JP2019144276A - Terahertz wave measurement 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計測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 the technical field of a terahertz wave measuring apparatus that measures the characteristics of a measurement object using, for example, terahertz waves.
計測対象物の特性を計測するための装置として、テラヘルツ波計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。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計測する。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、計測対象物によって反射される又は計測対象物を透過する。計測対象物によって反射された又は計測対象物を透過したテラヘルツ波は、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、計測対象物によって反射された又は計測対象物を透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波計測装置は、当該検出したテラヘルツ波（つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号）を解析することで、計測対象物の特性を計測する。 A terahertz wave measuring device is known as a device for measuring the characteristics of a measurement object (see, for example, Patent Document 1). The terahertz wave measuring apparatus measures 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 reflected by the measurement object or passes through the measurement object. The terahertz wave reflected by the measurement object or transmitted through the measurement object is another laser light obtained by branching the ultrashort pulse laser light and has an optical delay (that is, an optical path length relative to the pump light). The terahertz wave detecting element irradiated with the probe light (in other words, excitation light) to which the difference is applied is irradiated. As a result, the terahertz wave detection element detects a terahertz wave reflected by the measurement object or transmitted through the measurement object. The terahertz wave measuring apparatus measures the characteristics of the measurement object by analyzing the detected terahertz wave (that is, a terahertz wave in the time domain and a current signal).
一方で、近年、波長から０．８μｍであるレーザ光に代えて、波長が１．５５μｍであるレーザ光をポンプ光及びプローブ光として用いる技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。 On the other hand, in recent years, a technique has been proposed in which laser light having a wavelength of 1.55 μm is used as pump light and probe light instead of laser light having a wavelength of 0.8 μm (see, for example, Non-Patent Document 1). .
しかしながら、波長から０．８μｍであるレーザ光に代えて、波長が１．５５μｍであるレーザ光がポンプ光及びプローブ光として用いられる場合には、以下に示す技術的問題が生ずる可能性がある。具体的には、波長が１．５５μｍであるレーザ光を用いて発生させたテラヘルツ波のパルス幅は、波長が０．８μｍであるレーザ光を用いて発生させたテラヘルツ波のパルス幅よりも広くなる。このため、計測対象物の特性の計測精度が悪化してしまう可能性がある。例えば、テラヘルツ波を解析することで計測対象物の断面形状を計測するテラヘルツ波計測装置では、分解能が低下してしまう可能性がある。 However, in the case where laser light having a wavelength of 1.55 μm is used as pump light and probe light instead of laser light having a wavelength of 0.8 μm, the following technical problems may occur. Specifically, the pulse width of the terahertz wave generated using a laser beam having a wavelength of 1.55 μm is wider than the pulse width of the terahertz wave generated using a laser beam having a wavelength of 0.8 μm. Become. For this reason, there is a possibility that the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object will deteriorate. For example, in a terahertz wave measuring apparatus that measures the cross-sectional shape of a measurement object by analyzing terahertz waves, the resolution may be reduced.
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、計測対象物の特性の計測精度の悪化を抑制することが可能な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. An object of the present invention is to provide a terahertz wave measuring apparatus capable of suppressing deterioration in measurement accuracy of characteristics of a measurement object.
テラヘルツ波計測装置は、テラヘルツ波を発生する発生手段と、前記発生手段が発生させた前記テラヘルツ波を計測対象物に向けて反射する反射面を備える第１光学手段と、前記反射面から所定距離だけ離れた位置において前記反射面の少なくとも一部に対向し、前記反射面を透過した前記テラヘルツ波である透過光が前記第１光学手段に向かって伝搬することを防止する第２光学手段とを備える。 The terahertz wave measuring apparatus includes: a generating unit that generates a terahertz wave; a first optical unit that includes a reflecting surface that reflects the terahertz wave generated by the generating unit toward a measurement target; and a predetermined distance from the reflecting surface. A second optical means that opposes at least a part of the reflecting surface at a position separated by a distance and prevents the transmitted light, which is the terahertz wave transmitted through the reflecting surface, from propagating toward the first optical means. Prepare.
以下、テラヘルツ波計測装置の実施形態について説明を進める。 Hereinafter, an embodiment of the terahertz wave measuring apparatus will be described.
＜１＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置は、テラヘルツ波を発生する発生手段と、前記発生手段が発生させた前記テラヘルツ波を計測対象物に向けて反射する反射面を備える第１光学手段と、前記反射面から所定距離だけ離れた位置において前記反射面の少なくとも一部に対向し、前記反射面を透過した前記テラヘルツ波である透過光が前記第１光学手段に向かって伝搬することを防止する第２光学手段とを備える。
<1>
The terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment includes a generation unit that generates a terahertz wave, a first optical unit that includes a reflection surface that reflects the terahertz wave generated by the generation unit toward a measurement target, and the reflection A second that prevents transmission of the transmitted light, which is the terahertz wave, facing at least a part of the reflection surface at a position away from the surface by a predetermined distance and transmitted through the reflection surface, toward the first optical means; Optical means.
本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、発生手段は、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、第１光学手段が備える反射面によって、計測対象物に向けて反射される。その結果、テラヘルツ波が計測対象物に照射される。このため、テラヘルツ計測装置は、計測対象物に照射されたテラヘルツ波を解析する（例えば、計測対象物に照射されたテラヘルツの検出結果を解析する）ことで、計測対象物の特性を計測することができる。 According to the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the generating unit generates a terahertz wave. The terahertz wave generated by the generation unit is reflected toward the measurement target by the reflection surface provided in the first optical unit. As a result, the terahertz wave is irradiated to the measurement object. For this reason, the terahertz measurement device measures the characteristics of the measurement object by analyzing the terahertz wave irradiated on the measurement object (for example, analyzing the detection result of the terahertz irradiated on the measurement object). Can do.
本実施形態のテラヘルツ波計測装置は、特に、第２光学手段を備えている。第２光学手段は、第１光学手段の反射面から所定距離だけ離れた位置において、反射面に対向している。このとき、第２光学手段は、反射面の裏側（具体的には、反射面のうちテラヘルツ波が実際に反射される側とは逆側）の位置において、反射面に対向している。 In particular, the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment includes second optical means. The second optical means faces the reflective surface at a position away from the reflective surface of the first optical means by a predetermined distance. At this time, the second optical means is opposed to the reflecting surface at a position on the back side of the reflecting surface (specifically, on the side of the reflecting surface opposite to the side where the terahertz wave is actually reflected).
本実施形態では、テラヘルツ波の一部が、第１光学手段の反射面によって反射される一方で、テラヘルツ波の他の一部は、透過光として反射面を透過する。つまり、テラヘルツ波の他の一部は、反射面の表側（具体的には、反射面のうちテラヘルツ波が実際に反射される側）から裏側に向かって反射面を透過する。具体的には、後に数式を用いて具体的に説明するように、テラヘルツ波の他の一部は、第１光学手段の反射面と第２光学手段との間の距離に応じた強度の透過光として反射面を透過する。第２光学手段が反射面に対向しているがゆえに、透過光は、第２光学手段を介して、第１光学手段の外部に向かって伝搬していく。例えば、反射面によってテラヘルツ波が全反射されている場合には、反射面を透過する透過光としてのエバネッセント光が発生する。エバネッセント光は、反射面から所定距離だけ離れた位置に位置する第２光学手段を介して、第１光学手段の外部に向かって伝搬して行く。 In the present embodiment, a part of the terahertz wave is reflected by the reflecting surface of the first optical means, while the other part of the terahertz wave is transmitted through the reflecting surface as transmitted light. That is, another part of the terahertz wave passes through the reflecting surface from the front side of the reflecting surface (specifically, the side of the reflecting surface where the terahertz wave is actually reflected) toward the back side. Specifically, as will be described in detail later using mathematical expressions, the other part of the terahertz wave is transmitted with an intensity corresponding to the distance between the reflecting surface of the first optical means and the second optical means. It passes through the reflecting surface as light. Since the second optical means faces the reflecting surface, the transmitted light propagates toward the outside of the first optical means via the second optical means. For example, when the terahertz wave is totally reflected by the reflecting surface, evanescent light as transmitted light that passes through the reflecting surface is generated. The evanescent light propagates toward the outside of the first optical means via the second optical means located at a position away from the reflecting surface by a predetermined distance.
