JP2015155843A - Terahertz wave measurement device, terahertz wave measurement method, computer program, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば被計測物で反射又は透過されたテラヘルツ波を検出することで各種計測を実行可能なテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a terahertz wave measuring apparatus and a terahertz wave measuring method capable of performing various measurements by detecting a terahertz wave reflected or transmitted by an object to be measured, for example, and a computer program and a recording medium.
近年、テラヘルツ波イメージングの研究開発が活発化しており、非破壊検査等への応用に期待が寄せられている。非破壊検査は、例えば特許文献1されている技術により実現される。具体的には、特許文献1では、塗装膜において反射された複数のテラヘルツ波が検出される時間差に基づいて、塗装膜の厚みを測定するという技術が提案されている。
In recent years, research and development of terahertz wave imaging has been activated, and there are expectations for its application to nondestructive inspection and the like. The nondestructive inspection is realized by the technique disclosed in
他方、特許文献2では、電場変化部(フォトニック結晶板)によってテラヘルツ波の偏光状態を変化させることで、複屈折による偏光回転をキャンセルするという技術が提案されている。
On the other hand,
測定試料の厚みを測定する場合には、反射された複数のテラヘルツ波を分離して検出することが求められる。しかしながら、測定試料の厚みがテラヘルツ波のパルス幅に対して一定以上小さくなってしまうと(例えば、測定試料の厚みがテラヘルツ波の半値幅よりも小さくなると)、複数のテラヘルツ波の分離が難しくなってしまう。これに対し、上述した特許文献1及び2に記載されている技術は、測定試料の深さ方向の分解能を高める効果を発揮するものではなく、結果として複数のテラヘルツ波を分離できず、厚み測定ができないという技術的問題点が生じてしまう。
When measuring the thickness of a measurement sample, it is required to detect a plurality of reflected terahertz waves separately. However, when the thickness of the measurement sample becomes smaller than a certain width with respect to the pulse width of the terahertz wave (for example, when the thickness of the measurement sample becomes smaller than the half width of the terahertz wave), it becomes difficult to separate the plurality of terahertz waves. End up. On the other hand, the techniques described in
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、複数のテラヘルツ波を好適に分離して検出可能なテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体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. An object of the present invention is to provide a terahertz wave measuring apparatus, a terahertz wave measuring method, a computer program, and a recording medium that are capable of suitably separating and detecting a plurality of terahertz waves.
上記課題を解決するテラヘルツ波計測装置は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段とを備える。 A terahertz wave measuring apparatus that solves the above problems includes an emitting unit that emits a terahertz wave with uniform polarization, a polarization state changing unit that changes a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave, and the polarization state change Separating means for separating the terahertz wave whose polarization state has been changed by means, and detecting means for detecting each of the terahertz waves separated by the separating means.
上記課題を解決するテラヘルツ波計測方法は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とを備える。 A terahertz wave measuring method that solves the above problems includes an emission step of emitting terahertz waves with uniform polarization, a polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave, and the polarization state change A separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed in the step; and a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
上記課題を解決するコンピュータプログラムは、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。 A computer program for solving the above problems includes an emission step of emitting a terahertz wave with uniform polarization, a polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave, and the polarization state changing step. A computer executes a separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed, and a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
上記課題を解決する記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。 The computer program described above is recorded on a recording medium that solves the above problems.
<1>
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射手段と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段とを備える。
<1>
The terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment includes an emitting unit that emits a terahertz wave with uniform polarization, a polarization state changing unit that changes a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave, and the polarization state change. Separating means for separating the terahertz wave whose polarization state has been changed by means, and detecting means for detecting each of the terahertz waves separated by the separating means.
本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、その動作時には、出射手段からテラヘルツ波が出射される。テラヘルツ波とは、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。出射手段は、例えば光伝導アンテナ(PCA:Photo Conductive Antenna)や共鳴トンネルダイオード(RTD:Resonant Tunneling Diode)等として構成される発生素子を含んで構成されており、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する。なお、ここでの「偏光の揃った」とは、直線偏光に揃えられた状態であっても、円偏光に揃えられた状態でもよく、時間的、空間的に概略均一であればよい(即ち、偏光がランダムでなければよい)趣旨である。 According to the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, a terahertz wave is emitted from the emission means during the operation. A terahertz wave is an electromagnetic wave belonging to a frequency region (that is, a terahertz region) around 1 terahertz (1 THz = 10 12 Hz). The emitting means includes a generating element configured as, for example, a photoconductive antenna (PCA) or a resonant tunneling diode (RTD), and emits a terahertz wave with uniform polarization. . Here, “alignment of polarized light” may be a state aligned with linearly polarized light or a state aligned with circularly polarized light, and may be substantially uniform temporally and spatially (ie, The polarization is not necessarily random).
