JP2009053096A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素な構成によって、より適切な周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を発生することができる測定装置を提供する。
【解決手段】第１テラヘルツ波発生源２０は、パルス光Ｌ５（波長：７８０ｎｍ）を受けてテラヘルツ波Ｔ１を発生し、第２テラヘルツ波発生源３０は、パルス光Ｌ２（波長：１．５６μｍ）を受けてテラヘルツ波Ｔ２を発生する。検出部４０は、パルス光Ｌ５およびＬ２と共通のパルス光光源１０で発生したパルス光Ｌ６に応答して、測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の強度に応じた測定信号を出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、テラヘルツ波を用いて測定対象の特性を測定する測定装置に関し、より特定的には、より適切な周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を測定対象に容易に照射できる構成に関する。

近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ波を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ波は、周波数が約０．０１〜１００ＴＨｚ（波長が３μｍ〜３０ｍｍ）の電磁波である。このようなテラヘルツ波の応用の一例として、テラヘルツ領域における各種物質（測定対象）に対する特性測定が試みられている。

一般的に、測定される測定対象の特性は、周波数領域における特性値（たとえば、透過率スペクトルなど）であるので、測定対象に照射するテラヘルツ波の周波数スペクトルは、可能な限り広帯域であることが好ましい。また、測定対象に応じて、テラヘルツ波の周波数スペクトルを適切に変更できることが好ましい。このようなニーズを満たすために、たとえば特開２０００−０４９４０２号公報（特許文献１）には、周波数スペクトルの切り換えを容易に行なうことができるテラヘルツ波発生装置が開示されている。

また、特開２００５−１２９７３２号公報（特許文献２）には、広帯域のテラヘルツパルス光を発生するテラヘルツ光発生装置および様々な測定目的に適するテラヘルツ光測定装置が開示されている。より具体的には、特開２００５−１２９７３２号公報（特許文献２）には、レーザ光源から放射されたパルス光Ｌ１をビームスプリッタで２つのパルス光Ｌ２，Ｌ３に分割し、一方のパルス光Ｌ２を光伝導アンテナに照射してテラヘルツパルス光Ｔ１を発生させるとともに、他方のパルス光Ｌ３を半導体部材に照射してテラヘルツパルス光Ｔ２を発生させる構成が開示されている。なお、半導体部材としては、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピタキシャル膜を形成したものが開示されている。

さらに、非特許文献１には、テラヘルツ波の発生源として、従来の光伝導アンテナや半導体部材に加えて、ＤＡＳＴと称される有機非線形光学結晶を用いることが提案されている。
特開２０００−０４９４０２号公報 特開２００５−１２９７３２号公報 Masayoshi Tonouchi, "Cutting-edge terahertz technology", nature photonics, February 2007, Volume 1 No 2 pp97-105

ところで、上述した光伝導アンテナ、半導体部材および有機非線形光学結晶などのテラヘルツ波の発生源は、パルス光を照射することでテラヘルツ波を発生するが、その受光特性はまちまちである。たとえば、非特許文献１には、１５６０ｎｍ波長のパルス光をＤＡＳＴに照射する構成が開示されているが、光伝導アンテナや半導体部材は、そのパルス光の半波長に相当する７８０ｎｍ波長のパルス光に対する感受性が高いことが知られている。

そのため、特開２００５−１２９７３２号公報（特許文献２）に開示される構成において、テラヘルツ波の発生源として、光伝導アンテナまたは半導体部材と、ＤＡＳＴなどの有機非線形光学結晶とを組合せて使用しようとすると、一方の発生源におけるテラヘルツ波の発生効率が低下するという課題があった。

これに対して、複数のテラヘルツ波の発生源を組合せて使用するために、それぞれに適した波長をもつパルス光を発生するための複数のパルス光光源を設ける構成も考えられる。しかしながら、このような構成では、以下のような理由によって実現することは困難である。すなわち、テラヘルツ波のパルス幅が非常に短いため、通常の測定方法では、テラヘルツ波の強度を時系列に測定することができない。そこで、特開２０００−０４９４０２号公報（特許文献１）や特開２００５−１２９７３２号公報（特許文献２）に開示されるように、同一のパルス光光源から発生するパルス光がテラヘルツ光検出器へ到達するまでの遅延時間を順次変更することで、テラヘルツ波の強度を時系列に測定する構成が一般的となっている。したがって、このような測定方法を採用する限りにおいて、各パルス光光源が発生するパルス光のタイミングをナノ秒オーダで一致させる必要があり、現実的ではない。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、比較的簡素な構成によって、より適切な周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を発生することができる測定装置を提供することである。

この発明のある局面に従えば、テラヘルツ波を用いて測定対象の特性を測定する測定装置を提供する。測定装置は、パルス光光源と、波長変換部と、第１および第２テラヘルツ波発生源と、結合部と、導波路と、検出部と、導光路とを含む。パルス光光源は、第１波長をもつ第１パルス光を発生する。波長変換部は、第１パルス光を受けて、第２波長をもつ第２パルス光を発生する。第１および第２テラヘルツ波発生源は、それぞれ第１および第２パルス光を受けて、第１および第２テラヘルツ波をそれぞれ発生する。結合部は、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波とを結合する。導波路は、結合部において結合されたテラヘルツ波を測定対象へ導く。導光路は、第２パルス光を検出部へ導く。検出部は、測定対象を透過した後のテラヘルツ波を検出するとともに、第２パルス光に応答して、入射しているテラヘルツ波の強度に応じた電気信号を出力する。

この発明の別の局面に従えば、テラヘルツ波を用いて測定対象の特性を測定する測定装置を提供する。測定装置は、パルス光光源と、第１および第２テラヘルツ波発生源と、結合部と、導波路と、検出部と、導光路とを含む。パルス光光源は、第１波長をもつ第１パルス光および第２波長をもつ第２パルス光を同時に発生する。第１および第２テラヘルツ波発生源は、それぞれ第１および第２パルス光を受けて、第１および第２テラヘルツ波をそれぞれ発生する。結合部は、第１テラヘルツ波と第２テラヘルツ波とを結合する。導波路は、結合部において結合されたテラヘルツ波を測定対象へ導く。導光路は、第２パルス光を検出部へ導く。検出部は、測定対象を透過した後のテラヘルツ波を検出するとともに、第２パルス光に応答して、入射しているテラヘルツ波の強度に応じた電気信号を出力する。