ここで、後に数式を用いて具体的に説明するように、透過光の強度は、第１光学手段の反射面と第２光学手段との間の距離のみならず、反射面に入射するテラヘルツ波の波長に依存する。具体的には、後に詳述するように、透過光の強度は、反射面に入射するテラヘルツ波の波長が長くなるほど強くなる。ここで、発生手段が発生するテラヘルツ波は、様々な波長の光成分（言い換えれば、周波数成分ないしは電磁波成分）を含んでいる。具体的には、発生手段が発生するテラヘルツ波は、例えば、波長が相対的に長い又は所定閾値よりも長い光成分（以降、“長波長成分”と称する）、及び、波長が相対的に短い又は所定閾値よりも短い光成分（以降、“短波長成分”と称する）を含んでいる。このため、反射面を透過した長波長成分である透過光の強度は、反射面を透過した短波長成分である透過光の強度よりも大きくなる。つまり、長波長成分は、短波長成分よりも、反射面を透過しやすい。このため、第１光学手段は、実質的には、発生手段が発生したテラヘルツ波中に含まれる長波長成分を選択的に減衰又は除去可能な光学手段として機能可能である。 Here, as will be described in detail later using mathematical formulas, the intensity of transmitted light is not only the distance between the reflecting surface of the first optical means and the second optical means, but also the terahertz wave incident on the reflecting surface. Depends on the wavelength. Specifically, as described in detail later, the intensity of transmitted light increases as the wavelength of the terahertz wave incident on the reflecting surface increases. Here, the terahertz wave generated by the generating means includes light components of various wavelengths (in other words, frequency components or electromagnetic wave components). Specifically, the terahertz wave generated by the generating means is, for example, a light component having a relatively long wavelength or longer than a predetermined threshold (hereinafter referred to as “long wavelength component”) and a relatively short wavelength. Alternatively, it includes a light component shorter than a predetermined threshold (hereinafter referred to as “short wavelength component”). For this reason, the intensity | strength of the transmitted light which is the long wavelength component which permeate | transmitted the reflective surface becomes larger than the intensity | strength of the transmitted light which is the short wavelength component which permeate | transmitted the reflective surface. That is, the long wavelength component is easier to transmit through the reflecting surface than the short wavelength component. Therefore, the first optical means can substantially function as an optical means capable of selectively attenuating or removing the long wavelength component contained in the terahertz wave generated by the generating means.
その結果、後に図面を参照しながら詳細に説明するように、長波長成分が減衰又は除去される場合には、長波長成分が減衰又は除去されない場合と比較して、テラヘルツ波のパルス幅が狭くなる。このため、本実施形態では、テラヘルツ波のパルス幅の拡大が抑制可能であるがゆえに、計測対象物の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。例えば、本実施形態のテラヘルツ波計測装置が、テラヘルツ波を解析することで計測対象物の断面形状を計測するテラヘルツ波計測装置である場合には、分解能の低下が好適に抑制される。 As a result, as will be described in detail later with reference to the drawings, when the long wavelength component is attenuated or removed, the pulse width of the terahertz wave is narrower than when the long wavelength component is not attenuated or removed. Become. For this reason, in this embodiment, since the expansion of the pulse width of the terahertz wave can be suppressed, deterioration of the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object is preferably suppressed. For example, when the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment is a terahertz wave measuring apparatus that measures the cross-sectional shape of the measurement object by analyzing the terahertz wave, a decrease in resolution is suitably suppressed.
特に、本実施形態では、テラヘルツ波の発生及び検出に用いられるレーザ光の波長が長くなる（例えば、０．８μｍから１．５５μｍに変更される）場合であっても、第１光学手段による長波長成分の減衰又は除去に起因して、計測対象物の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。 In particular, in the present embodiment, even when the wavelength of the laser light used for generation and detection of the terahertz wave is long (for example, changed from 0.8 μm to 1.55 μm), the length by the first optical means is long. Due to the attenuation or removal of the wavelength component, the deterioration of the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object is suitably suppressed.
一方で、反射面を透過したテラヘルツ波の他の一部（特に、長波長成分）である透過光が第１光学手段に再度入射してしまうと、当該光成分は、計測対象物の特性の計測精度に影響を与えるノイズとなる可能性がある。このため、本実施形態では、第２光学手段は、透過光が第１光学手段に向かって伝搬することを防止する。このため、透過光がノイズとなることに起因した計測対象物の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。 On the other hand, when transmitted light that is another part of the terahertz wave transmitted through the reflecting surface (particularly, a long wavelength component) is incident again on the first optical means, the light component is a characteristic of the measurement object. There is a possibility of noise affecting measurement accuracy. For this reason, in the present embodiment, the second optical means prevents the transmitted light from propagating toward the first optical means. For this reason, the deterioration of the measurement accuracy of the characteristic of the measurement object due to the transmitted light becoming noise is suitably suppressed.
＜２＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記第２光学手段は、前記反射面に対向し且つ前記反射面に平行である光学面を備える。
<2>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the second optical means includes an optical surface that faces the reflective surface and is parallel to the reflective surface.
この態様によれば、このような光学面を備える第２光学手段が第１光学手段の反射面に対向する（特に、反射面の裏側の位置において反射面に対向する）がゆえに、テラヘルツ波の他の一部が透過光として反射面を好適に透過する。 According to this aspect, since the second optical means having such an optical surface faces the reflective surface of the first optical means (particularly, the reflective surface at the position on the back side of the reflective surface), the terahertz wave Another part suitably transmits the reflecting surface as transmitted light.
＜３＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記第２光学手段は、前記透過光の少なくとも一部を吸収する若しくは透過する又は前記第１光学手段に向かう方向とは異なる方向に反射する。
<3>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the second optical unit absorbs or transmits at least a part of the transmitted light or reflects in a direction different from the direction toward the first optical unit. .
この態様によれば、第２光学手段は、透過光が第１光学手段に向かって伝搬することを好適に防止することができる。 According to this aspect, the second optical means can suitably prevent the transmitted light from propagating toward the first optical means.
＜４＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記透過光は、エバネッセント光である。
<4>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the transmitted light is evanescent light.
この態様によれば、テラヘルツ波の他の一部が、エバネッセント光である透過光として反射面を好適に透過する。更に、第２光学手段が第１光学手段の反射面に対向するがゆえに、エバネッセント光である透過光は、第２光学手段を介して、第１光学手段の外部に向かって伝搬して行く。 According to this aspect, the other part of the terahertz wave suitably passes through the reflecting surface as transmitted light that is evanescent light. Further, since the second optical means faces the reflecting surface of the first optical means, the transmitted light that is evanescent light propagates toward the outside of the first optical means via the second optical means.
＜５＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記発生手段が発生させた前記テラヘルツ波は、前記反射面において全反射するように前記反射面に入射する。
<5>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the terahertz wave generated by the generating unit is incident on the reflecting surface so as to be totally reflected on the reflecting surface.
この態様によれば、反射面によって全反射されるテラヘルツ波の他の一部が、透過光（例えば、エバネッセント光）として反射面を好適に透過する。更に、第２光学手段が第１光学手段の反射面に対向するがゆえに、透過光は、第２光学手段を介して、第１光学手段の外部に向かって伝搬して行く。 According to this aspect, the other part of the terahertz wave that is totally reflected by the reflecting surface suitably passes through the reflecting surface as transmitted light (for example, evanescent light). Further, since the second optical means faces the reflecting surface of the first optical means, the transmitted light propagates toward the outside of the first optical means via the second optical means.
＜６＞
本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記発生手段は、第１の偏光の前記テラヘルツ波を発生し、前記発生手段が発生させた前記第１の偏光の前記テラヘルツ波を、前記反射面に導く第３光学手段を更に備え、前記第１光学手段の前記反射面は、（ｉ）前記第１の偏光の前記テラヘルツ波を前記計測対象物に向けて反射することで、前記第１の偏光の前記テラヘルツ波を第２の偏光の前記テラヘルツ波に変換し、（ｉｉ）前記計測対象物によって反射された前記第２の偏光の前記テラヘルツ波を前記第３光学手段に向けて反射することで、前記第２の偏光の前記テラヘルツ波を第３の偏光の前記テラヘルツ波に変換し、前記第１光学手段から伝搬してくる前記第３の偏光の前記テラヘルツ波を検出する検出手段を更に備え、前記第３光学手段は、前記第１光学手段から伝搬してくる前記第３の偏光の前記テラヘルツ波を、前記検出手段に導き、前記第３光学手段は、前記第１の偏光及び前記第３の偏光のうちのいずれか一方を反射し、前記第１の偏光及び前記第３の偏光のうちのいずれか他方を透過する。
<6>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus of the present embodiment, the generation unit generates the terahertz wave having a first polarization, and the terahertz wave having the first polarization generated by the generation unit is Third optical means for guiding to a reflecting surface is further provided, wherein the reflecting surface of the first optical means (i) reflects the terahertz wave of the first polarization toward the measurement object, thereby Converting the terahertz wave having the first polarization into the terahertz wave having the second polarization, and (ii) reflecting the terahertz wave having the second polarization reflected by the measurement object toward the third optical unit. Thus, the detection means for converting the terahertz wave of the second polarization into the terahertz wave of the third polarization and detecting the terahertz wave of the third polarization propagating from the first optical means In addition, before The third optical means guides the terahertz wave of the third polarization propagating from the first optical means to the detection means, and the third optical means includes the first polarization and the third polarization. Either one of the polarized light is reflected, and the other of the first polarized light and the third polarized light is transmitted.
