JP2006317407A - Terahertz measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、テラヘルツイメージング装置、テラヘルツ分光装置など、被検物(被測定試料)の照明にテラヘルツ光を用いたテラヘルツ測定装置に関する。 The present invention relates to a terahertz measuring apparatus using terahertz light for illumination of a test object (sample to be measured), such as a terahertz imaging apparatus or a terahertz spectrometer.
テラヘルツ光は、おおよそ0.01THzから100THzまでの周波数帯の電磁波であり、近年、物質の同定、分析、検査、イメージングなどへの適用が有力視されている。このテラヘルツ光を利用したテラヘルツ測定装置は、既に幾つか開発されており、特許文献1,2にも開示されている。
テラヘルツ測定装置は、専用の発生器から発光したテラヘルツ光で被検物を照明し、被検物から射出したテラヘルツ光を専用の検出器で検出するものである。測定の種類には、被検物からの反射光を検出する反射測定と、被検物からの透過光を検出する透過測定とがあり、それらは測定の目的や被検物の種類などに応じて使い分けられる。
Terahertz light is an electromagnetic wave having a frequency band of approximately 0.01 THz to 100 THz, and in recent years, its application to identification, analysis, inspection, imaging, etc. of substances has been considered promising. Several terahertz measuring devices using this terahertz light have already been developed and disclosed in
The terahertz measuring device illuminates a test object with terahertz light emitted from a dedicated generator, and detects terahertz light emitted from the test object with a dedicated detector. There are two types of measurement: reflection measurement that detects reflected light from the test object and transmission measurement that detects transmitted light from the test object, depending on the purpose of the measurement and the type of test object. Can be used properly.
例えば、特許文献1には、透過測定用の光学系と反射測定用の光学系とが各々搭載されたテラヘルツ測定装置が開示されている。さらに、特許文献2には、透過測定用の光学系と反射測定用の光学系との大部分を共用させたテラヘルツ測定装置が開示されている。
本発明者は、両者の共用部分を拡大し、装置のさらなるコンパクト化を試みた。それを極めるため、1つの検出器を透過測定と反射測定とに共用する可能性を検討した。
そこで本発明は、被検物の透過測定と反射測定との双方を、1つの検出器を共用しながら確実に分離して行うことの可能なテラヘルツ測定装置を提供することを目的とする。
The present inventor has attempted to further reduce the size of the apparatus by expanding the common part of both. In order to achieve this, we examined the possibility of sharing one detector for transmission and reflection measurements.
Therefore, an object of the present invention is to provide a terahertz measuring apparatus that can perform both transmission measurement and reflection measurement of an object to be reliably separated while sharing one detector.
本発明のテラヘルツ測定装置は、テラヘルツ光で被検物を照明する照明光学系と、前記被検物から発生した前記テラヘルツ光の透過光と反射光とを同一光路に導く統合手段と、前記同一光路に配置された1つの検出器とを備えたテラヘルツ測定装置において、前記検出器へ入射する前記透過光及び前記反射光の偏光方位に差異を設ける偏光手段を更に備え、前記検出器は、入射したテラヘルツ光の互いに異なる偏光成分を分離して検出するよう構成されることを特徴とする。 The terahertz measurement device of the present invention includes an illumination optical system that illuminates a test object with terahertz light, an integration unit that guides transmitted light and reflected light of the terahertz light generated from the test object to the same optical path, and the same In the terahertz measuring device including one detector disposed in the optical path, the terahertz measuring device further includes polarizing means for providing a difference in polarization azimuth between the transmitted light and the reflected light incident on the detector. The terahertz light is configured to separate and detect different polarization components.
なお、前記検出器には、入射したテラヘルツ光の互いに異なる偏光成分を個別に検出する1対のアンテナが備えられるとよい。また、本発明のテラヘルツ測定装置には、前記照明及び前記検出のタイミングを制御する制御手段が備えられてもよい。 The detector may include a pair of antennas that individually detect different polarization components of incident terahertz light. Moreover, the terahertz measurement apparatus of the present invention may include a control unit that controls the timing of the illumination and the detection.
本発明によれば、被検物の透過測定と反射測定との双方を、1つの検出器を共用しながら確実に分離して行うことの可能なテラヘルツ測定装置が実現する。 According to the present invention, a terahertz measurement device capable of reliably separating and performing both transmission measurement and reflection measurement of a test object while sharing a single detector is realized.
[実施形態]
図1,図2,図3,図4,図5を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、テラヘルツ分光装置の実施形態である。
図1は、本装置の原理を説明するブロック図である。図1に示すように、本装置では、テラヘルツ発生器から発生したテラヘルツ光は、光学系を介して被検物を照明する。その被検物から射出したテラヘルツ光の透過光及び反射光は、偏光方位を調節する光学系と、その他の光学系とを介して同一光路に統合され、同一のテラヘルツ光検出器に入射する。このうち、偏光方位を調節する光学系は、テラヘルツ光検出器に入射する透過光の偏光方位と反射光の偏光方位とに差異を設けるものであり、検出器は、入射したテラヘルツ光を、偏光成分毎に検出するものである。
[Embodiment]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5. This embodiment is an embodiment of a terahertz spectrometer.
