JP2008096210A - 単発テラヘルツ波時間波形計測装置 - Google Patents

単発テラヘルツ波時間波形計測装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008096210A
JP2008096210A JP2006276660A JP2006276660A JP2008096210A JP 2008096210 A JP2008096210 A JP 2008096210A JP 2006276660 A JP2006276660 A JP 2006276660A JP 2006276660 A JP2006276660 A JP 2006276660A JP 2008096210 A JP2008096210 A JP 2008096210A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terahertz wave
probe light
pulse
light
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006276660A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4790560B2 (ja
JP2008096210A5 (ja
Inventor
Yoichi Kawada
陽一 河田
Takashi Yasuda
敬史 安田
Hironori Takahashi
宏典 高橋
Shinichiro Aoshima
紳一郎 青島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2006276660A priority Critical patent/JP4790560B2/ja
Priority to EP07807250.1A priority patent/EP2072997B1/en
Priority to US12/444,209 priority patent/US8742353B2/en
Priority to PCT/JP2007/067843 priority patent/WO2008044424A1/ja
Publication of JP2008096210A publication Critical patent/JP2008096210A/ja
Publication of JP2008096210A5 publication Critical patent/JP2008096210A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4790560B2 publication Critical patent/JP4790560B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/23Bi-refringence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

【課題】パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を高い時間分解能で短時間に測定することができる単発テラヘルツ波時間波形計測装置を提供する。
【解決手段】単発テラヘルツ波時間波形計測装置1は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、光路長差調整部31、パルス面傾斜部32、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43および光検出器44を備える。テラヘルツ波発生部21は、ポンプ光を入力することでパルステラヘルツ波を発生し出力する。パルス面傾斜部32は、プローブ光のパルス面を傾斜させて、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面を互いに非平行とする。
【選択図】図7

