JP4031360B2

JP4031360B2 - Measuring device using terahertz light

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Publication number: JP4031360B2
Application number: JP2002375162A
Authority: JP
Inventors: 義紀叶内
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004205360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テラヘルツパルス光を用いたテラヘルツ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テラヘルツ光は、周波数がおおよそ０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の電磁波である。従来から、テラヘルツパルス光を用いた種々のテラヘルツ光を用いた測定装置（例えば、分光装置、誘電率測定装置、検査装置、イメージ化装置など）が提供されている。このような従来のテラヘルツ光を用いた測定装置では、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出するもの（説明の便宜上、「透過測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）と、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する装置（説明の便宜上、「反射測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）とが、それぞれ別々の装置として提供されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、半導体の電気特性評価装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置が具体的に開示されている。また、特許文献１では、具体的な構成の開示はないが、半導体の電気特性評価装置を反射測定用テラヘルツ光装置として構成し得る旨も、言及されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置と、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された反射測定用テラヘルツ光装置が、それぞれ別々の装置として開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９８６３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対象物によっては、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定を行う方が好ましいものや、当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定を行う方が好ましいものもある。また、同一の対象物であっても、例えば、その性質等を観察する上で、透過測定及び反射測定の両方を行うことが好ましい場合もある。
【０００７】
しかしながら、前記従来のテラヘルツ光を用いた測定装置は、透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置のうちのいずれかとして構成されているだけであった。このため、透過測定及び反射測定の両方を行う場合には、それぞれ別々の装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置の両方を用意しなければならなかった。したがって、両装置全体としての価格が著しく増大するとともに、両装置全体としての占有空間が大きくなる欠点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、レーザパルス光を発生する１つのパルス光発生部と、前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系と、前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系と、前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光の光路を切り替えて、前記透過測定光学系及び前記反射測定光学系のいずれか一方に供給する光路切り替え部材と、前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光を、前記テラヘルツパルス光を励起するためのポンプパルス光及び前記テラヘルツパルス光の検出タイミングを決定するプローブパルス光に分岐する前記透過測定光学系用及び前記反射測定光学系用の２つのビームスプリッタとを備え、前記光路切り替え部材は、前記パルス光発生部と、前記２つのビームスプリッタとの間の光路中に配置されたものである。
【００１０】
本発明の第２の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、前記第１のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第１のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第１の光路長可変部と、を有し、前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、前記第２のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第２のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第２の光路長可変部と、を有し、前記第１及び第２の光路長可変部が１つの光路長可変用移動機構を共有し、前記第１の光路長可変部は、前記光路長可変用移動機構の可動部に固定された第１の光路長可変用光学素子を有し、前記第２の光路長可変部は、前記可動部に固定された第２の光路長可変用光学素子を有するものである。
【００１１】
本発明の第３の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、を有し、前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、を有し、筐体内に真空引き可能な１つのチャンバーが形成され、前記透過測定光学系における前記第１のテラヘルツ光発生器から前記第１のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系、及び、前記反射測定光学系における前記第２のテラヘルツ光発生器から前記第２のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系が、前記チャンバー内に配置され、前記第１及び第２のテラヘルツ光発生器にそれぞれ入射されるポンプパルス光をそれぞれ通過させる第１及び第２の窓、及び、前記第１及び第２のテラヘルツ光検出器に入射されるプローブパルス光をそれぞれ通過させる第３及び第４の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたものである。
【００１２】
本発明の第４の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、透過測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光を通過させる第５の窓、及び、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を通過させる第６の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられ、反射測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光及び当該対象物で反射されたテラヘルツパルス光を通過させる第７の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたものである。
【００１３】
本発明の第５の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、透過測定を行う対象物を保持する第１のホルダを備え、前記チャンバーの壁部には前記チャンバーの外側から凹んだ凹部が形成され、前記第５及び第６の窓は前記凹部内の空間を挟んで対向するように配置され、前記第１のホルダは前記凹部に着脱可能に構成されたものである。なお、前記凹部は前記チャンバーの外側から凹んでいるので、凹部内は大気中である。
【００１４】
本発明の第６の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、反射測定を行う対象物を保持する第２のホルダを備え、該第２のホルダが前記チャンバー外に配置されたものである。
【００１５】
本発明の第７の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する計測処理部を有し、前記光路切り替え部材は、ハーフミラーで構成され、前記計測処理部は、前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測するものである。
【００１６】
本発明の第８の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第７の態様において、前記光路切り替え部材は、ハーフミラーと２つのシャッタ部材とから構成され、第１の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから透過した前記レーザパルス光を遮光又は透過し、また第２の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから反射された前記レーザパルス光を透過又は遮光し、前記計測処理部は、前記第１のシャッタ部材を遮光状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を透過状態に制御することで前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第１測定モードと、前記第１のシャッタ部材を透過状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を遮光状態に制御することで前記透過測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第２測定モードと、前記２つのシャッタ部材を透過状態に制御することで前記透過測定光学系及び反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測する第３測定モードとを切り替え制御するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツ光を用いた測定装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。図１において、紙面が水平面と平行で、紙面と垂直な方向が鉛直方向となっている。図２は、図１中のＡ矢視の概略図である。図３は、図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定光学系及び反射測定光学系を収容した筐体３等を示す外観図である。図４は、図３中のＢ部付近を切り出して示す概略斜視図である。
【００２０】
本実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、測定対象物としての試料１，２の複素誘電率等を測定する測定装置として構成されている。
【００２１】
本実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、試料１にテラヘルツパルス光を照射して試料１で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系と、試料２にテラヘルツパルス光を照射して試料２を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系と、を備えている。前記透過測定光学系及び前記反射測定光学系は、１つの筐体３内に収容されている。これらの光学系の具体的な構成については、後述する。
【００２２】
図１に示すように、パルス光発生部としてのフェムト秒パルスレーザ４から発生されたフェムト秒パルス光（レーザパルス光）Ｌ１が、光路切り替え部５によって、平面鏡６への光路及びビームスプリッタ７への光路のいずれか一方の光路に選択的に導かれる。フェムト秒パルス光Ｌ１は、反射測定を行う場合には平面鏡６へ導かれ、透過測定を行う場合にはビームスプリッタ７へ導かれる。
【００２３】
本実施の形態では、光路切り替え部５は、図４に示すように、光路切り替え用光学素子としての平面鏡８と、平面鏡８を移動させる光路切り替え用移動機構９と、光路切り替え用操作部１０と、を有している。本実施の形態では、光路切り替え用移動機構９として、リニアスライダが用いられている。このリニアスライダは、可動部をなす柱状部材１１と、柱状部材１１を矢印Ｃの方向に直線移動し得るように案内する固定部としてのガイド部材１２とから構成されている。柱状部材１１の下方部の矢印Ｃの方向の両側には、磁性材料からなるマグネット受け１３，１４がそれぞれ固着されている。マグネット受け１３，１４と相対する位置には、ブラケット１５，１６でそれぞれ支持されたマグネット１７，１８が配置されている。マグネット１７，１８によって、柱状部材１１の両側の移動端位置が規制される。各移動端位置でマグネット受け１３，１４とマグネット１７，１８とがそれぞれ磁力で吸引されることにより、柱状部材１１が各移動端位置で安定して保持されるようになっている。平面鏡８は、柱状部材１１の上方部の側方に固定されている。光路切り替え用操作部１０は、柱状部材１１の上端に固定された部材であり、図３及び図４に示すように、筐体３の上面上に突出している。なお、筐体３には、柱状部材１１の矢印Ｃの方向の移動を妨げないように、長穴（図示せず）が形成されている。
【００２４】
以上の構成によって、操作者が光路切り替え用操作部１０に力を与えて矢印Ｃの方向にスライドさせることで、平面鏡８は、フェムト秒パルス光Ｌ１を反射させて平面鏡６へ導く位置（一方の移動端位置、図１中の実線で示す平面鏡８の位置）と、フェムト秒パルス光Ｌ１を反射させることなくそのまま通過させてビームスプリッタ７へ導く位置（他方の移動端位置、図１中の破線で示す平面鏡８の位置）とに、切り替え得るようになっている。また、本実施の形態では、図４に示すように、いずれの切り替え状態にあるかを検出する切り替え状態検出部として、柱状部材１１に位置に応じて作動するリミットスイッチ１９が設けられている。
【００２５】
まず、平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合について、説明する。この場合、反射測定となり、フェムト秒パルス光Ｌ１は図１中の太い一点鎖線の光路を辿る。フェムト秒パルス光Ｌ１は、平面鏡８，６で順次反射された後、ビームスプリッタ２１で２つに分割されて、それぞれポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３になる。
【００２６】
ポンプパルス光Ｌ２は、平面鏡２２，２３、後述する窓２４及び集光レンズ２５を経て、テラヘルツ光発生器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ２６に入射する。なお、光伝導アンテナ２６に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよいことは、言うまでもない。平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、バイアス電圧印加部５６からのバイアス電圧が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５７によって、光伝導アンテナ２６に選択的に印加される。なお、本実施の形態では、バイアス電圧印加部５６は、テラヘルツ光検出のＳＮ比を向上するために、パルス状に変調されたバイアス電圧を出力するとともに、後述するロックイン増幅のための参照信号（バイアス電圧に同期した信号）を出力する。光伝導アンテナ２６は、バイアス電圧が印加されている状態で、ポンプパルス光Ｌ２が入射されることにより励起されて、テラヘルツパルス光Ｌ４を発生する。
【００２７】
一方、プローブパルス光Ｌ３は、平面鏡３１、光路長可変用光学素子としての２枚もしくは３枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡（平行折り返しミラー）３２、平面鏡３３、後述する窓３４、平面鏡３５、更には集光レンズ３６を経て、テラヘルツ光検出器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ３７へ導かれる。なお、光伝導アンテナ３７に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光検出器を用いてもよいことは、言うまでもない。
【００２８】
プローブパルス光Ｌ３の光路上に配置された可動鏡３２は、制御・演算処理部５４による制御下で、光路長可変用移動機構（本実施の形態では、一軸のステージ）３８により図１中の左右方向に移動可能となっている。可動鏡３２は、取り付け部材３９を介して、移動機構３８の可動部３８ａに固定されている。可動鏡３２の移動量に応じて、プローブパルス光Ｌ３の光路長が変わる。すなわち、本実施の形態では、可動鏡３２及び光路長可変用移動機構３８が、プローブパルス光Ｌ３の光路長をポンプパルス光Ｌ２の光路長に対して相対的に変え得るようにする第１の光路長可変部を構成している。光伝導アンテナ２６から発生するテラヘルツパルス光の発生期間とプローブパルス光Ｌ３が光伝導アンテナ３７に到達するタイミングを一致させる必要がある。また、いわゆるポンプ−プローブ法により、テラヘルツパルス光の時系列波形を得るためには、光伝導アンテナ２６からテラヘルツパルス光が発生している期間内におけるプローブパルス光Ｌ３のタイミングを変える必要がある。このため、本実施の形態では、前記第１の光路長可変部が設けられているのである。なお、本実施の形態では、可動鏡３２を移動機構３８のストロークのほぼ中心位置を初期位置としてそこから図１中の左方向へ移動させることにより、反射測定時のテラヘルツパルス光の時系列波形を得ることができるようになっている。時系列波形の取得順序は逆になるが、可動鏡３２を図１中の右方向へ移動させてもよい。
【００２９】
