JP3914553B2 - Time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus and method capable of detecting weak time-series signals - Google Patents

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Description

本発明は、時系列微弱信号の検出が可能な時系列変換パルス分光計測装置及びその方法に関するものである。   The present invention relates to a time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus and method capable of detecting a time-series weak signal.

近年、極短幅パルスレーザー技術の実用化により、遠赤外領域(特に、テラヘルツ帯域)のコヒーレントなパルス状の電磁波の放射技術及び検出技術が飛躍的に進歩した。それによって、この遠赤外領域のパルス状の電磁波を用いた時系列変換パルス分光が可能となり、日本においても時系列変換パルス分光計測装置の実用化装置の開発が先駆的に進められた。   In recent years, with the practical application of ultrashort pulse laser technology, the radiation technology and detection technology of coherent pulsed electromagnetic waves in the far-infrared region (particularly in the terahertz band) have made significant progress. As a result, time-series conversion pulse spectroscopy using pulsed electromagnetic waves in the far-infrared region has become possible, and in Japan, development of a practical device for time-series conversion pulse spectrometry has been pioneered.

時系列変換パルス分光とは、パルス状の電磁波の時間に依存した電場強度を測定し、その時間に依存したデータ(時系列データ)をフーリエ変換することにより、そのパルスを形成する各周波数成分の電場強度と位相とを得る分光法である。この分光法の特徴の一つに、測定波長領域が従来計測が困難であった光と電波の境界領域であることが挙げられる。このため、この分光法により新規材料の性質や新しい現象の解明が期待されている。また、従来の分光法では電磁波の電場強度しか得られなかったが、この時系列変換パルス分光計測法では、電磁波の電場強度の時間変化を直接測定することから、電磁波の電場強度(振幅)だけでなく、その位相をも得ることができるというユニークな特徴を持っている。従って、試料がない場合と比較することによって、位相シフトスペクトルを得ることができる。位相シフトは波数ベクトルに比例することから、この分光法を用いて試料中の分散関係を決定することができ、この分散関係から誘電体材料の誘電率を知得することも可能となる(特開2002−277394号公報参照)。   Time-series conversion pulse spectroscopy is a technique for measuring the time-dependent electric field strength of a pulsed electromagnetic wave and Fourier-transforming the time-dependent data (time-series data) so that each frequency component forming the pulse This is a spectroscopic method for obtaining electric field strength and phase. One of the features of this spectroscopic method is that the measurement wavelength region is a boundary region between light and radio waves, which has conventionally been difficult to measure. Therefore, the spectroscopic method is expected to elucidate the properties of new materials and new phenomena. In addition, only the electric field strength of electromagnetic waves can be obtained with conventional spectroscopy, but with this time-series conversion pulse spectroscopy, only the electric field strength (amplitude) of electromagnetic waves is directly measured because the time variation of the electric field strength of electromagnetic waves is directly measured. Not only that, it has the unique feature of being able to obtain its phase. Therefore, a phase shift spectrum can be obtained by comparing with the case where there is no sample. Since the phase shift is proportional to the wave vector, the dispersion relationship in the sample can be determined using this spectroscopy, and the dielectric constant of the dielectric material can also be obtained from this dispersion relationship (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-249867). 2002-277394 gazette).

図1に、時系列変換パルス分光計測装置の概略構成図を示す。また、図2に図1の分光計測装置においてパルス電磁波の放射用及び検出用に用いられる光伝導素子の概略構成図を示す。図3は、図2の破線AA’に沿った断面図である。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus. FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a photoconductive element used for emitting and detecting pulsed electromagnetic waves in the spectroscopic measurement apparatus of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the broken line AA 'in FIG.

この時系列変換パルス分光計測装置は、所定の時間幅のパルスレーザー光を所定の周波数で発生する光源1と、パルスレーザー光をポンプパルス光とサンプリングパルス光とに分波するビームスプリッタ2と、ポンプパルス光の照射によりパルス光を放射する放射用光伝導素子5と、放射用光伝導素子5から放射されたパルス電磁波を試料8へ導く光学要素6,7と、サンプリングパルス光を前記ポンプパルス光に対して遅延させる光学遅延部13と、それぞれアンテナ部23a,24aを有しかつ互いのアンテナ部23a,24aが微小間隙をあけて離隔しダイポールアンテナを成すように配置された一対の電極膜23,24を備えた光伝導膜22を具備する検出用光伝導素子12であって、ポンプパルス光に対して遅延したサンプリングパルス光が光伝導膜21に照射されるとアンテナ部間Dに光キャリアが生成され、その光キャリアのうち電極へ移動したものを測定することによって、試料から反射又は透過してきたパルス電磁波を検出する検出用光伝導素子12と、を備えている。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device includes a light source 1 that generates pulse laser light having a predetermined time width at a predetermined frequency, a beam splitter 2 that splits the pulse laser light into pump pulse light and sampling pulse light, Radiation photoconductive element 5 that emits pulsed light by irradiation of pump pulse light, optical elements 6 and 7 that guide pulse electromagnetic waves radiated from the radiation photoconductive element 5 to the sample 8, and sampling pulse light as the pump pulse A pair of electrode films having an optical delay unit 13 for delaying light and antenna units 23a and 24a, respectively, and arranged so that the antenna units 23a and 24a are separated from each other with a minute gap to form a dipole antenna. A photoconductive element for detection 12 comprising a photoconductive film 22 with 23 and 24, which is delayed with respect to pump pulse light. When the photoconductive film 21 is irradiated with light, a photocarrier is generated between the antenna portions D, and a pulse electromagnetic wave reflected or transmitted from the sample is detected by measuring the photocarrier that has moved to the electrode. And a photoconductive element 12 for detection.

光源1は例えば、中心波長800nm、パルス幅80fs、繰り返し周波数80MHzのチタンサファイアパルスレーザーである。光源1から放射されたフェムト秒パルスレーザー光は、ビームスプリッタ2によってポンプパルス光(パルス励起光)L1とサンプリングパルス光L4とに分波される。ポンプパルス光L1は、光学チョッパ3により例えば、周波数2kHzで変調して送られ、対物レンズ4で集束されて放射用光伝導素子5に照射される。この放射用光伝導素子5はポンプパルス光L1が照射されたときにだけキャリアが生成されて瞬間的に電流が流れ、パルス電磁波L2を放射する。このパルス電磁波L2は、放物面鏡(光学要素)6、7によりコリメートされ測定試料8に照射される。その試料8の透過ないし反射パルス電磁波(ここでは透過パルス電磁波)L3は、放物面鏡10、11により集光され、検出用光伝導素子12に導光される。   The light source 1 is, for example, a titanium sapphire pulse laser having a center wavelength of 800 nm, a pulse width of 80 fs, and a repetition frequency of 80 MHz. The femtosecond pulsed laser light emitted from the light source 1 is demultiplexed by the beam splitter 2 into pump pulse light (pulse excitation light) L1 and sampling pulse light L4. The pump pulse light L1 is sent by the optical chopper 3 after being modulated at a frequency of 2 kHz, for example, focused by the objective lens 4 and applied to the radiation photoconductive element 5. In the radiation photoconductive element 5, carriers are generated only when the pump pulse light L1 is irradiated, current flows instantaneously, and a pulse electromagnetic wave L2 is emitted. This pulsed electromagnetic wave L2 is collimated by parabolic mirrors (optical elements) 6 and 7 and irradiated onto the measurement sample 8. The transmitted or reflected pulsed electromagnetic wave L3 (here, transmitted pulsed electromagnetic wave) L3 of the sample 8 is condensed by the parabolic mirrors 10 and 11 and guided to the photoconductive element 12 for detection.

他方、サンプリングパルス光L4が検出用光伝導素子12に導光・照射されると、光伝導素子12は放射用素子の場合と同様にその瞬間だけ光キャリアが生成され、それらの光キャリアが試料8からの透過パルス電磁波L3の電場によって電極へ移動して電流として検出される。サンプリングパルス光L4がビームスプリッタ2から検出用光伝導素子12に到達するまでの時間を光学遅延部13、14により遅延させて透過パルス電磁波L3の電場強度の時間波形の各部分を順次測定することにより、試料を透過してきた透過パルス電磁波L3の時間波形全体を得ることができる。   On the other hand, when the sampling pulse light L4 is guided and irradiated to the detection photoconductive element 12, the photoconductive element 12 generates optical carriers only at that moment as in the case of the radiating element, and these photocarriers are sampled. 8 moves to the electrode by the electric field of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 and is detected as a current. The time until the sampling pulse light L4 reaches the detection photoconductive element 12 from the beam splitter 2 is delayed by the optical delay units 13 and 14, and each portion of the time waveform of the electric field strength of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 is sequentially measured. Thus, the entire time waveform of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 transmitted through the sample can be obtained.

詳述すると、検出用光伝導素子12はサンプリングパルス光L4を照射している間の試料8からの透過パルス電磁波L3の電場強度に対応する電流を検出するが、これは、検出される透過パルス電磁波の電場強度が光キャリアに対して検出用光伝導素子12の電極23、24の微小アンテナ23a,24a間のバイアス電圧として働くことによって光キャリアが移動し、その電場強度に比例する電流が流れ、この電流の大きさと符号とを検出する。サンプリングパルス光L4の時間幅は透過パルス電磁波L3の時間幅よりも数十分の一程度とかなり短い。すなわち、透過パルス電磁波L3の電場強度の時間波形全体(最初の部分から最後の部分まで)が到達する時間に比較してサンプリングパルス光L4の照射時間は短い。そのため、サンプリングパルス光L4が照射している間に検出用光伝導素子12に流れる電流は透過パルス電磁波L3の電場のごく短い照射時間のものであり、透過パルス電磁波L3の電場のうち光学遅延部13による時間遅延によって決められた照射時間部分のみが電流として測定され、さらに時間遅延をずらしていくことにより透過パルス電磁波L3の電場の他の部分も測定し、透過パルス電磁波L3の電場の時間波形全体を得ることになる。   More specifically, the detection photoconductive element 12 detects a current corresponding to the electric field strength of the transmission pulse electromagnetic wave L3 from the sample 8 while the sampling pulse light L4 is being radiated. When the electric field intensity of the electromagnetic wave acts as a bias voltage between the minute antennas 23a and 24a of the electrodes 23 and 24 of the detection photoconductive element 12 with respect to the optical carrier, the optical carrier moves, and a current proportional to the electric field intensity flows. The magnitude and sign of this current are detected. The time width of the sampling pulse light L4 is considerably shorter than the time width of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 by several tenths. In other words, the irradiation time of the sampling pulse light L4 is shorter than the time that the entire time waveform (from the first part to the last part) of the electric field intensity of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 arrives. Therefore, the current flowing through the detection photoconductive element 12 during the irradiation of the sampling pulse light L4 has a very short irradiation time of the electric field of the transmitted pulse electromagnetic wave L3, and the optical delay portion of the electric field of the transmitted pulse electromagnetic wave L3. Only the irradiation time portion determined by the time delay due to 13 is measured as a current, and by further shifting the time delay, other portions of the electric field of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 are also measured, and the time waveform of the electric field of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 is measured. You will get the whole thing.