Description

本発明は、測定対象物を透過または反射するテラヘルツ波の時間波形を測定し、その測定対象物の特性を評価する装置に関するものである。
テラヘルツ波は、光波と電波との中間領域に相当する0.01THz〜1000THz程度の周波数を有する電磁波であり、光波と電波との間の中間的な性質を有している。このようなテラヘルツ波の応用として、測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波の電場振幅の時間波形を測定することで該測定対象物の情報を取得する技術が研究されている(非特許文献1〜4を参照)。
テラヘルツ波を用いた測定対象物の情報の測定技術は、一般に以下のようなものである。すなわち、光源(例えば、フェムト秒レーザ光源)から出力されたパルス光は、分岐部により2分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。そのうちポンプ光はテラヘルツ波発生用の非線形光学結晶に入力されて、これにより、この非線形光学結晶からパルステラヘルツ波が発生する。この発生したテラヘルツ波は、測定対象部で透過または反射されることで該測定対象物の情報(例えば、吸収係数、屈折率)を取得し、その後、合波部によりプローブ光と合波され、プローブ光と略同一タイミングでテラヘルツ波検出用の電気光学結晶に入射される。
テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そこで、分岐部と合波部との間のプローブ光の光路上に偏光子が設けられるとともに、電気光学結晶の出力側に検光子が設けられて、この検光子を透過したプローブ光の強度が検出されることで、電気光学結晶におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物の特性が得られる。このように、テラヘルツ波を用いた測定対象物の情報の測定技術は、パルステラヘルツ波がテラヘルツ波検出用の電気光学結晶上で引き起こす電気光学効果を利用するものである。
また、一般に、テラヘルツ波のパルス幅はピコ秒程度であるのに対して、プローブ光のパルス幅はフェムト秒程度であり、テラヘルツ波と比べてプローブ光のパルス幅は数桁狭い。このことから、テラヘルツ波検出用の電気光学結晶へのプローブ光の入射タイミングが掃引されることで、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形が得られる。
Jie Shan, et al., Opt. Lett.,Vol.25, No.6, pp.426-428 (2000). Takashi Yasuda, et al., OpticalTerahertz Science and Technology (OSA Topical Meeting), Orlando, USA, March14-16, Technical Digest (CD) TuC6 (2005). Zhiping Jiang, et al., Appl.Phys. Lett., Vol.72, No.16, pp.1945-1947 (1998). Zhiping Jiang, et al., Opt.Lett., Vol.24, No.16, pp.1245-1947 (1999).
しかしながら、上記の測定対象物の情報の測定技術では、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得る為に、光源から多数のパルス光が出力されて、各パルスについて電気光学結晶へのプローブ光の入射タイミングが設定される必要があることから、所要時間が長い。
一方、非特許文献1に記載された測定対象物の情報の測定技術では、テラヘルツ波検出用の電気光学結晶に対して互いに異なる方向からテラヘルツ波およびプローブ光が入射されて、電気光学結晶においてテラヘルツ波およびプローブ光が互いに交差するようにすることで、単一パルスでパルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形が得られるとしている。
しかし、テラヘルツ波検出用の電気光学結晶におけるテラヘルツ波検出原理に関わる諸条件(位相整合条件、空間的な配置、結晶の大きさ)によって、電気光学結晶に対するテラヘルツ波およびプローブ光の入射角度は制限される。また、電気光学結晶に対して斜め入射することから、検出したパルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形は原理的に鈍り、時間分解能が悪くなる。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を高い時間分解能で短時間に測定することができる単発テラヘルツ波時間波形計測装置を提供することを目的とする。
本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置は、(1) パルス光を出力する光源と、(2)光源から出力されたパルス光を2分岐して、その2分岐したパルス光のうち一方をポンプ光とし他方をプローブ光として出力する分岐部と、(3) 分岐部から出力されたポンプ光を入力することでテラヘルツ波を発生し出力するテラヘルツ波発生部と、(4)テラヘルツ波発生部から出力され測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波と、分岐部から出力されて到達したプローブ光とを入力し、これらテラヘルツ波およびプローブ光を互いに同軸となるように合波して出力する合波部と、(5)合波部から出力されたテラヘルツ波およびプローブ光を入力し、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態を変化させて、そのプローブ光を出力する電気光学結晶と、(6)ポンプ光,テラヘルツ波およびプローブ光のうちの何れかのパルス面を傾斜させて、電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面を互いに非平行とするパルス面傾斜部と、(7)電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における偏光状態変化の分布を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置では、光源から出力されたパルス光は、分岐部により2分岐されて、その2分岐したパルス光のうち一方がポンプ光とされ、他方がプローブ光とされる。分岐部から出力されたポンプ光はテラヘルツ波発生部に入力されて、これにより、テラヘルツ波発生部からテラヘルツ波が出力される。テラヘルツ波発生部から出力され測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波と、分岐部から出力されたプローブ光とは、合波部により互いに同軸となるように合波されて出力する。合波部から出力されたテラヘルツ波およびプローブ光が電気光学結晶に入力されると、その電気光学結晶においてテラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化して、そのプローブ光が出力される。また、パルス面傾斜部により、ポンプ光,テラヘルツ波およびプローブ光のうちの何れかのパルス面が傾斜されて、電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面が互いに非平行とされる。そして、検出手段により、電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における偏光状態変化の分布が検出される。
本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置は、分岐部から合波部に到るまでのポンプ光およびテラヘルツ波の光路と、分岐部から合波部に到るまでのプローブ光の光路との、差を調整する光路長差調整部を更に備えるのが好適である。また、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置は、電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光の双方または何れか一方のビーム径を調整するビーム径調整部を更に備えるのが好適である。
本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置では、(1) パルス面傾斜部は、電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における所定方向に沿って変化させ、(2)検出手段は、電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における所定方向に沿った偏光状態変化の1次元分布を検出するのが好適である。また、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置では、(1) パルス面傾斜部は、電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における互いに直交する第1方向および第2方向それぞれに沿って変化させ、(2) 検出手段は、電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における第1方向および第2方向それぞれに沿った偏光状態変化の2次元分布を検出するのも好適である。
ここで、「パルス面の傾斜により生じる時間遅延」とは、テラヘルツ波のパルス面とプローブ光のパルス面との間に生じている時間的なずれを意味する。すなわち、テラヘルツ波およびプローブ光のうち何れかのパルス面が傾斜することにより、ビーム断面内の各位置におけるパルス面の「パルス面の傾斜により生じる時間遅延」が広がり、後述する時間窓が拡張される。
また、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置は、テラヘルツ波発生部から出力されたテラヘルツ波を測定対象物にライン状に集光して照射する集光部と、測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波をコリメートして合波部へ出力するコリメート部と、を更に備えるのが好適である。なお、集光部またはコリメート部としてシリンドリカルレンズが好適に用いられる。集光部から測定対象物に照射されたテラヘルツ波は、測定対象物を透過した後にコリメート部によりコリメートされてもよいし、測定対象物で反射された後にコリメート部によりコリメートされてもよい。後者の反射の場合には、集光部およびコリメート部は共通の光部品(例えばシリンドリカルレンズ)が用いられ得る。また、集光部によりテラヘルツ波がライン状に集光照射された測定対象物が、当該ラインに垂直な方向に走査されるのも好適である。
本発明によれば、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を高い時間分解能で短時間に測定することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、本発明の実施形態の構成と対比されるべき第1比較例および第2比較例の構成について先ず説明し、その後に、これら比較例の構成と対比しつつ実施形態の構成について説明する。
(第1比較例)
図1は、第1比較例のテラヘルツ波時間波形計測装置101の構成図である。この図に示されるテラヘルツ波時間波形計測装置101は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、光路長差調整部31、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M8を備える。
光源11は、一定の繰返し周期でパルス光を出力するものであり、好適にはパルス幅がフェムト秒程度であるパルスレーザ光を出力するフェムト秒パルスレーザ光源である。分岐部13は、例えばビームスプリッタであり、光源11から出力されたパルス光を2分岐して、その2分岐したパルス光のうち一方をポンプ光としてミラーM1へ出力し、他方をプローブ光としてミラーM4へ出力する。
分岐部13から出力されたポンプ光は、ミラーM1〜M3により順次に反射されて、テラヘルツ波発生部21に入力される。なお、分岐部13からテラヘルツ波発生部21に到るまでのポンプ光の光学系を、以下では「ポンプ光学系」という。
テラヘルツ波発生部21は、ポンプ光を入力することでパルステラヘルツ波を発生し出力するものであり、例えば、非線形光学結晶、光アンテナ素子、半導体および超伝導体の何れかを含んで構成される。テラヘルツ波発生部21が非線形光学結晶を含む場合、このテラヘルツ波発生部21は、ポンプ光入射に伴って発現する非線形光学現象によりテラヘルツ波を発生することができる。
テラヘルツ波は、光波と電波との中間領域に相当する0.01THz〜1000THz程度の周波数を有する電磁波であり、光波と電波との間の中間的な性質を有している。また、パルステラヘルツ波は、一定の繰返し周期で発生し、パルス幅が数ピコ秒程度である。テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波は、測定対象物9を透過することで測定対象物9の情報(例えば、吸収係数、屈折率)を取得し、その後、合波部41に入力される。なお、テラヘルツ波発生部21から合波部41に到るまでのテラヘルツ波の光学系を、以下では「テラヘルツ波光学系」という。
