JP6485624B2 - Measuring device - Google Patents

Measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP6485624B2
JP6485624B2 JP2014219138A JP2014219138A JP6485624B2 JP 6485624 B2 JP6485624 B2 JP 6485624B2 JP 2014219138 A JP2014219138 A JP 2014219138A JP 2014219138 A JP2014219138 A JP 2014219138A JP 6485624 B2 JP6485624 B2 JP 6485624B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
pulse
light
wavelength
terahertz wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014219138A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016085156A (en
Inventor
正恭 福岡
正恭 福岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2014219138A priority Critical patent/JP6485624B2/en
Publication of JP2016085156A publication Critical patent/JP2016085156A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6485624B2 publication Critical patent/JP6485624B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、計測装置に関する。   The present invention relates to a measuring device.

近年、100GHz以上30THz以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。   In recent years, terahertz waves, which are electromagnetic waves having a frequency of 100 GHz to 30 THz, have attracted attention. The terahertz wave can be used for various measurements such as imaging and spectroscopic measurement, non-destructive inspection, and the like.

例えば、テラヘルツ波を用いた計測装置として、テラヘルツ時間領域分光法(THz time−domain spectroscopy、THz−TDS)を用いた計測装置が知られている。例えば、特許文献1に開示されたTHz−TDSを用いた計測装置では、まず、フェムト秒レーザーから出射された光パルスは、ビームスプリッターで2つの経路に分けられる。一方の光パルス(ポンプ光)は、LT−GaAs上にアンテナを形成した光伝導素子に照射され、テラヘルツ波を発生させる。発生したテラヘルツ波は対象物体に照射され、対象物体を透過したテラヘルツ波は検出用の光伝導素子に入射する。他方の光パルス(プローブ光)は、遅延手段を経て、検出用の光伝導素子に照射される。この他方の光パルスは、検出用の光伝導素子において対象物体を透過したテラヘルツ波を検出するときのゲート信号として用いられる。   For example, as a measurement apparatus using a terahertz wave, a measurement apparatus using a terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) is known. For example, in the measurement apparatus using THz-TDS disclosed in Patent Document 1, first, an optical pulse emitted from a femtosecond laser is divided into two paths by a beam splitter. One light pulse (pump light) is irradiated to a photoconductive element in which an antenna is formed on LT-GaAs to generate a terahertz wave. The generated terahertz wave is applied to the target object, and the terahertz wave transmitted through the target object is incident on the photoconductive element for detection. The other light pulse (probe light) is applied to the photoconductive element for detection through the delay means. The other light pulse is used as a gate signal when detecting the terahertz wave transmitted through the target object in the photoconductive element for detection.

このようなTHz−TDSを用いた計測装置において、対象物体をイメージングする際には、対象物体を透過したテラヘルツ波の時間波形が必要となる。時間波形の取得には、検出用の光伝導素子に入射するテラヘルツ波と光パルス(プローブ光)とに少しずつ異なる時間差をつける必要がある。例えば、特許文献1の計測装置では、ミラーを機械的に移動させる遅延手段を用いることで、プローブ光の光路長を可変にしてテラヘルツ波と光パルス(プローブ光)との間に時間差をつけている。   In such a measuring apparatus using THz-TDS, when imaging a target object, a time waveform of a terahertz wave transmitted through the target object is required. In order to acquire the time waveform, it is necessary to give a slightly different time difference to the terahertz wave incident on the detection photoconductive element and the optical pulse (probe light). For example, in the measurement apparatus of Patent Document 1, a delay unit that mechanically moves a mirror is used to make the optical path length of the probe light variable so as to create a time difference between the terahertz wave and the optical pulse (probe light). Yes.

特開2010−156664号公報JP 2010-156664 A

ここで、特許文献1の計測装置では、上述したように、ミラーを機械的に移動させてプローブ光の光路長を変化させる。しかし、ミラーを機械的に移動させることでプローブ光の光路長を変化させると時間が掛かってしまい、測定時間が長くなってしまうという問題がある。特に、THz−TDSを用いたイメージングでは、一画素ごとの測定時間が長くなるため、その影響が大きい。   Here, in the measurement apparatus of Patent Document 1, as described above, the mirror is mechanically moved to change the optical path length of the probe light. However, when the optical path length of the probe light is changed by mechanically moving the mirror, there is a problem that it takes time and the measurement time becomes long. In particular, in imaging using THz-TDS, the measurement time for each pixel becomes long, so the influence is great.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、測定時間を短縮することができる計測装置を提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a measuring device that can shorten the measurement time.

本発明に係る計測装置は、
複数の異なる波長の光パルスを生成可能な光パルス生成部と、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスを第1の光パルスと第2の光パルスに分岐する光パルス分岐部と、
前記第1の光パルスが照射されてテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、
測定対象の試料に照射されて透過または反射した前記テラヘルツ波と前記第2の光パルスが照射されるテラヘルツ波検出部と、
前記第2の光パルスの波長に応じて、前記光パルス分岐部から前記テラヘルツ波検出部までの前記第2の光パルスの光路長が変化するように構成される遅延光学系と、
を含む。
The measuring device according to the present invention is
An optical pulse generator capable of generating a plurality of optical pulses of different wavelengths;
An optical pulse branching unit that branches the optical pulse generated by the optical pulse generation unit into a first optical pulse and a second optical pulse;
A terahertz wave generator that generates a terahertz wave by being irradiated with the first light pulse;
A terahertz wave detection unit that is irradiated with the second light pulse and the terahertz wave that is irradiated to the sample to be measured and transmitted or reflected;
A delay optical system configured so that an optical path length of the second optical pulse from the optical pulse branching unit to the terahertz wave detecting unit changes according to a wavelength of the second optical pulse;
including.

このような計測装置では、光パルス生成部が複数の異なる波長の光パルスを生成し、遅延光学系が第2の光パルスの波長に応じて光パルス分岐部からテラヘルツ波検出部までの第2の光パルスの光路長を変化させるため、第2の光パルスの光路長の変更を電気的に行うことができる。したがって、このような計測装置では、例えば遅延光学系がミラーを機械的に移動させてプローブ光の光路長を変化させる場合と比べて、測定時間の短縮を図ることができる。   In such a measurement apparatus, the optical pulse generation unit generates a plurality of optical pulses having different wavelengths, and the delay optical system uses a second optical pulse from the optical pulse branching unit to the terahertz wave detection unit according to the wavelength of the second optical pulse. Since the optical path length of the second optical pulse is changed, the optical path length of the second optical pulse can be changed electrically. Therefore, in such a measurement apparatus, for example, the measurement time can be shortened as compared with a case where the delay optical system mechanically moves the mirror to change the optical path length of the probe light.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、プリズムペアを含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include a prism pair.

