JP2003014620A - 偏光解析装置及び偏光解析方法 - Google Patents
偏光解析装置及び偏光解析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テラヘルツ領域における試料の複素光学定数
スペクトルをリファレンス測定を必要とせずに導出する
ことのできる時間領域偏光解析装置を提供する。 【解決手段】 本発明の偏光解析装置は、光パルスを発
生する光源と、光源から射出された光パルスを分割する
光分割手段と、分割した一方の光パルスを入力して電磁
波を放射する電磁波放射手段と、放射された電磁波を平
行化する平行化手段と、平行化された電磁波を入力して
偏光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光手段
と、試料で反射した偏光電磁波を入力して偏光電磁波成
分を透過させる検光手段と、透過した偏光電磁波成分を
集光する集光手段と、分割された他の一方の光パルスを
可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段と、集光さ
れた偏光電磁波成分と時間遅延された他の一方の光パル
スとを入力して集光された偏光電磁波成分を電気信号に
変換する電磁波検出手段と、を有する。
スペクトルをリファレンス測定を必要とせずに導出する
ことのできる時間領域偏光解析装置を提供する。 【解決手段】 本発明の偏光解析装置は、光パルスを発
生する光源と、光源から射出された光パルスを分割する
光分割手段と、分割した一方の光パルスを入力して電磁
波を放射する電磁波放射手段と、放射された電磁波を平
行化する平行化手段と、平行化された電磁波を入力して
偏光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光手段
と、試料で反射した偏光電磁波を入力して偏光電磁波成
分を透過させる検光手段と、透過した偏光電磁波成分を
集光する集光手段と、分割された他の一方の光パルスを
可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段と、集光さ
れた偏光電磁波成分と時間遅延された他の一方の光パル
スとを入力して集光された偏光電磁波成分を電気信号に
変換する電磁波検出手段と、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光学的方法によ
る材料の光学的及び電気的特性測定を行う解析装置及び
解析方法に関し、特に、リファレンス測定を必要とせず
に非破壊・非接触で材料を測定する解析装置及び解析方
法に関するものである。
る材料の光学的及び電気的特性測定を行う解析装置及び
解析方法に関し、特に、リファレンス測定を必要とせず
に非破壊・非接触で材料を測定する解析装置及び解析方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】テラヘルツ波領域（１００ＧＨｚ〜２０
ＴＨｚ）における時間領域分光法は、この周波数帯にお
ける試料の屈折率と消衰係数からなる複素屈折率、複素
電気伝導度、あるいは複素誘電率などの複素光学定数
を、Kramers-Kronig変換などを必要とせずに、直接的に
測定できるという特徴を有する分光法である。さらにテ
ラヘルツ波領域の複素光学定数から、固体、液体又はガ
スに関する、他の周波数帯での測定では得ることが困難
な種々の情報が得られる。しかも、複素光学定数の非接
触、非破壊測定が可能である。このような背景からテラ
ヘルツ波領域の時間領域分光法の研究開発及びそれを用
いた物性研究が精力的に行われている。
ＴＨｚ）における時間領域分光法は、この周波数帯にお
ける試料の屈折率と消衰係数からなる複素屈折率、複素
電気伝導度、あるいは複素誘電率などの複素光学定数
を、Kramers-Kronig変換などを必要とせずに、直接的に
測定できるという特徴を有する分光法である。さらにテ
ラヘルツ波領域の複素光学定数から、固体、液体又はガ
スに関する、他の周波数帯での測定では得ることが困難
な種々の情報が得られる。しかも、複素光学定数の非接
触、非破壊測定が可能である。このような背景からテラ
ヘルツ波領域の時間領域分光法の研究開発及びそれを用
いた物性研究が精力的に行われている。
【０００３】テラヘルツ時間領域分光法を使用した多く
の研究が固体、液体、及びガスについて実施されている
が、これら研究の多くはテラヘルツ電磁波の透過測定を
実施している。他の従来の幾つかの研究においては、テ
ラヘルツ電磁波の透過率が小さな試料の光学定数を導出
するために、当該試料を反射した電磁波を測定する。
の研究が固体、液体、及びガスについて実施されている
が、これら研究の多くはテラヘルツ電磁波の透過測定を
実施している。他の従来の幾つかの研究においては、テ
ラヘルツ電磁波の透過率が小さな試料の光学定数を導出
するために、当該試料を反射した電磁波を測定する。
【０００４】従来例１の透過測定による時間領域分光法
の概要を図５を参照して説明する。従来例１の時間領域
分光法では、試料を透過した電磁波と試料を置かない場
合の電磁波（リファレンスデータ）とを測定する。図５
は従来例１の時間領域分光法の概略構成図である。パル
スレーザ１００は光レーザパルス１０１を発生する。ビ
ームスプリッタ１０２は、入力した光レーザパルス１０
１を分岐して光レーザパルス１０３及び１０４を出力す
る。光レーザパルス１０３は電磁波放射用に使用され、
光レーザパルス１０４は電磁波検出用光伝導素子１１０
のトリガー用に使用する。光レーザパルス１０３は、ミ
ラー１２０、チョッパ１０５、レンズ１０６を介してテ
ラヘルツ電磁波放射用光伝導素子である放射アンテナ１
０８に入射される。
の概要を図５を参照して説明する。従来例１の時間領域
分光法では、試料を透過した電磁波と試料を置かない場
合の電磁波（リファレンスデータ）とを測定する。図５
は従来例１の時間領域分光法の概略構成図である。パル
スレーザ１００は光レーザパルス１０１を発生する。ビ
ームスプリッタ１０２は、入力した光レーザパルス１０
１を分岐して光レーザパルス１０３及び１０４を出力す
る。光レーザパルス１０３は電磁波放射用に使用され、
光レーザパルス１０４は電磁波検出用光伝導素子１１０
のトリガー用に使用する。光レーザパルス１０３は、ミ
ラー１２０、チョッパ１０５、レンズ１０６を介してテ
ラヘルツ電磁波放射用光伝導素子である放射アンテナ１
０８に入射される。
【０００５】放射アンテナ１０８は光レーザパルス１０
３を入力してテラヘルツ電磁波１２４を放射する。生成
されたテラヘルツ波１２４は、半球形レンズ１２２及び
放物面鏡１０７で平行化され、試料１０９に入射され
る。安定化電源１２１は、放射アンテナ１０８に電力を
供給する。チョッパ１０５は開口部と遮蔽部を有する回
転体で、１〜３ｋＨｚの周期で光レーザパルス１０３の
通過と遮断とを繰り返す。試料１０９を透過したテラヘ
ルツ電磁波１２５は、放物面鏡１１３及び半球形レンズ
１２３で集光され、放射アンテナ１０８と対称な位置に
置かれた電磁波検出用光伝導素子である受信アンテナ１
１０に入射される。検出素子である受信アンテナ１１０
はフェムト秒レーザパルス１０４によって励起された瞬
間に印加されているテラヘルツ電磁波の電場に比例した
信号を出力する。
