機、遠赤外レーザ、若しくはGunnダイオード）に
適用されるガウスモード光学系及び設計は、ＴＨｚ撮像
システムに適用可能で、重要である。

【０１１０】良好な品質の像を得るため、ＴＨｚ撮像シ
ステムを構成する時、多数の設計ルール若しくはガイド
ラインに従うべきである。レンズ等の透過光学系のた
め、焦点距離に対するレンズの厚さ及び焦点距離に対す
る径の比が０．２未満であることを保証することによ
り、幾何的ロスは最小に維持される。もしこれが満足さ
れると、レンズ内のロスは、吸収及び反射によるものが
主となる。この場合、材料の選択が重要となる。

【０１１１】パルシステムにおいて生じる必要条件は、
パルスの広がりが生じないように材料が非分散的である
ことである。これ等の必要条件が与えられると、高密度
ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）、高抵抗シリコン（Ｓｉ）、及びＴＰＸ
等が最高の材料であり、また、旋盤により加工可能であ
る。ＴＨｚ周波数で低吸収及び低分散を組合わせるいか
なる材料も、その形状がレンズを作成するのに適してい
ることを条件として、透過光学系を作成するための望ま
しい候補となる。レンズの反射ロスはＴＨｚ周波数にお
いて周波数に強く依存するようになる。従って、パルス
バンド幅に亘る全ての周波数が同じ反射（及び吸収）ロ
スを受けることが保証されるように、レンズ設計に留意
する必要がある。

【０１１２】理想的には、透過光学系に関連する下記の
ロスを含むロスの数を最小とするため、透過光学系（レ
ンズ）に代えることが可能な場合は常に反射光学系（ミ
ラー）が使用される。（ｉ）誘電体（例えばエアとレン
ズとの）界面における振幅パターン歪曲及び周波数依存
性屈折ロス、（ｉｉ）周波数依存性吸収ロス、（ｉｉ
ｉ）ある角度におけるレンズ表面上のパワーの低下によ
るフィールド分布の歪曲及び回折効果。

【０１１３】撮像における重要な別の特性（ガウスモー
ドビーム光学系に特定されず）は、もし２つのミラーが
それ等の焦点距離の合計だけ離間されると、第２ミラー
からの反射後の光軸上における、ビームウエストの寸法
（ビーム軸に直角な方向の最小ビーム径）は周波数独立
となる。これはまた、ミラーの配列内に偶数の集束素子
が存在するとして、ミラーの配列の最後のミラー（集束
素子）についてもいえる。これはＴＨｚ撮像にとって特
に有利であり、何故なら、パルスは広範囲の周波数成分
から形成され、また、種々（ｘ、ｙ）の点において且つ
パルス内の全てのＴＨｚ周波数において、像が記録され
る間、光軸上の固定位置に対象物を維持することが望ま
しいからである。これは、ＴＨｚパルスのスペクトル範
囲（バンド幅）が中赤外及びより高い周波数へ増加する
ことから、ＴＨｚ撮像にとって特に重要である。

【０１１４】図７のシステムは１／ｅの直径を有するビ
ーム（ビームの基本ガウスモード）を生成し、同直径は
ＴＨｚ周波数範囲のサンプルにおいて１〜２ｍｍである
（例えば３００ＧＨｚ、直径２ｍｍ）。図６の２つのミ
ラーと異なり、図７のシステムにおいて、６つのミラー
と２つのレンズとが使用される。図７のビーム方向は図
６のそれと逆である。撮像セクションにおいて、ビーム
はまず反射されて第１ＯＡＰミラー１０１を離れて第２
ＯＡＰミラー１０３へ進み、次に第３ＯＡＰミラー１０
５へ進む。第２及び第３ＯＡＰミラー１０３、１０５
は、夫々２５０ｎｍの焦点距離を有する。これ等は５０
０ｎｍ離間される。

【０１１５】ビームは第３ＯＡＰミラー１０５から、焦
点距離１０ｍｍで直径１０ｍｍの平凸レンズ１０７へ反
射される。第３ＯＡＰミラー１０５は平凸レンズ１０７
から２６０ｎｍ（即ち、これらの焦点距離の合計）だけ
離間される。レンズ１０７はポリエチレン若しくは高抵
抗Ｓｉから形成される。レンズ１０７は、サンプル１０
９が載置される駆動ステージ（図示せず）から１０ｍｍ
の距離に配置される。ビームは、焦点距離の合計だけ互
いに離間された偶数の集束光学系及びミラー（１０１、
１０３、１０５、及び１０７）を通過する。従って、サ
ンプルにおけるビームウエストは周波数独立となる。こ
こで、約３００ＧＨｚ（０．３０ＴＨｚ）の周波数範囲
における周波数に依存せず、ビーム径は２ｍｍに選択さ
れる。