出射されたテラヘルツ波は、偏光状態変化手段により偏光状態が変化される。偏光状態変化手段は、例えば角度を調整可能な1/4波長板等の光学部材として構成される。偏光状態変化手段によれば、例えば被計測物の相異なる界面で反射されることにより生じた位相差の異なる複数のテラヘルツ波の各々について、その偏光状態を調整できる。偏光状態変化手段は、例えば後述する分離手段におけるテラヘルツ波の分離が適切に行えるように偏光状態を変化させる。 The polarization state of the emitted terahertz wave is changed by the polarization state changing means. The polarization state changing means is configured as an optical member such as a quarter-wave plate whose angle can be adjusted, for example. According to the polarization state changing means, for example, the polarization state can be adjusted for each of a plurality of terahertz waves having different phase differences caused by reflection at different interfaces of the object to be measured. For example, the polarization state changing unit changes the polarization state so that the terahertz wave can be appropriately separated by the separation unit described later.
偏光状態が変化されたテラヘルツ波は、例えば偏光状態の違い(言い換えれば、位相差)に応じて分離手段により分離される。即ち、偏光状態の異なる複数のテラヘルツ波が生じている場合、それらが少なくとも2つのテラヘルツ波として分離されることになる。テラヘルツ波の分離は、例えば偏光子を用いて複数のテラヘルツ波を夫々相異なる方向に反射又は透過させることで実現できる。或いは、複数のテラヘルツの一方のみを出射する状態と他方のみを出射する状態を切替えて、時間軸上で分離させてもよい。 The terahertz wave whose polarization state has been changed is separated by the separation means according to, for example, a difference in polarization state (in other words, a phase difference). That is, when a plurality of terahertz waves having different polarization states are generated, they are separated as at least two terahertz waves. Separation of terahertz waves can be realized by, for example, reflecting or transmitting a plurality of terahertz waves in different directions using a polarizer. Alternatively, the state of emitting only one of the plurality of terahertz and the state of emitting only the other may be switched and separated on the time axis.
分離されたテラヘルツ波は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成された検出手段において夫々検出される。検出手段は、分離された複数のテラヘルツ波の各々に対応するように複数設けられてもよいし、1つの検出手段で複数のテラヘルツ波を検出可能に構成されてもよい。なお、検出手段で検出されたテラヘルツ波は、電気信号に変換され各種計測に利用される。具体的には、複数のテラヘルツ波のピーク幅に基づいて、被計測物の厚みの計測等が行える。 The separated terahertz waves are detected by detection means including a photoconductive antenna and a resonant tunnel diode, for example. A plurality of detection means may be provided so as to correspond to each of a plurality of separated terahertz waves, or a plurality of terahertz waves may be detected by one detection means. The terahertz wave detected by the detection means is converted into an electric signal and used for various measurements. Specifically, the thickness of the object to be measured can be measured based on the peak widths of a plurality of terahertz waves.
以上説明したように、本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置によれば、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。特に本実施形態では、テラヘルツ波の分離を偏光状態の違い等により実現できるため、例えば複数のテラヘルツのパルス間隔が狭く、ピーク位置が重なってしまうような場合であっても、好適に分離が行える。 As described above, according to the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, a plurality of terahertz waves can be separated and detected. In particular, in this embodiment, since the separation of terahertz waves can be realized by the difference in polarization state, for example, even when the pulse intervals of a plurality of terahertz are narrow and the peak positions overlap, the separation can be suitably performed. .
<2>
本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置の一態様では、前記出射手段は、被計測物に向けて前記テラヘルツ波を出射し、前記分離手段は、前記被計測物で反射された前記テラヘルツ波を分離し、前記偏光状態変化手段は、前記出射手段と前記被計測物との間、又は前記被計測物と前記分離手段との間の少なくとも一方に配置されている。
<2>
In one aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, the emitting unit emits the terahertz wave toward the object to be measured, and the separating unit separates the terahertz wave reflected by the object to be measured. The polarization state changing means is arranged at least one between the emitting means and the object to be measured, or between the object to be measured and the separating means.
この態様によれば、出射手段から出射されたテラヘルツ波は被計測物に向けて出射され、被計測物で反射(散乱)されたテラヘルツ波が分離手段で分離される。このようにして分離した複数のテラヘルツ波を検出すれば、被計測物の形状や性質等を計測することができる。 According to this aspect, the terahertz wave emitted from the emitting means is emitted toward the object to be measured, and the terahertz wave reflected (scattered) by the object to be measured is separated by the separating means. If a plurality of terahertz waves separated in this way are detected, the shape, properties, etc. of the object to be measured can be measured.