好ましくは、測定装置は、第２パルス光のパルス光光源から検出部までの伝搬経路長を変化させる伝搬経路長変化部をさらに含む。

好ましくは、測定装置は、変調部と、信号処理部とをさらに含む。変調部は、第１テラヘルツ波発生源から発生する第１テラヘルツ波および第２テラヘルツ波発生源から発生する第２テラヘルツ波の少なくとも一方を所定の変調周波数で強度変調する。信号処理部は、検出部が出力する電気信号を信号処理する。より具体的には、信号処理部は、電気信号の変調周波数に対応する周波数成分に基づいて、テラヘルツ波の強度に応じた信号を出力する。

好ましくは、第１波長は、第２波長の整数倍である。

この発明によれば、比較的簡素な構成によって、より適切な周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を発生することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１に従う測定装置１００の概略構成図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態１に従う測定装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectrum analysis method）によって、測定対象ＯＢＪの特性を測定する。特に、測定装置１００は、測定対象ＯＢＪにテラヘルツ波を照射するとともに、当該測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波に基づいて、その特性を取得する透過型の時間領域分光法を採用する。

本実施の形態に従う測定装置１００は、特性の異なる複数のテラヘルツ波発生源を用いて複数のテラヘルツ波を発生するとともに、当該複数のテラヘルツ波を結合した上で、測定対象ＯＢＪに対して照射する。以下、このような動作を実現するための構成について説明する。

測定装置１００は、演算装置２と、パルス光光源１０と、λ／２板１２，１７と、偏光ビームスプリッタ１４，１８と、第２次高調波発生部（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）１６と、第１テラヘルツ波発生源２０と、第２テラヘルツ波発生源３０と、結合部２２と、軸外し放物面ミラー５０，５２，５４，５６，５８と、検出部４０と、ミラー３４，３６，４２，４４，４６ａ，４６ｂ，４８と、遅延ステージ７０と、遅延ステージ駆動機構７２と、信号処理部６４と、発振器６２と、光チョッパ３２とを含む。

パルス光光源１０は、第１テラヘルツ波発生源２０、第２テラヘルツ波発生源３０および検出部４０を駆動するためのパルス光Ｌ１を発生する。より具体的には、パルス光光源１０は、代表的に、フェムト秒（１０^−１５秒）オーダのパルス幅をもつパルス光Ｌ１を周期的に照射する。パルス光光源１０は、一例としてＥｒ（エルビニウム）ドープファイバレーザを含んで構成され、発生するパルス光Ｌ１の波長は１．５６μｍである。なお、パルス光光源１０におけるパルス光Ｌ１の発振周期は、数１０ＭＨｚ（数１０ｎ秒周期）オーダである。

λ／２板１２は、パルス光光源１０で発生したパルス光Ｌ１の偏光方向を予め定められた方向に調整する。そして、このλ／２板１２を通過したパルス光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ１４へ入射する。偏光ビームスプリッタ１４は、λ／２板１２を通過後のパルス光Ｌ１をその偏光方向に応じて二分割し、分割した光の一方（パルス光Ｌ２）を第２次高調波発生部１６へ出力し、他方（パルス光Ｌ３）をミラー３４へ出力する。さらに、パルス光Ｌ３は、ミラー３４および３６を順に伝搬して、第２テラヘルツ波発生源３０へ入射する。

第２次高調波発生部１６は、パルス光Ｌ２を受けて、パルス光Ｌ２の波長とは異なる波長をもつパルス光Ｌ３を発生する波長変換部である。より具体的には、第２次高調波発生部１６は、代表的に非線形光学結晶からなり、パルス光Ｌ２との光学的な相互作用によって、パルス光Ｌ２の波長の１／２の波長をもつパルス光Ｌ４を発生する。本実施の形態では、パルス光Ｌ２の波長が１．５６μｍであるので、パルス光Ｌ４の波長は７８０ｎｍとなる。すなわち、パルス光Ｌ２の波長は、パルス光Ｌ４の波長の２倍となる。さらに、より次数の高いパルス光を発生することも可能であり、この場合には、パルス光Ｌ２の波長はパルス光Ｌ４の波長の整数倍となる。そして、第２次高調波発生部１６で発生したパルス光Ｌ４は、λ／２板１７へ入射する。

λ／２板１７は、第２次高調波発生部１６で発生したパルス光Ｌ４の偏光方向を予め定められた方向に調整する。そして、このλ／２板１７を通過したパルス光Ｌ４は、偏光ビームスプリッタ１８へ入射する。

偏光ビームスプリッタ１８は、入射したパルス光Ｌ４をその偏光方向に応じて二分割し、分割した光の一方（パルス光Ｌ５）を第１テラヘルツ波発生源２０へ出力し、他方（パルス光Ｌ６）をミラー４２へ出力する。

このように、偏光ビームスプリッタ１４では、パルス光Ｌ１の偏光方向に応じて分割比が変化し、偏光ビームスプリッタ１８では、パルス光Ｌ４の偏光方向に応じて分割比が変化する。そのため、λ／２板１２および１７の回転角度をそれぞれ任意に変更可能に構成することで、パルス光Ｌ５，Ｌ３，Ｌ６の強度をそれぞれ任意に変更することができる。後述するように、パルス光Ｌ５は、第１テラヘルツ波発生源２０が第１テラヘルツ波Ｔ１を発生するためのポンプ光として使用され、パルス光Ｌ３は、第２テラヘルツ波発生源３０が第２テラヘルツ波Ｔ２を発生するためのポンプ光として使用されるので、パルス光Ｌ５およびパルス光Ｌ３の強度を任意に変更できるということは、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の強度を任意に変更できることを意味する。このような構成によって、測定対象ＯＢＪに照射されるテラヘルツ波（テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の合成波）の周波数スペクトルを比較的高い自由度で調整することができる。

なお、パルス光光源１０から発生するパルス光Ｌ１、および第２次高調波発生部１６で発生するパルス光Ｌ４の回転角に対する偏光特性が対称でない場合には、それぞれλ／２板１２および１７を設ける代わりに、偏光ビームスプリッタ１４および１８を回転可能に構成してもよい。

第１テラヘルツ波発生源２０は、パルス光Ｌ５（波長：７８０ｎｍ）を受けてテラヘルツ波Ｔ１を発生するテラヘルツ波発生源であり、第２テラヘルツ波発生源３０は、パルス光Ｌ２（波長：１．５６μｍ）を受けてテラヘルツ波Ｔ２を発生するテラヘルツ波発生源である。このように、本実施の形態に従う測定装置１００においては、テラヘルツ波発生源２０，３０にそれぞれ入射するパルス光Ｌ５，Ｌ２の波長が互いに異なるので、それぞれの受光特性を各波長に適合させる。