この態様によれば、第３光学手段は、偏光成分の違いに応じて、発生手段から計測対象物に向かって伝搬するテラヘルツ波と、計測対象物から検出手段に向かって伝搬するテラヘルツ波とを光学的に分離することができる。つまり、この態様では、発生手段から計測対象物に向かって伝搬するテラヘルツ波と計測対象物から検出手段に向かって伝搬するテラヘルツ波とを光学的に分離するために、ハーフミラーを用いなくてもよくなる。このため、発生手段が発生したテラヘルツ波は、発生手段から検出手段に至るまでの伝搬経路で過度に減衰する（例えば、ハーフミラーを通過することで過度に減衰する）ことなく、検出手段に到達する。 According to this aspect, the third optical unit generates a terahertz wave propagating from the generation unit toward the measurement target and a terahertz wave propagating from the measurement target toward the detection unit according to the difference in polarization components. It can be optically separated. That is, in this aspect, in order to optically separate the terahertz wave propagating from the generation unit toward the measurement target and the terahertz wave propagating from the measurement target toward the detection unit, a half mirror is not used. Get better. Therefore, the terahertz wave generated by the generating means reaches the detecting means without being excessively attenuated in the propagation path from the generating means to the detecting means (for example, excessively attenuated by passing through the half mirror). To do.
＜７＞
上述の如く第３光学手段を備えるテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記第１の偏光は、第１の方向に沿って振動する電場成分を有する第１の直線偏光であり、前記第２の偏光は、円偏光であり、前記第３の変更は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って振動する電場成分を有する第２の直線偏光である。
<7>
In another aspect of the terahertz wave measuring apparatus including the third optical unit as described above, the first polarized light is a first linearly polarized light having an electric field component oscillating along a first direction, and the second Is a circularly polarized light, and the third change is a second linearly polarized light having an electric field component oscillating along a second direction orthogonal to the first direction.
この態様によれば、第３光学手段は、偏光成分の違いに応じて、発生手段から計測対象物に向かって伝搬するテラヘルツ波と、計測対象物から検出手段に向かって伝搬するテラヘルツ波とを光学的に分離することができる。 According to this aspect, the third optical unit generates a terahertz wave propagating from the generation unit toward the measurement target and a terahertz wave propagating from the measurement target toward the detection unit according to the difference in polarization components. It can be optically separated.
本実施形態の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.
以上説明したように、本実施形態のテラヘルツ波計測装置は、発生手段と、第１光学手段と、第２光学手段とを備える。従って、計測対象物の特性の計測精度の悪化が抑制される。 As described above, the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment includes the generating unit, the first optical unit, and the second optical unit. Therefore, deterioration of the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object is suppressed.
以下、図面を参照しながら、テラヘルツ波計測装置の実施例についての説明を進める。 Hereinafter, an embodiment of the terahertz wave measuring apparatus will be described with reference to the drawings.
（１）テラヘルツ波計測装置１００の構成
初めに、図１を参照しながら、本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。図１は、本実施例の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) Configuration of Terahertz Wave Measuring Device 100 First, the configuration of the terahertz wave measuring device 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a terahertz wave measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波ＴＨｚを計測対象物１０に照射すると共に、計測対象物１０を透過した又は計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。尚、図１に示す例では、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚを検出している。 As shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 irradiates the measurement target object 10 with the terahertz wave THz, and transmits the measurement target object 10 or reflects the terahertz wave THz reflected by the measurement target object 10 (that is, the measurement target object). The terahertz wave THz irradiated on the object 10 is detected. In the example shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 detects the terahertz wave THz reflected by the measurement object 10.
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）に属する電磁波成分を含む電磁波である。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、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、計測対象物１０の特性を計測することができる。 The terahertz wave THz is an electromagnetic wave including an electromagnetic wave component 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 measure the characteristics of the measurement target object 10 by analyzing the terahertz wave THz applied to the measurement target object 10.
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・プローブ法を採用することで、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出する。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１００についてより具体的に説明を進める。 Here, since the period of the terahertz wave THz is a period of the order of sub-picoseconds, it is technically difficult to directly detect the waveform of the terahertz wave THz. Therefore, the terahertz wave measuring apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by employing a pump-probe method based on time delay scanning. Hereinafter, the terahertz wave measuring apparatus 100 that employs such a pump-probe method will be described more specifically.
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、「発生手段」の一具体例である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、「第３光学手段」の一具体例であるワイヤグリッド偏光子１６４と、「第１光学手段」の一具体例である直角プリズム１７０と、光学遅延機構１２０と、「検出手段」の一具体例であるテラヘルツ波検出素子１３０と、バイアス電圧生成部１４１と、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部１４２と、制御部１５０とを備えている。 As shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 includes a pulse laser apparatus 101, a terahertz wave generating element 110 that is a specific example of “generating means”, a beam splitter 161, a reflecting mirror 162, and a reflecting mirror 163. A wire grid polarizer 164 that is a specific example of “third optical means”, a right-angle prism 170 that is a specific example of “first optical means”, an optical delay mechanism 120, and one of “detection means”. A terahertz wave detection element 130, which is a specific example, a bias voltage generation unit 141, an IV (current-voltage) conversion unit 142, and a control unit 150 are provided.
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 beam splitter 161 via a light guide (not shown) (for example, an optical fiber).
ビームスプリッタ１６１は、パルスレーザ光ＬＢを、ポンプ光ＬＢ１とプローブ光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、光学遅延機構１２０に入射する。 The beam splitter 161 branches the pulsed laser light LB into pump light LB1 and probe light LB2. The pump light LB1 is incident on the terahertz wave generating element 110 through a light guide path (not shown). On the other hand, the probe light LB2 enters the optical delay mechanism 120 via a light guide path and a reflecting mirror 162 (not shown).
光学遅延機構１２０は、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、光学遅延機構１２０は、プローブ光ＬＢ２の光路長を調整することで、光路長差を調整する。光路長差が調整されると、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がテラヘルツ波ＴＨｚを発生させるタイミング）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（或いは、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）との時間差が調整される。テラヘルツ波計測装置１００は、この時間差を調整することで、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出する。例えば、光学遅延機構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、テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出することができる。つまり、後述するロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０の検出結果に基づいて、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を検出することができる。 The optical delay mechanism 120 adjusts the difference (that is, the optical path length difference) between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2. Specifically, the optical delay mechanism 120 adjusts the optical path length difference by adjusting the optical path length of the probe light LB2. When the optical path length difference is adjusted, the timing at which the pump light LB1 is incident on the terahertz wave generation element 110 (or the timing at which the terahertz wave generation element 110 generates the terahertz wave THz) and the probe light LB2 are detected by the terahertz wave detection element 130. The time difference from the timing at which the light enters (or the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz) is adjusted. The terahertz wave measuring apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by adjusting the time difference. For example, when the optical path of the probe light LB2 is increased by 0.3 millimeters (however, the optical path length in the air) by the optical delay mechanism 120, the timing at which the probe light LB2 enters the terahertz wave detection element 130 is delayed by 1 picosecond. Become. In this case, the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is delayed by 1 picosecond. Considering that the terahertz wave THz having the same waveform repeatedly enters the terahertz wave detecting element 130 at intervals of about several tens of MHz, the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is gradually shifted. Thus, the terahertz wave detection element 130 can indirectly detect the waveform of the terahertz wave THz. That is, the lock-in detection unit 151 described later can detect the waveform of the terahertz wave THz based on the detection result of the terahertz wave detection element 130.
ここで、図２を参照して、光学遅延機構１２０の構成について説明する。図２は、光学遅延機構１２０の構成を示す平面図である。尚、図２に示す光学遅延機構１２０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遅延機構が用いられてもよい。 Here, the configuration of the optical delay mechanism 120 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the optical delay mechanism 120. The optical delay mechanism 120 shown in FIG. 2 is merely an example, and an optical delay mechanism having a configuration different from the configuration shown in FIG. 2 may be used.
図２に示すように、光学遅延機構１２０は、複数の（図２では、４つの）再帰反射鏡１２１（１２１ａから１２１ｄ）と、回転基板１２２とを備えている。 As shown in FIG. 2, the optical delay mechanism 120 includes a plurality of (four in FIG. 2) retroreflecting mirrors 121 (121 a to 121 d) and a rotating substrate 122.
各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を再帰反射する。つまり、各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡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。各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を、光学遅延機構１２０の外部（例えば、反射鏡１６３）に向けて反射する。 Each retroreflecting mirror 121 retroreflects the probe light LB2 incident on each retroreflecting mirror 121. That is, each retroreflecting mirror 121 reflects the probe light LB2 incident on each retroreflecting mirror 121 in a direction parallel to the incident direction of the probe light LB2. Each retroreflecting mirror 121 reflects the probe light LB2 incident on each retroreflecting mirror 121 toward the outside of the optical delay mechanism 120 (for example, the reflecting mirror 163).
