JP2024014220A

JP2024014220A - 高周波イメージング装置

Info

Publication number: JP2024014220A
Application number: JP2022116891A
Authority: JP
Inventors: 慎吾田丸; Shingo Tamaru
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2022-07-22
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024018774A1

Abstract

【課題】高周波デバイスの内部励起状態の分布を任意の励起周波数において、高速かつ高感度でイメージングが可能な高周波イメージング装置を提供する。【解決手段】高周波信号が注入されたデバイスの電気的な内部励起状態の分布を可視化する装置１０は、信号線１７を介して第１の信号をデバイスに注入して高周波物理現象を励起する第１の信号源１２と、繰返しパルス光を出力するパルスレーザ１４と、第２の信号を生成する第２の信号源１３と、第２の信号源から入力された第２の信号に応じてパルス光に対して振幅変調を行う電気光学変調部１６と、振幅変調されたパルス光がデバイスに照射されその反射光を受光する撮像部１９と、を備え、第１の信号とパルスレーザのパルス光の出力タイミングと第２の信号とを同期するとともに、第１の信号の周波数がパルス光の繰返し周波数の整数倍からずれている場合にそのずれ周波数に基づいて第２の信号の周波数が設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波デバイスの評価技術に係り、より具体的には、高周波デバイスの電気的な内部励起状態の分布を可視化する技術に関する。

近年、通信速度の向上が著しく、第５世代移動通信システム（５Ｇシステム）が実用化され、さらに「Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ」として第６世代移動通信システム（６Ｇシステム）の開発が行われている。５Ｇシステムでは、３～６ＧＨｚ帯および２４～２８ＧＨｚ帯（準ミリ波）の電波が割り当てられている。６Ｇシステムでは、１００ＧＨｚ以上の電波の周波数帯が使用される。このような高周波で用いられる高周波デバイス、例えば、増幅器、アンテナ、表面波フィルタ、ミキサ、電波吸収体等の挙動を評価する技術が求められている。

高周波デバイスの評価においては、通常、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いて入出力特性が測定される。しかしこれだけではデバイス内部の挙動に関する知見を得る事はできない。高周波デバイスを高周波信号で励起し、その内部励起状態の空間分布を励起信号に位相同期された超短パルス光を用いて捉える高周波イメージング装置が開発されている。この装置では、電気的に励起され、光と相互作用する物理量、例えば、電気双極子モーメント、磁気モーメント、高周波電界等の空間分布イメージングを評価可能である（例えば、非特許文献１～３参照。）

超短パルス光を用いた従来の高周波イメージング装置においては、モードロックレーザーが一定周期で超短パルス光を発生する。測定対象の高周波デバイスは、超短パルス光に位相同期された周波数の高周波電気信号によって励起される。高周波イメージング装置は、超短パルス光をある決まった位相において高周波デバイスに照射し、その位相における高周波デバイスの励起状態をストロボ的に撮像して、空間分布イメージングを行う。

K. Yang et al., IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., 2000, vol. 48, pp. 288-293. C. Hubert et al., Review of Scientific Instruments 1999, vol. 70, 3684-3687. S. Tamaru et al., Journal of Applied Physics 2002, vol. 91, 8034-8036.

高周波デバイスの内部励起状態の空間分布イメージングでは、２つの手法が用いられている。第１の手法は、超短パルス光を一点に絞った光スポットを高周波デバイスに照射し、そこからの反射光をフォトダイオードで検出する。光スポットを高周波デバイス上でスキャンしてこの測定を繰り返すことにより内部励起状態の空間分布が得られる。第２の手法は、超短パルス光を平面波として高周波デバイス全面に入射させてその反射光を２次元イメージセンサのカメラで全面を一度に撮影することにより内部励起状態の空間分布が得られる。

これらの手法では、超短パルス光の光源としてモードロックレーザが用いられ、超短パルス光の繰返し周波数f_pは、通常数十ＭＨｚ程度である。高周波デバイスの励起周波数f_eが超短パルス光の繰返し周波数f_pの整数倍であれば、超短パルス光は所定の位相で高周波デバイスに照射される。

