专利名称：光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置。
背景技术：
近年来，具有IOOGHz 30THz频率的电磁波太赫兹波备受瞩目。太赫兹波例如可用于成像、光谱测量等各种测量、无损检测等。产生该太赫兹波的太赫兹波发生装置具备产生具有亚皮秒(数百飞秒)左右的脉冲宽度的光脉冲(脉冲光)的光源装置，和由光源装置产生的光脉冲的照射而产生太赫兹波的光导天线。作为上述光导天线，例如，专利文献I中公开了具有以η型半导体层、i型半导体层、P型半导体层的顺序层叠而成的层叠体(pin结构)的太赫兹波发生元件(光导天线)。在该光导天线中，介由形成于设置在P型半导体层上的电极的开口对P型半导体层照射光脉冲，则将会从i型半导体层的整个侧面以放射状射出太赫兹波。相对于使用低温生长GaAs (LT-GaAs)基板制造的偶极子形状光电导天线(PCA),上述专利文献I中记载的光导天线能够使产生的太赫兹波的强度增大10倍左右。然而，专利文献I中记载的光导天线由于产生不具有定向性的太赫兹波，所以浪费多，照射目标部位的太赫兹波的强度不够充分。专利文献1:日本特开2007-300022号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供能够产生具有定向性的太赫兹波的光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置。上述目的通过下述本发明来实现。本发明的光导天线，其特征在于，是照射脉冲光而产生太赫兹波的光导天线，具备:第I导电层，其由含有第I导电型的杂质的半导体材料构成，第2导电层，其由含有与上述第I导电型不同的第2导电型的杂质的半导体材料构成，半导体层，其位于上述第I导电层与上述第2导电层之间，且由载流子浓度比上述第I导电层的半导体材料低的半导体材料，或由载流子浓度比上述第2导电层的半导体材料低的半导体材料构成，第I电极，其与上述第I导电层电连接，第2电极，其与上述第2导电层电连接且具有上述脉冲光通过的开口，以及电介质层，其由电介质材料构成，且与上述半导体层的法线方向在与上述第I导电层、上述半导体层以及上述第2导电层的层叠方向呈正交状态的面接触。
由此，因太赫兹波具有向介电常数更高的物质传导的性质，所以在半导体层产生的太赫兹波通过电介质层沿规定的方向传导，由此，能够产生具有定向性的太赫兹波。其结果能够产生比以往强度更高的太赫兹波。本发明的光导天线中，优选上述电介质材料的相对介电常数高于上述半导体层的上述半导体材料的相对介电常数。由此，能够通过电介质层高效率地传导太赫兹波。本发明的光导天线中，优选上述电介质层具有从上述层叠方向观察时上述电介质层的宽度随着远离上述半导体层而渐增的部位。由此，能够通过电介质层高效率地传导太赫兹波。本发明的光导天线中，优选具有覆盖层，其覆盖具有垂直于上述层叠方向的法线的上述半导体层的面中的、不与上述电介质层接触的部位。由此，能够防止半导体层的腐蚀。本发明的光导天线中，优选具有第I反射层，其与上述电介质层的下表面接触并反射上述太赫兹波。由此，将在电介质层中传导的太赫兹波在第I反射层进行反射，从而能够防止电介质层的太赫兹波在到达进行射出的射出部之前就从电介质层透过。本发明的光导天线中，优选上述第I电极反射上述太赫兹波。由此，能够使结构简单化，另外，能使制造变容易。本发明的光导天线中，优选具有第2反射层，其与上述电介质层的上表面接触并反射上述太赫兹波。由此，将在电介质层中传导的太赫兹波在第2反射层进行反射，从而能够防止电介质层的太赫兹波在到达进行射出的射出部之前就从电介质层透过。本发明的光导天线中，优选上述第2电极反射上述太赫兹波。由此，能够使结构简单化，另外，能使制造变容易。本发明的光导天线中，优选具有如下部位:从上述层叠方向观察时位于上述开口内，且厚度比上述第2导电层的位于上述开口的外侧的部位薄的部位。由此，能够抑制脉冲光被第2导电层吸收，另外，能够将第2导电层的位于开口的外侧的部位的厚度设定为适当的值。本发明的光导天线中，上述半导体材料优选为II1-V族化合物半导体。由此，能够发高强度的太赫兹波。本发明的太赫兹波发生装置，其特征在于，具备:本发明所涉及的光导天线，以及产生上述脉冲光的光源。由此，能够提供具有上述本发明的效果的太赫兹波发生装置。本发明的照相机，其特征在于，具备: 本发明所涉及的光导天线，产生上述脉冲光的光源，以及检测从上述光导天线射出并被对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部。由此，能够提供具有上述本发明的效果的照相机。
