JP4654996B2 - Terahertz wave response measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、テラヘルツ(THz)波を用いた分光分析装置や透視装置などに利用可能なテラヘルツ波応答測定装置に関する。   The present invention relates to a terahertz wave response measuring apparatus that can be used in a spectroscopic analysis apparatus, a fluoroscopic apparatus, and the like using a terahertz (THz) wave.

従来より、テラヘルツ波を利用した分析方法として、1p秒未満のパルス幅と数十MHzの繰り返し周波数を持ついわゆるフェムト秒レーザを用いたテラヘルツ時間領域分光法(THz−TDS)が広く知られており(特許文献1、非特許文献1、2など参照)、さらに、この方法を利用した装置も既に製品化されている(非特許文献4など参照)。また、フェムト秒レーザ光源は高価であることから、主に低コスト化を狙って、テラヘルツ波を発生するためにフェムト秒レーザではなくマルチモードレーザを使用してテラヘルツ時間領域分光法と同様の分析を行うような試みも行われている(非特許文献3など参照)。以下、説明の便宜上、テラヘルツ時間領域分光法を利用した装置について説明する。   Conventionally, as an analysis method using terahertz waves, terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) using a so-called femtosecond laser having a pulse width of less than 1 psec and a repetition frequency of several tens of MHz has been widely known. (See Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2, etc.) Furthermore, devices using this method have already been commercialized (see Non-Patent Document 4 and the like). In addition, because femtosecond laser light sources are expensive, the same analysis as terahertz time-domain spectroscopy using multimode lasers instead of femtosecond lasers to generate terahertz waves mainly aimed at lowering costs Attempts have also been made (see Non-Patent Document 3, etc.). Hereinafter, for convenience of explanation, an apparatus using terahertz time domain spectroscopy will be described.

図4及び図5はそれぞれテラヘルツ時間領域分光法を利用した従来の分析装置の要部の構成図であり、図4はいわゆるステップスキャン方式によるもの、図5はいわゆるラピッドスキャン方式によるものである。また図6及び図7はそれぞれ図4及び図5の分析装置の動作を説明するための図である。まず図4及び図6に基づいて、ステップスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の構成と動作を説明する。   4 and 5 are configuration diagrams of a main part of a conventional analyzer using terahertz time-domain spectroscopy. FIG. 4 is based on a so-called step scan method, and FIG. 5 is based on a so-called rapid scan method. FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the operation of the analyzers of FIGS. 4 and 5, respectively. First, based on FIG.4 and FIG.6, the structure and operation | movement of a terahertz time domain spectroscopic analyzer of a step scan system are demonstrated.

レーザ光源1はフェムト秒レーザ光を出射し、このレーザ光はビームスプリッタ2により2つのレーザ光、即ちポンプ(励起)光3とプローブ光4とに分岐され、ポンプ光3は反射鏡5で反射されて光路長走査部6に導入される。光路長走査部6はモータ等を含む駆動機構7により移動鏡6aの位置が機械的に走査されることで光路長が変化する構成となっており、その光路長の変化を受けたレーザ光(ポンプ光3)は反射鏡5で反射されて送信部9に送り込まれる。送信部9はフェムト秒レーザ光により励起されてテラヘルツ波を発生する発生源であり、非特許文献1、2などに記載されているように、例えば半導体光伝導アンテナを利用する方法、非線形光学結晶を利用する方法など、様々な方法を用いることができる。   The laser light source 1 emits femtosecond laser light, which is split by the beam splitter 2 into two laser light, that is, pump (excitation) light 3 and probe light 4, and the pump light 3 is reflected by the reflecting mirror 5. And introduced into the optical path length scanning unit 6. The optical path length scanning unit 6 has a configuration in which the optical path length is changed by mechanically scanning the position of the movable mirror 6a by a drive mechanism 7 including a motor or the like. The pump light 3) is reflected by the reflecting mirror 5 and sent to the transmitter 9. The transmitter 9 is a source that generates terahertz waves when excited by femtosecond laser light. As described in Non-Patent Documents 1 and 2, for example, a method using a semiconductor photoconductive antenna, a nonlinear optical crystal Various methods such as a method of using can be used.

送信部9から出射されたテラヘルツ波10は放物面鏡などにより構成されるテラヘルツ波光学系11を経て試料Sに照射され、試料Sを透過したテラヘルツ波10’はテラヘルツ波光学系11を経て受信部12に案内される。一方、ビームスプリッタ2で分岐されたプローブ光4は反射鏡13、及び光路長固定の光路長調整部14を経て受信部12に到達する。受信部12はテラヘルツ波10’とフェムト秒レーザ光(プローブ光4)とをそれぞれ受け、該テラヘルツ光10’の電界とプローブ光4の強度の積の時間積分を検出してアナログ検出信号として出力する。具体的には、非特許文献1、2などに記載されているように、光伝導アンテナを利用する方法、電気光学効果サンプリング法によるものなど、様々な方法を用いて上記のような検出信号を生成することができる。   The terahertz wave 10 emitted from the transmission unit 9 is irradiated to the sample S through a terahertz wave optical system 11 configured by a parabolic mirror, and the terahertz wave 10 ′ transmitted through the sample S passes through the terahertz wave optical system 11. Guided to the receiver 12. On the other hand, the probe light 4 branched by the beam splitter 2 reaches the receiving unit 12 through the reflecting mirror 13 and the optical path length adjusting unit 14 having a fixed optical path length. The receiving unit 12 receives the terahertz wave 10 ′ and the femtosecond laser light (probe light 4), detects the time integral of the product of the electric field of the terahertz light 10 ′ and the intensity of the probe light 4, and outputs it as an analog detection signal. To do. Specifically, as described in Non-Patent Documents 1 and 2 and the like, the detection signal as described above is generated using various methods such as a method using a photoconductive antenna and an electro-optic effect sampling method. Can be generated.

テラヘルツ時間領域分光法は、テラヘルツ波の瞬時電界に対応する受信部12の検出信号をテラヘルツ波の伝搬時間に対応する光学遅延距離(光路長の変位量)の関数としてサンプリングする方法であるので、サンプリングの各タイミングにおいて光路長走査部6の光学距離の変位の正確な情報が得られることが必要である。また制御/処理部23において後に行うテラヘルツ波電界の時間変化をフーリエ変換して周波数スペクトルを得る演算処理では、光路長走査部6の光学距離の一定変位間隔毎にサンプリングされた受信部12の検出信号(測定データ)が必要とされる。   Terahertz time domain spectroscopy is a method of sampling the detection signal of the receiver 12 corresponding to the instantaneous electric field of the terahertz wave as a function of the optical delay distance (the amount of displacement of the optical path length) corresponding to the propagation time of the terahertz wave. It is necessary to obtain accurate information on the displacement of the optical distance of the optical path length scanning unit 6 at each sampling timing. Further, in the arithmetic processing for obtaining a frequency spectrum by performing Fourier transform on the time change of the terahertz wave electric field performed later in the control / processing unit 23, detection of the receiving unit 12 sampled at every constant displacement interval of the optical distance of the optical path length scanning unit 6. A signal (measurement data) is required.