このような計測装置では、遅延光学系はプリズムペアを用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。また、プリズムペアは、例えば回折格子対等の他の光学素子に比べて、光の損失が小さい。したがって、このような計測装置では、効率よく第2の光パルスを遅延させることができる。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using a prism pair. In addition, the prism pair has a smaller light loss than other optical elements such as a diffraction grating pair. Therefore, in such a measuring apparatus, the second optical pulse can be delayed efficiently.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、前記プリズムペアを通過した前記第2の光パルスを前記プリズムペアに戻す反射ミラーを含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include a reflection mirror that returns the second light pulse that has passed through the prism pair to the prism pair.

このような計測装置では、遅延光学系はプリズムペアを用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using a prism pair.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、前記プリズムペアを2つ含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include two prism pairs.

このような計測装置では、遅延光学系は2つのプリズムペアを用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using two prism pairs.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、回折格子対を含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include a diffraction grating pair.

このような計測装置では、遅延光学系は回折格子対を用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。また、回折格子対は、例えばプリズムペアに比べて、アライメントが容易である。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using a diffraction grating pair. In addition, the diffraction grating pair is easier to align than, for example, a prism pair.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、前記回折格子対を通過した前記第2の光パルスを前記回折格子対に戻す反射ミラーを含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include a reflection mirror that returns the second optical pulse that has passed through the diffraction grating pair to the diffraction grating pair.

このような計測装置では、遅延光学系は回折格子対を用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using a diffraction grating pair.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、前記回折格子対を2つ含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include two diffraction grating pairs.

このような計測装置では、遅延光学系は2つの回折格子対を用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。   In such a measuring apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using two diffraction grating pairs.

本発明に係る計測装置において、
前記遅延光学系は、チャープミラーを含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The delay optical system may include a chirp mirror.

このような計測装置では、遅延光学系はチャープミラーを用いることによって第2の光パルスの波長に応じて光路長を変化させることができる。また、チャープミラーは、例えば高屈折率層および低屈折率層の膜厚を調整することで光学的性質を容易に変更することができる。したがって、このような計測装置では、遅延光学系としてチャープミラーを用いることで、設計の自由度を高めることができる。   In such a measurement apparatus, the delay optical system can change the optical path length according to the wavelength of the second optical pulse by using a chirp mirror. The chirped mirror can easily change the optical properties by adjusting the film thicknesses of the high refractive index layer and the low refractive index layer, for example. Therefore, in such a measuring device, the degree of freedom in design can be increased by using a chirp mirror as the delay optical system.

本実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波発生部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the terahertz wave generation part of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波検出部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the terahertz wave detection part of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置の光パルス生成部の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the optical pulse generation part of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置の多波長出力部の光源を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the light source of the multiwavelength output part of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置の多波長出力部の光源を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light source of the multiwavelength output part of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波時間波形の取得方法の説明図。Explanatory drawing of the acquisition method of the terahertz wave time waveform of the measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態の第1変形例に係る計測装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the measuring device which concerns on the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第2変形例に係る計測装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the measuring device which concerns on the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態の第3変形例に係る計測装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the measuring device which concerns on the 3rd modification of this embodiment. 本実施形態の第4変形例に係る計測装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the measuring device which concerns on the 4th modification of this embodiment. チャープミラーを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a chirp mirror typically.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. 計測装置
まず、本実施形態に係る計測装置100の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る計測装置100の構成を模式的に示す図である。
1. Measurement Device First, the configuration of the measurement device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a measurement apparatus 100 according to the present embodiment.

計測装置100では、テラヘルツ時間領域分光法(THz−TDS)を用いて、計測を行う。テラヘルツ時間領域分光法とは、テラヘルツ波を試料Sに入射させ、試料Sを透過または反射した後のテラヘルツ波の波形を時間分解計測し、その波形をフーリエ変換することにより周波数ごとの振幅と位相を得るという分光法である。ここで、テラヘルツ波とは、周波数が100GHz以上30THz以下の電磁波、特に300GHz以上10THz以下の電磁波をいう。   In the measurement apparatus 100, measurement is performed using terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS). Terahertz time-domain spectroscopy is a method in which a terahertz wave is incident on a sample S, a waveform of a terahertz wave after being transmitted or reflected by the sample S is time-resolved measurement, and the waveform is subjected to Fourier transform to thereby determine the amplitude and phase for each frequency. Is a spectroscopic method of obtaining Here, the terahertz wave means an electromagnetic wave having a frequency of 100 GHz to 30 THz, particularly an electromagnetic wave of 300 GHz to 10 THz.

計測装置100は、図1に示すように、光パルス生成部10と、光パルス分岐部20と、テラヘルツ波発生部30と、遅延光学系40と、テラヘルツ波検出部50と、を含む。計測装置100は、さらに、ミラー60,62,64,66,68,70,72を含む。   As illustrated in FIG. 1, the measurement apparatus 100 includes an optical pulse generation unit 10, an optical pulse branching unit 20, a terahertz wave generation unit 30, a delay optical system 40, and a terahertz wave detection unit 50. Measuring device 100 further includes mirrors 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72.

光パルス生成部10は、複数の異なる波長の光パルス(レーザー光)を生成することができる。光パルス生成部10は、波長の異なる光パルスを所定の時間間隔で、順次、射出
する。ここで、光パルスとは、短時間に急峻に強度が変化する光をいう。光パルス生成部10で生成された光パルスのパルス幅は、例えば、1fs(フェムト秒)以上800fs以下である。光パルス生成部10の構成については後述する。光パルス生成部10から射出された光パルスは、光パルス分岐部20に入射する。
The optical pulse generator 10 can generate a plurality of optical pulses (laser light) having different wavelengths. The optical pulse generation unit 10 sequentially emits optical pulses having different wavelengths at predetermined time intervals. Here, the light pulse refers to light whose intensity changes sharply in a short time. The pulse width of the optical pulse generated by the optical pulse generator 10 is, for example, 1 fs (femtoseconds) or more and 800 fs or less. The configuration of the optical pulse generator 10 will be described later. The light pulse emitted from the light pulse generation unit 10 enters the light pulse branching unit 20.

光パルス分岐部(ビームスプリッター)20は、光パルス生成部10にて生成された光パルスをポンプ光(第1の光パルス)L1とプローブ光(第2の光パルス)L2に分岐する。すなわち、光パルス生成部10にて生成された光パルスは、光パルス分岐部20によって、ポンプ光L1とプローブ光L2とに分割される。図示の例では、光パルス分岐部20は、光パルス生成部10から射出された光パルスの一部を反射させてポンプ光L1とし、光パルス生成部10から射出された光パルスの一部を透過してプローブ光L2とする。   The optical pulse branching unit (beam splitter) 20 branches the optical pulse generated by the optical pulse generating unit 10 into pump light (first optical pulse) L1 and probe light (second optical pulse) L2. That is, the optical pulse generated by the optical pulse generation unit 10 is divided into the pump light L1 and the probe light L2 by the optical pulse branching unit 20. In the illustrated example, the optical pulse branching unit 20 reflects a part of the optical pulse emitted from the optical pulse generation unit 10 as the pump light L1, and converts a part of the optical pulse emitted from the optical pulse generation unit 10. The probe light L2 is transmitted.