ここで特に、本実施形態に係る偏光状態変化手段は、出射手段と被計測物との間、又は被計測物と分離手段との間の少なくとも一方に配置されている。これにより、例えば偏光状態変化手段が出射手段と被計測物との間に配置される場合、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、偏光状態変化手段において偏光状態が変化されてから被計測物に照射されることになる。他方で、偏光状態変化手段が被計測物と分離手段との間に配置される場合、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、被計測物において反射された後に偏光状態変化手段において偏光状態が変化される。 Here, in particular, the polarization state changing unit according to the present embodiment is disposed between at least one of the emission unit and the measurement object, or between the measurement object and the separation unit. Thereby, for example, when the polarization state changing means is arranged between the emitting means and the object to be measured, the terahertz wave emitted from the emitting means is changed to the object to be measured after the polarization state is changed by the polarization state changing means. Will be irradiated. On the other hand, when the polarization state changing means is arranged between the object to be measured and the separating means, the terahertz wave emitted from the emitting means is reflected by the object to be measured and then the polarization state is changed in the polarization state changing means. Is done.
以上のように、偏光状態変化手段の配置位置により、テラヘルツ波の偏光状態が変化されるタイミングは変化することになる。しかしながら、偏光状態変化手段をいずれの位置に配置しても、テラヘルツ波に対する効果(即ち、偏光状態を変化させる効果)は変わらない。よって、装置構成等の各種仕様や設計事項に応じて、適宜偏光状態変化手段の配置位置を決定できる。 As described above, the timing at which the polarization state of the terahertz wave is changed varies depending on the arrangement position of the polarization state changing means. However, the effect on the terahertz wave (that is, the effect of changing the polarization state) does not change regardless of the position of the polarization state changing means. Therefore, the arrangement position of the polarization state changing means can be appropriately determined according to various specifications such as the device configuration and design items.
<3>
上述の如く被計測物で反射されたテラヘルツ波を分離する態様では、前記被計測物は、互いに屈折率の異なる第1層、第2層及び第3層が前記出射手段側から見て順に積層された積層構造を有しており、前記分離手段は、前記第1層及び前記第2層の界面で反射された前記テラヘルツ波と、前記第2層及び前記第3層の界面で反射された前記テラヘルツ波とを分離してもよい。
<3>
In the aspect of separating the terahertz waves reflected by the object to be measured as described above, the object to be measured has the first layer, the second layer, and the third layer having different refractive indexes stacked in order as viewed from the emitting unit side. And the separation means is reflected at the interface between the first layer and the second layer and the interface between the second layer and the third layer. The terahertz wave may be separated.
この場合、被計測物は、互いに屈折率の異なる第1層、第2層及び第3層を有している。そして、これら3つの層は、出射手段側から見て第1層、第2層、第3層の順で積層されている。よって、出射手段から出射されたテラヘルツ波は、先ず第1層に入射し、その後第2層に入射され、最後に第3層に入射される。なお、被計測物の3つの層は互いに接するように構成されており、第1層及び第2層との界面、第2層と第3層との界面が存在する。 In this case, the object to be measured has a first layer, a second layer, and a third layer having different refractive indexes. And these three layers are laminated | stacked in order of the 1st layer, the 2nd layer, and the 3rd layer seeing from the radiation | emission means side. Therefore, the terahertz wave emitted from the emission means first enters the first layer, then enters the second layer, and finally enters the third layer. Note that the three layers of the object to be measured are configured to contact each other, and there are interfaces between the first layer and the second layer, and interfaces between the second layer and the third layer.
本実施形態に係る分離手段では、被計測物から反射されたテラヘルツ波について、第1層及び第2層との界面で反射されたテラヘルツ波と、第2層と第3層との界面で反射されたテラヘルツ波とが互いに分離される。よって、第1層及び第2層との界面で反射されたテラヘルツ波と、第2層と第3層との界面で反射されたテラヘルツ波とを別々に検出することが可能となる。
<4>
上述の如く積層構造を有する被計測物にテラヘルツ波を照射する態様では、前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々のピーク位置の差分に基づいて、前記第2層の厚みを測定する測定手段を更に備えてもよい。
In the separation unit according to the present embodiment, the terahertz wave reflected from the object to be measured is reflected at the interface between the first layer and the second layer and the interface between the second layer and the third layer. Are separated from each other. Therefore, it is possible to separately detect the terahertz wave reflected at the interface between the first layer and the second layer and the terahertz wave reflected at the interface between the second layer and the third layer.
<4>
In the aspect in which the terahertz wave is irradiated to the measurement object having the laminated structure as described above, the measurement of measuring the thickness of the second layer based on the difference between the peak positions of the terahertz waves separated by the separation unit. Means may further be provided.