このような測定データを得るために、ステップスキャン方式では、光路長走査部6の移動鏡6aはかなり遅い速度で(通常1秒以上の時間を掛けて)走査される。即ち、制御/処理部23はそうした走査のための制御信号をサーボ機構30に送ると、サーボ機構30は変位計31により移動鏡6aの変位量や位置を示す変位信号32をモニタし、目標変位量と実際の変位量との誤差がゼロになるように閉ループ制御により駆動機構7の動作を制御する。例えば図6(a)に示すように、光路長の最大可変範囲Lを走査範囲として、一定距離ずつステップ状に光路長が変化するように光路長走査部6は駆動される。即ち、移動鏡6aは所定距離だけ移動し、その位置に一時的に停止される、という動作を繰り返す。全体として、移動鏡6aの走査はゆっくりであるが、停止時の各位置は高精度に制御される。   In order to obtain such measurement data, in the step scan method, the movable mirror 6a of the optical path length scanning unit 6 is scanned at a considerably slow speed (usually taking a time of 1 second or more). That is, when the control / processing unit 23 sends a control signal for such scanning to the servo mechanism 30, the servo mechanism 30 monitors the displacement signal 32 indicating the displacement amount and position of the movable mirror 6a by the displacement meter 31, and the target displacement. The operation of the drive mechanism 7 is controlled by closed loop control so that the error between the amount and the actual displacement amount becomes zero. For example, as shown in FIG. 6A, the optical path length scanning unit 6 is driven so that the optical path length changes stepwise by a certain distance using the maximum variable range L of the optical path length as the scanning range. That is, the movement of the movable mirror 6a moving by a predetermined distance and temporarily stopped at that position is repeated. As a whole, the scanning of the movable mirror 6a is slow, but each position when stopped is controlled with high accuracy.

上記のように1回の走査の中で各位置に移動鏡6aが移動する毎に、制御/処理部23はサンプリングパルス信号33をサンプル/ホールド(S/H)回路20及び積算回路34に送る。積算回路34はサンプリングパルス信号33のパルス間隔の間で受信部12から出力されるアナログ検出信号を積算するアンプであり、サンプル/ホールド回路20はこの積算されたアナログ値をサンプリングする。この場合、1回の走査時間が比較的長く、走査範囲内の各位置における移動鏡6aの停止時間も長いので、積算回路34では受信部12から出力されるアナログ検出信号を十分に積算することでSN比を向上させ、これをサンプリングしてA/D変換部21によりデジタル値に変換することができる。そして、このデジタル値に変換した測定データを制御/処理部23に送り、フーリエ変換等の演算処理に供する。   As described above, every time the movable mirror 6a moves to each position in one scan, the control / processing unit 23 sends the sampling pulse signal 33 to the sample / hold (S / H) circuit 20 and the integrating circuit 34. . The integrating circuit 34 is an amplifier that integrates the analog detection signal output from the receiving unit 12 during the pulse interval of the sampling pulse signal 33, and the sample / hold circuit 20 samples the integrated analog value. In this case, since one scanning time is relatively long and the stop time of the movable mirror 6a at each position within the scanning range is also long, the integration circuit 34 fully integrates the analog detection signals output from the receiving unit 12. Thus, the S / N ratio can be improved, and this can be sampled and converted into a digital value by the A / D converter 21. Then, the measurement data converted into the digital value is sent to the control / processing unit 23 and used for arithmetic processing such as Fourier transform.

上述のようにスキャンステップ方式では、光路長を1回走査する際の各位置において受信部12の検出信号が積算平均されることになるため、これによりSN比を高めることができる。しかしながら、1回の走査時間が長いとフェムト秒レーザの1秒以上の長い時間オーダーでの強度の揺らぎの影響を受け易く、例えば走査前半の位置と走査後半の位置とでは送信部9から出射されるテラヘルツ波の放射電界強度が相違するおそれがある。そのため、試料Sに対するテラヘルツ波応答の周波数スペクトル形状が歪みやすいという欠点がある。   As described above, in the scan step method, since the detection signals of the receiving unit 12 are integrated and averaged at each position when the optical path length is scanned once, the SN ratio can be increased thereby. However, if one scanning time is long, the femtosecond laser is likely to be affected by intensity fluctuations in a long time order of 1 second or more. There is a possibility that the radiation field intensity of the terahertz wave differs. Therefore, there is a drawback that the frequency spectrum shape of the terahertz wave response to the sample S is easily distorted.

従来、上記ステップスキャン方式が主流であったが、上記欠点のため、最近は光路長走査部6を通常2Hz以上の繰返し周期で連続して走査し、複数回の走査で受信部12から出力される検出信号の積算平均をとる、いわゆるラピッドスキャン方式が主流になりつつある。図5及び図7に基づいて、ラピッドスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の構成と動作を説明する。図4に示したステップスキャン方式の装置と同じ構成要素には同一符号を付して説明を省略する。   Conventionally, the step scan method has been mainstream, but due to the above drawbacks, recently, the optical path length scanning unit 6 is normally continuously scanned with a repetition period of 2 Hz or more, and is output from the receiving unit 12 by a plurality of scans. The so-called rapid scan method, which takes an average of detected signals, is becoming mainstream. The configuration and operation of a rapid scan terahertz time domain spectroscopic analyzer will be described with reference to FIGS. The same components as those in the step scan type apparatus shown in FIG.

ラピッドスキャン方式ではステップスキャン方式に比べて光路長を高速に変化させるため、正確な位置制御を伴うステップ状の走査は困難であり、図7(a)に示すように、例えばおおよそ等速で移動鏡6aを繰り返し往復移動させるように制御/処理部23は駆動機構7を制御する。一方、制御/処理部23は、スキャンステップ方式のときに比べて遙かに短い一定時間間隔Δt2のサンプリングパルス信号33をサンプル/ホールド回路20に送り、このパルス信号に同期して受信部12による検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換するようにしている。また、変位計31により検出された、光路長走査部6での移動鏡6aの変位を示す変位信号32は制御/処理部23に入力されている。   In the rapid scan method, since the optical path length is changed at a higher speed than in the step scan method, it is difficult to perform step-like scanning with accurate position control. For example, as shown in FIG. The control / processing unit 23 controls the drive mechanism 7 so that the mirror 6a is repeatedly reciprocated. On the other hand, the control / processing unit 23 sends a sampling pulse signal 33 having a constant time interval Δt2 that is much shorter than that in the scan step method to the sample / hold circuit 20 and is synchronized with this pulse signal by the receiving unit 12. The detection signal is sampled and converted into a digital value. Further, a displacement signal 32 detected by the displacement meter 31 and indicating the displacement of the movable mirror 6 a in the optical path length scanning unit 6 is input to the control / processing unit 23.