FIG. 1 is a block diagram illustrating the principle of this apparatus. As shown in FIG. 1, in this apparatus, the terahertz light generated from the terahertz generator illuminates the test object via the optical system. The transmitted light and reflected light of the terahertz light emitted from the test object are integrated into the same optical path through the optical system for adjusting the polarization direction and the other optical system, and enter the same terahertz light detector. Of these, the optical system that adjusts the polarization azimuth provides a difference between the polarization azimuth of the transmitted light incident on the terahertz light detector and the polarization azimuth of the reflected light, and the detector polarizes the incident terahertz light. This is detected for each component.
図2は、本装置の概略構成図である。図2は、各部の光学的関係を示すことを主とした模式図であり、各光路の折り曲げ回数や光路長などは実際のものとは異なる場合がある。
図2に示すように、本装置には、テラヘルツ光を導光する光学系として、テラヘルツ光発生器4,軸外し放物面鏡(コリメータミラー)3A,3B,偏光子71,72,73,74,テラヘルツ光検出器5,光路折り曲げミラー1A,1Bなどが備えられ、その光路の所定箇所に、半導体などの被検物(試料)10が配置される。また、本装置には、制御用レーザを導光する光学系として、レーザ光源6,光路折り曲げミラー1a,1b,1c,1d,1e,1f,ビームスプリッタ2,レトロリフレクタ9,レトロリフレクタ9を支持する遅延ステージ8,レンズ2などが備えられる。その他、測定回路25,各部を制御するコンピュータ(不図示)なども備えられる。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the apparatus. FIG. 2 is a schematic diagram mainly showing the optical relationship of each part, and the number of times each optical path is bent and the optical path length may differ from the actual ones.
As shown in FIG. 2, this apparatus includes a
レーザ光源6は、制御用レーザとして、パルス幅10〜150fs程度のレーザパルス光を発光する。このレーザパルス光は、光路折り曲げミラー1aを介してビームスプリッタ2に入射し、そこで分岐される。
ビームスプリッタ2で分岐されたレーザパルス光の一方は、光路折り曲げミラー1b,レンズ2を介してテラヘルツ光発生器4に入射し、テラヘルツ光発生器4を励起する。つまり、このレーザパルス光は、ポンプ光の役割をする。
The
One of the laser pulse beams branched by the
ビームスプリッタ2で分岐されたレーザパルス光の他方は、光路折り曲げミラー1c,1d,レトロリフレクタ9,光路折り曲げミラー1f,1e,レンズ2を介してテラヘルツ光検出器5に入射する。このレーザパルス光は、テラヘルツ光検出器5のプローブ光の役割をする。
テラヘルツ光発生器4は、与えられたポンプ光に応じて、0.01THz〜100THzの周波数帯のテラヘルツパルス光を発光する。このテラヘルツパルス光は、その発光点と等価な位置に焦点を有した軸外し放物面鏡3Aで反射し、平行光となる。平行光となったテラヘルツパルス光は、偏光子71,72を介して被検物10の測定領域を正面から照明する。
The other of the laser pulse beams branched by the
The
被検物10の測定領域に入射したテラヘルツパルス光のうち、測定領域を透過したもの(透過パルス光)は、測定領域の複素誘電率や電気的特性や不純物濃度等の情報を含む光となり、光路折り曲げミラー1A,1Bを介して偏光子74に入射する。そのテラヘルツパルス光は、偏光子74を透過し、軸外し放物面鏡3Bに入射して集光作用を受け、軸外し放物面鏡3Bの焦点と等価な位置に検出中心を有したテラヘルツ光検出器5に入射する。
Of the terahertz pulse light incident on the measurement region of the
被検物10の測定領域に入射したテラヘルツパルス光のうち、測定領域で反射したもの(反射パルス光)は、測定領域の複素誘電率や電気的特性や不純物濃度等の情報を含む光となり、偏光子72を介して偏光子71に戻り、そこで反射する。そのテラヘルツパルス光は、偏光子74に入射し、そこで反射して透過パルス光と同じ光路に統合され、軸外し放物面鏡3Bを介してテラヘルツ光検出器5に入射する。
Of the terahertz pulse light incident on the measurement region of the