一方、分岐部13から出力されたプローブ光は、ミラーM4〜M8により順次に反射され、偏光子33を通過して、合波部41に入力される。なお、分岐部13から合波部41に到るまでのプローブ光の光学系を、以下では「プローブ光学系」という。
4個のミラーM4〜M7は光路長差調整部31を構成している。すなわち、ミラーM5およびM6が移動することで、ミラーM4およびM7とミラーM5およびM6との間の光路長が調整され、プローブ光学系の光路長が調整される。これにより、光路長差調整部31は、分岐部13から合波部41に到るまでのポンプ光学系およびテラヘルツ波光学系の光路と、分岐部13から合波部41に到るまでのプローブ光学系の光路との差を、調整することができる。
合波部41は、テラヘルツ波発生部21から出力され測定対象物9で透過したテラヘルツ波と、分岐部13から出力されて到達したプローブ光とを入力し、これらテラヘルツ波およびプローブ光を互いに同軸となるように合波して電気光学結晶42へ出力する。この合波部41はペリクルであるのが好適である。
電気光学結晶42は、合波部41から出力されたテラヘルツ波およびプローブ光を入力し、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態を変化させて、そのプローブ光を検光子43へ出力する。光検出器44は、電気光学結晶42から出力され検光子43を通過したプローブ光を受光して、その受光したプローブ光の強度を検出する。偏光子33,検光子43および光検出器44は、電気光学結晶42から出力されたプローブ光の偏光状態変化を検出する検出手段として作用する。
このテラヘルツ波時間波形計測装置101は以下のように動作する。光源11から出力されたパルス光は、分岐部13により2分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。分岐部13から出力されたポンプ光は、ミラーM1〜M3により順次に反射されて、テラヘルツ波発生部21に入力される。テラヘルツ波発生部21では、ポンプ光の入力に応じてテラヘルツ波が発生し出力される。テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波は、測定対象部9を透過して合波部41に入力される。一方、分岐部13から出力されたプローブ光は、ミラーM4〜M8により順次に反射され、偏光子33により直線偏光とされ、合波部41に入力される。
合波部41に入力されたテラヘルツ波およびプローブ光は、合波部41により互いに同軸となるように合波されて、略同一タイミングで電気光学結晶42に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶42では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そして、この電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態は、プローブ光学系の光路上に設けられた偏光子33、電気光学結晶42の出力側に設けられた検光子43、および、この検光子43を透過したプローブ光の強度を検出する光検出器44により、光強度として検出される。このようにして、電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物9の特性が得られる。
図2は、測定対象物9におけるテラヘルツ波の透過の様子を示す図である。この図に示されるように、測定対象物9は、試料台91上に置かれていて、この試料台91の移動によりパルステラヘルツ波入射位置が調整され得る。
図3は、第1比較例のテラヘルツ波時間波形計測装置101に含まれる電気光学結晶42におけるテラヘルツ波およびプローブ光の伝播の様子を示す図である。この図に示されるように、テラヘルツ波のパルス幅はピコ秒程度であるのに対して、プローブ光のパルス幅はフェムト秒程度であり、テラヘルツ波と比べてプローブ光のパルス幅は数桁狭い。したがって、パルス幅が狭いプローブ光が読み取ることができるのは、パルス幅が広いテラヘルツ波の時間幅に対して極一部である。このことから、光路長差調整部31によりプローブ光学系の光路長が調整されることで、テラヘルツ波検出用の電気光学結晶42へのプローブ光の入射タイミングが掃引され、これにより、図4に示されるようなパルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形が得られる。
ただし、このテラヘルツ波時間波形計測装置101では、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得る為に、光源11から多数のパルス光が出力されて、各パルスについて電気光学結晶42へのプローブ光の入射タイミングが設定される必要があることから、所要時間が長い。
(第2比較例)
図5は、第2比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置102の構成図である。この図に示される単発テラヘルツ波時間波形計測装置102は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、光路長差調整部31、偏光子33、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M9を備える。
図1に示された第1比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置101の構成と比較すると、この図5に示される第2比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置102は、光源11と分岐部13との間の光路上にビーム径調整部12を備えている点で相違し、合波部41を備えていない点で相違し、偏光子33と電気光学結晶42との間のプローブ光の光路上にミラーM9を更に備えている点で相違し、電気光学結晶42に対して互いに異なる方向からテラヘルツ波およびプローブ光が入射される点で相違し、また、光検出器44として1次元の光強度分布を検出できるものが用いられる点で相違する。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置102は以下のように動作する。光源11から出力されたパルス光は、ビーム径調整部12によりビーム径が拡大された後に分岐部13に入力され、分岐部13により2分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。分岐部13から出力されたポンプ光は、ミラーM1〜M3により順次に反射されて、テラヘルツ波発生部21に入力される。テラヘルツ波発生部21では、ポンプ光の入力に応じてテラヘルツ波が発生し出力される。テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波は、測定対象部9を透過して電気光学結晶42に入力される。一方、分岐部13から出力されたプローブ光は、ミラーM4〜M8により順次に反射され、偏光子33により直線偏光とされ、更にミラーM9により反射されて、電気光学結晶42に入力される。
テラヘルツ波およびプローブ光は、互いに異なる方向から、略同一タイミングで電気光学結晶42に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶42では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そして、この電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態は、プローブ光学系の光路上に設けられた偏光子33、電気光学結晶42の出力側に設けられた検光子43、および、この検光子43を透過したプローブ光の強度を検出する光検出器44により、光強度として検出される。このようにして、電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物9の特性が得られる。
特に、この単発テラヘルツ波時間波形計測装置102では、ビーム径が拡大されたプローブ光でパルステラヘルツ波が読み出される。すなわち、パルステラヘルツ波の時間情報がプローブ光の空間情報に変換されて、そのプローブ光の空間情報が光検出器44により検出される。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置102は、1次元の光強度分布を検出できる光検出器44を用いる点を除いては、構成が複雑になることは無い。一方、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得るに際して、単一パルスで済むことから、所要時間が短い。しかし、電気光学結晶42におけるテラヘルツ波検出原理に関わる諸条件(位相整合条件、空間的な配置、結晶の大きさ)によって、電気光学結晶42に対するテラヘルツ波およびプローブ光の入射角度は制限される。また、電気光学結晶42に対して斜め入射することから、検出したパルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形は原理的に鈍り、時間分解能が悪くなる。これについて、図6を用いて説明する。
図6は、第2比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置102の測定上の問題点を説明する図である。同図(a)〜(c)は、この順に並ぶ各時刻におけるテラヘルツ波およびプローブ光の交差の様子を示す。同図(a)〜(c)それぞれにおいて、図4に示されたようなテラへルツ波の電場振幅の時間波形が濃淡模様で表されている。また、同図(a)〜(c)それぞれにおいて示されたA点は、プローブ光のビーム断面において同一の点を表している。同図(a)〜(c)を順に見て判るように、プローブ光のビーム断面において同一のA点は、時間の経過とともに、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形においては異なる位置となる。1次元光検出器44により検出される光強度分布は、これら全ての点の影響を持っている。このことから、時間波形が鈍って、時間分解能が悪くなることになる。
(第1実施形態)
次に、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置の第1実施形態について説明する。図7は、第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成図である。この図に示される単発テラヘルツ波時間波形計測装置1は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、光路長差調整部31、パルス面傾斜部32、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M8を備える。
図1に示された第1比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置101の構成と比較すると、この図7に示される第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1は、光源11と分岐部13との間の光路上にビーム径調整部12を備えている点で相違し、プローブ光学系の光路上にパルス面傾斜部32を備えている点で相違し、また、光検出器44として1次元または2次元の光強度分布を検出できるものが用いられる点で相違する。
ビーム径調整部12は、光源11から出力されたパルス光を入力して、そのパルス光のビーム径を拡大して出力する。このビーム径拡大調整に際しては、テラヘルツ波およびプローブ光それぞれのビーム径が互いに等しくなるようにするのが好適であり、或いは、プローブ光のビーム径よりテラヘルツ波のビーム径が大きくなるようにするのも好適である。また、これらのビーム径は、テラヘルツ波発生部21や電気光学結晶42の大きさを目安として拡大される。
なお、光源11と分岐部13との間の光路上に設けられたビーム径調整部12とともに(或いは、これに替えて)、ポンプ光学系の光路上に設けられてポンプ光のビーム径を調整するビーム径調整部が設けられてもよいし、プローブ光学系の光路上に設けられてプローブ光のビーム径を調整するビーム径調整部が設けられてもよいし、テラヘルツ波光学系の光路上に設けられてテラヘルツ波のビーム径を調整するビーム径調整部が設けられてもよい。ビーム径調整手段は、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光の双方または何れか一方のビーム径を調整する。
パルス面傾斜部32は、ミラーM8により反射されて到達したプローブ光を入力して、そのプローブ光のパルス面を傾斜させ、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面を互いに非平行とする。パルス面とは、ある瞬間において、パルス光のビームライン上の最大出力を示す位置をつないだ面のことである。これに対し、波面とは、光の等位相面をいう。