ここで、光伝導素子12で検出される検出信号(電流)は微弱なため、電流増幅器15で電流を電圧に変換する。また、励起光にはチョッパコントローラ18で制御される光学チョッパー3により変調がかけられ、ロックインアンプ16でその変調周波数に同期した電圧のみを周波数フィルターで拾い上げ、背景ノイズの影響を小さくして信号を検出している。   Here, since the detection signal (current) detected by the photoconductive element 12 is weak, the current amplifier 15 converts the current into a voltage. Further, the excitation light is modulated by the optical chopper 3 controlled by the chopper controller 18, and only the voltage synchronized with the modulation frequency is picked up by the frequency filter by the lock-in amplifier 16 to reduce the influence of the background noise and the signal. Is detected.

試料8の透過パルス電磁波L3の電場強度の各時間分解データは、信号処理手段によって処理される。すなわち、ロックインアンプ16を介してコンピュータ17に伝送された後、順次、時系列データとして記憶され、一連の時系列データを、該コンピュータ17でフーリエ変換処理して振動数(周波数)空間に変換することにより、試料8の透過パルス電磁波L3の振幅及び位相の分光スペクトルが得られる。すなわち、試料からの透過パルス電磁波の電場振幅及び振幅を、光伝導素子の微小アンテナ間の電流の大きさと向きとして時系列で記録し、それをフーリエ変換することにより、透過パルス電磁波L3の振幅及び位相スペクトルを得る。   Each time-resolved data of the electric field strength of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 of the sample 8 is processed by the signal processing means. That is, after being transmitted to the computer 17 via the lock-in amplifier 16, it is sequentially stored as time-series data, and the series of time-series data is subjected to Fourier transform processing by the computer 17 and converted into a frequency (frequency) space. By doing so, the spectrum of the amplitude and phase of the transmitted pulse electromagnetic wave L3 of the sample 8 is obtained. That is, the electric field amplitude and amplitude of the transmitted pulsed electromagnetic wave from the sample are recorded in time series as the magnitude and direction of the current between the micro-antennas of the photoconductive element, and Fourier transformed to obtain the amplitude and amplitude of the transmitted pulsed electromagnetic wave L3. Obtain the phase spectrum.

図2及び図3で示した光伝導素子は、図のように半導体基板21、例えば、ガリウム砒素(GaAs)基板上に光伝導膜22を形成し、その上に、それぞれ中央部に微小なアンテナ部23a、24aを有する一対の電極膜23、24を蒸着することによって作製される。電極膜のアンテナ部は互いに微小間隙で離隔してダイポールアンテナを成すように配置され、各アンテナ部は一対の電極膜に直流のバイアス電圧が印加されたときにアンテナ部間(微小間隙部)Dに均一な電界を形成できるような形状に形成される。光伝導膜は、1ps以下のキャリア寿命、高いキャリア移動度、高い耐電圧を有することが必要であり、現在は低温成長させたガリウム砒素(LT-GaAs)膜が使用される場合が多い。   2 and 3, a photoconductive film 22 is formed on a semiconductor substrate 21, for example, a gallium arsenide (GaAs) substrate, as shown in the figure, and a small antenna is formed at the center of each film. It is produced by vapor-depositing a pair of electrode films 23 and 24 having portions 23a and 24a. The antenna portions of the electrode film are arranged so as to form a dipole antenna separated from each other by a minute gap, and each antenna portion is located between the antenna portions (minute gap portion) D when a DC bias voltage is applied to the pair of electrode films. In such a shape, a uniform electric field can be formed. The photoconductive film is required to have a carrier lifetime of 1 ps or less, high carrier mobility, and high withstand voltage, and currently, a gallium arsenide (LT-GaAs) film grown at a low temperature is often used.

光伝導素子では、100fs程度のレーザーパルス光が光伝導膜の微小アンテナ部の間隙近傍の領域に照射され、光キャリア(電子と正孔)が生成される。この光キャリアは電極間に印加されたバイアス電圧により電極に移動することによって電流が流れる。光伝導素子は通常、光伝導素子の基板側に配置された高抵抗シリコンの超半球(もしくは半球)レンズと共に用いられ、例えば、放射用として用いる場合、微小ダイポールアンテナから放射されたパルス電磁波は通常、超半球レンズ18により光の拡がりを抑えつつ放物面鏡へ送られる。パルス電磁波は放物面鏡でコリメートされた後、対物レンズで絞って試料に照射される。   In the photoconductive element, a laser pulse light of about 100 fs is irradiated to a region near the gap of the micro-antenna portion of the photoconductive film, and photocarriers (electrons and holes) are generated. Current flows when the optical carrier moves to the electrode by a bias voltage applied between the electrodes. The photoconductive element is usually used with a high-resistance silicon super hemisphere (or hemispherical) lens disposed on the substrate side of the photoconductive element. For example, when used for radiation, a pulsed electromagnetic wave radiated from a minute dipole antenna is usually used. The super hemispherical lens 18 is sent to a parabolic mirror while suppressing the spread of light. The pulsed electromagnetic wave is collimated by a parabolic mirror, and then squeezed by an objective lens to irradiate the sample.

光伝導素子を検出素子として用いる場合、電極の微小アンテナ間を流れる検出電流が微弱なため、通常、低雑音電流アンプと共に使用される。すなわち、光伝導膜のうち、微小アンテナ部の微小間隙近傍の領域がサンプリングパルス光によって励起されると光キャリアが生成され、この光キャリアは試料から反射又は透過してきたパルス電磁波の電場強度をバイアス電圧として電極まで移動し、こうして流れた微弱な電流が低雑音電流アンプにより10倍程度増幅されて検出される。こうして、パルス電磁波の符号を含めた電場強度が微小アンテナ間を流れる電流として検出される。
特開2003−131137号公報 特開2003−121355号公報 特開2003−83888号公報 特開2003−75251号公報 特開2003−14620号公報 特開2002−277393号公報 特開2002−277394号公報 特開2002−257629号公報 特開2002−243416号公報 特開2002−98634号公報 特開2001−141567号公報 特開2001−66375号公報 特開2001−21503号公報 特開2001−275103号公報 Q. Wu and X.-C.Zhang, Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3523) M. Tani, S. Matsuura, K. Sakai, and S. Nakashima, Appl. Opt. 36 (1997) 7853 阪井清美:分光研究、50 (2001) 261 小島誠治、西澤誠治、武田三男:分光研究、52 (2003) 69
When a photoconductive element is used as a detection element, since the detection current flowing between the minute antennas of the electrodes is weak, it is usually used with a low noise current amplifier. That is, when a region near the minute gap of the minute antenna portion in the photoconductive film is excited by the sampling pulse light, a light carrier is generated, and this light carrier biases the electric field intensity of the pulse electromagnetic wave reflected or transmitted from the sample. Go as a voltage to the electrode, thus a weak current flowing is detected is amplified about 10 7 times the low-noise current amplifier. Thus, the electric field strength including the sign of the pulse electromagnetic wave is detected as a current flowing between the minute antennas.
JP 2003-131137 A JP 2003-121355 A JP 2003-83888 A JP 2003-75251 A JP 2003-14620 A JP 2002-277393 A JP 2002-277394 A JP 2002-257629 A JP 2002-243416 A JP 2002-98634 A JP 2001-141567 A JP 2001-66375 A JP 2001-21503 A JP 2001-275103 A Q. Wu and X.-C.Zhang, Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3523) M. Tani, S. Matsuura, K. Sakai, and S. Nakashima, Appl. Opt. 36 (1997) 7853 Sakai Kiyomi: Spectroscopic Studies, 50 (2001) 261 Seiji Kojima, Seiji Nishizawa, Mio Takeda: Spectroscopic Research, 52 (2003) 69

従来の検出用光伝導素子におけるこの電流の検出では、パルスレーザー光のパルス間隔は十分に短く連続光であるとみなして測定していることになる。このとき、チタンサファイアパルスレーザーでは、パルス間隔は10ns程度であり、また、各パルスの時間幅は100fs程度であるため、100fs程度しか存在しない信号を10nsに渡って存在する信号として測定することになり、信号強度としては1/100000倍に減少してしまうことになるという問題がある。   In the detection of this current in the conventional photoconductive element for detection, the pulse interval of the pulsed laser beam is sufficiently short, and the measurement is performed assuming that it is continuous light. At this time, in the titanium sapphire pulse laser, the pulse interval is about 10 ns, and the time width of each pulse is about 100 fs, so that a signal that exists only about 100 fs is measured as a signal that exists for 10 ns. Therefore, there is a problem that the signal intensity is reduced to 1/100000 times.

従来の光伝導素子を備えた時系列変換パルス分光計測装置のように、光伝導素子の電極間に流れた微弱電流を増幅して検出する方式の場合は、背景ノイズもそのまま増幅してしまうのでSN比が悪くなってしまうという問題がある。   In the case of a method that amplifies and detects the weak current flowing between the electrodes of the photoconductive element, such as a conventional time-series conversion pulse spectroscopic measurement device equipped with a photoconductive element, the background noise is also amplified as it is. There is a problem that the S / N ratio becomes worse.

また、一定時間に積算測定することを考えた場合、パルスレーザー光の繰り返しに対して、正確な時間を得るためには、レーザー光パルスの繰り返しに同期した信号を得る必要になるが、レーザー光のパルス幅は100fsと非常に短いため、検出することができないという問題がある。   In addition, when considering integrated measurement over a certain period of time, it is necessary to obtain a signal synchronized with the repetition of the laser light pulse in order to obtain an accurate time for the repetition of the pulse laser light. Has a problem that it cannot be detected because its pulse width is as short as 100 fs.