テラヘルツ光検出器5は、入射したテラヘルツパルス光と、与えられたプローブ光とに応じて電流を生成する。その電流値は、テラヘルツパルス光がテラヘルツ光検出器5に生起させた電場強度の時間変化波形(以下、単に「波形」という。)のうち、プローブ光が与えられたタイミングに相当する箇所の値を示す。テラヘルツ光検出器5が生成した電流値は、測定回路25によって検出され、その検出信号は不図示のコンピュータに取り込まれ、処理される。なお、測定回路25は、電流計、電流/電圧変換回路、ロックイン増幅器、A/D変換回路、定電圧電源、バイアス電圧印加装置、信号変調装置などを備え、テラヘルツ光検出器5及びテラヘルツ光発生器4をそれぞれ適切に動作させる。
The
以上の本装置では、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→偏光子71→偏光子72→被検物10→偏光子73→光路折り曲げミラー1A→光路折り曲げミラー1B→偏光子74→軸外し放物面鏡3B→テラヘルツ光検出器5を順に経由するテラヘルツパルス光(透過パルス光)の光路が、透過測定用の光路である。
また、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→偏光子71→偏光子72→被検物10→偏光子72→偏光子71→偏光子74→軸外し放物面鏡3B→テラヘルツ光検出器5を順に経由するテラヘルツパルス光(反射パルス光)の光路が、反射測定用の光路である。
In the above apparatus, the
Further, the
以上の本装置では、レーザ光源6が駆動されると、被検物10がテラヘルツパルス光で照明され、その被検物10から同じタイミングで発生した透過パルス光と反射パルス光とは、略同じタイミングで同じテラヘルツ光検出器5に入射する。
なお、透過パルス光の光路長と反射パルス光の光路長とを同じに設定すれば、その入射タイミングを完全に一致させることができる。そうすれば、被検物10の状態変化が高速で生じた場合にも、同じ状態で透過測定と反射測定とを行うことができる。因みに、図2では両者の光路長が若干異なるが、短い方の光路を光路折り曲げミラーを用いて引き回せば、両者を同じに設定することが可能である。
In the above apparatus, when the
In addition, if the optical path length of the transmitted pulse light and the optical path length of the reflected pulse light are set to be the same, the incident timings can be completely matched. Then, even when the state change of the
ここで、本装置では、テラヘルツ光検出器5に入射する透過パルス光と反射パルス光との間に90°の偏光方位ずれが付与される。このため、偏光子71へ最初に入射するテラヘルツパルス光の偏光方位と、偏光子71,72,73,74の各透過軸(反射軸)の方位とが最適化される(詳細は後述)。また、テラヘルツ光検出器5及び測定回路25は、入射したテラヘルツパルス光のうち、90°ずれた2つの偏光成分の電場強度を個別に検出できるように構成されている(詳細は後述)。
Here, in the present apparatus, a 90 ° polarization misalignment is imparted between the transmitted pulsed light and the reflected pulsed light incident on the
また、本装置では、遅延ステージ8の位置を図2中の矢印の方向にずらすと、ポンプ光の入射タイミングからプローブ光の入射タイミングまでの遅延時間が変化するので、テラヘルツ光検出器5による波形の検出箇所がずれる。よって、遅延ステージ8を各位置に配置してレーザ光源6を駆動すれば、透過パルス光及び反射パルス光の波形の全貌がそれぞれ検知される。不図示のコンピュータは、その透過パルス光及び反射パルス光の波形に対し個別に処理(フーリエ変換など)を施し、透過パルス光の分光データと、反射パルス光の分光データとをそれぞれ抽出する。
Further, in this apparatus, if the position of the
以下、偏光子71,72,73,74を詳細に説明する。
図3は、偏光子71,72,73,74を詳細に説明する図である。図3(A1)〜(A6)は透過測定用の光路に配置された各素子を、図3(B1)〜(B7)は反射測定用の光路に配置された各素子をそれぞれ示している。なお、図3中のX方向,Y方向は、図2におけるX方向,Y方向に対応している。つまり、X方向は、光軸の存在する平面に垂直であり、Y方向は、光軸の存在する平面に平行である(この方向表記は、他の各図でも同様)。また、白抜き矢印は、各素子に入射するテラヘルツパルス光の偏光方位を示す。
Hereinafter, the
FIG. 3 is a diagram for explaining the
先ず、偏光子71へ最初に入射するテラヘルツパルス光の偏光方位を、Y方向とする。このとき、偏光子71の透過軸T71はY方向(反射軸R71はX方向)に設定される(図3(A1),(B1),(B5)参照)。また、偏光子72の透過軸T72はX方向及びY方向から45°だけずれた方向に設定される(図3(A2),(B2),(B4)参照)。また、偏光子73の透過軸T73はY方向に設定される(図3(A4)参照)。また、偏光子74の透過軸T74はY方向(反射軸R74はX方向)に設定される(図3(A5),(B6)参照)。なお、偏光子71,72,73,74の各々には、0.01THz〜100THzの周波数帯のテラヘルツパルス光に対して偏光子の作用をする素子、例えば「ワイヤーグリッド」が用いられる。各素子の作用を、透過測定用の光路、反射測定用の光路について個別に説明すると、次のとおりである。
First, the polarization direction of the terahertz pulse light that first enters the
(透過測定用の光路における各素子の作用)
図3(A1)に示すように、偏光子71へ最初に入射するテラヘルツパルス光は、偏光子71の透過軸T71と同じ方向に偏光しているので、その偏光子71を透過して偏光子72へ向かう。