３を入力してテラヘルツ電磁波１２４を放射する。生成
されたテラヘルツ波１２４は、半球形レンズ１２２及び
放物面鏡１０７で平行化され、試料１０９に入射され
る。安定化電源１２１は、放射アンテナ１０８に電力を
供給する。チョッパ１０５は開口部と遮蔽部を有する回
転体で、１〜３ｋＨｚの周期で光レーザパルス１０３の
通過と遮断とを繰り返す。試料１０９を透過したテラヘ
ルツ電磁波１２５は、放物面鏡１１３及び半球形レンズ
１２３で集光され、放射アンテナ１０８と対称な位置に
置かれた電磁波検出用光伝導素子である受信アンテナ１
１０に入射される。検出素子である受信アンテナ１１０
はフェムト秒レーザパルス１０４によって励起された瞬
間に印加されているテラヘルツ電磁波の電場に比例した
信号を出力する。
【０００６】ビームスプリッタ１０２から出力された他
のレーザパルス１０４は、反射鏡であるリトロリフレク
タ１１１、ミラー１２８、１２９、レンズ１３０を経由
して受信アンテナ１１０に入力される。リトロリフレク
タ１１１を取り付けた可動ステージ１１２を矢印の方向
に移動させることにより、レーザパルス１０４が受信ア
ンテナ１１０を励起するタイミング（照射タイミングの
時間遅延量）は変化する。電流増幅器１２６は、受信ア
ンテナ１１０の出力信号を増幅する。ロックインアンプ
１２７は、電流増幅器１２６の出力信号とチョッパ１０
５の回転制御信号（又は回転検出信号）とを入力し、電
流増幅器１２６の出力信号の中からチョッパ１０５の回
転に応じた成分を取り出す。
のレーザパルス１０４は、反射鏡であるリトロリフレク
タ１１１、ミラー１２８、１２９、レンズ１３０を経由
して受信アンテナ１１０に入力される。リトロリフレク
タ１１１を取り付けた可動ステージ１１２を矢印の方向
に移動させることにより、レーザパルス１０４が受信ア
ンテナ１１０を励起するタイミング（照射タイミングの
時間遅延量）は変化する。電流増幅器１２６は、受信ア
ンテナ１１０の出力信号を増幅する。ロックインアンプ
１２７は、電流増幅器１２６の出力信号とチョッパ１０
５の回転制御信号（又は回転検出信号）とを入力し、電
流増幅器１２６の出力信号の中からチョッパ１０５の回
転に応じた成分を取り出す。
【０００７】可動ステージ１１２を移動させて時間遅延
量を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ
１２７の出力信号（テラヘルツ電磁波の電場）の振幅を
測定する。その結果図６のような放射されたテラヘルツ
電磁波の時間分解波形（電場の振幅／時間遅延量特性）
を測定できる。以上のようにテラヘルツ電磁波の時間分
解波形そのもの、すなわち電磁波の振幅／位相特性を測
定できる。電磁波のパスに試料を挿入した場合とそうで
ない場合とでそれぞれ時間分解波形を測定し、それぞれ
をフーリエ変換して得られた複素スペクトルの比をとる
と、試料の複素透過係数スペクトルが得られる。これか
ら試料の複素屈折率や複素電気伝導度などの複素光学定
数をテラヘルツ波領域の広い範囲で一挙に求めることが
できる。
量を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ
１２７の出力信号（テラヘルツ電磁波の電場）の振幅を
測定する。その結果図６のような放射されたテラヘルツ
電磁波の時間分解波形（電場の振幅／時間遅延量特性）
を測定できる。以上のようにテラヘルツ電磁波の時間分
解波形そのもの、すなわち電磁波の振幅／位相特性を測
定できる。電磁波のパスに試料を挿入した場合とそうで
ない場合とでそれぞれ時間分解波形を測定し、それぞれ
をフーリエ変換して得られた複素スペクトルの比をとる
と、試料の複素透過係数スペクトルが得られる。これか
ら試料の複素屈折率や複素電気伝導度などの複素光学定
数をテラヘルツ波領域の広い範囲で一挙に求めることが
できる。
【０００８】従来例２の時間領域分光法では、測定対象
である試料表面で反射した電磁波の時間分解波形と、反
射率１であることが既知である基準となる材料（リファ
レンス）の表面で反射した電磁波の時間分解波形とを測
定し、両者の複素スペクトルの比をとって複素反射係数
スペクトルを得る。従来例１では試料の透過光を測定
し、従来例２では試料の反射光を測定する。それ以外の
点で両者は同一の構成を有数する。
である試料表面で反射した電磁波の時間分解波形と、反
射率１であることが既知である基準となる材料（リファ
レンス）の表面で反射した電磁波の時間分解波形とを測
定し、両者の複素スペクトルの比をとって複素反射係数
スペクトルを得る。従来例１では試料の透過光を測定
し、従来例２では試料の反射光を測定する。それ以外の
点で両者は同一の構成を有数する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし反射光を利用す
る従来例２の時間領域分光法では、位相の情報を十分な
精度で知るためには試料とリファレンスの反射面の位置
を数μｍ以下の精度で一致させる必要がある（T. I. Je
on and D. Grischkowsky: Applied Physics Letters、
Vol. 72、 3032-3035 (1998)。）。これは一般的な試料
ホルダーの機械的精度では非常に困難である。この困難
を避けるために膜厚及び屈折率が既知の透明材料を試料
表面に張り付け、透明膜表面における反射電磁波及び透
明膜と試料の界面における反射電磁波の両者を測定し透
明膜の膜厚及び屈折率を考慮したデータ処理によって、
十分な精度を得る方法が考案されている（菜嶋 茂樹
ら、2001年（平成13年）秋季第６１回応用物理学会学術
講演会）。しかしながら、この手法は試料に加工が必要
であり、かつデータ処理が煩雑という問題がある。
る従来例２の時間領域分光法では、位相の情報を十分な
精度で知るためには試料とリファレンスの反射面の位置
を数μｍ以下の精度で一致させる必要がある（T. I. Je
on and D. Grischkowsky: Applied Physics Letters、
Vol. 72、 3032-3035 (1998)。）。これは一般的な試料
ホルダーの機械的精度では非常に困難である。この困難
を避けるために膜厚及び屈折率が既知の透明材料を試料
表面に張り付け、透明膜表面における反射電磁波及び透
明膜と試料の界面における反射電磁波の両者を測定し透
明膜の膜厚及び屈折率を考慮したデータ処理によって、
十分な精度を得る方法が考案されている（菜嶋 茂樹
ら、2001年（平成13年）秋季第６１回応用物理学会学術
講演会）。しかしながら、この手法は試料に加工が必要
であり、かつデータ処理が煩雑という問題がある。
【００１０】反射光を利用する時間領域分光法におい
て、リファレンス測定をせずに光学定数を導出しようと
する試みもなされている。試料の入射角を変えながら反
射波形を測定してブリュースター角を求め、それらのデ
ータから試料である基板上の薄膜の屈折率を求める手法
が提案されている（M. Li et al.: Applied Physics Le
tters、 Vol. 74、 2113-2115 (1999)。）。この手法は
ごく薄い膜の光学定数を測定できる点で優れているが、
入射角を変えるたびに受信アンテナの位置を動かす必要
がある。時間領域分光法においては受信アンテナをトリ
ガーするフェムト秒パルスレーザ光の光路を入射角を変