更に、検出される信号強度はパルスレーザー光の強度に依存するため、パルスレーザー光の強度が変化した場合にも信号強度が変化したものとして測定されてしまうという問題がある。   Furthermore, since the detected signal intensity depends on the intensity of the pulsed laser beam, there is a problem that even when the intensity of the pulsed laser beam is changed, the signal intensity is measured as having changed.

従って、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、励起レーザーのパルス間隔に影響を受けずに正確でかつSN比が高い測定ができる時系列変換パルス分光計測装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus capable of performing an accurate and high SN ratio measurement without being affected by the pulse interval of the excitation laser. And

また、本発明は、パルスレーザー光の繰り返しに対して、正確な時間を得るために必要となるレーザー光パルスの繰り返しに同期した信号をレーザー自体が出力しない場合にも検出することができる時系列変換パルス分光計測装置を提供することを目的とする。   In addition, the present invention provides a time series that can be detected even when the laser itself does not output a signal synchronized with the repetition of the laser light pulse, which is necessary to obtain an accurate time with respect to the repetition of the pulse laser light. An object of the present invention is to provide a conversion pulse spectroscopic measurement apparatus.

さらにまた、本発明は、検出される信号強度におけるパルスレーザー光の強度変化の影響が小さい時系列変換パルス分光計測装置を提供することを目的とする。   Still another object of the present invention is to provide a time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus in which the influence of the intensity change of the pulse laser beam on the detected signal intensity is small.

上記目的を達成するための本発明は、以下の構成を採用した。
請求項1に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、一対の電極膜と、サンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を具備し、レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いる時系列変換パルス分光計測装置において、試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して、前記電極膜間に流れて前記検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出する電荷蓄積検出手段と、前記検出用光伝導素子から送出された電流信号を前記電荷蓄積検出手段へ通過させる測光時間区分信号を生成する測光時間区分信号生成手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 1 comprises a photoconductive element for detection comprising a pair of electrode films and a photoconductive film that generates a photocarrier when receiving sampling pulse light, and a laser. The pulse laser beam generated from the light source is demultiplexed into a plurality of pulse laser beams, one of which is used as the pump pulse beam that irradiates the radiation photoconductive element, and the other is the sampling pulse that irradiates the detection photoconductive element. In a time-series conversion pulse spectroscopic measurement device used as light, a current signal that flows between the electrode films and is sent from the detection photoconductive element in response to the electric field intensity of a reflected or transmitted electromagnetic wave from a sample is sequentially used as a charge. Charge accumulation detection means for accumulating and detecting the amount of accumulated charge, and at the time of photometry for allowing a current signal sent from the detection photoconductive element to pass through the charge accumulation detection means A photometric time division signal generating means for generating division signals, characterized by comprising a.

請求項1に記載の「電荷蓄積検出手段」は、検出用光伝導素子から送出された電荷を順次蓄積してその蓄積電荷量を検出し、その検出後に蓄積電荷を放電するというサイクル(以下、「検出サイクル」という)を行うことができ、さらにこのサイクルを繰り返すことができる。
各測光時間区分における電荷の蓄積は、前の測光時間区分の検出サイクルにおける放電後であれば何時始める構成でも構わない。
蓄積電荷量の検出は、測光時間区分信号をオフにした後に行う構成でも、オフにしないで行う構成でもよい。また、蓄積電荷量の検出は、各検出サイクル中に、一度だけ行う構成でも、連続的に又は間欠的に行う構成でもよい。
電荷蓄積検出手段は、蓄積電荷量の値を記憶するメモリを備えてもよい。
The “charge accumulation detection means” according to claim 1 is a cycle (hereinafter referred to as “charge accumulation detection means”) that sequentially accumulates the charges sent from the photoconductive element for detection, detects the accumulated charge amount, and discharges the accumulated charges after the detection. "Detection cycle") can be performed and this cycle can be repeated.
The charge accumulation in each photometric time segment may be started at any time after the discharge in the detection cycle of the previous photometric time segment.
The detection of the accumulated charge amount may be performed after the photometric time division signal is turned off or may be performed without being turned off. The accumulated charge amount may be detected only once during each detection cycle, or continuously or intermittently.
The charge accumulation detection means may include a memory that stores the value of the accumulated charge amount.

請求項1に記載の「測光時間区分信号生成手段」が生成する測光時間区分信号は、検出用光伝導素子から電荷蓄積検出手段への電流信号に対してゲート作用を施すものである。また、測光時間区分とは、試料から反射又は透過された電磁波信号の「積算時間」に相当するものである。電磁波信号の「積算時間」は信号の増幅率に対応するものなので、請求項1に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、測光時間区分によって試料から反射又は透過された電磁波信号の増幅率を決める構成であるといえる。測光時間区分信号の発生は間欠的に行うことができ、その発生間隔は、一定であってもなくても構わない。   The photometric time division signal generated by the “photometric time division signal generating means” according to claim 1 is for applying a gate action to the current signal from the photoconductive element for detection to the charge accumulation detecting means. The photometric time section corresponds to the “integrated time” of the electromagnetic wave signal reflected or transmitted from the sample. Since the “integrated time” of the electromagnetic wave signal corresponds to the amplification factor of the signal, the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 1 determines the amplification factor of the electromagnetic wave signal reflected or transmitted from the sample by the photometric time division. It can be said that it is a structure to decide. The photometric time division signal can be generated intermittently, and the generation interval may or may not be constant.

請求項1に記載の「測光時間区分信号」の生成については、従来の種々のゲート信号を生成する構成を採用することができる。   As for the generation of the “photometric time division signal” according to the first aspect, it is possible to employ a conventional configuration for generating various gate signals.

請求項2に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項1に記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成手段を備え、前記測光時間区分信号が前記クロック信号のパルス数に基づいて生成されることを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 2 is a clock for generating a clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source in the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 1. Signal generating means, and the photometric time division signal is generated based on the number of pulses of the clock signal.

請求項2に記載の「レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成手段」の構成は、従来の種々のクロック信号を生成する構成を採用することができる。   The configuration of the “clock signal generating means for generating a clock signal synchronized with the period of the pulsed laser beam generated from the laser light source” according to claim 2 can adopt a configuration for generating various conventional clock signals. .

請求項2に記載の「前記測光時間区分信号が前記クロック信号のパルス数を用いて生成される」とは、測光時間区分の長短がクロック信号のパルス数によって設定されることであり、パルス数を大きく設定すれば測光時間区分が長くなり、小さく設定すれば短くなることを意味する。従って、この構成によれば、測光時間区分に対応するクロック信号のパルス数の設定を変更することによって試料からの電磁波信号の積算時間の変更を可能となる。
例えば、レーザーの干渉信号を用いて光学的遅延手段の位置を定める構成において連続スキャンで測定を行う場合、光学的遅延手段の所定位置を越えたときのクロック信号パルスの最初のパルスの立上り時に測光時間区分信号をアクティブにし、そのパルスから設定数番目のパルスの立下がり時にインアクティブとなるように測光時間区分信号を発生させる構成等によって、測光時間区分をクロック信号のパルス数を用いて生成することができる。
“The photometric time division signal is generated using the number of pulses of the clock signal” according to claim 2 is that the length of the photometric time division is set by the number of pulses of the clock signal. Setting a large value means that the photometry time section becomes long, and setting a small value means shortening. Therefore, according to this configuration, the integration time of the electromagnetic wave signal from the sample can be changed by changing the setting of the number of pulses of the clock signal corresponding to the photometric time section.
For example, when measurement is performed by continuous scanning in a configuration in which the position of the optical delay means is determined using a laser interference signal, photometry is performed at the rising edge of the first pulse of the clock signal pulse when the predetermined position of the optical delay means is exceeded. The photometric time segment is generated using the number of pulses of the clock signal, such as by a configuration in which the photometric time segment signal is generated so that the time segment signal becomes active and becomes inactive at the fall of a set number of pulses from that pulse. be able to.

請求項2に記載の「レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号」は、レーザー源からレーザーパルス光のパルス信号が出力されている場合はそれを利用する構成でもよいし、パルス信号の出力がない場合はレーザー光のパルス信号を一旦検出してから生成する構成でもよい。   The “clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source” according to claim 2 may be configured to use the pulse signal of the laser pulse light output from the laser source, When there is no pulse signal output, a configuration may be adopted in which a pulse signal of laser light is once detected and then generated.

請求項3に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項1又は2のいずれかに記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記測光時間区分信号生成手段は各測光時間区分ごとに測光時間区分の長さを設定することができ、かつ、前記電荷蓄積検出手段は検出された蓄積電荷量を当該長さで規格化することができることを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 3 is the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 1 or 2, wherein the photometric time segment signal generating means performs photometry for each photometric time segment. The length of the time segment can be set, and the charge accumulation detecting means can normalize the detected accumulated charge amount by the length.

各測光時間区分の長さの設定は、自動で行うものでも手動で行うものでもよく、ソフト及び/又はハードを用いて設定することができる。各測光時間区分の長さの設定を予めプログラムすることができる構成であってもよい。ここで、測光時間区分の長さは、例えば、測光時間区分を決めるクロック信号のパルス数を大きくすることによって容易に変更することができる。   The length of each photometric time segment may be set automatically or manually, and can be set using software and / or hardware. The configuration may be such that the setting of the length of each photometric time segment can be programmed in advance. Here, the length of the photometric time segment can be easily changed, for example, by increasing the number of pulses of the clock signal that determines the photometric time segment.

「測光時間区分の長さ」は電荷の蓄積時間又は信号の積算時間に対応するものであり、電荷の蓄積時間又は信号の積算時間は信号の増幅率に対応するものなので、請求項3に記載の発明は、測光時間区分ごとに独立に増幅率を変えることができる構成である。例えば、測光時間区分をクロック信号のパルス数N個分、2N個分、3N個分、…のように設定して信号を取得した場合、2N個分、3N個分の信号は信号処理の段階でN個分の場合の1/2、1/3とすることによって規格化される。   The "length of photometry time section" corresponds to the charge accumulation time or the signal integration time, and the charge accumulation time or the signal integration time corresponds to the signal amplification factor. According to the present invention, the amplification factor can be changed independently for each photometric time segment. For example, when signals are acquired by setting the photometry time division as N clock pulses, 2N, 3N,..., 2N and 3N signals are in the stage of signal processing. Is normalized by setting it to 1/2 and 1/3 of the case of N.