図3(A2)に示すとおり、偏光子72に入射するテラヘルツパルス光は、偏光子72の透過軸T72と45°ずれた方向に偏光しているので、透過軸T72と平行な偏光成分のみが偏光子72を透過し、被検物10を照明する(図3(A3))。なお、透過軸T72と垂直な偏光成分は、偏光子72を反射し、不要な光となる。照明された被検物10から射出した透過パルス光は、偏光子73へ向かう。
(Operation of each element in the optical path for transmission measurement)
As shown in FIG. 3 (A1), the terahertz pulse light to first enters the
As shown in FIG. 3 (A2), the terahertz pulsed light incident on the
図3(A4)に示すとおり、偏光子73に入射した透過パルス光は、偏光子73の透過軸T73と45°ずれた方向に偏光しているので、透過軸T73と平行な偏光成分のみが偏光子73を透過し、偏光子74へ向かう。なお、透過軸T73と垂直な偏光成分は、偏光子73を反射し、不要な光となる。
図3(A5)に示すとおり、偏光子74に入射する透過パルス光は、偏光子74の透過軸T74と同じ方向に偏光しているので、偏光子74を透過し、テラヘルツ光検出器5へ向かう。したがって、テラヘルツ光検出器5に入射する透過パルス光の偏光方位は、透過軸T74と同じY方向となる(図3(A6))。
As shown in FIG. 3 (A4), the transmitted pulsed light incident on the
As shown in FIG. 3 (A5), transmitted pulse light incident on the
(反射測定用の光路における各素子の作用)
反射測定用の光路のうち被検物10を照明するまでの光路(図3(B1),(B2),(B3))は、透過測定用の光路のそれ(図3(A1),(A2),(A3))と同じである。被検物10から射出した反射パルス光は、偏光子72へ戻る。
図3(B4)に示すとおり、偏光子72に戻る反射パルス光は、偏光子72の透過軸T72と同じ方向に偏光しているので、偏光子72を透過し、偏光子71へ戻る。
(Effect of each element in the optical path for reflection measurement)
Of the optical path for reflection measurement, the optical path (FIG. 3 (B1), (B2), (B3)) until the
As shown in FIG. 3 (B 4), the reflected pulse light returning to the
図3(B5)に示すとおり、偏光子71に戻る反射パルス光は、偏光子71の反射軸R71と45°ずれた方向に偏光しているので、反射軸R71と平行な偏光成分のみが偏光子71を反射し、偏光子74へ向かう。なお、反射軸R71と垂直な偏光成分は、偏光子74を透過し、不要な光となる。
図3(B6)に示すとおり、偏光子74に入射する反射パルス光は、偏光子74の反射軸R74と同じ方向に偏光しているので、偏光子74にて反射し、テラヘルツ光検出器5へ向かう。したがって、テラヘルツ光検出器5に入射する反射パルス光の偏光方位は、反射軸R74と同じX方向となる(図3(B7))。この反射パルス光の偏光方位(=X方向)は、透過パルス光の偏光方位(=Y方向)と90°異なる。
As shown in FIG. 3 (B5), the reflected pulse light returning to the
As shown in FIG. 3 (B6), the reflected pulsed light incident on the
以下、テラヘルツ光検出器5を詳細に説明する。
図4は、テラヘルツ光検出器5を詳細に説明する図である。図4に示すように、テラヘルツ光検出器5は、半導体基板23と、半導体基板23に形成された光伝導膜22と、光伝導膜22上に形成された金属製の導電膜21と、半球レンズ24とを有する。光伝導膜22の中央の領域Cに、テラヘルツパルス光(=透過パルス光及び反射パルス光)T2、プローブ光L3が入射する。
Hereinafter, the
FIG. 4 is a diagram for explaining the
導電膜21のパターンは、その入射領域Cの周りに4つのL字型パターンを均等配置してなる。それら4つのL字型パターンは、それぞれ同型同大であり、互いの配置方向のみが90°ずつずれている。このうち、互いに180°ずれた2つのL字型パターンが、1つのダイポール型アンテナを成す。よって、導電膜21の全体は、アンテナ方向の互いに直交する1対のダイポール型アンテナとなる。
The pattern of the
より詳細には、図4(b)に示すように、一方のダイポール型アンテナ21Aは、2つのL字型パターンA1,A2を入射領域Cの中心に関し点対称に配置したものであり、入射領域C内でギャップを介して対向する2つのパターンが、アンテナとして機能する。そのギャップの方向(=X方向)が、ダイポール型アンテナ21Aのアンテナ方向である。
また、他方のダイポール型アンテナ21Bは、2つのL字型パターンB1,B2を入射領域Cの中心に関し点対称に配置したものであり、入射領域C内でギャップを介して対向する2つのパターンが、アンテナとして機能する。そのギャップの方向(=Y方向)が、ダイポール型アンテナ21Bのアンテナ方向である。
More specifically, as shown in FIG. 4B, one
The
図5は、測定回路25(特に電流計の周辺)を説明する図である。また、図5には、接続関係を示すため、テラヘルツ光検出器5のアンテナ部分も図示した。
図5に示すように、測定回路25内には、1対の電流計25a,25bが備えられる。一方の電流計25aには、ダイポール型アンテナ21Aの2つのL字型パターンA1,A2(L字型伝送線路)が接続され、他方の電流計25bには、ダイポール型アンテナ21Bの2つのL字型パターンB1,B2(L字型伝送線路)が接続される。