えるたびに調整する必要があり、膨大な時間と手間がか
かり実用的でない。しかも提案されている手法では連続
的なスペクトルは得られない。
て、リファレンス測定をせずに光学定数を導出しようと
する試みもなされている。試料の入射角を変えながら反
射波形を測定してブリュースター角を求め、それらのデ
ータから試料である基板上の薄膜の屈折率を求める手法
が提案されている（M. Li et al.: Applied Physics Le
tters、 Vol. 74、 2113-2115 (1999)。）。この手法は
ごく薄い膜の光学定数を測定できる点で優れているが、
入射角を変えるたびに受信アンテナの位置を動かす必要
がある。時間領域分光法においては受信アンテナをトリ
ガーするフェムト秒パルスレーザ光の光路を入射角を変
えるたびに調整する必要があり、膨大な時間と手間がか
かり実用的でない。しかも提案されている手法では連続
的なスペクトルは得られない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題にかんがみ
て、本発明は、単一の入射角での反射測定において、リ
ファレンス測定なしに、なおかつ試料に加工を施すこと
なく、電磁波の透過率の低い試料でも複素光学定数スペ
クトルを高精度で測定できる方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
て、本発明は、単一の入射角での反射測定において、リ
ファレンス測定なしに、なおかつ試料に加工を施すこと
なく、電磁波の透過率の低い試料でも複素光学定数スペ
クトルを高精度で測定できる方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１２】上記目的を達成するために、本発明は下記
の構成を有する。請求項１の発明は、光パルスを発生す
る光源と、前記光源から射出された光パルスを分割する
光分割手段と、分割した一方の光パルスを入力して電磁
波を放射する電磁波放射手段と、放射された電磁波を平
行化する平行化手段と、平行化された電磁波を入力して
偏光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光手段
と、試料で反射した前記偏光電磁波を入力して偏光電磁
波成分を透過させる検光手段と、前記透過した偏光電磁
波成分を集光する集光手段と、分割された他の一方の光
パルスを可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段
と、集光された前記偏光電磁波成分と前記時間遅延され
た他の一方の光パルスとを入力して、集光された前記偏
光電磁波成分を電気信号に変換する電磁波検出手段と、
を有することを特徴とする偏光解析装置である。
の構成を有する。請求項１の発明は、光パルスを発生す
る光源と、前記光源から射出された光パルスを分割する
光分割手段と、分割した一方の光パルスを入力して電磁
波を放射する電磁波放射手段と、放射された電磁波を平
行化する平行化手段と、平行化された電磁波を入力して
偏光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光手段
と、試料で反射した前記偏光電磁波を入力して偏光電磁
波成分を透過させる検光手段と、前記透過した偏光電磁
波成分を集光する集光手段と、分割された他の一方の光
パルスを可変的に時間遅延させる光学的時間遅延手段
と、集光された前記偏光電磁波成分と前記時間遅延され
た他の一方の光パルスとを入力して、集光された前記偏
光電磁波成分を電気信号に変換する電磁波検出手段と、
を有することを特徴とする偏光解析装置である。
【００１３】請求項２の発明は、光パルスを発生する光
源と、前記光源から射出された光パルスを分割する光分
割装置と、分割した一方の光パルスを入力して電磁波を
放射する電磁波放射素子と、放射された電磁波を平行化
する第１の光学系と、平行化された電磁波を入力して偏
光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光子と、
試料で反射した前記偏光電磁波を入力して偏光電磁波成
分を透過させる検光子と、前記透過した偏光電磁波成分
を集光する第２の光学系と、分割された他の一方の光パ
ルスを可変的に時間遅延させる第３の光学系と、集光さ
れた前記偏光電磁波成分と前記時間遅延された他の一方
の光パルスとを入力して、集光された前記偏光電磁波成
分を電気信号に変換する電磁波検出素子と、を有するこ
とを特徴とする偏光解析装置である。
源と、前記光源から射出された光パルスを分割する光分
割装置と、分割した一方の光パルスを入力して電磁波を
放射する電磁波放射素子と、放射された電磁波を平行化
する第１の光学系と、平行化された電磁波を入力して偏
光電磁波を透過させ且つ偏光面を切換可能な偏光子と、
試料で反射した前記偏光電磁波を入力して偏光電磁波成
分を透過させる検光子と、前記透過した偏光電磁波成分
を集光する第２の光学系と、分割された他の一方の光パ
ルスを可変的に時間遅延させる第３の光学系と、集光さ
れた前記偏光電磁波成分と前記時間遅延された他の一方
の光パルスとを入力して、集光された前記偏光電磁波成
分を電気信号に変換する電磁波検出素子と、を有するこ
とを特徴とする偏光解析装置である。
【００１４】請求項３の発明は、試料で反射したｓ偏光
電磁波及びｐ偏光電磁波の前記電気信号を時間分解した
時間分解波形をフーリエ変換し、ｓ偏光電磁波及びｐ偏
光電磁波の振幅及び位相の情報を算出する算出手段を更
に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
の偏光解析装置である。フーリエ変換とは時間的に変動
する量の周波数成分を抽出する一般的な数値計算処理で
ある。
電磁波及びｐ偏光電磁波の前記電気信号を時間分解した
時間分解波形をフーリエ変換し、ｓ偏光電磁波及びｐ偏
光電磁波の振幅及び位相の情報を算出する算出手段を更
に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
の偏光解析装置である。フーリエ変換とは時間的に変動
する量の周波数成分を抽出する一般的な数値計算処理で
ある。
【００１５】請求項４の発明は、前記算出手段が、試料
で反射したｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振幅と位相
スペクトルより、振幅反射率比ｒｐ／ｒｓ（ｒｓ及びｒ
ｐはそれぞれｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波に対する試
料の振幅反射率）及び位相差δｐ−δｓ（δｓ及びδｐ
はそれぞれ試料で反射されたｓ偏光電磁波及びｐ偏光電
磁波の位相）を用いて複素光学定数スペクトルを更に導
出することを特徴とする請求項３に記載の偏光解析装置
である。
で反射したｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振幅と位相
スペクトルより、振幅反射率比ｒｐ／ｒｓ（ｒｓ及びｒ
ｐはそれぞれｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波に対する試
料の振幅反射率）及び位相差δｐ−δｓ（δｓ及びδｐ
はそれぞれ試料で反射されたｓ偏光電磁波及びｐ偏光電
