JP2014174154A - Terahertz wave measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて計測対象物の特性を分析するテラヘルツ波計測装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a terahertz wave measuring apparatus that analyzes characteristics of a measurement object using, for example, a terahertz wave.
テラヘルツ波計測装置として、テラヘルツ時間領域分光法(Terahertz Time−Domain Spectroscopy)を利用する装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、計測対象物の特性を分析する。まず、超短パルスレーザ光(例えば、フェムト秒パルスレーザ光)を分岐することで得られる一のレーザ光であるポンプ光(言い換えれば、励起光)が、バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子に照射される。その結果、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を発生する。テラヘルツ波発生素子が発生したテラヘルツ波は、計測対象物に照射される。計測対象物に照射されたテラヘルツ波は、計測対象物からの反射光又は透過光として、超短パルスレーザ光を分岐することで得られる他のレーザ光であって且つポンプ光に対する光学的な遅延(つまり、光路長差)が付与されたプローブ光(言い換えれば、励起光)が照射されているテラヘルツ波検出素子に照射される。その結果、テラヘルツ波検出素子は、計測対象物で反射又は透過したテラヘルツ波の強度に応じた電流信号を検出する。当該検出されたテラヘルツ波(つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号)をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波のスペクトル(つまり、振幅及び位相の周波数応答特性)等が取得される。その結果、当該テラヘルツ波のスペクトルを解析することで、計測対象物の特性が分析される。 As a terahertz wave measuring apparatus, an apparatus using terahertz time-domain spectroscopy (Terahertz Time-Domain Spectroscopy) is known. The terahertz wave measuring apparatus analyzes the characteristics of the measurement object according to the following procedure. First, pump light (in other words, excitation light), which is one laser light obtained by branching ultrashort pulse laser light (for example, femtosecond pulse laser light), generates terahertz waves to which a bias voltage is applied. The element is irradiated. As a result, the terahertz wave generating element generates a terahertz wave. The terahertz wave generated by the terahertz wave generating element is irradiated to the measurement object. The terahertz wave irradiated to the measurement object is another laser light obtained by branching the ultrashort pulse laser light as reflected light or transmitted light from the measurement object, and is optically delayed with respect to the pump light. In other words, the terahertz wave detecting element irradiated with the probe light (in other words, excitation light) to which the (optical path length difference) is applied is irradiated. As a result, the terahertz wave detecting element detects a current signal corresponding to the intensity of the terahertz wave reflected or transmitted by the measurement object. The detected terahertz wave (that is, a terahertz wave in the time domain and a current signal) is Fourier-transformed to obtain a spectrum (that is, frequency response characteristics of amplitude and phase) of the terahertz wave. As a result, the characteristics of the measurement object are analyzed by analyzing the spectrum of the terahertz wave.
ところで、テラヘルツ波発生素子を相対的に長時間使用し続けると、テラヘルツ波発生素子が備える2つの導電素子(例えば、ダイポールアンテナ)間のギャップ部に流れる電流が急激に増加してしまうという技術的課題が発生する(例えば、特許文献1参照)。このような技術的課題が発生する一つの原因としては、例えば、テラヘルツ波発生素子内で熱的に励起されたキャリアの増加があげられる。このような技術的課題を解決するために、特許文献1には、テラヘルツ波発生素子を冷却する冷却機構又はテラヘルツ波発生素子の放熱を促進する放熱機構を採用することで、テラヘルツ波発生素子が備える2つの導電素子間のギャップに流れる電流の急激な増加を抑制する技術が開示されている。 By the way, if the terahertz wave generating element is used for a relatively long time, the current that flows in the gap portion between two conductive elements (for example, a dipole antenna) included in the terahertz wave generating element increases abruptly. A problem occurs (for example, see Patent Document 1). One cause of the occurrence of such a technical problem is, for example, an increase in carriers that are thermally excited in the terahertz wave generating element. In order to solve such a technical problem, Patent Document 1 discloses a terahertz wave generating element that employs a cooling mechanism that cools the terahertz wave generating element or a heat dissipation mechanism that promotes heat dissipation of the terahertz wave generating element. A technique for suppressing a rapid increase in current flowing in a gap between two conductive elements provided is disclosed.
その他、本発明に関連する文献として、特許文献2が存在する。 In addition, there is Patent Document 2 as a document related to the present invention.
しかしながら、特許文献1に開示されている技術では、冷却機構又は放熱機構という新たな物理的構造物が必要になってくる。従って、テラヘルツ波計測装置のサイズ及びコストの増大につながるという技術的課題が新たに生ずる。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 requires a new physical structure such as a cooling mechanism or a heat dissipation mechanism. Therefore, a new technical problem that leads to an increase in the size and cost of the terahertz wave measuring apparatus arises.