FIG. 5 is a diagram illustrating the measurement circuit 25 (particularly around the ammeter). FIG. 5 also shows the antenna portion of the
As shown in FIG. 5, the
ダイポール型アンテナ21Aのアンテナ部31aは、入射領域Cに入射したテラヘルツパルス光のうち、そのアンテナ方向(=X方向)に偏光する成分の電場強度に応じて、電流を生成する。その電流値は、電流計25aによって検出される。
また、ダイポール型アンテナ21Bのアンテナ部31bは、入射領域Cに入射したテラヘルツパルス光のうち、そのアンテナ方向(=Y方向)に偏光する成分の電場強度に応じて、電流を生成する。その電流値は、電流計25bによって検出される。
The
The
つまり、測定装置25は、1対の電流計25a,25bにより、透過パルス光(偏光方位=Y方向)の電場強度を示す検出信号と、反射パルス光(偏光方位=X方向)の電場強度を示す検出信号とを、個別に生成する。これら2種類の検出信号は、不図示の電流/電圧変換回路やロックイン増幅器、A/D変換回路などを経た後、不図示のコンピュータによってそれぞれ認識され、個別に処理される。
That is, the measuring
ここで、ダイポール型アンテナ21A,21Bの各部のサイズ例を以下に示す。
・アンテナ部31a,31bのギャップ長・・・5μm,
・導電膜21のパターン幅・・・4μm,
・アンテナ部31a,31bから折れ曲がるまでのパターン長さd・・・10〜20μm,
なお、一般に、アンテナ部31a,31bギャップ長と導電膜21のパターン幅は、入射領域Cの直径より若干狭く設定され、パターン長さdは、テラヘルツパルス光の検出すべき周波数帯域に応じた値に設定される。また、アンテナ部31aのギャップ長とアンテナ部31bのギャップ長とを等しく採れば、透過パルス光と反射パルス光とを、同一条件の下で検出することができる。
Here, a size example of each part of the
・ Gap length of
-Pattern width of the
-Pattern length d until bending from
In general, the gap lengths of the
以上、本装置では、被検物10から発生した透過パルス光及び反射パルス光を1つのテラヘルツ光検出器5に入射させる。また、テラヘルツ光検出器5に入射する透過パルス光と反射パルス光とには、偏光子71,72,73,74により、90°の偏光方位ずれが付与される。また、テラヘルツ光検出器5には、アンテナ方向の90°ずれた1対のアンテナが備えられる。
As described above, in the present apparatus, the transmitted pulsed light and the reflected pulsed light generated from the
したがって、本装置は、テラヘルツ光検出器5を1つしか備えていないにも拘わらず、透過パルス光及び反射パルス光を分離して検出することができる。
また、本装置は、1つのテラヘルツ光検出器5を透過測定と反射測定とに共用するので、部品点数が削減される。したがって、低コスト化・省スペース化が図られる。
また、本装置では、透過測定用の光路と反射測定用の光路との2系統が同時に形成されるので、透過パルス光と反射パルス光とを同時に検出することができる。したがって、透過パルス光と反射パルス光との双方を検出するために、光路切り替えをする必要は無い。
Therefore, although this apparatus is provided with only one
Moreover, since this apparatus shares one
Further, in this apparatus, since two systems of the optical path for transmission measurement and the optical path for reflection measurement are formed at the same time, the transmitted pulse light and the reflected pulse light can be detected simultaneously. Therefore, there is no need to switch the optical path in order to detect both transmitted pulsed light and reflected pulsed light.
また、透過測定及び反射測定のトータルの測定時間を削減することができる。また、被検物10が状態変化する場合でも、同じ状態で透過測定と反射測定との双方を行うことができる。
また、本装置では、透過パルス光の光路長と反射パルス光の光路長とを完全に一致させたので、透過パルス光と反射パルス光とが完全に同時検出される。よって、両者の波形の検知、ひいては両者の分光データの取得は、最短時間で行われる。
Further, the total measurement time for transmission measurement and reflection measurement can be reduced. Even when the state of the
Further, in this apparatus, since the optical path length of the transmitted pulse light and the optical path length of the reflected pulse light are completely matched, the transmitted pulse light and the reflected pulse light are completely detected simultaneously. Therefore, the detection of both waveforms and the acquisition of the spectral data of both are performed in the shortest time.