より具体的には、波長７８０ｎｍのパルス光に適したテラヘルツ波発生源としては、ＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチ、ＩｎＡｓなどの半導体基板、ＺｎＴｅなどの電気光学結晶などを用いることができる。一方、波長１．５６μｍのパルス光に適したテラヘルツ波発生源としては、4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate（ＤＡＳＴ）などの有機非線形光学結晶やＩｎＳｂなどの半導体基板を用いることができる。本実施の形態においては、第１テラヘルツ波発生源２０は、ＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチからなり、第２テラヘルツ波発生源３０は、ＤＡＳＴからなる場合について説明する。なお、ＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチは、ＧａＡｓ基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させることで生成される。

第１テラヘルツ波発生源２０は、収束レンズ２０ａと、光伝導スイッチ２０ｂと、Ｓｉレンズ２０ｃとを含む。収束レンズ２０ａは、偏光ビームスプリッタ１８からのパルス光Ｌ５を、光伝導スイッチ２０ｂの所定位置へ収束する。光伝導スイッチ２０ｂは、パルス光Ｌ５によって励起されて、パルス状のテラヘルツ波Ｔ１を発生する。より具体的には、光伝導スイッチ２０ｂは、基板上に形成された平行電線線路と、当該平行電線線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとからなり、この平行電線線路の両端には、発振器６２から所定の交流バイアス電圧が印加されている。そして、微小ダイポールアンテナの部分にパルス光Ｌ５が入射することで、所定の電界が生じて、テラヘルツ波Ｔ１が発生する。すなわち、光伝導スイッチ２０ｂに入射するパルス光Ｌ２がポンプ光となり、テラヘルツ波Ｔ１が発生する。また、この発振器６２から供給される所定の交流バイアス電圧がテラヘルツ波Ｔ１の発生エネルギーとなる。Ｓｉレンズ２０ｃは、光伝導スイッチ２０ｂから照射されるテラヘルツ波Ｔ１を拡散する。

第２テラヘルツ波発生源３０は、収束レンズ３０ａと、ＤＡＳＴ結晶３０ｂとを含む。収束レンズ３０ａは、ミラー３４および３６を介して入射したパルス光Ｌ２を、ＤＡＳＴ結晶３０ｂの所定位置へ収束する。ＤＡＳＴ結晶３０ｂは、パルス光Ｌ２によって励起されて、パルス状のテラヘルツ波Ｔ２を発生する。

なお、ＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチからなる第１テラヘルツ波発生源２０から放射されるテラヘルツ波Ｔ１の周波数帯域は、約０．０４ＴＨｚ〜４ＴＨｚであり、第２テラヘルツ波Ｔ２の周波数帯域は、約０．２〜７ＴＨｚである。また、テラヘルツ波Ｔ２のパルス幅は、テラヘルツ波Ｔ１のパルス幅に比較して狭い。

軸外し放物面ミラー５０および５２は、第１テラヘルツ波Ｔ１を測定対象ＯＢＪへ導く。この軸外し放物面ミラー５０と軸外し放物面ミラー５２との間の伝搬経路上には、結合部２２が設けられる。この結合部２２は、第１テラヘルツ波発生源２０で発生した第１テラヘルツ波Ｔ１と、第２テラヘルツ波発生源３０で発生した第２テラヘルツ波Ｔ２とを結合する。

第１テラヘルツ波発生源２０で発生した第１テラヘルツ波Ｔ１は、軸外し放物面ミラー５０によって、その伝搬方向を９０°変化させた後、軸外し放物面ミラー５２へ向けて伝搬する。一方、第２テラヘルツ波発生源３０で発生した第２テラヘルツ波Ｔ２は、軸外し放物面ミラー５８によって、その伝搬方向を９０°変化させた後、第１テラヘルツ波Ｔ１の伝搬方向と直交する方向に伝搬する。ここで、軸外し放物面ミラー５０および５８は、それぞれテラヘルツ波Ｔ１およびＴ２を反射する際に、それらをほぼ平行光に調整する。

結合部２２は、公知のワイヤーグリッドからなるビーム結合素子である。このワイヤーグリッドは、第１テラヘルツ波Ｔ１の伝搬方向および第２テラヘルツ波Ｔ２の伝搬方向のいずれにも直交する方向に沿って張られた、複数の細い金属線（代表的に、タングステン）からなる。なお、隣接する金属線はいずれも等間隔に配置されている。このような構成により、第１テラヘルツ波Ｔ１は、ワイヤーグリッドを透過する一方、第２テラヘルツ波Ｔ２は、ワイヤーグリッドで直交方向に反射される。これにより、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２の伝搬方向が揃えられる。そして、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２は、共通の伝搬経路に沿って、軸外し放物面ミラー５２へ入射する。

結合部２２によって結合されたテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２は、この軸外し放物面ミラー５２によって、その伝搬方向をさらに９０°変化させる。このとき、軸外し放物面ミラー５２は、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２を伝搬経路上の所定の位置に集光する。測定対象ＯＢＪは、このテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の集光位置（焦点位置）に配置される。

さらに、測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２は、軸外し放物面ミラー５４および５６で順次反射されて、検出部４０へ導かれる。具体的には、測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２は、軸外し放物面ミラー５４によって、その伝搬方向を９０°変化させる。さらに、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２は、軸外し放物面ミラー５６によって、その伝搬方向をさらに９０°変化させた後、検出部４０へ入射する。

なお、テラヘルツ波は空気中の水蒸気成分による影響を受けやすいので、テラヘルツ波の伝搬経路を囲む区域に対して、減圧や窒素置換などをすることが好ましい。

検出部４０は、測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２を検出する。すなわち、検出部４０は、受光したテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の強度に応じた測定信号を信号処理部６４へ出力する。また、検出部４０は、測定信号を生成するためのエネルギー源として、偏光ビームスプリッタ１８で分離されたパルス光Ｌ６を受光する。検出部４０は、プローブ光であるパルス光Ｌ６に応答して、測定対象ＯＢＪを透過した後のテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の強度に応じた測定信号を出力する。