「前記電荷蓄積検出手段は検出された蓄積電荷量を当該長さで規格化することができる」構成には、電荷蓄積検出手段で検出後にコンピュータで規格化する構成を含む。   The “the charge accumulation detection means can normalize the amount of accumulated charge detected by the length” includes a configuration in which the charge accumulation detection means normalizes by a computer after detection by the charge accumulation detection means.

請求項4に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項3に記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記の各測光時間区分の長さの設定を、当該測光時間区分において前記検出用光伝導素子から送出される前記電流信号の強度に応じて行うことができることを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 4 is the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 3, wherein the setting of the length of each photometric time segment is detected in the photometric time segment. It can be performed according to the intensity of the current signal sent out from the photoconductive element.

「電流信号の強度に応じて」とは、例えば、電流信号の強度が弱いことが既知である場合に各測光時間区分を予め長めに設定しておく構成や、測定中に検出された電流信号の強度が弱い場合に自動で測光時間区分を長めに設定することができる構成も含まれる。すなわち、測定前に設定する場合も測定中に設定若しくは変更する場合も含まれる。測光時間区分の長さの設定は手動でも自動でも構わない。
また、信号強度が微弱(実質的に0)で長時間蓄積しても蓄積電荷量が一定値に達しない場合も考えられる。例えば、このような場合において、信号強度が微弱な部分は時間で測光時間区分を決定し、そうでない部分は強度で測光時間区分を決定すること、すなわち、時間(例えば、パルス数)による各測光時間区分の設定と強度による各測光時間区分の設定とを組み合わせて使用することも「電流信号の強度に応じて」に含まれる。
“According to the intensity of the current signal” means, for example, a configuration in which each photometry time segment is set to be long in advance when the intensity of the current signal is known to be weak, or a current signal detected during measurement. A configuration in which the photometry time section can be automatically set longer when the intensity of the light is weak is also included. That is, a case where the setting is made before the measurement and a case where the setting is made or changed during the measurement are included. The length of the photometry time section may be set manually or automatically.
In addition, there may be a case where the amount of accumulated charge does not reach a constant value even if the signal intensity is weak (substantially 0) and accumulated for a long time. For example, in such a case, the portion where the signal intensity is weak determines the photometric time segment by time, and the other portion determines the photometric time segment by the intensity, that is, each photometry by time (for example, the number of pulses). It is also included in “depending on the intensity of the current signal” to use a combination of the setting of the time section and the setting of each photometric time section depending on the intensity.

請求項4に記載の発明は、測光時間区分において前記検出用光伝導素子から送出される前記電流信号の強度に応じて測光時間区分ごとに増幅率を変えることができる構成である。   According to a fourth aspect of the present invention, the amplification factor can be changed for each photometric time segment according to the intensity of the current signal transmitted from the detection photoconductive element in the photometric time segment.

請求項5に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項3に記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記の各測光時間区分の長さの設定が、各測光時間区分における測定において前記蓄積電荷量が所定値を越えるまで前記電流信号を前記電荷蓄積検出手段へ通過させるように行われることを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to claim 5 is the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to claim 3, wherein the length of each photometry time section is set in the measurement in each photometry time section. The current signal is passed through the charge accumulation detecting means until the accumulated charge amount exceeds a predetermined value.

「蓄積電荷量が所定値を越えるまで電荷の蓄積を可能とするように」とは、各測光時間区分における測定において、蓄積電荷量の値が所定値を越えるまでは測光時間区分信号をオフにせず(ゲートを閉じず、アクティブのまま)、電荷の蓄積が継続されるとの意である。従って、各測光時間区分の長さの設定を自動で行うものである。   “To allow accumulation of charge until the amount of accumulated charge exceeds a predetermined value” means that, in measurement in each photometric time segment, the photometry time segment signal is turned off until the accumulated charge amount exceeds a predetermined value. (The gate is not closed and remains active), and the charge accumulation is continued. Therefore, the length of each photometric time segment is automatically set.

請求項5に記載の発明は、各測光時間区分における増幅率が検出用光伝導素子から送出される電流信号の強度によって測定中に決まる構成といえる。
また、信号強度が微弱(実質的に0)で長時間蓄積しても蓄積電荷量が一定値に達しない場合も考えられる。例えば、このような場合において、信号強度が微弱な部分は時間で測光時間区分を決定し、そうでない部分は強度で測光時間区分を決定すること、すなわち、時間(例えば、パルス数)による各測光時間区分の設定と強度による各測光時間区分の設定とを組み合わせて使用することも可能である。
According to the fifth aspect of the present invention, it can be said that the amplification factor in each photometric time segment is determined during measurement by the intensity of the current signal sent from the detection photoconductive element.
In addition, there may be a case where the amount of accumulated charge does not reach a constant value even if the signal intensity is weak (substantially 0) and accumulated for a long time. For example, in such a case, the portion where the signal intensity is weak determines the photometric time segment by time, and the other portion determines the photometric time segment by the intensity, that is, each photometry by time (for example, the number of pulses). It is also possible to use a combination of the setting of the time section and the setting of each photometric time section depending on the intensity.

請求項6に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項1から5のいずれか一項に記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記サンプリングパルス光のパルス幅を広げるパルス幅拡張手段を備えたことを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to claim 6 is the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the pulse width expansion unit expands a pulse width of the sampling pulse light. It is provided with.

請求項7に記載の時系列変換パルス分光計測装置は、請求項1から6のいずれか一項に記載の時系列変換パルス分光計測装置において、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光が分波された複数のパルスレーザー光のうちのさらに他の一を、検出された試料からの反射又は透過パルス電磁波の信号強度を補正するために用いることを特徴とする。
補正の方法としては、反射又は透過パルス電磁波の信号強度から差分したり、信号強度を割ることにより規格化したり、分波されたパルスレーザー光の一から推測される信号を差分したりすることが考えられる。
The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 7 is the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to any one of claims 1 to 6, wherein the pulse laser beam generated from the laser light source is demultiplexed. Further, another one of the plurality of pulsed laser beams is used for correcting the signal intensity of the reflected or transmitted pulsed electromagnetic wave from the detected sample.
As a correction method, it is possible to make a difference from the signal intensity of the reflected or transmitted pulse electromagnetic wave, to normalize by dividing the signal intensity, or to make a difference from a signal estimated from one of the demultiplexed pulse laser beams. Conceivable.

請求項8に記載の時系列変換パルス分光法は、レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を、一対の電極膜とサンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いる時系列変換パルス分光法において、試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して前記電極膜間に流れて検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出するものであって、この際、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号のパルス数を用いて生成された測光時間区分信号をゲートとして測光時間区分毎に検出することを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopy according to claim 8 divides a pulse laser beam generated from a laser light source into a plurality of pulse laser beams, one of which is used as a pump pulse beam for irradiating a radiation photoconductive element. In time-series conversion pulse spectroscopy, the other is used as sampling pulse light that irradiates a photoconductive element for detection provided with a pair of electrode films and a photoconductive film that generates a photocarrier when receiving sampling pulse light. The current signal sent from the photoconductive element for detection flowing between the electrode films in response to the electric field intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave from the sample is sequentially accumulated as charges, and the accumulated charge amount is detected. At this time, the photometric time division signal generated using the number of pulses of the clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source is gated. And detecting for each photometric time classified by.

請求項9に記載の時系列変換パルス分光法は、レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を、一対の電極膜とサンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いると共に、光学的遅延手段を連続的に走査しながら前記サンプリングパルス光に前記ポンプパルス光に対する遅延時間差を付与して試料からの反射又は透過電磁波の電場強度を測定する時系列変換パルス分光法において、試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して前記電極膜間に流れて検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出するものであって、この際、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号のパルス数を用いて生成された測光時間区分信号をゲートとして測光時間区分毎に検出するものであり、前記測光時間区分の開始及び終了がクロック信号を用いて行われることを特徴とする。   The time-series conversion pulse spectroscopy according to claim 9 divides a pulse laser beam generated from a laser light source into a plurality of pulse laser beams, one of which is used as a pump pulse beam for irradiating a radiation photoconductive element. The other one is used as sampling pulse light for irradiating a detection photoconductive element having a pair of electrode films and a photoconductive film that generates a photocarrier when receiving sampling pulse light, and an optical delay means In time-series conversion pulse spectroscopy that measures the electric field intensity of reflected or transmitted electromagnetic waves from a sample by giving a delay time difference to the pump pulse light to the sampling pulse light while continuously scanning, reflected or transmitted electromagnetic waves from the sample. In response to the electric field strength, current signals sent between the photoconductive elements for detection flowing between the electrode films are sequentially accumulated as electric charges, A charge amount is detected, and at this time, a photometric time segment signal generated by using the number of pulses of the clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source is used for each photometric time segment as a gate. In this case, the start and end of the photometric time segment are performed using a clock signal.

ここで、請求項9における「測光時間区分の開始及び終了がクロック信号を用いて行われる」とは、例えば、クロック信号の立ち上がり時に測光時間区分信号をアクティブにし、そのクロック信号から所定パルス数後のクロック信号の立ち上がり時にインアクティブにすること等を意味する。クロック信号の立ち下がり時にインアクティブにすること等も含まれることは言うまでもない。
また、「測光時間区分の開始」が「クロック信号を用いて行われる」とは例えば、レーザーの干渉信号を用いて光学的遅延手段の位置を定める場合、光学的遅延手段の所定位置を越えたときのクロック信号パルスの最初のパルスの立上り時に測光時間区分の開始する場合等が該当する。
Here, “the start and end of the photometric time segment are performed using the clock signal” in claim 9 is, for example, that the photometric time segment signal is activated at the rising edge of the clock signal, and a predetermined number of pulses after the clock signal It is meant to be inactive at the rising edge of the clock signal. Needless to say, inactivation is also included when the clock signal falls.
Also, “the start of photometric time segmentation” is “performed using a clock signal”, for example, when the position of the optical delay means is determined using a laser interference signal, the predetermined position of the optical delay means is exceeded. This is the case, for example, when the photometric time segment starts at the rise of the first pulse of the clock signal pulse.