[測定回路25の変形例]
図6は、測定回路25(特に電流計の近傍)の変形例を説明する図である。図6には、接続関係を示すため、テラヘルツ光検出器5のアンテナ部分も図示した。
図6に示すように、本変形例の測定回路25には、切り替えスイッチ26と1つの電流計27とが備えられる。切換えスイッチ26の端子Ta1,Ta2は、ダイポール型アンテナ21Aの2つのL字型パターンA2,A1にそれぞれ接続され、切り替えスイッチ26の端子Tb1,Tb2は、ダイポール型アンテナ21Bの2つのL字型パターンB2,B1にそれぞれ接続されている。また、切換えスイッチ26の端子Tc1,Tc2は、電流計27に接続されている。
[Modification of Measurement Circuit 25]
FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the measurement circuit 25 (particularly in the vicinity of the ammeter). FIG. 6 also shows the antenna portion of the
As shown in FIG. 6, the
このうち、端子Ta1と端子Tc1とが接続され、かつ端子Ta2と端子Tc2とが接続された状態では、アンテナ部31aのみが有効となる。一方、端子Tb1と端子Tc1とが接続され、かつ端子Tb2と端子Tc2とが接続された状態では、アンテナ部31bのみが有効となる。
よって、本変形例の測定回路25は、電流計27を1つしか備えていないにも拘らず、透過パルス光と反射パルス光との双方を検出することができる。但し、上述した実施形態の測定装置25とは異なり、端子の接続切り替えを要し、また、透過パルス光と反射パルス光とを非同時に検出することになる。
Among these, in a state where the terminal Ta1 and the terminal Tc1 are connected and the terminal Ta2 and the terminal Tc2 are connected, only the
Therefore, the
[テラヘルツ光検出器5の変形例]
また、テラヘルツ光検出器5の1対のアンテナには、上述したものと異なるタイプのアンテナを用いてもよい。また、上述した1対のアンテナの位置が重なり合っていたが、1対のアンテナの位置が離れていてもよい。
例えば、図7に示すようなH状パターンの1対のアンテナ121A,121Bを、導電膜122上の互いに異なる位置に独立して配置してもよい。図7において、符号131aで示す部分が、X方向の偏光成分を検出するアンテナとして機能し、符号131Bで示す部分が、Y方向の偏光成分を検出するアンテナとして機能する。この場合も、テラヘルツパルス光とプローブ光の入射領域は、アンテナ121A,121Bの双方のアンテナ部分131a,131bをカバーする。
[Modification of Terahertz Photodetector 5]
In addition, as the pair of antennas of the
For example, a pair of
[偏光子の配置方法の第1変形例]
また、偏光子の配置方法は、上述したものに限定されることはなく、例えば、図8に示すように変形してもよい。
図8は、本変形例の偏光子の配置方法を説明する図である。なお、図8では、テラヘルツ光を導光する光学系のみを簡略化して描いた。また、図8において、符号1A’,1B’は、テラヘルツパルス光を分岐・統合するハーフミラー(シリコン板など)であり、符号81,82は、偏光子(ワイヤーグリッドなど)である。なお、ハーフミラー1A’,1B’は、入射したテラヘルツパルス光の一部を偏光方位に依らず反射し、他の一部を偏光方位に依らず透過する。
[First Variation of Polarizer Arrangement Method]
Further, the arrangement method of the polarizer is not limited to the above-described one, and may be modified as shown in FIG. 8, for example.
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of arranging the polarizers of this modification. In FIG. 8, only the optical system that guides the terahertz light is illustrated in a simplified manner. In FIG. 8,
図8に示すように、本変形例の透過測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→ハーフミラー1A’→被検物10→偏光子81→偏光子82→光路折り曲げミラー1A→光路折り曲げミラー1B→ハーフミラー1B’→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。この透過測定用の光路には、2つの偏光子81,82が配置されている。
一方、本変形例の反射測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→ハーフミラー1A’→被検物10→ハーフミラー1A’→ハーフミラー1B’→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。この反射測定用の光路には、偏光子が配置されていない。
As shown in FIG. 8, the optical path for transmission measurement of this modification is the
On the other hand, the optical path for reflection measurement of this modification is an optical path that passes through the
図9は、偏光子81,82を詳細に説明する図である。なお、図9の表記方法は図3のそれと同じである。また、ハーフミラー1A’へ最初に入射するテラヘルツパルス光の偏光方位は、Y方向であるとする。
先ず、図9(A1)に示すとおり、偏光子81の透過軸T81は、X方向及びY方向から45°だけずれた方向に設定され、図9(A2)に示すとおり、偏光子82の透過軸T82は、X方向に設定される。
FIG. 9 is a diagram illustrating the
First, as shown in FIG. 9 (A1), the transmission axis T81 of the polarizer 81 is set in a direction shifted by 45 ° from the X direction and the Y direction. As shown in FIG. The transmission axis T82 is set in the X direction.
このとき、透過測定用の光路を経由した透過パルス光の偏光方位は、2つの偏光子81,82の作用により、図9(A1),図9(A2),図9(A3)に示すとおり変化し、テラヘルツ光検出器5に入射するときには、X方向となる。
一方、反射測定用の光路を経由した反射パルス光の偏光方位は、何ら変化せず、図9(B1)に示すとおり、テラヘルツ光検出器5に入射するときにも、Y方向のままである。
At this time, the polarization direction of the transmitted pulsed light passing through the optical path for transmission measurement is as shown in FIG. 9 (A1), FIG. 9 (A2), and FIG. 9 (A3) by the action of the two
On the other hand, the polarization direction of the reflected pulsed light passing through the optical path for reflection measurement does not change at all, and remains in the Y direction when entering the
したがって、本変形例においても、上述した実施形態と同様、テラヘルツ光検出器5へ入射する透過パルス光と反射パルス光とに、90°の偏光方位ずれが付与される。
[偏光子の配置方法の第2変形例]
また、偏光子の配置方法は、例えば、図10に示すように変形してもよい。
図10は、本変形例の偏光子の配置方法を説明する図である。なお、図10の表記方法は、図8のそれと同じである。
Therefore, also in the present modification, as in the above-described embodiment, a 90 ° polarization misalignment is imparted to the transmitted pulsed light and the reflected pulsed light incident on the
[Second Modification of Polarizer Arrangement Method]
Further, the arrangement method of the polarizer may be modified as shown in FIG. 10, for example.