【０１１６】一旦ビームがサンプル６５を通過すると、
透過ＴＨｚ放射光線は第２平凸レンズ１１１へ入射す
る。平凸レンズ１０７、１１１は光学特性が同一であ
る。レンズ１１１はＴＨｚ放射光線を第４ＯＡＰミラー
１１３へ集束させる。第４ＯＡＰミラー１１３は２５０
ｍｍの焦点距離を有し、ＴＨｚビームを第５ＯＡＰミラ
ー１１５へ反射する。第５ＯＡＰミラー１１５もまた２
５０ｍｍの焦点距離を有し、第４ＯＡＰミラー１１３か
ら５００ｍｍ（即ち、第４及び第５ＯＡＰミラーの焦点
距離の合計）だけ離間して配置される。

【０１１７】ビームは第５ＯＡＰミラー１１５から第６
ＯＡＰミラー１１７へ反射される。第６ＯＡＰミラーは
３０ｍｍの焦点距離を有し、第５ＯＡＰミラーから２８
０ｍｍ（即ち、第５及び第６ＯＡＰミラーの焦点距離の
合計）だけ離間して配置される。

【０１１８】第６ＯＡＰミラー１１７には穴１１９が形
成される。可視光ビーム５５はこの穴を通され、検出の
ためにＴＨｚビーム６９と組合わされる。

【０１１９】空間解像度の更なる改良は、コンデンサコ
ーン（黄銅若しくは銅からなり、内側が高度に研磨さ
れ、電解メッキ及び／または金／銀蒸着コーティングが
付設される）を、図８図示の如く、撮像されるサンプル
に隣接して挿入することにより達成可能となる。図８に
おいて、コンデンサコーン１２１、１２３が、サンプル
１２５の各側で、サンプル１２５と平凸レンズ１２７、
１２９の夫々との間に配置される。平凸レンズは図７を
参照して述べたものと同じである。これ等は１０ｍｍの
焦点距離を有し、コンデンサコーン１２１、１２３から
１０ｍｍの距離に配置される。コーンは２ｍｍの典型的
な入口開口と５０〜１００μｍの出口開口とを有する。

【０１２０】サンプル１２５は、コンデンサコーン１２
１の出口開口から数波長内、例えば約１００μｍ内に典
型的には配置され、回折限界スポット寸法より小さいサ
ンプルにおけるＴＨｚスポット寸法を実現するため、近
接場撮像技術が使用可能となるようにされる。

【０１２１】設計のその他の利点は、ビームウエスト寸
法が開口入口で周波数から独立し、パルス内の全ての周
波数がコンデンサコーン中へ適合することである。

【０１２２】平凸レンズ１２７、１２９、コンデンサコ
ーン１２３、１２１、及びサンプル１２５は、ＯＡＰミ
ラー１３１、１３３間に配置される。これ等のミラーは
２５０ｍｍの焦点距離を有する。ＴＨｚビーム５３はＯ
ＡＰミラー１３１から平凸レンズ１２７へ反射され、平
凸レンズ１２７によりコンデンサコーン１２１へ集束さ
れる。ビーム５３はコンデンサコーンの最も広い開口を
通して入り、最も狭い開口を通して出て、サンプル１２
５へ至る。一旦ビーム５３がサンプル１２５を通過する
と、これは、コンデンサコーン１２３に入り、その最も
狭い開口を通してコンデンサコーン１２３を出て、平凸
レンズ１２９へ至る。次に、ビームはＯＡＰミラー１３
３から検出結晶７３へ反射される。ＯＡＰミラー１３３
は穴１３５を有する。ジェネレータからの可視光はミラ
ー１３３においてＴＨｚビーム６９と組合わされる。図
８の光学的構成は、図７の構成のように、多数の他のミ
ラーと共に使用することもできることに留意すべきであ
る。しかし、種々の異なる焦点距離がミラー１３３、１
３１のために可能である。

【０１２３】また、ここで使用されるコンデンサコーン
の構成は、既に説明したビーム寸法及びミラー配置に類
似のガイドラインを使用して、図７のシステムへ容易に
挿入することができる。