本发明的成像装置，其特征在于，具备:本发明所涉及的光导天线，产生上述光脉冲的光源，检测从上述光导天线射出并透过对象物或被上述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及基于上述太赫兹波检测部的检测结果，生成上述对象物的图像的图像形成部。由此，能够提供具有上述本发明的效果的成像装置。本发明的测量装置，其特征在于，具备:本发明所涉及的光导天线，产生上述光脉冲的光源，检测从上述光导天线射出并透过对象物或被上述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及基于上述太赫兹波检测部的检测结果，测量上述对象物的测量部。由此，能够提供具有上述本发明的效果的测量装置。
图1是表示本发明的太赫兹波发生装置的实施方式的图。图2是图1所示的太赫兹波发生装置的光导天线的俯视图。图3是图1所示的太赫兹波发生装置的光源装置的剖面立体图。图4是图3中的A-A线剖视图。图5是图3中的B-B线剖视图。图6是表示本发明的成像装置的实施方式的框图。图7是表示图6所示的成像装置的太赫兹波检测部的俯视图。图8是表示对象物在太赫兹波段的光谱的座标图。图9是表示对象物物质A、B以及C的分布的图像的图。图10是表示本发明的测量装置的实施方式的框图。图11是表示本发明的照相机的实施方式的框图。图12是表示本发明的照相机的实施方式的立体图。
具体实施例方式以下，基于附图所示的优选的实施方式，详细说明本发明的光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置。第I实施方式图1是表示本发明的太赫兹波发生装置的实施方式的图。在该图1中，将光导天线用图2中的S-S线截断的截面的剖视图表示，将光源装置以框图表示。图2是图1所示的太赫兹波发生装置的光导天线的俯视图，图3是图1所示的太赫兹波发生装置的光源装置的剖面立体图，图4是图3中的A-A线剖视图，图5是图3中的B-B线剖视图。应予说明，以下，将图1、图3 5中的上侧作为“上”，下侧作为“下”进行说明。如图1所示，太赫兹波发生装置I具有产生作为激发光的光脉冲(脉冲光)的光源装置3和通过照射由光源装置3产生的光脉冲而产生太赫兹波的光导天线2。应予说明，太赫兹波是指频率为IOOGHz 30THz的电磁波，特别是指300GHz 3THz的电磁波。如图3 图5所示，在本实施方式中，光源装置3具有产生光脉冲的光脉冲发生部
4、对由光脉冲发生部4产生的光脉冲进行脉冲压缩的第I脉冲压缩部5、对经第I脉冲压缩部5进行脉冲压缩后的光脉冲进行脉冲压缩的第2脉冲压缩部7以及对光脉冲进行放大的放大部6。放大部6设在第I脉冲压缩部5的前段或者第I脉冲压缩部5与第2脉冲压缩部7之间，在图示的构成中，放大部6设置在第I脉冲压缩部5与第2脉冲压缩部7之间。由此，对经第I脉冲压缩部5进行脉冲压缩后的光脉冲在放大部6放大，经放大部6放大后的光脉冲在第2脉冲压缩部7进行脉冲压缩。另外，对从光源装置3射出的光脉冲的脉冲宽度(半值宽度)没有特别限定，但优选为If秒(飞秒) 800f秒，更优选为IOf秒 200f秒。另外，将从光源装置3射出的光脉冲的频率设定在与后述的光导天线2的i型半导体层24的带隙对应的频率以上。另外，光脉冲发生部4例如可使用DBR激光器、DFB激光器、锁模激光器等所谓的半导体激光器。对由该光脉冲发生部4产生的光脉冲的脉冲宽度没有特别限定，但优选为Ip秒(皮秒) IOOp秒。另外，第I脉冲压缩部5进行基于饱和吸收的脉冲压缩。即，第I脉冲压缩部5具有饱和吸收体,利用该饱和吸收体压缩光脉冲，减小其脉冲宽度。另外，第2脉冲压缩部7进行基于群速度色散补偿的脉冲压缩。即，第2脉冲压缩部7具有群速度色散补偿介质，在本实施方式中具有耦合波导路结构，利用该耦合波导路结构压缩光脉冲，减小其脉冲宽度。另外，光源装置3的光脉冲发生部4、第I脉冲压缩部5、放大部6以及第2脉冲压缩部7成一体化，即集成于同一基板上。具体而言，光源装置3具有:属于半导体基板的基板31，设置在基板31上的熔覆层(cladding layer) 32，设置在熔覆层32上的活性层33，设置在活性层33上的波导路形成工序用蚀刻停止层34，设置在波导路形成工序用蚀刻停止层34上的熔覆层35，设置在熔覆层35上的接触层36，设置在波导路形成工序用蚀刻停止层34上的绝缘层37，设置在基板31的表面的熔覆层32侧电极38，设置在接触层36和绝缘层37的表面的熔覆层35侧电极391、392、393、394以及395。另外，在光脉冲发生部4的波导路形成工序用蚀刻停止层34与熔覆层35之间设有衍射光栅30。应予说明，波导路形成工序用蚀刻停止层并不限于在活性层的正上方，例如也可设置在熔覆层中。应予说明，对各部的构成材料没有特别限定，作为一个例子，作为基板31、接触层36，例如可分别举出GaAs等。