ラピッドスキャン方式では、繰り返し走査により同一位置での測定データが多数回得られるから、各位置毎に複数の測定データの積算処理を行うことでSN比を改善することができる。また、フェムト秒レーザの強度に時間経過に伴い揺らぎがあっても、その影響は特定の位置に片寄らないため、そうした揺らぎの影響を受けにくいという利点がある。このようにフェムト秒レーザの揺らぎの影響を殆ど受けずに済むという点で、ラピッドスキャン方式はステップスキャン方式に優る。しかしながら、従来のラピッドスキャン方式では次のような問題がある。   In the rapid scan method, measurement data at the same position is obtained many times by repeated scanning, and therefore the SN ratio can be improved by performing a process of integrating a plurality of measurement data at each position. In addition, even if the intensity of the femtosecond laser fluctuates with time, the influence does not shift to a specific position, so that there is an advantage that the influence of such fluctuation is less likely. In this way, the rapid scan method is superior to the step scan method in that it is hardly affected by the fluctuation of the femtosecond laser. However, the conventional rapid scan method has the following problems.

即ち、サンプル/ホールド回路20では一定時間間隔Δt2で受信部12による検出信号をサンプリングするが、正確に移動鏡6aを等速移動させることが可能であれば、そのサンプリング間隔は等変位間隔になる筈である。しかしながら、移動鏡6aを高速で繰り返し往復走査する場合、完全な等速移動はかなり困難であって、駆動機構7の負荷が大きくコストも高いものとなる。そのため、一般的な構成では、例えばサーボ機構30を用いて移動鏡6aの移動速度が走査範囲の中央付近ではおおよそ一定となり、折返し位置付近では緩やかに速度がゼロになるような速度制御を行い、走査範囲の中央付近でのみサンプリングを行う方式が採られる。しかしながら、このように走査範囲の中央付近に区間を限定しても、サーボ機構30の性能(例えば追従性など)の限界から厳密な等速運動を実現するのは不可能である。移動鏡6aが等速移動でない場合、一定時間間隔Δt2でのサンプリングは一定変位間隔毎のサンプリングにはならない。そこで、制御/処理部23において変位信号32の情報をもとに測定データを補間処理して一定変位間隔毎の測定データを算出する必要がある。こうした補正処理を行うことにより信号精度の劣化は避けられず、また演算処理に時間が掛かることで測定時間が長くなるという欠点がある。   That is, the sample / hold circuit 20 samples the detection signal from the receiving unit 12 at a constant time interval Δt2, but if the movable mirror 6a can be accurately moved at a constant speed, the sampling interval becomes an equal displacement interval. It is a spear. However, when the movable mirror 6a is repeatedly reciprocated at high speed, complete uniform speed movement is quite difficult, and the load on the drive mechanism 7 is large and the cost is high. Therefore, in a general configuration, for example, the servo mechanism 30 is used to perform speed control so that the moving speed of the movable mirror 6a is approximately constant near the center of the scanning range, and gradually becomes zero near the turning position. A method of sampling only near the center of the scanning range is adopted. However, even if the section is limited to the vicinity of the center of the scanning range in this way, it is impossible to realize a strict constant velocity motion due to the limit of the performance of the servo mechanism 30 (for example, followability). When the movable mirror 6a is not moved at a constant speed, the sampling at the constant time interval Δt2 is not a sampling at every constant displacement interval. Therefore, it is necessary for the control / processing unit 23 to interpolate the measurement data based on the information of the displacement signal 32 and calculate the measurement data for each constant displacement interval. By performing such correction processing, degradation of signal accuracy is unavoidable, and there is a disadvantage that measurement time is prolonged due to the time required for the arithmetic processing.

特開2005−129732号公報JP 2005-129732 A 萩行正憲、「テラヘルツ・遠赤外分光 III.超高速分光」、日本分光学会、分光研究、第54巻、第3号(2005年)、p.181-198Masanori Tomoyuki, “Terahertz and Far-Infrared Spectroscopy III. Ultrafast Spectroscopy”, Spectroscopical Society of Japan, Spectroscopic Research, Vol. 54, No. 3 (2005), p.181-198 永井正也、田中耕一郎、「テラヘルツ時間領域分光の基礎と応用」、応用物理学会、応用物理、第75巻、第2号(2006年)、p.179-187Masaya Nagai and Koichiro Tanaka, “Basics and Applications of Terahertz Time Domain Spectroscopy”, Japan Society of Applied Physics, Applied Physics, Vol. 75, No. 2 (2006), p.179-187 モリカワ(O. Morikawa)他2名、「インプルーブメント・オブ・シグナル−トゥ−ノイズ・レシオ・オブ・ア・サブテラヘルツ・スペクトロメータ・ユージング・ア・コンティニュアス−ウェイブ・マルチモード・レーザ・ダイオード・バイ・シングル−モード・ファイバ・オプティクス(Improvement of signal-to-noise ratio of a subterahertz spectometer using a continuous-wave multimode laser diode by single-mode fiber optics)」、アプライド・フィジックス・レターズ(Appl. Phys. lett.)、Vol.85、No.6、2004-8-9, p.881-883O. Morikawa and two others, "Improvement of signal-to-noise ratio of a sub-terahertz spectrometer, using a continuous-wave multimode laser diode・ Improvement of signal-to-noise ratio of a subterahertz spectometer using a continuous-wave multimode laser diode by single-mode fiber optics ”, Applied Physics Letters (Appl. Phys. lett.), Vol.85, No.6, 2004-8-9, p.881-883 「テラヘルツパルス分光装置」、[online]、株式会社栃木ニコン、[平成18年7月6日検索]、インターネット<URL : http://www.tochigi-nikon.co.jp/ >"Terahertz Pulse Spectrometer", [online], Tochigi Nikon Corporation, [searched July 6, 2006], Internet <URL: http://www.tochigi-nikon.co.jp/>

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ラピッドスキャン方式の利点を活かしつつ、補間処理のような精度低下につながる演算処理を不要とすることで高い信号精度を確保し、測定時間が長引くことも回避できるテラヘルツ波応答測定装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to eliminate the need for arithmetic processing that leads to a decrease in accuracy such as interpolation processing while taking advantage of the rapid scan method. An object of the present invention is to provide a terahertz wave response measuring apparatus that can ensure high signal accuracy and avoid prolonged measurement time.