請求項1に記載のパルス分光計測装置によれば、以下のような作用効果を得る。
光伝導素子による検出を電流ではなく、電荷で検出するために、検出する信号の強度がレーザーパルス光のパルス間隔に影響されないでより正確な測定が可能となる。
試料から反射又は透過してきた被測定パルス光の光伝導素子による検出を光伝導素子の電極間に流れた微弱電流を増幅して検出する構成ではなく、電荷で検出する構成なので、背景ノイズを増幅することがなく、SN比が格段に向上する。
電荷の蓄積を行う測定時間区分の設定を適切にすることにより、より正確な測定が可能となる。例えば、ステップスキャン方式による測定、すなわち、光学的遅延手段を所定位置に移動した後に光学的遅延手段を停止して測定を行い、その後次の所定位置に移動して測定を行うことを繰り返す場合、測定時間区分を長く設定することにより、光伝導素子からの信号の検出、すなわち、試料からの反射又は透過電磁波の電場強度の測定が容易になるだけでなく、その精度が向上する。また、各パルス毎のバラツキを平滑することになるのでより正確な測定が可能となる。
レーザーパルス光を変調させる光学チョッパー、検出された微弱電流を検出するためのロックインアンプおよび電流増幅器を用いる必要がない。
According to the pulse spectroscopic measurement apparatus of the first aspect, the following operational effects are obtained.
Since detection by the photoconductive element is detected not by current but by electric charge, more accurate measurement is possible without the intensity of the detected signal being affected by the pulse interval of the laser pulse light.
The detection of the pulsed light to be measured reflected or transmitted from the sample by the photoconductive element is not detected by amplifying the weak current flowing between the electrodes of the photoconductive element, but by detecting the charge, so the background noise is amplified. The signal-to-noise ratio is significantly improved.
A more accurate measurement can be performed by appropriately setting the measurement time division for accumulating charges. For example, when the measurement by the step scanning method, that is, when the optical delay means is moved to a predetermined position and then the optical delay means is stopped to perform measurement and then moved to the next predetermined position and measurement is repeated, By setting the measurement time section to be long, not only the detection of the signal from the photoconductive element, that is, the measurement of the electric field intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave from the sample is facilitated, but the accuracy is improved. In addition, since the variation for each pulse is smoothed, more accurate measurement is possible.
There is no need to use an optical chopper that modulates the laser pulse light, a lock-in amplifier for detecting the detected weak current, and a current amplifier.

請求項2に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、以下のような作用効果を得る。
クロック信号の設定パルス数を変更することにより、電荷の積算時間を容易に変更することができる。例えば、試料から反射又は透過してきた電磁波の強度が微弱である場合には、設定パルス数を大きくすることにより、検出する蓄積電荷量を大きくして検出を容易にすることができる。
クロック信号がパルスレーザー光の周期に同期しているので、パルスレーザー光のカウント数を誤るという誤動作が防止され、パルスレーザー光を正確にカウントすることができる。
According to the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus of the second aspect, the following operational effects are obtained.
By changing the number of set pulses of the clock signal, the charge integration time can be easily changed. For example, when the intensity of the electromagnetic wave reflected or transmitted from the sample is weak, by increasing the number of set pulses, the amount of accumulated charges to be detected can be increased to facilitate detection.
Since the clock signal is synchronized with the period of the pulse laser beam, a malfunction of erroneously counting the pulse laser beam is prevented, and the pulse laser beam can be accurately counted.

請求項3に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、以下のような作用効果を得る。 各測光時間区分ごとに独立に測光時間区分の長さを設定できるので、各測光時間区分に適した増幅率で信号を増幅することができる。
電流信号の強度が弱い測光時間区分では強い測光時間区分に比べて、測光時間区分を長く設定することができる。これによって、弱いときの検出精度が向上すると共に、電流信号の強弱に依存しない測定が可能となる。
試料の状態や種類等によっては試料からの反射又は又は透過電磁波信号の強度が弱い場合もあるが、このような場合には、各測光時間区分を長めに設定することにより、高精度の測定が可能となる。
測光時間区分の長さを短く設定した高速測定モード、長く設定した精密測定モード等の所望の測定精度の測定モードを容易に設定することができる。
試料からの反射又は又は透過電磁波信号の強度の経時変化に応じて適切な測光時間区分の長さに設定することができる。
According to the time-series conversion pulse spectrometer of the third aspect, the following operational effects are obtained. Since the length of the photometric time segment can be set independently for each photometric time segment, the signal can be amplified with an amplification factor suitable for each photometric time segment.
In the photometry time section where the intensity of the current signal is weak, the photometry time section can be set longer than in the strong photometry time section. This improves the detection accuracy when the signal is weak, and enables measurement independent of the strength of the current signal.
Depending on the state and type of the sample, the intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave signal from the sample may be weak, but in such a case, setting each photometric time segment long will enable high-precision measurement. It becomes possible.
It is possible to easily set a measurement mode with a desired measurement accuracy such as a high-speed measurement mode in which the length of the photometric time section is set short and a precision measurement mode in which the length is set long.
The length of the appropriate photometric time section can be set in accordance with the temporal change in the intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave signal from the sample.

請求項4に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、以下のような作用効果を得る。
実際の測定段階において測定された、試料からの反射又は又は透過電磁波信号の強度若しくは検出用光伝導素子から送出される電流信号の強度に基づいて、最適な増幅率で信号を増幅することができる。例えば、電流信号の強度が弱い場合に、測定中にリアルタイムで自動で、測光時間区分ごとにを長めに設定したり若しくは長めに変更することができる。
According to the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus of the fourth aspect, the following operational effects are obtained.
Based on the intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave signal from the sample or the intensity of the current signal transmitted from the photoconductive element for detection, measured in the actual measurement stage, the signal can be amplified with an optimum amplification factor. . For example, when the intensity of the current signal is weak, it can be automatically set in real time during measurement, and each photometry time segment can be set longer or changed longer.

請求項5に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、以下のような作用効果を得る。
従来の装置においては、これから検出する信号の強度は測定前にはわからないので、実際の測定における最適な増幅率を設定することができなかったが、本発明では、蓄積電荷量がある一定レベルの値に達したら積算を止めるものなので、実際の測定中にリアルタイムで自動で最適な増幅を測ることができる。これによって、効率的に増幅して、精度良く検出することが可能となる。
According to the time-series conversion pulse spectrometer of the fifth aspect, the following operational effects are obtained.
In the conventional apparatus, since the intensity of the signal to be detected is not known before the measurement, the optimum amplification factor in the actual measurement could not be set. However, in the present invention, the accumulated charge amount has a certain level. Since the integration is stopped when the value is reached, the optimum amplification can be measured automatically in real time during the actual measurement. This makes it possible to efficiently amplify and detect with high accuracy.

請求項6に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、レーザー光源からレーザーパルス光のパルス信号の出力がない場合にも、パルスレーザー光の繰り返しに対して、正確な時間を得るために要するレーザー光パルスの繰り返しに同期した信号を容易に検出することができる。   According to the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device of claim 6, in order to obtain an accurate time with respect to repetition of the pulse laser beam even when the pulse signal of the laser pulse beam is not output from the laser light source. A signal synchronized with the repetition of the required laser light pulse can be easily detected.

請求項7に記載の時系列変換パルス分光計測装置によれば、検出される試料からの反射又は透過パルス電磁波の信号強度は、励起パルスレーザー光を差分することにより補正することができるので、励起パルスレーザー光の強度の変化の影響が小さい。   According to the time-series conversion pulse spectrometer of claim 7, the signal intensity of the reflected or transmitted pulse electromagnetic wave from the sample to be detected can be corrected by subtracting the excitation pulse laser beam. The influence of the intensity change of the pulse laser beam is small.

請求項8に記載の時系列変換パルス分光法によれば、以下のような作用効果を得る。
光伝導素子による検出を電流ではなく、電荷で検出するために、検出する信号の強度がレーザーパルス光のパルス間隔に影響されないでより正確な測定が可能となる。
試料から反射又は透過してきた被測定パルス光の光伝導素子による検出を光伝導素子の電極間に流れた微弱電流を増幅して検出する構成ではなく、電荷で検出する構成なので、背景ノイズを増幅することがなく、SN比が格段に向上する。
電荷の蓄積を行う測定時間区分の設定を適切にすることにより、より正確な測定が可能となる。例えば、ステップスキャン方式による測定、すなわち、光学的遅延手段を所定位置に移動した後に光学的遅延手段を停止して測定を行い、その後次の所定位置に移動して測定を行うことを繰り返す場合、測定時間区分を長く設定することにより、光伝導素子からの信号の検出、すなわち、試料からの反射又は透過電磁波の電場強度の測定が容易になるだけでなく、その精度が向上する。また、各パルス毎のバラツキを平滑することになるのでより正確な測定が可能となる。
レーザーパルス光を変調させる光学チョッパー、検出された微弱電流を検出するためのロックインアンプおよび電流増幅器を用いる必要がない。
クロック信号の設定パルス数を変更することにより、電荷の積算時間を容易に変更することができる。例えば、試料から反射又は透過してきた電磁波の強度が微弱である場合には、設定パルス数を大きくすることにより、検出する蓄積電荷量を大きくして検出を容易にすることができる。
クロック信号がパルスレーザー光の周期に同期しているので、パルスレーザー光のカウント数を誤るという誤動作が防止され、パルスレーザー光を正確にカウントすることができる。
According to the time-series conversion pulse spectroscopy of the eighth aspect, the following effects are obtained.
Since detection by the photoconductive element is detected not by current but by electric charge, more accurate measurement is possible without the intensity of the detected signal being affected by the pulse interval of the laser pulse light.
The detection of the pulsed light to be measured reflected or transmitted from the sample by the photoconductive element is not detected by amplifying the weak current flowing between the electrodes of the photoconductive element, but by detecting the charge, so the background noise is amplified. The signal-to-noise ratio is significantly improved.
A more accurate measurement can be performed by appropriately setting the measurement time division for accumulating charges. For example, when the measurement by the step scanning method, that is, when the optical delay means is moved to a predetermined position and then the optical delay means is stopped to perform measurement and then moved to the next predetermined position and measurement is repeated, By setting the measurement time section to be long, not only the detection of the signal from the photoconductive element, that is, the measurement of the electric field intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave from the sample is facilitated, but the accuracy is improved. In addition, since the variation for each pulse is smoothed, more accurate measurement is possible.
There is no need to use an optical chopper that modulates the laser pulse light, a lock-in amplifier for detecting the detected weak current, and a current amplifier.
By changing the number of set pulses of the clock signal, the charge integration time can be easily changed. For example, when the intensity of the electromagnetic wave reflected or transmitted from the sample is weak, by increasing the number of set pulses, the amount of accumulated charges to be detected can be increased to facilitate detection.
Since the clock signal is synchronized with the period of the pulse laser beam, a malfunction of erroneously counting the pulse laser beam is prevented, and the pulse laser beam can be accurately counted.