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、テラヘルツ波計測装置のサイズ及びコストの増大を抑制しながら、テラヘルツ波を発生する発生素子等の冷却又は放熱を促進することを可能とならしめるテラヘルツ波計測装置を提供することを課題とする。 Examples of problems to be solved by the present invention include the above. It is an object of the present invention to provide a terahertz wave measuring device that makes it possible to promote cooling or heat dissipation of a generating element that generates a terahertz wave while suppressing an increase in size and cost of the terahertz wave measuring device. And
上記課題を解決するテラヘルツ波計測装置は、第1レーザ光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、第2レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、入射光を反射して出射する反射手段、及び前記反射手段を前記入射光の光軸方向に移動させる移動手段を有し、前記反射手段の移動により前記第1レーザ光の光路長と前記第2レーザ光の光路長との間の光路長差を調整する調整手段と、前記調整手段に設けられており、前記反射手段の移動に応じて移動する空気の移動方向を、冷却すべき被冷却体を冷却可能な所定の方向に向ける偏向手段とを備える。 A terahertz wave measuring apparatus that solves the above-described problems is a generation unit that generates a terahertz wave by irradiating a first laser beam, and a measurement object from the generation unit by irradiating a second laser beam. Detecting means for detecting the terahertz wave irradiated to the reflecting means, reflecting means for reflecting and emitting incident light, and moving means for moving the reflecting means in the optical axis direction of the incident light, the reflecting means And adjusting means for adjusting the optical path length difference between the optical path length of the first laser light and the optical path length of the second laser light, and the adjusting means, and according to the movement of the reflecting means Deflecting means for directing the moving direction of the moving air in a predetermined direction in which the object to be cooled can be cooled.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置は、第1レーザ光が照射されることで、テラヘルツ波を発生する発生手段と、第2レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、入射光を反射して出射する反射手段、及び前記反射手段を前記入射光の光軸方向に移動させる移動手段を有し、前記反射手段の移動により前記第1レーザ光の光路長と前記第2レーザ光の光路長との間の光路長差を調整する調整手段と、前記調整手段に設けられており、前記反射手段の移動に応じて移動する空気の移動方向を、冷却すべき被冷却体を冷却可能な所定の方向に向ける偏向手段とを備える。 The terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment is configured to generate a terahertz wave by irradiating the first laser light and irradiate the second laser light to the measurement object from the generating means. Detecting means for detecting the terahertz wave irradiated to the reflecting means, reflecting means for reflecting and emitting incident light, and moving means for moving the reflecting means in the optical axis direction of the incident light, the reflecting means And adjusting means for adjusting the optical path length difference between the optical path length of the first laser light and the optical path length of the second laser light, and the adjusting means, and according to the movement of the reflecting means Deflecting means for directing the moving direction of the moving air in a predetermined direction in which the object to be cooled can be cooled.
本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、発生手段、検出手段及び調整手段の動作により、テラヘルツ時間領域分光法を用いて、測定対象物に照射されたテラヘルツ波が検出される。検出されたテラヘルツ波は、測定対象物の特性の分析に利用される。尚、テラヘルツ時間領域分光法を用いたテラヘルツ波の検出方法自体は、既存の検出方法を用いてもよい。以下、テラヘルツ時間領域分光法を用いたテラヘルツ波の検出方法の概略について、簡単に説明する。 According to the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the terahertz wave irradiated to the measurement object is detected using the terahertz time domain spectroscopy by the operation of the generating unit, the detecting unit, and the adjusting unit. The detected terahertz wave is used for analyzing the characteristics of the measurement object. Note that an existing detection method may be used as the terahertz wave detection method itself using the terahertz time domain spectroscopy. An outline of a terahertz wave detection method using terahertz time domain spectroscopy will be briefly described below.
具体的には、発生手段は、当該発生手段に第1レーザ光が励起光(例えば、ポンプ光)として照射されることで、テラヘルツ波を発生させる。発生手段が発生したテラヘルツ波は、測定対象物に照射される。 Specifically, the generation unit generates a terahertz wave by irradiating the generation unit with the first laser light as excitation light (for example, pump light). The terahertz wave generated by the generating means is irradiated to the measurement object.
検出手段は、当該検出手段に第2レーザ光が励起光(例えば、プローブ光)として照射されることで、測定対象物によって反射された又は測定対象物を透過したテラヘルツ波を検出する。 The detection means detects the terahertz wave reflected by the measurement object or transmitted through the measurement object by irradiating the detection means with the second laser light as excitation light (for example, probe light).
このとき、調整手段は、第1レーザ光の光路と第2レーザ光の光路との間の光路長差を調整する。言い換えれば、調整手段は、第1レーザ光の光路と第2レーザ光の光路との間の光路長差を所望値に設定する。調整手段は、入射光を反射して出射する反射手段、及び反射手段を入射光の光軸方向に移動させる移動手段を有しており、反射手段の移動により光路長差を調整する。具体的には、反射手段が入射光の光軸方向に移動されることで、反射手段から出射される光の光路長が変化する。よって、第1レーザ光の光路長及び第2レーザ光の光路長のうちの少なくとも一方を反射手段に入射させれば、光路長差を好適に調整することができる。尚、このような光路長差の調整は、サブピコ秒というオーダーで現れるテラヘルツ波の波形を好適に検出するために行われる。 At this time, the adjusting means adjusts the optical path length difference between the optical path of the first laser beam and the optical path of the second laser beam. In other words, the adjusting means sets the optical path length difference between the optical path of the first laser light and the optical path of the second laser light to a desired value. The adjusting unit includes a reflecting unit that reflects and emits incident light, and a moving unit that moves the reflecting unit in the optical axis direction of the incident light, and adjusts the optical path length difference by moving the reflecting unit. Specifically, the optical path length of the light emitted from the reflecting means is changed by moving the reflecting means in the optical axis direction of the incident light. Therefore, if at least one of the optical path length of the first laser light and the optical path length of the second laser light is incident on the reflecting means, the optical path length difference can be suitably adjusted. Note that such adjustment of the optical path length difference is performed in order to suitably detect the waveform of the terahertz wave that appears on the order of sub-picoseconds.
