JP3661501B2

JP3661501B2 - 変調・高速時間分解分光法

Info

Publication number: JP3661501B2
Application number: JP21493199A
Authority: JP
Inventors: 祥一山口; 豊佐々木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2001041889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変調場による蛍光などの変化を時間分解測定することにより試料を分析するための方法に関する。本発明の方法は、光導電性材料や半導体などの電場依存性の測定や検査などに利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光などの高速パルス光を時間分解して測定する方法としてストリークカメラが知られている。
代表的なストリークカメラの原理を図４を用いて説明すると、被測定光をスリットに入射し、リレーレンズを介してストリーク管の光電面にスリット像を結像させる。光電面で変換された電子像は加速電極で加速されて偏向場に入り、スリット長さ方向と垂直な方向に高速偏向された後、マイクロチャンネルプレートで電子増倍され、蛍光面で光学像に変換される。偏向場の掃引電圧発生器は、入射光と同期した高速鋸歯状電圧を発生するもので、入射光と同期した信号でトリガーする。光学像はＣＣＤで読み出され、時間分解したスペクトルが得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のストリークカメラでは、波長と時間の２軸同時測定が可能であり、スペクトルが容易に得られるが、変調法が使えず、蛍光スペクトルの電場依存性を正確に測定することが困難であった。
一方、変調法を利用できる分光法として、時間相関単一光子計数法が知られているが、この方法では弱い蛍光しか測定できず、また、スペクトルを得るのが大きな手間がかかるという欠点があった。
本発明は、場変調を行い、かつ、時間分解スペクトルを容易に測定する方法を開発することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、試料にパルスレーザービームを照射し、該試料からの光信号を高速光検出器で測定する時間分解分光法において、
照射ビームを光路差を有する複数のビームに分割し、各ビームを同一の周期で交互に遮断した後、再びビームを同軸上に重ねて試料に照射するとともに、
前記ビーム遮断周期と同期した変調場を試料に印加し、
試料からの光信号を高速光検出器によって測定することを特徴とする変調高速時間分解分光法、および、それに適した各ビームを同一周期で交互に遮断するためのチョッパーブレード、に存する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１、２を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の測定方法の概要説明図であり、図２は本発明のチョッパーブレードの一態様の概観図である。図１、２ではビームを２分割した例であるが、３以上に分割することもできる。
【０００６】
はじめに、図１により、測定方法の概要を説明する。
まず、ハーフミラーによりレーザービームを２分割し、チョッパーブレードを用いて、ビームを交互に遮断する。図１では、上方のビームが通過するときには下方のビームを遮断し、下方のビームが通過する場合には上方のビームが通過するようにする。ビームを３以上に分割した場合には、そのうちの１つのみが通過し、他のビームは遮断されるようにする。なお、ビームを遮断する手段はチョッパーブレードに限定されず、他の手段によってもよい。
【０００７】
チョッパーブレードによる場合、周期は通常１０〜１００Ｈｚ程度である。
次いで、分割したビームの片方は、もう一方より光路長を長くすることにより、時間差をつくる。必要とされる時間差は、測定する光信号の寿命によって異なるが、光信号が寿命が１００〜２００ｐｓの蛍光の場合、通常は１ｎｓ程度が適当である。１ｎｓの時間差をつけるには、光路長を３０ｃｍ長くすればよい。
なお、チョッパーと光路長の差を設けるための迂回光路との順を入れ替えても差し支えない。
【０００８】
次いで、分割したビームをハーフミラーを用いて再び同軸に重ね合わせ、試料に照射する。
試料には、チョッパーと同期した変調場を印加する。図１の例では、チョッパーの内側（下側）を通過したビームが試料に入射されるときには試料には電圧Ｖが印加され、外側（上側）を通過したビームが試料に入射されるときには電圧０とするように矩形波電場を印加している。
変調場としては、電場の他に、磁場、圧力などでもよい。また、変調のしかたは矩形波が最も好ましいが、鋸歯状などの矩形波以外の変調でもよい。
試料から発生する蛍光を分光器をとおして波長分解し、ついでストリークカメラなどの測定器で測定する。
上記構成により、電場Ｖのときの蛍光スペクトルと電場０のときの蛍光スペクトルとを１ｎｓの時間差をつけて測定することができる。
【０００９】
次いで、上記の測定方法に適したチョッパーブレードについて図２により説明する。
図２はビームが２分割（ｎ＝２）、１周での繰り返し数が６（ｍ＝６）の場合であるが、分割数はこれに限定されるものではない。
一番内側の領域は、チョッパーブレードを回転させるための駆動部であり、中央及び外側のドーナツ状の領域がビームを周期的に遮断する領域である。
外側のドーナツ状領域がビーム通過窓となっている場合、対応する内側の部分はビーム遮断領域となっており、逆に、外側がビーム遮断領域となっている場合には対応する内側の部分にビーム通過窓となっている。これにより、同一周期で交互にビームを遮断することができる。
図３にビームが３分割（ｎ＝３）、１周での繰り返し数が４（ｍ＝４）の場合のチョッパーブレードを示す。これにより、同一周期で３本のビームの１つだけが通過するように交互に遮断することができる。
【００１０】
【実施例】
実施例
図１、２のような装置で測定したストリークカメラの画像を図５に示す。図５の例では、最短分解時間は１５ｐｓである。２つのビームの光路差は３０ｃｍであり、時間差は１ｎｓに設定されている。
図５では、電場ＯＮの時間分解蛍光スペクトルと電場ＯＦＦの時間分解蛍光スペクトルとが分離して測定できている。
これにより、電場ＯＦＦのときの蛍光スペクトルと電場ＯＮのときの蛍光スペクトルとを直接対比することができ、蛍光スペクトルの電場依存性を確認することができる。
【００１１】
比較例
図６にストリークカメラによる通常の時間分解蛍光スペクトルの画像を示す。図６は電場ＯＮのときの蛍光スペクトルが測定できているが、電場ＯＦＦのときのスペクトルと直接対比することができないので、電場依存性の測定には不向きである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明により、電場変調・時間分解蛍光スペクトルが簡易に測定でき、光導電材料や半導体の解析、検査などに多いに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法の装置構成例である。
【図２】チョッパーブレードの一態様の概略図である。
【図３】チョッパーブレードの別の態様の概略図である。
【図４】ストリークカメラの作動原理の説明図である。
【図５】本発明の方法による測定結果である。
【図６】ストリークカメラによる普通の測定の結果である。
【符号の説明】
１ビーム通過窓
２ビーム遮断領域
３駆動部

Claims

試料にパルスレーザービームを照射し、該試料からの光信号を高速光検出器で測定する時間分解分光法において、
照射ビームを光路差を有する複数のビームに分割し、各ビームを同一の周期で交互に遮断した後、再びビームを同軸上に重ねて試料に照射するとともに、
前記ビーム遮断周期と同期した変調場を試料に印加し、試料からの光信号を高速光検出器によって測定することを特徴とする変調高速時間分解分光法。
試料からの光信号として試料の発する蛍光を測定することを特徴とする請求項１に記載の分光法。
高速光検出器としてストリークカメラを用いる請求項１または２に記載の分光法。
変調場として、電場を用いる請求項１〜３のいずれかに記載の分光法。
変調場として、矩形波電場を用いる請求項４に記載の分光法。
各ビームを同一周期で交互に遮断する手段としてチョッパーブレードを用いる請求項１〜５のいずれかに記載の分光法。