磁波の位相）を用いて複素光学定数スペクトルを更に導
出することを特徴とする請求項３に記載の偏光解析装置
である。
【００１６】請求項５の発明は、前記電磁波の周波数が
１００ＧＨｚから２０ＴＨｚの周波数範囲内であること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項
に記載の偏光解析装置である。
１００ＧＨｚから２０ＴＨｚの周波数範囲内であること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項
に記載の偏光解析装置である。
【００１７】請求項６の発明は、前記光源が，フェムト
秒パルスレーザ又は半導体レーザであることを特徴とす
る請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の偏
光解析装置である。
秒パルスレーザ又は半導体レーザであることを特徴とす
る請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の偏
光解析装置である。
【００１８】請求項７の発明は、前記光分割手段又は前
記光分割装置が，ビームスプリッタであることを特徴と
する請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の
偏光解析装置である。
記光分割装置が，ビームスプリッタであることを特徴と
する請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の
偏光解析装置である。
【００１９】請求項８の発明は、光源から光パルスを発
生させる発生ステップと、前記光源から射出された光パ
ルスを分割する分割ステップと、分割した一方の光パル
スを入力して電磁波を放射する電磁波放射ステップと、
放射された電磁波を平行化する平行化ステップと、平行
化された電磁波から第１の偏光電磁波を抽出する第１の
偏光ステップと、分割された他の一方の光パルスを用い
て前記試料で反射した前記第１の偏光電磁波を検出する
第１の検出ステップと、平行化された電磁波から第２の
偏光電磁波を抽出する第２の偏光ステップと、前記他の
一方の光パルスを用いて試料で反射した前記第２の偏光
電磁波を検出する第２の検出ステップと、前記他の一方
の光パルスを可変的に時間遅延させる光学的時間遅延ス
テップと、を有することを特徴とする偏光解析方法であ
る。
生させる発生ステップと、前記光源から射出された光パ
ルスを分割する分割ステップと、分割した一方の光パル
スを入力して電磁波を放射する電磁波放射ステップと、
放射された電磁波を平行化する平行化ステップと、平行
化された電磁波から第１の偏光電磁波を抽出する第１の
偏光ステップと、分割された他の一方の光パルスを用い
て前記試料で反射した前記第１の偏光電磁波を検出する
第１の検出ステップと、平行化された電磁波から第２の
偏光電磁波を抽出する第２の偏光ステップと、前記他の
一方の光パルスを用いて試料で反射した前記第２の偏光
電磁波を検出する第２の検出ステップと、前記他の一方
の光パルスを可変的に時間遅延させる光学的時間遅延ス
テップと、を有することを特徴とする偏光解析方法であ
る。
【００２０】請求項９の発明は、前記第１の偏光電磁波
がｓ偏光電磁波（入射面に対して電場ベクトルが垂直な
電磁波）及びｐ偏光電磁波（入射面に対して電場ベクト
ルが平行な電磁波）のいずれか一方であり、前記第２の
偏光電磁波が他の一方であることを特徴とする請求項８
に記載の偏光解析方法である。
がｓ偏光電磁波（入射面に対して電場ベクトルが垂直な
電磁波）及びｐ偏光電磁波（入射面に対して電場ベクト
ルが平行な電磁波）のいずれか一方であり、前記第２の
偏光電磁波が他の一方であることを特徴とする請求項８
に記載の偏光解析方法である。
【００２１】本発明は、単一の入射角での反射測定にお
いて、リファレンス測定なしに、なおかつ試料に加工を
施すことなく、電磁波の透過率の低い試料でも複素光学
定数スペクトルを高精度で測定できる偏光解析装置及び
偏光解析方法を実現出来るという作用を有する。
いて、リファレンス測定なしに、なおかつ試料に加工を
施すことなく、電磁波の透過率の低い試料でも複素光学
定数スペクトルを高精度で測定できる偏光解析装置及び
偏光解析方法を実現出来るという作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施をするための最
良の形態を具体的に示した実施例について、図面ととも
に記載する。
良の形態を具体的に示した実施例について、図面ととも
に記載する。
【００２３】《実施例１》以下実施例を用いて本発明の
偏光解析装置及び偏光解析方法を具体的に説明する。な
お、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるもので
はない。図１（ａ）は本発明の実施例の偏光解析装置の
概略構成図である。パルスレーザ（光源）１は光レーザ
パルスを発生する。光源としてはフェムト秒パルスレー
ザ又は半導体レーザを使用する。当該光レーザパルスは
テラヘルツ波領域（１００ＧＨｚから２０ＴＨｚ）のレ
ーザ光である。ビームスプリッタ２（光分割手段、光分
割装置）は、入力した光レーザパルスを分岐して光レー
ザパルス１０及び１１を出力する。ビームスプリッタ２
は、例えばハーフミラーである。光レーザパルス１０は
電磁波放射用に、光レーザパルス１１は光伝導アンテナ
（受信アンテナ）７のトリガー用に使用する。
偏光解析装置及び偏光解析方法を具体的に説明する。な
お、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるもので
はない。図１（ａ）は本発明の実施例の偏光解析装置の
概略構成図である。パルスレーザ（光源）１は光レーザ
パルスを発生する。光源としてはフェムト秒パルスレー
ザ又は半導体レーザを使用する。当該光レーザパルスは
テラヘルツ波領域（１００ＧＨｚから２０ＴＨｚ）のレ
ーザ光である。ビームスプリッタ２（光分割手段、光分
割装置）は、入力した光レーザパルスを分岐して光レー
ザパルス１０及び１１を出力する。ビームスプリッタ２
は、例えばハーフミラーである。光レーザパルス１０は
電磁波放射用に、光レーザパルス１１は光伝導アンテナ
（受信アンテナ）７のトリガー用に使用する。
【００２４】光レーザパルス１０は、ミラー４０、チョ
ッパ４１、レンズ４２を介してテラヘルツ電磁波放射用
光伝導素子である放射アンテナ３（電磁波放射手段、電
磁波放射素子）に入射する。光レーザパルス１０の照射
によって放射アンテナ３に瞬間的に電流が流れる。放射
アンテナ３にはほぼ光レーザパルス１０が照射されてい
る間だけ過渡電流が流れ、放射アンテナ３はテラヘルツ
電磁波２０を放射する。使用した放射アンテナ３は偏光
特性を持つが、放射直後の電磁波の最大の大きさを持つ
電場ベクトルが、電磁波伝搬方向に対して垂直な面内に
あり、なおかつ入射面に対して４５度の角度をなすよう
に設置する。安定化電源５０は、放射アンテナ３に電力
を供給する。チョッパ４１は開口部と遮蔽部を有する回
転体で、１〜３ｋＨｚの周期で光レーザパルス１０の通
過と遮断とを繰り返す。
ッパ４１、レンズ４２を介してテラヘルツ電磁波放射用
光伝導素子である放射アンテナ３（電磁波放射手段、電