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of arranging the polarizers according to this modification. In addition, the notation method of FIG. 10 is the same as that of FIG.
図10に示すように、変形例に備えられる偏光子の数は、1つ(偏光子81のみ)である。透過測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→ハーフミラー1A’→被検物10→光路折り曲げミラー1A→光路折り曲げミラー1B→偏光子81→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。一方、反射測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→ハーフミラー1A’→被検物10→ハーフミラー1A’→偏光子81→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。
As shown in FIG. 10, the number of polarizers provided in the modification is one (only the polarizer 81). The optical path for transmission measurement is an optical path that passes through the
本変形例では、ハーフミラー1A’へ入射するテラヘルツパルス光の偏光方位をY方向とすると、偏光子81の透過軸は、Y方向から45°だけずれた方向に設定される。
このとき、被検物10を照明するテラヘルツパルス光、被検物10から射出した直後の透過パルス光、及び、被検物10から射出した直後の反射パルス光は、何れもその偏光方位がY方向である。
In this modification, when the polarization direction of the terahertz pulse light incident on the
At this time, the polarization direction of the terahertz pulse light that illuminates the
透過測定用の光路を経由する透過パルス光は、偏光子81を透過すると、その偏光方向が偏光子81の透過軸の方向のみに制限される。一方、反射測定用の光路を経由する反射パルス光は、偏光子81を反射すると、その偏光方向が偏光子81の反射軸(透過軸と90°の角度を成す)の方向のみに制限される。
したがって、テラヘルツ光検出器5へ入射するときの透過パルス光と反射パルス光とには、90°の偏光方位ずれが付与される。
When the transmitted pulse light passing through the optical path for transmission measurement is transmitted through the
Therefore, a 90 ° polarization misalignment is imparted to the transmitted pulsed light and the reflected pulsed light when entering the
つまり、本変形例でも、上述した実施形態や変形例と同じ効果を得ることができる。しかも、1つの偏光子81が偏光方位の調整と光路統合とに兼用されるので、部品点数が削減される。
なお、偏光子の配置方法には、以上説明したものの他、例えば、透過測定用の単独光路と反射測定用の単独光路とに1つずつ偏光子を配置する方法もある。その場合、その2つの偏光子の透過軸のなす角度を90°とし、各偏光子の透過軸を、入射するテラヘルツパルス光の偏光方位と45°となるように設定すればよい。
That is, this modification can also obtain the same effects as the above-described embodiment and modification. In addition, since one
In addition to the above-described methods for arranging the polarizers, for example, there is a method in which one polarizer is arranged for each of the single optical path for transmission measurement and the single optical path for reflection measurement. In that case, the angle formed by the transmission axes of the two polarizers may be 90 °, and the transmission axis of each polarizer may be set to be 45 ° with the polarization direction of the incident terahertz pulse light.
[照明タイプの第1変形例]
また、照明タイプは、上述したものに限定されることはなく、例えば、図11に示すように変形してもよい。
図11は、本変形例の照明タイプを説明する図である。なお、図11では、テラヘルツ光を導光する光学系のみを描いた。
[First modification of illumination type]
Further, the illumination type is not limited to those described above, and may be modified as shown in FIG. 11, for example.
FIG. 11 is a diagram for explaining the illumination type of this modification. In FIG. 11, only the optical system that guides the terahertz light is illustrated.
図11に示すように、本変形例の照明光路は、2系統あり、その一方は、透過測定用の照明光路であり、他方は、反射照明用の照明光路である。また、被検物10を照明する光束は、平行光束ではなく、集光光束となっている。
透過測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→ハーフミラー1A’→軸外し放物面鏡3B→被検物10→軸外し放物面鏡3C→偏光子81→軸外し放物面鏡3D→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。この透過測定用の光路によると、被検物10は正面から照明される。
As shown in FIG. 11, there are two illumination optical paths in this modification, one of which is an illumination optical path for transmission measurement, and the other is an illumination optical path for reflected illumination. Further, the light beam that illuminates the
The optical path for transmission measurement is: terahertz
反射測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→ハーフミラー1A’→軸外し放物面鏡3E→光路折り曲げミラー1A→被検物10→光路折り曲げミラー1B→軸外し放物面鏡3F→偏光子81→軸外し放物面鏡3D→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。この反射測定用の光路によると、被検物10は斜め方向から照明される。
The optical path for reflection measurement is: terahertz
このように照明光路を2系統にした場合であっても、偏光子81が適切に配置されていれば、上述した各装置と同じ効果を得ることができる。因みに、図11に示す本変形例では、図10に示した装置と同様、1つの偏光子81を偏光方位の調整と光路統合とに兼用した。
[照明タイプの第2変形例]
図12は、本変形例の照明タイプを説明する図である。なお、図12では、テラヘルツ光を導光する光学系のみを描いた。
Thus, even when the illumination light path is made into two systems, the same effects as those of the above-described devices can be obtained as long as the
[Second modification of illumination type]
FIG. 12 is a diagram for explaining the illumination type of the present modification. In FIG. 12, only an optical system that guides terahertz light is illustrated.