検出部４０は、パルス光Ｌ６の波長７８０ｎｍに対して適切に動作する必要がある。波長７８０ｎｍのパルス光に適した検出部としては、上述のテラヘルツ波発生源と同様に、ＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチやＺｎＴｅなどの電気光学結晶などを用いることができる。本実施の形態においては、検出部４０としてＬＴＧａＡｓ光伝導スイッチを用いる場合について例示する。検出部４０は、収束レンズ４０ａと、光伝導スイッチ４０ｂと、Ｓｉレンズ４０ｃとを含む。Ｓｉレンズ４０ｃは、上述の第１テラヘルツ波発生源２０におけるＳｉレンズ２０ｃと同様の構成であり、軸外し放物面ミラー５６からのテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２を収束する。また、収束レンズ４０ａは、偏光ビームスプリッタ１８からのパルス光Ｌ６を、光伝導スイッチ４０ｂの所定位置へ収束する。光伝導スイッチ４０ｂは、上述の第１テラヘルツ波発生源２０における光伝導スイッチ２０ｂと同様の構成であり、一方面にテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２を受光し、他方面にパルス光Ｌ６を受光することで、電気信号である測定信号を出力する。

この測定信号は、本来的に、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の合成強度とパルス光Ｌ６の強度との積に応じた値となるが、パルス光Ｌ６の強度は時間的に一定とみなすことができるので、測定信号は、実質的にテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の合成強度を示すものとなる。したがって、この測定信号は、測定対象ＯＢＪのテラヘルツ領域における透過特性についての情報を含む。

偏光ビームスプリッタ１８で分配されたパルス光Ｌ６は、導光路であるミラー４２，４４，４６ａ，４６ｂ，４８を順次伝搬して、検出部４０へ導かれる。このパルス光Ｌ６の伝搬経路上のミラー４６ａおよび４６ｂは、遅延ステージ７０に配置されている。遅延ステージ７０は、遅延ステージ駆動機構７２によって、紙面上下方向に移動可能に構成されており、この遅延ステージ７０の移動によってミラー４６ａおよび４６ｂの位置が紙面上下方向に変化する。なお、遅延ステージ駆動機構７２は、後述する演算装置２からの制御信号ＣＴＲＬ１に従って、遅延ステージ７０を所定速度で移動させる。

遅延ステージ７０および遅延ステージ駆動機構７２は、検出部４０で受光されるテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の時間軸上における強度波形をより容易に測定するための構成である。すなわち、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２を発生するためのパルス光Ｌ５およびＬ３は、そのパルス幅がフェムト（１０^−１５）秒オーダであるため、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の時間波形を実時間で測定することは非常に困難である。そこで、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の所定位相における強度を複数回にわたって測定したものを時間軸上で合成することで、全体の時間波形を測定する。

上述したように、検出部４０は、パルス光Ｌ６が入射したタイミングにおいて、そのときに入射しているテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の強度に応じた測定信号を出力するので、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対するパルス光Ｌ６の位相をずらすことで、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の所定位相における強度を測定することができる。

すなわち、遅延ステージ７０が所定速度で紙面上または下方向に移動することで、ミラー４６ａおよび４６ｂの位置が変化し、これによってパルス光光源１０から検出部４０までのパルス光Ｌ６の伝搬経路長が時間的に変化する。すなわち、遅延ステージ７０および遅延ステージ駆動機構７２は、パルス光Ｌ６のパルス光光源１０から検出部４０までの伝搬経路長を変化させる伝搬経路長変化部に相当する。

この遅延ステージ７０の位置変化に応じて、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２が検出部４０に入射するタイミングと、パルス光Ｌ６が検出部４０に入射するタイミングとの間の時間差（遅延時間）を時間的に変化することができる。

図２は、テラヘルツ波の時間波形の測定方法の概略を説明するための図である。
図２（ａ）は、各測定タイミングにおいて測定されるテラヘルツ波の強度を示し、図２（ｂ）は、実時間におけるテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２およびパルス光Ｌ６の時間波形を示す。

図２（ｂ）を参照して、一般的にポンプ光のパルス幅（５０〜１００フェムト秒）に比較して、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２のパルス幅は長くなるので、パルス光Ｌ６の位相を周期毎に順次ずらすことで、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の特定タイミングにおけるテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の合成強度を測定することができる。

上述したように、遅延ステージ７０が所定の一定速度で移動すると、パルス光Ｌ６の伝搬経路長が時間的に変化する。また、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２およびパルス光Ｌ６は、全く同じ周期で発生するので、各周期におけるテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対するパルス光Ｌ６の位相は、所定の速度で変化することになる。

より具体的な一例として、パルス光光源１０が５０ＭＨｚの発振周波数（発振周期２０ｎ秒）でパルス光Ｌ１を発生し、遅延ステージ７０が１ｍｍ／秒で移動する場合を考える。この遅延ステージ７０の移動によって、パルス光Ｌ６の伝搬経路長は、２×１ｍｍ／秒で変化することになる。なお、パルス光Ｌ６は遅延ステージを往復することに注意されたい。ここで、測定周期（隣接する測定点の時間間隔）を１ｍ秒（１×１０^−３秒）とすると、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対するパルス光Ｌ６の位相は、ある測定点とこれに続く測定点との間で、２０／３×１０^−１５秒（＝２×１×１０^−３ｍ／秒×１×１０^−３秒／３×１０^８ｍ／秒）だけずれることになる。なお、「３×１０^８ｍ／秒」は光速度である。したがって、この場合には、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２を２０／３×１０^−１５秒間隔でサンプリング測定できることを意味する。

図２（ｂ）に示すように、各測定時刻ｔ２〜ｔ１２において、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対するパルス光Ｌ６の位相は隣接する周期間で所定位相ずつ変化するので、この各測定時間ｔ２〜ｔ１２と、各測定時刻ｔ２〜ｔ１２に対応するテラヘルツ波の強度値Ｍ２〜Ｍ１２との間の関係をプロットすることで、図２（ａ）に示すように、その時間軸を伸張した状態でテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の時間波形を取得できる。

なお、図２（ａ）および図２（ｂ）では、測定点および測定時刻を簡略化して示している。

以上のような原理によって、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の合成強度の時間波形が測定される。なお、測定された時間波形は、その時間軸を伸張されたものであるので、周波数スペクトルを算出するためのフーリエ変換処理などにおいては、この時間軸が実時間に補正される。

上述のように、検出部４０から出力される測定信号は、第１テラヘルツ波Ｔ１と第２テラヘルツ波Ｔ２との合成強度を示す。そのため、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の合成テラヘルツ波に対する周波数スペクトルを測定する場合には特に問題にならないが、各テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対する周波数スペクトルをそれぞれ測定する場合には、それぞれのテラヘルツ波に由来する成分に分離することが好ましい。また、テラヘルツ波の測定過程や伝搬過程において侵入する雑音の影響を抑制することが好ましい。