磁波放射素子）に入射する。光レーザパルス１０の照射
によって放射アンテナ３に瞬間的に電流が流れる。放射
アンテナ３にはほぼ光レーザパルス１０が照射されてい
る間だけ過渡電流が流れ、放射アンテナ３はテラヘルツ
電磁波２０を放射する。使用した放射アンテナ３は偏光
特性を持つが、放射直後の電磁波の最大の大きさを持つ
電場ベクトルが、電磁波伝搬方向に対して垂直な面内に
あり、なおかつ入射面に対して４５度の角度をなすよう
に設置する。安定化電源５０は、放射アンテナ３に電力
を供給する。チョッパ４１は開口部と遮蔽部を有する回
転体で、１〜３ｋＨｚの周期で光レーザパルス１０の通
過と遮断とを繰り返す。
【００２５】生成されたテラヘルツ電磁波２０は、半球
形レンズ４３及び放物面鏡４（平行化手段、第１の光学
系）で平行化され、偏光子３０（偏光手段）に入射され
る。偏光子３０は、テラヘルツ電磁波２０の中から特定
の偏光電磁波のみを透過させる。偏光子３０は太さ数μ
ｍの金属ワイヤーを１０μｍ程度の間隔で多数並べたワ
イヤグリッドである。偏光子３０は試料５の直前あるい
は放射アンテナ３の直後に置くことができる。また偏光
子３０は方位角を精密に制御できるホルダに取り付ける
のが好ましい。
形レンズ４３及び放物面鏡４（平行化手段、第１の光学
系）で平行化され、偏光子３０（偏光手段）に入射され
る。偏光子３０は、テラヘルツ電磁波２０の中から特定
の偏光電磁波のみを透過させる。偏光子３０は太さ数μ
ｍの金属ワイヤーを１０μｍ程度の間隔で多数並べたワ
イヤグリッドである。偏光子３０は試料５の直前あるい
は放射アンテナ３の直後に置くことができる。また偏光
子３０は方位角を精密に制御できるホルダに取り付ける
のが好ましい。
【００２６】まず放射アンテナ３から放射されたテラヘ
ルツ電磁波２０のうち偏光子３０によってｓ偏光電磁波
（又はｐ偏光電磁波）を取り出す（偏光子３０を透過さ
せる。）。この状態で偏光子３０の方位角を９０度回転
させればｐ偏光電磁波（又はｓ偏光電磁波）が取り出さ
れる（図１（ｂ）参照）。ｓ偏光電磁波は入射面に対し
て電場ベクトルが垂直な電磁波であり、ｐ偏光電磁波は
入射面に対して電場ベクトルが平行な電磁波である。
ルツ電磁波２０のうち偏光子３０によってｓ偏光電磁波
（又はｐ偏光電磁波）を取り出す（偏光子３０を透過さ
せる。）。この状態で偏光子３０の方位角を９０度回転
させればｐ偏光電磁波（又はｓ偏光電磁波）が取り出さ
れる（図１（ｂ）参照）。ｓ偏光電磁波は入射面に対し
て電場ベクトルが垂直な電磁波であり、ｐ偏光電磁波は
入射面に対して電場ベクトルが平行な電磁波である。
【００２７】放射アンテナ３に偏光特性がなければ、偏
光子３０を透過したｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振
幅及び位相は同一である。放射アンテナ３が偏光特性を
持つことがある。この場合は放射アンテナ３から放射さ
れた直後の位置で最大の大きさを持つ電場ベクトルが入
射面に対し４５度の角度をなすように放射アンテナ３を
設置する。これによりｓ及びｐ偏光電磁波の振幅及び位
相は同一になる。上記調整の後、偏光子の方位角を調整
してｓ及びｐ偏光電磁波を試料に平行に斜入射させる。
光子３０を透過したｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振
幅及び位相は同一である。放射アンテナ３が偏光特性を
持つことがある。この場合は放射アンテナ３から放射さ
れた直後の位置で最大の大きさを持つ電場ベクトルが入
射面に対し４５度の角度をなすように放射アンテナ３を
設置する。これによりｓ及びｐ偏光電磁波の振幅及び位
相は同一になる。上記調整の後、偏光子の方位角を調整
してｓ及びｐ偏光電磁波を試料に平行に斜入射させる。
【００２８】試料５を反射したテラヘルツ電磁波２１
（ｓ偏光電磁波又はｐ偏光電磁波）は、検光子３１（検
光手段）に平行に入射される。検光子３１は偏光子３０
と同様のワイヤグリッドであり（図１（ｂ）参照）、反
射電磁波の中から、受信アンテナ７が検出感度の最も高
い偏光成分のみを通過させる。検光子３１を透過したテ
ラヘルツ電磁波２１は放物面鏡６及び半球形レンズ４７
（集光手段、第２の光学系）で集光され、電磁波検出用
光伝導素子である受信アンテナ７（電磁波検出手段、電
磁波検出素子）に入射される。検出素子である受信アン
テナ７はフェムト秒レーザパルス１１によって励起され
た瞬間に印加されているテラヘルツ電磁波の電場に比例
した信号を出力する。受信アンテナ７はフェムト秒レー
ザパルス１１によって励起されている間だけ過渡的に導
電性になり、光照射をやめると再び絶縁性になる。受信
アンテナ７は偏光特性を持つが、その検出感度の最も高
い方向が電磁波伝搬方向に対して垂直な面内にあり且つ
入射面に対して４５度の角度をなすように、受信アンテ
ナ７を設置する。
（ｓ偏光電磁波又はｐ偏光電磁波）は、検光子３１（検
光手段）に平行に入射される。検光子３１は偏光子３０
と同様のワイヤグリッドであり（図１（ｂ）参照）、反
射電磁波の中から、受信アンテナ７が検出感度の最も高
い偏光成分のみを通過させる。検光子３１を透過したテ
ラヘルツ電磁波２１は放物面鏡６及び半球形レンズ４７
（集光手段、第２の光学系）で集光され、電磁波検出用
光伝導素子である受信アンテナ７（電磁波検出手段、電
磁波検出素子）に入射される。検出素子である受信アン
テナ７はフェムト秒レーザパルス１１によって励起され
た瞬間に印加されているテラヘルツ電磁波の電場に比例
した信号を出力する。受信アンテナ７はフェムト秒レー
ザパルス１１によって励起されている間だけ過渡的に導
電性になり、光照射をやめると再び絶縁性になる。受信
アンテナ７は偏光特性を持つが、その検出感度の最も高
い方向が電磁波伝搬方向に対して垂直な面内にあり且つ
入射面に対して４５度の角度をなすように、受信アンテ
ナ７を設置する。
【００２９】ビームスプリッタ２で分割されたもう一方
の電磁波検出用の光レーザパルス１１は、反射鏡である
リトロリフレクタ４４、ミラー４５、レンズ４６を経由
して受信アンテナ７に入力される。光レーザパルス１１
が受信アンテナ７に入力されると、受信アンテナ７は瞬
間的に伝導性を示す。この瞬間に受信アンテナ７に到達
した反射電磁波２１の電場に比例した電流が流れる。反
射鏡であるリトロリフレクタ４４（光学的時間遅延手
段、第３の光学系）は、ビームスプリッタ２と受信アン
テナ７の間に配置されている。リトロリフレクタ４４を
取り付けた可動ステージ３２を矢印の方向に移動させる
ことによりレーザパルス１１の光路長が変化し、レーザ
パルス１１が受信アンテナ７を励起するタイミング（照
射タイミングの時間遅延量（位相））は変化する。電流
増幅器４８は、受信アンテナ７の出力信号を増幅する。
ロックインアンプ４９は、電流増幅器４８の出力信号と
チョッパ４１の回転制御信号（又は回転検出信号）とを
入力し、電流増幅器４８の出力信号の中からチョッパ４
１の回転に応じた成分を取り出す。
の電磁波検出用の光レーザパルス１１は、反射鏡である
リトロリフレクタ４４、ミラー４５、レンズ４６を経由
して受信アンテナ７に入力される。光レーザパルス１１
が受信アンテナ７に入力されると、受信アンテナ７は瞬
間的に伝導性を示す。この瞬間に受信アンテナ７に到達
した反射電磁波２１の電場に比例した電流が流れる。反