図12に示すように、本変形例の照明光路は1系統であり、被検物10を照明する光束は、集光光束である。
透過測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→軸外し放物面鏡3B→光路折り曲げミラー1A→被検物10→軸外し放物面鏡3C→偏光子81→軸外し放物面鏡3D→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。
As shown in FIG. 12, the illumination optical path of this modification is one system, and the light beam that illuminates the
The optical path for transmission measurement is: terahertz
反射測定用の光路は、テラヘルツ光発生器4→軸外し放物面鏡3A→軸外し放物面鏡3B→光路折り曲げミラー1A→被検物10→光路折り曲げミラー1B→軸外し放物面鏡3E→偏光子81→軸外し放物面鏡3D→テラヘルツ光検出器5を順に経由する光路である。
この場合も、偏光子81が適切に配置されていれば、上述した各装置と同じ効果を得ることができる。因みに、図12に示す本変形例では、図10に示した装置と同様、1つの偏光子81を偏光方位の調整と光路統合とに兼用した。
The optical path for reflection measurement is: terahertz
Also in this case, if the
[その他の変形例]
なお、上述した各装置において、テラヘルツ光を導光する光学系の雰囲気は、真空状態に保たれることが望ましい。なぜなら、水蒸気はテラヘルツ光を吸収する特徴があり、大気中の水蒸気の影響を排除する必要があるからである。
また、上述した各装置において、被検物10を移動させる機構が付加されてもよい。被検物10を配置面に沿って移動させれば、被検物10上を測定領域が移動するので、イメージング機能を付与することができる。
[Other variations]
In each of the above-described apparatuses, it is desirable that the atmosphere of the optical system that guides the terahertz light is kept in a vacuum state. This is because water vapor has a characteristic of absorbing terahertz light and it is necessary to eliminate the influence of water vapor in the atmosphere.
In each of the above-described devices, a mechanism for moving the
また、上述した各装置は、テラヘルツ分光装置に本発明を適用したものであるが、本発明は、テラヘルツ分光装置以外にも、非走査型のテラヘルツ分光イメージング装置や、分光機能の搭載されていないテラヘルツイメージング装置などにも同様に適用可能である。因みに、非走査型の分光イメージング装置には、被検物から射出したテラヘルツパルス光を結像する結像光学系や、その結像面の電場強度分布を一括検出するための電気光学結晶、偏光板などが備えられる。 In addition, each of the above-described devices is an application of the present invention to a terahertz spectroscopic device, but the present invention is not equipped with a non-scanning terahertz spectroscopic imaging device or a spectroscopic function other than the terahertz spectroscopic device. The present invention can be similarly applied to a terahertz imaging apparatus. Incidentally, the non-scanning spectroscopic imaging apparatus includes an imaging optical system that forms an image of terahertz pulse light emitted from a test object, an electro-optic crystal that detects the electric field intensity distribution on the imaging surface, and polarization A board etc. are provided.
4・・・テラヘルツ光発生器,3A,3B・・・軸外し放物面鏡(コリメータミラー),71,72,73,74・・・偏光子,6・・・レーザ光源,9・・・レトロリフレクタ,8・・・遅延ステージ,25・・・測定回路 4 ... terahertz light generator, 3A, 3B ... off-axis parabolic mirror (collimator mirror), 71, 72, 73, 74 ... polarizer, 6 ... laser light source, 9 ... Retroreflector, 8 ... Delay stage, 25 ... Measuring circuit
Claims (3)
前記被検物から発生した前記テラヘルツ光の透過光と反射光とを同一光路に導く統合手段と、
前記同一光路に配置された1つの検出器と
を備えたテラヘルツ測定装置において、
前記検出器へ入射する前記透過光及び前記反射光の偏光方位に差異を設ける偏光手段を更に備え、
前記検出器は、入射したテラヘルツ光の互いに異なる偏光成分を分離して検出するよう構成される
ことを特徴とするテラヘルツ測定装置。 An illumination optical system that illuminates the test object with terahertz light;
Integration means for guiding the transmitted light and reflected light of the terahertz light generated from the test object to the same optical path;
A terahertz measuring device comprising one detector arranged in the same optical path,
Further comprising polarization means for providing a difference in the polarization direction of the transmitted light and the reflected light incident on the detector,
The detector is configured to separate and detect different polarization components of incident terahertz light.
前記検出器には、
入射したテラヘルツ光の互いに異なる偏光成分を個別に検出する1対のアンテナが備えられる
ことを特徴とするテラヘルツ測定装置。 The terahertz measurement device according to claim 1,
The detector includes
A terahertz measuring device comprising a pair of antennas for individually detecting different polarization components of incident terahertz light.
前記照明及び前記検出のタイミングを制御する制御手段を更に備えた
ことを特徴とするテラヘルツ測定装置。 In the terahertz measuring device according to claim 1 or 2,
The terahertz measuring device further comprising control means for controlling the timing of the illumination and the detection.
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Cited By (1)
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JP2021519523A (en) * | 2018-03-30 | 2021-08-10 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック | Generation and detection of terahertz radiation with arbitrary polarization directions |
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