以下、この発明に係る光導電アンテナ素� ��の各実施例を、図1~図14を参照しながら詳細 に説明する。なお、図面に説明において、同 一要素、同一部位には同一符号を付して重複 する説明を省略する。

 図1は、この発明に係る光導電アンテナ素 子の各実施例が適用可能なテラヘルツ電磁波 発生・検出モジュールの背面図である。また 、図2は、図1に示されたテラヘルツ電磁波発� ��・検出モジュールの、II-II線に沿った断面� �である。図1及び2に示されたように、テラヘ ルツ電磁波発生・検出モジュール1は、テラ� �ルツ電磁波を発生し、前方(図2において下方 )に出射したり、あるいは、前方(図2において 下方)から入射したテラヘルツ電磁波を検出� �るための装置である。

 テラヘルツ電磁波発生・検出モジュール1 は、金属からなる直方体状のベース2を備え� �。ベース2の後面2bには、凹部3が形成されて� ��る。凹部3は、ベース2の後面2bに形成された 凹部4(矩形状の開口を有する)、及び凹部4の� �面4aに形成された凹部5(円形状の開口を有す� ��)を含む。凹部5の底面5a(すなわち、凹部3の� ��面)には、凹部5の底面5aからベース2の前面2a に貫通する開口6が形成されている。ベース2� ��前面2aの周囲には、後述する半球状レンズ8� ��先端を保護するため、枠2cが形成されてい� �。

 凹部5には、Oリング等である円環状の緩� �部材7が、凹部5の底面5a及び側面5bに接触し� �状態で開口6を包囲するように配置されてい� ��。更に、凹部5には、緩衝部材7に球面部8aが 接触した状態で、テラヘルツ電磁波を透過さ せる半球状レンズ8が配置されている。半球� �レンズ8の平面部8bは、凹部4の底面4aと略平� �に配置されており、球面部8aの頂部は、開口 6を介して外部に露出している。半球状レン� �8の材質としては、テラヘルツ電磁波に対し� ��高い透過性を有する高抵抗のシリコンが好� ��であり、また、半球状レンズ8の形状として は、テラヘルツ電磁波を効率良く放射又は集 光するために超半球形状が好ましい。

 凹部4には、凹部4の側面4bに側面9bが沿っ� ��状態で、矩形状の配線基板9が配置されてい る。図3は、図1に示されたテラヘルツ電磁波� ��生・検出モジュールの配線基板の正面図で� ��る。図3に示されたように、配線基板9は、� �ラミックやガラス入りエポキシ樹脂等、絶� �性を有する材料からなる矩形状基板11を有す る。基板11の中央部分には、後方(図2におい� �上方)から入射した可視乃至赤外光が通過す� ��光通過孔12(円形状の開口を有する)が形成さ れている。光通過孔12には、ガラスや石英等� ��可視乃至赤外光を透過させる材料からなる� ��透過部材13が嵌められている。これにより� �後述する光導電アンテナ素子17の表面を保護 することができる。

 基板11の前面11aには、金属からなる信号� �線(外部配線)14及び接地配線(外部配線)15が、 光通過孔12を挟んで対向するように形成され� ��いる。信号配線14は、電気信号を伝送する� �線であって、後述する電気信号入出力用ポ� �ト25の電気信号入出力用ピン26と電気的に接� ��されている。接地配線15は、接地をとるた� �の配線であって、導電性を有するベース2と� ��気的に接続されている。

 図2に示されたように、配線基板9には、� �球状レンズ8の平面部8bに接触した状態で正� �形薄板状の光導電アンテナ素子17が固定され ている。図4は、図1に示されたテラヘルツ電� ��波発生・検出モジュールに適用可能な光導� ��アンテナ素子の第1実施例の背面図である。 特に、図4において、領域(a)では、素子背面� �全体的に示されており、領域(b)では、領域(a )中にAで示されたアンテナ領域の拡大図が示� ��れている。図4に示されたように、第1実施� �に係る光導電アンテナ素子17は、テラヘルツ 電磁波を発生又は検出するための素子であっ て、半絶縁性GaAs基板18と、半絶縁性GaAs基板18 上に低温MBE(分子線エピタキシ成長法)によっ� ��形成されたGaAs層(半導体層)19と、GaAs層19上� �形成された一対のオーミック電極(電極)21を� ��える。オーミック電極21は、AuGe、Au等から� �る。