テラヘルツ波発生部30は、光パルス分岐部20で分岐されたポンプ光L1が照射されてテラヘルツ波を生成する。図示の例では、光パルス分岐部20で分岐されたポンプ光L1は、ミラー60で反射されて、テラヘルツ波発生部30に入射する。テラヘルツ波発生部30は、例えば、光伝導アンテナ(Photo Conductive Antenna、PCA)である。図2は、テラヘルツ波発生部30を模式的に示す平面図である。テラヘルツ波発生部30は、図2の例では、ダイポール型の光伝導アンテナである。   The terahertz wave generation unit 30 is irradiated with the pump light L1 branched by the optical pulse branching unit 20 to generate a terahertz wave. In the illustrated example, the pump light L <b> 1 branched by the optical pulse branching unit 20 is reflected by the mirror 60 and enters the terahertz wave generation unit 30. The terahertz wave generation unit 30 is, for example, a photo conductive antenna (Photo Conductive Antenna, PCA). FIG. 2 is a plan view schematically showing the terahertz wave generation unit 30. The terahertz wave generation unit 30 is a dipole photoconductive antenna in the example of FIG.

テラヘルツ波発生部30は、基板32と、基板32上に設けられた1対の電極36,38と、を有している。基板32は、例えば、半絶縁性GaAs(SI−GaAs)基板と、SI−GaAs基板上に設けられている低温成長GaAs(LT−GaAs)層と、を有している。1対の電極36,38は、ギャップ34を介して対向配置されている。1対の電極36,38間の距離は適宜設定されるが、例えば、1μm以上10μm以下である。電極36,38の材質は、例えば、Auである。   The terahertz wave generation unit 30 includes a substrate 32 and a pair of electrodes 36 and 38 provided on the substrate 32. The substrate 32 includes, for example, a semi-insulating GaAs (SI-GaAs) substrate and a low temperature growth GaAs (LT-GaAs) layer provided on the SI-GaAs substrate. The pair of electrodes 36 and 38 are disposed to face each other with the gap 34 interposed therebetween. The distance between the pair of electrodes 36 and 38 is appropriately set, and is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. The material of the electrodes 36 and 38 is, for example, Au.

テラヘルツ波発生部30では、ギャップ34にポンプ光L1が照射されることにより、自由電子が励起される。そして、この自由電子を電極36,38間に電圧を印加することによって加速させる。これにより、テラヘルツ波が発生する。   In the terahertz wave generating unit 30, free electrons are excited by irradiating the gap 34 with the pump light L <b> 1. The free electrons are accelerated by applying a voltage between the electrodes 36 and 38. Thereby, a terahertz wave is generated.

ミラー62,64は、図1に示すように、テラヘルツ波発生部30で発生したテラヘルツ波を、試料Sに導くための光学素子である。ミラー62,64は、例えば、楕円面ミラー、放物面ミラー等である。   The mirrors 62 and 64 are optical elements for guiding the terahertz wave generated by the terahertz wave generating unit 30 to the sample S as shown in FIG. The mirrors 62 and 64 are, for example, elliptical mirrors, parabolic mirrors, and the like.

ミラー66,68は、試料Sに照射されて透過したテラヘルツ波を、テラヘルツ波検出部50に導くための光学素子である。ミラー66,68は、例えば、楕円面ミラー、放物面ミラー等である。   The mirrors 66 and 68 are optical elements for guiding the terahertz wave that has been irradiated and transmitted through the sample S to the terahertz wave detection unit 50. The mirrors 66 and 68 are, for example, an elliptical mirror, a parabolic mirror, and the like.

遅延光学系40は、プローブ光L2の波長に応じて、光パルス分岐部20からテラヘルツ波検出部50までのプローブ光L2の光路長が変化するように構成されている。遅延光学系40では、プローブ光L2の光路長を波長に応じて変化させることにより、プローブ光L2に光学的な時間遅延を生じさせ、プローブ光L2がテラヘルツ波検出部50に入射するタイミングを制御する。   The delay optical system 40 is configured such that the optical path length of the probe light L2 from the optical pulse branching unit 20 to the terahertz wave detecting unit 50 changes according to the wavelength of the probe light L2. In the delay optical system 40, the optical path length of the probe light L2 is changed according to the wavelength to cause an optical time delay in the probe light L2, and the timing at which the probe light L2 enters the terahertz wave detection unit 50 is controlled. To do.

遅延光学系40は、図示の例では、2つのプリズムペア(プリズム対)42,44を含む光学系である。2つのプリズムペア42,44は、対称(面対称)に配置されている。   In the illustrated example, the delay optical system 40 is an optical system including two prism pairs (prism pairs) 42 and 44. The two prism pairs 42 and 44 are arranged symmetrically (plane symmetry).

第1プリズムペア42は、第1プリズム42aと、第2プリズム42bと、を有している。第2プリズムペア44は、第3プリズム44aと、第4プリズム44bと、を有している。   The first prism pair 42 includes a first prism 42a and a second prism 42b. The second prism pair 44 includes a third prism 44a and a fourth prism 44b.

第1〜第4プリズム42a,42b,44a,44bは、入射光の波長が短いほど大きく屈折(回折)する性質を有する。第1〜第4プリズム42a,42b,44a,44bの光学的性質(形状や、屈折率等)は、例えば、等しい。   The first to fourth prisms 42a, 42b, 44a, 44b have the property of being largely refracted (diffracted) as the wavelength of incident light is shorter. The optical properties (shape, refractive index, etc.) of the first to fourth prisms 42a, 42b, 44a, 44b are equal, for example.

遅延光学系40では、プローブ光L2が、第1プリズム42a、第2プリズム42b、第3プリズム44a、第4プリズム44bをこの順で通過することで、プローブ光L2の波長に応じてプローブ光L2の光路長(いわゆる光学的距離)が変化する。例えば、遅延光学系40において、プローブ光L2の波長がλ1のときの光路長(第1プリズム42aに入射してから第4プリズム44bから射出されるまでの光路長)をLλ1とし、プローブ光L2の波長がλ2(λ1<λ2)のときの光路長をLλ2とすると、Lλ1<Lλ2の関係が成り立つ。遅延光学系40では、2つのプリズムペア42,44による屈折角の波長依存性を利用して波長の異なるプローブ光L2に対して光路差をつけている。 In the delay optical system 40, the probe light L2 passes through the first prism 42a, the second prism 42b, the third prism 44a, and the fourth prism 44b in this order, so that the probe light L2 corresponds to the wavelength of the probe light L2. The optical path length (so-called optical distance) changes. For example, in the delay optical system 40, the optical path length when the wavelength of the probe light L2 is λ1 (the optical path length from entering the first prism 42a to exiting from the fourth prism 44b) is L λ1 , and the probe light the wavelength of L2 is an optical path length when the λ2 (λ1 <λ2) and L .lambda.2, holds the relationship of L λ1 <L λ2. In the delay optical system 40, the optical path difference is given to the probe light L2 having different wavelengths by utilizing the wavelength dependence of the refraction angle by the two prism pairs 42 and 44.