一方、励起周波数f_eが超短パルス光の繰返し周波数f_pの整数倍でない場合は、超短パルス光の入射位相はずれてゆく。位相ずれの周波数が数１０ＭＨｚ程度あれば、第１の手法では、光検出に高速フォトダイオードを用いることで捉えることができる。しかし、光スポットを高周波デバイスでスキャンする時間が過大であるので好ましくない。

第２の手法では、高周波デバイス全面からの反射光を一度に撮像できるが、撮影速度は位相ずれの周波数よりも格段低速なので、位相ずれの周波数が数１０ＭＨｚ程度と大きい場合は、反射光が時間的かつ空間的に変化してしまい、撮像することが困難である。撮像可能なのは、位相ずれの周波数が小さい場合、つまり励起周波数f_eが超短パルス光の繰返し周波数f_pの整数倍の近傍の場合に制限されてしまう。

本発明の目的は、高周波デバイスの内部励起状態の分布を任意の励起周波数において、高速かつ高感度でイメージングが可能な高周波イメージング装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、高周波信号が注入された測定対象のデバイスの電気的な内部励起状態の分布を可視化する装置であって、信号線を介して第１の信号を上記デバイスに注入して高周波物理現象を励起する第１の信号源と、繰返しパルス光を出力するパルスレーザと、第２の信号を生成する第２の信号源と、上記第２の信号源から入力された上記第２の信号に応じて上記パルス光に対して振幅変調を行う電気光学変調部と、上記振幅変調されたパルス光が上記デバイスに照射されその反射光を受光する撮像部と、を備え、上記第１の信号と上記パルスレーザのパルス光の出力タイミングと上記第２の信号とを同期するとともに、上記第１の信号の周波数が上記パルス光の繰返し周波数の整数倍からずれている場合にそのずれ周波数に基づいて上記第２の信号の周波数が設定される、上記装置が提供される。

上記態様によれば、測定対象のデバイスを電気的に励起する第１の信号の周波数の、パルス光の繰返し周波数の整数倍からのずれ周波数に基づいて、パルス光の振幅変調の周波数が設定され、デバイスの励起状態と相互作用した反射したパルス光がずれ周波数と振幅変調の周波数との差分周波数で撮像部に入射するようになるので、ずれ周波数よりも低くなる。差分周波数が減少すればするほど撮像部に入射する光の振幅変調の周波数が減少する。これにより、高周波デバイスの内部励起状態の分布を任意の励起周波数において、高速かつ高感度でイメージングが可能な高周波イメージング装置を提供できる。

第１実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成を示すブロック図である。サンプルステージおよびデバイスの概略俯瞰図である。高周波イメージング装置の動作の一例を説明するための波形図である。第２実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面に基づいて実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成図である。図１における構成要素間を接続する実線は電気的な配線を示し、点線はパルス光の経路を示す。図２は、サンプルステージおよびデバイスの概略俯瞰図である。図１および図２を参照するに、高周波イメージング装置１０は、基準クロック源１１と、第１高周波信号源１２と、第２高周波信号源１３と、パルスレーザ１４と、周波数制御部１５と、電気光学変調器１６と、測定対象のデバイスＤＵＴを電気的に励起するために高周波信号を注入する信号線１７と、カメラ１９とを有する。高周波イメージング装置１０は、信号線１７に電気的な高周波信号を注入して測定対象のデバイスＤＵＴを励起させた状態で電気光学変調器１６で振幅変調したパルス光を照射して、デバイスＤＵＴの電気的な内部励起状態の分布をカメラ１９で捉えることができる。

基準クロック源１１は、クロック信号を生成し、第１高周波信号源１２と、第２高周波信号源１３と、パルスレーザ１４とにクロック信号を供給する。基準クロック源１１は、例えば、測定器に内蔵されている基準クロック信号出力部を用いてもよく、市販の基準周波数信号源（例えば、ＥｎｄＲｕｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製ＭｅｒｉｄｉａｎＩＩＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｉｍｅＢａｓｅ）を用いてもよい。基準クロック源１１は、十分な安定性を示し、第１高周波信号源１２と、第２高周波信号源１３と、パルスレーザ１４が同期できる信号であれば、特に限定されない。