 一対のオーミック電極21の一方(以下、第1 電極という)は、テラヘルツ電磁波を発生又� �検出するアンテナ領域Aを形成するダイポー� ��パターンのアンテナ部22、外部配線と接続� �れるパッド部23、及びアンテナ部22とパッド� ��23とを接続するライン部24から構成されてい る。アンテナ部22は、GaAs層19上における中央� ��に形成されており、パッド部23は、GaAs層19� �における一方の縁部の両角部に形成されて� �る。

 また、第1電極におけるライン部24は、ア� ��テナ部22から両側に延在しており、アンテ� �領域Aの外側において一対のオーミック電極2 1の他方(以下、第2電極という)に対して反対� �に屈曲されている。より詳細には、第1電極� ��ライン部24は、一対のオーミック電極21間に おけるアンテナ部22の対向方向と略直交する� ��向にアンテナ部22から両側に延在する直線� �の平行部分24a、及び平行部分24aの両端部か� �略直角に立ち上がって各パッド部23に到る直 線状の引出部分24bを含んでいる。各引出部分 24bは、GaAs層19上における一方の縁部と略直交 する両縁部に沿って形成されている。

 同様に、第2電極は、テラヘルツ電磁波を 発生又は検出するアンテナ領域Aを形成する� �イポールパターンのアンテナ部22、外部配線 と接続されるパッド部23、及びアンテナ部22� �パッド部23とを接続するライン部24から構成� ��れている。アンテナ部22は、GaAs層19上にお� �る中央部に形成されており、パッド部23は、 GaAs層19上における他方の縁部の両角部に形成 されている。

 第2電極のライン部24は、アンテナ部22か� �両側に延在しており、アンテナ領域Aの外側� ��おいて第1電極に対して反対側に屈曲されて いる。より詳細には、第2電極のライン部24は 、一対のオーミック電極21間におけるアンテ� ��部22の対向方向と略直交する方向にアンテ� �部22から両側に延在する直線状の平行部分24a 、及び平行部分24aの両端部から略直角に立ち 上がって各パッド部23に到る直線状の引出部� ��24bを含んでいる。各引出部分24bは、GaAs層19� ��における他方の縁部と略直交する両縁部に� ��って形成されている。

 図5は、第1実施例に係る光導電アンテナ� �子17(図4)が取り付けられた図3の配線基板の� �面図である。図5に示されたように、光導電� ��ンテナ素子17は、基板11の光通過孔12にアン� ��ナ部22が対向するように(すなわち、基板11� �通過した可視~赤外光がアンテナ部22に照射� �れるように)、配線基板9にフリップチップボ ンディングによってマウントされている。ボ ンディングには、Auや半田のバンプ、あるい� ��Agペーストや導電性エポキシ樹脂等が用い� �れる。光導電アンテナ素子17の第1電極は、� �のパッド部23を介して配線基板9の信号配線14 と電気的に接続されており、光導電アンテナ 素子17の第2電極は、そのパッド部23を介して� ��線基板9の接地配線15と電気的に接続されて� ��る。

 図1及び2に示されたように、ベース2には� ��電気信号入出力用ポート25がネジ等によっ� �取り付けられている。電気信号入出力用ポ� �ト25の電気信号入出力用ピン26は、配線基板9 において基板11の前面11aに形成された信号配� ��14と電気的に接続されている。電気信号入� �力用ポート25としては、コンパクトであり、 かつ、汎用的なSMAやBNC等の同軸コネクタを用 いることができる。

 ベース2の後面2bには、矩形薄板状のカバ� ��27がネジ28によって取り付けられている。カ バー27には、配線基板9の光通過孔12を囲むよ� ��に光通過孔29が形成されている。カバー27は 、配線基板9、光導電アンテナ素子17及び半球 状レンズ8を緩衝部材7に対して押圧している� ��同時に、配線基板9を電気信号入出力用ポー ト25の電気信号入出力用ピン26及びベース2の� ��部4の底面4aに対して押圧している。カバー2 7の材料としては、カバー27が配線基板9等を� �衝部材7に対して確実且つ容易に押圧し得る� ��バネとして機能するよう金属を用いること� ��好ましいが、セラミックやプラスチック等� ��用いてもよい。