なお、プローブ光学系の光路上に設けられたパルス面傾斜部32とともに(或いは、これに替えて)、ポンプ光学系の光路上に設けられてポンプ光のパルス面を傾斜させるパルス面傾斜部が設けられてもよいし、テラヘルツ波光学系の光路上に設けられてテラヘルツ波のパルス面を傾斜させるパルス面傾斜部が設けられてもよい。パルス面傾斜部は、ポンプ光,テラヘルツ波およびプローブ光のうちの何れかのパルス面を傾斜させて、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面を互いに非平行とする。
偏光子33,検光子43および光検出器44を含む検出手段は、電気光学結晶42から出力されたプローブ光の偏光状態変化を検出するものであるが、特に、本実施形態では、電気光学結晶42から出力されたプローブ光のビーム断面における偏光状態変化の1次元分布または2次元分布を検出する。
図8は、パルス面傾斜部32の一構成例を示す図である。この図に示されるパルス面傾斜部32は、プリズムを含み、プリズムの第1面にプローブ光を入力し、その入力したプローブ光をプリズムの内部で伝播させた後に、プリズムの第2面から外部へ出力する。これにより、プリズムの第1面に入力される前のプローブ光のパルス面が主光線に垂直であったのに対して、プリズムの第2面から出力された後のプローブ光のパルス面は、主光線に垂直な面に対して傾斜することになる。なお、プリズムに替えて回折格子を用いても、プローブ光のパルス面を傾斜させることができる。
パルス面傾斜部32によるパルス面の時間的な傾斜の程度は、後述する測定原理により、そのままパルステラヘルツ波を検出する際の時間窓となる。よって、パルステラヘルツ波の時間幅がおよそ数ピコ秒であることから、プローブ光のパルス面は時間的に数ピコ秒以上の傾斜をもたせるのが好ましい。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置1は以下のように動作する。光源11から出力されたパルス光は、ビーム径調整部12によりビーム径が拡大された後に分岐部13に入力され、分岐部13により2分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。分岐部13から出力されたポンプ光は、ミラーM1〜M3により順次に反射されて、テラヘルツ波発生部21に入力される。テラヘルツ波発生部21では、ポンプ光の入力に応じてテラヘルツ波が発生し出力される。テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波は、測定対象部9を透過して合波部41に入力される。一方、分岐部13から出力されたプローブ光は、ミラーM4〜M8により順次に反射され、パルス面傾斜部32によりパルス面が傾斜され、偏光子33により直線偏光とされ、合波部41に入力される。
合波部41に入力されたテラヘルツ波およびプローブ光は、合波部41により互いに同軸となるように合波されて、略同一タイミングで電気光学結晶42に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶42では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そして、この電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態は、プローブ光学系の光路上に設けられた偏光子33、電気光学結晶42の出力側に設けられた検光子43、および、この検光子43を透過したプローブ光の強度を検出する光検出器44により、光強度として検出される。このようにして、電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物9の特性が得られる。なお、光検出器44から出力された信号を図示しない解析装置により、測定したテラヘルツ波時間波形にフーリエ変換を行うことにより、分光装置とすることができる。
本実施形態では、電気光学結晶42への入力の際に、テラヘルツ波およびプローブ光が同軸とされていて、テラヘルツ波のパルス面に対してプローブ光のパルス面が傾斜しているので、プローブ光のビーム断面上の各位置は、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形における或る位置に対応している。しかも、その対応関係は、時間的に変化すること無く、固定されている。このことから、第2比較例と対比して、時間波形が鈍ることは無く、時間分解能が悪くなることも無い。また、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得るに際して、単一パルスで済むことから、所要時間が短い。
また、第1比較例の構成と対比して、第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1はパルス面傾斜部32が追加されただけであり、また、パルス面傾斜部32はプリズムまたは回折格子により構成され得るものであるので、比較的簡便な構成でパルステラヘルツ波の時間波形を単一パルスで測定することができる。電気光学結晶42にプローブ光およびパルステラヘルツ波が同軸で入射するので、アライメントが容易であり、また、相互作用長を長くとることができ、検出感度を向上させることができる。
図9は、第1実施形態の単発テラヘルツ波時間波形計測装置1に含まれる電気光学結晶42におけるテラヘルツ波およびプローブ光の伝播の様子を示す図である。この図に示されるように、テラヘルツ波のパルス幅はピコ秒程度であるのに対して、プローブ光のパルス幅はフェムト秒程度であり、テラヘルツ波と比べてプローブ光のパルス幅は数桁狭く、しかも、テラヘルツ波のパルス面に対してプローブ光のパルス面が傾斜している。
テラヘルツ波発生部21から出力されたパルステラヘルツ波は、通常、センチメートルからミリメートルのビーム径を持っている。これを検出するプローブ光も同程度のビーム径とする。プローブ光のパルス面が、パルステラヘルツ波の時間幅と同程度の傾斜を持っていた場合、図9に示されるように、プローブ光はパルステラヘルツ波と空間的に斜めに重なる。すなわち、プローブ光およびパルステラヘルツ波の伝播方向(つまり、時間方向)ではパルス面の傾斜によりプローブ光はパルステラヘルツ波の全ての点で重なっているが、伝播方向に対して垂直方向ではビーム径の範囲で位置が異なっている。このことから、1次元または2次元の光強度分布を検出できる光検出器44を用いることにより、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間変化(時間情報)をプローブ光のビーム断面での光強度分布(空間情報)に置き換え、この空間情報を検出することができる。
パルス面傾斜部32は、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における所定方向に沿って変化させ、光検出器44は、電気光学結晶42から出力されたプローブ光のビーム断面における上記所定方向に沿った偏光状態変化の1次元分布を検出するようにしてもよい。すなわち、図9に示されるように、光検出器44に含まれる複数の受光画素が所定方向に1次元状に配列されていて、その所定方向に沿ってテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延が変化していてもよい。
また、パルス面傾斜部32は、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における互いに直交する第1方向および第2方向それぞれに沿って変化させ、光検出器44は、電気光学結晶42から出力されたプローブ光のビーム断面における第1方向および第2方向それぞれに沿った偏光状態変化の2次元分布を検出するのも好適である。すなわち、光検出器44に含まれる複数の受光画素が第1方向および第2方向に2次元状に配列されていて、これら第1方向および第2方向の何れに沿ってもテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延が変化していてもよい。
本実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1は、時間情報を空間情報に変換し、その空間情報を光検出器44により検出して、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間変化(時間情報)を測定する。したがって、分岐部13による2分岐の前のパルス光、プローブ光、ポンプ光およびパルステラヘルツ波のいずれかのビーム径を変更することで、得られる情報(パルステラヘルツ波の時間情報)の時間幅や分解能を変化させることができる。
得られたパルステラヘルツ波の時間波形の時間軸についての校正は、光路長差調整部31によりプローブ光学系の光路長を調整することで可能である。プローブ光学系の光路長を調整することにより、得られたパルステラヘルツ波の時間波形が空間的に移動することになる。この時間変化量を光路長の調整量で換算することができる。
また、パルス面傾斜部32によるプローブ光のパルス面の実際の傾斜の方向および程度については、以下のようにして測定することができる。図10は、第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1におけるプローブ光のパルス面の実際の傾斜を測定するための装置構成を示す図である。この図に示される装置1Aは、図7に示された単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成からテラヘルツ波発生部21および電気光学結晶42を取り除いたものであり、テラヘルツ波光学系の光路上には測定対象物が置かれていない。
この装置1Aでは、分岐部13により2分岐されて出力されたポンプ光およびプローブ光は共に光検出器44の検出面に入射して、その光検出器44の検出面に干渉縞が形成される。この干渉縞を光検出器44により撮像することで、この干渉縞の生じる領域および光路長差調整部31の移動に伴う干渉縞存在領域の移動量に基づいて、パルス面傾斜部32によるプローブ光のパルス面の実際の傾斜の方向および程度を測定することができる。また、この測定結果に基づいて、プローブ光のパルス面の傾斜が所望のものとなるように、パルス面傾斜部32を調整することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置の第2実施形態について説明する。図11は、第2実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置2の構成図である。この図に示される単発テラヘルツ波時間波形計測装置2は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9を単発テラヘルツ波時間波形計測測定するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、シリンドリカルレンズ22、光路長差調整部31、パルス面傾斜部32、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M8を備える。
図7に示された第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成と比較すると、この図11に示される第2実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置2は、ミラーM3がハーフミラーである点で相違し、ミラーM2とハーフミラーM3との間にテラヘルツ波発生部21が配置されている点で相違し、シリンドリカルレンズ22を更に備える点で相違し、また、このシリンドリカルレンズ22の集光位置に測定対象物9が置かれる点で相違する。このシリンドリカルレンズ22は、テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波を測定対象物9にライン状に集光して照射する集光部として作用するとともに、測定対象物9で反射したテラヘルツ波をコリメートして合波部41へ出力するコリメート部としても作用する。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置2は以下のように動作する。光源11から出力されたパルス光は、ビーム径調整部12によりビーム径が拡大された後に分岐部13に入力され、分岐部13により2分岐されてポンプ光およびプローブ光とされる。分岐部13から出力されたポンプ光は、ミラーM1,M2により順次に反射されて、テラヘルツ波発生部21に入力される。テラヘルツ波発生部21では、ポンプ光の入力に応じてテラヘルツ波が発生し出力される。テラヘルツ波発生部21から出力されてハーフミラーM3を透過したテラヘルツ波は、シリンドリカルレンズ22により測定対象物9においてライン状に集光照射される。この照射に応じて測定対象物9で反射されたテラヘルツ波は、シリンドリカルレンズ22によりコリメートされ、ハーフミラーM3により反射されて、合波部41に入力される。