本実施形態では特に、上述した調整手段に偏向手段が設けられている。偏向手段は、反射手段の移動に応じて移動する空気の移動方向を、冷却すべき被冷却体を冷却可能な所定の方向に向ける。具体的には、偏向手段は、例えば調整手段における反射手段又は移動手段の付加構造物や溝部等として設けられる。そして偏向手段は、調整手段における反射手段の移動動作により共に移動し、空気の移動を所定の方向へと向ける。言い換えれば、偏向手段は、調整手段における反射手段の移動動作を利用して、被冷却体を冷却するための冷却風を発生させる。 In the present embodiment, in particular, the adjusting means described above is provided with a deflecting means. The deflecting unit directs the moving direction of the air that moves in accordance with the movement of the reflecting unit in a predetermined direction in which the object to be cooled can be cooled. Specifically, the deflecting unit is provided as an additional structure or a groove of the reflecting unit or the moving unit in the adjusting unit, for example. The deflecting means moves together by the movement of the reflecting means in the adjusting means, and directs the movement of air in a predetermined direction. In other words, the deflecting unit uses the moving operation of the reflecting unit in the adjusting unit to generate cooling air for cooling the object to be cooled.
上述した構成によれば、被冷却体を冷却するための冷却装置を別途設けることなく冷却が行える。また、調整手段の動作に応じて冷却が行われるため、冷却のための制御を行わずに済む。よって、冷却用の制御回路等も必要ない。従って、テラヘルツ波計測装置のサイズ及びコストの増大を抑制しながら、被冷却体の冷却又は放熱を促進することができる。 According to the configuration described above, cooling can be performed without separately providing a cooling device for cooling the object to be cooled. Further, since cooling is performed according to the operation of the adjusting means, it is not necessary to perform control for cooling. Therefore, a cooling control circuit or the like is not necessary. Therefore, it is possible to promote cooling or heat dissipation of the object to be cooled while suppressing an increase in the size and cost of the terahertz wave measuring apparatus.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の一態様では、前記調整手段を少なくとも部分的に覆うように設けられ、前記偏向手段により前記所定の方向に向けられた空気を前記被冷却体に導く導風手段を備える。 In one aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, the wind guide is provided so as to at least partially cover the adjusting unit, and guides the air directed in the predetermined direction by the deflecting unit to the object to be cooled. Means.
この態様によれば、調整手段を少なくとも部分的に覆うように導風手段が設けられているため、偏向手段によって所定の方向に向けられた空気を、より好適に被冷却体へと導くことができる。従って、冷却効果を更に向上させることが可能である。 According to this aspect, since the air guiding means is provided so as to at least partially cover the adjusting means, the air directed in the predetermined direction by the deflecting means can be more suitably guided to the cooled object. it can. Therefore, it is possible to further improve the cooling effect.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記移動手段は、回転型又は直動型である。 In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to this embodiment, the moving means is a rotary type or a direct acting type.
この態様によれば、例えば移動手段が回転可能なターンテーブルとして構成され、ターンテーブル上に複数の反射手段が設けられる。このように、移動手段が回転型として構成される場合には、移動手段の回転動作により光路長差の調整が実行される。そして偏向手段は、移動手段の回転動作に応じて移動する空気を所定方向へと向ける。 According to this aspect, for example, the moving means is configured as a rotatable turntable, and the plurality of reflecting means are provided on the turntable. Thus, when the moving means is configured as a rotary type, the adjustment of the optical path length difference is executed by the rotating operation of the moving means. Then, the deflecting unit directs the moving air in a predetermined direction in accordance with the rotation operation of the moving unit.
或いは移動手段は、例えば送りネジ機構上を直線的に移動可能な可動部材として構成され、可動部材上に反射手段が設けられる。このように、移動手段が直動型として構成される場合には、移動手段の直動動作により光路長差の調整が実行される。そして偏向手段は、移動手段の直動動作に応じて移動する空気を所定方向へと向ける。 Alternatively, the moving means is configured as a movable member that can move linearly on the feed screw mechanism, for example, and the reflecting means is provided on the movable member. In this way, when the moving means is configured as a direct acting type, the adjustment of the optical path length difference is executed by the direct acting operation of the moving means. Then, the deflecting means directs the air that moves according to the linear motion of the moving means in a predetermined direction.
以上のように、移動手段を回転型又は直動型とすれば、好適に光路長差を調整できると共に、調整動作に伴って生じる空気の流れを確実に所定の方向へと向けることができる。 As described above, if the moving means is a rotary type or a direct-acting type, the optical path length difference can be suitably adjusted, and the air flow caused by the adjusting operation can be surely directed in a predetermined direction.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記反射手段は、再帰性反射体である。 In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, the reflecting means is a retroreflector.