光伝導アンテナ２６から発生したテラヘルツパルス光Ｌ４は、放物面鏡等の曲面鏡４１を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡４２、平面鏡４３及び後述する窓４４を経て集光位置に集光される。図１及び図２に示すように、テラヘルツパルス光Ｌ４の光軸は、光伝導アンテナ２６から平面鏡４３までの間では水平面内にあるが、平面鏡４３の向きが図示のように設定されることにより、平面鏡４３と前記集光位置との間では上側に立ち上げられている。
【００３０】
テラヘルツパルス光Ｌ４の集光位置には、試料１を保持するホルダである試料ホルダ４５（図２及び図３参照、図１では省略）により、下面が水平面となるように保持された試料１の当該下面の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。なお、試料１の局所的な情報ではなく、例えば試料１の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光Ｌ４を局所的に集光することなく試料１の下面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。
【００３１】
ここで、前記試料ホルダ４５について、図２及び図３を参照して説明する。試料ホルダ４５は、試料保持面となる上面が水平面となるように筐体３に固定された載置台として、構成されている。試料ホルダ４５の中央付近には、開口４５ａが形成されている。この開口４５ａは、試料ホルダ４５の上面に載置することにより保持された試料１の下面の測定部位（所定領域）に対して入射して前記測定部位で反射するテラヘルツパルス光を、通過させる窓部となっている。この試料ホルダ４５によれば、上面に試料１を単に載置するだけで、試料１が重力で保持される。もっとも、本発明では、試料ホルダ４５は、このような構成に限定されるものではない。試料ホルダ４５は、所望の試料（対象物）１を保持することができるように構成すればよく、例えば、クリップを利用した周知の試料ホルダを用いてもよい。
【００３２】
再び図１及び図２を参照すると、試料１の下面の測定部位で反射されたテラヘルツパルス光Ｌ５は、窓４４を経て平面鏡４６で反射され、放物面鏡等の曲面鏡４７を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡４８により光伝導アンテナ３７に集光され、光伝導アンテナ３７によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。テラヘルツパルス光Ｌ５の光軸は、平面鏡４６の向きが図示のように設定されることにより、前記集光位置と平面鏡４６との間では下側に立ち下げられているが、平面鏡４６と光伝導アンテナ３７との間では水平面内にある。
【００３３】
平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、光伝導アンテナ３７で得られた電流信号が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５０（リミットスイッチ１９の接点をそのまま用いてもよい。）によって、電流−電圧変換器５１に選択的に入力される。したがって、光伝導アンテナ３７で得られた電流信号は、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料１で反射したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。
【００３４】
フェムト秒パルスレーザ４から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ１の繰り返し周期は、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーである。したがって、光伝導アンテナ２６から放射されるテラヘルツパルス光Ｌ４も、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーの繰り返しで放射される。本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光Ｌ５が繰り返しで到来することを利用して、ポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３との間に時間遅延を設けてテラヘルツパルス光Ｌ５の波形を計測する、いわゆるポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器としての光伝導アンテナ２６を作動させるポンプパルス光Ｌ２に対して、テラヘルツ光検出器としての光伝導アンテナ３７を作動させるタイミングを時間τだけ遅らせることにより、時間τだけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度を光伝導アンテナ３７で測定できる。言い換えれば、プローブパルス光Ｌ３は、光伝導アンテナ３７に対してゲートをかけていることになる。また、可動鏡３２を徐々に移動させることは、遅延時間τを徐々に変えることにほかならない。光路長可変用移動機構３８によってゲートをかけるタイミングをずらしながら、繰り返し到来するテラヘルツパルス光Ｌ５の各遅延時間τごとの時点の電場強度を検出器３７から電気信号として順次得ることによって、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を計測することができる。
【００３５】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）の計測時には、制御・演算処理部５４が、移動機構３８に制御信号を与えて、前記遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器５３からのデータを制御・演算処理部５４内の図示しないメモリに順次格納する。これによって、最終的に、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。なお、制御・演算処理部５４は、リミットスイッチ１９の信号を切替状態信号として受け、平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、前述したポンプ−プローブ法を実現するべく、前述したように、可動鏡３２を図１中の左方向へ移動させる。
【００３６】
このような時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを、試料ホルダ４５上に試料１として参照試料（例えば、金属ミラーなどの、屈折率等が既知である部材）を載置した場合と観測試料（例えば、ウエハ等）を載置した場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、観測試料の所望の特性（情報）を求め、これをＣＲＴ等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、観測試料ａの複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、観測試料についてのみ時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００３７】
次に、平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合について、説明する。この場合、透過測定となり、フェムト秒パルス光Ｌ１は図１中の細い一点鎖線の光路を辿る。フェムト秒パルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ７で２つに分割されて、それぞれポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７になる。
【００３８】
ポンプパルス光Ｌ６は、平面鏡６１，６２、後述する窓６３、平面鏡６４及び集光レンズ６５を経て、テラヘルツ光発生器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ６６に入射する。なお、光伝導アンテナ６６に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよいことは、言うまでもない。平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、バイアス電圧印加部５６からのバイアス電圧が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５７によって、光伝導アンテナ６６に選択的に印加される。光伝導アンテナ６６は、バイアス電圧が印加されている状態で、ポンプパルス光Ｌ６が入射されることにより励起されて、テラヘルツパルス光Ｌ８を発生する。
【００３９】
一方、プローブパルス光Ｌ７は、平面鏡６７〜７０、光路長可変用光学素子としての２枚もしくは３枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡（平行折り返しミラー）７１、平面鏡７２、後述する窓７３、平面鏡７４、更には集光レンズ７５を経て、テラヘルツ光検出器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ７６へ導かれる。なお、光伝導アンテナ７６に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光検出器を用いてもよいことは、言うまでもない。
【００４０】
プローブパルス光Ｌ２の光路上に配置された可動鏡７１は、前述した光路長可変用移動機構３８により図１中の左右方向に移動可能となっている。可動鏡７１は、取り付け部材７７を介して、移動機構３８の可動部３８ａに固定されている。可動鏡７１の移動量に応じて、プローブパルス光Ｌ７の光路長が変わる。すなわち、本実施の形態では、可動鏡７１及び光路長可変用移動機構３８が、プローブパルス光Ｌ７の光路長をポンプパルス光Ｌ６の光路長に対して相対的に変え得るようにする第２の光路長可変部を構成している。このように、光路長可変用移動機構３８の可動部には、前述した可動鏡３２のみならず可動鏡７１も固定されている。すなわち、本実施の形態では、前記第１及び第２の光路長可変部は、１つの光路長可変用移動機構３８を共有している。第２の光路長可変部も、前記第２の光路長可変部と同様の理由で設けられている。なお、本実施の形態では、可動鏡７１を移動機構３８のストロークのほぼ中心位置を初期位置としてそこから図１中の右方向へ移動させることにより、透過測定時のテラヘルツパルス光の時系列波形を得ることができるようになっている。時系列波形の取得順序は逆になるが、可動鏡３２を図１中の左方向へ移動させてもよい。
【００４１】
光伝導アンテナ６６から発生したテラヘルツパルス光Ｌ８は、放物面鏡等の曲面鏡７８を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡７９及び後述する窓８０を経て集光位置に集光される。テラヘルツパルス光Ｌ８の集光位置には、試料２を保持するホルダである試料ホルダ８１（図３参照、図１では省略）により、両面が垂直となるように保持された試料２の当該下面の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。なお、試料２の局所的な情報ではなく、例えば試料２の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光Ｌ８を局所的に集光することなく試料２の面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。なお、試料ホルダ８１については後に説明する。
【００４２】
試料２を透過したテラヘルツパルス光Ｌ９は、後述する窓８２を経て、放物面鏡等の曲面鏡８３により平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡８４により光伝導アンテナ７６に集光され、光伝導アンテナ７６によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。なお、テラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の光軸は、全て水平面内にある。
【００４３】
平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、光伝導アンテナ７６で得られた電流信号が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５０によって、電流−電圧変換器５１に選択的に入力される。したがって、光伝導アンテナ７６で得られた電流信号は、前述した反射測定の場合と同様に、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料２を透過したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。
【００４４】
本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光Ｌ９が繰り返しで到来することを利用して、前述した反射測定の場合と同様に、ポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器としての光伝導アンテナ６６を作動させるポンプパルス光Ｌ６に対して、テラヘルツ光検出器としての光伝導アンテナ７６を作動させるタイミングを時間τだけ遅らせることにより、時間τだけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度を光伝導アンテナ７６で測定できる。言い換えれば、プローブパルス光Ｌ７は、光伝導アンテナ７６に対してゲートをかけていることになる。また、可動鏡７１を徐々に移動させることは、遅延時間τを徐々に変えることにほかならない。光路長可変用移動機構３８によってゲートをかけるタイミングをずらしながら、繰り返し到来するテラヘルツパルス光Ｌ９の各遅延時間τごとの時点の電場強度を光伝導アンテナ７６から電気信号として順次得ることによって、テラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を計測することができる。
【００４５】
本実施の形態では、この透過測定の場合も、前述した反射測定の場合と同様に、テラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）の計測時には、制御・演算処理部５４が、移動機構３８に制御信号を与えて、前記遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器５３からのデータを制御・演算処理部５４内の図示しないメモリに順次格納する。これによって、最終的に、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。なお、制御・演算処理部５４は、リミットスイッチ１９の信号を切替状態信号として受け、平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、ポンプ−プローブ法を実現するべく、前述したように、可動鏡７１を図１中の右方向へ移動させる。
【００４６】
このような時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを、試料２をテラヘルツパルス光Ｌ８の集光位置に置いた場合と置かない場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、試料２の所望の特性（情報）を求め、これをＣＲＴ等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、試料２の複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、試料２ついて時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００４７】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、前述した要素４，６，２１〜２３，２５，２６，４１〜４３，４６〜４８，３１〜３３，３５〜３８によって、前記反射測定光学系が構成されている。また、前述した要素４，７，６１，６２，６４〜７２，７４〜７６，７８，７９，８３，８４によって、前記透過測定光学系が構成されている。このように、反射測定光学系及び透過測定光学系は、一つのフェムト秒パルスレーザ４を共有している。
【００４８】
ここで、反射測定光学系及び透過測定光学系の配置に着目すると、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ５の光路長と、透過測定光学系におけるテラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の光路長とが、異なっている。これは、透過測定光学系では、曲面鏡７９と曲面鏡８３との間に平面鏡を設置せずに試料２を置くのに対し、反射測定光学系では、曲面鏡４２と曲面鏡４７との間に平面鏡４３，４６を設置して試料１を置き、試料１で反射させているためである。すなわち、透過測定光学系では、測定時に試料２がテラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の水平光軸上に位置するのに対し、反射測定光学系では、テラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ５の水平光軸上に試料２を設置することが困難であるためである。本実施の形態では、このように反射測定光学系と透過測定光学系との間のテラヘルツパルス光の光路長の差異に応じて、フェムト秒パルスレーザ４から光伝導アンテナ２６，３７，６６，７６の各々に至る光路長を適切に設定している。
【００４９】
図１に示すように、反射測定光学系における光伝導アンテナ２６から光伝導アンテナ３７までのテラヘルツ光学系、及び、前記要素２５，３５，３６は、１つの定盤等の取り付けベース９１（図２も参照）に搭載されている。また、図１に示すように、透過測定光学系における光伝導アンテナ６６から光伝導アンテナ７６までのテラヘルツ光学系、及び、前記要素６４，６５，７４，７５は、取り付けベース９１とは別の取り付けベース９２（図２も参照）に搭載されている。なお、図１及び図２では、各要素を取り付けベース９１，９２に搭載するためのマウント部材の図示は省略している。
【００５０】
図１に示すように、筐体３内には、真空引き可能な１つのチャンバー１００が形成されている。図１において、１０１，１０２はこのチャンバーの壁部を示し、壁部１０１を示すラインと壁部１０２を示すラインとの間がチャンバー１００内の領域である。図面には示していないが、壁部１０１には、真空ポンプ（図示せず）等と接続可能な接続口を有し、当該真空ポンプ等によってチャンバー１００を真空引きしたりパージしたりできるようになっている。筐体３内の領域のうちチャンバー１００外の領域は、大気領域である。なお、図３からも理解できるように、筐体３を形成する部材の一部とチャンバー１００を形成する部材の一部とは、共通化されている。
【００５１】
取り付けベース９１，９２及びこれらにそれぞれ搭載された各要素は、図１に示すように、チャンバー１００内に収容されている。チャンバー１００内に収容されている。取り付けベース９１，９２は、それぞれネジ等により筐体３に対して着脱可能に設けられている。一方、筐体３内に収容された要素のうち、取り付けベース９１，９２に搭載されていない要素は、チャンバー１００外の大気領域に配置されている。