【０１２４】また、２つの軸外れ放物面ミラーのみを利
用する、図９のような類似のカップリングシステムが可
能であることに留意すべきである。これ等は、ビームの
通路長を減少させ、従って、ビーム通路内の水蒸気若し
くは他の吸収ガスによるロスを最小にする。しかし、周
波数独立ビームウエストを形成するため及び／またはよ
り高い空間解像度を実現するため、透過光学系が必要と
なる。

【０１２５】図９において、ＴＨｚビーム５３がＯＡＰ
ミラー１４１からサンプル１４３へ反射される。ＯＡＰ
ミラー１４１の焦点距離は３０ｍｍで、サンプル１４３
はＯＡＰミラー１４１から３０ｍｍの距離に配置され
る。必要であれば、図８で記述したレンズやコンデンサ
コーン等の更なる光学成分がミラー１４１とサンプル１
４３との間に追加可能である。

【０１２６】一旦ビーム５３がサンプル１４３を通過す
ると、これは撮像情報を書込まれ、ビーム６９となる。
ビーム６９はＯＡＰミラー１４５から検出結晶へ反射さ
れる。ＯＡＰミラーには穴１４７が形成され、これは、
検出のために可視ビーム５５がＴＨｚビーム６９と混合
されることを可能とする。

【０１２７】図１０は撮像の別の例を示す。発生及び撮
像セクションは図２、図１２、図１３、図３、図４及び
図６乃至図９を参照して記述済みである。これ等成分の
詳細についてはここで再記しない。図１０において、図
６の遅延セクションが、グレーティング対若しくは光学
ファイバ１５１に置換され、これは可視パルスをチャー
プし、その時間幅を５０ｆｓから２０ｐｓへ伸長する。
可視パルス内の異なる波長成分は異なる時間で検出結晶
７３を通過する。

【０１２８】従って、グレーティング分光計１５３が波
長を空間的に分散するために使用され、また、ＣＣＤカ
メラ１５５が空間的分散を記録するために使用される
時、（例えば）Ｘ方向の各画素は、異なる波長及び、従
って、異なる時間に対応する。その結果、ＣＣＤ１５５
上のＸ方向の所与の画素列は、検出結晶７３内を共伝播
すると共に、パルス中の異なる時間において異なる量だ
け可視ビームの偏光を回転させ、ＴＨｚビームの時間依
存波形を効果的に測定する。従って、撮像される対象物
中の透過は、ＣＣＤアレイの一方向に沿った時間の関数
としてプロットされる。従って、参照ビーム５５の偏光
の回転は、検出結晶７３の各側に配置された直交ニコル
偏光子１６１、１６３により測定される。

【０１２９】撮像された対象物は次に、２次元ＴＨｚ像
を発展させるため、一般的な方法で、並進ステージ上で
Ｙ方向に移動される。代わりに、プローブビームが円筒
形レンズによりサンプル上のライン（例えばＸ方向が４
００μｍ、Ｙ方向が１０ｍｍ）に集束される場合、サン
プルのＹ軸に沿ったＴＨｚ透過がＣＣＤのＹ方向に沿っ
た画素により測定可能で、即ち、並進ステージのＹ方向
の動作に頼ることなく、Ｙ方向において対象物を撮像す
るため、ＣＣＤのＹ画素が次に使用可能となる。次に、
並進ステージをＸ方向に移動することにより、像の全て
が完成する。もし、より高い信号対ノイズ比に影響する
ように、この共振器内設計において十分なＴＨｚパワー
が可能であれば、これ等の能力の両者（ＣＣＤのＸ軸に
沿った時間遅延の測定、及び機械的動作無しのＹ軸方向
の撮像情報）は、より速い獲得時間をもたらす。その結
果、よりコンパクトなシステムにおいて、より速いデー
タの獲得及びより安いコストの可能性が得られる。