射鏡であるリトロリフレクタ４４（光学的時間遅延手
段、第３の光学系）は、ビームスプリッタ２と受信アン
テナ７の間に配置されている。リトロリフレクタ４４を
取り付けた可動ステージ３２を矢印の方向に移動させる
ことによりレーザパルス１１の光路長が変化し、レーザ
パルス１１が受信アンテナ７を励起するタイミング（照
射タイミングの時間遅延量（位相））は変化する。電流
増幅器４８は、受信アンテナ７の出力信号を増幅する。
ロックインアンプ４９は、電流増幅器４８の出力信号と
チョッパ４１の回転制御信号（又は回転検出信号）とを
入力し、電流増幅器４８の出力信号の中からチョッパ４
１の回転に応じた成分を取り出す。
【００３０】可動ステージ３２を移動させて時間遅延量
を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ４
９の出力信号（テラヘルツ電磁波の電場）の振幅を測定
する。その結果放射されたｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁
波の時間分解波形（時間遅延量／振幅特性）が得られ
る。入射角４５度の場合のｎ型Siウェハ（0.136 Ωｃ
ｍ、厚さ0.7ｍｍ）のｓ及びｐ偏光電磁波の反射電磁波
の時間分解波形ｗｓ(ｔ)及びｗｐ(ｔ)（ｔ:時間）を図
２に示す。また図２のデータからそれぞれをフーリエ変
換して比をとって得られたエリプソメトリック・アング
ルの周波数変化を図３に示す。図３のデータから計算さ
れた複素屈折率スペクトルを図４に示す。なお、図３及
び図４中の実線はドルーデモデルによる計算値を示す。
を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ４
９の出力信号（テラヘルツ電磁波の電場）の振幅を測定
する。その結果放射されたｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁
波の時間分解波形（時間遅延量／振幅特性）が得られ
る。入射角４５度の場合のｎ型Siウェハ（0.136 Ωｃ
ｍ、厚さ0.7ｍｍ）のｓ及びｐ偏光電磁波の反射電磁波
の時間分解波形ｗｓ(ｔ)及びｗｐ(ｔ)（ｔ:時間）を図
２に示す。また図２のデータからそれぞれをフーリエ変
換して比をとって得られたエリプソメトリック・アング
ルの周波数変化を図３に示す。図３のデータから計算さ
れた複素屈折率スペクトルを図４に示す。なお、図３及
び図４中の実線はドルーデモデルによる計算値を示す。
【００３１】実施例の偏光解析装置においては、コンピ
ュータ５１が指令を送って可動ステージ３２を段階的に
移動させながら（レーザパルス１１が受信アンテナ７を
励起するタイミングを変えながら）、ロックインアンプ
４９の出力信号（ｓ偏光電磁波の出力信号及びｐ偏光電
磁波の出力信号）を順次コンピュータ５１に入力する。
ロックインアンプ４９の出力信号（時間分解波形）は、
Ａ／Ｄ変換された後、コンピュータ５１のメモリに格納
される。
ュータ５１が指令を送って可動ステージ３２を段階的に
移動させながら（レーザパルス１１が受信アンテナ７を
励起するタイミングを変えながら）、ロックインアンプ
４９の出力信号（ｓ偏光電磁波の出力信号及びｐ偏光電
磁波の出力信号）を順次コンピュータ５１に入力する。
ロックインアンプ４９の出力信号（時間分解波形）は、
Ａ／Ｄ変換された後、コンピュータ５１のメモリに格納
される。
【００３２】他の実施例においては、測定者が可動ステ
ージ３２を段階的に移動させながら、ロックインアンプ
４９の出力信号を順次読み取り、読み取った値をコンピ
ュータ５１に入力する。偏光子３０のワイヤグリッドに
ついて、ｓ偏光電磁波を通す向きとｐ偏向電磁波を通す
向きとを電動で切換えても良く、手動で切換えても良
い。測定の際、動かすのは偏光子３０の方位角及び可動
ステージ３２の位置だけである。平行化手段、集光手
段、光学的時間遅延手段は放物面鏡やレンズなどの光学
的手段で構成される。
ージ３２を段階的に移動させながら、ロックインアンプ
４９の出力信号を順次読み取り、読み取った値をコンピ
ュータ５１に入力する。偏光子３０のワイヤグリッドに
ついて、ｓ偏光電磁波を通す向きとｐ偏向電磁波を通す
向きとを電動で切換えても良く、手動で切換えても良
い。測定の際、動かすのは偏光子３０の方位角及び可動
ステージ３２の位置だけである。平行化手段、集光手
段、光学的時間遅延手段は放物面鏡やレンズなどの光学
的手段で構成される。
【００３３】コンピュータ５１（算出手段）は、上記の
測定データに基づいて下記の計算を行い、計算結果であ
るパラメータをディスプレイ５２に表示する。ｓ偏光電
磁波及びｐ偏光電磁波の時間分解波形ｗｓ(ｔ)及びｗｐ
(ｔ)（ｔ:時間）をそれぞれをフーリエ変換すると、反
射電磁波の振幅と位相の情報を含んだ複素スペクトルＥ
ｓ（ν）、Ｅｐ（ν）がそれぞれ得られる。
測定データに基づいて下記の計算を行い、計算結果であ
るパラメータをディスプレイ５２に表示する。ｓ偏光電
磁波及びｐ偏光電磁波の時間分解波形ｗｓ(ｔ)及びｗｐ
(ｔ)（ｔ:時間）をそれぞれをフーリエ変換すると、反
射電磁波の振幅と位相の情報を含んだ複素スペクトルＥ
ｓ（ν）、Ｅｐ（ν）がそれぞれ得られる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
【数２】
【００３６】ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の複素スペ
クトルの比をとると、ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の
振幅反射率比ｒｐ(ν)／ｒｓ(ν)及び位相差δｐ−δｓ
のスペクトルが得られる。
クトルの比をとると、ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の
振幅反射率比ｒｐ(ν)／ｒｓ(ν)及び位相差δｐ−δｓ
のスペクトルが得られる。
【００３７】
【数３】
【００３８】これらは従来知られている偏光解析法にお
けるエリプソメトリック・アングルのそれぞれｔａｎΨ
(ν)≡ｒｐ／ｒｓにΔ(ν)≡δｐ−δｓに対応してい
る。エリプソメトリック・アングルから偏光解析法を援
用して複素光学定数スペクトルを導出することができ
る。得られたエリプソメトリック・アングルの周波数変
化から複素光学定数スペクトルを導出する方法は古くか
ら知られており、例えばR.M. A. Azzam and N. M. Bash
ara、 "Ellipsometry and Polarized Light" (North-Ho
lland、 1987)などに記載されている。複素光学定数を
（ｎ−ｉｋ） （ｎは複素光学定数の実部部ｋは複素光
学定数の虚部）とし、複素誘電率をε＝ε１−ｉε２
（ε１は複素誘電率の実部、ε ２は複素誘電率の虚部）
とする。θ０を電磁波の試料への入射角として、ε１は
式（４）のようにｎとｋで表される。
けるエリプソメトリック・アングルのそれぞれｔａｎΨ
(ν)≡ｒｐ／ｒｓにΔ(ν)≡δｐ−δｓに対応してい
る。エリプソメトリック・アングルから偏光解析法を援
用して複素光学定数スペクトルを導出することができ
る。得られたエリプソメトリック・アングルの周波数変
化から複素光学定数スペクトルを導出する方法は古くか