具体的には、第1プリズム42aでは、短波長のプローブ光L2(λ1)は長波長のプローブ光L2(λ2)よりも大きく屈折する。第2プリズム42bでは、第1プリズム42aと同様に、短波長のプローブ光L2(λ1)は長波長のプローブ光L2(λ2)よりも大きく屈折する。これにより、短波長のプローブ光L2(λ1)の進行方向と長波長のプローブ光L2(λ2)の進行方向とは、同じ方向となる。   Specifically, in the first prism 42a, the short wavelength probe light L2 (λ1) is refracted more than the long wavelength probe light L2 (λ2). In the second prism 42b, similarly to the first prism 42a, the short wavelength probe light L2 (λ1) is refracted more than the long wavelength probe light L2 (λ2). Thus, the traveling direction of the short wavelength probe light L2 (λ1) and the traveling direction of the long wavelength probe light L2 (λ2) are the same direction.

また、第2プリズムペア44においても同様に、第3プリズム44aでは、短波長のプローブ光L2(λ1)は長波長のプローブ光L2(λ2)よりも大きく屈折する。第4プリズム44bでは、第3プリズム44aと同様に、短波長のプローブ光L2(λ1)は長波長のプローブ光L2(λ2)よりも大きく屈折する。これにより、短波長のプローブ光L2(λ1)の進行方向と長波長のプローブ光L2(λ2)の進行方向とは同じ方向となり、第4プリズム44bから射出された、短波長のプローブ光L2(λ1)と長波長のプローブ光L2(λ2)とは、同じ光路をとる。   Similarly, in the second prism pair 44, in the third prism 44a, the short wavelength probe light L2 (λ1) is refracted more than the long wavelength probe light L2 (λ2). In the fourth prism 44b, similarly to the third prism 44a, the short-wavelength probe light L2 (λ1) is refracted more than the long-wavelength probe light L2 (λ2). Thus, the traveling direction of the short wavelength probe light L2 (λ1) and the traveling direction of the long wavelength probe light L2 (λ2) are the same direction, and the short wavelength probe light L2 (emitted from the fourth prism 44b) λ1) and the long-wavelength probe light L2 (λ2) take the same optical path.

ここで、長波長のプローブ光L2(λ2)は、短波長のプローブ光L2(λ1)よりも、第2プリズム42b中を伝搬する光路上の幾何学的な距離が大きい。同様に、長波長のプローブ光L2(λ2)は、短波長のプローブ光L2(λ1)よりも、第3プリズム44a中を伝搬する光路上の幾何学的な距離が大きい。このため、遅延光学系40における光路上の幾何学的な距離は、長波長のプローブ光L2(λ2)よりも短波長のプローブ光(λ1)の方が大きいが、遅延光学系40における光路上の光学的な距離(光路長)は、長波長のプローブ光L2(λ2)よりも短波長のプローブ光(λ1)の方が小さくなる。   Here, the long-wavelength probe light L2 (λ2) has a larger geometric distance on the optical path propagating through the second prism 42b than the short-wavelength probe light L2 (λ1). Similarly, the long-wavelength probe light L2 (λ2) has a larger geometric distance on the optical path propagating through the third prism 44a than the short-wavelength probe light L2 (λ1). For this reason, the geometric distance on the optical path in the delay optical system 40 is larger for the short-wavelength probe light (λ1) than for the long-wavelength probe light L2 (λ2). Is shorter for the short-wavelength probe light (λ1) than for the long-wavelength probe light L2 (λ2).

このようにして、遅延光学系40では、2つのプリズムペア42,44によって、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させている。例えば、波長に応じた光路差を大きくするためには、第1プリズム42aと第2プリズム42bとの間の光学的距離(第3プリズム44aと第4プリズム44bとの間の光学的距離)を大きくすればよい。   In this way, in the delay optical system 40, the optical path length is changed by the two prism pairs 42 and 44 in accordance with the wavelength of the probe light L2. For example, in order to increase the optical path difference according to the wavelength, the optical distance between the first prism 42a and the second prism 42b (the optical distance between the third prism 44a and the fourth prism 44b) is set. Just make it bigger.

なお、本実施形態では、プローブ光L2の光路上に遅延光学系40を設けてテラヘルツ波検出部50に入射するタイミングを制御している。言い換えれば、遅延光学系40によって、プローブ光L2とポンプ光L1との相対的な光路長の差を変化させている。しかし、プローブ光L2とポンプ光L1との相対的な光路長の差を変化させることができれば本実施形態の構成に限定されない。すなわち、遅延光学系40がポンプ光L1の光路上に設けられ、ポンプ光L1の光路長を変化させてもよい。また、プローブ光L2の光路上およびポンプ光L1の光路上の両方に遅延光学系40が設けられ、双方の光路長を変化させつつ、各々の相対的な光路長の差を変化させてもよい。   In the present embodiment, the delay optical system 40 is provided on the optical path of the probe light L2 to control the timing of incidence on the terahertz wave detection unit 50. In other words, the delay optical system 40 changes the relative optical path length difference between the probe light L2 and the pump light L1. However, the configuration of the present embodiment is not limited as long as the relative optical path length difference between the probe light L2 and the pump light L1 can be changed. That is, the delay optical system 40 may be provided on the optical path of the pump light L1, and the optical path length of the pump light L1 may be changed. Further, the delay optical system 40 may be provided on both the optical path of the probe light L2 and the optical path of the pump light L1, and the difference between the relative optical path lengths may be changed while changing the optical path lengths of both. .

ミラー70,72は、遅延光学系40で遅延されたプローブ光L2をテラヘルツ波検出部50に導くための光学素子である。   The mirrors 70 and 72 are optical elements for guiding the probe light L <b> 2 delayed by the delay optical system 40 to the terahertz wave detection unit 50.

テラヘルツ波検出部50は、測定対象の試料Sに照射されて透過したテラヘルツ波とプローブ光L2が照射される。テラヘルツ波検出部50は、例えば、光伝導アンテナである。図3は、テラヘルツ波検出部50を模式的に示す平面図である。テラヘルツ波検出部50は、図3の例では、ダイポール型の光伝導アンテナである。   The terahertz wave detection unit 50 is irradiated with the terahertz wave that has been irradiated and transmitted through the sample S to be measured and the probe light L2. The terahertz wave detection unit 50 is, for example, a photoconductive antenna. FIG. 3 is a plan view schematically showing the terahertz wave detection unit 50. The terahertz wave detection unit 50 is a dipole photoconductive antenna in the example of FIG.