この態様によれば、反射手段は、例えば互いに直角に交わる2つの反射面を有する反射体として構成され、入射光と平行な反射光を出射する。再帰性反射体によれば、入射光の光路長を好適に調整することができる。また、再帰性反射体の構造を利用して偏向手段を設けることが可能であるため、比較的簡単な構成で冷却効果を得ることができる。 According to this aspect, the reflecting means is configured as a reflector having, for example, two reflecting surfaces that intersect at right angles to each other, and emits reflected light parallel to the incident light. According to the retroreflector, the optical path length of the incident light can be suitably adjusted. In addition, since the deflecting means can be provided by using the structure of the retroreflector, a cooling effect can be obtained with a relatively simple configuration.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記被冷却体は、前記発生手段、前記第1レーザ光を発生する手段及び前記第2レーザ光を発生する手段の少なくとも1つである。 In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, the object to be cooled is at least one of the generating means, the means for generating the first laser light, and the means for generating the second laser light. .
この態様によれば、偏向手段によって所定の方向に向けられた空気によって、発生手段、第1レーザ光を発生する手段及び第2レーザ光を発生する手段の少なくとも1つが冷却される。ここで特に、発生手段、第1レーザ光を発生する手段及び第2レーザ光を発生する手段は、他の部位と比較して熱による不具合を起こし易い。よって、冷却効果を高めることで、効果的に装置の不具合を抑制できる。 According to this aspect, at least one of the generating means, the means for generating the first laser light, and the means for generating the second laser light is cooled by the air directed in a predetermined direction by the deflecting means. Here, in particular, the generating means, the means for generating the first laser light, and the means for generating the second laser light are more likely to cause problems due to heat than other parts. Therefore, the malfunction of an apparatus can be suppressed effectively by improving a cooling effect.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。 The operation and other gains of the terahertz wave measuring apparatus according to this embodiment will be described in more detail in the following examples.
以下では、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1:第1実施例>
初めに、図1から図3を参照しながら、第1実施例のテラヘルツ波計測装置100について説明する。
<1: First embodiment>
First, the terahertz wave measuring apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
<1−1:装置構成>
先ず、図1を参照しながら、第1実施例のテラヘルツ波計測装置100の構成について説明する。ここに図1は、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置100の構成を示すブロック図である。
<1-1: Device configuration>
First, the configuration of the terahertz wave measuring apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the terahertz wave measuring apparatus 100 according to the first embodiment.
図1において、テラヘルツ波計測装置100は、テラヘルツ波THzを測定対象物に照射すると共に、測定対象物を透過した又は測定対象物から反射したテラヘルツ波THz(つまり、測定対象物に照射されたテラヘルツ波THz)を検出する。 In FIG. 1, a terahertz wave measuring apparatus 100 irradiates a measurement target with a terahertz wave THz, and transmits a terahertz wave THz transmitted through the measurement target or reflected from the measurement target (that is, the terahertz wave irradiated on the measurement target). Wave THz).
テラヘルツ波THzは、1テラヘルツ(1THz=1012Hz)前後の周波数領域(つまり、テラヘルツ領域)に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置100は、測定対象物に照射されたテラヘルツ波THzの周波数スペクトルを解析することで、測定対象物の特性を分析することができる。 The terahertz wave THz is an electromagnetic wave belonging to a frequency region (that is, a terahertz region) around 1 terahertz (1 THz = 10 12 Hz). The terahertz region is a frequency region that combines light straightness and electromagnetic wave transparency. The terahertz region is a frequency region in which various substances have unique absorption spectra. Therefore, the terahertz wave measuring apparatus 100 can analyze the characteristics of the measurement object by analyzing the frequency spectrum of the terahertz wave THz applied to the measurement object.
測定対象物に照射されたテラヘルツ波THzの周波数スペクトルを取得するために、テラヘルツ波計測装置100は、テラヘルツ時間領域分光法(Terahertz Time−Domain Spectroscopy)を採用している。テラヘルツ時間領域分光法は、テラヘルツ波THzを測定対象物に照射すると共に、測定対象物を透過した又は測定対象物から反射したテラヘルツ波THzの時間波形をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波の周波数スペクトル(つまり、周波数毎の振幅及び位相)を取得する方法である。 In order to acquire the frequency spectrum of the terahertz wave THz irradiated on the measurement object, the terahertz wave measuring apparatus 100 employs terahertz time-domain spectroscopy (Terahertz Time-Domain Spectroscopy). The terahertz time domain spectroscopy irradiates the measurement target with the terahertz wave THz and performs Fourier transform on the time waveform of the terahertz wave THz that has passed through the measurement target or reflected from the measurement target. This is a method for acquiring a spectrum (that is, amplitude and phase for each frequency).
ここで、テラヘルツ波THzの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波THzの時間波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置100は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用して、テラヘルツ波THzの時間波形を間接的に検出する。 Here, since the period of the terahertz wave THz is a period on the order of subpicoseconds, it is technically difficult to directly detect the time waveform of the terahertz wave THz. Therefore, the terahertz wave measuring apparatus 100 indirectly detects the time waveform of the terahertz wave THz by employing a pump-probe method based on time delay scanning.