【０１３０】このシステムの主な利点は、並進ステージ
のような移動部分無しですばやくデータが獲得できるこ
とである。このシステムを使用すると、（ａ）対象物の
Ｙ方向に沿った撮像、及び（ｂ）時間遅延の形成で制限
されていた、時間領域のサンプリング、の両者が非常に
速く、後は、ＣＣＤカメラの速度と、像の適当な信号対
ノイズ比（ＳＮＲ）を得るようにカメラから出力される
多数のフレームを平均化する必要性とのみにより制限さ
れる。上記後者は、この技術の応用及び、従って、リヤ
ルタイム撮像の実現を制限する主な原因である。１／４
波長板がＣＣＤへ総プローブパワーの半分ほどの強さの
バックグランド光を導入することから、図５に概略が示
される平衡化分割フォトダイオード検出機構が最早使用
できないという事実により、低ＳＮＲが部分的にもたら
される。このシナリオにおける小信号検出は、もしＣＣ
Ｄカメラが使用されると、光子ショットノイズにより克
服される。カメラにおける「周囲」光レベルを減少させ
るため、直交ニコル偏光子が使用され、ここで、ＣＣＤ
上の信号はＴＨｚ電界が無いとゼロに低下する。このよ
うな検出システムはＣＣＤのために最適であるが、特
に、後者の場合にロックイン検出が使用されると、図５
のシステムのような高い信号対ノイズ比を提供しない。

【０１３１】このＳＮＲの問題を克服するため、再生増
幅器（図示せず）が使用され、これにより、非線形的に
ＴＨｚパルスを発生させる光学ピークパワーを押上げ、
大きなＴＨｚ強度がもたらされる。しかし、このような
システムは多くの欠点を抱えている。再生増幅器は非常
に高価（約２０００万円）であると共に、大きくて嵩張
る。また、増幅器を駆動する第２ポンプレーザが必要と
なる。更に、このようなシステムは低反復率（５０Ｈｚ
〜２５０ｋＨｚ）で運転され、平均パワーの相対的低下
をもたらす。ここで設計される明るい共振器内光線源は
これらの欠点を全て克服する。この共振器内設計は、従
って、ビデオフレームレート（約３８フレーム／秒）で
のＴＨｚ像、即ち、所謂「ＴＨｚムービー」を実現する
のに十分に高い信号対ノイズ比で、十分に速くデータを
獲得することができるＴＨｚ撮像システムの実現への大
きな一歩となる。

【０１３２】図１１は図１０の撮像システムの別の例を
示す。図１１において、（図１０の）駆動ステージが冗
長となる。代わりに、ＣＣＤカメラ１５５の撮像エリア
が検出結晶７３の撮像エリアと整合する。このエリアは
典型的には数ｍｍ²である。参照ビーム５５が光学系１
７０（例えば、望遠若しくは類似の光学系）により拡張
され、参照ビームがＴＨｚビームよりも大きな断面積を
有し、理想的にはＣＣＤカメラ１５５内の全ての画素を
満たすようにされる。（Ｘ−Ｙ平面内のサンプル６５を
透過するＴＨｚパワーに比例する）Ｘ−Ｙ平面内の参照
ビームの回転された偏光の分布が、ＣＣＤカメラの画素
に転写され、ＣＣＤ若しくはＣＣＤカメラ１５５の出力
に取付けられたコンピュータスクリーン（図示せず）上
に、対象物のＴＨｚ像が現れるようになる。このシステ
ムの時間遅延は光学遅延ライン（図６を参照して記述し
た）により形成される。これは本システムの唯一の機械
的動作部分である。

【０１３３】

【発明の効果】本発明によれば、望ましい周波数の出射
放射光線が効率的に得られる放射光線源と、これを使用
した撮像システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モードロックパルスレーザを示す概略図。