ら知られており、例えばR.M. A. Azzam and N. M. Bash
ara、 "Ellipsometry and Polarized Light" (North-Ho
lland、 1987)などに記載されている。複素光学定数を
（ｎ−ｉｋ） （ｎは複素光学定数の実部部ｋは複素光
学定数の虚部）とし、複素誘電率をε＝ε１−ｉε２
（ε１は複素誘電率の実部、ε ２は複素誘電率の虚部）
とする。θ０を電磁波の試料への入射角として、ε１は
式（４）のようにｎとｋで表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】同様にε２は式（５）のようにｎとｋで表
される。
される。
【００４１】
【数５】
【００４２】さらに、これらの複素誘電率は、複素電気
伝導度σ＝σ１−ｉσ２ （σ１は複素電気伝導度の実
部、σ２は複素電気伝導度の虚部）と式（６）及び式
（７）のような関係式があり、電極パターンを形成する
ことなく、非接触、非破壊で電気特性を測定出来る。ε
０は真空中の誘電率である。
伝導度σ＝σ１−ｉσ２ （σ１は複素電気伝導度の実
部、σ２は複素電気伝導度の虚部）と式（６）及び式
（７）のような関係式があり、電極パターンを形成する
ことなく、非接触、非破壊で電気特性を測定出来る。ε
０は真空中の誘電率である。
【００４３】
【数６】
【００４４】
【数７】
【００４５】本発明によれば単一の入射角におけるｓ偏
光電磁波及びｐ偏光電磁波の反射波の時間分解波形測定
のみでエリプソメトリック・アングルであるｔａｎΨ及
びΔが求められ、入射角依存性を測定する必要がない。
さらに本発明によれば、以上で示したように、互いに直
交する方位角に偏光子を設定した状態における各々の反
射電磁波の時間分解波形を測定することで試料の複素光
学定数スペクトルを導出できる。従来の分光偏光解析方
法では偏光子の方位角依存性を詳細に知ることが必要で
あったため、方位角をわずかずつ変えながら多数回測定
する必要があったが、本発明によれば、２回のみの測定
で複素光学定数スペクトルが得られる。本発明のテラヘ
ルツ波偏光解析方法及び装置は、試料で反射された複数
の偏光電磁波の時間分解波形を測定することにより、種
々の複素データを導出出来る。本発明のテラヘルツ波偏
光解析方法及び装置においては、リファレンスデータを
測定しない。
光電磁波及びｐ偏光電磁波の反射波の時間分解波形測定
のみでエリプソメトリック・アングルであるｔａｎΨ及
びΔが求められ、入射角依存性を測定する必要がない。
さらに本発明によれば、以上で示したように、互いに直
交する方位角に偏光子を設定した状態における各々の反
射電磁波の時間分解波形を測定することで試料の複素光
学定数スペクトルを導出できる。従来の分光偏光解析方
法では偏光子の方位角依存性を詳細に知ることが必要で
あったため、方位角をわずかずつ変えながら多数回測定
する必要があったが、本発明によれば、２回のみの測定
で複素光学定数スペクトルが得られる。本発明のテラヘ
ルツ波偏光解析方法及び装置は、試料で反射された複数
の偏光電磁波の時間分解波形を測定することにより、種
々の複素データを導出出来る。本発明のテラヘルツ波偏
光解析方法及び装置においては、リファレンスデータを
測定しない。
【００４６】
【発明の効果】以上のように金属ミラーなどのリファレ
ンス測定なしにｓ偏光及びｐ偏光電磁波の反射波の時間
分解波形の測定から容易に試料の複素光学定数スペクト
ルが得られる。さらに試料は電磁波が照射される部位が
平面であれば良く、特別な加工は必要ない。例えば薄膜
製造装置に組み込んで、半導体あるいは超伝導薄膜の自
由キャリア密度及び移動度、あるいは強誘電体の複素誘
電率のその場観察が可能になる。本発明によれば、単一
の入射角での反射測定において、リファレンス測定なし
に、なおかつ試料に加工を施すことなく、電磁波の透過
率の低い試料でも複素光学定数スペクトルを高精度で測
定できる偏光解析装置及び偏光解析方法を実現出来ると
いう有利な効果が得られる。
ンス測定なしにｓ偏光及びｐ偏光電磁波の反射波の時間
分解波形の測定から容易に試料の複素光学定数スペクト
ルが得られる。さらに試料は電磁波が照射される部位が
平面であれば良く、特別な加工は必要ない。例えば薄膜
製造装置に組み込んで、半導体あるいは超伝導薄膜の自
由キャリア密度及び移動度、あるいは強誘電体の複素誘
電率のその場観察が可能になる。本発明によれば、単一
の入射角での反射測定において、リファレンス測定なし
に、なおかつ試料に加工を施すことなく、電磁波の透過
率の低い試料でも複素光学定数スペクトルを高精度で測
定できる偏光解析装置及び偏光解析方法を実現出来ると
いう有利な効果が得られる。
【図１】 本発明の実施例の偏光解析装置の概略構成図
である。
である。
【図２】 本発明に係る反射偏光電磁波の時間分解波形
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 図２のデータから計算されたエリプソメトリ
ック・アングル（振幅反射率と位相差）の周波数依存性
を示す図である。
ック・アングル（振幅反射率と位相差）の周波数依存性
を示す図である。
【図４】 図３のデータから計算された複素屈折率を示
す図である。
す図である。
【図５】 従来例１の時間領域分光解析装置の概略構成
図である。
図である。
【図６】 従来例１の時間領域分光解析装置で得られる
検出信号（時間分解波形）の概念図である。
検出信号（時間分解波形）の概念図である。
１、１００ パルスレーザ
２、１０２ ビームスプリッタ
３、１０８ 電磁波放射用光伝導素子
４、６、１０７、１１３ 放物面鏡
５、１０９ 試料
７、１１０ 電磁波検出用光伝導素子（受信アンテ
ナ） １０、１１、１０１、１０３、１０４ 光レーザパル
ス ２０、１２４ 電磁波 ２１ 反射電磁波 ３０ 偏光子 ３１ 検光子 ３２、１１２ 可動ステージ ４０、４５、１２０、１２８、１２９ ミラー ４１、１０５ チョッパ ４２、４６、１０６、１３０ レンズ ４３、４７、１２２、１２３ 半球レンズ ４４、１１１ リトロリフレクタ ４８、１２６ 電流増幅器 ４９、１２７ ロックインアンプ ５０、１２１ 安定化電源 ５１ コンピュータ ５２ ディスプレイ １２５ 透過電磁波
ナ） １０、１１、１０１、１０３、１０４ 光レーザパル
ス ２０、１２４ 電磁波 ２１ 反射電磁波 ３０ 偏光子 ３１ 検光子 ３２、１１２ 可動ステージ ４０、４５、１２０、１２８、１２９ ミラー ４１、１０５ チョッパ ４２、４６、１０６、１３０ レンズ ４３、４７、１２２、１２３ 半球レンズ ４４、１１１ リトロリフレクタ ４８、１２６ 電流増幅器 ４９、１２７ ロックインアンプ ５０、１２１ 安定化電源 ５１ コンピュータ ５２ ディスプレイ １２５ 透過電磁波
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G059 AA05 DD13 EE04 EE12 FF04
GG01 GG08 HH06 JJ05 JJ11
JJ19 JJ22 JJ24 KK01 MM01
MM09 MM10 PP10
Claims (9)
- 【請求項１】 光パルスを発生する光源と、前記光源か
ら射出された光パルスを分割する光分割手段と、分割し
た一方の光パルスを入力して電磁波を放射する電磁波放
射手段と、放射された電磁波を平行化する平行化手段