テラヘルツ波検出部50は、基板52と、基板52上に設けられ、1対の電極56,58と、を有している。基板52は、例えば、半絶縁性GaAs(SI−GaAs)基板と、SI−GaAs基板上に設けられている低温成長GaAs(LT−GaAs)層と、を有している。1対の電極56,58は、ギャップ54を介して対向配置されている。1対の電極56,58間の距離は適宜設定されるが、例えば、1μm以上10μm以下である。電極56,58の材質は、例えば、Auである。   The terahertz wave detection unit 50 includes a substrate 52 and a pair of electrodes 56 and 58 provided on the substrate 52. The substrate 52 includes, for example, a semi-insulating GaAs (SI-GaAs) substrate and a low temperature growth GaAs (LT-GaAs) layer provided on the SI-GaAs substrate. The pair of electrodes 56 and 58 are arranged to face each other with a gap 54 interposed therebetween. The distance between the pair of electrodes 56 and 58 is appropriately set, and is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. The material of the electrodes 56 and 58 is, for example, Au.

テラヘルツ波検出部50では、基板52の表面(電極56,58が形成された面)側からギャップ54に試料Sを透過したテラヘルツ波が照射され、かつ、基板52の裏面側からギャップ54にプローブ光L2が照射される。プローブ光L2によって基板52中に発生したキャリアはテラヘルツ波に伴う振動電場で加速されるため、テラヘルツ波の振動電場に比例した電流が流れる。すなわち、テラヘルツ波検出部50では、電極56,58間に、テラヘルツ波とプローブ光L2とが同時に照射されると、照射されたテラヘルツ波の強度(振動電場)に応じた電流が電極56,58に流れる。この電流を電極56,58に接続された電流計で計測することより、テラヘルツ波の振動電場の強度を計測することができる。   In the terahertz wave detection unit 50, a terahertz wave that has passed through the sample S is irradiated to the gap 54 from the surface (surface on which the electrodes 56 and 58 are formed) side of the substrate 52, and the gap 54 is probed from the back surface side of the substrate 52. Light L2 is irradiated. Since the carriers generated in the substrate 52 by the probe light L2 are accelerated by the oscillating electric field accompanying the terahertz wave, a current proportional to the oscillating electric field of the terahertz wave flows. That is, in the terahertz wave detection unit 50, when the terahertz wave and the probe light L <b> 2 are simultaneously irradiated between the electrodes 56 and 58, a current corresponding to the intensity (oscillation electric field) of the irradiated terahertz wave is generated. Flowing into. By measuring this current with an ammeter connected to the electrodes 56 and 58, the intensity of the oscillating electric field of the terahertz wave can be measured.

なお、上述のテラヘルツ波発生部30およびテラヘルツ波検出部50は、光伝導アンテナ(PCA)に限定されない。例えば、テラヘルツ波発生部30およびテラヘルツ波検出部50は、非線形光学結晶を用いた方式であってもよい。   Note that the above-described terahertz wave generation unit 30 and terahertz wave detection unit 50 are not limited to a photoconductive antenna (PCA). For example, the terahertz wave generation unit 30 and the terahertz wave detection unit 50 may be a system using a nonlinear optical crystal.

次に、光パルス生成部10の構成について説明する。   Next, the configuration of the optical pulse generator 10 will be described.

図4は、光パルス生成部10の構成を説明するための図である。光パルス生成部10は、図4に示すように、多波長出力部12と、光スイッチング部16と、制御部18と、を有している。   FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the optical pulse generator 10. As illustrated in FIG. 4, the optical pulse generation unit 10 includes a multi-wavelength output unit 12, an optical switching unit 16, and a control unit 18.

多波長出力部12は、互いに波長の異なる複数の光パルスを出力する。多波長出力部12は、複数(n個(nは2以上の自然数))の光源(第1光源12−1、第2光源12−2、第3光源12−3、・・・、第n光源12−n)を有している。n個の光源12−1〜12−nは、互いに異なる波長の光パルスを出力する。例えば、n個の光源12−1〜12−nは、第1光源12−1、第2光源12−2、第3光源12−3、・・・、第n光源12−nの順で、生成される光パルスの波長が長い。すなわち、第1〜第n光源12−1〜12−nのうち、第1光源12−1から出力される光パルスの波長が最も長く、第n光源12−nから出力される光パルスの波長が最も短い。n個の光源12−1〜12−nから出力されるパルス光のパルス幅は、例えば、1fs以上800fs以下である。各光源12−1〜12−nから出力されるパルスのパルス幅は、例えば、等しい。各光源12−1〜12−nの構成については、後述する。   The multi-wavelength output unit 12 outputs a plurality of optical pulses having different wavelengths. The multi-wavelength output unit 12 includes a plurality (n (n is a natural number of 2 or more)) of light sources (first light source 12-1, second light source 12-2, third light source 12-3,..., Nth Light source 12-n). The n light sources 12-1 to 12-n output optical pulses having different wavelengths. For example, the n light sources 12-1 to 12-n are in the order of the first light source 12-1, the second light source 12-2, the third light source 12-3,. The wavelength of the generated light pulse is long. That is, among the first to nth light sources 12-1 to 12-n, the wavelength of the light pulse output from the first light source 12-1 is the longest, and the wavelength of the light pulse output from the nth light source 12-n. Is the shortest. The pulse width of the pulsed light output from the n light sources 12-1 to 12-n is, for example, not less than 1 fs and not more than 800 fs. For example, the pulse widths of the pulses output from the light sources 12-1 to 12-n are equal. The configuration of each of the light sources 12-1 to 12-n will be described later.

光スイッチング部16は、多波長出力部12を構成している各光源12−1〜12−nと接続されている。光スイッチング部16は、制御部18から入力される波長制御信号に基づいて、n個の光源12−1〜12−nのうちの1つを選択して出力する。光スイッチ
ング部16としては、例えば、電気光学効果や音響光学効果に基づくN×1光スイッチを用いる。光パルス生成部10では、光スイッチング部16によって光パルスの波長を電気的に切り替えて出力することができる。
The optical switching unit 16 is connected to the light sources 12-1 to 12-n constituting the multi-wavelength output unit 12. The optical switching unit 16 selects and outputs one of the n light sources 12-1 to 12-n based on the wavelength control signal input from the control unit 18. As the optical switching unit 16, for example, an N × 1 optical switch based on an electro-optic effect or an acousto-optic effect is used. In the optical pulse generation unit 10, the optical switching unit 16 can electrically switch and output the wavelength of the optical pulse.