複数の再帰反射鏡１２１は、回転基板１２２の回転軸１２２ａを中心とする円周Ｃ上に、等間隔に配置されている。回転基板１２２の回転軸１２２ａは、不図示のモータの回転軸に連結されている。従って、回転基板１２２は、モータの動作により回転可能である。その結果、複数の再帰反射鏡１２１の夫々は、回転基板１２２の回転に伴って、円周Ｃ上を周回する。このような再帰反射鏡１２１の移動により、プローブ光ＬＢ２の光路長が調整される。 The plurality of retroreflecting mirrors 121 are arranged at equal intervals on a circumference C around the rotation axis 122 a of the rotating substrate 122. A rotating shaft 122a of the rotating substrate 122 is connected to a rotating shaft of a motor (not shown). Therefore, the rotating substrate 122 can be rotated by the operation of the motor. As a result, each of the plurality of retroreflecting mirrors 121 circulates on the circumference C as the rotating substrate 122 rotates. By such a movement of the retroreflecting mirror 121, the optical path length of the probe light LB2 is adjusted.
再び図１において、光学遅延機構１２０から出射したプローブ光ＬＢ２は、反射鏡１６３及び不図示の導光路を介して、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。 In FIG. 1 again, the probe light LB2 emitted from the optical delay mechanism 120 is incident on the terahertz wave detection element 130 via the reflecting mirror 163 and a light guide path (not shown).
ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）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。図３（ａ）は、テラヘルツ波発生素子１１０の構成を示す斜視図である。図３（ｂ）は、テラヘルツ波検出素子１３０の構成を示す斜視図である。尚、図３（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０及び図３（ｂ）に示すテラヘルツ波検出素子１３０の構成はあくまで一例である。このため、図３（ａ）又は図３（ｂ）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の少なくとも一方として用いられてもよい。 Here, the terahertz wave generating element 110 irradiated with the pump light LB1 and the terahertz detecting element 130 irradiated with the probe light LB2 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A is a perspective view showing the configuration of the terahertz wave generating element 110. FIG. 3B is a perspective view showing the configuration of the terahertz wave detection element 130. Note that the configurations of the terahertz wave generating element 110 illustrated in FIG. 3A and the terahertz wave detecting element 130 illustrated in FIG. 3B are merely examples. Therefore, a photoconductive antenna or photoconductive switch having a configuration different from the configuration shown in FIG. 3A or 3B is used as at least one of the terahertz wave generating element 110 and the terahertz wave detecting element 130. Also good.
図３（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. 3A, the terahertz wave generating element 110 includes a substrate 111, an antenna (in other words, a transmission line) 112, and an antenna (in other words, a transmission line) 113.
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 antenna 112 and the antenna 113 is a monopole antenna having a shape extending in the longitudinal direction. The antenna 112 and the antenna 113 are arranged on the substrate 111 so as to be parallel in the short direction. A gap (that is, a gap) 114 of about several micrometers is secured between the antenna 112 and the antenna 113. Therefore, the antenna 112 and the antenna 113 as a whole constitute a dipole antenna.
ギャップ１１４には、アンテナ１１２及びアンテナ１１３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 voltage generation unit 141 is applied to the gap 114 via the antenna 112 and the antenna 113. When the pump beam LB1 is irradiated to the gap 114 in a state where an effective bias voltage (for example, a bias voltage other than 0 V) is applied to the gap 114, the terahertz wave generation element 110 receives carriers by photoexcitation by the pump beam LB1. Occur. As a result, the terahertz wave generating element 110 generates a pulse-shaped current signal in the order of subpicoseconds or in the order of femtoseconds corresponding to the generated carrier. As a result, the terahertz wave generation element 110 generates a terahertz wave THz resulting from the pulsed current signal.
図３（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. 3B, the terahertz wave detecting element 130 also has the same configuration as the terahertz wave generating element 110. That is, the terahertz wave detecting element 130 includes a substrate 131, an antenna (in other words, a transmission line) 132, and an antenna (in other words, a transmission line) 133. The substrate 131, the antenna 132, and the antenna 133 have the same configuration as the substrate 111, the antenna 112, and the antenna 113, respectively.
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１４２に出力される。 When the probe light LB2 is irradiated to the gap 134, carriers are generated in the terahertz detection element 130 by light excitation by the probe light LB2. When the terahertz detection element 130 is irradiated with the terahertz wave THz while the probe beam LB2 is irradiated on the gap 134, a current signal having a signal intensity corresponding to the light intensity of the terahertz wave THz is generated in the gap 134. . The current signal is output to the IV conversion unit 142 via the antenna 132 and the antenna 133.
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（以降、説明の便宜上、“テラヘルツ波ＴＨｚ１”と称する）は、ワイヤグリッド偏光子１６４に入射する。ワイヤグリッド偏光子１６４は、一方向に延伸する複数のワイヤと、当該複数のワイヤを挟み込む一対の基板とを備える。ワイヤグリッド偏光子１６４は、複数のワイヤの延伸方向に直交する方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光を透過する。一方で、ワイヤグリッド偏光子１６４は、複数のワイヤの延伸方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光を反射する。 In FIG. 1 again, the terahertz wave THz emitted from the terahertz wave generating element 110 (hereinafter, referred to as “terahertz wave THz1” for convenience of description) is incident on the wire grid polarizer 164. The wire grid polarizer 164 includes a plurality of wires extending in one direction and a pair of substrates that sandwich the plurality of wires. The wire grid polarizer 164 transmits linearly polarized light having an electric field component that vibrates along a direction orthogonal to the extending direction of the plurality of wires. On the other hand, the wire grid polarizer 164 reflects linearly polarized light having an electric field component that vibrates along the extending direction of the plurality of wires.
本実施例では、ワイヤグリッド偏光子１６４は、テラヘルツ波発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１を透過する。このため、テラヘルツ波発生素子１１０は、ワイヤグリッド偏光子１６４が備える複数のワイヤの延伸方向に直交する方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光となるテラヘルツ波ＴＨｚ１を発生する。 In the present embodiment, the wire grid polarizer 164 transmits the terahertz wave THz1 emitted from the terahertz wave generating element 110. Therefore, the terahertz wave generating element 110 generates the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light having an electric field component that vibrates along a direction orthogonal to the extending direction of the plurality of wires included in the wire grid polarizer 164.
ワイヤグリッド偏光子１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ１は、直角プリズム１７０に入射する。直角プリズム１７０は、第１面１７１と、「反射面」の一具体例である第２面１７２と、第３面１７３とを備える。第１面１７１は、ワイヤグリッド偏光子１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ１が入射する光学面である。第２面１７２は、第１面１７１を介して直角プリズム１７０の内部に伝搬してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射する光学面である。特に、第２面１７２は、第２面１７２よりも一方側（図１では、左下側）に位置する領域（例えば、第１面１７１が位置する領域）を介して第２面１７２に入射するテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射する。第３面１７３は、第１面１７１に対して９０°の角度で交わると共に、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１が出射する光学面である。 The terahertz wave THz1 transmitted through the wire grid polarizer 164 enters the right-angle prism 170. The right-angle prism 170 includes a first surface 171, a second surface 172 that is a specific example of a “reflecting surface”, and a third surface 173. The first surface 171 is an optical surface on which the terahertz wave THz1 transmitted through the wire grid polarizer 164 is incident. The second surface 172 is an optical surface that reflects the terahertz wave THz1 that has propagated into the right-angle prism 170 via the first surface 171. In particular, the second surface 172 is incident on the second surface 172 via a region (for example, a region where the first surface 171 is located) located on one side (the lower left side in FIG. 1) of the second surface 172. Reflects the terahertz wave THz1. The third surface 173 is an optical surface that intersects the first surface 171 at an angle of 90 ° and emits the terahertz wave THz1 reflected by the second surface 172.