第１高周波信号源１２は、基準クロック源１１から供給されるクロック信号に位相同期して、電気信号の第１高周波信号を生成する。第１高周波信号は、周波数に下限はなく、上限が例えば２ＴＨｚであり、例えば、マイクロ波帯（３ＧＨｚ～３０ＧＨｚ）、ミリ波帯（３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ）の信号である。第１高周波信号源１２は、位相同期で信号を生成するシグナルジェネレータであれば特に限定されないが、例えばキーサイト社製モデルＰＳＧを用いることができる。

信号線１７は、第１高周波信号源１２の第１高周波信号の出力部に接続され、測定対象のデバイスＤＵＴに第１高周波信号が注入される。デバイスＤＵＴは、高周波で用いられる高周波デバイス、例えば、増幅器、アンテナ、表面波フィルタ、ミキサ等である。デバイスＤＵＴのイメージングを行いたい励起状態に応じて第１高周波信号が注入され、例えば、増幅器、アンテナ、表面波フィルタ、ミキサ等の場合は、その内部に高周波伝送経路を有しているので、その信号入力部に信号線１７を接続すればよい。

また、デバイスＤＵＴが電波吸収体、軟磁性材料、誘電体材料等の材料の場合で高周波の励起状態をイメージングしたい場合は、図２に示すサンプルステージ１８を用いてもよい。サンプルステージ１８では、信号線路１７ａと接地線路１７ｂを含む。サンプルステージ１８は、基板２０とその上にガラス基板２１とを有する。信号線路１７ａは、基板２０の表面に設けられ、コプレーナ導波路の場合は、両側に接地線路１７ｂが設けられる。基板２０は、誘電体材料、例えばセラミックや樹脂等からなり、信号線路１７ａおよび接地線路１７ｂは、導電材料、例えば銅からなる。

第２高周波信号源１３は、基準クロック源１１から供給されるクロック信号に位相同期して、電気信号の第２高周波信号を生成する。第２高周波信号の周波数は、パルスレーザ１４の発光出力の繰返し周波数の半分よりも低く設定され、例えば、パルスレーザ１４の繰り返し周波数が８０ＭＨｚの場合、０～４０ＭＨｚに設定される。第２高周波信号源１３は、出力部が電気光学変調器１６の変調信号入力部に接続され、第２高周波信号を供給する。第２高周波信号源１３は、位相同期で信号を生成するシグナルジェネレータであれば特に限定されないが、例えばキーサイト社製モデル３３６１１Ａを用いることができる。

パルスレーザ１４は、モードロックレーザであり、パルス幅がピコ秒やフェムト秒である超短パルスのパルス光を発生することができる。パルスレーザ１４は、例えば、チタンサファイアレーザ、アルゴンレーザを用いることができる。チタンサファイアレーザは、発光波長が６６０ｎｍ～１１００ｎｍの範囲で設定することが可能で、発光出力の繰返し周波数ｆ_pが７０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚである。パルスレーザ１４は、その出力タイミングを基準クロック源１１から供給されるクロック信号に同期させ、パルス光を電気光学変調器１６に供給する。