另外，作为熔覆层32、35，波导路形成工序用蚀刻停止层34，衍射光栅30，例如可分别举出AlGaAs等。另外，作为活性层33，例如可举出利用了被称为多量子阱的量子效应的构成等。具体而言，作为活性层33，例如可举出由交替设置多个阱层(GaAs阱层)和阻挡层(AlGaAs阻挡层)而成的多量子阱等构成的、被称为折射率分布型多量子讲的结构。另外，在图示的构成中，光源装置3中的波导路由熔覆层32、活性层33、波导路形成工序用蚀刻停止层34以及熔覆层35构成。另外，熔覆层35仅在波导路的上部设置成与该波导路相对应的形状。另外，熔覆层35是通过蚀刻除去不需要的部分而形成的。应予说明，根据制造方法，也可省略波导路形成工序用蚀刻停止层34。另外，熔覆层35和接触层36分别设置2个。一个熔覆层35和接触层36构成第2脉冲压缩部7的一部分，与光脉冲发生部4、第I脉冲压缩部5、放大部6连续地设置 ’另一个熔覆层35和接触层36构成第2脉冲压缩部7的一部分。S卩，在第2脉冲压缩部7中设有I对熔覆层35和I对接触层36。另外，电极391以与光脉冲发生部4的熔覆层35对应的方式设置，另外，电极392以与第I脉冲压缩部5的熔覆层35对应的方式设置，另外，电极393以与放大部6的熔覆层35对应的方式设置，另外，电极394和395分别以与第2脉冲压缩部7的2个熔覆层35对应的方式设置。应予说明，电极38为光脉冲发生部4、第I脉冲压缩部5、放大部6以及第2脉冲压缩部7的共用电极。而且，由电极38和电极391构成光脉冲发生部4的I对电极，另外，由电极38和电极392构成第I脉冲压缩部5的I对电极，另外，由电极38和电极393构成放大部6的I对电极，另外，由电极38和电极394、电极38和电极395构成第2脉冲压缩部7的2对电极。应予说明，光源装置3的整体形状虽然在图示的构成中呈立方体，但自然不限定于此。另外，对光源装置3的尺寸没有特别限定，例如可设为Imm IOmmX 0.5mm 5mmX0.1mm Imm0应予说明，在本发明中光源装置的构成自然不限于上述结构。接下来，对光导天线2进行说明。如图1和图2 所不，光导天线2具有基板21和设直在基板21上的光导天线王体20。作为基板21，只要能够支承光导天线主体20，就没有特别限定，例如可使用由各种半导体材料构成的半导体基板、由各种树脂材料构成的树脂基板、由各种玻璃材料构成的玻璃基板等，优选半导体基板。另外，使用半导体基板作为基板21时，作为其半导体材料没有特别限定，可使用各种半导体材料，但优选II1-V族化合物半导体。另外，作为II1-V族化合物半导体没有特别限定，例如可举出GaAs、InP> InAs> InSb等。另外，基板21的形状在图示的构成中，从后述的η型半导体层22、i型半导体层24和P型半导体层23的层叠方向观察时，呈四角形。应予说明，基板21的形状并不限于四角形，除此之外例如可举出圆形、椭圆形、三角形、五角形、六角形等其它多角形等。以下，也将“从η型半导体层22、i型半导体层24和P型半导体层23的层叠方向观察时”称为“俯视”。另外，有时也将“η型半导体层22、i型半导体层24和P型半导体层23的层叠方向”简称为“层叠方向”。光导天线主体20具有η型半导体层(第I导电层)22、产生太赫兹波的i型半导体层(半导体层)24、P型半导体层(第2导电层)23、电介质层25、覆盖层26、反射太赫兹波的反射层(第I反射层)27以及构成I对电极的电极28 (第I电极)和电极(第2电极)29。此时，在基板21上从基板21依次层叠(设置)有η型半导体层22、i型半导体层24、P型半导体层23。S卩，在基板21上形成有从基板21侧依次层叠有η型半导体层、i型半导体层、P型半导体层的层叠体(pin构造)。进一步换言之，i型半导体层24被η型半导体层22和P型半导体层23夹持而形成。另外，电极28设置在基板21和η型半导体层22上。S卩，电极28与η型半导体层22接触，与η型半导体层22电连接。另外，电极29设置在P型半导体层23和电介质层25上。S卩，电极29与ρ型半导体层23接触，与P型半导体层23电连接。另外，电极29从层叠方向与电介质层25的与基板21相反一侧的面(电介质层25的上表面)接触，兼作反射太赫兹波的第2反射层。通过设置第2反射层，能够将从电介质层25的上表面(电介质层25的与基板21相反一侧的面)逃脱的太赫兹波反射到电介质层25内，从而高效率地传导太赫兹波。应予说明，自然也可将第2反射层与电极29分开设置。另外，电极29具有设置在与P型半导体层23对应的部位的开口 291。ρ型半导体层23的与i型半导体层24相反一侧的面通过开口 291露出。