図1に示すように、このようなテラヘルツ時間領域分光法及びポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置100は、パルスレーザ装置101と、テラヘルツ波発生素子110と、ビームスプリッタ161と、反射鏡162と、反射鏡163と、光遅延器120と、テラヘルツ波検出素子130と、バイアス電圧生成部141と、測定区間信号生成部142と、テラヘルツ波発生制御部143と、I−V(電流−電圧)変換部144と、演算処理部150とを備えている。
As shown in FIG. 1, a terahertz wave measuring apparatus 100 that employs such a terahertz time domain spectroscopy method and a pump-probe method includes a pulse laser device 101, a terahertz
パルスレーザ装置101は、当該パルスレーザ装置101に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光LBを生成する。パルスレーザ装置101が生成したパルスレーザ光LBは、不図示の導光路(例えば、光ファイバ等)を介して、ビームスプリッタ161に入射する。
The pulse laser device 101 generates pulse laser light LB in the sub-picosecond order or femtosecond order having light intensity corresponding to the drive current input to the pulse laser device 101. The pulse laser beam LB generated by the pulse laser device 101 is incident on the
ビームスプリッタ161は、パルスレーザ光LBを、「第1レーザ光」の一具体例であるポンプ光LB1と「第2レーザ光」の一具体例であるプローブ光LB2とに分岐する。ポンプ光LB1は、不図示の導光路を介して、テラヘルツ波発生素子110に入射する。一方で、プローブ光LB2は、不図示の導光路及び反射鏡162を介して、光遅延器120に入射する。
The
光遅延器120は、「調整手段」の一具体例であり、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の差分(つまり、光路長差)を調整する。具体的には、光遅延器120は、プローブ光LB2の光路長を調整することで、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の光路長差を調整する。尚、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の光路長差を調整することで、ポンプ光LB1がテラヘルツ波発生素子110に入射するタイミング(或いは、テラヘルツ波発生素子110から出射するテラヘルツ波THzがテラヘルツ検出素子130に入射するタイミング)と、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミングとの間の相対的なずれ量を調整することができる。例えば、光遅延器120によってプローブ光LB2の光路が0.3ミリメートル(但し、空気中での光路長)だけ長くなると、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミングが1ピコ秒だけ遅くなる。この場合、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングが、1ピコ秒だけ遅くなる。テラヘルツ波検出素子130に対して同一の波形を有するテラヘルツ波THzが数十MHz程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングを徐々にずらすことで、テラヘルツ検出素子130は、テラヘルツ波THzの時間波形を間接的に検出することができる。
The
但し、光遅延器120は、プローブ光LB2の光路長に加えて又は代えて、ポンプ光LB1の光路長を調整することで、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の光路長差を調整してもよい。この場合、光遅延器120は、ビームスプリッタ161とテラヘルツ波発生素子110との間のポンプ光LB1の光路上に配置されることが好ましい。
However, the
プローブ光LB2の光路長を調整するために、光遅延器120は、再帰反射鏡121と、送りネジ機構122と、モータ123とを備えている。
In order to adjust the optical path length of the probe light LB2, the
再帰反射鏡121は、「反射手段」の一具体例であり、当該再帰反射鏡121に入射してくるプローブ光LB2を再帰反射する。つまり、再帰反射鏡121は、当該再帰反射鏡121に入射してくるプローブ光LB2を、当該プローブ光LB2の入射方向と平行な方向に向けて反射する。第1実施例では、再帰反射鏡121は、90度の角度で交わる第1反射面121aと第2反射面121bとを備えている。第1反射面121aは、再帰反射鏡121に入射してくるプローブ光LB2を、第2反射面121bに向けて反射する。第2反射面121bは、第1反射面121aから第2反射面121bに入射してくるプローブ光LB2を、再帰反射鏡120の外部(例えば、反射鏡163)に向けて反射する。
The
再帰反射鏡121は、「移動手段」の一具体例である送りネジ機構122に嵌合する送り溝を備えた可動部材上に設けられている。その結果、再帰反射鏡121は、モータ123の駆動による送りネジ機構122の回転に合わせて、プローブ光LB2の光路(具体的には、再帰反射光121に入射する時点でのプローブ光LB2の光路であって、図1中の上下方向)に沿って移動する。再帰反射鏡121の移動により、プローブ光LB2の光路長が調整される。
The
尚、再帰反射鏡121の移動は、演算処理部150の制御の下で行われる。つまり、演算処理部150は、モータ123の駆動量を指定する制御信号をモータ123に出力することで、モータ123の動作を制御する。
The
光遅延器120から出射したプローブ光LB2は、不図示の導光路及び反射鏡163を介して、テラヘルツ波検出素子130に入射する。
The probe light LB2 emitted from the