 カバー27によって、配線基板9、光導電ア� ��テナ素子17及び半球状レンズ8が緩衝部材7に 対して押圧された状態においては、半球状レ ンズ8の光軸OAが光導電アンテナ素子17のアン� ��ナ部22を通るように、凹部4によって配線基� ��9が位置決めされ、緩衝部材7によって半球� �レンズ9が位置決めされている。

 以上のように構成されたテラヘルツ電磁� ��発生・検出モジュール1の動作について説明 する。

 テラヘルツ電磁波発生・検出モジュール1 がテラヘルツ電磁波発生モジュールとして使 用される場合、電気信号入出力用ポート25及� ��配線基板9の信号配線14を介して光導電アン� ��ナ素子17の一対のオーミック電極21間にバイ アス電圧が印加される。そして、配線基板9� �光通過孔12を介して光導電アンテナ素子17の� ��ンテナ部22に可視乃至赤外光が励起光とし� �照射される。これにより、光導電アンテナ� �子17のGaAs層19で励起された自由キャリアがバ イアス電圧による電場で加速されて一対のオ ーミック電極21間に電流が流れる。この電流� ��変化によって、光導電アンテナ素子17のア� �テナ領域Aにおいてテラヘルツ電磁波が発生� ��、半球状レンズ8を介して前方に出射される 。

 テラヘルツ電磁波発生・検出モジュール1 がテラヘルツ電磁波検出モジュールとして使 用される場合、配線基板9の光通過孔12を介し て光導電アンテナ素子17のアンテナ部22に可� �乃至赤外光が励起光として照射され、光導� �アンテナ素子17のGaAs層19で自由キャリアが励 起される。このとき、前方から半球状レンズ 8を介して光導電アンテナ素子17のアンテナ領 域Aにテラヘルツ電磁波が入射すると、GaAs層1 9で励起された自由キャリアがテラヘルツ電� �波による電場で加速されて光導電アンテナ� �子17の一対のオーミック電極21間に電流が流� ��る。この電流が配線基板9の信号配線14及び� ��気信号入出力用ポート25を介して検出され� �。

 以上説明したように、テラヘルツ電磁波� ��生・検出モジュール1に適用された光導電ア ンテナ素子17では、一対のオーミック電極21� �おいて、アンテナ部22とパッド部23とを接続� ��るライン部24が、一対のオーミック電極21間 におけるアンテナ部22の対向方向と略直交す� ��方向にアンテナ部22から延在する平行部分24 aを含んでいる。そして、一対のオーミック� �極21の一方である第1電極のライン部24が、ア ンテナ領域Aの外側において第2電極(一対のオ ーミック電極21の他方)に対して反対側に屈曲 されており、該第2電極のライン部24が、アン テナ領域Aの外側において第1電極に対しての� ��対側に屈曲されている。これにより、アン� ��ナ部22、パッド部23及びライン部24をGaAs層19� ��に効率良く配置することができると共に、� ��イン部が直線的に所定の長さを有する従来� ��光導電アンテナ素子と同等又はそれ以上の� ��性を得ることができる。このように、光導� ��アンテナ素子17によれば、ライン部24をアン テナ領域Aの外側において曲げることで、特� �の劣化を防止しつつ、小型化を図ることが� �能になる。

 次に、上述の第1実施例に係る光導電アン テナ素子の特性について、複数種類の比較例 と比較しながら説明する。まず、この第1実� �例とともに、比較例1及び比較例2それぞれに 係る光導電アンテナ素子を用意し、各光導電 アンテナ素子の特性をテラヘルツ電磁波測定 システムにて測定した。

 図6は、テラヘルツ電磁波測定システムの 構成を示す図である。図6に示されたように� �テラヘルツ電磁波測定システム50においては 、超短パルスレーザ51から出射されたレーザ� ��Lは、光路の途中でビームスプリッタ52によ� ��て分割される。ビームスプリッタ52を透過� �たレーザ光Lは、ミラー53、チョッパー54及び 集光レンズ55を順次介して、テラヘルツ電磁� ��発生モジュール56の光導電アンテナ素子に� �射する。一方、ビームスプリッタ52で反射さ れたレーザ光Lは、ミラー57、光軸方向に移動 可能なミラー58(通常、リトロリフレクタが用 いられる)、ミラー59及び集光レンズ61を順次� ��して、テラヘルツ電磁波検出モジュール62� �光導電アンテナ素子に入射する。なお、テ� �ヘルツ電磁波発生モジュール56及びテラヘル ツ電磁波検出モジュール62は、上述したテラ� ��ルツ電磁波発生・検出モジュール1と同様の 構成である。