この場合、測定手段により、第1層及び第2層との界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置、第2層と第3層との界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置の差分に基づいて、第2層の厚みが測定される。例えば、2つのテラヘルツ波のピーク値の差分から得られる光学的な厚みを、屈折率で除することにより物理的な厚みを得ることができる。 In this case, based on the difference between the peak position of the terahertz wave reflected at the interface between the first layer and the second layer and the peak position of the terahertz wave reflected at the interface between the second layer and the third layer by the measuring means. Then, the thickness of the second layer is measured. For example, the physical thickness can be obtained by dividing the optical thickness obtained from the difference between the peak values of two terahertz waves by the refractive index.
なお、本実施形態では、例えば偏光状態の違いによりテラヘルツ波を分離できるため、2つの界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置が極めて近い場合にも、各々のテラヘルツ波を適切に検出できる。従って、第2層の厚みが極めて薄い場合であっても、好適に厚み計測が行える。 In the present embodiment, for example, terahertz waves can be separated depending on the polarization state, so that each terahertz wave can be appropriately detected even when the peak positions of the terahertz waves reflected by the two interfaces are very close. Therefore, even if the thickness of the second layer is extremely thin, thickness measurement can be suitably performed.
<5>
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、前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波を相異なる方向に出射することで分離する。
<5>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to this embodiment, the separation unit separates the terahertz waves having different polarization states by emitting the terahertz waves in different directions.
この態様によれば、分離手段は、例えばワイヤグリッド偏光子等を含んで構成され、偏光状態の相異なるテラヘルツ波を相異なる方向に出射する。分離手段は、例えば一方のテラヘルツ波を反射すると共に、他方のテラヘルツ波を透過させる。これにより、一方のテラヘルツ波と他方のテラヘルツとは相異なる光路をたどることになり、結果として複数のテラヘルツ波を分離することができる。 According to this aspect, the separating unit includes, for example, a wire grid polarizer and the like, and emits terahertz waves having different polarization states in different directions. For example, the separating unit reflects one terahertz wave and transmits the other terahertz wave. Thus, one terahertz wave and the other terahertz follow different optical paths, and as a result, a plurality of terahertz waves can be separated.
<6>
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、前記分離手段は、偏光状態の相異なる前記テラヘルツ波の一方を出射する状態及び他方を出射する状態を相互に切り替えて分離する。
<6>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment, the separating unit switches between a state of emitting one of the terahertz waves having different polarization states and a state of emitting the other of the terahertz waves and separates them.
この態様によれば、分離手段により、偏光状態の相異なるテラヘルツ波の一方を出射する状態と、他方を出射する状態とが選択的に実現される。これにより、一方のテラヘルツ波を出射する状態においては、検出手段で一方のテラヘルツ波を検出することが可能である。また、他方のテラヘルツ波を出射する状態においては、検出手段で他方のテラヘルツ波を検出することが可能である。このように本態様では、複数のテラヘルツ波を時間軸上で分離することが可能である。 According to this aspect, the state of emitting one of the terahertz waves having different polarization states and the state of emitting the other are selectively realized by the separating unit. Thereby, in a state where one terahertz wave is emitted, it is possible to detect one terahertz wave by the detecting means. In the state where the other terahertz wave is emitted, the other terahertz wave can be detected by the detecting means. Thus, in this aspect, it is possible to separate a plurality of terahertz waves on the time axis.
<7>
本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法は、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とを備える。
<7>
The terahertz wave measuring method according to the present embodiment includes an emission step of emitting terahertz waves with uniform polarization, a polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave, and the polarization state change A separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed in the step; and a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法によれば、上述したテラヘルツ波計測装置と同様に、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。 According to the terahertz wave measuring method according to the present embodiment, a plurality of terahertz waves can be separated and detected as in the above-described terahertz wave measuring apparatus.
なお、本実施形態に係るテラヘルツ波計測方法においても、上述した本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。 Note that the terahertz wave measuring method according to the present embodiment can also adopt various aspects similar to the various aspects of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment described above.
<8>
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、偏光の揃ったテラヘルツ波を出射する出射工程と、前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。
<8>
The computer program according to the present embodiment includes an emission step of emitting terahertz waves with uniform polarization, a polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz waves, and the polarization state changing step. A computer executes a separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed, and a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述したテラヘルツ波計測装置及びテラヘルツ波計測方法と同様に、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。 According to the computer program according to the present embodiment, a plurality of terahertz waves can be separated and detected as in the above-described terahertz wave measuring apparatus and terahertz wave measuring method.
なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係るテラヘルツ波計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。 Note that the computer program according to the present embodiment can also adopt various aspects similar to the various aspects of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment described above.