そこで、本実施の形態に従う測定装置１００においては、第１テラヘルツ波発生源２０から発生する第１テラヘルツ波Ｔ１と、第２テラヘルツ波発生源３０から発生する第２テラヘルツ波Ｔ２とに対して、それぞれ所定の変調周波数で強度変調を行なった上で測定を行なう。そして、その測定結果に含まれる対応の変調周波数に対応する周波数成分に基づいて、各テラヘルツ波の情報を取得する。ここで、それぞれのテラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２に対する変調周波数を異なるものとすることで、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の強度信号（強度スペクトル）を独立に取得することができる。これに加えて、テラヘルツ波の測定過程や伝搬過程において侵入する雑音成分を遮断できる。このような処理は、図１に示す発振器６２と、光チョッパ３２と、信号処理部６４とによって実現される。

再度、図１を参照して、発振器６２は、第１テラヘルツ波発生源２０で発生する第１テラヘルツ波Ｔ１を強度変調するための参照信号を発生する。代表的に、発振器６２は、所定の変調周波数ｆｃ１（たとえば、１Ｈｚ〜１ＭＨｚの間の任意の周波数）の正弦波を発生する。上述したように、この参照信号の一部は、第１テラヘルツ波発生源２０を構成する光伝導スイッチ２０ｂのバイアス電圧として用いられる。このバイアス電圧によって、第１テラヘルツ波Ｔ１の強度は周期変動する。

また、光チョッパ３２は、代表的に、その周方向に沿って等間隔にスリットが形成された円板と、当該円板を一定回転数で回転駆動するモータとからなる。そして、光チョッパ３２は、その円板面がパルス光Ｌ３の光学経路上に対して垂直になるように配置される。これにより、パルス光Ｌ３は、円板の回転によって、円板の単位時間当りの回転数と当該円板に形成されたスリット数との積に応じた変調周波数ｆｃ２（たとえば、１Ｈｚ〜３０ｋＨｚの間の任意の周波数）で、断続（チョッピング）される。すなわち、パルス光Ｌ３は、この変調周波数ｆｃ２で強度変調されたものとなる。したがって、このパルス光Ｌ３をポンプ光として用いる第２テラヘルツ波発生源３０は、この変調周波数ｆｃ２でその強度を周期変動させる第２テラヘルツ波Ｔ２を発生する。

なお、光チョッパ３２に代えて、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator ）などを用いてもよい。音響光学変調器を用いる場合の変調周波数は、代表的に数Ｈｚ〜数１００ｋＨｚとなる。

一方、信号処理部６４は、検出部４０からの測定信号の変調周波数ｆｃ１，ｆｃ２にそれぞれ対応する周波数成分を抽出し、テラヘルツ波Ｔ１，Ｔ２の強度に応じた強度信号をそれぞれ出力する。このような周波数成分を抽出するための構成について、図３を参照して説明する。

図３は、信号処理部６４における概略の機能構成を示すブロック図である。
図３を参照して、信号処理部６４は、代表的に２つのロックインアンプからなり、掛算器６４１，６４３と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）６４２，６４４とを含む。

掛算器６４１は、検出部４０（図１）からの測定信号と、発振器６２における変調周波数ｆｃ１とを乗算して乗算信号を生成する。そして、低域通過フィルタ６４２は、この乗算信号から所定の周波数帯域以下の成分だけを抽出し、第１テラヘルツ波Ｔ１の強度を示す強度信号１として出力する（位相検波出力）。なお、変調周波数ｆｃ１は、発振器６２からの参照信号に基づいて取得される。

すなわち、掛算器６４１は検出部４０からの測定信号に変調周波数ｆｃ１を乗じることで、測定信号に含まれる変調周波数ｆｃ１に対応する周波数成分を実質的に直流成分に変換する。このとき、変調周波数ｆｃ１とは異なる周波数をもつ雑音成分は、交流成分として乗算信号に現れる。そして、低域通過フィルタ６４２がこのように周波数軸上で分離された各成分のうち、主として直流成分を通過させることで、変調周波数ｆｃ１に対応する周波数成分を抽出することができる。

同様に、掛算器６４３は、検出部４０（図１）からの測定信号と、光チョッパ３２における変調周波数ｆｃ２とを乗算して乗算信号を生成する。そして、低域通過フィルタ６４４は、この乗算信号から所定の周波数帯域以下の成分だけを抽出し、第２テラヘルツ波Ｔ２の強度を示す強度信号２として出力する。

なお、第１テラヘルツ波Ｔ１と第２テラヘルツ波Ｔ２とを合成したテラヘルツ波についての周波数スペクトルを取得しようとする場合には、測定対象ＯＢＪに入射するテラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の位相を互いに一致させる必要がある。これは、何らの変調もなされていない２つのテラヘルツ波が合成した場合には、同位相ではないと誤差が発生するからである。そのため、第１テラヘルツ波発生源２０から測定対象ＯＢＪまでの第１テラヘルツ波Ｔ１の伝搬経路長と、第２テラヘルツ波発生源３０から測定対象ＯＢＪまでの第２テラヘルツ波Ｔ２の伝搬経路長とを厳密に一致させる必要がある。

しかしながら、上述のように、第１テラヘルツ波Ｔ１の強度を示す強度信号１と、第２テラヘルツ波Ｔ２の強度を示す強度信号２とをそれぞれ独立に取得できる場合には、このようなテラヘルツ波間の位相差を考慮しなくてもよいという利点もある。

再度、図１を参照して、演算装置２は、信号処理部６４から出力される強度信号１，２に基づいて、測定対象ＯＢＪの特性値を取得する。代表的に、演算装置２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）などのアルゴリズムに基づいて、時間領域の信号である強度信号１，２を、それぞれ周波数領域の信号である周波数スペクトルに変換する。また、演算装置２は、図示しないユーザからの測定開始信号などに応答して、遅延ステージ駆動機構７２を制御するための制御信号ＣＴＲＬ１の出力を開始する。

図４は、この発明の実施の形態１に従う演算装置２の概略のハードウェア構成を示す模式図である。

図４を参照して、演算装置２は、代表的にコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２００と、ＣＰＵ２００でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ部２１２と、ＣＰＵ２００で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク部（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２１０とを含む。また、ハードディスク部２１０には、後述するような処理を実現するためのプログラムが予め記憶されており、このようなプログラムは、ＦＤＤドライブ２１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ２１４によって、それぞれフレキシブルディスク２１６ａまたはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）２１４ａなどから読取られる。