【図２】本発明の第１の視点に係る放射光線源を示す
図。

【図３】テラヘルツ撮像システムを示す概略図。

【図４】本発明の第２の視点に係る撮像システムを示す
図。

【図５】図３図示の撮像システムと共に使用可能な検出
セクションを示す概略図。

【図６】図５図示の検出セクションを伴う図４図示の撮
像システムを示す図。

【図７】図６図示の撮像セクションの変更例を示す図。

【図８】図６図示の撮像セクションの変更例を示す図。

【図９】図６図示の撮像セクションの変更例を示す図。

【図１０】本発明の第２の視点に係る撮像システムの別
の実施の形態を示す図。

【図１１】本発明の第２の視点に係る撮像システムの更
に別の実施の形態を示す図。

【図１２】本発明の第１の視点に係る放射光線源を示す
図。

【図１３】本発明の第１の視点に係る放射光線源を示す
図。

【符号の説明】

１…レーザ共振器３…ポンプビーム７…入力ビーム２３…出力カップラ２５…ステアリングミラーＣ１…レーザ結晶Ｃ２…周波数変換部材結晶Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６…ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドナルド・ドミニク・アーノンイギリス国、シービー４０ダブリュイー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケンブリッジ・サイエンス・パーク 260、ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリートーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテッド内 (72)発明者クライグ・マイケル・シーズライギリス国、シービー４０ダブリュイー、ケンブリッジ、ミルトン・ロード、ケンブリッジ・サイエンス・パーク 260、ケンブリッジ・リサーチ・ラボラトリートーシバ・リサーチ・ヨーロップ・リミテッド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つ若しくは複数の入力ビームの照射に応
答して放射光線ビームを出射するための周波数変換部材
を具備し、前記出射されたビームは前記１つ若しくは複
数の入力ビームと異なる周波数を有することと、前記１
つ若しくは複数の入力ビームは全てレーザ共振器内で生
成されると共に、前記周波数変換部材は前記レーザ共振
器内に配設されることと、を特徴とする放射光線源。
【請求項２】前記周波数変換部材は光学的非線形部材で
あることを特徴とする請求項１に記載の放射光線源。
【請求項３】前記周波数変換部材は、前記１つ若しくは
複数の入力ビームの２つの周波数成分の差に実質的に等
しい周波数の放射光線を出射するように構成されること
を特徴とする請求項２に記載の放射光線源。
【請求項４】前記周波数変換部材は、１００ＧＨｚ〜２
０Ｔｈｚの範囲の周波数の放射光線を出射するように構
成されることを特徴とする請求項３に記載の放射光線
源。
【請求項５】２つの周波数成分を有する単一入力ビーム
が提供されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の放射光線源。
【請求項６】前記単一入力ビームはパルスビームである
ことを特徴とする請求項５に記載の放射光線源。
【請求項７】前記パルスビームは１０ｆｓ〜１０ｐｓの
範囲のパルス幅を有することを特徴とする請求項６に記
載の放射光線源。
【請求項８】前記周波数変換部材は、ＬｉＩＯ₃、ＮＨ
₄Ｈ₂ＰＯ₄、ＡＤＰ、ＫＨ₂ＰＯ ₄、ＫＨ₂Ａｓ
Ｏ₄、石英、ＡｌＰＯ₄、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＧａＰ、Ｇ
ａＡｓ、ＢａＴｉＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、
Ｔｅ、Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ
₁₅、ＡｇＡｓＳ₃、淡紅銀鉱、Ｃｄ、Ｓｅ、ＣｄＳｅ、
ＣｄＧｅＡｓ₂、ＡｇＧａＳｅ₂、ＡｇＳｂＳ₃、Ｚｎ
Ｓ、ＢＢＯ、ＫＴＰ、ＤＡＳＴ（４−Ｎ−メチルスチル
バゾリウム）、及びＬ₄ＮｂＯ₃の少なくとも１つを具
備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記
載の放射光線源。
【請求項９】前記周波数変換部材は、前記１つ若しくは
複数の入力ビームによる照射に応答して前記周波数変換
部材内を伝播する、少なくとも２つの異なる周波数の信
号の間の位相整合を増強するための位相整合手段を具備
し、前記位相整合手段は、前記１つ若しくは複数の入力
ビームのある方向成分に沿ってその屈折率において空間
的変化を有することを特徴とする請求項１乃至８のいず
れかに記載の放射光線源。
【請求項１０】前記周波数変換部材は結晶性で、前記１
つ若しくは複数の入力ビームの周波数成分の１つのため
にブルースター角でへき開されることを特徴とする請求
項１乃至９のいずれかに記載の放射光線源。
【請求項１１】前記周波数変換部材は、前記１つ若しく
は複数の入力ビームの周波数成分の１つにおける反射を