【００５２】
前記窓２４，３４，６３，７３は、図１に示すように、壁部１０１に設けられているが、筐体３の外部には臨んでいない。前記窓４４は、図２に示すように、壁部１０１に設けられ、筐体３の外部に臨んでいる。図１に示すように、筐体３の上部には、外部上方に開口した凹部１１０が形成されている。この凹部１１０の壁部は前記チャンバー１００の壁部１０２で構成され、凹部１１０はチャンバー１００の外側から凹んでいる。図１において、壁部１０２を示すラインにより囲まれた領域は、凹部１１０内の領域であり、大気領域である。前記窓８０，８２は、図１及び図３に示すように、凹部１１０を挟んで対向するように、この壁部１０２に設けられている。これにより、前記窓８０，８２は、筐体３の外部に臨んでいる。
【００５３】
前記窓２４，３４，６３，７３，４４，８０，８２を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、石英、ポリメチルペンテン、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＯ、ポリテトラフルオロエチレン、ダイヤモンドなどを挙げることができる。これらの材料は、機械的な強度及びテラヘルツパルス光の透過率が比較的高いので、好ましい。
【００５４】
前記試料ホルダ８１は、図３に示すように、凹部１１０に着脱可能に構成されている。本実施の形態では、具体的には、試料ホルダ８１は、保持板１２１と、試料２を保持板１２１との間に挟持する板ばね状のクリップ１２２と、保持板１２１の上端に設けられた係合板１２３と、係合板１２３の上部に設けられた取手１２４と、から構成されている。係合板１２３は、凹部１１０の上部開口部付近に形成された段部に係合するようになっており、保持板１２１を凹部１１０内に挿入して係合板１２３を前記段部に係合させると、保持板１２１に保持された試料２が、前述したテラヘルツパルス光Ｌ８の焦点位置に位置するようになっている。保持板１２１の中央付近には、テラヘルツパルス光Ｌ８を妨げないように、開口１２１ａが形成されている。
【００５５】
本実施の形態によれば、反射測定光学系及び透過測定光学系を有しているので、試料で反射されたテラヘルツパルス光による反射測定、及び、試料を透過したテラヘルツパルス光による透過測定の両方を行うことできる。そして、本実施の形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系が１つの筐体３内に収容されているので、装置全体の低価格化を図ることができるとともに、装置全体として占有空間を抑えることができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系が１つのフェムト秒パルスレーザ４を共有しているので、フェムト秒パルスレーザは非常に高価であることから、フェムト秒パルスレーザを各光学系に対して１つずつ設ける場合に比べて、著しくコストを低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００５７】
さらに、本実施の形態では、ポンプ−プローブ法で不可欠な前記第１及び第２の光路長可変部が１つの光路長可変用移動機構３８を共有しているので、高精度の移動機構は非常に高価であることから、移動機構を各光路長可変部にそれぞれ設ける場合に比べて、著しくコストを低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００５８】
測定等の対象となる対象物以外の余分な分子等の物質がテラヘルツパルス光の光路中に存在すると、精度の良い測定や所望の測定などを行うことができない。これに対し、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツ光学系及び透過測定光学系におけるテラヘルツ光学系が、真空引き可能なチャンバー１００内に収容されているので、測定時にこれらのテラヘルツ光学系を真空中に置いたり、チャンバー１００内をパージ（例えば、チャンバー１００内の気体を清浄なパージ用のガス（例えば、乾燥窒素）で満たすなど）することができる。このため、本実施の形態によれば、余分な分子等の影響を除去した状態で測定を行うことができ、精度の良い測定や所望の測定を行うことができる。なお、チャンバー１００内をパージする場合、外部からチャンバー１００内にパージ用のガスを導入し続けるとともに内部からガスを排気し続けてもよいし、チャンバー１００内を一旦真空にした後に内部にパージ用のガスを充満させ密封状態に保ってもよい。
【００５９】
そして、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツ光学系及び透過測定光学系におけるテラヘルツ光学系がそれぞれ別の真空引き可能なチャンバーに収容されるのではなく、１つのチャンバー１００内に収容されている。したがって、本実施の形態によれば、各測定光学系のテラヘルツ光学系を別々のチャンバー内に収容する場合に比べて、装置の構造が簡単となるとともに、真空引きやパージのための設備や手数を低減することができる。
【００６０】
１つのフェムト秒パルスレーザ４の共有は光路切り替え部５によって実現されているが、本実施の形態では、光路切り替え部５が、チャンバー１００外の大気領域の光学系を構成している平面鏡８を用いているので、特別な構造を採用しなくても、チャンバー１００内の真空やパージの漏れを引き起こすおそれがない。光路切り替えを、チャンバー１００内の光学素子を用いた光路切り替え部で実現しようとすれば、チャンバー１００内の光学素子を可動にする必要がある。しかし、チャンバー１００内の漏れを引き起こすことなく当該光学素子を可動にすることは、構造上難しい。また、前記窓２４，３４，６３，７３が設けられていることで、チャンバー１００内外の光学系の切り分けが可能となっており、これにより、光路切り替え部５をチャンバー１００外に置く配置が実現されている。また、窓２４，３４，６３，７３が設けられていることで、チャンバー１００を真空破壊等することなく透過測定及び反射測定の両方が可能になり、精度良く調整されたテラヘルツ光学系は、チャンバー１００内でそのままの状態を保つことができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、光路切り替え部５が１枚の平面鏡８とこれを移動させる移動機構９で構成されているので、構造が簡単であり、コストの増大を招くことなく、高い精度で光路切り替えを実現することができる。さらに、本実施の形態では、光路切り替え部５の操作部１０が筐体３の外部から操作し得るように配置されているので、光路切り替えの操作性、すなわち、反射測定と透過測定との切り替えの操作性が良い。
【００６２】
さらに、本実施の形態では、前記窓４４を用いることで、試料ホルダ４５がチャンバー１００外に配置されているので、反射測定時に、試料１を交換する度にチャンバー１００内を真空破壊等することがなくなり、試料１を容易に交換することができるため、迅速かつ安定した測定結果が得られる。
【００６３】
さらにまた、本実施の形態では、前記凹部１１０を採用し前記窓８０，８２を用いることで、試料ホルダ８１がチャンバー１００外に配置されているので、透過測定時に、試料２を交換する度にチャンバー１００内を真空破壊等することがなくなり、試料２を容易に交換することができるため、迅速かつ安定した測定結果が得られる。この点は、透過測定のみを行うように構築したテラヘルツ光を用いた測定装置についても同様である。
【００６４】
また、本実施の形態では、反射測定光学系のテラヘルツ光学系及び透過測定光学系のテラヘルツ光学系が、それぞれ１つずつの取り付けベース９１，９２に搭載され、これらの取り付けベース９１，９２が筐体３に対してそれぞれ着脱可能に設けられているので、反射測定光学系のテラヘルツ光学系と透過測定光学系のテラヘルツ光学系とを、予め別々に組み立てて位置調整した後に、これらを筐体に対して設けることができるので、これらのテラヘルツ光学系を精度良く位置調整することができ、しかも、その組立・調整作業が容易となる。また、反射測定のみを行う装置や透過測定のみを行う装置を構築する場合には、不要な方の光学系を搭載した取り付けベースを筐体３に設けないことで、当該装置を構築することができ、そのような単一測定用装置との部品ブロックの共通化や組立・調整作業の共通化を図ることができ、より低価格化を実現することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、切り替えスイッチ５７を設けることで、１つのバイアス電圧印加部５６を、光伝導アンテナ２６用及び光伝導アンテナ６６用に用いている。したがって、バイアス電圧印加部５６が１つで済むので、コストをより低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００６６】
さらにまた、本実施の形態では、切り替えスイッチ５０を設けることで、１組の制御・処理系５１〜５５を、透過測定及び反射測定の両方で共用している。したがって、制御・処理系が１組で済むので、コストをより低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００６７】
［第２の実施の形態］
【００６８】
透過測定光学系及び反射測定光学系の光路切り替え機構は、上述した実施の形態に限ることなく、図５には第２の実施の形態を示す。
【００６９】
図５に示すように、光路切り替え機構（部材）は、パルスレーザ４とビームスプリッタ７及び２１との間の光路中に配置されたハーフミラー２００と第１遮光シャッタ２０１と第２遮光シャッタ２０２とから構成されている。更に、不図示の計測処理部は、反射測定及び透過測定の測定シーケンス及び解析処理を司り、図１の回路ブロック図に示す各回路を制御するマイクロコンピュータから構成されている。本実施の形態では、図１の回路ブロック図に示す各回路はそれぞれ反射測定用及び透過測定用に設けられている。
【００７０】
具体的には、フェムト秒パルスレーザ４からのフェムト秒パルス光Ｌ１が、ハーフミラー２００により分岐された以降の光路に第１遮光シャッタ２０１及び第２遮光シャッタ２０２を選択的に挿脱すれば、上述の実施の形態と同様に透過測定及び反射測定が可能である。
【００７１】
計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を遮光状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を透過状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ２１に導き、反射測定光学系にポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３とを導き、テラヘルツ光による反射測定を実行する（第１測定モード）。
【００７２】
逆に、計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を透過状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を遮光状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ７に導き、透過測定光学系にポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７とを導き、テラヘルツ光による透過測定を実行する（第２測定モード）。
【００７３】
更に、計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を透過状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を透過状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ７及び２１に導き、そして、反射測定光学系にポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３とを導き且つ透過測定光学系にポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７とを導き、テラヘルツ光による反射測定及び透過測定を同時に実行する（第３測定モード）。
【００７４】
具体的には、これら第１遮光シャッタ２０１及び第２遮光シャッタ２０２は、フェムト秒パルスレーザ４とビームスプリッタ７及び２１との間に配置され、駆動モータ２０３及び２０４によって駆動される。光路切り替え用操作部１０の切り替え動作は、第１測定モードから第３測定モードの３つのポジションを取ることができる。駆動モータ２０３及び２０４は、光路切り替え用操作部１０の切り替え動作に応じて、第１測定モードから第３測定モードに対応する制御信号によって駆動される。
【００７５】
また、上記第２の実施の形態の変形例としては、下記のように第２の実施の形態で必要としていた第１及び第２遮光シャッタ２０１，２０２と、駆動モータ２０３，２０４とを必要としない。
【００７６】
具体的には、図６に示すように、光路切り替え部材として全反射ミラー８とハーフミラー２００とを保持するミラーボックス２０５は、反射測定光学系及び透過測定光学系の光路を形成する平面に対して垂直方向に可動するように構成する（図５の紙面に垂直方向）。
【００７７】
ミラーボックス２０５は、光路切り替え操作部材によって手動操作されたり、又は不図示の駆動モータによって自動的にモード切り替え制御信号に応じて駆動される。
【００７８】
図６に示すようにミラーボックス２０５の全反射ミラー８が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路から外れている場合には、透過測定光学系による測定が行われる（第２測定モード）。
【００７９】
また、全反射ミラー８が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路中に挿入された場合には、反射測定光学系による測定が行われる（第１測定モード）。
【００８０】
また、ハーフミラー２００が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路中に挿入された場合には、透過及び反射測定光学系による両測定が行われる（第３測定モード）。
【００８１】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００８２】
例えば、前記実施の形態は、本発明をテラヘルツ光を用いた複素誘電率等の測定装置に適用した例であったが、本発明は、テラヘルツ光を用いた他の種々のテラヘルツ光を用いた測定装置に適用することができる。
【００８３】
また、前記実施の形態では、各テラヘルツ光発生器として、光伝導アンテナ２６，６６を用いる代わりに、電気光学結晶をそれぞれ用いてもよい。また、各テラヘルツ光検出器として、光伝導アンテナ３７，７６を用いる代わりに、電気光学結晶をそれぞれ用いてもよい。この場合、例えば、テラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ８が試料１，２の２次元領域をそれぞれ照射するようにし、テラヘルツパルス光Ｌ５，Ｌ９が各電気光学結晶の２次元領域を照射するようにし、各プローブパルス光を偏光子で偏光させて各電気光学結晶の前記２次元領域を照射し、各電気光学結晶を通過したプローブパルス光を検光子で検光した後に各ＣＣＤカメラで受光するようにしてもよい。この場合、一方のＣＣＤカメラによりテラヘルツパルス光の試料反射像に相当する像を得ることができるとともに、他方のＣＣＤカメラによりテラヘルツパルス光の試料透過像に相当する像を得ることができる。このとき、ＣＣＤカメラは、大気領域に配置してもよい。このように、本発明は、イメージ化装置にも適用することができる。なお、この場合、ＣＣＤカメラを単一とし、光路切り替え部５と同様の光路切り替え部を用いて、一方の電気光学結晶を通過して検光子で検光されたプローブパルス光と、他方の電気光学結晶を通過して検光子で検光されたプローブパルス光とを、切り替えて当該ＣＣＤカメラに入射させることも、可能である。なお、前述したイメージ化装置のようにポンプ−プローブ法を用いない場合には、前述した第１及び第２の光路長可変部は必ずしも必要ではない。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のＡ矢視の概略図である。
【図３】図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定光学系及び反射測定光学系を収容した筐体等を示す外観図である。
【図４】図３中のＢ部付近を切り出して示す概略斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置の一部を模式的に示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置の変形例の要部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１，２試料（対象物）
３筐体
４フェムト秒パルスレーザ（パルス光発生部）
５光路切り替え部
８平面鏡（光路切り替え用光学素子）
９光路切り替え用移動機構
１０光路切り替え用操作部
２６，６６光伝導アンテナ（テラヘルツ光発生器）
３２，７１可動鏡（光路長可変用光学素子）
３７，７６光伝導アンテナ（テラヘルツ光検出器）
３８光路長可変用移動機構
４５，８１試料ホルダ
１００真空引き可能なチャンバー
１０１，１０２真空引き可能なチャンバーの壁部
９１，９２取り付けベース
２４，３４，４４，６３，７３，８０，８２窓[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a terahertz device using terahertz pulse light.
[0002]
[Prior art]
Terahertz light is an electromagnetic wave having a frequency in the range of approximately 0.01 THz to 100 THz. Conventionally, measuring apparatuses using various terahertz light using terahertz pulse light (for example, spectroscopic apparatuses, dielectric constant measuring apparatuses, inspection apparatuses, imaging apparatuses, etc.) have been provided. In such a conventional measuring apparatus using terahertz light, an object is irradiated with terahertz pulse light and terahertz pulse light transmitted through the object is detected (for convenience of explanation, “a terahertz light apparatus for transmission measurement”). And a device for detecting terahertz pulse light reflected by the target object by irradiating the target object with terahertz pulse light (referred to as a “reflective measurement terahertz light device” for the sake of convenience). It is provided as a separate device.