ＣＰＵ２００は、キーボードやマウスなどからなる入力部２０８を介してユーザなどからの指示を受取るとともに、プログラムの実行によって測定される測定結果などをディスプレイ部２０４へ出力する。また、ＣＰＵ２００は、インターフェイス部２０６を介して、信号処理部６４や遅延ステージ駆動機構７２などとの間でデータ通信を行なう。

（測定例）
以下、この発明の実施の形態１に従う測定装置１００を用いて取得したレファレンス（基準値）の測定例を示す。

図５は、第１テラヘルツ波Ｔ１の強度信号の時間波形を示す図である。図６は、図５に示される時間波形から得られるスペクトル波形（パワースペクトル）を示す図である。

また、図７は、第２テラヘルツ波Ｔ２の強度信号の時間波形を示す図である。図８は、図７に示される時間波形から得られるスペクトル波形（パワースペクトル）を示す図である。

本測定例は、第１テラヘルツ波Ｔ１に対する変調周波数ｆｃ１は１００ｋＨｚとし、第２テラヘルツ波Ｔ２に対する変調周波数ｆｃ２は１０ｋＨｚとした場合の測定結果を示すが、変調周波数ｆｃ１が１０〜１００ｋＨｚの任意の周波数、および変調周波数ｆｃ２が３〜２０ｋＨｚの任意の周波数において、同一サンプルに対して、同様の測定結果が得られた。

図５および図７を参照して、第２テラヘルツ波Ｔ２のパルス幅が第１テラヘルツ波Ｔ１のパルス幅に比較して時間的に狭いことが分かる。すなわち、第２テラヘルツ波Ｔ２は、より多くの高周波成分を含むことが分かる。

図６を参照して、第１テラヘルツ波Ｔ１では、約０．０４ＴＨｚ〜４ＴＨｚの範囲において、ノイズ成分に対して識別可能なパワースペクトルを得ることができた。また、図８を参照して、第２テラヘルツ波Ｔ２は、約０．２〜７ＴＨｚの範囲において、ノイズ成分に対して識別可能なパワースペクトルを得ることができた。

このように、この発明の実施の形態１に従う測定装置１００によれば、パワースペクトル特性の異なる複数のテラヘルツ波を同時に照射するとともに、各テラヘルツ波に由来する周波数スペクトルをそれぞれ個別に取得することができる。そのため、測定対象に応じて、所望の周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を発生させて、測定対象の特性を測定することができる。

なお、図６および図８でが、減少ピークが多数存在するが、これらのピークはテラヘルツ波の伝搬経路中に存在する空気中の水蒸気に由来するものである。

次に、この発明の実施の形態１に従う測定装置１００を用いて取得した測定対象の測定例を示す。測定対象としては、Ｄ−マルトース５０ｍｇとポリエチレン粉末５０ｍｇとを混ぜて錠剤としたものを用いた（サンプル）。また、このサンプルと比較するために、ポリエチレン粉末５０ｍｇを錠剤としたもの（参照サンプル）についても測定を行なった。

図９は、サンプルおよび参照サンプルに対して測定される第１テラヘルツ波Ｔ１の強度信号の時間波形を示す図である。図１０は、図９に示されるサンプルの時間波形から得られる吸収スペクトルを示す図である。

また、図１１は、サンプルおよび参照サンプルに対して測定される第２テラヘルツ波Ｔ２の強度信号の時間波形を示す図である。図１２は、図１１に示されるサンプルの時間波形から得られる吸収スペクトルを示す図である。

図１０と図１２とを比較すると、第１テラヘルツ波Ｔ１から得られる吸収スペクトルによれば、１．５ＴＨｚ以下の領域において、第２テラヘルツ波Ｔ２から得られる吸収スペクトルに比較して、吸収ピークなどの情報をより明確に取得することができる。一方、１．５ＴＨｚ以上の領域においては、第２テラヘルツ波Ｔ２から得られる吸収スペクトルによれば、第１テラヘルツ波Ｔ１から得られる吸収スペクトルに比較して、吸収ピークなどの情報をより明確に取得することができる。

このように、第１および第２テラヘルツ波を用いることで、より広帯域での吸収スペクトルの測定が可能となることがわかる。

本実施の形態によれば、単一のパルス光光源が発生するパルス光を用いて、第１テラヘルツ波および第２テラヘルツ波を同一周期で発生するとともに、当該パルス光に基づいて検出部を駆動する。また、パルス光光源が発生するパルス光と同一の波長をもつパルス光と、異なる波長をもつパルス光の２つのパルス光を用いて、それぞれ異なる周波数スペクトルをもつ第１および第２テラヘルツ波を発生させる。そのため、複数のパルス光光源を設ける必要がないため、比較的簡素な構成とすることができるとともに、それぞれ異なる周波数スペクトルをもつ複数のテラヘルツ波を組合せることによって、測定対象に応じたより適切な周波数スペクトルをもつテラヘルツ波を発生することができる。

また、本実施の形態によれば、パルス光光源から発生するパルス光の偏光方向を調整することによって、当該パルス光のうち、第１および第２テラヘルツ波の発生に用いられる割合を任意に調整することができる。そのため、この割合の調整によって、測定対象に照射される合成されたテラヘルツ波の周波数スペクトルを比較的高い自由度で調整することができる。

また、本実施の形態によれば、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２に対して、予め変調周波数で強度変調を行なった上で測定を行なう。測定過程や伝搬過程において侵入する雑音の影響を抑制することができる。

［実施の形態１の変形例］
上述の実施の形態１に従う測定装置１００は、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２に由来する周波数スペクトルをそれぞれ独立に取得可能であるが、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２を合成したテラヘルツ波に由来する周波数スペクトルを取得すれば十分な場合もある。このような場合には、より構成を簡素化することができる。

図１３は、この発明の実施の形態１の変形例に従う測定装置１００＃の概略構成図である。

図１３を参照して、この発明の実施の形態１の変形例に従う測定装置１００＃は、上述したこの発明の実施の形態１に従う測定装置１００に比較して、発振器６２、光チョッパ３２および信号処理部６４に代えて、光チョッパ１１および信号処理部６４＃を配置した点が相違する。その他の点については、測定装置１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

すなわち、測定装置１００＃では、第１テラヘルツ波発生源２０から発生する第１テラヘルツ波Ｔ１と、第２テラヘルツ波発生源３０から発生する第２テラヘルツ波Ｔ２とに対して、同一の変調周波数で強度変調が行なわれる。そして、信号処理部６４＃は、検出部４０からの測定信号に含まれる変調周波数に対応する周波数成分に基づいて、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２を合成したテラヘルツ波の情報を取得する。