周波数制御部１５は、第１高周波信号源１２、第２高周波信号源１３およびパルスレーザ１４と周波数制御情報を伝送可能なように接続されている（接続線の図示は省略する。）。周波数制御部１５は、第１高周波信号源１２の第１高周波信号の周波数ｆ_eおよびパルスレーザ１４の繰返し周波数ｆ_pに基づいて第２高周波信号源１３の第２高周波信号の周波数ｆ_mを設定する。具体的には、周波数制御部１５は、第１高周波信号の周波数ｆ_eがパルスレーザ１４の繰返し周波数ｆ_pの整数倍からずれている場合にそのずれ周波数に基づいて第２高周波信号の周波数ｆ_mを設定する。ずれ周波数は、合同式（ｍｏｄ）を用いると、ｆ_e（ｍｏｄｆ_p）と表され、ｆ_eをｆ_pで割った余りの意味であり、周波数制御部１５がこの演算を行う。周波数制御部１５は、さらにｆ_e（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２の絶対値を求める演算を行う。周波数制御部１５は、ｆ_e（ｍｏｄｆ_p）とｆ_e（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２の絶対値（つまり｜ｆ_e（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２｜）との比較を行い、小さい方を第２高周波信号源１３の第２高周波信号の周波数ｆ_mとして設定する。周波数制御部１５は第２高周波信号源１３に周波数ｆ_mを周波数制御情報として送信し、受信した第２高周波信号源１３は、周波数ｆ_mの第２高周波信号を生成する。

周波数制御部１５は、第１高周波信号源１２の第１高周波信号の周波数ｆ_eの設定を行うため、第１高周波信号源１２に周波数ｆ_eを周波数制御情報として送信し、受信した第１高周波信号源１２は、周波数ｆ_eの第１高周波信号を生成するように構成してもよい。周波数制御部１５は、パルスレーザ１４が繰返し周波数ｆ_pが可変な場合は、その設定を行ってもよい。周波数制御部１５は、パソコン（ＰＣ）を用いることができ、後述するＰＣ２６に周波数制御部１５を含めてもよい。

電気光学変調器１６は、パルス光の振幅変調の機能を有する。電気光学変調器１６は、パルス光の波長、繰返し周波数、パルス光のビームサイズおよび振幅変調周波数に応じて適宜選択される。電気光学変調器１６は、例えば、ポッケルスセルおよびポラライザがこの順で直列に配置されたもの（例えばＴｈｏｒＬａｂｓ社製ＥＯ振幅変調器のＥＯ－ＡＭ－ＮＲ－Ｃ４）を用いることができる。ポッケルスセルは、印加された電圧に応じてパルス光の偏光方向つまり偏波面を変調する。ポラライザは、偏波面が変調されたパルス光を直線偏光状態にして振幅変調されたパルス光にする。電気光学変調器１６は、光入力部にパルスレーザ１４からパルス光が入力される。電気光学変調器１６は、変調信号入力部に第２高周波信号源１３から第２高周波信号が供給される。電気光学変調器１６は、パルス光を第２高周波信号に応じて振幅変調を行う。例えば、パルス光の繰り返し周波数が８０ＭＨｚで第２高周波信号の周波数が２０ＭＨｚの場合、電気光学変調器１６は、振幅が周波数２０ＭＨｚで正弦的に変化する繰返し周波数が８０ＭＨｚのパルス光を出力する。なお、電気光学変調器１６は、入力可能なパルス光のビーム径の範囲で、偏光ビームスプリッタ２４とカメラ１９との間に配置してもよい。

カメラ１９は、２次元イメージセンサを有し、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサを用いることができる。カメラ１９は、静止画を測定できるものであれば十分であり、動画（例えばフレームレートが１００ｆｐｓ程度）を測定できるものでもよい。

高周波イメージング装置１０は、電気光学変調器１６が振幅変調したパルス光をコリメータレンズ２１、ハーフミラー２２および対物レンズ２３を介してデバイスＤＵＴに照射してもよい。コリメータレンズ２１および対物レンズ２３は、パルス光のビーム径を調節してデバイスＤＵＴの表面の所望の領域全面に照射する。

高周波イメージング装置１０は、デバイスＤＵＴの表面から反射し、対物レンズ２３およびハーフミラー２２を透過したパルス光を、偏光ビームスプリッタ２４を通過させて偏波面変化を振幅変化に変換し、結像レンズ２５によりカメラ１９の２次元イメージセンサに結像させる。カメラ１９は、取得したデバイスＤＵＴの内部励起状態のイメージデータをＰＣ（パソコン）２６に送信する。ＰＣ２６は、メモリ、ハードディスク装置）等（不図示）にイメージデータを格納するとともに、モニタ、プリンタ等（不図示）にイメージデータを出力する。