上記課題を解決するために成された本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光の照射を受けてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、該テラヘルツ波発生手段で発生されたテラヘルツ波を試料に照射して該試料で反射した又は透過したテラヘルツ波を後記検出手段に案内するテラヘルツ波光学系と、該テラヘルツ波光学系により前記試料から到来したテラヘルツ波と前記レーザ光とをそれぞれ受け、該テラヘルツ波の電界と該レーザ光の強度とに基づく検出信号を出力する検出手段と、前記レーザ光源から前記テラヘルツ波発生手段までの第1光路又は該レーザ光源から前記検出手段までの第2光路のいずれか一方の光路長を変化させる光路長走査手段と、を具備し、前記光路長走査手段により光路長を変化させる際の前記検出手段による検出信号に基づいて前記試料に関する情報を取得するテラヘルツ波応答測定装置において、
a)前記第1光路又は第2光路の光路長を繰り返し連続的に走査するべく前記光路長走査手段を制御する制御手段と、
b)該制御手段による繰り返し走査の際に光路長の変位が一定分生じる毎にパルス信号を出力する変位検出手段と、
c)前記検出手段によるアナログ検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換する信号変換手段であって、前記変位検出手段によるパルス信号又はそれに由来するパルス信号に同期してサンプリングを行う信号変換手段と、
を備えることを特徴としている。
The present invention, which has been made to solve the above problems, includes a laser light source, terahertz wave generating means for generating terahertz waves upon irradiation with laser light emitted from the laser light source, and generated by the terahertz wave generating means A terahertz wave optical system that irradiates the sample with a terahertz wave that is reflected or transmitted by the sample and guides the terahertz wave to the detection means described later, and the terahertz wave that has arrived from the sample by the terahertz wave optical system and the laser light And a detection means for outputting a detection signal based on the electric field of the terahertz wave and the intensity of the laser light, and a first optical path from the laser light source to the terahertz wave generation means or the detection means from the laser light source An optical path length scanning means for changing the optical path length of any one of the second optical paths up to and including the optical path length changing means by the optical path length scanning means In the terahertz wave response measuring device for obtaining information on the sample based on a detection signal from said detecting means at the time of,
a) control means for controlling the optical path length scanning means to repeatedly and continuously scan the optical path length of the first optical path or the second optical path;
b) Displacement detecting means for outputting a pulse signal every time when the displacement of the optical path length occurs during the repeated scanning by the control means;
c) signal conversion means for sampling the analog detection signal by the detection means and converting it into a digital value, the signal conversion means for sampling in synchronization with the pulse signal by the displacement detection means or a pulse signal derived therefrom;
It is characterized by having.

ここで、レーザ光源は、10GHz〜20THzの周波数範囲の一部又は全部の周波数成分を有して強度が変化するレーザ光を出射するものとする。典型的にはいわいるフェムト秒レーザであるが、これと同程度の時間スケールで変動するレーザであれば、例えばモード間の干渉によってピコ秒の時間レベルで強度が変動するCWマルチモードレーザなどを用いてもよい。   Here, it is assumed that the laser light source emits a laser beam that has a part or all of the frequency components in the frequency range of 10 GHz to 20 THz and changes in intensity. A typical femtosecond laser is a so-called femtosecond laser. However, if the laser fluctuates on the same time scale, for example, a CW multimode laser whose intensity fluctuates at picosecond time levels due to interference between modes may be used. It may be used.

また、テラヘルツ発生手段によるテラヘルツ波発生方法や検出手段におけるテラヘルツ波の電界変化の検出方法も特に限定されず、一般に提案されている各種の方法を用いることができる。   Further, the terahertz wave generation method by the terahertz generation means and the detection method of the terahertz wave electric field change by the detection means are not particularly limited, and various generally proposed methods can be used.

また、例えば非特許文献4において「リアルタイムテラヘルツイメージング」として開示されているように、検出手段としてCCDカメラなどの二次元検出デバイスを利用する構成も考え得る。こうした電荷蓄積型のデバイスではサンプリングのタイミングは検出部での電荷蓄積のタイミングで決まるから、このような検出手段を用いる構成においては、上記信号変換手段における「前記変位検出手段によるパルス信号又はそれに由来するパルス信号に同期してサンプリングを行う」とは、「変位検出手段によるパルス信号又はそれに由来するパルス信号に同期して検出手段での電荷蓄積のタイミングを決める」ものと置き換えることができる。   For example, as disclosed in “Non-Patent Document 4” as “real-time terahertz imaging”, a configuration in which a two-dimensional detection device such as a CCD camera is used as the detection means is also conceivable. In such a charge accumulation type device, the sampling timing is determined by the charge accumulation timing in the detection unit. Therefore, in the configuration using such a detection means, the signal conversion means in the above-mentioned signal conversion means “the pulse signal from the displacement detection means or derived therefrom. “Sampling in synchronization with the pulse signal to be performed” can be replaced with “determining the timing of charge accumulation in the detection means in synchronization with the pulse signal from the displacement detection means or a pulse signal derived therefrom”.

またここで、「それに由来するパルス信号」とは例えば後述するように、変位検出手段によるパルス信号を分周して生成されたパルス信号や変位検出手段によるパルス信号を遅延することで得られるパルス信号を指す。   Here, the “pulse signal derived from it” is a pulse obtained by delaying the pulse signal generated by dividing the pulse signal by the displacement detecting means or the pulse detecting means by the displacement detecting means, as will be described later, for example. Refers to the signal.

本発明に係るテラヘルツ波応答測定装置では、制御手段による制御の下に光路長走査手段は例えば第1光路(又は第2光路)の光路長を繰り返し連続的に走査する。例えば光路長の可変範囲をLとすると0〜Lの範囲で繰り返し往復走査することになる。その際の走査速度は等速であっても非等速であってもよい。この走査が実行されているときに、変位検出手段は光路長の変位が一定分生じる毎にパルス信号を出力する。即ち、上述のように光路長の可変範囲がLである場合、Lよりも十分に小さい変位間隔ΔLだけ光路長が変化する毎にパルス信号を発生する。そして信号変換手段は、そのパルス信号そのもの又はそれに由来するパルス信号に同期して検出手段によるアナログ検出信号をサンプリングし、そのサンプル値をデジタル値に変換して測定データとする。   In the terahertz wave response measuring apparatus according to the present invention, the optical path length scanning unit repeatedly scans, for example, the optical path length of the first optical path (or the second optical path) under the control of the control unit. For example, if the variable range of the optical path length is L, reciprocating scanning is repeated in the range of 0 to L. The scanning speed at that time may be constant or non-constant. When this scanning is being performed, the displacement detection means outputs a pulse signal every time a certain amount of optical path length displacement occurs. That is, when the variable range of the optical path length is L as described above, a pulse signal is generated every time the optical path length changes by a displacement interval ΔL sufficiently smaller than L. The signal conversion means samples the analog detection signal by the detection means in synchronization with the pulse signal itself or a pulse signal derived therefrom, and converts the sample value into a digital value to obtain measurement data.

本発明に係るテラヘルツ波応答測定装置の一態様として、上記変位検出手段によるパルス信号に基づく又は該パルス信号とは別に上記変位検出手段により得られる変位量検出信号に基づく変位位置情報と対応付けて上記測定データを記憶手段に格納する構成とすることができる。ここで変位位置情報とは光路長の可変範囲Lを一定距離毎に区分した位置を示す情報であり、例えば可変範囲の一方の端部から順番に付した番号などとすることができる。   As one aspect of the terahertz wave response measuring apparatus according to the present invention, it is associated with displacement position information based on a displacement amount detection signal obtained by the displacement detection means based on the pulse signal from the displacement detection means or separately from the pulse signal. The measurement data can be stored in the storage means. Here, the displacement position information is information indicating a position obtained by dividing the variable range L of the optical path length at a certain distance, and may be, for example, a number assigned in order from one end of the variable range.

こうして測定データを変位位置情報に対応付けて記憶手段に格納しておくことにより、例えば一旦全ての測定データを収集した後に、同じ変位位置情報に対応する複数の測定データに対し積算処理、積算平均化処理などを施すことで、測定データ(検出手段による検出信号)のSN比を向上させ、これに基づいてフーリエ演算により求まる周波数スペクトルの正確性を高めることができる。   By storing the measurement data in the storage means in association with the displacement position information in this way, for example, after collecting all the measurement data once, a plurality of measurement data corresponding to the same displacement position information is integrated, integrated average By performing the conversion processing or the like, it is possible to improve the SN ratio of the measurement data (detection signal by the detection means), and to improve the accuracy of the frequency spectrum obtained by Fourier calculation based on this.

本発明に係るテラヘルツ波応答測定装置において、変位検出手段としては光路長走査手段により変化する光路長、典型的には機械的に移動される反射鏡の位置、を検出可能な手段であればよく、磁気式リニアスケール、光学式リニアスケール、測距計などを用いることも可能であるが、精度等の点から、好ましくはレーザ干渉計を用いるとよい。レーザ干渉計では、He−Neレーザ光等を2つの光束に分岐して一方の光束を光路長走査手段(例えば移動鏡)に入射させてその反射光を受け、その反射光と他方の光束とを合流させて両光路長の差に応じた干渉信号を検出する。これにより、光路長走査手段(移動鏡)が一定距離移動する毎に干渉の強弱が現れる干渉信号を生成することができるから、このレーザ干渉検出信号をデジタル化したパルス信号又は該パルス信号を分周して得られるパルス信号を、信号変換手段におけるサンプリングのためのパルス信号として供給することができる。   In the terahertz wave response measuring apparatus according to the present invention, the displacement detecting means may be any means capable of detecting the optical path length changed by the optical path length scanning means, typically the position of the reflector moved mechanically. It is possible to use a magnetic linear scale, an optical linear scale, a distance meter, or the like, but a laser interferometer is preferably used from the viewpoint of accuracy. In a laser interferometer, a He—Ne laser beam or the like is split into two light beams, and one light beam is incident on an optical path length scanning means (for example, a moving mirror) to receive the reflected light. The reflected light and the other light beam Are combined to detect an interference signal corresponding to the difference between the two optical path lengths. This makes it possible to generate an interference signal in which the intensity of interference appears every time the optical path length scanning means (moving mirror) moves by a certain distance. Therefore, the pulse signal obtained by digitizing the laser interference detection signal or the pulse signal is separated. The pulse signal obtained by the rotation can be supplied as a pulse signal for sampling in the signal conversion means.

なお、検出手段により検出される信号は微弱であるため、通常、検出手段は比較的大きなゲインを持つアンプを含むが、こうしたアンプにおいてゲインを大きくすると時定数も大きくなり信号の遅延が大きくなる。この検出信号の時間遅れがサンプリングの時間間隔に比べて無視できないほど大きくなると、光路長走査手段による変位位置情報と信号変換手段への入力信号との時間ずれが大きくなって両者の対応関係が正確でなくなるおそれがある。検出手段で時間遅れを生じた信号に時間進みを与えることはできないから、上記時間ずれを解消するためには、前記変位検出手段から出力されるパルス信号を前記検出手段での時間遅延に相当する時間だけ遅延させる遅延手段を備える構成とするとよい。これにより、光路長走査手段による変位位置情報に正確に対応付けた測定データを得ることができる。   Since the signal detected by the detection means is weak, the detection means usually includes an amplifier having a relatively large gain. However, when the gain is increased in such an amplifier, the time constant increases and the signal delay increases. If the time delay of the detection signal becomes so large that it cannot be ignored compared to the sampling time interval, the time lag between the displacement position information by the optical path length scanning means and the input signal to the signal conversion means becomes large, and the correspondence between the two is accurate. There is a risk that it will disappear. In order to eliminate the time lag, the pulse signal output from the displacement detection means corresponds to the time delay in the detection means, since it is not possible to give time advance to the signal that has caused the time delay in the detection means. A configuration including delay means for delaying by time is preferable. Thereby, measurement data accurately associated with the displacement position information obtained by the optical path length scanning unit can be obtained.

但し、試料の種類や測定目的などの条件に応じて検出手段に含まれるアンプのゲインを変えることが望ましいから、それに合わせて遅延手段における遅延時間も調整できるように遅延時間可変としておくとよい。   However, since it is desirable to change the gain of the amplifier included in the detection means in accordance with conditions such as the type of sample and the purpose of measurement, it is preferable to make the delay time variable so that the delay time in the delay means can be adjusted accordingly.

本発明に係るテラヘルツ波応答測定装置によれば、光路長走査手段による光路長(光学距離)の変位が等速、非等速であるに拘わらず、正確に一定変位間隔毎に得られる検出信号に基づく測定データを収集することができる。これにより、従来のように変位間隔のずれを解消するために測定データを補間する演算処理を行う必要がなくなり、こうした処理に起因する精度の低下を回避することができる。また、無駄な演算処理を省くことで、例えば周波数スペクトル等の本来必要な結果が出るまでの時間を短縮することができる。   According to the terahertz wave response measuring apparatus according to the present invention, the detection signal accurately obtained at every constant displacement interval regardless of whether the optical path length (optical distance) displacement by the optical path length scanning means is constant speed or non-constant speed. Measurement data based on can be collected. As a result, it is not necessary to perform a calculation process for interpolating measurement data in order to eliminate a shift in the displacement interval as in the prior art, and a decrease in accuracy due to such a process can be avoided. Further, by omitting unnecessary calculation processing, it is possible to shorten the time until an originally necessary result such as a frequency spectrum is obtained.

本発明に係るテラヘルツ波応答測定装置の一実施例であるテラヘルツ時間領域分光分析装置について、図面を参照して説明する。図1は本実施例によるテラヘルツ時間領域分光分析装置の要部の構成図であり、既に説明した図4、図5の構成と同一の構成要素には同一符号を付している。図2、図3は本実施例によるテラヘルツ時間領域分光分析装置における光路長の走査とサンプリング動作を説明するための図である。   A terahertz time domain spectroscopic analyzer which is an embodiment of a terahertz wave response measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the terahertz time domain spectroscopic analyzer according to the present embodiment, and the same components as those in FIGS. 4 and 5 described above are denoted by the same reference numerals. 2 and 3 are diagrams for explaining the optical path length scanning and the sampling operation in the terahertz time domain spectroscopic analyzer according to this embodiment.

本実施例に係るテラヘルツ時間領域分光分析装置において、光路長走査部6における移動鏡6aの繰り返し往復走査に伴い受信部12で検出信号を得る点は、従来のラピッドスキャン方式の装置(図5の構成)と同様である。しかしながら、受信部12から出力されたアナログ検出信号をサンプリングして、各サンプルをデジタル化した測定データを収集するための動作が大きく異なる。この点について、以下に詳しく説明する。   In the terahertz time domain spectroscopic analysis apparatus according to the present embodiment, a detection signal is obtained at the receiving unit 12 with repeated reciprocating scanning of the movable mirror 6a in the optical path length scanning unit 6 in the conventional rapid scan system (see FIG. 5). Configuration). However, the operation for sampling the analog detection signal output from the receiving unit 12 and collecting measurement data obtained by digitizing each sample is greatly different. This point will be described in detail below.

制御/処理部23から出力される振幅/周波数制御信号25に従って、駆動機構7は光路長走査部6の移動鏡6aを駆動し、これによってレーザ光(ポンプ光3)の光路長(本発明における第1光路の光路長)は変化する。ここでは、図2(a)に示すように、正弦波状に速度が変化するように、つまり移動鏡6aを非等速運動させるように走査するものとする。これにより、走査範囲の端部で速度が落ちるから、駆動機構7の負荷も軽くて済む。この移動鏡6aの位置、つまりポンプ光3が送信部9に到達するまでの光路の光路長の変位を検出するために、光路長走査部6にはレーザ干渉計8が付設されている。   In accordance with the amplitude / frequency control signal 25 output from the control / processing unit 23, the driving mechanism 7 drives the movable mirror 6a of the optical path length scanning unit 6, and thereby the optical path length of the laser beam (pump light 3) (in the present invention). The optical path length of the first optical path changes. Here, as shown in FIG. 2A, scanning is performed so that the velocity changes sinusoidally, that is, the movable mirror 6a is moved at a non-constant speed. As a result, the speed drops at the end of the scanning range, and the load on the drive mechanism 7 can be light. A laser interferometer 8 is attached to the optical path length scanning unit 6 in order to detect the position of the movable mirror 6 a, that is, the displacement of the optical path length until the pump light 3 reaches the transmission unit 9.

レーザ干渉計8はHe−Neレーザ光源を備え、該レーザ光源から出射したレーザ光をビームスプリッタで2つの光束に分岐し、一方の光束を移動鏡6aに照射してその反射光を得る。分岐された他方の光束は45°プリズムに導入され、プリズムで180°反射する際にp偏光とs偏光との位相を90°ずらす。そうしてビームスプリッタに戻って来た両光束を合流させると、両光束の光路長の差に応じて干渉により強弱が生じる。光路を適切に設計しておくことにより、移動鏡6aが一定距離だけ移動する毎に信号強度に強弱が生じるようにすることができ、このレーザ干渉検出信号を整形して2値化することで、ポンプ光3の光路長が一定距離だけ変化する毎に立ち上がりエッジ(又は立ち下がりエッジ)を持つパルス信号を生成することができる。ここでは、このパルス信号15がレーザ干渉計8から出力され遅延部17に送られる。また、ビームスプリッタで合流されたレーザ光の中でp偏光とs偏光とを分離して検出し、その位相関係を調べることで移動鏡6aの移動方向(つまり光路長が増加、減少のいずれの方向に変化しているのか)を検出し、これを極性信号16として出力して遅延部18に送る。   The laser interferometer 8 includes a He—Ne laser light source, the laser light emitted from the laser light source is split into two light beams by a beam splitter, and one of the light beams is irradiated onto the moving mirror 6a to obtain the reflected light. The other branched light beam is introduced into a 45 ° prism, and the phase of p-polarized light and s-polarized light is shifted by 90 ° when reflected by the prism by 180 °. When the two light beams that have returned to the beam splitter are merged, strength is generated by interference according to the difference in the optical path lengths of the two light beams. By appropriately designing the optical path, the signal intensity can be increased or decreased each time the movable mirror 6a moves by a certain distance, and this laser interference detection signal is shaped and binarized. Each time the optical path length of the pump light 3 changes by a certain distance, a pulse signal having a rising edge (or falling edge) can be generated. Here, the pulse signal 15 is output from the laser interferometer 8 and sent to the delay unit 17. Further, the p-polarized light and the s-polarized light are separated and detected from the laser light combined by the beam splitter, and the phase relationship is examined, so that the moving direction of the moving mirror 6a (that is, the optical path length increases or decreases). Whether or not the direction is changed) is detected and output as a polarity signal 16 to be sent to the delay unit 18.

なお、レーザ干渉計8の代わりに、磁気式リニアスケール、或いは光学式リニアスケールなどを用いてもよいが、位置分解能や精度の高さの点からはレーザ干渉計8が望ましい。   A magnetic linear scale, an optical linear scale, or the like may be used instead of the laser interferometer 8, but the laser interferometer 8 is desirable in terms of position resolution and high accuracy.

上述のようにレーザ干渉計8はポンプ光3の光路長が一定距離変化する毎にパルス信号15を出力するから、図2(a)に示すように、光路長の変化が正弦波状であるとき、つまり移動鏡6aの移動が非等速であるとき、パルス信号15の発生間隔は非一定時間間隔になる。即ち、光路長の走査に対し、空間的には一定変位間隔ΔLでパルス信号15は発生し、時間的にはパルス信号の発生間隔は非一定となる。   As described above, since the laser interferometer 8 outputs the pulse signal 15 every time the optical path length of the pump light 3 changes by a certain distance, as shown in FIG. 2A, when the optical path length change is sinusoidal. That is, when the movement of the movable mirror 6a is non-constant, the generation interval of the pulse signal 15 is a non-constant time interval. That is, with respect to scanning of the optical path length, the pulse signal 15 is generated at a constant displacement interval ΔL spatially, and the generation interval of the pulse signal is non-constant in time.

遅延部17、18はいずれも入力信号を所定の時間だけ遅らせて出力するものであり、その遅延時間は受信部12に含まれるアナログ電気回路(主としてアンプ)での時間遅れに相当するように設定される。なお、この遅延部17、18における遅延時間は所定範囲で任意に設定できるようになっている。これは、受信部12に含まれるアンプの増幅率が可変であり、その増幅率によって時間遅れが相違するためであり、その時間遅れに合わせて遅延部17、18での遅延時間を調整することで後述のサンプリングのタイミングを正確に合わせることができる。遅延部17、18はアナログ遅延回路でもよいが、遅延時間を大きくしたときのパルス信号の波形の鈍りを回避するとともに上述のように遅延時間の調整を容易に行うために、デジタル遅延回路を利用するのが好ましい。   Each of the delay units 17 and 18 delays an input signal by a predetermined time and outputs it, and the delay time is set so as to correspond to a time delay in an analog electric circuit (mainly an amplifier) included in the receiving unit 12. Is done. The delay time in the delay units 17 and 18 can be arbitrarily set within a predetermined range. This is because the amplification factor of the amplifier included in the receiving unit 12 is variable, and the time delay varies depending on the amplification factor, and the delay time in the delay units 17 and 18 is adjusted according to the time delay. Thus, the sampling timing described later can be accurately adjusted. Although the delay units 17 and 18 may be analog delay circuits, a digital delay circuit is used in order to avoid dull waveform of the pulse signal when the delay time is increased and to easily adjust the delay time as described above. It is preferable to do this.

遅延部17で所定の時間遅れを付加されたパルス信号15’は、サンプル/ホールド回路20にサンプリングパルス信号として供給される。したがって、サンプル/ホールド回路20は、受信部12から出力されたアナログ検出信号19を図2(b)に示すようなタイミングでサンプリングし、そのサンプル値をA/D変換部21によりデジタル信号に変換して出力する。即ち、非一定時間間隔でアナログ検出信号19はサンプリングされる。この点で、従来のラピッドスキャン方式におけるサンプリングとは全く異なる。サンプル/ホールド回路20にパルス信号15’が入力される毎に、1個のデジタル化された測定データが制御/処理部23に供給される。   The pulse signal 15 ′ added with a predetermined time delay by the delay unit 17 is supplied to the sample / hold circuit 20 as a sampling pulse signal. Therefore, the sample / hold circuit 20 samples the analog detection signal 19 output from the receiver 12 at the timing shown in FIG. 2B, and converts the sample value into a digital signal by the A / D converter 21. And output. That is, the analog detection signal 19 is sampled at non-constant time intervals. This is completely different from the sampling in the conventional rapid scan method. Each time the pulse signal 15 ′ is input to the sample / hold circuit 20, one digitized measurement data is supplied to the control / processing unit 23.

また、時間遅れを付加されたパルス信号15’及び同じく時間遅れを付加された極性信号16’はカウンタ回路(CNT)22に入力され、ここで、走査範囲L内の位置情報に変換される。例えば光路長が増加する方向に変化している際にはパルス信号15’の入力毎にカウントアップし、光路長が減少する方向に変化している際にはパルス信号15’の入力毎にカウントダウンし、カウント値を位置情報として取り出すようにすることができる。制御/処理部23においては、内部のデータ格納部24に、カウンタ回路22から得られた位置情報に対応付けてA/D変換部21から得られた測定データを順番に格納してゆく。   Further, the pulse signal 15 ′ to which the time delay is added and the polarity signal 16 ′ to which the time delay is also added are input to the counter circuit (CNT) 22, where it is converted into position information within the scanning range L. For example, when the optical path length is changing in the increasing direction, it is counted up every time the pulse signal 15 'is input, and when the optical path length is changing in the decreasing direction, it is counted down every time the pulse signal 15' is input. In addition, the count value can be extracted as position information. In the control / processing unit 23, the measurement data obtained from the A / D conversion unit 21 is sequentially stored in the internal data storage unit 24 in association with the position information obtained from the counter circuit 22.

上記処理により、図3(a)に示すように、光路長の走査範囲Lの中で一定変位間隔ΔL毎に位置情報P0、P1、…、Pnが付与され、複数回往復走査が実行される過程で、図3(b)に示すように、位置情報が付与された各位置に対応して測定データが取得されることになる。上記カウンタ回路22のカウント値を位置情報P0、P1、…、Pnとする場合には、位置情報は0、1、2、…、nである。1回の片道走査で得られるn+1個の測定データは正確に一定変位間隔ΔL毎の位置情報を持つものであるから、測定データについてそうした位置のずれを補正することなく、同一位置情報を持つ複数の測定データに対し積算平均処理などを行うことができる。   By the above processing, as shown in FIG. 3A, position information P0, P1,..., Pn is given for each constant displacement interval ΔL within the scanning range L of the optical path length, and reciprocating scanning is executed a plurality of times. In the process, as shown in FIG. 3B, measurement data is acquired corresponding to each position to which position information is given. When the count value of the counter circuit 22 is position information P0, P1,..., Pn, the position information is 0, 1, 2,. Since n + 1 pieces of measurement data obtained by one-way scanning have accurate position information for each constant displacement interval ΔL, a plurality of pieces of measurement data having the same position information can be obtained without correcting such positional deviation. An integrated averaging process can be performed on the measured data.

以上のようにして、本実施例に係るテラヘルツ時間領域分光分析装置では、光路長を高速に且つ非等速で走査しながら、正確にフーリエ変換処理に供する測定データを収集することができる。   As described above, the terahertz time domain spectroscopic analyzer according to the present embodiment can accurately collect measurement data to be subjected to the Fourier transform process while scanning the optical path length at high speed and non-constant speed.

なお、図1に示した構成では、テラヘルツ波10について、平行光束で試料Sに照射され、その透過波を検出するようにしているが、テラヘルツ波10が試料Sに照射される形態は平行光束に限らず収束光束でも可能である。また試料Sの透過波に限らず反射波又は散乱波を検出する光学配置でもよい。   In the configuration shown in FIG. 1, the terahertz wave 10 is irradiated onto the sample S with a parallel light beam and the transmitted wave is detected, but the form in which the terahertz wave 10 is irradiated onto the sample S is a parallel light beam. Not limited to this, a convergent light beam is also possible. Moreover, the optical arrangement which detects not only the transmitted wave of the sample S but a reflected wave or a scattered wave may be sufficient.

また、レーザ干渉計8又はそれに相当する変位計がパルス信号15を出力する光路長の変位間隔ΔLは外部からの設定により可変であることが望ましい。これにより所望の測定条件に応じて、光路長走査部6の走査範囲L及び1走査当たりサンプリング点数を最適化することが可能になる。具体的には、例えばレーザ干渉計8を使用した場合に、レーザ干渉検出信号を分周回路により分周したものをパルス信号15として出力し、その分周回路の分周比を任意に設定できるようにしておくとよい。   Further, it is desirable that the displacement interval ΔL of the optical path length at which the laser interferometer 8 or a displacement meter corresponding thereto outputs the pulse signal 15 is variable by setting from the outside. This makes it possible to optimize the scanning range L of the optical path length scanning unit 6 and the number of sampling points per scan according to the desired measurement conditions. Specifically, for example, when the laser interferometer 8 is used, the laser interference detection signal divided by the frequency dividing circuit is output as the pulse signal 15, and the frequency dividing ratio of the frequency dividing circuit can be arbitrarily set. It is good to do so.

また、レーザ干渉計8又はそれに相当する変位計から出力される信号に基づいて位置情報を作成する構成(手段)は上記記載のものに限定されない。例えば、変位計は上記のようなパルス信号や極性信号のほかに、変位量を反映した変位信号を出力し、これを受けた制御/処理部23でその変位量を演算処理することで上記と同様の位置情報を算出する構成としてもよい。   In addition, the configuration (means) for creating position information based on a signal output from the laser interferometer 8 or a displacement meter corresponding thereto is not limited to the above description. For example, the displacement meter outputs a displacement signal reflecting the displacement amount in addition to the pulse signal and the polarity signal as described above, and the control / processing unit 23 that receives the displacement signal calculates the displacement amount and performs the above processing. It is good also as a structure which calculates the same positional information.

また上記実施例の構成では、ポンプ光3の光路の光路長を走査しているが、従来技術でも明らかなように、プローブ光4の光路の光路長を走査しても同様の測定が可能である。   Further, in the configuration of the above embodiment, the optical path length of the optical path of the pump light 3 is scanned. As is apparent from the prior art, the same measurement can be performed by scanning the optical path length of the optical path of the probe light 4. is there.

また上記実施例は本発明の一実施例であり、上述した各種変形のほかにも、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   Further, the above embodiment is an embodiment of the present invention, and in addition to the above-described various modifications, any appropriate modifications, corrections, and additions within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application. Is natural.

本発明の一実施例によるテラヘルツ波時間領域分光分析装置の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the terahertz wave time-domain spectroscopy analyzer by one Example of this invention. 本実施例によるテラヘルツ時間領域分光分析装置における光路長の走査とサンプリング動作を説明するための図。The figure for demonstrating the scanning and sampling operation | movement of the optical path length in the terahertz time-domain spectroscopy analyzer by a present Example. 本実施例によるテラヘルツ時間領域分光分析装置における光路長の走査とサンプリング動作を説明するための図。The figure for demonstrating the scanning and sampling operation | movement of the optical path length in the terahertz time-domain spectroscopy analyzer by a present Example. 従来のステップスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the terahertz time domain spectroscopic analyzer of the conventional step scan system. 従来のラピッドスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の要部の構成図。The block diagram of the principal part of the conventional terahertz time domain spectroscopic analyzer of a rapid scan system. 図4に示したステップスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の動作を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the step-scan terahertz time domain spectroscopic analysis apparatus shown in FIG. 4. 図5に示したラピッドスキャン方式のテラヘルツ時間領域分光分析装置の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the terahertz time-domain spectroscopy analyzer of the rapid scan system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ光源
2…ビームスプリッタ
3…ポンプ光
4…プローブ光
5…反射鏡
6…光路長走査部
6a…移動鏡
7…駆動機構
8…レーザ干渉計
9…送信部
10、10’…テラヘルツ波
11…テラヘルツ波光学系
12…受信部
13…反射鏡
14…光路長調整部
15、15’…パルス信号
16、16’…極性信号
17、18…遅延部
19…アナログ検出信号
20…サンプル/ホールド回路
21…A/D変換部
22…カウンタ回路
23…制御/処理部
24…データ格納部
25…振幅/周波数制御信号
S…試料

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source 2 ... Beam splitter 3 ... Pump light 4 ... Probe light 5 ... Reflection mirror 6 ... Optical path length scanning part 6a ... Moving mirror 7 ... Drive mechanism 8 ... Laser interferometer 9 ... Transmission part 10, 10 '... Terahertz wave DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Terahertz wave optical system 12 ... Reception part 13 ... Reflector 14 ... Optical path length adjustment part 15, 15 '... Pulse signal 16, 16' ... Polarity signal 17, 18 ... Delay part 19 ... Analog detection signal 20 ... Sample / hold Circuit 21 ... A / D converter 22 ... Counter circuit 23 ... Control / processing unit 24 ... Data storage unit 25 ... Amplitude / frequency control signal S ... Sample

Claims (5)

レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光の照射を受けてテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、該テラヘルツ波発生手段で発生されたテラヘルツ波を試料に照射して該試料で反射した又は透過したテラヘルツ波を後記検出手段に案内するテラヘルツ波光学系と、該テラヘルツ波光学系により前記試料から到来したテラヘルツ波と前記レーザ光とをそれぞれ受け、該テラヘルツ波の電界と該レーザ光の強度とに基づく検出信号を出力する検出手段と、前記レーザ光源から前記テラヘルツ波発生手段までの第1光路又は該レーザ光源から前記検出手段までの第2光路のいずれか一方の光路長を変化させる光路長走査手段と、を具備し、前記光路長走査手段により光路長を変化させる際の前記検出手段による検出信号に基づいて前記試料に関する情報を取得するテラヘルツ波応答測定装置において、
a)前記第1光路又は第2光路の光路長を繰り返し連続的に走査するべく前記光路長走査手段を制御する制御手段と、
b)該制御手段による繰り返し走査の際に光路長の変位が一定分生じる毎にパルス信号を出力する変位検出手段と、
c)前記検出手段によるアナログ検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換する信号変換手段であって、前記変位検出手段によるパルス信号又はそれに由来するパルス信号に同期してサンプリングを行う信号変換手段と、
を備えることを特徴とするテラヘルツ波応答測定装置。
A laser light source, terahertz wave generating means for generating a terahertz wave upon irradiation of laser light emitted from the laser light source, and irradiating the sample with the terahertz wave generated by the terahertz wave generating means and reflecting it by the sample A terahertz wave optical system that guides the transmitted or transmitted terahertz wave to the detection means described below, and the terahertz wave optical system receives the terahertz wave and the laser light that have arrived from the sample by the terahertz wave optical system, respectively, and the electric field of the terahertz wave and the laser light Detecting means for outputting a detection signal based on the intensity of the light, and changing the optical path length of either the first optical path from the laser light source to the terahertz wave generating means or the second optical path from the laser light source to the detecting means And an optical path length scanning unit for causing the optical path length scanning unit to change the optical path length based on a detection signal from the detection unit. In the terahertz wave response measuring device for obtaining information about the sample Te,
a) control means for controlling the optical path length scanning means to repeatedly and continuously scan the optical path length of the first optical path or the second optical path;
b) Displacement detecting means for outputting a pulse signal every time when the displacement of the optical path length occurs during the repeated scanning by the control means;
c) signal conversion means for sampling the analog detection signal by the detection means and converting it into a digital value, the signal conversion means for sampling in synchronization with the pulse signal by the displacement detection means or a pulse signal derived therefrom;
A terahertz wave response measuring apparatus comprising:
前記変位検出手段によるパルス信号に基づく又は該パルス信号とは別に前記変位検出手段により得られる変位量検出信号に基づく変位位置情報と対応付けて、前記信号変換手段により出力されるデータを格納する記憶手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ波応答測定装置。   A memory for storing data output by the signal conversion means in association with displacement position information based on a displacement amount detection signal obtained from the displacement detection means based on a pulse signal from the displacement detection means or separately from the pulse signal The terahertz wave response measuring apparatus according to claim 1, comprising means. 前記変位検出手段はレーザ干渉計であり、該レーザ干渉計によるレーザ干渉検出信号をデジタル化したパルス信号又は該パルス信号を分周して得られるパルス信号を、前記信号変換手段におけるサンプリングのためのパルス信号として供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のテラヘルツ波応答測定装置。   The displacement detection means is a laser interferometer, and a pulse signal obtained by digitizing a laser interference detection signal from the laser interferometer or a pulse signal obtained by dividing the pulse signal is used for sampling in the signal conversion means. The terahertz wave response measuring apparatus according to claim 1, wherein the terahertz wave response measuring apparatus is supplied as a pulse signal. 前記変位検出手段から出力されるパルス信号を前記検出手段での時間遅延に相当する時間だけ遅延させる遅延手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のテラヘルツ波応答測定装置。   The terahertz wave response measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising delay means for delaying a pulse signal output from the displacement detection means by a time corresponding to a time delay in the detection means. . 前記遅延手段は遅延時間が可変であることを特徴とする請求項4に記載のテラヘルツ波応答測定装置。

The terahertz wave response measuring apparatus according to claim 4, wherein the delay unit has a variable delay time.

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