[0003]
For example, Patent Document 1 below specifically discloses a transmission measurement terahertz optical device configured as a semiconductor electrical property evaluation apparatus. Patent Document 1 also mentions that although a specific configuration is not disclosed, a semiconductor electrical property evaluation apparatus can be configured as a terahertz light apparatus for reflection measurement.
[0004]
Patent Document 2 below discloses a terahertz optical device for transmission measurement configured as a device for measuring the complex dielectric constant and complex refractive index of an object, and an apparatus for measuring the complex dielectric constant and complex refractive index of an object. The terahertz light device for reflection measurement configured as is disclosed as a separate device.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-98634 A
[Patent Document 2]
JP 2002-277393 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
For some objects, it is preferable to perform transmission measurement for detecting terahertz pulse light transmitted through the object, and it is preferable to perform reflection measurement for detecting terahertz pulse light reflected by the object. Moreover, even if it is the same target object, when observing the property etc., it may be preferable to perform both transmission measurement and reflection measurement.
[0007]
However, the conventional measuring apparatus using terahertz light is only configured as one of a transmission measuring terahertz light apparatus and a reflection measuring terahertz light apparatus. For this reason, when performing both transmission measurement and reflection measurement, it is necessary to prepare both a transmission measurement terahertz light device and a reflection measurement terahertz light device which are configured as separate devices. Therefore, there is a drawback that the price of both devices as a whole increases significantly and the occupied space of both devices as a whole increases.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a measurement apparatus using terahertz light that can perform both transmission measurement and reflection measurement, and can reduce cost and occupied space. The purpose is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a measuring apparatus using terahertz light according to the first aspect of the present invention includes one pulsed light generation unit that generates laser pulsed light, and terahertz pulsed light excited by the laser pulsed light. A transmission measurement optical system for detecting terahertz pulse light that has been irradiated onto the object and transmitted through the object, and a terahertz pulse that has been irradiated onto the object with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and reflected from the object A reflection measurement optical system for detecting light; and an optical path switching member that switches an optical path of the laser pulse light from the pulse light generation unit and supplies the laser pulse light to either the transmission measurement optical system or the reflection measurement optical system; Pump pulse light for exciting the terahertz pulse light and the terahertz laser light from the pulse light generator Two beam splitters for the transmission measurement optical system and the reflection measurement optical system that branch into probe pulse light that determines the detection timing of the light, and the optical path switching member includes the pulse light generation unit, It is arrange | positioned in the optical path between two beam splitters.
[0010]
In the measurement apparatus using terahertz light according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the transmission measurement optical system generates the first terahertz light that generates terahertz pulse light by the incident pump pulse light. A first terahertz light detector for detecting terahertz pulse light by the incident probe pulse light, an optical path length of the pump pulse light reaching the first terahertz light generator, and the first A first optical path length variable unit that can relatively change an optical path length of the optical path of the probe pulse light reaching the terahertz photodetector, and the reflection measurement optical system includes an incident pump A second terahertz light generator that generates terahertz pulsed light using pulsed light, and a second terahertz light that detects terahertz pulsed light using incident probe pulsed light An optical path length of the optical path of the pump pulse light reaching the second terahertz light generator and an optical path length of the optical path of the probe pulse light reaching the second terahertz light detector A second optical path length variable section that can be changed, wherein the first and second optical path length variable sections share one optical path length variable moving mechanism, and the first optical path length variable section Has a first optical path length variable optical element fixed to the movable part of the optical path length variable moving mechanism, and the second optical path length variable part is a second optical path fixed to the movable part. It has an optical element for variable length.
[0011]
In the measurement apparatus using terahertz light according to the third aspect of the present invention, in the first aspect, the transmission measurement optical system generates the first terahertz light that generates the terahertz pulse light by the incident pump pulse light. And a first terahertz light detector for detecting terahertz pulse light by the incident probe pulse light, wherein the reflection measurement optical system generates a terahertz pulse light by the incident pump pulse light. One terahertz light generator and a second terahertz light detector for detecting terahertz pulse light by the incident probe pulse light, and forming a single vacuum chamber capable of being evacuated in the housing. Terahertz optical system from the first terahertz light generator to the first terahertz light detector in the measurement optical system, and the reflection measurement A terahertz optical system from the second terahertz light generator to the second terahertz light detector in the academic system is disposed in the chamber and is incident on the first and second terahertz light generators, respectively. First and second windows for passing pump pulse light, and third and fourth windows for passing probe pulse light incident on the first and second terahertz photodetectors, respectively, It is provided in the wall part.
[0012]
In the measurement apparatus using terahertz light according to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the fifth window through which the terahertz pulse light incident on the object to be transmitted is passed, and the object A sixth window for allowing the transmitted terahertz pulse light to pass therethrough is provided in the wall portion of the chamber, and the terahertz pulse light incident on the object to be subjected to reflection measurement and the terahertz pulse light reflected by the object are allowed to pass through. Seven windows are provided in the wall of the chamber.
[0013]
The measurement apparatus using terahertz light according to the fifth aspect of the present invention includes, in the third aspect, a first holder that holds an object for transmission measurement, and the chamber wall includes A recess recessed from the outside is formed, the fifth and sixth windows are arranged to face each other across the space in the recess, and the first holder is configured to be detachable from the recess. is there. In addition, since the said recessed part is recessed from the outer side of the said chamber, the inside of a recessed part is in air | atmosphere.
[0014]
A measurement apparatus using terahertz light according to a sixth aspect of the present invention includes, in the third aspect, a second holder that holds an object for reflection measurement, and the second holder is outside the chamber. It is arranged.