制御部18は、光パルス生成部10から出力される光パルスの波長が連続的に変化するように、光スイッチング部16に波長制御信号を送る。制御部18は、例えば、第1光源12−1、第2光源12−2、第3光源12−3、・・・、第n光源12−nの順で各光源12−1〜12−nの光パルスを選択して出力するように、光スイッチング部16を制御する処理を行う。これにより、光パルス生成部10からは、異なる波長の光パルスが順次出力される。   The control unit 18 sends a wavelength control signal to the optical switching unit 16 so that the wavelength of the optical pulse output from the optical pulse generation unit 10 continuously changes. For example, the control unit 18 includes the first light source 12-1, the second light source 12-2, the third light source 12-3,..., And the nth light source 12-n in the order of the light sources 12-1 to 12-n. The optical switching unit 16 is controlled so as to select and output the optical pulse. As a result, the optical pulse generator 10 sequentially outputs optical pulses having different wavelengths.

ここで、多波長出力部12を構成している各光源12−1〜12−nについて説明する。各光源12−1〜12−nは、それぞれ短光パルス発生装置からなる。図5は、多波長出力部12の各光源12−1〜12−nとなる短光パルス発生装置1の一例を模式的に示す斜視図である。図6は、短光パルス発生装置1を模式的に示す図5のVI−VI線断面図である。   Here, the light sources 12-1 to 12-n constituting the multi-wavelength output unit 12 will be described. Each of the light sources 12-1 to 12-n includes a short light pulse generator. FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of the short optical pulse generator 1 that becomes each of the light sources 12-1 to 12-n of the multi-wavelength output unit 12. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5 schematically showing the short optical pulse generator 1.

短光パルス発生装置1は、図5および図6に示すように、光パルスを生成するパルス源2と、光パルスに周波数チャープを付与する周波数チャープ部4と、周波数チャープが付与された光パルスに対して波長に応じた群速度差を生じさせる群速度分散部6と、を含む。   As shown in FIGS. 5 and 6, the short optical pulse generator 1 includes a pulse source 2 that generates an optical pulse, a frequency chirp unit 4 that applies a frequency chirp to the optical pulse, and an optical pulse that is provided with a frequency chirp. And a group velocity dispersion unit 6 for generating a group velocity difference corresponding to the wavelength.

パルス源2は、光パルスを生成する。パルス源2が生成する光パルスのパルス幅(半値全幅FWHM)は特に限定されないが、例えば1ps(ピコ秒)以上100ps以下である。パルス源2は、例えば、量子井戸構造(第1コア層108)を有する半導体レーザーであり、図示の例では、DFB(Distributed Feedback)レーザーである。なお、パルス源2は、例えば、DBRレーザーやモード同期レーザー等の半導体レーザーであってもよい。また、パルス源2は、半導体レーザーに限定されず、例えばスーパールミネッセントダイオード(SLD)であってもよい。パルス源2で生成された光パルスは、第1クラッド層106、第1コア層108、および第2クラッド層110で構成されている光導波路8を伝搬する。   The pulse source 2 generates an optical pulse. The pulse width (full width at half maximum FWHM) of the optical pulse generated by the pulse source 2 is not particularly limited, and is, for example, 1 ps (picoseconds) or more and 100 ps or less. The pulse source 2 is, for example, a semiconductor laser having a quantum well structure (first core layer 108), and is a DFB (Distributed Feedback) laser in the illustrated example. The pulse source 2 may be a semiconductor laser such as a DBR laser or a mode-locked laser, for example. Further, the pulse source 2 is not limited to a semiconductor laser, and may be a super luminescent diode (SLD), for example. The optical pulse generated by the pulse source 2 propagates through the optical waveguide 8 composed of the first cladding layer 106, the first core layer 108, and the second cladding layer 110.

周波数チャープ部4は、パルス源2で生成された光パルスに周波数チャープを付与する。周波数チャープ部4は、例えば半導体材料で構成されており、量子井戸構造を有している。図示の例では、周波数チャープ部4は、量子井戸構造を有している第1コア層108を有している。光パルスが周波数チャープ部4の光導波路8を伝搬すると、光カー効果により光導波路材料の屈折率が変化し、電界の位相が変化する(自己位相変調効果)。この自己位相変調効果により、光パルスに周波数チャープが付与される。ここで、周波数チャープとは、光パルスの周波数が時間的に変化する現象をいう。   The frequency chirp unit 4 imparts a frequency chirp to the optical pulse generated by the pulse source 2. The frequency chirp portion 4 is made of, for example, a semiconductor material and has a quantum well structure. In the illustrated example, the frequency chirp portion 4 includes a first core layer 108 having a quantum well structure. When the optical pulse propagates through the optical waveguide 8 of the frequency chirped portion 4, the refractive index of the optical waveguide material changes due to the optical Kerr effect, and the phase of the electric field changes (self-phase modulation effect). Due to this self-phase modulation effect, a frequency chirp is imparted to the optical pulse. Here, frequency chirp refers to a phenomenon in which the frequency of an optical pulse changes with time.

周波数チャープ部4は、半導体材料で構成されているため、1psから100ps程度のパルス幅を持つ光パルスに対して応答速度が遅い。そのため、周波数チャープ部4では、光パルスに、当該光パルスの強度(電界振幅の2乗)に比例した周波数チャープ(アップチャープやダウンチャープ)が付与される。ここで、アップチャープとは、光パルスの周波数が時間とともに増加する場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの周波数が時間とともに減少する場合をいう。言い換えると、アップチャープとは、光パルスの波長が時間とともに短くなる場合をいい、ダウンチャープとは、光パルスの波長が時間とともに長くなる場合をいう。   Since the frequency chirp portion 4 is made of a semiconductor material, the response speed is slow with respect to an optical pulse having a pulse width of about 1 ps to 100 ps. Therefore, in the frequency chirp unit 4, a frequency chirp (up chirp or down chirp) proportional to the intensity of the optical pulse (the square of the electric field amplitude) is given to the optical pulse. Here, up-chirp means that the frequency of the optical pulse increases with time, and down-chirp means that the frequency of the optical pulse decreases with time. In other words, up-chirp refers to the case where the wavelength of the optical pulse decreases with time, and down-chirp refers to the case where the wavelength of the optical pulse increases with time.

群速度分散部6は、周波数チャープが付与された光パルスに対して波長(周波数)に応
じた群速度差を生じさせる。具体的には、群速度分散部6は、周波数チャープが付与された光パルスに対して、光パルスのパルス幅が小さくなるような群速度差を生じさせることができる(パルス圧縮)。例えば、群速度分散部6では、アップチャープされた光パルスに負の群速度分散(異常分散)を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。
The group velocity dispersion unit 6 generates a group velocity difference corresponding to the wavelength (frequency) for the optical pulse to which the frequency chirp is applied. Specifically, the group velocity dispersion unit 6 can generate a group velocity difference such that the pulse width of the optical pulse is reduced with respect to the optical pulse to which the frequency chirp is applied (pulse compression). For example, the group velocity dispersion unit 6 can reduce the pulse width by causing negative group velocity dispersion (abnormal dispersion) in the up-chirped optical pulse.