<9>
本実施形態に係る記録媒体は、上述した本実施形態に係るコンピュータプログラムが記録されている。
<9>
The recording medium according to the present embodiment records the computer program according to the present embodiment described above.
本実施形態に係る記録媒体によれば、記録されたコンピュータプログラムを実行することにより、複数のテラヘルツ波を分離して検出することが可能である。 According to the recording medium according to the present embodiment, a plurality of terahertz waves can be separated and detected by executing a recorded computer program.
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。なお、以下では、本発明のテラヘルツ波計測装置が、テラヘルツ波を利用して測定対象物の厚みを計測する装置に適用された場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a case where the terahertz wave measuring apparatus of the present invention is applied to an apparatus that measures the thickness of an object to be measured using terahertz waves will be described.
<第1実施例>
初めに、図1を参照しながら、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置1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の全体構成を示す概略図である。
<First embodiment>
First, the configuration of the terahertz
図1において、第1実施例のテラヘルツ波計測装置1は、テラヘルツ波を測定対象物であるサンプル500に照射すると共に、サンプル500において反射されたテラヘルツ波を検出するものとして構成されている。
In FIG. 1, the terahertz
具体的には、テラヘルツ波計測装置1は、エルビウムドープファイバーレーザ10と、ファイバービームスプリッタ20及び30と、テラヘルツ波発生素子100と、コリメートレンズ210と、対物レンズ220と、1/4波長板230と、ミラー240と、偏光子250と、集光レンズ260及び270と、第1テラヘルツ波検出素子310と、第2テラヘルツ波検出素子320と、光学遅延機構400とを備えて構成されている。
Specifically, the terahertz
エルビウムドープファイバーレーザ10は、テラヘルツ波素子を発生させるためのレーザ光を出射するものとして構成されている。エルビウムドープファイバーレーザ10から出射されたレーザ光は、ファイバービームスプリッタ20に入射される。
The erbium-doped
ファイバービームスプリッタ20は、入射された光を分離して、テラヘルツ波発生素子100及び光学遅延機構400の各々に向けて出射する。ファイバービームスプリッタ30は、入射された光を分離して、第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320の各々に向けて出射する。
The
テラヘルツ波発生素子100は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成されており、入射されるレーザ光に応じてテラヘルツ波を発生させる。テラヘルツ波発生素子100は、本発明の「出射手段」の一例であり、偏光状態の揃ったテラヘルツ波を出射する。
The terahertz
コリメートレンズ210は、テラヘルツ波発生素子100から出射されたテラヘルツ波を平行光としてサンプル方向に導く。
The
対物レンズ220は、コリメートレンズ210から(即ち、テラヘルツ波発生素子100側から)入射されたテラヘルツ波を集光してサンプル500に照射する。また、対物レンズ220は、サンプル500で反射されたテラヘルツ波を平行光として1/4に向けて(即ち、第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320側に)出射する。
The
1/4波長板230は、例えば複屈折結晶により構成されており、入射したテラヘルツ波に対して所定の位相差を与えて出射する。このため、1/4波長板230を通過したテラヘルツ波は偏光状態が変化する。1/4波長板230は、本発明の「偏光状態変化手段」の一例である。
The quarter-
ミラー240は、テラヘルツ波に対する反射率が高い材料を含んで構成されており、1/4波長板230から出射されたテラヘルツ波を、偏光子250に向けて反射する。
The
偏光子250は、例えばワイヤグリッド偏光子として構成されており、一の偏光状態であるテラヘルツ波を透過すると共に、他の偏光状態であるテラヘルツ波を反射する。このため、偏光子250に入射されたテラヘルツ波のうち、一の偏光状態であるテラヘルツ波は集光レンズ260に向けて(即ち、第1テラヘルツ波検出素子310に向けて)出射される。他方、偏光子250に入射されたテラヘルツ波のうち、他の偏光状態であるテラヘルツ波は集光レンズ270に向けて(即ち、第2テラヘルツ波検出素子320に向けて)出射される。偏光子250は、本発明の「分離手段」の一例である。
The
集光レンズ260及び270は、偏光子250において分離されたテラヘルツの各々を集光して、第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320に夫々照射する。
The condensing
第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320は、例えば光伝導アンテナや共鳴トンネルダイオードを含んで構成されており、テラヘルツ波を検出して電気信号に変換し、図示せぬ処理部等に出力する。なお、第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320には、光学遅延機構400及びビームファイバースプリッタ30を介してレーザ光が入射されている。第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320は夫々、本発明の「検出手段」の一例である。
The first terahertz
光学遅延機構400は、例えば内部のミラーの位置を変化させることで、入射されたテラヘルツ波に任意の遅延を生じさせて出射する。これにより、テラヘルツ波発生素子100に入射されるレーザ光と、第1テラヘルツ波検出素子310及び第2テラヘルツ波検出素子320に入射されるレーザ光とには遅延が生じる。
The