請求項9に記載の時系列変換パルス分光法によれば、以下のような作用効果を得る。
従来問題となっていた光学的遅延手段の移動速度の誤差による測定精度の低下を防止することができる。
例えば、光学式遅延手段(例えば、可動ミラー)を連続的に移動しながら測定する連続スキャン方式において、レーザー光源からのパルスレーザー光の繰り返し周波数100MHzであり、He-Neレーザーの632.8nm波長の干渉信号を用いて光学的遅延手段の位置を定める構成において、光学的遅延手段の移動速度1mm/secで±1%の誤差がある場合には、1波長の干渉信号に相当する時間の間に、±300個程度のパルスレーザー光程度の誤差が生ずることとなる。この光学的遅延手段の移動速度の誤差に基づく測定誤差を低減できる。
According to the time-series conversion pulse spectroscopy of the ninth aspect, the following effects are obtained.
It is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to an error in the moving speed of the optical delay means, which has been a problem in the past.
For example, in a continuous scanning method in which optical delay means (for example, a movable mirror) is continuously moved and measured, the repetition frequency of the pulse laser light from the laser light source is 100 MHz, and the interference of the He-Ne laser at 632.8 nm wavelength In the configuration in which the position of the optical delay means is determined using a signal, when there is an error of ± 1% at the moving speed of the optical delay means of 1 mm / sec, during the time corresponding to the interference signal of one wavelength, An error of about ± 300 pulsed laser beams will occur. The measurement error based on the error of the moving speed of the optical delay means can be reduced.

図4に、本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置のうち特徴部の一実施形態のブロック図を示す。尚、図1と同等な構成要素については同じ符号で示す。   FIG. 4 shows a block diagram of an embodiment of the characteristic part of the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to the present invention. In addition, about the component equivalent to FIG. 1, it shows with the same code | symbol.

この時系列変換パルス分光計測装置は、試料8からの反射又は透過電磁波L3の電場強度に対応して電極膜23,24の間に流れて検出用光伝導素子12から送出された電流信号を電荷として順次蓄積する電荷蓄積手段54と、その蓄積電荷量を検出する電荷検出手段51と、レーザー光源1から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成手段52と、検出用光伝導素子12から送出された電流信号を蓄積する測光時間区分信号を生成する測光時間区分信号生成手段53と、を備えている。尚、本実施形態においては、電荷蓄積手段54と電荷検出手段51とを組み合わせたものが特許請求の範囲に記載の「電荷蓄積検出手段」に相当する。   This time-series conversion pulse spectroscopic measurement device charges a current signal sent from the detection photoconductive element 12 flowing between the electrode films 23 and 24 corresponding to the electric field intensity of the reflected or transmitted electromagnetic wave L3 from the sample 8. Charge accumulation means 54 for sequentially accumulating as follows, charge detection means 51 for detecting the accumulated charge amount, clock signal generation means 52 for generating a clock signal synchronized with the period of the pulsed laser light generated from the laser light source 1, and detection And a photometric time segment signal generating means 53 for generating a photometric time segment signal for accumulating the current signal sent from the photoconductive element 12 for use. In the present embodiment, the combination of the charge accumulation means 54 and the charge detection means 51 corresponds to the “charge accumulation detection means” recited in the claims.

ここで、クロック信号生成手段52においてレーザー光源1から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号を生成するにあたって、レーザー光源本体から信号出力がある場合はその出力信号を用いることができる。信号出力がない場合は、パルスレーザー光を検出し、クロック信号を生成する。このとき、検出器の応答速度はパルスレーザー光のパルス幅に比べ非常に小さいため、そのままでは検出することが困難である。そこで、例えば、図5で示したような回折格子対を利用したパルス幅拡張手段41を設けることによって検出を容易にする構成とすることができる。パルス幅拡張手段41で拡張されたパルスは例えば、光検出器42で検出してパルスカウンターでカウントする。なお、このようなパルス幅拡張手段41は、従来のパルス分光計測装置に備えることもできることはいうまでもない。   Here, when the clock signal generation means 52 generates a clock signal synchronized with the period of the pulsed laser light generated from the laser light source 1, if there is a signal output from the laser light source body, the output signal can be used. When there is no signal output, a pulse laser beam is detected and a clock signal is generated. At this time, the response speed of the detector is very small as compared with the pulse width of the pulse laser beam, so that it is difficult to detect the detector as it is. In view of this, for example, the pulse width expanding means 41 using the diffraction grating pair as shown in FIG. For example, the pulse expanded by the pulse width expanding means 41 is detected by the photodetector 42 and counted by a pulse counter. Needless to say, such a pulse width extending means 41 can also be provided in a conventional pulse spectroscopic measurement apparatus.

図6に、本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置における動作に関するタイミングチャートを示す。図6(a)〜図6(e)はそれぞれ、サンプリングパルス光、光伝導素子における電極間瞬間電流、レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号、測光時間区分信号、電荷蓄積検出手段に蓄積された信号出力を示す。   FIG. 6 shows a timing chart regarding the operation of the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to the present invention. 6 (a) to 6 (e) respectively show sampling pulse light, instantaneous current between electrodes in the photoconductive element, clock signal synchronized with the period of the pulse laser light generated from the laser light source, photometry time division signal, and charge accumulation. The signal output accumulated in the detection means is shown.

このタイミングチャートを用いて、試料から透過又は反射してきた電磁波の電場強度(に対応する光伝導素子の電極間電流)が電荷蓄積検出手段で蓄積電荷量として検出されるプロセスについて説明する。   A process in which the electric field strength of the electromagnetic wave transmitted or reflected from the sample (corresponding to the current between the electrodes of the photoconductive element) is detected as the accumulated charge amount by the charge accumulation detecting means will be described using this timing chart.

図6(a)で示したような周期でサンプリングパルス光が光伝導素子に照射されるとその瞬間だけ素子の光伝導膜に光キャリアが生成する。このサンプリングパルス光の周波数は例えば、80MHz程度であり、この場合、約10ns毎に光伝導膜に光キャリアが生成される。生成された光キャリアは試料からの透過又は反射電磁波のその瞬間の電場によって、素子電極間を移動する。図6(b)はこの電極間の光キャリアの移動(素子電極間の瞬間電流)のタイミングを示したものである。この瞬間電流は、図6(d)で示したような測光時間区分信号生成手段53で生成された測光時間区分信号をゲート信号としてこの信号がアクティブなときにだけ、サンプリングパルス照射毎に図6(e)で示したように電荷蓄積手段54に蓄積されていく。そして、測光時間区分信号がインアクティブになるが、そのときの蓄積電荷量がインアクティブになる前又は後に検出され、その後放電される。これが検出の一サイクルであり、ステップスキャン方式又は連続スキャン方式でこのサイクルが繰り返されて、試料からの透過又は反射電磁波の電場強度の時間波形全体が再現される。   When the photoconductive element is irradiated with the sampling pulse light with the period as shown in FIG. 6A, photocarriers are generated in the photoconductive film of the element only at that moment. The frequency of the sampling pulse light is, for example, about 80 MHz. In this case, photocarriers are generated in the photoconductive film every about 10 ns. The generated optical carrier moves between the device electrodes by the instantaneous electric field of the electromagnetic wave transmitted or reflected from the sample. FIG. 6B shows the timing of movement of the optical carrier between the electrodes (instantaneous current between the element electrodes). This instantaneous current is obtained for each sampling pulse irradiation only when the photometric time segment signal generated by the photometric time segment signal generating means 53 as shown in FIG. 6D is active as a gate signal. As shown in (e), the charges are accumulated in the charge accumulating means 54. Then, the photometric time division signal becomes inactive, but the amount of accumulated charge at that time is detected before or after being inactive, and then discharged. This is one cycle of detection, and this cycle is repeated by the step scan method or the continuous scan method, and the entire time waveform of the electric field intensity of the transmitted or reflected electromagnetic wave from the sample is reproduced.

ここで、測光時間区分は図6(c)で示したようなレーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号のパルス数を用いて設定されるのが好ましい。例えば、測光時間区分をパルス数N個分、2N個分、3N個分、…と設定することができる。検出された信号(蓄積電荷量)はパルス数で割ることによって規格化することができる。また、測光時間区分の開始や終了は例えば、クロック信号の立ち上がりや立ち下がりのタイミングで行うことができる。   Here, the photometric time section is preferably set using the number of pulses of the clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source as shown in FIG. For example, the photometry time segment can be set to the number of pulses N, 2N, 3N, and so on. The detected signal (accumulated charge amount) can be normalized by dividing by the number of pulses. In addition, the start and end of the photometric time segment can be performed, for example, at the rising or falling timing of the clock signal.

図6の態様では、図6(d)に示した測光時間区分AからC…の長さは、同数のパルス数に対応する等時間幅の場合であるが、他の態様として、図7の態様のように、これら測光時間区分AからC…を独立に異なる測光時間区分の長さ(例えば、異なるパルス数)に設定することができる。試料から透過又は反射してきた電磁波の電場が小さく、それに対応して光伝導素子の電極間を流れる瞬間電流が小さい測光時間区分において、その測光時間区分を長く設定することによってその測光時間区分では他の区分より高い増幅率で測定する態様である。   In the mode of FIG. 6, the lengths of the photometric time sections A to C shown in FIG. 6D are equal time widths corresponding to the same number of pulses, but as another mode, FIG. As in the embodiment, the photometric time sections A to C... Can be independently set to different photometric time section lengths (for example, different pulse numbers). In the photometric time segment where the electric field of the electromagnetic wave transmitted or reflected from the sample is small and the instantaneous current flowing between the electrodes of the photoconductive element is small correspondingly, by setting the photometric time segment longer, other in the photometric time segment This is a mode in which measurement is performed at a higher amplification factor than the above-mentioned category.