 テラヘルツ電磁波発生モジュール56から� �射されたテラヘルツ電磁波Tは、放物面鏡ミ� ��ー63、64によってテラヘルツ電磁波検出モジ ュール62に導波され、レーザ光Lとの間で相関 作用を生じさせる。このとき、テラヘルツ電 磁波発生モジュール56の光導電アンテナ素子� ��、直流電圧源65からバイアス電圧が印加さ� �、テラヘルツ電磁波検出モジュール62の光導 電アンテナ素子に、ロックインアンプ66が接� ��される。そして、ミラー58が平行移動させ� �れることにより、テラヘルツ電磁波Tとレー� ��光Lとの時間相関波形が得られ、これがコン ピュータ67でフーリエ変換されることにより� ��テラヘルツ電磁波のスペクトルが得られる� ��

 以上のように構成されたテラヘルツ電磁� ��測定システムのテラヘルツ電磁波発生モジ� ��ール56及びテラヘルツ電磁波検出モジュー� �62に、第1実施例、比較例1及び比較例2に係る 光導電アンテナ素子を適用し、各光導電アン テナ素子の特性を測定した。

 第1実施例に係る光導電アンテナ素子の具 体的な諸寸法は、図4を参照すると、素子サ� �ズについては、一対のオーミック電極21間に おけるアンテナ部22の対向方向の長さ:4mm、そ の対向方向と略直交する方向の長さ:3.6mmであ る。オーミック電極21については、ライン部2 4の幅:5μm、アンテナ部22の幅:10μm、対向する� ��行部分24a,24a間の間隔:20μm、対向するアンテ ナ部22,22間の間隔:5μmである。

 図7は、比較例1に係る光導電アンテナ素� �の背面図である。特に、図7において、領域( a)では、素子背面が全体的に示されており、� ��域(b)では、アンテナ領域の拡大図が示され� ��いる。この比較例1の光導電アンテナ素子は 、一対のオーミック電極においてアンテナ部 とパッド部とを接続するライン部が直線状に 形成されている点で、実施例の光導電アンテ ナ素子と異なっている。比較例1に係る光導� �アンテナ素子の諸寸法は、図7を参照すると� ��素子サイズについては、一対のオーミック� ��極121間におけるアンテナ部122の対向方向の� ��さ:6mm、その対向方向と略直交する方向の長 さ:10mmである。一対のオーミック電極121を構� ��する各電極については、ライン部124の長さ: 6mm、ライン部124の幅:5μm、アンテナ部122の幅: 10μmである。また、一対のオーミック電極121� ��おいて、対向するライン部124間の間隔は20μ m、対向するアンテナ部122間の間隔は5μmであ� ��。

 図8は、比較例2に係る光導電アンテナ素� �の背面図である。特に、図8において、領域( a)では、素子背面が全体的に示されており、� ��域(b)では、アンテナ領域の拡大図が示され� ��いる。この比較例2に係る光導電アンテナ素 子は、一対のオーミック電極においてアンテ ナ部とパッド部とを接続するライン部が直線 状に形成されている点で、実施例に係る光導 電アンテナ素子と異なっている。比較例2の� �導電アンテナ素子の諸寸法は、図8を参照す� ��と、素子サイズについては、一対のオーミ� ��ク電極221間におけるアンテナ部222の対向方� ��の長さ:4mm、その対向方向と略直交する方向 の長さ:3.6mmである。一対のオーミック電極221 を構成する各電極については、ライン部224の 長さ:1.4mm、ライン部224の幅:5μm、アンテナ部2 22の幅:10μmである。また、一対のオーミック� ��極221において、対向するライン部224間の間� ��は20μm、対向するアンテナ部222間の間隔は5� �mである。