进而，在该太赫兹波发生装置I中，由光源装置3产生的光脉冲介由开口 291照射到ρ型半导体层23。因此，通过开口 291构成光脉冲通过(透过)窗部。应予说明，在开口 291上可以设置可透过光脉冲的具有透光性的未图示的保护层。另外，开口 291的形状在图示的结构中，俯视时呈圆形。应予说明，开口 291形状不限于圆形，除此以外，例如可举出椭圆形、三角形、四角形、五角形、六角形等多角形等。另外，对俯视时的开口 291的面积S没有特别限定，可根据各条件进行适当设定，但优选为I μ m2 10000 μ m2,更优选为10 μ m2 100 μ m2。开口 291的面积S低于上述下限值，则无法根据其它条件仅在该开口 291的部位使光脉冲聚光，浪费光脉冲，另外，如果超过上述上限值，则根据其它条件在i型半导体层24内的多个区域中产生的太赫兹波将彼此干涉。另外，电介质层25设置在基板21上。该电介质层25与层叠体侧面中的i型半导体层24的部分，即，具有相对于层叠方向垂直的法线的i型半导体层24的表面接触。应予说明，层叠体的侧面为i型半导体层24在η型半导体层22与ρ型半导体层23之间露出的面，或者也可以说是不与η型半导体层22和ρ型半导体层23接触的面。另外，覆盖层26设置在基板21和η型半导体层22上。该覆盖层26与在层叠体侧面中的i型半导体层24的部分中的不与电介质层25接触的部位接触(进行覆盖)。由此，层叠体侧面中的i型半导体层24的部分被电介质层25和覆盖层26覆盖。由此，能够防止i型半导体层24的腐蚀等。另外，反射层27设置在基板21上，从层叠方向与电介质层25的基板21侧的面(电介质层25的下表面)接触。S卩，反射层27夹在基板21与电介质层25之间。换言之，电介质层25在层叠方向上被反射层27和作为上述第2反射层的电极29所夹持。通过设置该反射层27，能够使从电介质层25的下表面向基板21侧逃脱的太赫兹波反射到电介质层25内，由此能够高效率地传导太赫兹波。应予说明，自然也可以由上述电极28构成反射层27，使电极28兼作第I反射层。另外，对反射层27的厚度d没有特别限定，可根据各条件进行适当设定，但优选为10mm 500mm,更优选为 30mm 300mm。如果反射层27的厚度d低于上述下限值，则根据其它条件太赫兹波被反射层27吸收，另外，如果超过上述上限值，则根据其它条件该反射层27成为障碍。上述η型半导体层22由含有η型(第I导电型)的杂质的半导体材料构成。η型半导体层22的载流子浓度(杂质浓度)优选为I X IO1Vcm3以上，更优选为I X IO2Vcm3以上，进一步优选为lX102°/cm3 lX 1025/cm3。应予说明，作为η型杂质没有特别限定，例如可举出 S1、Ge、S、Se 等。另外，对η型半导体层22的厚度dl没有特别限定，可根据各条件进行适当设定，但优选为I μ m 4mm,更优选为I μ m 10 μ m。另外，P型半导体层23由含有ρ型(第2导电型)的杂质的半导体材料构成。P型半导体层23的载流子浓度优选为I X IO1Vcm3以上，更优选为I X IO2Vcm3以上，进一步优选为lX102°/cm3 lX 1025/cm3。应予说明，作为ρ型杂质没有特别限定，例如可举出Zn、Mg、
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-Tj- O另外，ρ型半导体层23具有俯视时位于电极29的开口 291内并厚度比P型半导体层23的位于开口 291的外侧的部位薄的薄壁部231。由此，能够抑制光脉冲被ρ型半导体层23吸收，另外，能够将ρ型半导体层23的位于开口 291的外侧的部位的厚度设定为适当值。另外，对P型半导体层23的薄壁部231的厚度d2没有特别限定，可根据各条件进行适当设定，但优选为I μ m 2mm,更优选为I μ m 10 μ m。另外，i型半导体层24由半导体材料构成。构成该i型半导体层24的半导体材料优选为本征半导体，也可少量含有η型杂质、ρ型杂质。换言之，i型半导体层24含有η型杂质时，可以说载流子浓度比η型半导体层22低，另外，含有P型杂质时，载流子浓度比P型半导体层23低。应予说明，优选i型半导体层24即使含有η型杂质、ρ型杂质中的任I种，其载流子浓度也比η型半导体层22和ρ型半导体层23低。具体而言，i型半导体层24的载流子浓度优选为IXlO1Vcm3以下，更优选为I X IO12/cm3 I X IO18/cm3,进一步优选为 I X IO12/cm3 I X IO16/cm3。另外，对i型半导体层24的厚度d3没有特别限定，可根据各条件进行适当设定，但优选为I μ m 4mm,更优选为I μ m 10 μ m。