光チョッパ１１は、基本的に、測定装置１００の光チョッパ３２と同様であり、パルス光光源１０が発生するパルス光Ｌ１を所定の変調周波数ｆｃで断続（チョッピング）する。これによりパルス光Ｌ１は、この変調周波数ｆｃで強度変調される。そして、このパルス光Ｌ１から生成されるパルス光Ｌ５およびＬ３を受けて、それぞれ発生する第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２についても、変調周波数ｆｃで強度変調が行なわれる。

一方、信号処理部６４＃は、検出部４０からの測定信号の変調周波数ｆｃに対応する周波数成分を抽出し、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の合成強度に応じた強度信号をそれぞれ出力する。このような周波数成分を抽出するための構成については、図３に示す機能構成のうち、１つのロックインアンプ（たとえば、掛算器６４１と低域通過フィルタ６４２）によって実現される。この信号処理部６４＃における処理については、上述の信号処理部６４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

上述のように、この発明の実施の形態１の変形例に従う測定装置１００＃は、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２を合成したテラヘルツ波に由来する周波数スペクトルを測定することができる。

本実施の形態によれば、上述の実施の形態１における効果に加えて、第１テラヘルツ波および第２テラヘルツ波をまとめて強度変調するので、より構成を簡素化できるという効果を得ることができる。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１およびその変形例では、１つの波長をもつパルス光を発生するパルス光光源を用いる構成について例示した。一方、パルス光光源の内部構造によっては、複数の波長のパルス光を発生するパルス光光源も存在する。そこで、本実施の形態においては、互いに異なる波長を有する複数のパルス光を発生するパルス光光源を用いた測定装置について例示する。

図１４は、この発明の実施の形態２に従う測定装置１５０の概略構成図である。
図１４を参照して、この発明の実施の形態２に従う測定装置１５０は、上述したこの発明の実施の形態１に従う測定装置１００に比較して、パルス光光源１０、λ／２板１２、偏光ビームスプリッタ１４および第２次高調波発生部１６に代えて、パルス光光源１０Ａ、波長ビームスプリッタ１５およびλ／２板１７を配置した点が相違する。その他の点については、測定装置１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態に従う測定装置１５０では、パルス光光源１０Ａが、１．５６μｍの波長をもつパルス光Ｌ１と、７８０ｎｍの波長をもつパルス光Ｌ４とを同時に発生する。このようなパルス光光源は、たとえば、Ｅｒドープファイバレーザを用いて波長７８０ｎｍのパルス光を発生する光源であり、Ｅｒドープファイバレーザから放射される波長１．５６μｍのレーザ光を上述の第２次高調波発生部１６と同様の物質に照射し、波長７８０ｎｍのパルス光を生成する構成を採用する。このような構成を採用した場合には、波長７８０ｎｍのパルス光が主として照射されるが、光学的相互作用に用いられなかった波長１．５６μｍのパルス光も副次的に照射される。その結果、パルス光光源からは、７８０ｎｍの波長をもつパルス光Ｌ４と、パルス光Ｌ４の２倍の波長をもつパルス光Ｌ１とが同時に照射される。したがって、パルス光光源１０Ａから放射されるパルス光Ｌ１とパルス光Ｌ４とは、その放射タイミングが一致する。

パルス光光源１０Ａから放射されたパルス光Ｌ１およびＬ４は、まず波長ビームスプリッタ１５へ入射する。

波長ビームスプリッタ１５は、入射するパルス光Ｌ１およびＬ４をその波長に応じて二分割する、一種の波長フィルタである。より具体的には、波長ビームスプリッタ１５は、１．５６μｍの波長をもつパルス光Ｌ１を反射する一方で、７８０ｎｍの波長をもつパルス光Ｌ４を透過させる。これにより、パルス光Ｌ１は、ミラー３４および３６の順に伝搬して、第２テラヘルツ波発生源３０へ入射する。一方、パルス光Ｌ４は、λ／２板１７を通過した後、偏光ビームスプリッタ１８へ入射する。λ／２板１７は、上述したλ／２板１２と同様に、パルス光光源１０Ａで発生したパルス光Ｌ１の偏光方向を予め定められた方向に調整する。偏光ビームスプリッタ１８は、入射したパルス光Ｌ４をその偏光方向に応じて二分割し、分割した光の一方（パルス光Ｌ５）を第１テラヘルツ波発生源２０へ出力し、他方（パルス光Ｌ６）をミラー４２へ出力する。

このようにして、１つのパルス光光源１０Ａを用いて、第１テラヘルツ波Ｔ１、第２テラヘルツ波Ｔ２、および検出部４０のプローブ光であるパルス光Ｌ６を同一周期で発生させることができる。

測定装置１５０のその他の構成や動作などについては、上述の測定装置１００における構成や動作などと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態によれば、上述の実施の形態１における効果に加えて、より構成を簡素化できるという効果を得ることができる。

［実施の形態２の変形例］
この発明の実施の形態２に対しても、上述の実施の形態１の変形例と同様の変形を適用することができる。

図１５は、この発明の実施の形態２の変形例に従う測定装置１５０＃の概略構成図である。

図１５を参照して、この発明の実施の形態２の変形例に従う測定装置１５０＃は、上述したこの発明の実施の形態２に従う測定装置１５０に比較して、発振器６２、光チョッパ３２および信号処理部６４に代えて、光チョッパ１１および信号処理部６４＃を配置した点が相違する。その他の点については、上述の測定装置１５０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

すなわち、測定装置１５０＃では、第１テラヘルツ波発生源２０から発生する第１テラヘルツ波Ｔ１と、第２テラヘルツ波発生源３０から発生する第２テラヘルツ波Ｔ２とに対して、同一の変調周波数で強度変調が行なわれる。そして、信号処理部６４＃は、検出部４０からの測定信号に含まれる変調周波数に対応する周波数成分に基づいて、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２を合成したテラヘルツ波の情報を取得する。

光チョッパ１１は、基本的に測定装置１５０の光チョッパ３２と同様であり、パルス光光源１０Ａが発生するパルス光Ｌ１およびＬ４を所定の変調周波数ｆｃで断続（チョッピング）する。これによりパルス光Ｌ１およびＬ４は、この変調周波数ｆｃで強度変調される。そして、このパルス光Ｌ４およびＬ１に基づいてそれぞれ発生する第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２についても、変調周波数ｆｃで強度変調が行なわれる。

一方、信号処理部６４＃は、検出部４０からの測定信号の変調周波数ｆｃに対応する周波数成分を抽出し、テラヘルツ波Ｔ１およびＴ２の合成強度に応じた強度信号をそれぞれ出力する。このような周波数成分を抽出するための構成については、図３に示す機能構成のうち、１つのロックインアンプ（たとえば、掛算器６４１と低域通過フィルタ６４２）によって実現される。この信号処理部６４＃における処理については、上述の信号処理部６４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