次に、図2を参照して、サンプル500の積層構造及びサンプル500におけるテラヘルツ波の反射について具体的に説明する。ここに図2は、サンプルの積層構造と共に各界面における反射光を示す側面図である。
Next, with reference to FIG. 2, the laminated structure of the
図2において、サンプル500は、テラヘルツ波の入射方向から見て順に、第1層510、第2層520、第3層530を有して構成されている。なお、第1層510の屈折率はn1であり、第2層520の屈折率はn2であり、第3層530の屈折率はn3である。即ち、第1層510、第2層520、及び第3層530は、互いに屈折率の異なる層として構成されている。
In FIG. 2, a
このようなサンプル500においては、第1層510と第2層520との界面(以下、適宜「第1界面」と称する)、及び第2層520と第3層530との界面(以下、適宜「第2界面」と称する)においてテラヘルツ波の反射が生ずると考えられる。そして、第1界面で反射されたテラヘルツ波には、第1層510の屈折率n1、及び第2層520の屈折率n2に応じた位相差δ1が発生する。同様に、第2界面で反射されたテラヘルツ波には、第2層520の屈折率n2、及び第3層530の屈折率n3に応じた位相差δ2が発生する。従って、第1界面で反射されたテラヘルツ波と、第2界面で反射されたテラヘルツ波とは互いに異なる偏光状態となる。
In such a
次に、図3を参照して、テラヘルツ波の偏光状態の変化について具体的に説明する。ここに図3は、テラヘルツ波の偏光状態の変化を示す変遷図である。 Next, a change in the polarization state of the terahertz wave will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a transition diagram showing changes in the polarization state of the terahertz wave.
図3(a)に示すように、テラヘルツ波発生素子100では直線偏光のテラヘルツ波が発生される。このテラヘルツ波は、サンプル500の各界面で反射されることにより、異なる偏光状態を有する2つのテラヘルツ波となる。具体的には、第1界面で反射されたテラヘルツ波は、δ1の位相ずれにより、図3(b)に示すような偏光状態となる。他方、第2界面で反射されたテラヘルツ波は、δ2の位相ずれにより、図3(c)に示すような偏光状態となる。
As shown in FIG. 3A, the terahertz
サンプル500で反射されたテラヘルツ波は更に、1/4波長板230においても位相差が与えられる。このため、サンプル500の反射によって異なる偏光状態となった2つのテラヘルツ波は、夫々偏光状態が偏光される。具体的には、第1界面で反射されたテラヘルツ波は、図3(d)に示すような偏光状態(即ち、直線偏光)となる。他方、第2界面で反射されたテラヘルツ波は、図3(e)に示すような偏光状態となる。
The terahertz wave reflected by the
次に、図4から図6を参照して、偏光状態の違いによるテラヘルツ波の分離について詳細に説明する。ここに図4は、比較例に係るテラヘルツ波計測装置において検出される信号を示す波形図である。また図5は、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第2テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図であり、図6は、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置の第1テラヘルツ波検出素子で検出される信号を示す波形図である。 Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 6, the separation of the terahertz wave due to the difference in polarization state will be described in detail. FIG. 4 is a waveform diagram showing signals detected in the terahertz wave measuring apparatus according to the comparative example. FIG. 5 is a waveform diagram showing signals detected by the second terahertz wave detecting element of the terahertz wave measuring apparatus according to the first embodiment, and FIG. 6 is a waveform diagram of the terahertz wave measuring apparatus according to the first embodiment. It is a wave form diagram which shows the signal detected with a 1 terahertz wave detection element.
図4に示すように、テラヘルツ波を分離せずに検出する比較例では、第1界面で反射されたテラヘルツ波(実線)と、第2界面で反射されたテラヘルツ波(破線)とが近接して検出される。このような場合、パルスの半値幅よりも各テラヘルツ波のピーク位置が近接していると、検出後に各テラヘルツ波を分離することは難しい。よって、パルス幅が広いテラヘルツ波を利用する場合や、厚みの薄い被計測物を計測する場合には、検出前に各テラヘルツ波を分離することが望まれる。 As shown in FIG. 4, in the comparative example in which the terahertz wave is detected without being separated, the terahertz wave reflected by the first interface (solid line) and the terahertz wave reflected by the second interface are close to each other. Detected. In such a case, if the peak positions of the terahertz waves are closer than the half width of the pulse, it is difficult to separate the terahertz waves after detection. Therefore, when using a terahertz wave with a wide pulse width or measuring a thin object to be measured, it is desirable to separate each terahertz wave before detection.