従って、直角プリズム１７０に入射したテラヘルツ波ＴＨｚ１は、第２面１７２によって反射される。特に、本実施例では、テラヘルツ波ＴＨｚ１は、第２面１７２によって全反射される。加えて、第２面１７２による全反射に起因して、テラヘルツ波ＴＨｚ１の位相は、π／２だけシフトする。このため、テラヘルツ波ＴＨｚ１は、第２面１７２によってテラヘルツ波ＴＨｚ１が全反射され且つ全反射に起因してテラヘルツ波ＴＨｚ１の位相がπ／２だけシフトする入射角度（例えば、４１．９度）で第２面１７２に入射する。その結果、第２面１７２による反射に起因して、直線偏光であったテラヘルツ波ＴＨｚ１は、円偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１に変換される。第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、第３面１７３を介して、直角プリズム１７０の外部に向かって伝搬する。その結果、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、計測対象物１０に照射される。 Accordingly, the terahertz wave THz 1 incident on the right-angle prism 170 is reflected by the second surface 172. In particular, in the present embodiment, the terahertz wave THz 1 is totally reflected by the second surface 172. In addition, due to total reflection by the second surface 172, the phase of the terahertz wave THz1 is shifted by π / 2. For this reason, the terahertz wave THz1 is incident at an incident angle (for example, 41.9 degrees) at which the terahertz wave THz1 is totally reflected by the second surface 172 and the phase of the terahertz wave THz1 is shifted by π / 2 due to total reflection. Incident on the second surface 172. As a result, due to the reflection by the second surface 172, the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light is converted into the terahertz wave THz1 that is circularly polarized light. The terahertz wave THz1 reflected by the second surface 172 propagates toward the outside of the right-angle prism 170 via the third surface 173. As a result, the terahertz wave THz1 reflected by the second surface 172 is applied to the measurement object 10.
計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、計測対象物１０によって反射される。以降、計測対象物１０からテラヘルツ波検出素子１３０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚと、テラヘルツ波発生素子１１０から計測対象物１０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ１とを区別するために、計測対象物１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚを、“テラヘルツ波ＴＨｚ２”と称する。計測対象物１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、再び直角プリズム１７０（特に、第３面１７３）に入射する。第３面１７３に入射したテラヘルツ波ＴＨｚ２は、第２面１７２によって反射される。この場合も、テラヘルツ波ＴＨｚ２は、第２面１７２によって全反射される。加えて、第２面１７２による反射に起因して、テラヘルツ波ＴＨｚ２の位相は、π／２だけ更にシフトする。このため、テラヘルツ波ＴＨｚ２は、第２面１７２によってテラヘルツ波ＴＨｚ２が全反射され且つ全反射に起因してテラヘルツ波ＴＨｚ２の位相がπ／２だけシフトする入射角度（例えば、４１．９度）で第２面１７２に入射する。その結果、第２面１７２による反射に起因して、円偏光であったテラヘルツ波ＴＨｚ２は、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２に変換される。特に、本実施例では、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１が直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２に変換されるまでに第２面１７２での全反射が２回行われている。このため、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２の位相は、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１の位相に対してπだけずれている。つまり、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２が有する電場成分の振動方向は、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１が有する電場成分の振動方向と直交する。 The terahertz wave THz1 applied to the measurement object 10 is reflected by the measurement object 10. Hereinafter, in order to distinguish the terahertz wave THz propagating from the measurement object 10 toward the terahertz wave detection element 130 and the terahertz wave THz1 propagating from the terahertz wave generation element 110 toward the measurement object 10, the measurement object The terahertz wave THz reflected by 10 is referred to as “terahertz wave THz2”. The terahertz wave THz2 reflected by the measurement object 10 is incident on the right-angle prism 170 (particularly, the third surface 173) again. The terahertz wave THz 2 incident on the third surface 173 is reflected by the second surface 172. Also in this case, the terahertz wave THz2 is totally reflected by the second surface 172. In addition, due to reflection by the second surface 172, the phase of the terahertz wave THz2 is further shifted by π / 2. For this reason, the terahertz wave THz2 is incident at an angle (for example, 41.9 degrees) at which the terahertz wave THz2 is totally reflected by the second surface 172 and the phase of the terahertz wave THz2 is shifted by π / 2 due to total reflection. Incident on the second surface 172. As a result, due to the reflection by the second surface 172, the terahertz wave THz2 that was circularly polarized light is converted into the terahertz wave THz2 that is linearly polarized light. In particular, in this embodiment, total reflection on the second surface 172 is performed twice before the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light is converted to the terahertz wave THz2 that is linearly polarized light. For this reason, the phase of the terahertz wave THz2 that is linearly polarized light is shifted by π from the phase of the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light. That is, the vibration direction of the electric field component of the terahertz wave THz2 that is linearly polarized light is orthogonal to the vibration direction of the electric field component of the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light.
第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、第１面１７１を介して、ワイヤグリッド偏光子１６４に入射する。ここで、上述したように、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２が有する電場成分の振動方向が直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１が有する電場成分の振動方向と直交している。このため、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２は、ワイヤグリッド偏光子１６４が備える複数のワイヤの延伸方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光である。このため、ワイヤグリッド偏光子１６４は、直角プリズム１７０から伝搬してきたテラヘルツ波ＴＨｚ２を反射する。ワイヤグリッド偏光子１６４によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。 The terahertz wave THz2 reflected by the second surface 172 enters the wire grid polarizer 164 through the first surface 171. Here, as described above, the vibration direction of the electric field component of the terahertz wave THz2 that is linearly polarized light is orthogonal to the vibration direction of the electric field component of the terahertz wave THz1 that is linearly polarized light. For this reason, the terahertz wave THz2, which is linearly polarized light, is linearly polarized light having an electric field component that vibrates along the extending direction of the plurality of wires included in the wire grid polarizer 164. For this reason, the wire grid polarizer 164 reflects the terahertz wave THz2 propagating from the right-angle prism 170. The terahertz wave THz2 reflected by the wire grid polarizer 164 is incident on the terahertz wave detection element 130.
このように、本実施例では、ワイヤグリッド偏光子１６４は、偏光成分の違いに応じて、テラヘルツ波発生素子１１０から計測対象物１０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ１と、計測対象物１０からテラヘルツ波検出素子１３０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ２とを光学的に分離することができる。つまり、本実施例では、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波発生素子１１０から計測対象物１０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ１と計測対象物１０からテラヘルツ波検出素子１３０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ２とを光学的に分離するための光学素子として、ハーフミラーを備えていなくてもよい。このため、テラヘルツ波発生素子１１０が発生したテラヘルツ波ＴＨｚ１は、テラヘルツ波発生素子１１０からテラヘルツ波検出素子１３０に至るまでの伝搬経路で過度に減衰する（例えば、ハーフミラーを通過することで過度に減衰する）ことなく、テラヘルツ波検出素子１３０に到達することができる。 As described above, in this embodiment, the wire grid polarizer 164 includes the terahertz wave THz1 propagating from the terahertz wave generating element 110 toward the measurement target 10 and the terahertz from the measurement target 10 according to the difference in polarization components. The terahertz wave THz2 propagating toward the wave detection element 130 can be optically separated. That is, in the present embodiment, the terahertz wave measuring apparatus 100 includes the terahertz wave THz1 propagating from the terahertz wave generating element 110 toward the measurement target 10 and the terahertz wave propagating from the measurement target 10 toward the terahertz wave detecting element 130. A half mirror may not be provided as an optical element for optically separating THz2. For this reason, the terahertz wave THz1 generated by the terahertz wave generation element 110 is excessively attenuated in the propagation path from the terahertz wave generation element 110 to the terahertz wave detection element 130 (for example, excessively by passing through a half mirror) It can reach the terahertz wave detecting element 130 without being attenuated.
テラヘルツ波ＴＨｚ２がテラヘルツ波検出素子１３０に入射すると、テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。つまり、テラヘルツ波検出素子１３０からは、テラヘルツ波ＴＨｚ２の強度に応じた信号強度を有する電流信号が出力される。 When the terahertz wave THz2 is incident on the terahertz wave detecting element 130, the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz2. That is, the terahertz wave detection element 130 outputs a current signal having a signal intensity corresponding to the intensity of the terahertz wave THz2.
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１４２によって、電圧信号に変換される。 The current signal output from the terahertz wave detection element 130 is converted into a voltage signal by the IV conversion unit 142.
制御部１５０は、テラヘルツ波検出素子１３０の検出結果（つまり、Ｉ−Ｖ変換部１４２が出力する電圧信号）に基づいて、計測対象物１０の特性を計測する。計測対象物１０の特性を計測するために、制御部１５０は、ロックイン検出部１５１と、信号処理部１５２とを備えている。 The control unit 150 measures the characteristics of the measurement object 10 based on the detection result of the terahertz wave detection element 130 (that is, the voltage signal output from the IV conversion unit 142). In order to measure the characteristics of the measurement object 10, the control unit 150 includes a lock-in detection unit 151 and a signal processing unit 152.
ロックイン検出部１５１は、Ｉ−Ｖ変換部１４２から出力される電圧信号に対して、バイアス電圧生成部１４１が生成する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、ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波ＴＨｚ２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の光路長との間の差分（つまり、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、ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚ２の波形（時間波形）を検出することができる。ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚ２の波形を示す波形信号を出力する。 The lock-in detection unit 151 performs synchronous detection on the voltage signal output from the IV conversion unit 142 using the bias voltage generated by the bias voltage generation unit 141 as a reference signal. As a result, the lock-in detection unit 151 detects the sample value of the terahertz wave THz2. Thereafter, the same operation is repeated while appropriately adjusting the difference between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2 (that is, the optical path length difference). The waveform (time waveform) of the terahertz wave THz2 detected by the detection element 130 can be detected. The lock-in detection unit 151 outputs a waveform signal indicating the waveform of the terahertz wave THz2 detected by the terahertz wave detection element 130.