また、群速度分散部6では、ダウンチャープされた光パルスに、正の群速度分散を生じさせて、パルス幅を小さくすることができる。群速度分散部6で圧縮された光パルスのパルス幅は特に限定されないが、例えば、1fs(フェムト秒)以上800fs以下である。   Further, the group velocity dispersion unit 6 can reduce the pulse width by causing positive group velocity dispersion in the down-chirped optical pulse. The pulse width of the light pulse compressed by the group velocity dispersion unit 6 is not particularly limited, but is, for example, 1 fs (femtosecond) or more and 800 fs or less.

群速度分散部6は、モード結合する距離で配置されている2つの光導波路8,9を有している。すなわち、2つの光導波路8,9は、いわゆる結合導波路を構成している。なお、モード結合する距離とは、光導波路8および光導波路9を伝搬する光が、互いに行き来することが可能な距離である。群速度分散部6では、2つの光導波路8,9におけるモード結合により、大きな群速度差を生じさせることができる。   The group velocity dispersion unit 6 has two optical waveguides 8 and 9 arranged at a distance for mode coupling. That is, the two optical waveguides 8 and 9 constitute a so-called coupled waveguide. Note that the mode coupling distance is a distance at which light propagating through the optical waveguide 8 and the optical waveguide 9 can travel back and forth. In the group velocity dispersion unit 6, a large group velocity difference can be generated by mode coupling in the two optical waveguides 8 and 9.

次に、短光パルス発生装置1の構造について説明する。短光パルス発生装置1は、パルス源2、周波数チャープ部4、および群速度分散部6が同一基板102上に設けられている。   Next, the structure of the short light pulse generator 1 will be described. In the short optical pulse generator 1, a pulse source 2, a frequency chirp unit 4, and a group velocity dispersion unit 6 are provided on the same substrate 102.

短光パルス発生装置1は、基板102と、バッファー層104と、第1クラッド層106と、第1コア層108と、第2クラッド層110と、キャップ層112と、第2コア層114と、第3クラッド層116と、キャップ層118と、絶縁層120,122と、第1電極130と、第2電極132と、を含んで構成されている。   The short optical pulse generator 1 includes a substrate 102, a buffer layer 104, a first cladding layer 106, a first core layer 108, a second cladding layer 110, a cap layer 112, a second core layer 114, The third clad layer 116, the cap layer 118, the insulating layers 120 and 122, the first electrode 130, and the second electrode 132 are configured.

基板102は、例えば、第1導電型(例えばn型)のGaAs基板である。基板102は、パルス源2が形成される第1領域102aと、周波数チャープ部4が形成される第2領域102bと、群速度分散部6が形成される第3領域102cと、を有している。   The substrate 102 is, for example, a first conductivity type (for example, n-type) GaAs substrate. The substrate 102 has a first region 102a where the pulse source 2 is formed, a second region 102b where the frequency chirp portion 4 is formed, and a third region 102c where the group velocity dispersion portion 6 is formed. Yes.

バッファー層104は、基板102上に設けられている。バッファー層104は、例えば、n型のGaAs層である。   The buffer layer 104 is provided on the substrate 102. The buffer layer 104 is, for example, an n-type GaAs layer.

第1クラッド層106は、バッファー層104上に設けられている。第1クラッド層106は、例えば、n型のAlGaAs層である。   The first cladding layer 106 is provided on the buffer layer 104. The first cladding layer 106 is, for example, an n-type AlGaAs layer.

第1ガイド層108aは、第1クラッド層106上に設けられている。第1ガイド層108aは、例えば、i型のAlGaAs層である。   The first guide layer 108 a is provided on the first cladding layer 106. The first guide layer 108a is, for example, an i-type AlGaAs layer.

MQW層108bは、第1ガイド層108a上に設けられている。MQW層108bは、例えば、GaAsウェル層と、AlGaAsバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸構造を有している。図示の例では、MQW層108bの量子井戸数(GaAsウェル層とAlGaAsバリア層の積層数)は、第1〜第3領域102a〜102cの上方において、同じである。なお、第1領域102aの上方におけるMQW層108bの量子井戸数と、第2領域102bの上方におけるMQW層108bの量子井戸数と、第3領域102cの上方におけるMQW層108bの量子井戸数とが、異なっていてもよい。   The MQW layer 108b is provided on the first guide layer 108a. The MQW layer 108b has a multiple quantum well structure in which, for example, three quantum well structures each composed of a GaAs well layer and an AlGaAs barrier layer are stacked. In the illustrated example, the MQW layer 108b has the same number of quantum wells (the number of stacked GaAs well layers and AlGaAs barrier layers) above the first to third regions 102a to 102c. Note that the number of quantum wells of the MQW layer 108b above the first region 102a, the number of quantum wells of the MQW layer 108b above the second region 102b, and the number of quantum wells of the MQW layer 108b above the third region 102c are as follows. , May be different.

第2ガイド層108cは、MQW層108b上に設けられている。第2ガイド層108cは、例えば、i型のAlGaAs層である。第2ガイド層108cには、DFB型の共振器を構成する周期構造が設けられている。周期構造は、第1領域102aの上方に設け
られている。周期構造は、屈折率の異なる2つの層108c,110によって構成されている。第1ガイド層108a、およびMQW層108b、第2ガイド層108cにより、MQW層108bに生じる光(光パルス)を伝播する第1コア層108を構成することができる。
The second guide layer 108c is provided on the MQW layer 108b. The second guide layer 108c is, for example, an i-type AlGaAs layer. The second guide layer 108c is provided with a periodic structure constituting a DFB type resonator. The periodic structure is provided above the first region 102a. The periodic structure is composed of two layers 108c and 110 having different refractive indexes. The first guide layer 108a, the MQW layer 108b, and the second guide layer 108c can constitute the first core layer 108 that propagates light (light pulse) generated in the MQW layer 108b.

第2クラッド層110は、第1コア層108上に設けられている。第2クラッド層110は、例えば、第2導電型(例えばp型)のAlGaAs層である。   The second cladding layer 110 is provided on the first core layer 108. The second cladding layer 110 is, for example, a second conductivity type (for example, p-type) AlGaAs layer.

図示の例では、第1クラッド層106、第1コア層108、および第2クラッド層110によって、光導波路8が構成されている。光導波路8は、第1コア層108の端面109aから、端面109aと反対側の第1コア層108の端面109bまで、延在している。   In the illustrated example, the optical waveguide 8 is configured by the first cladding layer 106, the first core layer 108, and the second cladding layer 110. The optical waveguide 8 extends from the end surface 109a of the first core layer 108 to the end surface 109b of the first core layer 108 opposite to the end surface 109a.