これに対し本実施例では、1/4波長板230を通過した結果、図3(d)に示す偏光状態であるテラヘルツ波、及び図3(e)に示す偏光状態であるテラヘルツ波が、偏光子250に入射される。ここで特に、偏光子250が透過するテラヘルツの偏光方向は、図3(d)中に破線で示す方向(即ち、第1界面で反射されたテラヘルツ波の偏光方向と直行する方向)となるように設定されている。このため、第1界面で反射されたテラヘルツ波は、偏光子250でほぼ全て反射される。言い換えれば、第1界面で反射されたテラヘルツ波は、偏光子250を殆ど透過しない。一方で、第2界面で反射されたテラヘルツ波は、比較的偏光子250が透過する偏光方向に近い偏光状態を有している。このため、第2界面で反射されたテラヘルツ波は、その大半が偏光子250を透過し、ごく一部が反射される。
On the other hand, in this embodiment, as a result of passing through the
図5において、上述の結果、偏光子250の反射方向(即ち、第2テラヘルツ波検出素子320方向)には、第1界面で反射されたテラヘルツ波のほぼ全てと、第2界面で反射されたテラヘルツ波のごく一部が導かれる。よって、第2テラヘルツ波検出素子320の出力から、第1界面で反射されたテラヘルツ波(実線)のピークを得ることができる。
In FIG. 5, as a result of the above, in the reflection direction of the polarizer 250 (that is, in the direction of the second terahertz wave detection element 320), almost all of the terahertz waves reflected at the first interface and the second interface are reflected. A small part of the terahertz wave is guided. Therefore, the peak of the terahertz wave (solid line) reflected from the first interface can be obtained from the output of the second terahertz
図6において、他方の偏光子250の透過方向(即ち、第1テラヘルツ波検出素子310方向)には、第1界面で反射されたテラヘルツ波は殆ど透過されず、第2界面で反射されたテラヘルツ波の大半が導かれる。よって、第1テラヘルツ波検出素子310の出力から、第2界面で反射されたテラヘルツ波(破線)のピークを得ることができる。
In FIG. 6, in the transmission direction of the other polarizer 250 (that is, in the direction of the first terahertz wave detection element 310), the terahertz wave reflected at the first interface is hardly transmitted and the terahertz reflected at the second interface is reflected. Most of the waves are guided. Therefore, the peak of the terahertz wave (broken line) reflected at the second interface can be obtained from the output of the first terahertz
以上の結果、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置1によれば、第1界面で反射されたテラヘルツ波と、第2界面で反射されたテラヘルツ波とを好適に分離して検出できる。なお、検出された各テラヘルツ波のピーク位置からは、演算処理により第2層520の厚みが算出される。具体的には、第1界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置をx、第2界面で反射されたテラヘルツ波のピーク位置をyとすると、第2層520の光学的な厚みd1は以下の数式(1)で求められる。
As a result, according to the terahertz
d1=y−x ・・・(1)
そして更に、第2層520の屈折率n2を利用すれば、以下の数式(2)により、第2層520の物理的な厚みd2を求めることができる。
d1 = y−x (1)
Furthermore, if the refractive index n2 of the
d2=(y−x)/n2 ・・・(2)
以上説明したように、本実施例に係るテラヘルツ波計測装置1によれば、偏光状態の違いを利用してテラヘルツ波を分離して検出し、被計測物の厚みを好適に計測できる。
d2 = (y−x) / n2 (2)
As described above, according to the terahertz
なお、上述した実施例では、2つのテラヘルツ波を分離する場合について説明したが、例えば複数の偏光子250を設けることにより、3つ以上のテラヘルツ波を分離することも可能である。この場合、テラヘルツ波検出素子を3つ以上配置してもよい。
In the above-described embodiments, the case where two terahertz waves are separated has been described. However, for example, by providing a plurality of
<第2実施例>
次に、図7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2の構成について説明する。ここに図7は、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置の全体構成を示す概略図である。なお、第2実施例は、上述した第1実施例と比べて一部の構成が異なるのみであり、その他の点については概ね同様である。このため、以下では既に説明した第1実施例と異なる部分について詳細に説明し、他の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。
<Second embodiment>
Next, the configuration of the terahertz
図7において、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置2では、テラヘルツ波検出素子が1つしか設けられていない。即ち、第1テラヘルツ波検出素子310だけが設けられており、図1で示した第2テラヘルツ波検出素子320は設けられていない。
In FIG. 7, in the terahertz
また、第1テラヘルツ波検出素子310の前段には、偏光子250bが設けられている。偏光子250bは、透過するテラヘルツ波の偏光方向を調整可能に構成されている。
In addition, a
なお、第2実施例に係る1/4波長板230は、サンプル500に対する往路側に設けられている。即ち、1/4波長板230は、サンプル500に照射される前のテラヘルツ波に位相差を生じさせるものとして設けられている。ただし、1/4波長板230の配置位置は、その機能に影響を与えることはない。即ち、第1実施例のように1/4波長板230がサンプル500で反射されたテラヘルツ波の偏光状態を変化させる場合であっても、或いは第2実施例のように1/4波長板230がサンプル500で反射される前のテラヘルツ波の偏光状態を変化させる場合であっても、テラヘルツ波の分離への寄与は同様である。なお、サンプル500への照射前及び照射後の両方において、1/4波長板230を通過させるように構成してもよい。
The
第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置2の動作時には、先ず第1界面で反射されたテラヘルツ波が偏光子250bを殆ど透過するように、1/4波長板230及び偏光子250の角度が調整される。この場合、第1界面で反射されたテラヘルツ波と偏光状態の異なる第2界面で反射されたテラヘルツ波は、1/4波長板を殆ど透過しない。よって、第1テラヘルツ波検出素子310では、第1界面で反射されたテラヘルツ波のピークを好適に検出できる。
During operation of the terahertz
