JP2013170899A - 測定装置及び測定方法、トモグラフィー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 測定物の物性を測定する測定装置は、遅延光学部の光路長を変化させて検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、位置調整部により第1の反射部または第2の反射部の一方のみに電磁波パルスの平行領域が位置する第1の集光位置にて第1の取得波形を、前記第1の集光位置とは異なる第2の集光位置にて第2の取得波形を取得する波形取得部と、第1の取得波形と第2の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、を有する。
【選択図】 図1
Description
以下、本実施形態の物性測定装置について図面に基づき説明する。
図1は、本実施形態における物性測定装置1の概略構成図である。
光源103は、発生検出部101に向けて励起光(レーザー光)を発振する。光源103から出力されるレーザー光は、数10フェムト秒のパルス幅を有する。発生検出部101を構成する光伝導素子は、励起光の照射によりキャリヤを半導体薄膜に励起することでテラヘルツ波を発振する。
遅延光学部104は、励起光の光路長を調整し、発生検出部101に到達する励起光L1とL2の光路長差を調整する。即ち、本実施形態では励起光の光路長を長くして発生検出部への到達を遅延させるように構成されている。
発生検出部は、特に30GHzから30THzの周波数帯域の一部を含む電磁波(テラヘルツ波とも呼ぶ)の発生部と検出部の機能を兼ねる光伝導素子から構成される。発生検出部101は、励起光を照射されて電磁波パルスであるテラヘルツ波パルスを発振し、また、測定物から反射される電磁波パルスであるテラヘルツ波パルス(反射パルス)を検出する。
整形部102は、テラヘルツ波パルスのビーム形状を調整し、集光する。即ち、ビーム形状を調整してテラヘルツ波パルスの焦点位置を光軸上で移動させることができる。
波形取得部105は、遅延光学部の光路長を変化させて発生検出部101において検出されるテラヘルツ波パルスに関する信号に基づきテラヘルツ波パルスの時間波形を取得する。というのも、テラヘルツ波パルスは一般にピコ秒以下のパルス幅を有するパルス波形であるため、実時間での取得が困難である。そのため、テラヘルツ波パルスのパルス幅よりも短いパルス幅を測定できる光サンプリング計測を行う。
集光位置調整部106は、テラヘルツ波パルスの焦点(集光位置)をテラヘルツ波パルスの光軸に略沿う方向に移動させ、所望の位置に焦点を合わせる位置調整部である。例えば、集光位置調整部106により、発振するテラヘルツ波パルスの集光位置を第1の集光位置P1から第2の集光位置P2へと移動させて調整することができる。
分析部109は、予め測定された物性情報を記憶する記憶部と、この記憶部に格納された物性情報と測定し得られた物性情報とを比較する比較部とを備えて、着目した測定物の反射部の物性を分析する。例えば、テラヘルツ波の反射パルスの基準情報からの変化をモニタすることで、測定物の屈折率分布や吸収係数を取得できる。または、周波数スペクトルや時間波形の変化について、予め用意された測定物に関するデータベースと比較することで、測定物の物性の分析を行うことも可能である。
図4を用いて、集光部で集光されたテラヘルツ波パルスのビーム形状と測定物の反射部との関係について説明する。図4(a)は、テラヘルツ波パルスのビーム形状と測定物との位置関係について説明するための図である。図4(b)は、測定物から得られたテラヘルツ波パルスの時間波形について説明するための図である。
集光位置が図1に示すように第1の集光位置P1から第2の集光位置P2に変化させると、時間間隔Δtは、各集光位置における光路長の変化量の差分を反映した分だけ変わる。つまり、発生検出部101に到達するテラヘルツ波パルスのビーム径の拡大、縮小に伴ってテラヘルツ波パルスの光路長は小さく変化する。
以下、テラヘルツ波パルスの集光位置Zと、反射パルスの時間間隔Δtについて説明する。図5(a)は、テラヘルツ波パルスの集光位置Zと反射パルスの時間間隔Δtの関係を示した概念図である。第1の反射部と第2の反射部の両方が集光過程領域Aまたは平行領域Bの一方に位置する場合、時間間隔Δtは集光位置Zに対してほとんど依存しないで、時間間隔Δtは集光位置Zを変化させても略一定となる。
波形調整部107は、取得した第1の取得波形と第2の取得波形を調整する。各時間波形に含まれる第1の反射パルスの時間軸上の位置を、基準時間位置Trefに位置するように、それぞれの時間波形の位置を移動する。ここで、基準時間位置Trefは、操作者若しくは装置により予め設定された時間軸上の位置である。
波形形成部108は、第1の調整波形と第2の調整波形を加算して抽出波形を取得する。測定物の第1の反射部と第2の反射部が混在領域A+Bに位置する場合に、第1の取得波形と第2の取得波形に含まれるそれぞれの第1、第2の反射パルスの時間間隔Δtは変化する。波形調整部107において、各時間波形の第1の反射パルスの時間軸上の位置を基準時間位置Trefに調整した場合、第1の調整波形の第2の反射パルスの時間軸上の位置と、第2の調整波形の第2の反射パルスの時間軸上の位置は異なる位置となる。
以下、物性測定装置における測定物の測定方法について説明する。図3は、本実施形態の物性測定装置に関する測定動作のフローチャートである。
本実施形態は、テラヘルツ波の発振素子と検出素子とを別個に設ける構成であることを特徴とし、実施形態1とはテラヘルツ波パルスを発生検出する部分の構成が異なる。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態1と共通する部分の説明については省略する。
本実施形態は、実施形態1における物性測定装置をトモグラフィー装置に適用し、かつ測定物を固定するステージをテラヘルツ波パルスの光軸方向に対して平行に移動可能としたことを特徴とする。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態1と共通する部分の説明については省略する。
本実施形態は取得した物性情報を利用して、トモグラフィー像を補正する補正部を有することを特徴とし、その他の構成としては、実施形態3と略同じ構成である。以下、図面に基づき本実施形態について説明する。尚、実施形態3と共通する構成についての説明は省略する。
5 集光部
101 発生検出部
103 光源
105 波形取得部
107 波形調整部
108 波形形成部
109 分析部
Claims (14)