ここで、図2を参照しながら、ポンプ光LB1が照射されるテラヘルツ波発生素子110及びプローブ光LB2が照射されるテラヘルツ検出素子130について更に詳細に説明する。ここに図2は、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130の夫々の構成を示す斜視図である。尚、図2に示すテラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130の構成はあくまで一例であり、図2に示す構成とは異なる構成を有する光伝導アンテナ又は光伝導スイッチが、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130として用いられてもよい。
Here, the terahertz
図2(a)に示すように、テラヘルツ波発生素子110は、基板111と、アンテナ(言い換えれば、伝送線路)112と、アンテナ(言い換えれば、伝送線路)113とを備えている。
As shown in FIG. 2A, the terahertz
基板111は、例えば、GaAs(Gallium Arsenide)基板等の半導体基板である。アンテナ112及びアンテナ113の夫々は、長手方向に延在する形状を有するモノポールアンテナである。アンテナ112及びアンテナ113は、短手方向に沿って並列するように基板111上に配置される。アンテナ112とアンテナ113との間には、数マイクロメートル程度のギャップ(つまり、間隙)114が確保される。従って、アンテナ112及びアンテナ113全体として、ダイポールアンテナを構成する。
The substrate 111 is a semiconductor substrate such as a GaAs (Gallium Arsenide) substrate. Each of the
ギャップ114には、アンテナ112及びアンテナ113並びにテラヘルツ波発生制御部143を介して、バイアス電圧生成部141から出力されるバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧(例えば、0Vでないバイアス電圧)がギャップ114に印加されている状態でポンプ光LB1がギャップ114に照射されると、テラヘルツ波発生素子110には、ポンプ光LB1による光励起によってキャリアが発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子110には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子110には、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波THzが発生する。
A bias voltage output from the bias
図2(b)に示すように、テラヘルツ波検出素子130もまた、テラヘルツ波発生素子110と同様の構成を有している。つまり、テラヘルツ波検出素子130は、基板131と、アンテナ(言い換えれば、伝送線路)132と、アンテナ(言い換えれば、伝送線路)133とを備えている。基板131、アンテナ132及びアンテナ133は、夫々、基板111、アンテナ112及びアンテナ113と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 2B, the terahertz
プローブ光LB2がギャップ134に照射されると、テラヘルツ検出素子130には、プローブ光LB2による光励起によってキャリアが発生する。プローブ光LB2がギャップ134に照射されている状態でテラヘルツ検出素子130にテラヘルツ波THzが照射されると、ギャップ134には、テラヘルツ波THzの光強度に応じた信号強度を有する電流信号が発生する。当該電流信号は、アンテナ132及びアンテナ133を介して、I−V変換部144に出力される。
When the probe light LB2 is irradiated to the
再び図1において、テラヘルツ波発生素子110から出射したテラヘルツ波THzは、不図示の光学系(例えば、レンズ等)を介して、測定対象物に照射される。測定対象物に照射されたテラヘルツ波THzは、測定対象物からの反射光又は透過光として、不図示の光学系(例えば、レンズ等)を介して、テラヘルツ波検出素子130に入射する。その結果、テラヘルツ波検出素子130からは、テラヘルツ波THzの光強度に応じた信号強度を有する電流信号が出力される。
In FIG. 1 again, the terahertz wave THz emitted from the terahertz
テラヘルツ波検出素子130から出力される電流信号は、I−V変換部144によって、電圧信号に変換される。その後、演算処理部150は、電圧信号に対して、バイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、演算処理部150は、テラヘルツ波THzのサンプル値を検出する。その後、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の光路長差を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、演算処理部150は、テラヘルツ波形の時間波形を検出することができる。合わせて、演算処理部150は、検出されたテラヘルツ波形の時間波形をフーリエ変換することで、当該テラヘルツ波の周波数スペクトル(つまり、周波数毎の振幅及び位相)を取得してもよい。更に、演算処理部150は、テラヘルツ波の周波数スペクトルを解析することで、測定対象物の特性を分析してもよい。
The current signal output from the terahertz
尚、上述の説明では、バイアス電圧生成部141、測定区間信号生成部142及びテラヘルツ波発生制御部143が、CPUである演算処理部150から独立した構成要件(例えば、ハードウェア回路)として構成されている。しかしながら、バイアス電圧生成部141、測定区間信号生成部142及びテラヘルツ波発生制御部143は、CPUである演算処理部150の内部にコンピュータプログラムによって実現される論理的な処理ブロックであってもよい。
In the above description, the bias