図7では、図7(b)で示した測光時間区分A〜Cはそれぞれ、図7(a)で示したクロック信号のパルス数10個分、20個分、40個分に相当する時間幅を有する。この場合、測光時間区分B及びCはそれぞれ、測光時間区分Aと比較して2倍、3倍の増幅率で測定することになる。この場合、図7(d)に示したように、試料からの透過又は反射電磁波の電場に対応して、測光時間区分Bにおけるサンプリングパルス光の一回の照射あたりの光キャリアの移動(瞬間電流)は測光時間区分Aにおける光キャリアの移動よりも小さく(従って、一回の照射あたりに電荷蓄積手段に蓄積される電荷量が小さく)、測光時間区分Cでは測光時間区分Bよりもさらに小さいことから、それに対応して測光時間区分を長く設定したものである。これによって、電荷蓄積手段における検出時の電荷量の大きさを測定に適した大きさまで増幅することができ、測定が容易になる。但し、ステップスキャン方式による測定の場合は、測光時間区分を長く設定するほど測定精度は高くなるが、連続スキャン方式による測定の場合は、測光時間区分を長く設定するほど、透過又は反射電磁波の電場強度の時間波形全体のうちの一測光時間区分で測定する部分が広くなり、瞬間の電場強度からの誤差が大きくなるのでその点には留意しなければならない。   In FIG. 7, the photometry time sections A to C shown in FIG. 7B are time widths corresponding to the number of pulses of the clock signal shown in FIG. Have In this case, the photometry time sections B and C are measured at a gain twice or three times that of the photometry time section A, respectively. In this case, as shown in FIG. 7D, the movement of the optical carrier (instantaneous current) per one irradiation of the sampling pulse light in the photometric time section B corresponding to the electric field of the transmitted or reflected electromagnetic wave from the sample. ) Is smaller than the movement of the optical carrier in the photometric time section A (thus, the amount of charge stored in the charge storage means is small per irradiation), and is smaller in the photometric time section C than the photometric time section B Accordingly, the photometry time section is set longer correspondingly. As a result, the amount of charge at the time of detection in the charge storage means can be amplified to a size suitable for measurement, and measurement becomes easy. However, in the case of measurement by the step scan method, the longer the photometry time section is set, the higher the measurement accuracy is. However, in the case of the measurement by the continuous scan method, the longer the photometry time section is set, the more the electric field of transmitted or reflected electromagnetic waves. The portion to be measured in one photometric time section of the entire time waveform of the intensity becomes wide, and the error from the instantaneous electric field intensity becomes large, so this point must be noted.

図7(b)で示したような測光時間区分信号がアクティブな間に、図7(c)で示したようなサンプリングパルス光の照射によって生じた光キャリアが試料から透過又は反射してきた電磁波の電場によって、光伝導素子の電極間を移動する。このキャリアは、図7(d)で示したように電荷蓄積手段に蓄積され、その蓄積電荷量が測光時間区分信号がインアクティブになる前又は後に測定され、放電される。この場合、測光時間区分A〜Cのそれぞれで検出された蓄積電荷量は、それぞれのパルス数10個、20個、40個によって規格化することによって試料からの透過又は反射電磁波の時間波形全体を再現することができる。   While the photometric time division signal as shown in FIG. 7B is active, the optical carrier generated by the irradiation of the sampling pulse light as shown in FIG. 7C is transmitted or reflected from the sample. The electric field moves between the electrodes of the photoconductive element. The carriers are accumulated in the charge accumulating means as shown in FIG. 7D, and the accumulated charge amount is measured before or after the photometric time division signal becomes inactive and discharged. In this case, the accumulated charge amount detected in each of the photometric time sections A to C is normalized by the number of pulses of 10, 20, and 40, whereby the entire time waveform of the transmitted or reflected electromagnetic wave from the sample is obtained. Can be reproduced.

各測光時間区分の大きさは測定前に予め定めておくものでもよく、また、測定中に例えば蓄積電荷量が所定の値を越えるまで測光時間区分信号をアクティブにするように構成することもできる。後者の場合は、各測光時間区分に対応するパルス数を検出して規格化する構成を備える。   The size of each photometric time segment may be determined in advance before the measurement, or the photometric time segment signal may be configured to be active during the measurement until, for example, the accumulated charge exceeds a predetermined value. . In the latter case, a configuration is provided in which the number of pulses corresponding to each photometric time segment is detected and normalized.

図8は、連続スキャン測定における測光時間区分信号の生成の一態様を説明するための図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining an aspect of generation of a photometric time division signal in continuous scan measurement.

図8(a)のx軸は光学的遅延手段の位置を示し、x、x及びx3は測定を開始する位置を示す。この位置は例えば、He-Neレーザーの632.8nm波長の干渉信号を用いて定めることができる。測光時間区分信号Aの場合、光学的遅延手段が所定の移動速度で連続的に移動し、xに達し、それを越えて最初のクロック信号のパルスP(図8(b))の立ち上がりのタイミングで、測光時間区分信号がアクティブとなる(図8(c))。この例では、測光時間区分はクロック信号のパルス数が10個分に設定されており、10個目のパルスP10の立ち下がりのタイミングで測光時間区分信号がインアクティブとなる(図8(c))。 In FIG. 8A, the x-axis indicates the position of the optical delay means, and x 1 , x 2 and x 3 indicate the positions where measurement is started. This position can be determined using, for example, an interference signal with a wavelength of 632.8 nm of a He—Ne laser. For photometric time division signals A, the rise of the optical delay means is continuously moved at a predetermined moving speed, reached x 1, beyond which pulse P 1 of the first clock signal (FIG. 8 (b)) At this timing, the photometric time division signal becomes active (FIG. 8C). In this example, the number of pulses of the clock signal is set to 10 for the photometric time segment, and the photometric time segment signal becomes inactive at the falling timing of the tenth pulse P10 (FIG. 8 (c) )).

測光時間区分信号Bの場合も同様に、光学的遅延手段が所定の移動速度で連続的に移動してxに達し、それを越えて最初のクロック信号のパルスQ(図8(b))の立ち上がりのタイミングで、測光時間区分信号がアクティブとなる(図8(c))。この場合も測光時間区分信号Aと同様にクロック信号のパルス数10個分に設定されているが、11個目のパルスQ11の立ち上がりのタイミングで測光時間区分信号がインアクティブとなる点が異なっている(図8(c))。 Similarly, for the photometric time division signal B, and the optical delay means is continuously moved at a predetermined moving speed reaches x 2, the first clock signal Beyond that pulse Q 1 (FIG. 8 (b) ) At the rise timing, the photometric time segment signal becomes active (FIG. 8C). In this case as well, the number of pulses of the clock signal is set to 10 as in the case of the photometric time division signal A, except that the photometric time division signal becomes inactive at the rise timing of the eleventh pulse Q11. (FIG. 8C).

連続スキャンでレーザーの干渉信号を用いて光学的遅延手段の位置を定める構成においては、光学的遅延手段の位置について等間隔で測定開始した場合(x−x=x3−x)でも、光学的遅延手段の移動速度の誤差のためにその等間隔を移動する時間は等しくはないため(t−t≠t3−t)、同じ1波長(又は、その整数倍)の干渉信号に相当する距離でもその移動の間に含まれるサンプリングパルス光のパルス数が異なることになるが、本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置によれば、この光学的遅延手段の移動速度の誤差による測定精度の低下を抑制できる。 In the configuration in which the position of the optical delay means is determined by using a laser interference signal in continuous scanning, even when measurement is started at equal intervals with respect to the position of the optical delay means (x 2 −x 1 = x 3 −x 2 ) Since the time for moving the equal interval is not equal (t 2 −t 1 ≠ t 3 −t 2 ) due to the error of the moving speed of the optical delay means, the same one wavelength (or an integral multiple thereof) Although the number of pulses of the sampling pulse light included during the movement differs even at a distance corresponding to the interference signal, according to the time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to the present invention, the moving speed of the optical delay means It is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to the error of.

図9に、本発明に係る時系列変換パルス分光計測法の一態様を説明するためのフローチャートを示す。   FIG. 9 shows a flowchart for explaining an aspect of the time-series conversion pulse spectroscopic measurement method according to the present invention.

この態様では、まず、測光時間区分の長さを設定する。電荷蓄積手段を初期化して、電荷の蓄積を開始する。測光時間区分を越えるまで電荷の蓄積を続け、測光時間区分を越えたら、電荷の蓄積を止め、電荷検出手段によって蓄積電荷量を例えば、出力電圧として読み込む。読み込んだ蓄積電荷量を測光時間区分の長さで規格化する。次の測定点(測光時間区分)に移動(例えば、光学的遅延手段を移動)して、次の測定を開始する。全測定点の測定が終了したら、計測を終了する。尚、連続スキャンによる計測の場合には、光学的遅延手段を移動しながら、このフローを行うことになる。   In this aspect, first, the length of the photometric time section is set. The charge storage means is initialized and charge storage is started. The charge accumulation is continued until the photometric time section is exceeded, and when the photometric time section is exceeded, the charge accumulation is stopped, and the accumulated charge amount is read as, for example, an output voltage by the charge detection means. Normalize the amount of stored charge read by the length of the photometric time segment. Move to the next measurement point (photometry time section) (for example, move the optical delay means) to start the next measurement. When all the measurement points have been measured, the measurement is finished. In the case of measurement by continuous scanning, this flow is performed while moving the optical delay means.

図10に、本発明に係る時系列変換パルス分光計測法の他の態様を説明するためのフローチャートを示す。   FIG. 10 is a flowchart for explaining another aspect of the time-series conversion pulse spectroscopic measurement method according to the present invention.