[0015]
A measurement apparatus using terahertz light according to a seventh aspect of the present invention includes a measurement processing unit that measures terahertz light in the transmission measurement optical system and / or the reflection measurement optical system in the first aspect, The optical path switching member is configured by a half mirror, and the measurement processing unit simultaneously measures terahertz light in the transmission measurement optical system and / or the reflection measurement optical system.
[0016]
In the measurement apparatus using terahertz light according to the eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the optical path switching member includes a half mirror and two shutter members, and the first shutter member includes the first shutter member. The laser pulse light transmitted from the half mirror is shielded or transmitted, and the second shutter member transmits or shields the laser pulse light reflected from the half mirror. A first measurement mode for measuring terahertz light in the reflection measurement optical system by controlling the shutter member in a light-shielding state and controlling the second shutter member in a transmission state, and setting the first shutter member in a transmission state And measuring the terahertz light in the transmission measurement optical system by controlling the second shutter member in a light-shielding state. And over de, and controls switching a third measurement mode for simultaneously measuring the terahertz light in the transmissive measuring optical system and the reflection measuring optical system by controlling the transmission state of the two shutter members.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a measuring apparatus using terahertz light according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
[First Embodiment]
[0019]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus using terahertz light according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the paper surface is parallel to the horizontal plane, and the direction perpendicular to the paper surface is the vertical direction. FIG. 2 is a schematic view taken along arrow A in FIG. FIG. 3 is an external view showing the housing 3 and the like housing the transmission measurement optical system and the reflection measurement optical system of the measurement apparatus using the terahertz light shown in FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view showing the vicinity of portion B in FIG.
[0020]
The measurement apparatus using terahertz light according to the present embodiment is configured as a measurement apparatus that measures the complex dielectric constant and the like of samples 1 and 2 as measurement objects.
[0021]
The measurement apparatus using the terahertz light according to the present embodiment irradiates the sample 1 with the terahertz pulse light and the reflection measurement optical system that detects the terahertz pulse light reflected by the sample 1 and the sample 2 with the terahertz pulse light. And a transmission measuring optical system for detecting the terahertz pulse light transmitted through the sample 2. The transmission measurement optical system and the reflection measurement optical system are accommodated in one housing 3. Specific configurations of these optical systems will be described later.
[0022]
As shown in FIG. 1, femtosecond pulsed light (laser pulsed light) L1 generated from a femtosecond pulsed laser 4 serving as a pulsed light generating unit is transmitted to a plane mirror 6 and a beam splitter 7 by an optical path switching unit 5. Are selectively guided to one of the optical paths. The femtosecond pulsed light L1 is guided to the plane mirror 6 when the reflection measurement is performed, and is guided to the beam splitter 7 when the transmission measurement is performed.
[0023]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the optical path switching unit 5 includes a plane mirror 8 as an optical element for switching an optical path, an optical path switching moving mechanism 9 that moves the plane mirror 8, an optical path switching operation unit 10, and ,have. In the present embodiment, a linear slider is used as the optical path switching moving mechanism 9. The linear slider includes a columnar member 11 that forms a movable portion, and a guide member 12 that serves as a fixed portion that guides the columnar member 11 so that the columnar member 11 can move linearly in the direction of arrow C. Magnet receivers 13 and 14 made of a magnetic material are fixed to both sides of the lower part of the columnar member 11 in the direction of arrow C, respectively. Magnets 17 and 18 supported by brackets 15 and 16 are disposed at positions facing the magnet receivers 13 and 14, respectively. The moving end positions on both sides of the columnar member 11 are regulated by the magnets 17 and 18. Since the magnet receivers 13 and 14 and the magnets 17 and 18 are attracted by magnetic force at each moving end position, the columnar member 11 is stably held at each moving end position. The plane mirror 8 is fixed to the side of the upper part of the columnar member 11. The optical path switching operation unit 10 is a member fixed to the upper end of the columnar member 11 and protrudes on the upper surface of the housing 3 as shown in FIGS. 3 and 4. The casing 3 is formed with a long hole (not shown) so as not to hinder the movement of the columnar member 11 in the direction of arrow C.
[0024]
With the above configuration, when the operator applies a force to the optical path switching operation unit 10 and slides it in the direction of the arrow C, the plane mirror 8 reflects the femtosecond pulsed light L1 and guides it to the plane mirror 6 (one side). The moving end position, the position of the plane mirror 8 indicated by the solid line in FIG. 1) and the position where the femtosecond pulsed light L1 passes without reflection and is guided to the beam splitter 7 (the other moving end position, the broken line in FIG. The position of the plane mirror 8 shown in FIG. Moreover, in this Embodiment, as shown in FIG. 4, the limit switch 19 which act | operates according to a position is provided in the columnar member 11 as a switching state detection part which detects which switching state exists.
[0025]
First, the case where the plane mirror 8 is in the position indicated by the solid line in FIG. 1 will be described. In this case, reflection measurement is performed, and the femtosecond pulsed light L1 follows the optical path of the thick dashed-dotted line in FIG. The femtosecond pulsed light L1 is sequentially reflected by the plane mirrors 8 and 6, and then divided into two by the beam splitter 21 to become pump pulsed light L2 and probe pulsed light L3, respectively.
[0026]
The pump pulse light L2 is incident on a photoconductive antenna 26 such as a dipole antenna as a terahertz light generator through the plane mirrors 22 and 23, a window 24 described later, and a condenser lens 25. It goes without saying that other terahertz light generators such as electro-optic crystals may be used in place of the photoconductive antenna 26. When the plane mirror 8 is at the position indicated by the solid line in FIG. 1, the bias voltage from the bias voltage application unit 56 is selectively applied to the photoconductive antenna 26 by the changeover switch 57 interlocking with the limit switch 19. The In the present embodiment, the bias voltage application unit 56 outputs a bias voltage modulated in a pulse shape in order to improve the S / N ratio of terahertz light detection, and a reference signal for lock-in amplification described later. (Signal synchronized with the bias voltage) is output. The photoconductive antenna 26 is excited by the incidence of the pump pulse light L2 in a state where a bias voltage is applied, and generates the terahertz pulse light L4.
[0027]
On the other hand, the probe pulse light L3 includes a plane mirror 31, a movable mirror (parallel folding mirror) 32 formed by combining two or three plane mirrors as an optical element for changing the optical path length, a plane mirror 33, a window 34 described later, and a plane mirror 35. Further, the light is guided through a condenser lens 36 to a photoconductive antenna 37 such as a dipole antenna as a terahertz photodetector. It goes without saying that other terahertz photodetectors such as electro-optic crystals may be used in place of the photoconductive antenna 37.
[0028]
The movable mirror 32 arranged on the optical path of the probe pulse light L3 is controlled by the control / arithmetic processing unit 54 by an optical path length changing mechanism (uniaxial stage in the present embodiment) 38 in FIG. It can move left and right. The movable mirror 32 is fixed to the movable part 38 a of the moving mechanism 38 via the attachment member 39. Depending on the amount of movement of the movable mirror 32, the optical path length of the probe pulse light L3 changes. That is, in the present embodiment, the movable mirror 32 and the optical path length varying moving mechanism 38 can change the optical path length of the probe pulse light L3 relative to the optical path length of the pump pulse light L2. An optical path length variable portion is configured. It is necessary to make the generation period of the terahertz pulse light generated from the photoconductive antenna 26 coincide with the timing at which the probe pulse light L3 reaches the photoconductive antenna 37. In addition, in order to obtain a time-series waveform of terahertz pulse light by a so-called pump-probe method, it is necessary to change the timing of the probe pulse light L3 within a period in which the terahertz pulse light is generated from the photoconductive antenna 26. For this reason, in this Embodiment, the said 1st optical path length variable part is provided. In the present embodiment, the movable mirror 32 is moved from the substantially central position of the stroke of the moving mechanism 38 to the left in FIG. 1 from the initial position, thereby generating a time-series waveform of terahertz pulse light during reflection measurement. Can get to. Although the acquisition sequence of the time series waveform is reversed, the movable mirror 32 may be moved rightward in FIG.
[0029]
The terahertz pulsed light L4 generated from the photoconductive antenna 26 is converted into parallel light through a curved mirror 41 such as a parabolic mirror, and then passes through a curved mirror 42 such as a parabolic mirror, a plane mirror 43, and a window 44 described later. After that, it is condensed at the condensing position. As shown in FIGS. 1 and 2, the optical axis of the terahertz pulse light L4 is in the horizontal plane between the photoconductive antenna 26 and the plane mirror 43, but the orientation of the plane mirror 43 is set as shown in the figure. Further, it is raised upward between the plane mirror 43 and the condensing position.
[0030]
At the condensing position of the terahertz pulse light L4, the sample 1 held by the sample holder 45 (see FIGS. 2 and 3; omitted in FIG. 1) that holds the sample 1 so that the lower surface becomes a horizontal plane. A measurement site (predetermined minute region) on the lower surface is arranged. In addition, when not obtaining local information of the sample 1 but obtaining, for example, average information of a relatively wide area of the sample 1 or obtaining a two-dimensional distribution of each local information at once, the terahertz pulse You may make it irradiate the comparatively wide area | region of the lower surface of the sample 1 without condensing the light L4 locally.
[0031]
Here, the sample holder 45 will be described with reference to FIGS. The sample holder 45 is configured as a mounting table fixed to the housing 3 such that the upper surface serving as the sample holding surface is a horizontal plane. An opening 45 a is formed near the center of the sample holder 45. The opening 45a is a window through which the terahertz pulse light that is incident on the measurement site (predetermined region) on the lower surface of the sample 1 held by being placed on the upper surface of the sample holder 45 and is reflected by the measurement site is passed. Has become a department. According to the sample holder 45, the sample 1 is held by gravity simply by placing the sample 1 on the upper surface. However, in the present invention, the sample holder 45 is not limited to such a configuration. The sample holder 45 may be configured to hold a desired sample (object) 1, and for example, a well-known sample holder using a clip may be used.
[0032]
Referring to FIGS. 1 and 2 again, the terahertz pulse light L5 reflected by the measurement site on the lower surface of the sample 1 is reflected by the plane mirror 46 through the window 44, and parallel light through the curved mirror 47 such as a parabolic mirror. Then, the light is condensed on a photoconductive antenna 37 by a curved mirror 48 such as a parabolic mirror, and the electric field strength is detected by the photoconductive antenna 37 and converted into a current signal. The optical axis of the terahertz pulse light L5 is lowered between the condensing position and the plane mirror 46 by setting the direction of the plane mirror 46 as shown in the figure, but the optical conductivity with the plane mirror 46 is reduced. The antenna 37 is in a horizontal plane.
[0033]
When the plane mirror 8 is at the position indicated by the solid line in FIG. 1, the current signal obtained by the photoconductive antenna 37 is not changed even if the changeover switch 50 (the contact of the limit switch 19 is used as it is). The current is selectively input to the current-voltage converter 51. Therefore, the current signal obtained by the photoconductive antenna 37 is converted into a voltage signal by the current-voltage converter 51 and then locked in synchronization with the reference signal from the bias voltage application unit 56 by the lock-in amplifier 52. In detected. The output signal of the lock-in amplifier 52 is A / D converted by the A / D converter 53 as a detection signal of the electric field intensity of the terahertz light reflected by the sample 1, and this is supplied to the control / arithmetic processing unit 54 composed of a computer or the like. Is done.