合波部41に入力されたテラヘルツ波およびプローブ光は、合波部41により互いに同軸となるように合波されて、略同一タイミングで電気光学結晶42に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶42では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そして、この電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態は、プローブ光学系の光路上に設けられた偏光子33、電気光学結晶42の出力側に設けられた検光子43、および、この検光子43を透過したプローブ光の強度を検出する光検出器44により、光強度として検出される。このようにして、電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物9の特性が得られる。
本実施形態でも、電気光学結晶42への入力の際に、テラヘルツ波およびプローブ光が同軸とされていて、テラヘルツ波のパルス面に対してプローブ光のパルス面が傾斜しているので、プローブ光のビーム断面上の各位置は、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形における或る位置に対応している。しかも、その対応関係は、時間的に変化すること無く、固定されている。このことから、第2比較例と対比して、時間波形が鈍ることは無く、時間分解能が悪くなることも無い。また、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得るに際して、単一パルスで済むことから、所要時間が短い。
また、第1実施形態ではテラヘルツ波が測定対象物9を透過したのに対して、第2実施形態ではテラヘルツ波が測定対象物9で反射される点で相違する。このことから、第2実施形態では、例えば、測定対象物9としての塗装膜の膜厚を検査するのに好適である。すなわち、塗装膜は、膜形成の後、時間経過とともに溶剤の揮発等に伴う膜厚の変化が生じる。パルステラヘルツ波を塗装面に照射し、塗装膜背面の金属から反射したパルステラヘルツ波を計測すると、塗装膜の厚さや含有成分に依存したパルステラヘルツ波を観測することができる。具体的には、塗装直後の塗装膜が厚い状態では、パルステラヘルツ波が通る光路の長さが実効的に長くなり、また減衰も大きくなる。これに対し、適当な時間が経過した後には、塗装膜が溶剤の揮発等により薄くなったことの影響を受けて、パルステラヘルツ波の反射波は時間的に早く、また、小さな減衰で検出されるようになる。このことから、パルステラヘルツ波の反射を観測することで、塗装膜の膜厚が変化する様子を調べることができる。このように単発でのテラヘルツ波時間波形計測装置は、過渡的変化の観測に特に有効である。
また、この第2実施形態では、2次元の光強度分布を検出できる光検出器44を用いることにより、以下のような測定も可能である。すなわち、シリンドリカルレンズ9によるテラヘルツ波の測定対象物9への集光照射の様子が図12に示されているように、シリンドリカルレンズ9によりテラヘルツ波は測定対象物9においてライン状に集光照射されるとともに、測定対象物9は当該ラインに垂直な方向に走査される。測定対象物9においてテラヘルツ波がライン状に集光照射されることにより、測定対象物9の当該ライン上の各位置において、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形を、単一パルスで測定することができる。また、測定対象物9が当該ラインに垂直な方向に走査されることにより、測定対象物9の広い範囲における情報を得ることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置の第3実施形態について説明する。図13は、第3実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置3の構成図である。この図に示される単発テラヘルツ波時間波形計測装置3は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、プリズム23、光路長差調整部31、パルス面傾斜部32、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M8を備える。
図7に示された第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成と比較すると、この図13に示される第3実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置3は、測定対象物9を載置して、プリズム23を更に備える点で相違する。プリズム23は、外部から第1面23aに入力されたテラヘルツ波を内部で伝播させた後に第2面23bで全反射させ、その全反射させたテラヘルツ波を内部で伝播させた後に第3面23cから外部へ出力するものであり、第1面23aに入力されるテラヘルツ波および第3面23cから出力されるテラヘルツ波それぞれの主光線が同一直線上になるダフプリズムである。プリズム23の第2面23b上に測定対象物9は載置される。
この単発テラヘルツ波時間波形計測装置3では、テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波は、プリズム23の第1面23aに入力されて、プリズム23の内部を伝播し、プリズム23の第2面23bで全反射される。その全反射の際に、テラヘルツ波のエバネセント成分が、測定対象物9のうち第2面23bの近傍にある部分に存在する。このことから、プリズム23の第2面23bで全反射された後のテラヘルツ波は、測定対象物9のうち第2面23bの近傍にある部分の情報を取得する。そして、その全反射されたテラヘルツ波は、プリズム23の内部を伝播し、プリズム23の第3面23cから外部へ出力される。プリズム23から出力されたテラヘルツ波は、プローブ光学系を経たプローブ光とともに、合波部41に入力される。
合波部41に入力されたテラヘルツ波およびプローブ光は、合波部41により互いに同軸となるように合波されて、略同一タイミングで電気光学結晶42に入力される。テラヘルツ波およびプローブ光が入力された電気光学結晶42では、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態が変化する。そして、この電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態は、プローブ光学系の光路上に設けられた偏光子33、電気光学結晶42の出力側に設けられた検光子43、および、この検光子43を透過したプローブ光の強度を検出する光検出器44により、光強度として検出される。このようにして、電気光学結晶42におけるプローブ光の偏光状態の変化が検出され、ひいては、テラヘルツ波の電場振幅が検出されて、測定対象物9の特性が得られる。
本実施形態でも、電気光学結晶42への入力の際に、テラヘルツ波およびプローブ光が同軸とされていて、テラヘルツ波のパルス面に対してプローブ光のパルス面が傾斜しているので、プローブ光のビーム断面上の各位置は、テラヘルツ波の電場振幅の時間波形における或る位置に対応している。しかも、その対応関係は、時間的に変化すること無く、固定されている。このことから、第2比較例と対比して、時間波形が鈍ることは無く、時間分解能が悪くなることも無い。また、パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形を得るに際して、単一パルスで済むことから、所要時間が短い。特に、本実施形態では、測定対象物9のうちプリズム23の第2面23bの近傍にある部分のみを選択的に測定することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置の第4実施形態について説明する。図14は、第4実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置4の構成図である。この図に示される単発テラヘルツ波時間波形計測装置4は、テラヘルツ波を用いて測定対象物9の情報を取得するものであって、光源11、ビーム径調整部12、分岐部13、テラヘルツ波発生部21、パルス面傾斜部24、レンズ25、レンズ26、光路長差調整部31、パルス面傾斜部32、偏光子33、合波部41、電気光学結晶42、検光子43、光検出器44およびミラーM1〜M8を備える。
図7に示された第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成と比較すると、この図14に示される第4実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置4は、ポンプ光学系の光路上に設けられポンプ光のパルス面を傾斜させるパルス面傾斜部24を更に備える点で相違し、また、テラヘルツ波光学系の光路上に測定対象物9を挟むように設けられたレンズ25およびレンズ26を更に備える点で相違する。
ポンプ光学系の光路上に設けられたパルス面傾斜部24は、ポンプ光のパルス面を傾斜させる。一方、プローブ光学系の光路上に設けられたパルス面傾斜部32は、プローブ光のパルス面を傾斜させる。パルス面傾斜部24,32よりポンプ光およびプローブ光それぞれのパルス面が傾斜されることにより、電気光学結晶42に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延は、ビーム断面における互いに直交する第1方向および第2方向それぞれに沿って変化するようになる。
光検出器44は、電気光学結晶42から出力されたプローブ光のビーム断面における第1方向および第2方向それぞれに沿った偏光状態変化の2次元分布を検出する。すなわち、光検出器44に含まれる複数の受光画素が第1方向および第2方向に2次元状に配列されていて、これら第1方向および第2方向の何れに沿ってもテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延が変化する。
ポンプ光学系の光路上に設けられたパルス面傾斜部24によりポンプ光のパルス面が傾斜することにより、テラヘルツ波のパルス面も傾斜する。したがって、例えば、このパルス面が傾斜したテラヘルツ波を用いて測定対象物9の透過率を測定することにより、テラヘルツ波は測定対象物9の過渡的な透過率の変化を測定することができる。
このテラヘルツ波とはパルス面の傾斜方向が異なるプローブ光によりテラヘルツ波をプローブすることで、パルス面が傾斜したパルステラヘルツ波の時間波形を全ての範囲において単一パルスで取得することができ、測定対象物9の過渡的応答を2次元の光検出器44により一度に取得することができる。
また、測定対象物9に過渡的変化を引き起こす励起手段を備えているのも好ましい。この励起手段として、フェムト秒レーザ光などを使用することができる。
さらに、本実施形態で得られる空間的情報は0次元となる。したがって、テラヘルツ波光学系の光路上に設けられたレンズ25とレンズ26との間隔を各々の焦点距離の和と等しくなるようにし、その焦点位置に測定対象物9を配置することにより、テラヘルツ波発生部21から出力されたテラヘルツ波をレンズ25により測定対象物9に集光すれば、測定効率を向上させることができる。
第1比較例のテラヘルツ波時間波形計測装置101の構成図である。 測定対象物9におけるテラヘルツ波の透過の様子を示す図である。 第1比較例のテラヘルツ波時間波形計測装置101に含まれる電気光学結晶42におけるテラヘルツ波およびプローブ光の伝播の様子を示す図である。 パルステラヘルツ波の電場振幅の時間波形の一例を示す図である。 第2比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置102の構成図である。 第2比較例の単発テラヘルツ波時間波形計測装置102の測定上の問題点を説明する図である。 第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1の構成図である。 パルス面傾斜部32の一構成例を示す図である。 第1実施形態の単発テラヘルツ波時間波形計測装置1に含まれる電気光学結晶42におけるテラヘルツ波およびプローブ光の伝播の様子を示す図である。 第1実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置1におけるプローブ光のパルス面の実際の傾斜を測定するための装置構成を示す図である。 第2実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置2の構成図である。 第2実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置2におけるシリンドリカルレンズ9によるテラヘルツ波の測定対象物9への集光照射の様子を示す図である。 第3実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置3の構成図である。 第4実施形態に係る単発テラヘルツ波時間波形計測装置4の構成図である。
符号の説明
1…テラヘルツ波時間波形計測装置、2〜4…単発テラヘルツ波時間波形計測装置、9…測定対象物、11…光源、12…ビーム径調整部、13…分岐部、21…テラヘルツ波発生部、22…シリンドリカルレンズ、23…プリズム、24…パルス面傾斜部、25,26…レンズ、31…光路長差調整部、32…パルス面傾斜部、33…偏光子、41…合波部、42…電気光学結晶、43…検光子、44…光検出器、M1〜M8…ミラー。