信号処理部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される波形信号に基づいて、計測対象物１０の特性を計測する。例えば、信号処理部１５２は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波ＴＨｚ２の周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて計測対象物１０の特性を計測する。 The signal processing unit 152 measures the characteristics of the measurement object 10 based on the waveform signal output from the lock-in detection unit 151. For example, the signal processing unit 152 acquires the frequency spectrum of the terahertz wave THz2 using terahertz time domain spectroscopy, and measures the characteristics of the measurement object 10 based on the frequency spectrum.
本実施例では更に、テラヘルツ波計測装置１００は、「第２光学手段」の一具体例であるテラヘルツ波吸収体１８０を備える。以下、図４を参照しながら、テラヘルツ波吸収体１８０について説明する。図４は、直角プリズム１７０及びテラヘルツ波吸収体１８０内を伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ１の光路を示す断面図である。 In this embodiment, the terahertz wave measuring apparatus 100 further includes a terahertz wave absorber 180 which is a specific example of “second optical means”. Hereinafter, the terahertz wave absorber 180 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an optical path of the terahertz wave THz1 propagating through the right-angle prism 170 and the terahertz wave absorber 180.
図４に示すように、テラヘルツ波吸収体１８０は、直角プリズム１８０の第２面１７２よりも他方側（図１及び図４では、右上側）の位置において、第２面１７２に近接する又は隣接する。テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２よりも他方側の位置において第２面１７２に対向すると共に第２面１７２に平行な光学面１８１を備える。光学面１８１は、第２面１７２から所定距離ｄ（但し、ｄ＞０）だけ離れている。つまり、光学面１８１は、第２面１７２よりも他方側に向かって所定距離ｄだけ第２面１７２から離れた位置に位置している。 As shown in FIG. 4, the terahertz wave absorber 180 is close to or adjacent to the second surface 172 at a position on the other side (upper right side in FIGS. 1 and 4) of the second surface 172 of the right-angle prism 180. To do. The terahertz wave absorber 180 includes an optical surface 181 that faces the second surface 172 at a position on the other side of the second surface 172 and is parallel to the second surface 172. The optical surface 181 is separated from the second surface 172 by a predetermined distance d (where d> 0). That is, the optical surface 181 is located at a position away from the second surface 172 by a predetermined distance d toward the other side from the second surface 172.
ここで、上述したように、第２面１７２は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を全反射している。この場合、第２面１７２には、第２面１７２から外部に漏れ出すエバネッセント光ＥＶＡが発生する。但し、このエバネッセント光ＥＶＡは、通常は、第２面１７２から直角プリズム１７０の外部に向かって伝搬することはない。しかしながら、エバネッセント光ＥＶＡが発生している状況下で第２面１７２から所定距離ｄだけ離れた光学面１８１を備えるテラヘルツ波吸収体１８０が第２面１７２に近接又は隣接すると、エバネッセント光ＥＶＡは、第２面１７２から直角プリズム１７０の外部に向かって伝搬して行く。典型的には、エバネッセント光ＥＶＡは、テラヘルツ波吸収体１８０の内部を伝搬して行く。従って、本実施例では、第２面１７２に入射したテラヘルツ波ＴＨｚ１の一部が、第２面１７２によって反射される一方で、第２面１７２に入射したテラヘルツ波ＴＨｚ１の他の一部が、エバネッセント光ＥＶＡとして第２面１７２を透過する。 Here, as described above, the second surface 172 totally reflects the terahertz wave THz1. In this case, evanescent light EVA leaking from the second surface 172 to the outside is generated on the second surface 172. However, the evanescent light EVA does not normally propagate from the second surface 172 toward the outside of the right-angle prism 170. However, when the terahertz wave absorber 180 including the optical surface 181 separated by the predetermined distance d from the second surface 172 in the situation where the evanescent light EVA is generated is close to or adjacent to the second surface 172, the evanescent light EVA is The light propagates from the second surface 172 toward the outside of the right-angle prism 170. Typically, the evanescent light EVA propagates inside the terahertz wave absorber 180. Therefore, in this embodiment, a part of the terahertz wave THz1 incident on the second surface 172 is reflected by the second surface 172, while another part of the terahertz wave THz1 incident on the second surface 172 is The evanescent light EVA is transmitted through the second surface 172.
エバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉは、数式１によって示される。但し、「ｎ」は、直角プリズム１７０の屈折率であり、「θ」は、テラヘルツ波ＴＨｚ１の第２面１７２に対する入射角度であり、「λ」は、第２面１７２によって反射される光（本実施例では、テラヘルツ波ＴＨｚ１）の波長である。但し、テラヘルツ波ＴＨｚ１には、様々な波長の電磁波成分が含まれている。以下、説明の便宜上、テラヘルツ波ＴＨｚ１には、少なくとも、波長λが長い（例えば、相対的に長い又は所定閾値よりも長い）電磁波成分（以降、“長波長成分”と称する）、及び、波長λが短い（例えば、相対的に短い又は所定閾値よりも短い）電磁波成分（以降、“短波長成分”と称する）が含まれているものとする。 The intensity I of the evanescent light EVA is expressed by Equation 1. However, “n” is the refractive index of the right-angle prism 170, “θ” is the incident angle of the terahertz wave THz1 with respect to the second surface 172, and “λ” is the light reflected by the second surface 172 ( In this embodiment, the wavelength is a terahertz wave THz1). However, the terahertz wave THz1 includes electromagnetic wave components of various wavelengths. Hereinafter, for convenience of explanation, the terahertz wave THz1 includes at least an electromagnetic wave component having a long wavelength λ (eg, relatively long or longer than a predetermined threshold) (hereinafter referred to as “long wavelength component”), and a wavelength λ. Are included (for example, referred to as “short wavelength components” hereinafter) that are short (for example, relatively short or shorter than a predetermined threshold).
数式１から分かるように、第２面１７２が反射する光の波長λが大きくなるほど、第２面１７２を透過するエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉが大きくなる。このため、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分が反射面を透過することで得られるエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉは、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の短波長成分が反射面を透過することで得られるエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉよりも大きくなる。つまり、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分は、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の短波長成分よりも第２面１７２を透過しやすい。言い換えれば、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分は、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の短波長成分よりも第２面１７２によって反射されにくい。このため、第２面１７２は、計測対象物１０に到達する長波長成分の強度が相対的に小さくなるようにテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射する。従って、直角プリズム１７０（特に、第２面１７２）は、実質的には、テラヘルツ波ＴＨｚ１中に含まれる長波長成分を選択的に減衰又は除去していると言える。 As can be seen from Equation 1, the intensity I of the evanescent light EVA transmitted through the second surface 172 increases as the wavelength λ of the light reflected by the second surface 172 increases. For this reason, the intensity I of the evanescent light EVA obtained by transmitting the long wavelength component in the terahertz wave THz1 through the reflecting surface is equal to the evanescent light EVA obtained by transmitting the short wavelength component in the terahertz wave THz1 through the reflecting surface. It becomes larger than the intensity I of That is, the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is more easily transmitted through the second surface 172 than the short wavelength component in the terahertz wave THz1. In other words, the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is less likely to be reflected by the second surface 172 than the short wavelength component in the terahertz wave THz1. For this reason, the second surface 172 reflects the terahertz wave THz1 so that the intensity of the long wavelength component reaching the measurement target 10 is relatively small. Accordingly, it can be said that the right-angle prism 170 (particularly, the second surface 172) substantially attenuates or removes the long wavelength component contained in the terahertz wave THz1.
尚、直角プリズム１７０は、（特に、第２面１７２）は、実質的には、テラヘルツ波ＴＨｚ１中に含まれる短波長成分をも選択的に減衰又は除去しているとも言える。しかしながら、上述したように、長波長成分が短波長成分よりも第２面１７２を透過しやすいがゆえに、短波長成分の減衰量又は除去量は、長波長成分の減衰量又は除去量よりも小さい。従って、直角プリズム１７０（特に、第２面１７２）は、主として、テラヘルツ波ＴＨｚ１中に含まれる長波長成分を選択的に減衰又は除去しているとみなすことができる。 In addition, it can be said that the right-angle prism 170 (in particular, the second surface 172) substantially attenuates or removes the short wavelength component contained in the terahertz wave THz1 substantially. However, as described above, since the long wavelength component is more easily transmitted through the second surface 172 than the short wavelength component, the attenuation amount or removal amount of the short wavelength component is smaller than the attenuation amount or removal amount of the long wavelength component. . Therefore, the right-angle prism 170 (particularly, the second surface 172) can be regarded as mainly selectively attenuating or removing the long wavelength component contained in the terahertz wave THz1.