如果i型半导体层24的厚度d3低于上述下限值，则根据其他条件难以形成i型半导体层24，另外，如果超过上述上限值，则根据其他条件耐电压变得不充分，难以在i型半导体层24内形成强电场强度的电场，由此难以产生高强度的太赫兹波。应予说明，作为ρ型半导体层23、η型半导体层22、i型半导体层24的半导体材料，各自没有特别限定，可使用各种半导体材料，但优选为II1-V族化合物半导体。另外，作为II1-V族化合物半导体没有特别限定，例如可举出GaAs、InP、InAs, InSb等。另外，电介质层25由电介质材料构成，具有将在i型半导体层24产生的太赫兹波沿规定方向传导的功能。构成该电介质层25的电介质材料的相对介电常数(介电常数)优选比构成i型半导体层24的半导体材料的相对介电常数高。太赫兹波具有向介电常数高的物质传导的性质。因此，在i型半导体层24产生的太赫兹波从该i型半导体层24的侧面射入电介质层25,在该电介质层25内传导。这样在i型半导体层24产生的太赫兹波通过电介质层25沿规定的方向传导，由此，能够发出具有定向性、高强度的太赫兹波。
另外，对电介质层25的形状没有特别限定，但在图示的构成中，俯视时，呈除去扇形的中心侧的部分(含构成扇形的外形的2条直线的交点的部分)那样的形状，电介质层25的射出太赫兹波的射出部251的形状俯视时呈圆弧状。即，俯视时电介质层25的宽度W相对于i型半导体层24从近侧向远侧(随着远离于i型半导体层24)渐增。由此，能够通过电介质层25高效率地传导太赫兹波。应予说明，电介质层25可仅其一部分为宽度W相对于i型半导体层24从近侧向远侧渐增。即，电介质层25具有俯视时宽度W相对于i型半导体层24从近侧向远侧渐增的部位即可。另外，构成电介质层25的电介质材料的相对介电常数优选为20以上，更优选为30 200。 作为这种电介质材料(高介电常数材料),例如可举出添加氮的铪铝酸盐(相对介电常数:20)、氧化铪(相对介电常数:23)、氧化钇(相对介电常数:25)、氧化镧(相对介电常数:27)、五氧化铌(相对介电常数:41)、二氧化钛(金红石)(相对介电常数:80)、氧化钛(相对介电常数:160)等。另外，优选覆盖层26的构成材料的相对介电常数低于构成电介质层25的电介质材料的相对介电常数，更优选低于构成i型半导体层24的半导体材料的相对介电常数。由此，能够通过电介质层25高效率地传导太赫兹波。另外，覆盖层26的构成材料的相对介电常数优选为20以下，更优选为2 10。作为这种覆盖层26的构成材料(低介电常数材料)，例如可举出聚酰亚胺(相对介电常数:3)、环硼氮烷系化合物(相对介电常数:2.3)、SiN (相对介电常数:7)、SiO2 (相对介电常数:4)、氢化硅氧烷(相对介电常数:3)、苯并环丁烯(相对介电常数:2.7)、氟类树脂(相对介电常数:2.7)等。应予说明，电源装置18介由未图示的垫片、导线、连接器等分别与电极28和29进行电连接，以电极28侧为正极的方式在电极28和电极29之间施加直流电压。接下来，对太赫兹波发生装置I的作用进行说明。在太赫兹波发生装置I中，首先，由光源装置3的光脉冲发生部4产生光脉冲。由光脉冲发生部4产生的光脉冲的脉冲宽度比目标脉冲宽度大。该由光脉冲发生部4产生的光脉冲通过波导路，依次通过第I脉冲压缩部5、放大部6、第2脉冲压缩部7。首先，经第I脉冲压缩部5对光脉冲进行基于饱和吸收的脉冲压缩，减小光脉冲的脉冲宽度。接下来，经放大部6使光脉冲放大。最后，经第2脉冲压缩部7对光脉冲进行基于群速度色散补偿的脉冲压缩，进一步减小光脉冲的脉冲宽度。这样，发出目标脉冲宽度的光脉冲，从第2脉冲压缩部7射出。从光源装置3射出的光脉冲照射光导天线2的电极29的开口 291，在i型半导体层24产生太赫兹波。该太赫兹波从i型半导体层24的侧面向电介质层25射入,在该电介质层25内传导，通过电介质层25沿规定的方向传导。另外，在电介质层25内传导的太赫兹波被电极29和反射层27反射，防止从电介质层25的上表面或下表面(层叠方向的面)逃脱，由此能够高效率地传导太赫兹波。如以上说明，根据该太赫兹波发生装置I，在i型半导体层24产生的太赫兹波通过电介质层25沿规定的方向传导，由此具有定向性。其结果能够产生高强度的太赫兹波。
另外，光源装置3具有第I脉冲压缩部5、放大部6以及第2脉冲压缩部7，所以能够实现光源装置3的小型化，进而实现太赫兹波发生装置I的小型化，同时能够产生所希望波高且所希望脉冲宽度的光脉冲，由此，能够可靠地发出所希望的太赫兹波。成像装置的实施方式图6是表示本发明的成像装置的实施方式的框图，图7是表示图6所示的成像装置的太赫兹波检测部的俯视图，图8是表示对象物在太赫兹波段的光谱的图，图9是表示对象物的物质A、B以及C的分布的图像的图。如图6所示，成像装置100具备产生太赫兹波的太赫兹波发生部9，检查从太赫兹波发生部9射出并透过对象物150或被对象物150反射的太赫兹波的太赫兹波检测部11，基于太赫兹波检测部11的检测结果生成对象物150的图像，即生成图像数据的图像形成部