[0034]
The repetition period of the femtosecond pulsed light L1 emitted from the femtosecond pulsed laser 4 is on the order of several kHz to 100 MHz. Therefore, the terahertz pulsed light L4 emitted from the photoconductive antenna 26 is also emitted repeatedly in the order of several kHz to 100 MHz. In the present embodiment, utilizing the fact that the terahertz pulse light L5 having the same waveform repeatedly arrives, a time delay is provided between the pump pulse light L2 and the probe pulse light L3 to measure the waveform of the terahertz pulse light L5. The so-called pump-probe method is employed. That is, by delaying the timing for operating the photoconductive antenna 37 as the terahertz light detector by the time τ with respect to the pump pulse light L2 that operates the photoconductive antenna 26 as the terahertz light generator, the time is delayed by the time τ. The electric field strength of the terahertz pulse light L5 at the time can be measured by the photoconductive antenna 37. In other words, the probe pulse light L3 is gated on the photoconductive antenna 37. Further, gradually moving the movable mirror 32 is nothing other than gradually changing the delay time τ. The terahertz pulse light is obtained by sequentially obtaining, as an electric signal, the electric field intensity at each delay time τ of the terahertz pulse light L5 that repeatedly arrives while shifting the timing at which the gate is moved by the optical path length variable moving mechanism 38. The time series waveform E (τ) of the electric field strength of L5 can be measured.
[0035]
In the present embodiment, when measuring the time-series waveform E (τ) of the electric field intensity of the terahertz pulse light L5, the control / arithmetic processing unit 54 gives a control signal to the moving mechanism 38 to gradually increase the delay time τ. While changing, the data from the A / D converter 53 is sequentially stored in a memory (not shown) in the control / arithmetic processing unit 54. Thereby, finally, the entire data indicating the time-series waveform E (τ) of the electric field intensity of the terahertz pulse light L5 is stored in the memory. The control / arithmetic processing unit 54 receives the signal of the limit switch 19 as a switching state signal, and when the plane mirror 8 is at the position indicated by the solid line in FIG. 1, in order to realize the above-described pump-probe method, As described above, the movable mirror 32 is moved leftward in FIG.
[0036]
Data indicating such a time-series waveform E (τ) is obtained when a reference sample (for example, a member having a known refractive index, such as a metal mirror) is placed on the sample holder 45 as the sample 1 and an observation sample. Obtained when a wafer (for example, a wafer) is placed. Based on these data, the control / arithmetic processing unit 54 obtains desired characteristics (information) of the observation sample and displays them on the display unit 55 such as a CRT. For example, the control / arithmetic processing unit 54 obtains the complex dielectric constant of the observation sample a by a known calculation and displays it on the display unit 55. However, for example, it is also possible to obtain data indicating the time series waveform E (τ) only for the observation sample and obtain the spectral information by Fourier transforming the time series waveform. In this case, the measuring device using the terahertz light is a spectroscopic device.
[0037]
Next, the case where the plane mirror 8 is at the position indicated by the broken line in FIG. 1 will be described. In this case, transmission measurement is performed, and the femtosecond pulsed light L1 follows the thin one-dot chain optical path in FIG. The femtosecond pulsed light L1 is divided into two by the beam splitter 7 to become pump pulsed light L6 and probe pulsed light L7, respectively.
[0038]
The pump pulse light L6 is incident on a photoconductive antenna 66 such as a dipole antenna as a terahertz light generator through the plane mirrors 61 and 62, a window 63 described later, the plane mirror 64, and the condenser lens 65. It goes without saying that other terahertz light generators such as electro-optic crystals may be used in place of the photoconductive antenna 66. When the plane mirror 8 is at the position indicated by the broken line in FIG. 1, the bias voltage from the bias voltage application unit 56 is selectively applied to the photoconductive antenna 66 by the changeover switch 57 interlocking with the limit switch 19. The The photoconductive antenna 66 is excited by the incidence of the pump pulse light L6 in a state where a bias voltage is applied, and generates the terahertz pulse light L8.
[0039]
On the other hand, the probe pulse light L7 includes plane mirrors 67 to 70, a movable mirror (parallel folding mirror) 71 formed by combining two or three plane mirrors as an optical element for changing the optical path length, a plane mirror 72, a window 73 described later, The light is guided through a plane mirror 74 and a condenser lens 75 to a photoconductive antenna 76 such as a dipole antenna as a terahertz photodetector. It goes without saying that other terahertz photodetectors such as electro-optic crystals may be used in place of the photoconductive antenna 76.
[0040]
The movable mirror 71 arranged on the optical path of the probe pulse light L2 can be moved in the left-right direction in FIG. 1 by the optical path length varying moving mechanism 38 described above. The movable mirror 71 is fixed to the movable portion 38 a of the moving mechanism 38 via the attachment member 77. Depending on the amount of movement of the movable mirror 71, the optical path length of the probe pulse light L7 changes. That is, in this embodiment, the movable mirror 71 and the optical path length variable moving mechanism 38 can change the optical path length of the probe pulse light L7 relative to the optical path length of the pump pulse light L6. An optical path length variable portion is configured. As described above, not only the movable mirror 32 but also the movable mirror 71 is fixed to the movable portion of the optical path length varying moving mechanism 38. In other words, in the present embodiment, the first and second optical path length variable units share one optical path length variable moving mechanism 38. The second optical path length variable unit is also provided for the same reason as the second optical path length variable unit. In the present embodiment, a time series waveform of terahertz pulse light at the time of transmission measurement is obtained by moving the movable mirror 71 from the substantially central position of the stroke of the moving mechanism 38 to the right in FIG. Can get to. Although the time-series waveform acquisition order is reversed, the movable mirror 32 may be moved to the left in FIG.
[0041]
The terahertz pulse light L8 generated from the photoconductive antenna 66 is converted into parallel light through a curved mirror 78 such as a parabolic mirror, and then condensed through a curved mirror 79 such as a parabolic mirror and a window 80 described later. Focused on the position. At the condensing position of the terahertz pulse light L8, the lower surface of the sample 2 held so that both surfaces thereof are vertical by a sample holder 81 (see FIG. 3, omitted in FIG. 1) that is a holder for holding the sample 2 A measurement site (predetermined minute region) is arranged. In addition, when not obtaining local information of the sample 2 but obtaining, for example, average information of a relatively wide area of the sample 2 or obtaining a two-dimensional distribution of each local information at once, the terahertz pulse You may make it irradiate the comparatively wide area | region of the surface of the sample 2 without condensing the light L8 locally. The sample holder 81 will be described later.
[0042]
The terahertz pulse light L9 transmitted through the sample 2 is converted into parallel light by a curved mirror 83 such as a parabolic mirror through a window 82 described later, and then the photoconductive antenna 76 by the curved mirror 84 such as a parabolic mirror. The electric field strength is detected by the photoconductive antenna 76 and converted into a current signal. The optical axes of the terahertz pulse lights L8 and L9 are all in the horizontal plane.
[0043]
When the plane mirror 8 is at the position indicated by the broken line in FIG. 1, the current signal obtained by the photoconductive antenna 76 is selectively transmitted to the current-voltage converter 51 by the changeover switch 50 linked to the limit switch 19. Is input. Therefore, the current signal obtained by the photoconductive antenna 76 is converted into a voltage signal by the current-voltage converter 51 and then the bias voltage application unit 56 by the lock-in amplifier 52 as in the case of the reflection measurement described above. The lock-in is detected in synchronism with the reference signal. The output signal of the lock-in amplifier 52 is A / D converted by the A / D converter 53 as a detection signal of the electric field intensity of the terahertz light transmitted through the sample 2, and this is supplied to the control / arithmetic processing unit 54 composed of a computer or the like. Is done.
[0044]
In the present embodiment, the pump-probe method is employed in the same manner as in the case of the reflection measurement described above by utilizing the fact that the terahertz pulse light L9 having the same waveform arrives repeatedly. That is, with respect to the pump pulse light L6 that operates the photoconductive antenna 66 as the terahertz light generator, the timing for operating the photoconductive antenna 76 as the terahertz light detector is delayed by time τ, thereby being delayed by time τ. The electric field strength of the terahertz pulse light L9 at the time can be measured by the photoconductive antenna 76. In other words, the probe pulsed light L 7 is gated on the photoconductive antenna 76. Further, gradually moving the movable mirror 71 is nothing other than gradually changing the delay time τ. The terahertz pulse is obtained by sequentially obtaining, as an electrical signal, the electric field intensity at each delay time τ of the terahertz pulse light L9 that repeatedly arrives while shifting the timing at which the gate is moved by the optical path length variable moving mechanism 38. The time series waveform E (τ) of the electric field intensity of the light L9 can be measured.
[0045]
In the present embodiment, also in the case of this transmission measurement, as in the case of the reflection measurement described above, when measuring the time series waveform E (τ) of the electric field intensity of the terahertz pulse light L9, the control / arithmetic processing unit 54 A control signal is given to the moving mechanism 38, and the data from the A / D converter 53 is sequentially stored in a memory (not shown) in the control / arithmetic processing unit 54 while gradually changing the delay time τ. As a result, the entire data indicating the time-series waveform E (τ) of the electric field strength of the terahertz pulse light is finally stored in the memory. The control / arithmetic processing unit 54 receives the signal of the limit switch 19 as a switching state signal, and when the plane mirror 8 is at the position indicated by the broken line in FIG. In this manner, the movable mirror 71 is moved in the right direction in FIG.
[0046]
Data indicating such a time series waveform E (τ) is acquired for the case where the sample 2 is placed at the condensing position of the terahertz pulse light L8 and the case where it is not placed. Based on these data, the control / arithmetic processing unit 54 obtains a desired characteristic (information) of the sample 2 and displays it on the display unit 55 such as a CRT. For example, the control / arithmetic processing unit 54 obtains the complex dielectric constant of the sample 2 by a known calculation and displays it on the display unit 55. However, for example, data indicating the time series waveform E (τ) for the sample 2 may be obtained, and spectral information may be obtained simply by Fourier transforming the time series waveform. In this case, the measuring device using the terahertz light is a spectroscopic device.
[0047]
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the reflection measuring optical element is constituted by the elements 4, 6, 21 to 23, 25, 26, 41 to 43, 46 to 48, 31 to 33, 35 to 38 described above. The system is configured. The transmission measuring optical system is constituted by the elements 4, 7, 61, 62, 64-72, 74-76, 78, 79, 83, 84 described above. Thus, the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system share one femtosecond pulse laser 4.