ここで、テラヘルツ波発生素子110が長時間継続してテラヘルツ波THzを出射し続けると、テラヘルツ波発生素子110のギャップ114に流れる電流が過度に又は急激に大きくなってしまうという技術的問題が生ずる。ギャップ114に流れる電流が過度に又は急激に大きくなる原因の一つとして、テラヘルツ波発生素子110内で熱的に励起されたキャリアの増加があげられる。従って、第1実施例では、テラヘルツ波発生制御部143は、テラヘルツ波発生素子110における発熱を抑制するために、光遅延器120の動作を利用して冷却風を発生させる。
Here, if the terahertz
<1−2:光遅延器の具体的構成及び動作>
以下では、テラヘルツ波発生素子110を冷却するための、光遅延器120の具体的な構成及び動作について、図3を参照しながら説明する。ここに図3は、第1実施例に係る光遅延器の構成を動作時の空気の流れと共に示す側面図である。
<1-2: Specific Configuration and Operation of Optical Delay Device>
Hereinafter, a specific configuration and operation of the
図3(a)に示すように、光遅延器120は、送りネジ機構122によって、図の左右方向に可動部材124が移動可能に構成されている。可動部材124の上には再帰反射鏡121が設けられており、更に再帰反射鏡上には、「偏向手段」の一具体例である付加構造物125が設けられている。
As shown in FIG. 3A, the
ここで、再帰反射鏡121が光の進入してくる方向へと移動される場合、再帰反射鏡121上に設けられた付加構造物125によって、空気の流れが図の上方向に向けられる。具体的には、図中に示すように、付加構造物125における図の右側の斜面に沿って空気が移動するため、上方向への空気の流れが生ずる。
Here, when the
図3(b)に示すように、再帰反射鏡121が光の進入してくる方向とは反対方向に移動される場合も同様に、再帰反射鏡121上に設けられた付加構造物125によって、空気の流れが図の上方向に向けられる。具体的には、図中に示すように、付加構造物125における図の左側の斜面に沿って空気が移動するため、上方向への空気の流れが生ずる。
As shown in FIG. 3B, when the
以上説明したように、第1実施例に係る光遅延器120では、再帰反射鏡121の直線的な移動に応じて上方向への空気の流れが生ずる。即ち、再帰反射鏡121の移動を利用して、所定の方向へ空気の流れを生じさせることができる。よって、このように発生した空気の流れを、冷却すべきテラヘルツ発生素子110に導けば、冷却ファン等の冷却装置を別途設けることなく冷却が行える。また、光遅延器120における動作に応じて冷却が行われるため、冷却のための制御を行わずに済む。よって、冷却用の制御回路等も必要ない。従って、テラヘルツ波計測装置100のサイズ及びコストの増大を抑制しながら、テラヘルツ波発生素子110の冷却又は放熱を促進することができる。
As described above, in the
なお、ここではテラヘルツ波発生素子を「被冷却体」の一具体例とする場合について説明したが、例えば、パルスレーザ装置101やテラヘルツ波検出素子130等の他の部位を冷却するようにしてもよい。
Here, the case where the terahertz wave generating element is a specific example of the “object to be cooled” has been described. However, for example, other parts such as the pulse laser device 101 and the terahertz
また、上述した付加構造物125の形状は一例であり、空気の流れを所定の方向に向ける効果を有するものであれば、異なる形状とされてもよい。また、付加構造物を設けるのではなく、再帰反射鏡121や可動部材124の形状を変更して「偏向手段」の一具体例として機能させても構わない。
Moreover, the shape of the
<2:第2実施例>
続いて、図4から図10を参照しながら、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置200について説明する。尚、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置200は、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置100と比較して、光遅延器220の構成が異なるという点において異なっている。そして、第2実施例のテラヘルツ波計測装置200のその他の構成要素は、第1実施例のテラヘルツ波計測装置100のその他の構成要素と同一である。従って、以下では、上述した第1実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
<2: Second embodiment>
Next, the terahertz wave measuring apparatus 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 10. The terahertz wave measurement apparatus 200 according to the second embodiment is different from the terahertz wave measurement apparatus 100 according to the first embodiment in that the configuration of the
<2−1:装置構成>
先ず、図4及び図5を参照しながら、第2実施例に係る光遅延器の全体構成について説明する。ここに図4は、第2実施例に係る光遅延器の構成を示す上面図である。また図5は、第2実施例に係る光遅延器の構成を示す側面図である。
<2-1: Device configuration>
First, the overall configuration of the optical delay device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a top view showing the configuration of the optical delay device according to the second embodiment. FIG. 5 is a side view showing the configuration of the optical delay device according to the second embodiment.