12。其中，太赫兹波发生部9的构成与上述太赫兹波发生装置I同样，所以省略对太赫兹波发生部9的说明。另外，作为太赫兹波检测部11，使用具备使目标波长的太赫兹波通过的滤波器15和检测通过滤波器15的上述目标波长的太赫兹波的检测部17的装置。另外，作为检测部17，使用将太赫兹波转换成热而进行检测的检测部，即，将太赫兹波转换成热而检测出该太赫兹波的能量(强度)的检测部。作为这样的检测部，例如可举出热释电传感器、测福射热仪等。应予说明，作为太赫兹波检测部11不限于上述构成。另外，滤波器15具有二维配置的多个像素(单位滤波器部)16。即，各像素16配置成矩阵状。另外，各像素16具有使相互不同波长的太赫兹波通过的多个区域，S卩，通过的太赫兹波的波长(以下，也称为“通过波长”)相互不同的多个区域。应予说明，在图示的构成中，各像素16具有第I区域161、第2区域162、第3区域163以及第4区域164。另外，检测部17具有分别与滤波器15的各像素16的第I区域161、第2区域162、第3区域163以及第4区域164对应设置的第I单位检测部171、第2单位检测部172、第3单位检测部173以及第4单位检测部174。各第I单位检测部171、各第2单位检测部172、各第3单位检测部173以及各第4单位检测部174分别将通过了各像素16的第I区域161、第2区域162、第3区域163以及第4区域164的太赫兹波转换成热而进行检测。由此，在各像素16的各个区域中，能够分别可靠地检测4个目标波长的太赫兹波。接下来，对成像装置100的使用例进行说明。首先，设为作光谱成像对象的对象物150由3个物质A、B以及C所构成。成像装置100进行该对象物150的光谱成像。另外，此处，作为一个例子，设为太赫兹波检测部11检测被对象物150反射的太赫兹波。在太赫兹波检测部11的滤波器15的各像素16中，使用第I区域161和第2区域162。另外，将第I区域161的通过波长设为λ 1，第2区域162的通过波长设为λ 2，由对象物150反射的太赫兹波的波长λ I的成分的强度设为α I,波长λ 2的成分的强度设为α 2时，以使该强度α 2与强度α I的差值(α 2_ α I)能够以物质Α、物质B、物质C相互明显区别的方式，设定上述第I区域161的通过波长λ I和第2区域162的通过波长λ 2。如图8所示，对于物质Α，由对象物150反射的太赫兹波的波长λ 2的成分的强度α 2与波长λ I的成分的强度α I的差值(α 2_α I)为正值。另外，对于物质B，强度α2与强度α I的差值(α 2_ α I)为零。另外,对于物质C，强度α 2与强度α I的差值(α 2_ α I)为负值。利用成像装置100进行对象物150的光谱成像时，首先，由太赫兹波发生部9产生太赫兹波，向对象物150照射该太赫兹波。然后,在检测对象物150反射的太赫兹波作为α I以及α 2，由太赫兹波检测部11进行检测。该检测结果被送至图像形成部12。应予说明，该向对象物150的太赫兹波的照射和对被对象物150反射的太赫兹波的检测是对于对象物150整体进行的。图像形成部12中，基于上述检测结果，求出通过滤波器15的第2区域162的太赫兹波的波长λ 2的成分的强度α 2与通过第I区域161的太赫兹波的波长λ I的成分的强度α I的差值(α 2-α I)。然后，将对象物150中的上述差值为正值的部位判定为物质Α，上述差值为零的部位判定为物质B，上述差值为负值的部位判定为物质C。另外，图像形成部12中，如图9所示，绘制表示对象物150的物质Α、Β以及C的分布的图像的图像数据。该图像数据从图像形成部12被送至未图示的监视器，在该监视器中显示表示对象物150的物质Α、B以及C的分布的图像。此时，例如将对象物150的物质A的分布区域显示为黑色、物质B的分布区域显示为灰色、物质C的分布区域显示为白色，按颜色区分显示。在该成像装置100中，如上所述，能够同时进行构成对象物150的各物质的鉴别和其各物质的分布测定。应予说明，成像装置100的用途并不限于上述用途，例如，对人照射太赫兹波，检查透过该人或被该人反射的太赫兹波，在图像形成部12中进行处理，从而能够辨别此人是否持有枪械、刀具、违禁药物等。测量装置的实施方式图10是表示本发明的测量装置的实施方式的框图。以下，以与上述成像装置的实施方式的不同点为中心对测量装置的实施方式进行说明，对同样的事项赋予与上述实施方式相同的符号，并省略其详细说明。