[0048]
Here, paying attention to the arrangement of the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system, in this embodiment, the optical path lengths of the terahertz pulse lights L4 and L5 in the reflection measurement optical system and the terahertz pulse lights L8, L8 in the transmission measurement optical system. The optical path length of L9 is different. This is because, in the transmission measurement optical system, the sample 2 is placed without installing a plane mirror between the curved mirror 79 and the curved mirror 83, whereas in the reflection measurement optical system, it is between the curved mirror 42 and the curved mirror 47. This is because the flat mirrors 43 and 46 are placed on the sample 1 and the sample 1 is placed and reflected by the sample 1. That is, in the transmission measurement optical system, the sample 2 is positioned on the horizontal optical axes of the terahertz pulse lights L8 and L9 at the time of measurement, whereas in the reflection measurement optical system, the sample is positioned on the horizontal optical axes of the terahertz pulse lights L4 and L5. This is because it is difficult to install 2. In the present embodiment, the femtosecond pulse laser 4 to the photoconductive antennas 26, 37, 66, and 76 according to the difference in optical path length of the terahertz pulse light between the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system. The optical path length to each of these is set appropriately.
[0049]
As shown in FIG. 1, the terahertz optical system from the photoconductive antenna 26 to the photoconductive antenna 37 in the reflection measurement optical system, and the elements 25, 35, and 36 are attached to a mounting base 91 such as one surface plate (FIG. 2). Also see). As shown in FIG. 1, the terahertz optical system from the photoconductive antenna 66 to the photoconductive antenna 76 and the elements 64, 65, 74, and 75 in the transmission measurement optical system are mounted separately from the mounting base 91. It is mounted on a base 92 (see also FIG. 2). In FIG. 1 and FIG. 2, illustration of a mounting member for mounting each element on the mounting bases 91 and 92 is omitted.
[0050]
As shown in FIG. 1, a single chamber 100 that can be evacuated is formed in the housing 3. In FIG. 1, reference numerals 101 and 102 denote wall portions of the chamber, and an area in the chamber 100 is between a line indicating the wall portion 101 and a line indicating the wall portion 102. Although not shown in the drawings, the wall portion 101 has a connection port that can be connected to a vacuum pump (not shown) or the like so that the chamber 100 can be evacuated or purged by the vacuum pump or the like. It has become. A region outside the chamber 100 in the region inside the housing 3 is an atmospheric region. As can be understood from FIG. 3, a part of the member forming the housing 3 and a part of the member forming the chamber 100 are shared.
[0051]
As shown in FIG. 1, the mounting bases 91 and 92 and the elements mounted on them are accommodated in a chamber 100. It is accommodated in the chamber 100. The attachment bases 91 and 92 are detachably attached to the housing 3 with screws or the like. On the other hand, among the elements accommodated in the housing 3, elements that are not mounted on the attachment bases 91 and 92 are disposed in the atmospheric region outside the chamber 100.
[0052]
As shown in FIG. 1, the windows 24, 34, 63 and 73 are provided on the wall portion 101, but do not face the outside of the housing 3. As shown in FIG. 2, the window 44 is provided on the wall portion 101 and faces the outside of the housing 3. As shown in FIG. 1, a recess 110 is formed in the upper portion of the housing 3 so as to open upward from the outside. The wall portion of the recess 110 is constituted by the wall portion 102 of the chamber 100, and the recess 110 is recessed from the outside of the chamber 100. In FIG. 1, a region surrounded by a line indicating the wall portion 102 is a region in the recess 110 and is an atmospheric region. As shown in FIGS. 1 and 3, the windows 80 and 82 are provided on the wall portion 102 so as to face each other with the recess 110 interposed therebetween. Accordingly, the windows 80 and 82 face the outside of the housing 3.
[0053]
Examples of the material constituting the window 24, 34, 63, 73, 44, 80, 82 include polyethylene, polystyrene, quartz, polymethylpentene, sapphire, Si, GaAs, Ge, MgO, polytetrafluoroethylene, and diamond. And so on. These materials are preferable because of their relatively high mechanical strength and transmittance of terahertz pulsed light.
[0054]
As shown in FIG. 3, the sample holder 81 is configured to be detachable from the recess 110. Specifically, in the present embodiment, the sample holder 81 is provided at the upper end of the holding plate 121, a leaf spring-like clip 122 that holds the sample 2 between the holding plate 121, and the holding plate 121. The engaging plate 123 is composed of an engaging plate 123 and a handle 124 provided on the upper portion of the engaging plate 123. The engaging plate 123 is adapted to engage with a step formed near the upper opening of the recess 110, and the holding plate 121 is inserted into the recess 110 to engage the engaging plate 123 with the step. The sample 2 held on the holding plate 121 is positioned at the focal position of the terahertz pulsed light L8 described above. An opening 121a is formed near the center of the holding plate 121 so as not to disturb the terahertz pulsed light L8.
[0055]
According to this embodiment, since the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system are provided, both the reflection measurement using the terahertz pulse light reflected by the sample and the transmission measurement using the terahertz pulse light transmitted through the sample are performed. Can be done. In the present embodiment, since the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system are accommodated in one housing 3, it is possible to reduce the cost of the entire apparatus and to occupy the occupied space as the entire apparatus. Can be suppressed.
[0056]
In this embodiment, since the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system share one femtosecond pulse laser 4, the femtosecond pulse laser is very expensive. Compared with the case where one optical system is provided for each optical system, the cost can be significantly reduced and the apparatus can be further downsized.
[0057]
Furthermore, in the present embodiment, since the first and second optical path length variable parts indispensable in the pump-probe method share one optical path length variable moving mechanism 38, a highly accurate moving mechanism is very Therefore, the cost can be remarkably reduced and the apparatus can be further downsized as compared with the case where the moving mechanism is provided in each optical path length variable portion.
[0058]
If a substance such as an extra molecule other than the object to be measured is present in the optical path of the terahertz pulse light, it is impossible to perform an accurate measurement or a desired measurement. On the other hand, in the present embodiment, the terahertz optical system in the reflection measurement optical system and the terahertz optical system in the transmission measurement optical system are accommodated in the vacuum-pullable chamber 100. Can be placed in a vacuum, or the chamber 100 can be purged (eg, the gas in the chamber 100 can be filled with a clean purge gas (eg, dry nitrogen)). For this reason, according to this Embodiment, it can measure in the state which removed the influence of the extra molecule | numerator etc., and can perform a highly accurate measurement and a desired measurement. When purging the inside of the chamber 100, the gas for purging may be continuously introduced into the chamber 100 from the outside and the gas may be continuously exhausted from the inside, or the inside of the chamber 100 may be purged after being evacuated once. The gas may be filled and kept in a sealed state.
[0059]
In this embodiment, the terahertz optical system in the reflection measurement optical system and the terahertz optical system in the transmission measurement optical system are housed in one chamber 100 instead of being housed in separate evacuable chambers. ing. Therefore, according to the present embodiment, the structure of the apparatus is simplified and the equipment and labor for evacuation and purging are simplified as compared with the case where the terahertz optical system of each measurement optical system is accommodated in separate chambers. Can be reduced.
[0060]
Although sharing of one femtosecond pulse laser 4 is realized by the optical path switching unit 5, in this embodiment, the optical path switching unit 5 includes a plane mirror 8 constituting an optical system in the atmospheric region outside the chamber 100. Therefore, even if a special structure is not employed, there is no possibility of causing leakage of vacuum or purge in the chamber 100. If the optical path switching is to be realized by the optical path switching unit using the optical element in the chamber 100, the optical element in the chamber 100 needs to be movable. However, it is structurally difficult to make the optical element movable without causing leakage in the chamber 100. Further, the provision of the windows 24, 34, 63, and 73 makes it possible to separate the optical system inside and outside the chamber 100, thereby realizing an arrangement in which the optical path switching unit 5 is placed outside the chamber 100. Has been. Further, since the windows 24, 34, 63, and 73 are provided, both the transmission measurement and the reflection measurement can be performed without breaking the chamber 100 in a vacuum, and the terahertz optical system adjusted with high accuracy is provided in the chamber. The state can be kept as it is within 100.
[0061]
In the present embodiment, since the optical path switching unit 5 is composed of a single plane mirror 8 and a moving mechanism 9 for moving the plane mirror 8, the structure is simple and the cost is not increased and the accuracy is high. Optical path switching can be realized. Furthermore, in the present embodiment, since the operation unit 10 of the optical path switching unit 5 is arranged so that it can be operated from the outside of the housing 3, the optical path switching operability, that is, switching between reflection measurement and transmission measurement is performed. The operability is good.
[0062]
Furthermore, in this embodiment, since the sample holder 45 is disposed outside the chamber 100 by using the window 44, the inside of the chamber 100 is vacuum broken or the like every time the sample 1 is replaced at the time of reflection measurement. Since the sample 1 can be easily replaced, a quick and stable measurement result can be obtained.
[0063]
Furthermore, in the present embodiment, since the sample holder 81 is disposed outside the chamber 100 by using the concave portion 110 and using the windows 80 and 82, every time the sample 2 is exchanged during the transmission measurement. Since the inside of the chamber 100 is not broken in vacuum and the sample 2 can be easily replaced, a quick and stable measurement result can be obtained. The same applies to a measuring apparatus using terahertz light constructed so as to perform only transmission measurement.
[0064]
Further, in the present embodiment, the terahertz optical system of the reflection measurement optical system and the terahertz optical system of the transmission measurement optical system are mounted on one mounting base 91 and 92, respectively. Since the terahertz optical system of the reflection measurement optical system and the terahertz optical system of the transmission measurement optical system are separately assembled and adjusted in advance, they are mounted on the casing. Therefore, the position of these terahertz optical systems can be adjusted with high accuracy, and the assembly / adjustment work can be facilitated. Further, when constructing an apparatus that performs only reflection measurement or an apparatus that performs only transmission measurement, the apparatus can be constructed by not providing the housing 3 with an attachment base on which the unnecessary optical system is mounted. Therefore, it is possible to share the parts block with such a single measuring apparatus and to share the assembling / adjusting work, and it is possible to realize a lower price.
[0065]
Further, in the present embodiment, by providing the changeover switch 57, one bias voltage application unit 56 is used for the photoconductive antenna 26 and the photoconductive antenna 66. Therefore, since only one bias voltage application unit 56 is required, the cost can be further reduced and the apparatus can be further downsized.
[0066]
Furthermore, in the present embodiment, by providing the changeover switch 50, one set of control / processing systems 51 to 55 is shared for both transmission measurement and reflection measurement. Accordingly, since only one set of control / processing system is required, the cost can be further reduced and the apparatus can be further downsized.
[0067]
[Second Embodiment]
[0068]
The optical path switching mechanism of the transmission measurement optical system and the reflection measurement optical system is not limited to the above-described embodiment, and FIG. 5 shows a second embodiment.
[0069]
As shown in FIG. 5, the optical path switching mechanism (member) includes a half mirror 200, a first light shielding shutter 201, and a second light shielding shutter 202 arranged in the optical path between the pulse laser 4 and the beam splitters 7 and 21. It is composed of Further, a measurement processing unit (not shown) is a microcomputer that controls the measurement sequence and analysis processing of reflection measurement and transmission measurement, and controls each circuit shown in the circuit block diagram of FIG. In this embodiment, each circuit shown in the circuit block diagram of FIG. 1 is provided for reflection measurement and transmission measurement, respectively.