図4及び図5において、第2実施例に係る光遅延器220は、モータ224の動作によりシャフト225を回転軸として回転可能な回転基板221と、複数の(図4では、4つの)再帰反射鏡121とを備えている。複数の再帰反射鏡121は、回転基板221の回転軸を中心とする円C上に、等間隔に配置されている。従って、複数の再帰反射鏡121の夫々は、回転基板221の回転に伴って、円C上を周回する。
4 and 5, the
尚、第2実施例に係る光遅延器220は特に、「導風手段」の一具体例である流路部250によって覆われている。流路部250の機能については、後に詳述する。
In addition, the
光遅延器220の動作時には、ビームスプリッタ161より反射ミラー162を介してプローブ光LB2が入射される。入射されたプローブ光LB2は、光路上に存在する再帰反射鏡121によって反射され、反射ミラー163を介してテラヘルツ波検出素子130へと出射される。この際、回転基板221の回転動作により再帰反射鏡121までの光路を変化させることができるため、ポンプ光LB2とプローブ光LB1との光路長差を好適に調整できる。
During the operation of the
<2−2:光遅延器の具体的構成及び動作>
続いて、テラヘルツ波発生素子110を冷却するための、光遅延器220の具体的な構成及び動作について、図6から図10を参照しながら説明する。ここに図6は、第2実施例に係る光遅延器の構成を動作時の空気の流れと共に示す拡大斜視図である。また図7、図9及び図10は夫々、第2実施例に係る光遅延器の変形例を示す拡大斜視図であり、図8は、第2実施例に係る光遅延器の複数の変形例を示す側面図である。
<2-2: Specific Configuration and Operation of Optical Delay Device>
Next, a specific configuration and operation of the
図6に示すように、再帰反射鏡121が光の進入してくる方向へと移動される場合、2つの反射鏡が90度の角度で配置された再帰反射鏡121自身によって、空気の流れが図の上方向に向けられる。即ち、ここでは、再帰反射鏡121が「偏向手段」の一具体例として機能する。よって、新たな部材を配置せずに済み、装置構成の複雑化やコストの増大を抑制できる。
As shown in FIG. 6, when the
図7に示すように、再帰反射鏡121の反射面の裏側に、「偏向手段」の一具体例である付加構造物230が設けられてもよい。このような構成によれば、再帰反射共121が光の進入してくる方向の反対方向へと移動される場合にも、空気の流れが図の上方向に向けられる。具体的には、図中に示すように、付加構造物230における斜面に沿って空気が移動するため、上方向への空気の流れが生ずる。このように構成すれば、回転基板221の回転方向によらずに、空気の流れを上方向に向けることが可能である。
As shown in FIG. 7, an
図8に示すように、付加構造物230は、再帰反射鏡121の上部に設けられてもよい。具体的には、図8(a)に示す構成によれば、回転基板221の回転動作により、付加構造物230の斜面に沿う空気の流れが発生する。また、図8(b)に示す構成によれば、付加構造物230の斜面が湾曲しているため、図8(a)の場合より効果的に空気の流れを上方向に向けることができる。更に、図8(c)に示す構成によれば、再帰反射鏡121の上部から抜けてくる空気も上方向へと向けられる。よって、上方向への空気の流れを効率的に発生させることができる。
As shown in FIG. 8, the
図9に示すように、付加構造物230の形状は、斜面を有するものでなくとも構わない。図9で示される付加構造物230は、再帰反射鏡121の形状によって上方向に向けられる空気の流れを整える機能及び強める機能を有している。
As shown in FIG. 9, the shape of the
図10に示すように、付加構造物230に加えて又は代えて、回転基板221上に溝部235を形成してもよい。この場合も、上述した付加構造物230を設ける場合と同様に、回転基板221の回転動作により上方向への空気の流れを発生させることができる。
As shown in FIG. 10, a
以上のように上方向へと流される空気は、上述した流路部250によって、テラヘルツ波発生素子110へと導かれる。即ち、流路部250は、光遅延器120によって生じた上方向への空気の流れを、より好適に被冷却体へと導く機能を有している。従って、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置によれば、極めて好適に被冷却体を冷却することが可能である。なお、流路部250は、上述した第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置にも適用可能である。
As described above, the air that flows upward is guided to the terahertz
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うテラヘルツ波計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and terahertz wave measurement with such a change is possible. The apparatus is also included in the technical scope of the present invention.
100、200 テラヘルツ波計測装置
101 パルスレーザ装置
110 テラヘルツ波発生素子
120、220 光遅延器
121 再帰反射鏡
122 送りネジ機構
123 モータ
124 可動部材
125、230 付加構造物
221 回転基板
224 モータ
225 シャフト
235 溝部
250 流路部
130 テラヘルツ波検出素子
141 バイアス電圧生成部
142 測定区間信号生成部
143 テラヘルツ波発生制御部
144 I−V変換部
150 演算処理部
161 ビームスプリッタ
162、163 反射鏡
LB パルスレーザ光
LB1 ポンプ光
LB2 プローブ光
THz テラヘルツ波
100, 200 Terahertz wave measuring device 101
Claims (5)
第2レーザ光が照射されることで、前記発生手段から計測対象物に対して照射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段と、
入射光を反射して出射する反射手段、及び前記反射手段を前記入射光の光軸方向に移動させる移動手段を有し、前記反射手段の移動により前記第1レーザ光の光路長と前記第2レーザ光の光路長との間の光路長差を調整する調整手段と、
前記調整手段に設けられており、前記反射手段の移動に応じて移動する空気の移動方向を、冷却すべき被冷却体を冷却可能な所定の方向に向ける偏向手段と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。 Generating means for generating a terahertz wave by being irradiated with the first laser beam;
Detecting means for detecting the terahertz wave irradiated to the measurement object from the generating means by being irradiated with the second laser beam;
Reflecting means for reflecting and emitting incident light, and moving means for moving the reflecting means in the optical axis direction of the incident light, and the optical path length of the first laser light and the second by moving the reflecting means Adjusting means for adjusting the optical path length difference between the optical path length of the laser beam;
And a deflecting unit which is provided in the adjusting unit and directs the moving direction of the air moving according to the movement of the reflecting unit in a predetermined direction in which the object to be cooled can be cooled. Terahertz wave measuring device.
Priority Applications (1)
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JP2013050308A JP2014174154A (en) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Terahertz wave measuring device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109540835A (en) * | 2018-12-28 | 2019-03-29 | 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 | Light path control device and terahertz time-domain spectroscopy instrument |
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