低下させるように配設された反射防止コーティングを有
する請求項１乃至１０のいずれかに記載の放射光線源。
【請求項１２】前記レーザ素子を照射する前記出射ビー
ムを停止するために素子が配設されることを特徴とする
請求項１乃至１１のいずれかに記載の放射光線源。
【請求項１３】前記出射ビームを透過すると共に、前記
１つ若しくは複数の入力ビームを反射することができる
出力カップラが配設されることを特徴とする請求項１乃
至１２のいずれかに記載の放射光線源。
【請求項１４】前記出力カップラは、前記出射ビームに
対して実質的に０％の反射率を有し、前記１つ若しくは
複数の入力ビームに対して９０〜１００％の反射率を有
することを特徴とする請求項１３に記載の放射光線源。
【請求項１５】前記出力カップラは、前記１つ若しくは
複数の入力ビームが最初に前記周波数変換部材に入る側
に対して反対の、前記周波数変換部材の側上に配置され
ることを特徴とする請求項１３または１４に記載の放射
光線源。
【請求項１６】前記光線源は、前記周波数変換部材から
出射されるビームと少なくとも１つ若しくは複数の入力
ビームの両者を出射するように構成されることを特徴と
する請求項１乃至１５のいずれかに記載の放射光線源。
【請求項１７】対象物及び検出器へ撮像用放射光線ビー
ムを供給するための請求項１乃至１６のいずれかに記載
の光線源を具備することを特徴とする撮像システム。
【請求項１８】撮像される対象物を支持するための駆動
ステージを具備することを特徴とする請求項１７に記載
の撮像システム。
【請求項１９】前記撮像用放射光線は、少なくとも１つ
の軸外れ放物面ミラーによりサンプル上へ導かれること
を特徴とする請求項１７または１８に記載の撮像システ
ム。
【請求項２０】前記撮像用放射光線は、偶数の軸外れ放
物面ミラーによりサンプル上へ導かれ、前記ミラーの各
隣接対はそれ等の焦点距離の合計だけ離間されることを
特徴とする請求項１９に記載の撮像システム。
【請求項２１】コンデンサコーンを更に具備することを
特徴とする請求項１７乃至２０のいずれかに記載の撮像
システム。
【請求項２２】前記コンデンサコーンはサンプルから５
０〜１５０μｍ内に配置されることを特徴とする請求項
２１に記載の撮像システム。
【請求項２３】高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及び高抵抗シリ
コンの１つ若しくは複数から形成されたレンズ更に具備
することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれかに
記載の撮像システム。
【請求項２４】前記検出器は非線形結晶を具備すること
を特徴とする請求項１７乃至２３のいずれかに記載の撮
像システム。
【請求項２５】前記周波数変換部材により出射されるも
のとは異なる波長を有する参照ビームを使用して、前記
非線形結晶により前記撮像用放射光線が検出されること
を特徴とする請求項２４に記載の撮像システム。
【請求項２６】前記参照ビームは１つ若しくは複数の入
力ビームに対応することを特徴とする請求項２５に記載
の撮像システム。
【請求項２７】前記非線形結晶は、前記撮像用放射光線
が入射されると、前記参照ビームの偏光平面を回転させ
るように構成されることを特徴とする請求項２５または
２６に記載の撮像システム。
【請求項２８】前記参照ビームの偏光の回転は、波長
板、プリズム及び平衡化分割フォトダイオードアセンブ
リにより検出されることを特徴とする請求項２７に記載
の撮像システム。
【請求項２９】前記参照ビームの偏光の回転は、前記非
線形結晶の前後に配置された２つの直交ニコル偏光子に
より検出されることを特徴とする請求項２７に記載の撮
像システム。
【請求項３０】前記参照ビームのための遅延手段を更に
具備することを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれ
かに記載の撮像システム。
【請求項３１】前記遅延手段は、前記参照ビームの光路
長を増加若しくは減少させるために振幅可能なミラーを
具備することを特徴とする請求項３０に記載の撮像シス
テム。
【請求項３２】前記参照ビームのパルス幅を増加させる
ための手段を更に具備することを特徴とする請求項２５
乃至２９のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項３３】前記パルス幅を増加させるための手段は
グレーティング対を具備することを特徴とする請求項３
２に記載の撮像システム。
【請求項３４】前記パルス幅を増加させるための手段は
光学ファイバを具備することを特徴とする請求項３２に
記載の撮像システム。
【請求項３５】グレーティング分光計を更に具備するこ
とを特徴とする請求項３２乃至３４のいずれかに記載の
撮像システム。
【請求項３６】ＣＣＤカメラを更に具備することを特徴
とする請求項３５に記載の撮像システム。
【請求項３７】前記検出器の結晶における前記撮像用放
射光線の断面積よりも大きくなるように、前記参照ビー
ムの断面積を増加させるように、光学素子が配設される
ことを特徴とする請求項２５乃至３４のいずれかに記載
の撮像システム。
【請求項３８】前記参照ビームの断面積と同程度の検出
面積を有するＣＣＤカメラを更に具備することを特徴と
する請求項３７に記載の撮像システム。