と、平行化された電磁波を入力して偏光電磁波を透過さ
せ且つ偏光面を切換可能な偏光手段と、試料で反射した
前記偏光電磁波を入力して偏光電磁波成分を透過させる
検光手段と、前記透過した偏光電磁波成分を集光する集
光手段と、分割された他の一方の光パルスを可変的に時
間遅延させる光学的時間遅延手段と、集光された前記偏
光電磁波成分と前記時間遅延された他の一方の光パルス
とを入力して、集光された前記偏光電磁波成分を電気信
号に変換する電磁波検出手段と、を有することを特徴と
する偏光解析装置。 - 【請求項２】 光パルスを発生する光源と、前記光源か
ら射出された光パルスを分割する光分割装置と、分割し
た一方の光パルスを入力して電磁波を放射する電磁波放
射素子と、放射された電磁波を平行化する第１の光学系
と、平行化された電磁波を入力して偏光電磁波を透過さ
せ且つ偏光面を切換可能な偏光子と、試料で反射した前
記偏光電磁波を入力して偏光電磁波成分を透過させる検
光子と、前記透過した偏光電磁波成分を集光する第２の
光学系と、分割された他の一方の光パルスを可変的に時
間遅延させる第３の光学系と、集光された前記偏光電磁
波成分と前記時間遅延された他の一方の光パルスとを入
力して、集光された前記偏光電磁波成分を電気信号に変
換する電磁波検出素子と、を有することを特徴とする偏
光解析装置。 - 【請求項３】 試料で反射したｓ偏光電磁波及びｐ偏光
電磁波の前記電気信号を時間分解した時間分解波形をフ
ーリエ変換し、ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振幅及
び位相の情報を算出する算出手段を更に有することを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏光解析装置。 - 【請求項４】 前記算出手段が、試料で反射したｓ偏光
電磁波及びｐ偏光電磁波の振幅と位相の情報より、振幅
反射率比ｒｐ／ｒｓ（ｒｓ及びｒｐはそれぞれｓ偏光電
磁波及びｐ偏光電磁波に対する試料の振幅反射率）及び
位相差δｐ−δｓ（δｓ及びδｐはそれぞれ試料で反射
されたｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の位相）を用いて
複素光学定数スペクトルを更に導出することを特徴とす
る請求項３に記載の偏光解析装置。 - 【請求項５】 前記電磁波の周波数が１００ＧＨｚから
２０ＴＨｚの周波数範囲内であることを特徴とする請求
項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の偏光解析
装置。 - 【請求項６】 前記光源が，フェムト秒パルスレーザ又
は半導体レーザであることを特徴とする請求項１から請
求項５のいずれかの請求項に記載の偏光解析装置。 - 【請求項７】 前記光分割手段又は前記光分割装置が，
ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１から
請求項６のいずれかの請求項に記載の偏光解析装置。 - 【請求項８】 光源から光パルスを発生させる発生ステ
ップと、前記光源から射出された光パルスを分割する分
割ステップと、分割した一方の光パルスを入力して電磁
波を放射する電磁波放射ステップと、放射された電磁波
を平行化する平行化ステップと、平行化された電磁波か
ら第１の偏光電磁波を抽出する第１の偏光ステップと、
分割された他の一方の光パルスを用いて前記試料で反射
した前記第１の偏光電磁波を検出する第１の検出ステッ
プと、平行化された電磁波から第２の偏光電磁波を抽出
する第２の偏光ステップと、前記他の一方の光パルスを
用いて試料で反射した前記第２の偏光電磁波を検出する
第２の検出ステップと、前記他の一方の光パルスを可変
的に時間遅延させる光学的時間遅延ステップと、を有す
ることを特徴とする偏光解析方法。 - 【請求項９】 前記第１の偏光電磁波がｓ偏光電磁波
（入射面に対して電場ベクトルが垂直な電磁波）及びｐ
偏光電磁波（入射面に対して電場ベクトルが平行な電磁
波）のいずれか一方であり、前記第２の偏光電磁波が他
の一方であることを特徴とする請求項８に記載の偏光解
析方法。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2001195395A JP3550381B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 偏光解析装置及び偏光解析方法 |
| TW91114081A TW557359B (en) | 2001-06-27 | 2002-06-26 | Polarization analyzing apparatus and method for polarization analysis |
| US10/180,193 US6847448B2 (en) | 2001-06-27 | 2002-06-26 | Polarization analyzing apparatus and method for polarization analysis |
| EP20020014036 EP1271115B1 (en) | 2001-06-27 | 2002-06-27 | Polarization analyzing apparatus and method for polarization analysis |
| DE2002620213 DE60220213T2 (de) | 2001-06-27 | 2002-06-27 | Vorrichtung und Verfahren zur Polarisationsanalyse |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001195395A JP3550381B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 偏光解析装置及び偏光解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014620A true JP2003014620A (ja) | 2003-01-15 |
| JP3550381B2 JP3550381B2 (ja) | 2004-08-04 |
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ID=19033373
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001195395A Expired - Fee Related JP3550381B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 偏光解析装置及び偏光解析方法 |
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| EP (1) | EP1271115B1 (ja) |
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| TW (1) | TW557359B (ja) |
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