加えて、数式１から分かるように、第２面１７２と光学面１８１との間の距離ｄが小さくなるほど、第２面１７２を透過するエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉが大きくなる。つまり、第２面１７２を透過する長波長成分の透過量（つまり、長波長成分が第２面１７２によって反射されることで発生するエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉ）は、距離ｄに応じて変動することになる。このため、長波長成分の透過量（つまり、長波長成分の減衰量又は除去量）が第１所定量以上になるような適切な距離ｄが選択されることが好ましい。更には、短波長成分の透過量（つまり、短波長成分の減衰量又は除去量）が第２所定量以下になるような適切な距離ｄが選択されることが好ましい。例えば、０．０５ｍｍから０．２０ｍｍの範囲に収まる距離が、距離ｄとして選択されることが好ましい。 In addition, as can be seen from Equation 1, the intensity I of the evanescent light EVA transmitted through the second surface 172 increases as the distance d between the second surface 172 and the optical surface 181 decreases. That is, the transmission amount of the long wavelength component transmitted through the second surface 172 (that is, the intensity I of the evanescent light EVA generated when the long wavelength component is reflected by the second surface 172) varies depending on the distance d. It will be. For this reason, it is preferable to select an appropriate distance d such that the transmission amount of the long wavelength component (that is, the attenuation amount or removal amount of the long wavelength component) is equal to or greater than the first predetermined amount. Furthermore, it is preferable to select an appropriate distance d such that the transmission amount of the short wavelength component (that is, the attenuation amount or removal amount of the short wavelength component) is equal to or less than the second predetermined amount. For example, a distance that falls within a range of 0.05 mm to 0.20 mm is preferably selected as the distance d.
その結果、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分が減衰又は除去される場合には、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分が減衰又は除去されない場合と比較して、テラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅が狭くなる。以下、図５（ａ）から図５（ｂ）及び図６（ａ）から図６（ｂ）を参照しながら、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分の強度とテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅との関係について説明する。図５（ａ）は、長波長成分が減衰又は除去されていないテラヘルツ波ＴＨｚ１の周波数スペクトルを示すグラフである。図５（ｂ）は、長波長成分が減衰又は除去されていないテラヘルツ波ＴＨｚ１の波形（特に、パルス幅を認識可能な波形）示すグラフである。図６（ａ）は、長波長成分が減衰又は除去されているテラヘルツ波ＴＨｚ１の周波数スペクトルを示すグラフである。図６（ｂ）は、長波長成分が減衰又は除去されているテラヘルツ波ＴＨｚ１の波形（特に、パルス幅を認識可能な波形）示すグラフである。 As a result, when the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is attenuated or removed, the pulse width of the terahertz wave THz1 is narrower than in the case where the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is not attenuated or removed. Hereinafter, the relationship between the intensity of the long wavelength component in the terahertz wave THz1 and the pulse width of the terahertz wave THz1 will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (b) and FIGS. 6 (a) to 6 (b). Will be described. FIG. 5A is a graph showing a frequency spectrum of the terahertz wave THz1 in which the long wavelength component is not attenuated or removed. FIG. 5B is a graph showing a waveform of the terahertz wave THz1 (in particular, a waveform capable of recognizing the pulse width) from which the long wavelength component is not attenuated or removed. FIG. 6A is a graph showing the frequency spectrum of the terahertz wave THz1 from which the long wavelength component is attenuated or removed. FIG. 6B is a graph showing a waveform of the terahertz wave THz1 (particularly, a waveform in which the pulse width can be recognized) from which the long wavelength component is attenuated or removed.
図５（ａ）に示すように、主として０から３ＴＨｚの周波数の電磁波成分を含むテラヘルツ波ＴＨｚ１を用いて説明を進める。図５（ａ）に示す周波数スペクトルを有するテラヘルツ波ＴＨｚ１の時間波形は、図５（ｂ）に示す時間波形となる。図５（ｂ）に示すテラヘルツ波ＴＨｚのパルスの半値全幅は、０．３３ｐｓ（ピコ秒）となる。 As shown in FIG. 5A, the description will be given using a terahertz wave THz1 mainly including an electromagnetic wave component having a frequency of 0 to 3 THz. The time waveform of the terahertz wave THz1 having the frequency spectrum shown in FIG. 5A is the time waveform shown in FIG. The full width at half maximum of the terahertz wave THz pulse shown in FIG. 5B is 0.33 ps (picoseconds).
一方で、図６（ａ）は、図５（ａ）に示すテラヘルツ波ＴＨｚのうち０．８ＴＨｚ以下の電磁波成分を指数関数的に減衰させることで得られるテラヘルツ波ＴＨｚ１の周波数スペクトルを示す。図５（ａ）に示す周波数スペクトルを有するテラヘルツ波ＴＨｚ１の時間波形は、図５（ｂ）に示す時間波形となる。図６（ｂ）に示すテラヘルツ波ＴＨｚのパルスの半値全幅は、０．２８ｐｓ（ピコ秒）となる。つまり、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分が減衰又は除去される場合には、テラヘルツ波ＴＨｚ１中の長波長成分が減衰又は除去されない場合と比較して、テラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅が狭くなる。 On the other hand, FIG. 6A shows a frequency spectrum of the terahertz wave THz1 obtained by exponentially attenuating an electromagnetic wave component of 0.8 THz or less in the terahertz wave THz shown in FIG. The time waveform of the terahertz wave THz1 having the frequency spectrum shown in FIG. 5A is the time waveform shown in FIG. The full width at half maximum of the terahertz wave THz pulse shown in FIG. 6B is 0.28 ps (picosecond). That is, when the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is attenuated or removed, the pulse width of the terahertz wave THz1 is narrower than in the case where the long wavelength component in the terahertz wave THz1 is not attenuated or removed.
このように、本実施例では、計測対象物１０に照射されるテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅の拡大が抑制される。このため、計測対象物１０の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。例えば、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００が、テラヘルツ波ＴＨｚ２を解析することで計測対象物１０の断面形状を計測する場合には、分解能の低下が好適に抑制される。 Thus, in the present embodiment, the expansion of the pulse width of the terahertz wave THz1 irradiated on the measurement object 10 is suppressed. For this reason, the deterioration of the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object 10 is suitably suppressed. For example, when the terahertz wave measuring apparatus 100 according to the present embodiment measures the cross-sectional shape of the measurement object 10 by analyzing the terahertz wave THz2, a decrease in resolution is suitably suppressed.
特に、本実施例では、テラヘルツ波ＴＨｚ１の発生に用いられるポンプ光ＬＢ１及びテラヘルツ波ＴＨｚ２の検出に用いられるプローブ光ＬＢ２の波長が長くなる場合であっても、計測対象物１０の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。具体的には、例えば、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２の波長が１．５５μｍである場合には、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２の波長が０．８μｍである場合と比較して、テラヘルツ波発生素子１１０が発生するテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅が大きくなってしまうことは上述したとおりである。つまり、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２の波長の長大化に起因して、テラヘルツ波発生素子１１０が発生するテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅が大きくなってしまう。本実施例では、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２の波長の長大化に起因したテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅の拡大が、直角プリズム１７０（特に、第２面１７２）による長波長成分の減衰又は除去に起因したテラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅の縮小によって相殺される。このため、テラヘルツ波ＴＨｚ１のパルス幅の拡大に起因した計測対象物１０の特性の計測精度の悪化が好適に抑制される。 In particular, in this embodiment, even when the wavelengths of the pump light LB1 used for generating the terahertz wave THz1 and the probe light LB2 used for detecting the terahertz wave THz2 become long, the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object 10 is increased. Deterioration of is suitably suppressed. Specifically, for example, when the wavelengths of the pump light LB1 and the probe light LB2 are 1.55 μm, terahertz waves are generated compared to the case where the wavelengths of the pump light LB1 and the probe light LB2 are 0.8 μm. As described above, the pulse width of the terahertz wave THz1 generated by the element 110 is increased. That is, the pulse width of the terahertz wave THz1 generated by the terahertz wave generating element 110 is increased due to the increase in the wavelengths of the pump light LB1 and the probe light LB2. In the present embodiment, the expansion of the pulse width of the terahertz wave THz1 due to the lengthening of the wavelengths of the pump light LB1 and the probe light LB2 results in attenuation or removal of long wavelength components by the right-angle prism 170 (especially the second surface 172). This is offset by the reduction in the pulse width of the resulting terahertz wave THz1. For this reason, the deterioration of the measurement accuracy of the characteristics of the measurement object 10 due to the expansion of the pulse width of the terahertz wave THz1 is suitably suppressed.