如图10所示，测量装置200具备产生太赫兹波的太赫兹波发生部9，检测从太赫兹波发生部9射出并透过对象物160或被对象物160反射的太赫兹波的太赫兹波检测部11，以及基于太赫兹波检测部11的检测结果测量对象物160的测量部13。接下来，对测量装置200的使用例进行说明。通过测量装置200进行对象物160的光谱测量时，首先，由太赫兹波发生部9产生太赫兹波，向对象物160照射该太赫兹波。然后，由太赫兹波检测部11检测透过对象物160或被对象物160反射的太赫兹波。该检测结果被送至测量部13。应予说明，向该对象物160的太赫兹波的照射和对透过对象物160或被对象物160反射的太赫兹波的检测是对于该对象物160的整体进行的。测量部13中，从上述检测结果掌握通过滤波器15的第I区域161、第2区域162、第3区域163以及第4区域164的太赫兹波的各个强度，进行对象物160的成分和其分布的分析等。照相机的实施方式图11是本发明的照相机的实施方式的框图。另外，图12中示出表示本发明的照相机的实施方式的概略立体图。以下，以与上述成像装置的实施方式的不同点为中心对照相机的实施方式进行说明，对同样的事项赋予与上述实施方式相同的符号，并省略其详细说明。如图11和图12所示，照相机300具备产生太赫兹波的太赫兹波发生部9，检测从太赫兹波发生部9射出并被对象物170反射的太赫兹波的太赫兹波检测部11以及存储部
14。而且，这些各部收纳于照相机300的壳体310中。另外，照相机300具备使被对象物170反射的太赫兹波集聚(成像)于太赫兹波检测部11中的透镜(光学系)320，和用于使由太赫兹波发生部9产生的太赫兹波向壳体310的外部射出的窗部330。透镜320、窗部330由使太赫兹波透过.折射的硅、石英、聚乙烯等的部件构成。应予说明，窗部330可以为单纯设置有如狭缝的开口的构成。接下来，对照相机300的使用例进行说明。利用照相机300拍摄对象物170时，首先，由太赫兹波发生部9产生太赫兹波，向对象物170照射该太赫 兹波。然后,被对象物170反射的太赫兹波通过透镜320集聚(成像)于太赫兹波检测部11而被检测。该检测结果被送至存储部14存储。应予说明，该向对象物170的太赫兹波的照射和对被对象物170反射的太赫兹波的检测是对于对象物170的整体进行的。另外，上述检测结果，例如也可传输至个人计算机等外部装置中。个人计算机上可基于上述检测结果进行各处理。以上，基于图示的实施方式说明了本发明的光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置，但本发明并不限定于此，各部的构成可置换成具有同样功能的任意的构成。另外，也可在本发明中附加其它任意的构成物。另外，在上述实施方式中，虽然将第I导电层设为η型半导体层，第2导电层设为ρ型半导体层，但本发明并不限定于此，也可将第I导电层设为P型半导体层，第2导电层设为η型半导体层。另外，本发明中，在光源装置中光脉冲发生部可以为分开的个体。符号说明I…太赫兹波发生装置2…光导天线20…光导天线主体21…基板22…η型半导体层23…ρ型半导体层231…薄壁部24…i型半导体层25…电介质层25L...射出部26…覆盖层27…反射层28、29…电极291…开口 3…光源装置30…衍射光栅 31…基板32、35...熔覆层 33…活性层 34…波导路形成工序用蚀刻停止层36…接触层37…绝缘层38、391 395...电极4…光脉冲发生部5…第I脉冲压缩部6…放大部7…第2脉冲压缩部9…太赫兹波发生部11…太赫兹波检测部12…图像形成部13…测量部14…存储部15…滤波器16…像素161…第I区域162…第2区域163…第3区域164…第4区域17…检测部171…第I单位检测部172...第2单位检测部173…第3单位检测部174…第4单位检测部18…电源装置100…成像装置150、160、170…对象物200…测量装置300…照相机310…壳体320…透镜330…窗部
权利要求
1.一种光导天线，其特征在于，是照射脉冲光而产生太赫兹波的光导天线，具备: 第I导电层，其由含有第I导电型的杂质的半导体材料构成， 第2导电层，其由含有与所述第I导电型不同的第2导电型的杂质的半导体材料构成，半导体层，其位于所述第I导电层与所述第2导电层之间，且由载流子浓度比所述第I导电层的半导体材料低的半导体材料，或载流子浓度比所述第2导电层的半导体材料低的半导体材料构成， 第I电极，其与所述第I导电层电连接， 第2电极，其与所述第2导电层电连接且具有所述脉冲光通过的开口，以及电介质层，其由电介质材料构成，并且与如下面接触，即所述半导体层的法线方向与所述第I导电层、所述半导体层以及所述第2导电层的层叠方向呈正交状态的面。
2.根据权利要求1所述的光导天线，其中，所述电介质材料的相对介电常数高于所述半导体层的所述半导体材料的相对介电常数。