Claims (6)

  1. パルス光を出力する光源と、
    前記光源から出力されたパルス光を2分岐して、その2分岐したパルス光のうち一方をポンプ光とし他方をプローブ光として出力する分岐部と、
    前記分岐部から出力されたポンプ光を入力することでテラヘルツ波を発生し出力するテラヘルツ波発生部と、
    前記テラヘルツ波発生部から出力され測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波と、前記分岐部から出力されて到達したプローブ光とを入力し、これらテラヘルツ波およびプローブ光を互いに同軸となるように合波して出力する合波部と、
    前記合波部から出力されたテラヘルツ波およびプローブ光を入力し、テラヘルツ波の伝搬に伴い複屈折が誘起され、その複屈折によりプローブ光の偏光状態を変化させて、そのプローブ光を出力する電気光学結晶と、
    ポンプ光,テラヘルツ波およびプローブ光のうちの何れかのパルス面を傾斜させて、前記電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面を互いに非平行とするパルス面傾斜部と、
    前記電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における偏光状態変化の分布を検出する検出手段と、
    を備えることを特徴とする単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
  2. 前記分岐部から前記合波部に到るまでのポンプ光およびテラヘルツ波の光路と、前記分岐部から前記合波部に到るまでのプローブ光の光路との、差を調整する光路長差調整部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
  3. 前記電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光の双方または何れか一方のビーム径を調整するビーム径調整部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
  4. 前記パルス面傾斜部は、前記電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における所定方向に沿って変化させ、
    前記検出手段は、前記電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における前記所定方向に沿った偏光状態変化の1次元分布を検出する、
    ことを特徴とする請求項1記載の単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
  5. 前記パルス面傾斜部は、前記電気光学結晶に入力される際のテラヘルツ波およびプローブ光それぞれのパルス面の傾斜により生じる時間遅延をビーム断面における互いに直交する第1方向および第2方向それぞれに沿って変化させ、
    前記検出手段は、前記電気光学結晶から出力されたプローブ光のビーム断面における前記第1方向および前記第2方向それぞれに沿った偏光状態変化の2次元分布を検出する、
    ことを特徴とする請求項1記載の単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
  6. 前記テラヘルツ波発生部から出力されたテラヘルツ波を前記測定対象物にライン状に集光して照射する集光部と、
    前記測定対象物で透過または反射したテラヘルツ波をコリメートして前記合波部へ出力するコリメート部と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1記載の単発テラヘルツ波時間波形計測装置。
JP2006276660A 2006-10-10 2006-10-10 単発テラヘルツ波時間波形計測装置 Expired - Fee Related JP4790560B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006276660A JP4790560B2 (ja) 2006-10-10 2006-10-10 単発テラヘルツ波時間波形計測装置
EP07807250.1A EP2072997B1 (en) 2006-10-10 2007-09-13 Terahertz wave time-waveform measuring device comprising a pulse front tilting unit
US12/444,209 US8742353B2 (en) 2006-10-10 2007-09-13 Single terahertz wave time-waveform measuring device
PCT/JP2007/067843 WO2008044424A1 (en) 2006-10-10 2007-09-13 Single terahertz wave time-waveform measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006276660A JP4790560B2 (ja) 2006-10-10 2006-10-10 単発テラヘルツ波時間波形計測装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008096210A true JP2008096210A (ja) 2008-04-24
JP2008096210A5 JP2008096210A5 (ja) 2009-07-23
JP4790560B2 JP4790560B2 (ja) 2011-10-12