但し、本実施例では、長波長成分の減衰又は除去は、テラヘルツ波ＴＨｚ１の一部が第２面１７２を透過するという現象によって実現されている。この場合、第２面１７２を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ１の一部（つまり、エバネッセント光ＥＶＡ）が再度直角プリズム１７０に入射すると、当該エバネッセント光ＥＶＡは、計測対象物１０の特性の計測精度に影響を与えるノイズとなる可能性がある。そこで、本実施例では、テラヘルツ波吸収体１８０は、エバネッセント光ＥＶＡに起因したノイズの発生を抑制する。具体的には、テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１の少なくとも一部（好ましくは、全部）を吸収する特性を有する。第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１をテラヘルツ波吸収体１８０が吸収するがゆえに、第２面１７２を透過したエバネッセント光ＥＶＡが再度直角プリズム１７０に入射することは殆ど又は全くない。或いは、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１をテラヘルツ波吸収体１８０が吸収する場合には、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１をテラヘルツ波吸収体１８０が吸収しない場合と比較して、第２面１７２を透過した後に再度直角プリズム１７０に入射するエバネッセント光ＥＶＡの強度が小さくなる。このため、エバネッセント光ＥＶＡに起因したノイズの発生が好適に抑制される。 However, in this embodiment, the attenuation or removal of the long wavelength component is realized by a phenomenon that a part of the terahertz wave THz1 is transmitted through the second surface 172. In this case, when a part of the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172 (that is, the evanescent light EVA) is incident on the right-angle prism 170 again, the evanescent light EVA affects the measurement accuracy of the characteristics of the measurement target 10. There is a possibility of giving noise. Therefore, in the present embodiment, the terahertz wave absorber 180 suppresses the generation of noise due to the evanescent light EVA. Specifically, the terahertz wave absorber 180 has a characteristic of absorbing at least a part (preferably, all) of the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172. Since the terahertz wave absorber 180 absorbs the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172, the evanescent light EVA transmitted through the second surface 172 hardly enters the right-angle prism 170 again or at all. Alternatively, when the terahertz wave absorber 180 absorbs the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172, compared to the case where the terahertz wave absorber 180 does not absorb the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172. Thus, the intensity of the evanescent light EVA that is transmitted through the second surface 172 and then enters the right-angle prism 170 again decreases. For this reason, generation | occurrence | production of the noise resulting from the evanescent light EVA is suppressed suitably.
尚、テラヘルツ波吸収体１８０は、エバネッセント光ＥＶＡに起因したノイズの発生を抑制することができる限りは、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を吸収する特性とは異なる特性を有していてもよい。例えば、テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を直角プリズム１７０に向かって伝搬することを防止する特性を有していてもよい。例えば、テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を透過する特性を有していてもよい。例えば、テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１に対する反射率が所定率以下となる特性を有していてもよい。例えば、テラヘルツ波吸収体１８０は、第２面１７２を透過してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射しない特性を有していてもよい。 The terahertz wave absorber 180 has characteristics different from the characteristics of absorbing the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172 as long as the generation of noise due to the evanescent light EVA can be suppressed. May be. For example, the terahertz wave absorber 180 may have a characteristic of preventing the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172 from propagating toward the right-angle prism 170. For example, the terahertz wave absorber 180 may have a characteristic of transmitting the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172. For example, the terahertz wave absorber 180 may have a characteristic that the reflectance with respect to the terahertz wave THz1 transmitted through the second surface 172 is equal to or lower than a predetermined rate. For example, the terahertz wave absorber 180 may have a property of not reflecting the terahertz wave THz1 that has been transmitted through the second surface 172.
テラヘルツ波計測装置１００は、直角プリズム１７０に加えて又は代えて、ワイヤグリッド偏光子１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ１を計測対象物１０に向けて反射可能であって且つ計測対象物１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２をワイヤグリッド偏光子１６４に向けて反射可能な反射面を備える光学素子を備えていてもよい。例えば、テラヘルツ波計測装置１００は、直角プリズム１７０に加えて又は代えて、フレネルロムプリズムを備えていてもよい。 The terahertz wave measuring apparatus 100 can reflect the terahertz wave THz1 transmitted through the wire grid polarizer 164 toward the measurement object 10 and reflected by the measurement object 10 in addition to or instead of the right-angle prism 170. An optical element including a reflective surface capable of reflecting the terahertz wave THz2 toward the wire grid polarizer 164 may be provided. For example, the terahertz wave measuring apparatus 100 may include a Fresnel ROM prism in addition to or instead of the right-angle prism 170.
テラヘルツ波計測装置１００は、直角プリズム１７０に加えて又は代えて、ワイヤグリッド偏光子１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ１を計測対象物１０に向けて反射可能な反射面を備える光学素子と、計測対象物１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２をワイヤグリッド偏光子１６４に向けて反射可能な反射面を備える光学素子とを別個に備えていてもよい。 The terahertz wave measuring apparatus 100 includes an optical element including a reflective surface capable of reflecting the terahertz wave THz1 transmitted through the wire grid polarizer 164 toward the measurement object 10 in addition to or instead of the right-angle prism 170, and the measurement object. 10 may be provided separately from an optical element having a reflective surface capable of reflecting the terahertz wave THz2 reflected by the laser beam 10 toward the wire grid polarizer 164.
テラヘルツ波計測装置１００は、直角プリズム１７０の第２面１７２とテラヘルツ波吸収体１８０の光学面１８１との間の距離ｄを調整可能な調整機構を備えていてもよい。調整機構は、直角プリズム１７０及びテラヘルツ波吸収体１８０の少なくとも一方を移動させることで、距離ｄを調整してもよい。調整機構が距離ｄを調整することで、第２面１７２を透過するエバネッセント光ＥＶＡの強度Ｉ（つまり、実質的には、長波長成分の減衰量又は除去量）が好適に調整される。 The terahertz wave measuring apparatus 100 may include an adjustment mechanism that can adjust the distance d between the second surface 172 of the right-angle prism 170 and the optical surface 181 of the terahertz wave absorber 180. The adjustment mechanism may adjust the distance d by moving at least one of the right-angle prism 170 and the terahertz wave absorber 180. By adjusting the distance d by the adjustment mechanism, the intensity I of the evanescent light EVA transmitted through the second surface 172 (that is, the attenuation or removal amount of the long wavelength component) is suitably adjusted.
ワイヤグリッド偏光子１６４は、テラヘルツ波発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１を直角プリズム１７０に向けて反射する一方で、直角プリズム１７０から伝搬してくるテラヘルツ波ＴＨｚ２をテラヘルツ波検出素子１３０に向けて透過してもよい。テラヘルツ波計測装置１００は、ワイヤグリッド偏光子１６４に加えて又は代えて、テラヘルツ波発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射直角プリズム１７０に向けて導くと共に、直角プリズム１７０から伝搬してくるテラヘルツ波ＴＨｚ２をテラヘルツ波検出素子１３０に向けて導く光学素子を備えていてもよい。 The wire grid polarizer 164 reflects the terahertz wave THz1 emitted from the terahertz wave generation element 110 toward the right-angle prism 170, while directing the terahertz wave THz2 propagating from the right-angle prism 170 toward the terahertz wave detection element 130. It may be transparent. In addition to or instead of the wire grid polarizer 164, the terahertz wave measuring apparatus 100 guides the terahertz wave THz 1 emitted from the terahertz wave generation element 110 toward the reflection right-angle prism 170 and propagates from the right-angle prism 170. An optical element that guides the wave THz2 toward the terahertz wave detection element 130 may be provided.
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.
１０ 計測対象物
１００ 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 光学遅延機構
１２１ 再帰反射鏡
１２２ 回転基板
１３０ テラヘルツ波検出素子
１５０ 制御部
１５１ ロックイン検出部
１５２ 信号処理部
ＬＢ１ ポンプ光
ＬＢ２ プローブ光
ＴＨｚ テラヘルツ波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement object 100 Terahertz wave measuring device 101 Pulse laser apparatus 110 Terahertz wave generating element 120 Optical delay mechanism 121 Retroreflective mirror 122 Rotating substrate 130 Terahertz wave detecting element 150 Control part 151 Lock-in detection part 152 Signal processing part LB1 Pump light LB2 Probe light THz terahertz wave
Claims (1)
前記発生手段が発生させた前記テラヘルツ波を計測対象物に向けて反射する反射面を備える第１光学手段と、
前記反射面から所定距離だけ離れた位置において前記反射面の少なくとも一部に対向し、前記反射面を透過した前記テラヘルツ波である透過光が前記第１光学手段に向かって伝搬することを防止する第２光学手段と
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 terahertz waves;
First optical means comprising a reflecting surface for reflecting the terahertz wave generated by the generating means toward a measurement object;
The transmitted light, which is the terahertz wave that is opposed to at least a part of the reflection surface at a position away from the reflection surface and is transmitted through the reflection surface, is prevented from propagating toward the first optical means. A terahertz wave measuring device comprising: a second optical means.
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