 図9は、第1実施例、比較例1及び比較例2に係 る光導電アンテナ素子の特性を示すグラフで ある。一般的に、ピーク値の10 ^-2 倍までの電界強度の範囲に対応する周波数領 域で光導電アンテナ素子を使用することがで きる。そうすると、図9の領域(b)に示された� �うに、比較例1に係る光導電アンテナ素子は� ��3THz程度まで使用することができる。これに 対し、比較例1に係る光導電アンテナ素子を� �型化した比較例2に係る光導電アンテナ素子� ��、低周波の領域にスパイク状のピークが生� ��ているため、2THz弱までしか使用することが できない。このように、オーミック電極にお いてアンテナ部とパッド部とを接続するライ ン部が直線状に形成された比較例1及び比較� �2に係る光導電アンテナ素子にあっては、ラ� ��ン部が直線的に所定の長さを有していない� ��光導電アンテナ素子の特性が劣化してしま� ��ため、光導電アンテナ素子の小型化が妨げ� ��れていた。

 一方、図9の領域(a)に示されたように、第 1実施例に係る光導電アンテナ素子は、素子� �イズについては比較例2に係る光導電アンテ� ��素子と同様に小型化されているものの、比� ��例1に係る光導電アンテナ素子と同様に3THz� �度まで使用することができる。このように� �第1実施例に係る光導電アンテナ素子によれ� ��、ライン部をアンテナ領域の外側において� ��げることで、特性の劣化を防止しつつ、小� ��化を図ることが可能であることが明らかと� ��った。

 この発明は、上述の第1実施例に限定され るものではない。例えば、アンテナ部22のパ� ��ーンは、ダイポールパターンに限定されず� ��図10に示された第2実施例に係る光導電アン� ��ナ素子にように、ボウタイパターンの他、� ��トリップラインパターン(すなわち、平行部 分24aから突出していないもの)やスパイラル� �ターン等であってもよい。なお、図10におい て、領域(a)では、第2実施例に係る光導電ア� �テナ素子の背面が全体的に示されており、� �域(b)では、領域(a)中にAで示されたアンテナ� ��域の拡大図が示されている。また、アンテ� ��部22のパターンがスパイラルパターン等の� �合には、平行部分24aの延在方向は、一対の� �ーミック電極21間におけるアンテナ部22の対� ��方向と略直交する方向に限定されない。

 また、ライン部24は、アンテナ領域Aの外� ��において引き回された引回し部分24cを含ん� ��いてもよい。引回し部分24cは、図11に示さ� �た第3実施例に係る光導電アンテナ素子のよ� ��に、各ライン部24が平行で且つ一方の側と� �方の側とを往復するよう、複数の直線要素� �含んでもよい。この図11において、領域(a)で は、第3実施例に係る光導電アンテナ素子の� �面が全体的に示されており、領域(b)では、� �域(a)中にAで示されたアンテナ領域の拡大図� ��示されている。あるいは、図13に示された� �5実施例に係る光導電アンテナ素子のように� ��引回し部24cは、一方のライン部24が第1電極� ��側でのみ往復し、かつ第2電極のライン部24� ��他方の側でのみ往復するように、直線成分� ��端部が異なる隣接直線要素に接続されるこ� ��により、ライン部24の一部が引き回された� �状であってもよい。この図13において、領域 (a)では、第5実施例に係る光導電アンテナ素� �の背面が全体的に示されており、領域(b)で� �、領域(a)中にAで示されたアンテナ領域の拡� ��図が示されている。そして、引回し部分24c� ��、図12に示された第4実施例に係る光電アン� ��ナ素子や図14に示された第6実施例に係る光� ��アンテナ素子ように、アンテナ領域Aの両側 に形成されていてもよい。これら各実施例に 係る光導電アンテナ素子によれば、効率の良 い引回しを実現することができ、また、ライ ン部24の全長を長くすることができるため、� ��イン部が直線的に所定の長さを有する従来� ��光導電アンテナ素子と同等又はそれ以上の� ��性を確実に維持することが可能となる。な� ��、図12及び14のそれぞれにおいて、領域(a)で は、第4及び第6実施例に係る光導電アンテナ� ��子それぞれの背面が全体的に示されており� ��領域(b)では、領域(a)中にAで示されたアンテ ナ領域の拡大図が示されている。

 また、ライン部24は、アンテナ領域Aの外� ��において屈曲されたものに限定されず、湾� ��されたもの等、曲げられたものであればよ� ��。

 以上の本発明の説明から、本発明を様々� ��変形しうることは明らかである。そのよう� ��変形は、本発明の思想および範囲から逸脱� ��るものとは認めることはできず、すべての� ��業者にとって自明である改良は、以下の請� ��の範囲に含まれるものである。