図３は、高周波イメージング装置の動作の一例を説明するための波形図である。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｄ）の破線および（ｅ）の縦軸は電圧であり、（ｃ）および（ｄ）の実線は光強度（振幅）である。横軸は時間である。図３を図１および図２と合わせて参照するに、高周波イメージング装置１０の基準クロック源１１が図３（ａ）に示すクロック信号を生成し、第１高周波信号源１２、第２高周波信号源１３およびパルスレーザ１４に供給する。例として、クロック信号の周波数を８０ＭＨｚとした。

第１高周波信号源１２は、クロック信号に位相同期して図３（ｂ）に示す周波数ｆ_eの電気的な第１高周波信号を生成し、信号線１７を介してサンプルステージ１８の信号線路に供給する。例として、第１高周波信号は周波数ｆ_eが１．１ＧＨｚの正弦波とした。これにより、第１高周波信号は、励起信号としてデバイスＤＵＴに信号線路から周波数ｆ_eが１．１ＧＨｚの高周波電界または磁界が印可され、デバイスＤＵＴが電気的な内部励起状態を示す。なお、第１高周波信号の電圧等は適宜選択すればよい。なお、図３（ｂ）では、図示の便宜のため第１高周波信号を時間的に断続的に示している。

パルスレーザ１４は、出力タイミングをクロック信号に同期して、繰返し周波数ｆ_pの図３（ｃ）に示すパルス光を電気光学変調器１６に出力する。例として、パルス光の繰返し周波数ｆ_pを８０ＭＨｚとした。なお、図示の便宜のため、パルス光のパルス幅を拡張して示しているが、実際のパルス幅は、例えば１００ｆｓ（１００フェムト秒）程度である。

第２高周波信号源１３は、クロック信号に位相同期して、図３（ｄ）に示す周波数ｆ_mの破線で示す電気的な第２高周波信号を生成し、電気光学変調器１６の変調信号入力部に供給する。第２高周波信号の周波数ｆ_mは、周波数制御部１５により演算および設定されたｆ_e（ｍｏｄｆ_p）およびｆ_e（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２の絶対値のいずれか小さい方に設定される。ここでは、ｆ_e＝１．１ＧＨｚ、ｆ_p＝８０ＭＨｚ、ｆ_e（ｍｏｄｆ_p）＝６０ＭＨｚ、｜ｆ_e（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２｜＝２０ＭＨｚであるから、ｆ_mは２０ＭＨｚに設定される。電気光学変調器１６は、第２高周波信号に応じてパルス光の振幅変調を行う。図３（ｄ）に振幅変調済みのパルス光を破線で示す。振幅変調済みのパルス光の波高値は、周波数ｆ_mが２０ＭＨｚで、１サイクル中にＡ、Ａ／２、０、Ａ／２と変化する。

電気光学変調器１６から出力された振幅変調済みのパルス光は、コリメータレンズ２１、ハーフミラー２２および対物レンズ２３を介してデバイスＤＵＴの表面の所望の領域に照射される。デバイスＤＵＴは、第１高周波信号の周波数ｆ_eで内部励起状態が変化する。振幅変調済みのパルス光照射により、デバイスＤＵＴの内部励起状態がある決まった位相でサンプリングされ、デバイスＤＵＴにより反射されたパルス光に反映される。反射されたパルス光は、振幅変調済みのパルス光とデバイスＤＵＴの内部励起状態との重ね合わせとなる。反射されたパルス光には、第１高周波信号のプラスのピークにおけるデバイスＤＵＴの内部励起状態（図３（ｅ）に第１サイクルと第５５サイクルに白丸で示す。）だけが反映される。第１高周波信号がマイナスのピーク（図３（ｅ）に第２７サイクルの白い四角形で示す。）におけるデバイスＤＵＴの内部励起状態はパルス光の波高値がゼロなので反射光はゼロであるので反映されない。また、第１高周波信号がゼロ（図３（ｅ）に第１４サイクルと第４１サイクルの白い三角形で示す。）では内部励起状態もゼロなので反射されたパルス光には、反映されない。このように、反射されたパルス光は、第１高周波信号のプラスのピークにおけるデバイスＤＵＴの内部励起状態を、振幅変調の周波数ｆ_mと同じ周波数の繰返し周波数でカメラ１９に入射する。カメラ１９には、第１高周波信号に対して同じ位相のデバイスＤＵＴの内部励起状態のイメージが入射するので、低速のフレームレートのカメラ１９でも撮影することができる。