[0070]
Specifically, if the first light shielding shutter 201 and the second light shielding shutter 202 are selectively inserted into and removed from the optical path after the femtosecond pulsed light L1 from the femtosecond pulse laser 4 is branched by the half mirror 200, Similar to the above-described embodiment, transmission measurement and reflection measurement are possible.
[0071]
The measurement processing unit controls the first light shielding shutter 201 to the light shielding state and controls the second light shielding shutter 202 to the transmission state, thereby guiding the femtosecond pulsed light L1 to the beam splitter 21 and pumping it to the reflection measurement optical system. The pulsed light L2 and the probe pulsed light L3 are guided, and reflection measurement using terahertz light is executed (first measurement mode).
[0072]
Conversely, the measurement processing unit controls the first light-shielding shutter 201 to the transmission state and the second light-shielding shutter 202 to the light-shielding state, thereby guiding the femtosecond pulsed light L1 to the beam splitter 7 and transmitting measurement optics. The pump pulse light L6 and the probe pulse light L7 are guided to the system, and transmission measurement using terahertz light is executed (second measurement mode).
[0073]
Further, the measurement processing unit controls the first light shielding shutter 201 to the transmission state and the second light shielding shutter 202 to the transmission state, thereby leading the femtosecond pulsed light L1 to the beam splitters 7 and 21, and The pump pulse light L2 and the probe pulse light L3 are guided to the reflection measurement optical system, and the pump pulse light L6 and the probe pulse light L7 are guided to the transmission measurement optical system, and the reflection measurement and the transmission measurement by the terahertz light are performed simultaneously. 3 measurement modes).
[0074]
Specifically, the first light shielding shutter 201 and the second light shielding shutter 202 are disposed between the femtosecond pulse laser 4 and the beam splitters 7 and 21 and are driven by drive motors 203 and 204. The switching operation of the optical path switching operation unit 10 can take three positions from the first measurement mode to the third measurement mode. The drive motors 203 and 204 are driven by control signals corresponding to the first measurement mode to the third measurement mode in accordance with the switching operation of the optical path switching operation unit 10.
[0075]
As a modification of the second embodiment, the first and second light shielding shutters 201 and 202 and the drive motors 203 and 204 required in the second embodiment are required as described below. do not do.
[0076]
Specifically, as shown in FIG. 6, the mirror box 205 that holds the total reflection mirror 8 and the half mirror 200 as an optical path switching member has a plane that forms the optical path of the reflection measurement optical system and the transmission measurement optical system. It is configured to be movable in the vertical direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 5).
[0077]
The mirror box 205 is manually operated by an optical path switching operation member or automatically driven by a drive motor (not shown) in accordance with a mode switching control signal.
[0078]
As shown in FIG. 6, when the total reflection mirror 8 of the mirror box 205 is out of the optical path of the femtosecond pulsed light L1, measurement by the transmission measurement optical system is performed (second measurement mode).
[0079]
Further, when the total reflection mirror 8 is inserted into the optical path of the femtosecond pulsed light L1, measurement by the reflection measurement optical system is performed (first measurement mode).
[0080]
Further, when the half mirror 200 is inserted into the optical path of the femtosecond pulsed light L1, both measurements by the transmission and reflection measurement optical systems are performed (third measurement mode).
[0081]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
[0082]
For example, the above embodiment is an example in which the present invention is applied to a measuring device for complex dielectric constant using terahertz light, but the present invention uses various other terahertz light using terahertz light. It can be applied to a measuring device.
[0083]
Moreover, in the said embodiment, instead of using the photoconductive antennas 26 and 66 as each terahertz light generator, you may use an electro-optic crystal, respectively. Further, instead of using the photoconductive antennas 37 and 76 as each terahertz photodetector, an electro-optic crystal may be used. In this case, for example, the terahertz pulse lights L4 and L8 irradiate the two-dimensional regions of the samples 1 and 2, respectively, and the terahertz pulse lights L5 and L9 irradiate the two-dimensional regions of the electro-optic crystals, Polarizing light with a polarizer to irradiate the two-dimensional region of each electro-optic crystal, and detecting the probe pulse light that has passed through each electro-optic crystal with an analyzer and then receiving it with each CCD camera. Good. In this case, an image corresponding to the sample reflection image of the terahertz pulse light can be obtained by one CCD camera, and an image corresponding to the sample transmission image of the terahertz pulse light can be obtained by the other CCD camera. At this time, the CCD camera may be disposed in the atmospheric region. Thus, the present invention can also be applied to an imaging apparatus. In this case, a single CCD camera is used, and using the same optical path switching unit as the optical path switching unit 5, the probe pulse light passing through one electro-optic crystal and analyzed by the analyzer, and the other electrical It is also possible to switch the probe pulse light that passes through the optical crystal and is analyzed by the analyzer so as to enter the CCD camera. When the pump-probe method is not used as in the imaging device described above, the first and second optical path length variable units described above are not necessarily required.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a measurement apparatus using terahertz light that can perform both transmission measurement and reflection measurement, and can reduce cost and occupied space. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a measuring apparatus using terahertz light according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view taken along arrow A in FIG.
3 is an external view showing a housing and the like housing the transmission measurement optical system and the reflection measurement optical system of the measurement apparatus using the terahertz light shown in FIG. 1;
4 is a schematic perspective view showing the vicinity of a portion B in FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram schematically showing a part of a measuring apparatus using terahertz light according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a main part of a modification of the measuring apparatus using terahertz light according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2 sample (object)
3 Case
4 Femtosecond pulse laser (pulse light generator)
5 Optical path switching part
8 Plane mirror (optical element for optical path switching)
9 Optical path switching mechanism
10 Optical path switching operation section
26,66 photoconductive antenna (terahertz light generator)
32, 71 Movable mirror (optical element for variable optical path length)
37,76 Photoconductive antenna (terahertz photodetector)
38 Moving mechanism for variable optical path length
45, 81 Sample holder
100 Vacuumable chamber
101, 102 Wall part of chamber that can be evacuated
91,92 Mounting base
24, 34, 44, 63, 73, 80, 82 Windows

Claims

One pulse light generator for generating laser pulse light;
A transmission measuring optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light transmitted through the target;
A reflection measurement optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light reflected by the target;
An optical path switching member that switches an optical path of the laser pulse light from the pulse light generation section and supplies the laser pulse light to either the transmission measurement optical system or the reflection measurement optical system;
For the transmission measuring optical system, the laser pulse light from the pulse light generator is branched into a pump pulse light for exciting the terahertz pulse light and a probe pulse light for determining the detection timing of the terahertz pulse light, and the Two beam splitters for reflection measurement optics,
The optical path switching member is disposed in an optical path between the pulsed light generation unit and the two beam splitters,
The transmission measurement optical system includes: a first terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a first terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; The optical path length of the optical path of the pump pulse light reaching the first terahertz light generator and the optical path length of the optical path of the probe pulse light reaching the first terahertz light detector can be changed relatively. A first optical path length variable portion to be
The reflection measurement optical system includes: a second terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a second terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; The optical path length of the optical path of the pump pulse light reaching the second terahertz light generator and the optical path length of the optical path of the probe pulse light reaching the second terahertz light detector can be changed relatively. A second optical path length variable portion to be
The first and second optical path length variable units share one optical path length variable moving mechanism,
The first optical path length variable section includes a first optical path length variable optical element fixed to a movable section of the optical path length variable moving mechanism,
It said second optical path length varying unit, measuring apparatus using the features and to ruthenate Raherutsu light having a second optical path length varying optical element which is fixed to the movable portion.

One pulse light generator for generating laser pulse light;
A transmission measuring optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light transmitted through the target;
A reflection measurement optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light reflected by the target;
An optical path switching member that switches an optical path of the laser pulse light from the pulse light generation section and supplies the laser pulse light to either the transmission measurement optical system or the reflection measurement optical system;
For the transmission measuring optical system, the laser pulse light from the pulse light generator is branched into a pump pulse light for exciting the terahertz pulse light and a probe pulse light for determining the detection timing of the terahertz pulse light, and the Two beam splitters for reflection measurement optics,
The optical path switching member is disposed in an optical path between the pulsed light generation unit and the two beam splitters,
The transmission measurement optical system includes: a first terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a first terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; Have
The reflection measurement optical system includes: a second terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a second terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; Have
One chamber that can be evacuated is formed in the housing,
The terahertz optical system from the first terahertz light generator to the first terahertz light detector in the transmission measurement optical system, and the second terahertz light generator in the reflection measurement optical system from the second terahertz light generator. A terahertz optical system up to the terahertz photodetector is disposed in the chamber,
First and second windows for passing pump pulse light respectively incident on the first and second terahertz light generators, and probe pulses incident on the first and second terahertz light detectors Third and fourth windows for allowing light to pass therethrough are provided on the wall of the chamber,
A fifth window for allowing the terahertz pulse light to be incident on the object to be measured for transmission and a sixth window for allowing the terahertz pulse light transmitted through the object to pass therethrough are provided in the wall of the chamber.
Seventh window of passing the terahertz pulse light reflected by the terahertz pulse light and the object to be incident on the object of reflection measurements, characterized in that provided in the wall of the chamber and to Rute Raherutsu light Measuring device using.

A first holder for holding an object to be measured for transmission is provided, and a concave portion recessed from the outside of the chamber is formed in the wall portion of the chamber, and the fifth and sixth windows define a space in the concave portion. 3. The measuring apparatus using terahertz light according to claim 2, wherein the measuring apparatus is disposed so as to be opposed to each other, and the first holder is configured to be detachable from the concave portion.

One pulse light generator for generating laser pulse light;
A transmission measuring optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light transmitted through the target;
A reflection measurement optical system for irradiating a target with terahertz pulse light excited by the laser pulse light and detecting the terahertz pulse light reflected by the target;
An optical path switching member that switches an optical path of the laser pulse light from the pulse light generation section and supplies the laser pulse light to either the transmission measurement optical system or the reflection measurement optical system;
For the transmission measuring optical system, the laser pulse light from the pulse light generator is branched into a pump pulse light for exciting the terahertz pulse light and a probe pulse light for determining the detection timing of the terahertz pulse light, and the Two beam splitters for reflection measurement optics,
The optical path switching member is disposed in an optical path between the pulsed light generation unit and the two beam splitters,
The transmission measurement optical system includes: a first terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a first terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; Have
The reflection measurement optical system includes: a second terahertz light generator that generates terahertz pulse light using incident pump pulse light; and a second terahertz light detector that detects terahertz pulse light using incident probe pulse light; Have
One chamber that can be evacuated is formed in the housing,
The terahertz optical system from the first terahertz light generator to the first terahertz light detector in the transmission measurement optical system, and the second terahertz light generator in the reflection measurement optical system from the second terahertz light generator. A terahertz optical system up to the terahertz photodetector is disposed in the chamber,
First and second windows for passing pump pulse light respectively incident on the first and second terahertz light generators, and probe pulses incident on the first and second terahertz light detectors Third and fourth windows for allowing light to pass therethrough are provided on the wall of the chamber,
Reflection measurements provided with a second holder for holding an object to perform the measurement apparatus using the features and to ruthenate Raherutsu light that the second holder is arranged outside the chamber.