Family

ID=39282633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006276660A Expired - Fee Related JP4790560B2 (ja) 2006-10-10 2006-10-10 単発テラヘルツ波時間波形計測装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8742353B2 (ja)
EP (1) EP2072997B1 (ja)
JP (1) JP4790560B2 (ja)
WO (1) WO2008044424A1 (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009276080A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波周波数分解イメージング装置
JP2011033585A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Olympus Corp 観察方法および観察装置
JP2011158432A (ja) * 2010-02-03 2011-08-18 Hamamatsu Photonics Kk 単発テラヘルツ波時間波形計測装置
WO2011122095A1 (ja) 2010-03-31 2011-10-06 浜松ホトニクス株式会社 電磁波検出装置
JP2012122981A (ja) * 2010-11-15 2012-06-28 Fujitsu Ltd 電磁波イメージング装置
JP2012149930A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Olympus Corp 分析装置および分析方法
JP2013088375A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Fujitsu Ltd 電磁波イメージング装置
WO2015122211A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 遠赤外撮像装置、および遠赤外撮像方法
JP2016057138A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 アイシン精機株式会社 膜厚測定装置及び膜厚測定方法
WO2019049250A1 (ja) * 2017-09-07 2019-03-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分光測定装置
US10948347B2 (en) 2015-07-22 2021-03-16 Hitachi High-Tech Corporation Far-infrared spectroscopy device