本実施形態の高周波イメージング装置１０は、測定対象のデバイスＤＵＴの電気的に励起でき、照射されたパルス光と直接相互作用する全ての高周波物理現象の分布をカメラ１９が捉えてイメージングが可能である。高周波イメージング装置１０は、パルス光が照射された所望の範囲から反射されパルス光をカメラ１９で一括して撮影することができる。これにより、従来技術の光スポットを高周波デバイスに照射してスキャンする上記第１の手法よりも高速で高周波デバイスの内部励起状態の分布をイメージングすることができる。

本実施形態の高周波イメージング装置１０は、高周波デバイスＤＵＴを電気的に励起する第１高周波信号の周波数ｆ_eの、パルス光の繰返し周波数ｆ_pの整数倍からのずれ周波数に基づいて、パルス光の振幅変調する第２高周波信号の周波数ｆ_mが設定され、デバイスの励起状態と相互作用した反射したパルス光がずれ周波数と第２高周波信号の周波数ｆ_mとの差分周波数でカメラ１９に入射するようになるので、ずれ周波数よりも低くなる。差分周波数が減少すればするほどカメラ１９に入射する光の振幅変調の周波数が減少する。これにより、従来技術（上記第２の手法）では励起周波数が超短パルス光の繰返し周波数の整数倍の近傍の場合に制限されていたが、本実施形態では任意の第１高周波信号（励起周波数）において、高周波デバイスＤＵＴの内部励起状態の分布をイメージングすることができる。

高周波イメージング装置１０がイメージング可能な高周波物理現象としては、例えば磁化膜（軟磁性膜）の高周波磁化の励起状態であり、磁気カー効果によって、高周波磁化にパルス光を照射すると反射されたパルス光の偏波面が変化する現象である。高周波イメージング装置１０は、パルス光が照射された所望の範囲から反射され、偏波面が変化したパルス光をカメラ１９で一括して撮影することができる。

高周波イメージング装置１０がイメージングが可能な高周波物理現象の他の例としては、デバイスＤＵＴの弾性波による励起状態である。弾性波によってデバイスＤＵＴの表面が振動し、所望の範囲に照射されたパルス光はデバイスＤＵＴの表面と直接相互作用し、所望の範囲内において強度および位相分布が変化した反射されたパルス光をカメラ１９で一括して撮影することができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成図である。図４における構成要素間を接続する実線は電気的な配線を示し、点線はパルス光の経路を示す。

図４を参照するに、第２実施形態に係る高周波イメージング装置４０は、デバイスＤＵＴ上に電気光学効果を用いたＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃ）センサ４１を配置した以外は、図１に示した第１実施形態に係る高周波イメージング装置１０と同様の構成を有する。ＥＯセンサ４１は、例えば、ポッケルス結晶薄膜を用いることができる。

本実施形態の高周波イメージング装置４０は、測定対象のデバイスＤＵＴが電気的に励起して発する高周波電界によってＥＯセンサ４１の複屈折が変化し、デバイスＤＵＴの所望の範囲に照射されたパルス光が反射してＥＯセンサ４１を透過するパルス光の偏光状態をカメラ１９で撮影することで、デバイスＤＵＴの高周波電界を観測することができる。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る高周波イメージング装置の概略構成図である。図５における構成要素間を接続する実線は電気的な配線を示し、点線はパルス光の経路を示す。