続いて、第2界面で反射されたテラヘルツ波が偏光子250bを殆ど透過するように、1/4波長板230及び偏光子250の角度が調整される。この場合、第2界面で反射されたテラヘルツ波と偏光状態の異なる第1界面で反射されたテラヘルツ波は、1/4波長板を殆ど透過しない。よって、第1テラヘルツ波検出素子310では、第2界面で反射されたテラヘルツ波のピークを好適に検出できる。
Subsequently, the angles of the quarter-
以上のように、第2実施例に係るテラヘルツ波計測装置2においても、第1実施例に係るテラヘルツ波計測装置1と同様に、偏光状態の異なるテラヘルツ波を好適に分離して検出することができる。従って、検出された各テラヘルツ波のピーク位置に基づき、サンプル500の厚みを好適に計測することができる。
As described above, in 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及びテラヘルツ波計測方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体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. An apparatus, a terahertz wave measuring method, a computer program, and a recording medium are also included in the technical scope of the present invention.
1,2 テラヘルツ波計測装置
10 エルビウムドープファイバーレーザ
20,30 ファイバービームスプリッタ
100 テラヘルツ波発生素子
210 コリメートレンズ
220 対物レンズ
230 1/4波長板
240 ミラー
250 偏光子
260、270 集光レンズ
310 第1テラヘルツ波検出素子
320 第2テラヘルツ波検出素子
400 光学遅延機構
500 サンプル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化手段と、
前記偏光状態変化手段で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離手段と、
前記分離手段で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出手段と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。 Emitting means for emitting terahertz waves with uniform polarization;
Polarization state changing means for changing the polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave;
Separating means for separating the terahertz wave whose polarization state has been changed by the polarization state changing means;
A terahertz wave measuring apparatus comprising: a detecting unit that detects each of the terahertz waves separated by the separating unit.
前記分離手段は、前記被計測物で反射された前記テラヘルツ波を分離し、
前記偏光状態変化手段は、前記出射手段と前記被計測物との間、又は前記被計測物と前記分離手段との間の少なくとも一方に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波計測装置。 The emitting means emits the terahertz wave toward the object to be measured,
The separation means separates the terahertz wave reflected by the object to be measured,
The polarization state changing means is arranged at least one between the emitting means and the object to be measured, or between the object to be measured and the separating means. Terahertz wave measuring device.
前記分離手段は、前記第1層及び前記第2層の界面で反射された前記テラヘルツ波と、前記第2層及び前記第3層の界面で反射された前記テラヘルツ波とを分離する
ことを特徴とする請求項2に記載のテラヘルツ波計測装置。 The object to be measured has a laminated structure in which a first layer, a second layer, and a third layer having different refractive indexes are laminated in order from the emitting means side,
The separating means separates the terahertz wave reflected at the interface between the first layer and the second layer and the terahertz wave reflected from the interface between the second layer and the third layer. The terahertz wave measuring apparatus according to claim 2.
前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、
前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測方法。 An emission process for emitting terahertz waves with uniform polarization;
A polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave;
A separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed in the polarization state changing step;
And a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
前記テラヘルツ波に位相差を生じさせることで偏光状態を変化させる偏光状態変化工程と、
前記偏光状態変化工程で偏光状態が変化された前記テラヘルツ波を分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された前記テラヘルツ波の各々を検出する検出工程と
をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 An emission process for emitting terahertz waves with uniform polarization;
A polarization state changing step of changing a polarization state by causing a phase difference in the terahertz wave;
A separation step of separating the terahertz wave whose polarization state has been changed in the polarization state changing step;
A computer program causing a computer to execute a detection step of detecting each of the terahertz waves separated in the separation step.
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