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5231538B2 (ja) * 2008-04-30 2013-07-10 浜松ホトニクス株式会社 全反射テラヘルツ波測定装置
JP5284184B2 (ja) * 2009-06-05 2013-09-11 キヤノン株式会社 テラヘルツ波の時間波形を取得するための装置及び方法
JP5477275B2 (ja) * 2010-02-26 2014-04-23 アイシン精機株式会社 塗装膜の検査装置および検査方法
JP5743453B2 (ja) * 2010-05-18 2015-07-01 キヤノン株式会社 テラヘルツ波の測定装置及び測定方法
JP6078870B2 (ja) * 2012-06-28 2017-02-15 株式会社Screenホールディングス 検査装置および検査方法
EP2976674A2 (en) 2013-06-12 2016-01-27 Halliburton Energy Services, Inc. Optical computing devices with birefringent optical elements
FR3030787B1 (fr) * 2014-12-23 2017-01-27 Centre Nat Rech Scient Procede de re-focalisation d'un montage optique d'analyse d'echantillons
US10071482B2 (en) * 2015-08-19 2018-09-11 Ford Global Technologies, Llc Robotic vehicle painting instrument including a terahertz radiation device
CN105928898A (zh) * 2016-04-15 2016-09-07 中国人民解放军第三军医大学第附属医院 一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统
CN106841094A (zh) * 2017-01-03 2017-06-13 北京环境特性研究所 一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法
CN106768400B (zh) * 2017-01-09 2018-12-14 上海理工大学 基于组合线栅偏振器的太赫兹光脉宽一体化测量仪
CN109557039A (zh) * 2017-09-25 2019-04-02 中国科学院大连化学物理研究所 微秒时间分辨的超窄线宽红外吸收光谱测量装置与方法
CN109632705A (zh) * 2019-01-15 2019-04-16 西安文理学院 单次激发飞秒时间分辨吸收光谱测量装置
CN111208095A (zh) * 2020-01-16 2020-05-29 广东石油化工学院 一种扇形束太赫兹层析成像系统及其扫描方法
CN113720784B (zh) * 2021-10-11 2023-03-24 阜阳师范大学 一种基于太赫兹波段磁光光谱的铬基尖晶石测试系统
CN114063308B (zh) * 2021-11-17 2024-07-23 南京工程学院 一种基于金属线栅太赫兹线偏振器的太赫兹偏振调节系统
CN114047158B (zh) * 2021-11-17 2024-07-23 南京工程学院 一种基于太赫兹泵浦-光克尔探测的太赫兹磁光实验系统
CN114964013B (zh) * 2022-05-23 2024-07-23 天津大学四川创新研究院 一种太赫兹膜厚测量装置及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064610A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Naohiro Tanno 同軸型空間光干渉断層画像計測装置
WO2006085403A1 (ja) * 2005-02-10 2006-08-17 Osaka University 実時間テラヘルツ・トモグラフィー装置および分光イメージング装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958080A (en) * 1988-10-06 1990-09-18 Schlumberger Technology Corporation Lutetium orthosilicate single crystal scintillator detector
US6414473B1 (en) * 1996-05-31 2002-07-02 Rensselaer Polytechnic Institute Electro-optic/magneto-optic measurement of electromagnetic radiation using chirped optical pulse
JP2004020352A (ja) * 2002-06-14 2004-01-22 Tochigi Nikon Corp テラヘルツパルス光計測方法及び装置
US7129491B2 (en) * 2002-11-13 2006-10-31 Rensselaer Polytechnic Institute Diffraction mode terahertz tomography
JP3950818B2 (ja) * 2003-05-29 2007-08-01 アイシン精機株式会社 反射型テラヘルツ分光測定装置及び測定方法
US20070194256A1 (en) * 2005-05-10 2007-08-23 Space Micro, Inc. Multifunctional radiation shield for space and aerospace applications
US7601977B2 (en) * 2005-12-13 2009-10-13 Massachusetts Institute Of Technology Phase-matched terahertz emitter
US7863579B2 (en) * 2007-05-09 2011-01-04 Avraham Suhami Directional neutron detector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064610A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Naohiro Tanno 同軸型空間光干渉断層画像計測装置
WO2006085403A1 (ja) * 2005-02-10 2006-08-17 Osaka University 実時間テラヘルツ・トモグラフィー装置および分光イメージング装置

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009276080A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波周波数分解イメージング装置
JP2011033585A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Olympus Corp 観察方法および観察装置
JP2011158432A (ja) * 2010-02-03 2011-08-18 Hamamatsu Photonics Kk 単発テラヘルツ波時間波形計測装置
WO2011122095A1 (ja) 2010-03-31 2011-10-06 浜松ホトニクス株式会社 電磁波検出装置
US8993967B2 (en) 2010-03-31 2015-03-31 Hamamatsu Photonics K.K. Electromagnetic wave detection device
US9204063B2 (en) 2010-11-15 2015-12-01 Fujitsu Limited Electromagnetic wave imaging apparatus
JP2012122981A (ja) * 2010-11-15 2012-06-28 Fujitsu Ltd 電磁波イメージング装置
JP2012149930A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Olympus Corp 分析装置および分析方法
JP2013088375A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Fujitsu Ltd 電磁波イメージング装置
WO2015122211A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 遠赤外撮像装置、および遠赤外撮像方法
JP2015152405A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 遠赤外撮像装置、および遠赤外撮像方法
US10203278B2 (en) 2014-02-14 2019-02-12 Hitachi High-Technologies Corporation Far-infrared imaging device and far-infrared imaging method
US10613026B2 (en) 2014-02-14 2020-04-07 Hitachi High-Technologies Corporation Far-infrared imaging device and far-infrared imaging method
JP2016057138A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 アイシン精機株式会社 膜厚測定装置及び膜厚測定方法
US10948347B2 (en) 2015-07-22 2021-03-16 Hitachi High-Tech Corporation Far-infrared spectroscopy device
US11079275B2 (en) 2015-07-22 2021-08-03 Hitachi High-Tech Corporation Far-infrared spectroscopy device
US11320309B2 (en) 2015-07-22 2022-05-03 Hitachi High-Tech Corporation Far-infrared spectroscopy device
WO2019049250A1 (ja) * 2017-09-07 2019-03-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分光測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4790560B2 (ja) 2011-10-12
EP2072997A1 (en) 2009-06-24
US20100090112A1 (en) 2010-04-15
WO2008044424A1 (en) 2008-04-17
EP2072997A4 (en) 2014-08-06
US8742353B2 (en) 2014-06-03
EP2072997B1 (en) 2015-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4790560B2 (ja) 単発テラヘルツ波時間波形計測装置
US7387027B2 (en) Characterization of materials with optically shaped acoustic waveforms
JP3288672B2 (ja) 試料の物理的性質の測定装置
JP6386655B2 (ja) テラヘルツ波発生装置及びそれを用いた分光装置
US20230063843A1 (en) Method and apparatus for high performance wide field photothermal imaging and spectroscopy
JP2009300108A (ja) テラヘルツ分光装置
JP6238058B2 (ja) テラヘルツ分光システム
CN106248616A (zh) 太赫兹全偏振态检测光谱仪
US11644418B2 (en) Far-infrared light source and far-infrared spectrometer
CN104181146A (zh) 一种多脉冲激光诱导击穿光谱在线检测系统
US6204926B1 (en) Methods and system for optically correlating ultrashort optical waveforms
JP7039371B2 (ja) レーザ励起超音波発生装置、レーザ超音波検査装置、及びレーザ超音波検査方法
JP5502564B2 (ja) 電磁波検出装置
JP7147657B2 (ja) 広帯域パルス光源装置、分光測定装置及び分光測定方法
US7295325B2 (en) Time-resolved measurement technique using radiation pulses
WO2014116128A1 (en) Acousto-optic rf signal spectrum analyzer
JP3533651B1 (ja) 時間分解・非線形複素感受率測定装置
WO2002016913A1 (fr) Instrument pour mesurer la duree de vie de fluorescence
JP6363511B2 (ja) テラヘルツ波時間波形取得装置
JP5469474B2 (ja) 単発テラヘルツ波時間波形計測装置
JP5700527B2 (ja) 分析装置および分析方法
JP6941004B2 (ja) トンネル電流制御装置およびトンネル電流制御方法
JP5555042B2 (ja) テラヘルツ波発生装置
JP6549448B2 (ja) 自己相関測定装置
JP2015137980A (ja) 観察装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090604

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090604

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110719

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110720

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140729

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4790560

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees