JP5213167B2 - テラヘルツ測定装置、時間波形取得法及び検査装置 - Google Patents
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Description
A法では、光学的時間遅延器を使って時間幅がTHz波パルスに比べて充分狭いプローブパルスを動かし、THz波パルスの時間波形を一点ずつサンプリングしてTHz波パルスの時間波形全体を得る。光学的時間遅延器を機械的に動かしながら所定の時間間隔毎に測定を繰り返すため、THz波パルスの時間波形全体を測定するのに数分程度の時間を必要とする。
C法を用いることで測定周波数帯域を、B法の0.3THzから約1THzに広げることは可能となるが、約0.1THzというC法の時間分解能は、A法の時間分解能(数0.01THz)に比べると数倍悪い。
THz波パルスの波形変調情報が載ったチャープパルスは、一次元多素子検出器付き分光器を用いて測定される。線形のチャープパルスは周波数と時間の間に線形の関係があるので、検出器付き分光器で測定されたチャープパルスのスペクトルの周波数軸は時間軸に変換することができる。よって、THzパルス波形測定に必要な時間分解能に応じて検出器付き分光器の波長分解能を決めればよい。
一方、周波数分解能を上げるには、観測時間幅を広くし、チャープパルスの時間幅を伸ばす必要がある。しかし、周波数分解能を上げようとしてチャープパルスの時間幅を伸ばすと、この式から、時間分解能が悪くなり、テラヘルツ分光の測定周波数帯域を狭めることになる。
C法を用いることで測定周波数帯域を、B法の0.3THzから約1THzに広げることは可能となるが、約0.1THzというC法の時間分解能は、A法の時間分解能(数0.01THz)に比べると数倍悪い。
しかし、B法とC法のいずれでも、I(t)_onとI(t)_offの両方を同時に測定せず、別々のチャープパルスで測定した結果を用いてTHz波パルスの時間波形を導出している。これでは、フェムト秒レーザーのレーザーパルスがパルス毎に揺らぐ場合、測定結果の信頼性を上げることは困難である。
更に、B法及びC法にて採用された定常位相近似に基づく式は、すべての実験条件では使えない。
チャープパルスの時間波形C(t)は、Tc:パルス幅、2α:チャープレート、ω0:中心周波数とするとき、以下の式で示される。
一般に、測定対象物がTHz領域で1と異なる屈折率を持つ場合、測定対象物がある場合とない場合でTHz波パルスにより変調されるチャープパルス内の時間領域が変わる。よって、測定された二つのTHz波パルスの時間波形の間には、装置応答の変化に起因した変化分が存在し、そのままその二つのTHz波パルスの時間波形を用いて測定対象物のTHzスペクトルを導出すると、THzスペクトルが歪んでしまう。B法及びC法はこの効果を考慮していない。
また、第1の分岐手段(11)にて分岐された超短光パルスのプローブ光を所定の時間だけ遅延させる光学的時間遅延器(21)を更に有し、テラヘルツ波発生光学系(12)から発生されるTHz波と第2の分岐手段(31)にて分岐されるチャープパルスの他方とが電気光学素結晶(43)において時間的にオーバーラップするように、光学的時間遅延器(21)はプローブ光を遅延させることを特徴とすれば、THz波とチャープパルスとを同期させることができ、チャープパルスに載ったTHz波の変調特性を取得できる。
更に、演算手段(50)は、所定の測定位置に測定対象物がない状態で取得されたTHz波の第1の時間波形と測定位置に配置された測定対象物を透過したTHz波の第2の時間波形とに基づいて時間遅延量を算出し、光学的時間遅延器(21)は、演算手段(50)にて算出された時間遅延量だけプローブ光を遅延させることを特徴とすれば、測定対象物がある場合とない場合とでTHz波はチャープパルス内の同じ時間領域を変調する。よって、THz波変調領域依存性を除いたTHz波の時間波形を導出でき、歪みのないTHzスペクトルを取得できる。
更にまた、第1の分岐手段(11)にて分岐された超短光パルスのポンプ光を更に2つに分岐する第3の分岐手段(101)と、第3の分岐手段(101)にて分岐された超短光パルスの一方の光路を開閉するシャッター(103)とを更に有し、測定位置に配置された測定対象物に対して、第3の分岐手段(101)にて分岐された超短光パルスの一方を照射して光励起させると共に、超短光パルスの他方を受けたテラヘルツ波発生光学系(12)からTHz波を照射させることを特徴とすれば、光励起によって測定対象物内で起こる化学反応や相変化などの機能解析ができる。
また、第1の検出工程にて検出された参照光R(t)_offと信号光S(t)_offとに基づいて分岐比S(t)_off/R(t)_offを算出し、第2の検出工程にて検出された参照光R(t)_onと算出された分岐比S(t)_off/R(t)_offとを使って、THz波で変調されないチャープパルスI(t)_offを演算し、第2の検出工程にて検出された信号光S(t)_onをTHz波で変調されたチャープパルスI(t)_onと見なして、THz波の時間波形ETHz(t)を演算して取得することを特徴とすれば、THz波で変調されたチャープパルスI(t)_onと変調されないチャープパルスI(t)_offの実効的な同時測定を果たし、レーザーの揺らぎに起因する歪みを除去できる。
更に、THz波で変調されないチャープパルスI(t)_offを、式(1)
また、第1の時間波形を記憶する第1時間波形記憶工程を更に有し、時間遅延量算出工程では、第1時間波形記憶工程にて記憶された第1の時間波形と第2の時間波形とに基づいて時間遅延量を算出することを特徴とすれば、所定の測定位置に測定対象物がない状態でTHz波の第1の時間波形を取得する第1時間波形取得工程を省くことができるので、測定時間を短縮できる。
更に、第1乃至第3時間波形取得工程の少なくともいずれか1つの時間波形取得工程は複数回実行され、複数回検出された参照光と信号光とに基づいてTHz波の時間波形を取得することを特徴とすれば、信号/雑音比(S/N比)を上げることができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
図1は、本発明にかかるテラヘルツ測定装置の一例としての第1の実施形態にかかるテラヘルツ波スペクトル測定装置1の構成図である。
また、テラヘルツ波スペクトル測定装置1は、ビームスプリッタ11で分岐されたプローブ光を受けて所定の時間遅延させて出力する光学的時間遅延器21と、光学的時間遅延器21にて時間遅延されて出力されたプローブ光を線形チャープしたチャープパルスに変換して出力するチャープ発生光学系の一例としてのチャープ発生光学器22と、所定の振動方向を有する直線偏光を透過する偏光子23とを有する。
更にまた、テラヘルツ波スペクトル測定装置1は、ビームスプリッタ31にて分岐されたチャープパルスの信号光を、THz波発生源12で発生されたTHz波パルスの電場信号で誘起された電気光学効果にて変調する光学素子配列40と、光学素子配列40で変調された信号光を取り込んで、後述する分光検出部48へ出力する信号光入力部45とを有する。
更にまた、テラヘルツ波スペクトル測定装置1は、参照光入力部32から取り込んだ参照光と信号光入力部45から取り込んだ信号光とを光ファイバを介して取得し、分光して参照光及び信号光のスペクトルを検出する分光検出部48と、分光検出部48にて検出された参照光と信号光とに基づいてTHz波パルスの時間波形を取得する演算手段の一例としての演算回路50とを有して構成される。
ビームスプリッタ11は、例えば、ハーフミラー型ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタ等で構成される。ビームスプリッタ11は、レーザー発生部10から出力されるフェムト秒レーザーを、THz波発生源12へ供給するポンプ光と、チャープ発生光学器22へ供給するプローブ光の2つに分岐する。
THz波発生源12は、ビームスプリッタ11で分岐されたポンプ光を発生素子(図示省略)に受けて、テラヘルツ波パルス(THz波パルス)を発生させる。THz波発生源12には、通常、発生効率、発生強度を増大させるために、大きな分岐比で分岐されたポンプ光が照射される。
チャープ発生光学器22は、例えば、バルク回折格子対、プリズム、ホログラフィックグレーティング、ファイバーグレーティング、コリメータレンズ等(いずれも図示省略)を用いて構成される。チャープ発生光学器22は、光学的時間遅延器21にて時間遅延されて出力されたプローブ光を線形チャープしたチャープパルスに変換して出力する。チャープ発生光学器22は、10ピコ秒以上、例えば、20ピコ秒程度の時間幅を持つチャープパルスを生成する。
参照光入力部32は、例えば、光ファイバの端部等で構成される。参照光入力部32は、ビームスプリッタ31にて分岐されたチャープパルスの参照光が入光され、後述する分光検出部48へ供給する。
ここで、電気光学結晶43は、例えば、テルル化亜鉛(ZnTe)結晶等で構成される。電気光学結晶43はTHz波パルスが照射されると、その電場信号によるポッケルス効果で透過する信号光の時間波形を変調する。
分光検出部48は、例えば、回折格子等の分光器とCCD(Charge Coupled Device、電荷結合素子)等の検出器とを一体として収納する多素子検出器付き分光器等で構成される。第1の実施形態の分光検出部48は受光領域を2つに分け、参照光入力部32からの参照光と信号光検出部45からの信号光とを受光している。尚、ここで、参照光入力部32と分光検出部48とは、本願の参照光検出手段の一例を構成し、また、信号光入力部45と分光検出部48とは本願の信号光検出手段の一例を構成する。分光検出部48で検出された信号光及び参照光の横軸は波長或いは周波数である。線形のチャープパルスは周波数と時間の間で線形の関係であるから、検出された信号光及び参照光の横軸をチャープレートの値を用いて時間軸に変換できる。実際にチャープレートの値を得るには、例えば、1)周波数分解光ゲート法により求めるか、或いは、2)光学的時間遅延器21によりTHz波とチャープパルスとが電気光学結晶43で重なるタイミングを変えてTHz時間波形を波長又は周波数横軸上で動かし、その時の波形の主ピークの波長(或いは周波数)変化量と時間との関係をプロットする等により求めることができる。
以上の構成を有するテラヘルツ波スペクトル測定装置1の動作概要を以下に説明する。
レーザー発生部10から出力されたフェムト秒レーザーは、ビームスプリッタ11でポンプ光とプローブ光の2つに分岐される(第1の分岐工程)。ポンプ光はTHz波発生源12へ導かれTHz波パルスが発生される(THz波発生工程)。プローブ光は光学的時間遅延器21を通過した後にチャープ発生光学器22を用いて20ピコ秒程度以上の時間幅を持つチャープパルスに成形される(チャープ変換工程)。チャープパルスの時間幅からは、以下の式に従って、THz分光器の周波数分解能Δωが得られる。
この目安に基づけば、従来法であるA法を用いたテラヘルツ分光と同程度の測定周波数帯域と周波数分解能とを同時に実現することができる。例えば、約100フェムト秒のパルス幅をもつレーザー(800nm中心)を用いて、チャープレートの大きさを0.2THz2で時間分解能約200フェムト秒を得たいのであれば、分光器に必要とされる波長分解能が計算できる。
以上により、テラヘルツ波スペクトル測定装置1は、参照光と信号光とを取得できる。
以上で動作概要を説明したので、続いて、第1の実施形態にかかる時間波形取得法を説明する。
(第1の検出工程)
以下に説明する第1の検出工程では、THz波を発生させないで、参照光R(t)_offと信号光S(t)_offとが同時に検出される。
レーザー発生部10によって発生されたフェムト秒レーザーが、ビームスプリッタ11でポンプ光とプローブ光の2つに分岐される(第1の分岐工程)。ポンプ光はTHz波発生源12へ向けて導かれるが、図示しないシャッターにて遮断される。これにより、THz波発生源12はTHz波パルスを発生させない。尚、THz波発生源12の後ろにシャッター(図示省略)を設け、発生したTHz波パルスを遮断しても良い。一方、プローブ光は光学的時間遅延器21を通過した後にチャープ発生光学器22を用いてチャープパルスに成形される(チャープ変換工程)。
取得された参照光R(t)_offと信号光S(t)_offとに基づいて、演算回路50にてビームスプリッタ31の分岐比S(t)_off/R(t)_offが計算される。
第2の検出工程では、THz波を発生させて参照光R(t)_onと信号光S(t)_onとが同時に検出される。
レーザー発生部10によって発生されたフェムト秒レーザーが、ビームスプリッタ11でポンプ光とプローブ光の2つに分岐される(第1の分岐工程)。ポンプ光はTHz波発生源12へ導かれ、THz波発生源12はTHz波パルスを発生させる(THz波発生工程)。一方、プローブ光は光学的時間遅延器21を通過した後にチャープ発生光学器22にてチャープパルスに成形される(チャープ変換工程)。
第1の検出工程にて計算された分岐比S(t)_off/R(t)_off、及び、前記第2の検出工程にて取得された参照光R(t)_onを使って、THz波パルスで変調されないチャープパルスI(t)_offが、以下の(1)式で計算される。
尚、第1の検出工程において計算された分岐比S(t)_off/R(t)_offを、図示しない記憶手段に記憶し、その後は第2の検出工程だけを実行するようにしても良い。
以上で時間波形取得法を説明したので、次に、測定対象物を透過したTHz波のスペクトル測定法を説明する。
透過スペクトル測定法では、所定の測定位置に測定対象物が配置されていない場合と配置されている場合のTHz波パルスの時間波形を、上に説明した時間波形取得法に基づいて取得する(第1の時間波形取得工程、第2の時間波形取得工程)。取得した2つの時間波形の主ピークの間の時間差に基づいて、演算回路50は、第1の時間波形に対する第2の時間波形の遅延量(透過THz波の時間遅延量)を算出する(時間遅延量算出工程)。
以上により、測定位置に測定対象物がある場合とない場合の透過THz波がチャープパルス内の同じ時間領域を変調するので、テラヘルツ波スペクトル測定装置1の装置応答のTHz波変調領域依存性を除いたTHz波パルスの時間波形を取得できる。そして、その効果に起因した歪みのないTHzスペクトルを測定できる。
図2に示すように、測定を大気中で行ったため、測定された周波数領域において水蒸気の吸収に起因した幾つかのくぼみが存在する。
また、約1.1THz付近の水蒸気の吸収に起因するスペクトル中の鋭いくぼみに着目して周波数分解能をスペクトルの半値全幅で評価すると、実施例1の周波数分解能は、A法と同じ約0.03THzに達している。このことから、実施例1は、A法とほぼ同じ周波数分解能を有することが判る。
また、実施例1では、C法のように白色パルスの発生という方法を用いることなく直接フェムト秒レーザーをチャープするだけで良い。
図3に示すように、分光検出部48の周波数分解能が悪くなるとTHz波パルスのパルス幅が広がる。即ち、分光検出部48の周波数分解能が重要なパラメータであることを示す。
B法及びC法では、第1の実施形態にかかるダブルビーム法での信号光に相当する信号のみを測定し、参照光を同時に測定しない。よって、異なるプローブパルスでI(t)_onとI(t)_offを計測する必要がある。かかる場合、レーザーの揺らぎに起因してチャープパルスがパルス毎に変化すると、I(t)_onは、I(t)_offにTHz波の変調以外にレーザーの揺らぎに起因した変化が載った信号となり、(2)式から導かれたTHz波パルスの時間波形は歪む恐れがある。
従って、第1の実施形態では、レーザーの揺らぎに起因したTHz波パルスの時間波形の歪みを排除できる。
図4に示すように、THz波パルスとチャープパルスとが電気光学結晶43中で出会う時間的タイミングを変えると、時間波形は一致しない。テラヘルツ波スペクトル測定装置1(図1参照)の装置応答は、THz波パルスとチャープパルスとの時間的重なりに依存することを示す。
これにより、チャープパルス内の同じ時間領域でのTHz波変調を通して、測定対象物がない場合とある場合の透過THz波パルスを測定することができ、両者のTHz波パルスの時間波形を用いて、測定対象物のTHzスペクトルを得る。よって、THz波パルスとチャープパルスの時間的重なり方に依存する装置応答に起因したTHzスペクトルの歪みを除去することができる。
また、チャープ発生光学器22は、10nm程度のスペクトル幅を有するフェムト秒レーザーを数十ピコ秒以上に線形チャープしたチャープパルスに変換する。よって、A法と同程度の数10GHzの周波数分解能を実現できる。
更にまた、THz波の第1の時間波形と第2の時間波形とに基づいて算出された時間遅延量だけ、光学的時間遅延器21によってプローブ光は遅延される。よって、測定対象物がある場合とない場合とでチャープパルス内の同じ時間領域を変調するTHz波は、THz波変調領域依存性を除くことができ、歪みのないTHzスペクトルを取得できる。
更にまた、参照光と信号光とは、2個の多素子検出器付き分光器により検出される。よって、小型の多素子検出器付き分光器を採用でき、配置の自由度を高めることができる。
また、記憶された参照光R(t)_offと信号光S(t)_off及び分岐比S(t)_off/R(t)_offのいずれか一方、並びに、第2の検出工程にて信号光S(t)_onと参照光R(t)_onを使って、THz波の時間波形ETHz(t)が演算されて取得される。よって、第1の検出工程を1回実行した後は、第2の検出工程だけを実行してTHz波の時間波形を取得できる。
更に、分岐比S(t)_off/R(t)_offとを使ってTHz波で変調されないチャープパルスI(t)_offが演算され、第2の検出工程にて検出された信号光S(t)_onを使ってTHz波の時間波形ETHz(t)が演算され取得される。よって、THz波で変調されたチャープパルスI(t)_onと変調されないチャープパルスI(t)_offの実効的な同時測定を果たし、レーザーの揺らぎに起因する歪みを除去できる。
また、第1の時間波形と第2の時間波形との主ピークの時間差に基づいて時間遅延量が算出される。よって、測定対象物がある場合とない場合とでチャープパルス内の同じ時間領域を変調するTHz波は、THz波変調領域依存性を除いた時間波形を導出できる。
更にまた、複数回検出された参照光と信号光とに基づいてTHz波の時間波形が取得される。よって、信号/雑音比(S/N比)を上げることができる。
図5は、本発明にかかるテラヘルツ測定装置の第2の実施形態としてのテラヘルツ波スペクトル測定装置100の構成図である。図1に示すテラヘルツ波スペクトル測定装置1と同一の構成要素は、同一の符号を付すことで説明を省略する。
図5に示すように、テラヘルツ波スペクトル測定装置100は、ビームスプリッタ11とTHz波発生光学系12との間に、ビームスプリッタ11にて分岐され出力されたフェムト秒レーザーを更に励起光とポンプ光とに分岐する第3の分岐手段の一例としてのビームスプリッタ101と、ビームスプリッタ101にて分岐され出力されたポンプ光を受けて所定の時間遅延させて出力する第2の光学的時間遅延器の一例としての光学的時間遅延器102と、ビームスプリッタ101にて分岐された励起光の光路を開閉するシャッター103とを有する点で、図1に示すテラヘルツ波スペクトル測定装置1と相違する。
光学的時間遅延器102は、例えば、図示しない複数の折り返しミラーの組み合わせにより構成される。光学的時間遅延器102は、演算回路50からの制御信号に基づいて、ビームスプリッタ101で分岐されたポンプ光を時間遅延させて出力する。
シャッター103は、例えば、黒色の金属薄板及びその駆動機構(図示省略)等で構成される。シャッター103は、演算回路50からの制御信号に基づいて、測定対象物を光励起するための励起光としてのフェムト秒レーザーを遮断する。
励起光は、シャッター103を介して測定対象物に照射される。ポンプ光は、光学的時間遅延器102にて所定の時間だけ時間遅延されてTHz波発生源12に導かれる。
続いて、シャッター103によって励起光が遮断され、測定対象物は基底状態に戻る。THz波発生源12からTHz波パルスが照射され、透過THz波が電気光学結晶43にてチャープパルスに重ねられる。同様にして、信号光入力部45及び分光検出部48にて信号光が検出され、THz波パルスの時間波形が取得される(基底状態での時間波形取得工程)。
取得された2つのTHz波パルスの時間波形が演算回路50にてフーリエ変換され、各々のTHzスペクトルが取得される。光励起前後のTHzスペクトルの変化から、光励起によって測定対象物内で起こる化学反応や相変化などの機能解析が実施される(解析工程)。
第2の実施形態にかかるテラヘルツ測定法によれば、光励起された測定対象物を透過した透過THz波の時間波形と、基底状態の測定対象物を透過した透過THz波の時間波形とを取得し、光励起によって測定対象物に生じる変化を解析する。これにより、光励起によって測定対象物内で起こる化学反応や相変化などの機能解析ができる。
ここで、波長変換光学素子は、例えば、ベータバリウムボライト(BBO)など非線形光学結晶等で構成される。波長変換光学素子は、ビームスプリッタ101にて分光された励起光を用いた非線形光学効果により、測定対象物に適した励起波長を有する励起光としての光パルスを発生させる。波長変換光学素子は、例えば、800nmの2倍波や3倍波の光パルスや可視域を連続的に波長が可変な光パルスを発生させる。
図6は、図1に示したテラヘルツ波スペクトル測定装置1を用いた検査装置99の概観図である。
図6に示すように、検査装置99は、テラヘルツ波スペクトル測定装置1と、測定対象物が入った容器97を所定の速度で搬送する搬送手段の一例としてのベルトコンベア98と、様々な物質のTHz領域におけるTHzスペクトルを記憶するデータベース96とを有して構成される。
ここで、データベース96は、例えば、記憶手段の一例としてのハードディスクドライブ(図示省略)を内蔵したパーソナルコンピュータ等で構成される。テラヘルツ波スペクトル測定装置1から出力される測定結果と、記憶しているTHzスペクトルとを照合して、所定の判定を行う。
テラヘルツ波スペクトル測定装置1は、ベルトコンベア98上を移動する容器97に向かってTHz波を照射する。そして、容器97に入っている測定対象物を透過するTHz波を受光する。ここで、容器97は、例えば、THz波パルスを透過する紙やプラスチックで構成される。
例えば、覚醒剤などの禁止薬物や爆薬などの危険物は、THz領域に特徴的な指紋スペクトルを持つことが最近明らかになってきている。そのような指紋スペクトルのデータを予めデータベース96にデータ入力しておき、測定対象物の測定結果と比較することにより、測定対象物にそのような薬物が含まれるかどうかを判定することができる。上述のように、紙やプラスチックはTHz波パルスを透過するから、例えば、郵便物等に梱包された状態でも、測定して判定することができる。
また、データベース96は、様々な物質のTHz領域におけるTHzスペクトルを記憶する。よって、測定対象物の透過THz波を、データベース96に記憶されたデータと照合することで、測定対象物を容易に特定できる。
10…レーザー発生部(光パルス発生手段)
11…ビームスプリッタ(第1の分岐手段)
12…THz波発生源(テラヘルツ波発生光学系)
21…光学的時間遅延器
22…チャープ発生光学器(チャープ発生光学系)
31…ビームスプリッタ(第2の分岐手段)
32…参照光入力部(参照光検出手段)
43…電気光学結晶
45…信号光入力部(信号光検出手段)
48…分光検出部(参照光検出手段、信号光検出手段、多素子検出器付き分光器)
50…演算回路(演算手段)
96…データベース
98…ベルトコンベア(搬送手段)
99…検査装置
101…ビームスプリッタ(第3の分岐手段)
103…シャッター
Claims (11)
- 超短光パルスを発生する光パルス発生手段(10)と、
前記光パルス発生手段(10)にて発生された前記超短光パルスをポンプ光とプローブ光の2つに分岐する第1の分岐手段(11)と、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記ポンプ光を受けてテラヘルツ波(THz波)を発生させるテラヘルツ波発生光学系(12)と、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記プローブ光を線形チャープしたチャープパルスに変換するチャープ発生光学系(22)と、
前記チャープ発生光学系(22)にて変換された前記チャープパルスを2つに分岐する第2の分岐手段(31)と、
前記第2の分岐手段(31)にて分岐された前記チャープパルスの一方を参照光としてスペクトルを検出する参照光検出手段(32,48)と、
前記第2の分岐手段(31)にて分岐された前記チャープパルスの他方を前記テラヘルツ波発生光学系(12)にて発生された前記THz波の電場信号で誘起された電気光学効果にて変調する電気光学結晶(43)と、
前記電気光学結晶(43)にて変調されて出力された光を受けて信号光としてスペクトルを検出する信号光検出手段(45,48)と、
同時に検出された前記参照光検出手段(32,48)による前記参照光と前記信号光検出手段(45,48)による前記信号光とに基づいて前記THz波の時間波形を取得する演算手段(50)と
を有することを特徴とするテラヘルツ測定装置(1)。 - 請求項1に記載のテラヘルツ測定装置において、前記チャープ発生光学系(22)は、前記超短光パルスを10ピコ秒以上に線形チャープした前記チャープパルスに変換することを特徴とするテラヘルツ測定装置。
- 請求項1又は2に記載のテラヘルツ測定装置において、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記プローブ光を所定の時間だけ遅延させる光学的時間遅延器(21)を更に有し、
前記テラヘルツ波発生光学系(12)から発生される前記THz波と前記第2の分岐手段(31)にて分岐される前記チャープパルスの他方とが前記電気光学素結晶(43)において時間的にオーバーラップするように、前記光学的時間遅延器(21)は前記プローブ光を遅延させることを特徴とするテラヘルツ測定装置。 - 請求項3に記載のテラヘルツ測定装置において、
前記演算手段(50)は、所定の測定位置に測定対象物がない状態で取得された前記THz波の第1の時間波形と前記測定位置に配置された測定対象物を透過した前記THz波の第2の時間波形とに基づいて時間遅延量を算出し、
前記光学的時間遅延器(21)は、前記演算手段(50)にて算出された前記時間遅延量だけ前記プローブ光を遅延させることを特徴とするテラヘルツ測定装置。 - 請求項4に記載のテラヘルツ測定装置において、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記ポンプ光を更に2つに分岐する第3の分岐手段(101)と、
前記第3の分岐手段(101)にて分岐された前記超短光パルスの一方の光路を開閉するシャッター(103)と
を更に有し、
前記測定位置に配置された前記測定対象物に対して、前記第3の分岐手段(101)にて分岐された前記超短光パルスの一方を照射して光励起させると共に、前記超短光パルスの他方を受けた前記テラヘルツ波発生光学系(12)から前記THz波を照射させることを特徴とするテラヘルツ測定装置。 - 超短光パルスをポンプ光とプローブ光の2つに分岐する第1の分岐手段(11)と、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記ポンプ光を受けてテラヘルツ波(THz波)を発生させるテラヘルツ波発生光学系(12)と、
前記第1の分岐手段(11)にて分岐された前記超短光パルスの前記プローブ光を線形チャープしたチャープパルスに変換するチャープ発生光学系(22)と、
前記チャープ発生光学系(22)から出力された前記チャープパルスを2つに分岐する第2の分岐手段(31)と、
前記第2の分岐手段(31)にて分岐された前記チャープパルスの一方を参照光としてスペクトルを検出する参照光検出手段(32,48)と
前記第2の分岐手段(31)にて分岐された前記チャープパルスの他方を受けて、前記テラヘルツ波発生光学系(12)にて発生された前記THz波の電場信号で誘起された電気光学効果にて変調する電気光学結晶(43)と、
前記電気光学結晶(43)にて変調された光を信号光としてスペクトルを検出する信号光検出手段(45,48)と、
同時に検出された前記参照光と前記信号光とに基づいて前記テラヘルツ波発生光学系(12)にて発生された前記THz波の時間波形を演算する演算手段(50)と
を有するテラヘルツ測定装置(1)において実行される時間波形取得法であって、
THz波を発生させないで前記参照光R(t)_offと前記信号光S(t)_offとを同時に検出する第1の検出工程と、
THz波を発生させて前記信号光S(t)_onと前記参照光R(t)_onとを同時に検出する第2の検出工程と、
前記第1の検出工程にて検出された前記参照光R(t)_offと前記信号光S(t)_off、及び、前記第2の検出工程にて前記信号光S(t)_onと前記参照光R(t)_onを使って、前記THz波の前記時間波形ETHz(t)を演算して取得する演算工程と
を有することを特徴とする時間波形取得法。 - 請求項6に記載の時間波形取得法において、
前記第1の検出工程にて検出された前記参照光R(t)_offと前記信号光S(t)_off、及び、当該参照光R(t)_offと当該信号光S(t)_offとから算出される分岐比S(t)_off/R(t)_offのいずれかを記憶する記憶工程を更に有し、
前記演算工程では、前記記憶工程にて記憶された前記参照光R(t)_offと前記信号光S(t)_off及び前記分岐比S(t)_off/R(t)_offのいずれか一方、並びに、前記第2の検出工程にて前記信号光S(t)_onと前記参照光R(t)_onを使って、前記THz波の前記時間波形ETHz(t)を演算して取得することを特徴とする時間波形取得法。 - 請求項6又は7に記載の時間波形取得法において、
前記第1の検出工程にて検出された前記参照光R(t)_offと前記信号光S(t)_offとに基づいて分岐比S(t)_off/R(t)_offを算出し、
前記第2の検出工程にて検出された前記参照光R(t)_onと算出された前記分岐比S(t)_off/R(t)_offとを使って、前記THz波で変調されない前記チャープパルスI(t)_offを演算し、
前記第2の検出工程にて検出された前記信号光S(t)_onを前記THz波で変調された前記チャープパルスI(t)_onと見なして、前記THz波の前記時間波形ETHz(t)を演算して取得することを特徴とする時間波形取得法。 - 測定対象物を所定の測定位置に搬送する搬送手段(98)と、
前記搬送手段(98)により前記測定位置に搬送された前記測定対象物を透過する透過THz波を測定する請求項1に記載のテラヘルツ測定装置(1)と
を有することを特徴とする検査装置(99)。 - 請求項10に記載の検査装置において、
様々な物質のTHz領域におけるTHzスペクトルを記憶するデータベース(96)を更に有し、
前記テラヘルツ測定装置(1)にて測定された前記測定対象物の前記透過THz波と前記データベース(96)に記憶された前記THzスペクトルとに基づいて当該測定対象物を検査することを特徴とする検査装置。
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