図５を参照するに、第３実施形態に係る高周波イメージング装置５０は、電気光学変調器５１が偏光ビームスプリッタ２４と結像レンズ２５との間に配置した以外は、図１に示した第１実施形態に係る高周波イメージング装置１０と同様の構成を有する。電気光学変調器５１は第２高周波信号に応じて入射したパルス光の振幅を変調する。デバイスＤＵＴは、第１高周波信号の周波数ｆ_eで内部励起状態が変化する。この構成では、まず振幅変調されていない、繰り返し周波数ｆ_ｐパルス光により、図３（ｅ）に示すようにデバイスＤＵＴの内部励起状態がある決まった位相でサンプリングされ、デバイスＤＵＴにより反射したパルス光に反映される。反射したパルス光は偏光ビームスプリッタ２４で、偏波面変化を振幅変化に変換し、さらに電気光学変調器５１に入射し第２高周波信号に応じて振幅変調される。これをカメラ１９によって撮像し、デバイスＤＵＴの内部励起状態のイメージデータを取得する。

なお、電気光学変調器５１は、結像レンズ２５とカメラ１９の間に配置してもよい。

本実施形態の高周波イメージング装置５０は、デバイスＤＵＴに照射するパルス光がまずＤＵＴおよび偏光ビームスプリッタ２４によって変調され、次に電気光学変調器５１により第２高周波信号に応じて振幅変調を行うことにより、第１高周波信号の周波数ｆ_eで変化するデバイスＤＵＴの内部励起状態がサンプリングされ、第１実施形態と同様の効果が得られる。つまり本実施形態は、パルス光のＤＵＴによる変調と、電気光学変調器５１による変調の順序が、第１実施形態と入れ替わったものである。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０，４０，５０高周波イメージング装置
１１基準クロック源
１２第１高周波信号源
１３第２高周波信号源
１４パルスレーザ
１５周波数制御部
１６，５１電気光学変調器
１７信号線
１８サンプルステージ
１９カメラ
２１コリメータレンズ
２２ハーフミラー
２３対物レンズ
２４偏光ビームスプリッタ
４１ＥＯセンサ
ＤＵＴデバイス

Claims

高周波信号が注入された測定対象のデバイスの電気的な内部励起状態の分布を可視化する装置であって、
信号線を介して第１の信号を前記デバイスに注入して高周波物理現象を励起する第１の信号源と、
繰返しパルス光を出力するパルスレーザと、
第２の信号を生成する第２の信号源と、
前記第２の信号源から入力された前記第２の信号に応じて前記パルス光に対して振幅変調を行う電気光学変調部と、
前記振幅変調されたパルス光が前記デバイスに照射されその反射光を受光する撮像部と、を備え、
前記第１の信号と前記パルスレーザのパルス光の出力タイミングと前記第２の信号とを同期するとともに、前記第１の信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍からずれている場合にそのずれ周波数に基づいて前記第２の信号の周波数が設定される、前記装置。
前記第１の信号の周波数をｆ₁、前記パルス光の繰返し周波数ｆ_pとすると、前記ずれ周波数はｆ₁（ｍｏｄｆ_p）と表され、前記第２の信号の周波数ｆ₂はｆ₁ （ｍｏｄｆ_p）とｆ₁（ｍｏｄｆ_p）－ｆ_p／２の絶対値とのいずれか小さい方に設定される、請求項１記載の装置。
前記電気的な内部励起状態が、前記第１の信号の周波数で振動し、光と相互作用する高周波物理現象である、請求項１または２記載の装置。
前記高周波物理現象は、高周波磁化または弾性波による現象である、請求項３記載の装置。
前記デバイス上に配置され、該デバイスが発する電磁波に応じて前記反射光に作用する電気光学センサをさらに備える、請求項１または２記載の装置。
前記電気的な内部励起状態が、前記第１の信号の周波数で振動し、前記高周波物理現象が高周波電界による現象である、請求項５記載の装置。