3.根据权利要求1所述的光导天线，其中，所述电介质层具有从所述层叠方向观察时所述电介质层的宽度随着远离所述半导体层而渐增的部位。
4.根据权利要求1所述的光导天线，具有覆盖层，该覆盖层覆盖具有垂直于所述层叠方向的法线的所述半导体层的面中的不接触所述电介质层的部位。
5.根据权利要求1所述的光导天线，具有第I反射层，该第I反射层与所述电介质层的下表面接触并反射所述太赫兹波。
6.根据权利要求1所述的光导天线，其中，所述第I电极反射所述太赫兹波。
7.根据权利要求1所述的光导天线，具有第2反射层，该第2反射层与所述电介质层的上表面接触并反射所述太赫兹波。
8.根据权利要求1所述的光导天线，其中，所述第2电极反射所述太赫兹波。
9.根据权利要求1所述的光导天线，具有如下部位:从所述层叠方向观察时位于所述开口内且厚度比所述第2导电层的位于所述开口的外侧的部位薄的部位。
10.根据权利要求1所述的光导天线，其中，所述半导体材料为II1-V族化合物半导体。
11.一种太赫兹波发生装置，其特征在于，具备: 权利要求1所述的光导天线，以及 产生所述脉冲光的光源。
12.—种太赫兹波发生装置，其特征在于，具备: 权利要求2所述的光导天线，以及 产生所述脉冲光的光源。
13.一种照相机，其特征在于，具备: 权利要求1所述的光导天线， 产生所述脉冲光的光源，以及 检测从所述光导天线射出并被对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部。
14.一种照相机，其特征在于，具备: 权利要求2所述的光导天线， 产生所述脉冲光的光源，以及 检测从所述光导天线射出并被对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部。
15.一种成像装置，其特征在于，具备: 权利要求1所述的光导天线， 产生所述光脉冲的光源， 检测从所述光导天线射出并透过对象物或被所述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及 基于所述太赫兹波检测部的检测结果，生成所述对象物的图像的图像形成部。
16.根据权利要求15所述的成像装置，其中，所述图像形成部使用在所述太赫兹波检测部检测出的所述太赫兹波的强度来生成所述对象物的图像。
17.一种成像装置，其特征在于，具备: 权利要求2所述的光导天线， 产生所述光脉冲的光源， 检测从所述光导天线射出并透过对象物或被所述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及 基于所述太赫兹波检测部的检测结果，生成所述对象物的图像的图像形成部。
18.根据权利要求17所述的成像装置，其中，所述图像形成部使用在所述太赫兹波检测部检测出的所述太赫兹波的强度来形成所述对象物的图像。
19.一种测量装置，其特征在于，具备: 权利要求1所述的光导天线， 产生所述光脉冲的光源， 检测从所述光导天线射出并透过对象物或被所述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及 基于所述太赫兹波检测部的检测结果，测量所述对象物的测量部。
20.根据权利要求19所述的测量装置，其中，所述测量部使用在所述太赫兹波检测部检测出的所述太赫兹波的强度来测量所述对象物。
21.一种测量装置，其特征在于，具备: 权利要求2所述的光导天线， 产生所述光脉冲的光源， 检测从所述光导天线射出并透过对象物或被所述对象物反射的太赫兹波的太赫兹波检测部，以及 基于所述太赫兹波检测部的检测结果，测量所述对象物的测量部。
22.根据权利要求21所述的测量装置，其中，所述测量部使用在所述太赫兹波检测部检测出的所述太赫兹波的强度来测量所述对象物。
全文摘要
本发明涉及光导天线、太赫兹波发生装置、照相机、成像装置以及测量装置。光导天线的特征在于，是照射脉冲光而产生太赫兹波的光导天线，具备第1导电层，由第1导电型的半导体材料构成；第2导电层，由与上述第1导电型不同的第2导电型的半导体材料构成；半导体层，位于上述第1导电层与上述第2导电层之间；第1电极，与上述第1导电层电连接；第2电极，与上述第2导电层电连接且具有上述脉冲光通过的开口；以及电介质层，由电介质材料构成，且与上述半导体层的法线方向在与上述第1导电层、上述半导体层以及上述第2导电层的层叠方向呈正交状态的面接触。
文档编号H01S1/02GK103178431SQ201210548409
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月17日 优先权日2011年12月20日
发明者富冈纮斗 申请人:精工爱普生株式会社