- 電磁波パルスを測定物に照射して測定物の物性を測定する測定装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光または電磁波パルスの光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第1の反射部と第2の反射部とを備える測定物と前記集光位置との位置を、前記第1の反射部または前記第2の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第1の反射部または前記第2の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第1の集光位置にて第1の取得波形を、前記第1の集光位置とは異なる第2の集光位置にて第2の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第1の取得波形と前記第2の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
を有することを特徴とする測定装置。 - 前記焦点深度は、集光された電磁波パルスにおける焦点位置から光軸方向の前後に0.5ミリメートルの領域とすることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
- 前記波形形成部は、前記第1、第2の取得波形における前記第1、第2の反射部から反射された電磁波である第1、第2の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第1、第2の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の測定装置。
- 前記波形取得部は、前記第1の取得波形と前記第2の取得波形とは別に1以上の時間波形を取得し、前記第1の取得波形と前記第2の取得波形と前記1以上の時間波形に基づき前記波形形成部は測定波形を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記第2の集光位置は、測定物における前記第1の反射部または前記第2の反射部の一方に電磁波パルスの焦点深度が位置することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記位置調整部は、位置を固定された測定物に対して電磁波パルスの集光する集光位置を移動させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記位置調整部は、電磁波パルスの光軸に平行に移動させる測定物を保持するステージであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 電磁波パルスは、30GHzから30THzの周波数帯域の一部を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の測定装置。
- 電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光の光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第1の反射部と第2の反射部とを備える測定物と前記集光位置との相対的な位置を、前記第1の反射部または前記第2の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部と、を有し、測定物の物性を測定する測定装置における測定方法であって、
前記位置調整部により前記第1の反射部または前記第2の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第1の集光位置にて第1の取得波形を、前記第1の集光位置とは異なる第2の集光位置にて第2の取得波形を取得し、
前記第1、第2の取得波形における前記第1の反射部から反射された第1の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整して第1、第2の調整波形とし、前記第1、第2の調整波形を加算して測定波形を形成することを特徴とする測定方法。 - 抽出された前記測定波形をフーリエ変換して測定物のスペクトルを取得することを特徴とする請求項9に記載の測定方法。
- 測定物のトモグラフィー像を取得するトモグラフィー装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第1の反射部と第2の反射部とを備える測定物に対して、前記第1の反射部または前記第2の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するようにして、前記集光位置における電磁波パルスの光軸に平行に移動させる位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を可変にして前記検出部で検出した電磁波パルスに関する情報から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により前記第1の反射部または前記第2の反射部の一方のみに電磁波パルスの焦点深度が位置する第1の集光位置にて第1の取得波形を取得し、前記第1の集光位置とは異なる第2の集光位置にて第2の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第1の取得波形と前記第2の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
測定物を保持し、測定物と電磁波パルスの位置を相対的に移動させる移動可能なステージと、
前記ステージの位置と前記波形形成部が形成する前記測定波形とに基づき測定物のトモグラフィー像を構成する像構成部と、を有することを特徴とするトモグラフィー装置。 - 前記波形形成部は、前記第1、第2の取得波形における前記第1、第2の反射部から反射された電磁波である第1、第2の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第1、第2の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項11に記載のトモグラフィー装置。
- 電磁波パルスを測定物に照射して測定物の物性を測定する測定装置において、
電磁波パルスを検出する検出部と、前記検出部に到達する励起光または電磁波パルスの光路長を遅延させる遅延光学部と、電磁波パルスを集光位置に集光する集光部と、
第1の反射部と第2の反射部とを備える測定物と前記集光位置との位置を、前記第1の反射部または前記第2の反射部の少なくとも一方に電磁波パルスの焦点深度が位置するように調整する位置調整部と、
前記遅延光学部の光路長を変化させて前記検出部で検出した電磁波パルスに関する信号から時間波形を取得する波形取得部であって、前記位置調整部により第1の集光位置にて第1の取得波形を、前記第1の集光位置とは異なる第2の集光位置にて前記第1の取得波形とは波形の異なる第2の取得波形を取得する波形取得部と、
前記第1の取得波形と前記第2の取得波形とに基づき測定波形を形成する波形形成部と、
を有することを特徴とする測定装置。 - 前記波形形成部は、前記第1、第2の取得波形における前記第1、第2の反射部から反射された電磁波である第1、第2の反射パルスの時間軸上の位置が基準位置に位置するようにそれぞれ調整した第1、第2の調整波形を重ね合わせて測定波形を形成することを特徴とする請求項13に記載の測定装置。
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