この態様は、時間による各測光時間区分の設定と強度による各測光時間区分の設定とを組み合わせたものである。
この態様では、電荷蓄積手段を初期化して電荷の蓄積を始め、所定の測光時間区分が終了する前に蓄積電荷量が所定値(基準値)を越えたら電荷の蓄積を止め、そのときの蓄積電荷量をそれまでの蓄積時間(例えば、クロック信号のパルス数)で規格化する。すなわち、この蓄積時間が実際の測光時間区分となる。他方、所定の測光時間区分を過ぎても蓄積電荷量が所定値(基準値)を越えなかった場合には、その時点でその測定点(測光時間区分)での電荷の蓄積を止める。この場合はこの測定点での蓄積電荷量はゼロとされる。次の測定点(測光時間区分)に移動(例えば、光学的遅延手段を移動)して、次の測定を開始する。全測定点の測定が終了したら、計測を終了する。尚、連続スキャンによる計測の場合には、光学的遅延手段を移動しながら、このフローを行うことになる。
This mode is a combination of the setting of each photometric time segment by time and the setting of each photometric time segment by intensity.
In this mode, the charge accumulation means is initialized and charge accumulation is started. If the accumulated charge amount exceeds a predetermined value (reference value) before the predetermined photometric time section is finished, the charge accumulation is stopped and the accumulation at that time is stopped. The charge amount is normalized by the storage time until then (for example, the number of pulses of the clock signal). That is, this accumulation time is an actual photometric time segment. On the other hand, if the accumulated charge amount does not exceed the predetermined value (reference value) even after the predetermined photometric time segment, the accumulation of charge at the measurement point (photometric time segment) is stopped at that time. In this case, the amount of accumulated charge at this measurement point is zero. Move to the next measurement point (photometry time section) (for example, move the optical delay means) to start the next measurement. When all the measurement points have been measured, the measurement is finished. In the case of measurement by continuous scanning, this flow is performed while moving the optical delay means.

従来の時系列変換パルス分光計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional time series conversion pulse spectroscopy measuring device. 図1の時系列変換パルス分光計測装置においてパルス電磁波の放射用及び検出用に用いられる光伝導素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the photoconductive element used for the radiation | emission and detection of a pulse electromagnetic wave in the time series conversion pulse spectroscopy measuring apparatus of FIG. 図2の破線AA’に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 2. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置のうち特徴部分の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the characteristic part among the time series conversion pulse spectroscopy measuring devices which concern on this invention. 本発明に係る回折格子対を利用したパルス幅拡張手段を含む時系列変換パルス分光計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the time series conversion pulse spectroscopy measuring apparatus containing the pulse width expansion means using the diffraction grating pair which concerns on this invention. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置における測定のタイミングチャート図である。It is a timing chart figure of the measurement in the time series conversion pulse spectroscopy measuring device concerning the present invention. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置における測定の他の態様でのタイミングチャート図である。It is a timing chart figure in the other aspect of the measurement in the time series conversion pulse spectroscopy measuring device concerning the present invention. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測装置を用いて連続スキャン方式で測定する場合に、測光時間区分信号の生成の一態様を説明するためのタイミングチャート図である。It is a timing chart for demonstrating the one aspect | mode of the production | generation of a photometry time division signal, when measuring by a continuous scan system using the time series conversion pulse spectroscopy measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測法の一態様を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the one aspect | mode of the time series conversion pulse spectroscopy measurement method which concerns on this invention. 本発明に係る時系列変換パルス分光計測法の他の態様を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the other aspect of the time series conversion pulse spectroscopy measuring method which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザー光源
8 試料
12 検出用光伝導素子
13 光学遅延手段
21 光伝導膜
23,24 電極膜
41 パルス幅拡張手段
51 電荷検出手段
52 クロック信号生成手段
53 測光時間区分信号生成手段
54 電荷蓄積手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 8 Sample 12 Photoconductive element for detection 13 Optical delay means 21 Photoconductive film 23,24 Electrode film 41 Pulse width expansion means 51 Charge detection means 52 Clock signal generation means 53 Photometric time division signal generation means 54 Charge accumulation means

Claims (8)

一対の電極膜とサンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を具備し、レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いる時系列変換パルス分光計測装置において、
試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して前記電極膜間に流れて前記検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出する電荷蓄積検出手段と、
前記検出用光伝導素子から送出された前記電流信号を前記電荷蓄積検出手段へ通過させる測光時間区分信号を生成する測光時間区分信号生成手段と、
を備え
さらに、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成手段を備え、
前記測光時間区分信号が前記クロック信号のパルス数を用いて生成されることを特徴とする時系列変換パルス分光計測装置。
It has a photoconductive element for detection that includes a pair of electrode films and a photoconductive film that generates photocarriers when receiving sampling pulsed light, and splits the pulsed laser light generated from the laser light source into a plurality of pulsed laser lights. In the time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus using one of them as pump pulse light for irradiating the radiation photoconductive element and using the other as sampling pulse light for irradiating the detection photoconductive element,
Charge accumulation detection for sequentially accumulating current signals sent from the photoconductive element for detection flowing between the electrode films corresponding to the electric field intensity of reflected or transmitted electromagnetic waves from the sample as charges, and detecting the accumulated charge amount Means,
A photometric time division signal generating means for generating a photometric time division signal for passing the current signal sent from the detection photoconductive element to the charge accumulation detection means;
Equipped with a,
Furthermore, it comprises a clock signal generating means for generating a clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source,
The time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus, wherein the photometric time division signal is generated using the number of pulses of the clock signal .
前記測光時間区分信号生成手段は各測光時間区分ごとに測光時間区分の長さを設定することができ、かつ、前記電荷蓄積検出手段は検出された蓄積電荷量を当該長さで規格化することができることを特徴とする請求項に記載の時系列変換パルス分光計測装置。 The photometry time segment signal generation means can set the length of the photometry time segment for each photometry time segment, and the charge accumulation detection means normalizes the detected accumulated charge amount by the length. The time-series conversion pulse spectroscopic measurement apparatus according to claim 1 , wherein 前記の各測光時間区分の長さの設定を、当該測光時間区分において前記検出用光伝導素子から送出される前記電流信号の強度に応じて行うことができることを特徴とする請求項に記載の時系列変換パルス分光計測装置。 The setting of the length of each of the photometry time segment of said, according to claim 2, characterized in that it is possible to perform in accordance with the intensity of the current signal in the metering time segment is sent from the detection light conducting element Time-series conversion pulse spectrometer. 前記の各測光時間区分の長さの設定が、各測光時間区分における測定において前記蓄積電荷量が所定値を越えるまで前記電流信号を前記電荷蓄積検出手段へ通過させるように行われることを特徴とする請求項に記載の時系列変換パルス分光計測装置。 The setting of the length of each photometric time segment is performed so that the current signal passes through the charge accumulation detecting means until the accumulated charge amount exceeds a predetermined value in the measurement in each photometric time segment. The time-series conversion pulse spectroscopic measurement device according to claim 2 . 前記サンプリングパルス光のパルス幅を広げるパルス幅拡張手段を備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の時系列変換パルス分光計測装置。 Time series conversion pulse spectrometer measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a pulse width extension means to widen the pulse width of the sampling pulse light. 前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光が分波された複数のパルスレーザー光のうちのさらに他の一を、検出された試料からの反射又は透過パルス電磁波の信号強度を補正するために用いることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の時系列変換パルス分光計測装置。 Using another one of the plurality of pulsed laser beams obtained by demultiplexing the pulsed laser beam generated from the laser light source to correct the signal intensity of the reflected or transmitted pulsed electromagnetic wave from the detected sample. time series conversion pulse spectrometer measurement apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein. レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を、一対の電極膜とサンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いる時系列変換パルス分光法において、
試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して前記電極膜間に流れて検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出するものであって、この際、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号のパルス数を用いて生成された測光時間区分信号をゲートとして測光時間区分毎に検出することを特徴とする時系列変換パルス分光法。
A pulse laser beam generated from a laser light source is split into a plurality of pulse laser beams, one of which is used as a pump pulse beam for irradiating a radiation photoconductive element, and the other is a pair of electrode films and a sampling pulse beam. In time-series conversion pulse spectroscopy used as sampling pulse light for irradiating a photoconductive element for detection provided with a photoconductive film that generates a photocarrier upon receiving,
Corresponding to the electric field strength of the reflected or transmitted electromagnetic wave from the sample, the current signal sent from the photoconductive element for detection flowing between the electrode films is sequentially accumulated as a charge, and the accumulated charge amount is detected. In this case, a time series characterized in that a photometric time segment signal generated using the number of pulses of the clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source is detected for each photometric time segment as a gate. Conversion pulse spectroscopy.
レーザー光源から発生したパルスレーザー光を複数のパルスレーザー光に分波し、そのうちの一を放射用光伝導素子を照射するポンプパルス光として用い、他の一を、一対の電極膜とサンプリングパルス光を受けると光キャリアが生成される光伝導膜とを備えた検出用光伝導素子を照射するサンプリングパルス光として用いると共に、光学的遅延手段を連続的に走査しながら前記サンプリングパルス光に前記ポンプパルス光に対する遅延時間差を付与して試料からの反射又は透過電磁波の電場強度を測定する時系列変換パルス分光法において、
試料からの反射又は透過電磁波の電場強度に対応して前記電極膜間に流れて検出用光伝導素子から送出された電流信号を電荷として順次蓄積し、その蓄積電荷量を検出するものであって、この際、前記レーザー光源から発生したパルスレーザー光の周期に同期したクロック信号のパルス数を用いて生成された測光時間区分信号をゲートとして測光時間区分毎に検出するものであり、前記測光時間区分の開始及び終了がクロック信号を用いて行われることを特徴とする時系列変換パルス分光法。
A pulse laser beam generated from a laser light source is split into a plurality of pulse laser beams, one of which is used as a pump pulse beam for irradiating a radiation photoconductive element, and the other is a pair of electrode films and a sampling pulse beam. And used as a sampling pulse light for irradiating a photoconductive element for detection having a photoconductive film for generating a photocarrier when received, and the pump pulse to the sampling pulse light while continuously scanning an optical delay means In time-series conversion pulse spectroscopy that measures the electric field strength of reflected or transmitted electromagnetic waves from a sample by giving a delay time difference to light,
Corresponding to the electric field strength of the reflected or transmitted electromagnetic wave from the sample, the current signal sent from the photoconductive element for detection flowing between the electrode films is sequentially accumulated as a charge, and the accumulated charge amount is detected. In this case, the photometric time segment signal generated by using the number of pulses of the clock signal synchronized with the period of the pulse laser beam generated from the laser light source is detected for each photometric time segment using the gate as the photometric time segment signal. Time series conversion pulse spectroscopy characterized in that start and end of segmentation are performed using a clock signal.
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