上述のように、この発明の実施の形態２の変形例に従う測定装置１５０＃は、第１テラヘルツ波Ｔ１および第２テラヘルツ波Ｔ２を合成したテラヘルツ波に由来する周波数スペクトルを測定することができる。

本実施の形態によれば、上述の実施の形態２における効果に加えて、第１テラヘルツ波および第２テラヘルツ波をまとめて強度変調するので、より構成を簡素化できるという効果を得ることができる。

［その他の形態］
なお、上述の実施の形態１および２、ならびにそれらの変形例においては、２つのテラヘルツ波発生源を用いて、２種類のテラヘルツ波を発生する構成について例示したが、より多くの種類のテラヘルツ波を発生するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態１および２、ならびにそれらの変形例においては、４個の軸外し放物面ミラーを用いてテラヘルツ波を導く構成について例示したが、たとえば２個の軸外し放物面ミラーを用いてテラヘルツ波を測定対象に透過させるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態１および２、ならびにそれらの変形例においては、結合部を用いて、２つのテラヘルツ波を結合する構成について例示したが、結合部に代えて、導波路を切り替えるための光学素子を配置し、２種類のテラヘルツ波のうち、片方ずつ切り替えて測定対象に照射するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従う測定装置の概略構成図である。 テラヘルツ波の時間波形の測定方法の概略を説明するための図である。 信号処理部における概略の機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に従う演算装置の概略のハードウェア構成を示す模式図である。 第１テラヘルツ波Ｔ１の強度信号の時間波形を示す図である。 図５に示される時間波形から得られるスペクトル波形（パワースペクトル）を示す図である。 第２テラヘルツ波Ｔ２の強度信号の時間波形を示す図である。 図７に示される時間波形から得られるスペクトル波形（パワースペクトル）を示す図である。 サンプルおよび参照サンプルに対して測定される第１テラヘルツ波Ｔ１の強度信号の時間波形を示す図である。 図９に示されるサンプルの時間波形から得られる吸収スペクトルを示す図である。 サンプルおよび参照サンプルに対して測定される第２テラヘルツ波Ｔ２の強度信号の時間波形を示す図である。 図１１に示されるサンプルの時間波形から得られる吸収スペクトルを示す図である。 この発明の実施の形態１の変形例に従う測定装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態２に従う測定装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態２の変形例に従う測定装置の概略構成図である。

符号の説明

２ 演算装置、１０，１０Ａ パルス光光源、１１，３２ 光チョッパ、１２，１７ λ／２板、１４，１８ 偏光ビームスプリッタ、１５ 波長ビームスプリッタ、１６ ２次高調波発生部、２０，３０ テラヘルツ波発生源、２０ａ 収束レンズ、２０ｂ 光伝導スイッチ、２０ｃ レンズ、２２ 結合部、３０ａ 収束レンズ、３０ｂ ＤＡＳＴ結晶、３４，３６，４２，４４，４６ａ，４６ｂ，４８ ミラー、４０ 検出部、４０ａ 収束レンズ、４０ｂ 光伝導スイッチ、４０ｃ レンズ、５０，５２，５４，５６ 放物面ミラー、６２ 発振器、６４ 信号処理部、７０ 遅延ステージ、７２ 遅延ステージ駆動機構、１００，１００＃，１５０，１５０＃ 測定装置、２０４ ディスプレイ部、２０６ インターフェイス部、２０８ 入力部、２１０ ハードディスク部、２１２ メモリ部、２１４ ＣＤ−ＲＯＭドライブ、２１４ａ ＣＤ−ＲＯＭ、２１６ ＦＤＤドライブ、２１６ａ フレキシブルディスク、６４１，６４３ 掛算器、６４２，６４４ 低域通過フィルタ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ パルス光、ＯＢＪ 測定対象、Ｔ１，Ｔ２ テラヘルツ波。

Claims (5)

1. テラヘルツ波を用いて測定対象の特性を測定する測定装置であって、
   第１波長をもつ第１パルス光を発生するパルス光光源と、
   前記第１パルス光を受けて、第２波長をもつ第２パルス光を発生する波長変換部と、
   前記第１パルス光を受けて、第１テラヘルツ波を発生する第１テラヘルツ波発生源と、
   前記第２パルス光を受けて、第２テラヘルツ波を発生する第２テラヘルツ波発生源と、
   前記第１テラヘルツ波と前記第２テラヘルツ波とを結合する結合部と、
   前記結合部において結合されたテラヘルツ波を前記測定対象へ導くための導波路と、
   前記測定対象を透過した後のテラヘルツ波を検出する検出部と、
   前記第２パルス光を前記検出部へ導くための導光路とを備え、
   前記検出部は、前記第２パルス光に応答して、入射しているテラヘルツ波の強度に応じた電気信号を出力する、測定装置。
2. テラヘルツ波を用いて測定対象の特性を測定する測定装置であって、
   第１波長をもつ第１パルス光および第２波長をもつ第２パルス光を同時に発生するパルス光光源と、
   前記第１パルス光を受けて、第１テラヘルツ波を発生する第１テラヘルツ波発生源と、
   前記第２パルス光を受けて、第２テラヘルツ波を発生する第２テラヘルツ波発生源と、
   前記第１テラヘルツ波と前記第２テラヘルツ波とを結合する結合部と、
   前記結合部において結合されたテラヘルツ波を前記測定対象へ導くための導波路と、
   前記測定対象を透過した後のテラヘルツ波を検出する検出部と、
   前記第２パルス光を前記検出部へ導くための導光路とを備え、
   前記検出部は、前記第２パルス光に応答して、入射しているテラヘルツ波の強度に応じた電気信号を出力する、測定装置。
3. 前記第２パルス光の前記パルス光光源から前記検出部までの伝搬経路長を変化させる伝搬経路長変化部をさらに備える、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記第１テラヘルツ波発生源から発生する前記第１テラヘルツ波および前記第２テラヘルツ波発生源から発生する前記第２テラヘルツ波の少なくとも一方を所定の変調周波数で強度変調する変調部と、
   前記検出部が出力する電気信号を信号処理する信号処理部とをさらに備え、
   前記信号処理部は、前記電気信号の前記変調周波数に対応する周波数成分に基づいて、前記テラヘルツ波の強度に応じた信号を出力する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記第１波長は、前記第２波長の整数倍である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。

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