パルス源2では、第1電極130と第2電極132との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加すると、第1コア層108(MQW層108b)において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光(光パルス)を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、光導波路8内で光(光パルス)の強度が増幅される。   In the pulse source 2, when a forward bias voltage of a pin diode is applied between the first electrode 130 and the second electrode 132, recombination of electrons and holes occurs in the first core layer 108 (MQW layer 108b). . This recombination causes light emission. Starting from the generated light (light pulse), stimulated emission occurs in a chain, and the intensity of light (light pulse) is amplified in the optical waveguide 8.

バッファー層104、第1クラッド層106、第1コア層108、第2クラッド層110は、基板102の第1領域102a,第2領域102b,第3領域102cにわたって設けられている。すなわち、これらの層104,106,108,110は、パルス源2、周波数チャープ部4、および群速度分散部6に共通の層であり、連続している層である。光導波路8は、パルス源2、周波数チャープ部4、および群速度分散部6において連続している第1クラッド層106、第1コア層108、第2クラッド層110で構成される。   The buffer layer 104, the first cladding layer 106, the first core layer 108, and the second cladding layer 110 are provided over the first region 102a, the second region 102b, and the third region 102c of the substrate 102. That is, these layers 104, 106, 108, 110 are layers that are common to the pulse source 2, the frequency chirp unit 4, and the group velocity dispersion unit 6, and are continuous layers. The optical waveguide 8 includes a first cladding layer 106, a first core layer 108, and a second cladding layer 110 that are continuous in the pulse source 2, the frequency chirp unit 4, and the group velocity dispersion unit 6.

キャップ層112は、第2クラッド層110上であって、基板102の第1領域102aおよび第2領域102bの上方に設けられている。キャップ層112は、第2電極132とオーミックコンタクトすることができる。キャップ層112は、例えば、p型のGaAs層である。   The cap layer 112 is provided on the second cladding layer 110 and above the first region 102 a and the second region 102 b of the substrate 102. The cap layer 112 can be in ohmic contact with the second electrode 132. The cap layer 112 is, for example, a p-type GaAs layer.

キャップ層112と、第1領域102aおよび第2領域102bの上方に設けられている第2クラッド層110の一部とは、柱状部111aを構成している。例えば、パルス源2では、柱状部111aの各層の積層方向から見た平面形状によって、電極130,132間の電流経路が決定される。   The cap layer 112 and a part of the second cladding layer 110 provided above the first region 102a and the second region 102b constitute a columnar portion 111a. For example, in the pulse source 2, the current path between the electrodes 130 and 132 is determined by the planar shape viewed from the stacking direction of each layer of the columnar portion 111 a.

絶縁層120は、図5に示すように、第2クラッド層110上であって、柱状部111aの側方に設けられている。さらに、絶縁層120は、第2領域102bの上方のキャップ層112上に設けられている。絶縁層120は、例えば、SiN層、SiO層、SiON層、Al層、ポリイミド層などである。 As shown in FIG. 5, the insulating layer 120 is provided on the second cladding layer 110 and on the side of the columnar portion 111a. Further, the insulating layer 120 is provided on the cap layer 112 above the second region 102b. The insulating layer 120 is, for example, a SiN layer, a SiO 2 layer, a SiON layer, an Al 2 O 3 layer, a polyimide layer, or the like.

第1電極130は、基板102の下の全面に設けられている。第1電極130は、該第1電極130とオーミックコンタクトする層(図示の例では基板102)と接している。第1電極130は、基板102を介して、第1クラッド層106と電気的に接続されている。第1電極130は、パルス源2を駆動するための一方の電極である。第1電極130としては、例えば、基板102側からCr層、AuGe層、Ni層、Au層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第1電極130は、基板102の第1領域102aの下方にのみ設けられていてもよい。   The first electrode 130 is provided on the entire lower surface of the substrate 102. The first electrode 130 is in contact with a layer (the substrate 102 in the illustrated example) that is in ohmic contact with the first electrode 130. The first electrode 130 is electrically connected to the first cladding layer 106 via the substrate 102. The first electrode 130 is one electrode for driving the pulse source 2. As the first electrode 130, for example, a layer in which a Cr layer, an AuGe layer, a Ni layer, and an Au layer are stacked in this order from the substrate 102 side can be used. Note that the first electrode 130 may be provided only below the first region 102 a of the substrate 102.

第2電極132は、キャップ層112の上面であって、第1領域102aの上方に設け
られている。さらに、第2電極132は、絶縁層120上に設けられていてもよい。第2電極132は、キャップ層112を介して、第2クラッド層110と電気的に接続されている。第2電極132は、パルス源2を駆動するための他方の電極である。第2電極132としては、例えば、キャップ層112側からCr層、AuZn層、Au層の順序で積層したものなどを用いることができる。
The second electrode 132 is provided on the upper surface of the cap layer 112 and above the first region 102a. Further, the second electrode 132 may be provided on the insulating layer 120. The second electrode 132 is electrically connected to the second cladding layer 110 through the cap layer 112. The second electrode 132 is the other electrode for driving the pulse source 2. As the second electrode 132, for example, a layer in which a Cr layer, an AuZn layer, and an Au layer are stacked in this order from the cap layer 112 side can be used.

第2コア層114は、第2クラッド層110上に設けられている。より具体的には、第2コア層114は、第2クラッド層110上であって、第3領域102cの上方に設けられている。第2コア層114は、例えば、i型のAlGaAs層である。   The second core layer 114 is provided on the second cladding layer 110. More specifically, the second core layer 114 is provided on the second cladding layer 110 and above the third region 102c. The second core layer 114 is, for example, an i-type AlGaAs layer.

第3クラッド層116は、第2コア層114上に設けられている。第3クラッド層116は、例えば、例えばn型のAlGaAs層である。   The third cladding layer 116 is provided on the second core layer 114. The third cladding layer 116 is, for example, an n-type AlGaAs layer.

図示の例では、第2クラッド層110、第2コア層114、および第3クラッド層116によって、光導波路9が構成されている。   In the illustrated example, the optical waveguide 9 is constituted by the second cladding layer 110, the second core layer 114, and the third cladding layer 116.

光導波路8および光導波路9は、モード結合する距離で配置されている。すなわち、光導波路8および光導波路9とは、結合導波路を構成している。   The optical waveguide 8 and the optical waveguide 9 are arranged at a distance for mode coupling. That is, the optical waveguide 8 and the optical waveguide 9 constitute a coupled waveguide.

キャップ層118は、第3クラッド層116上に設けられている。キャップ層118は、例えば、n型のGaAs層である。キャップ層118と、第3クラッド層116の一部とは、柱状部111bを構成している。   The cap layer 118 is provided on the third cladding layer 116. The cap layer 118 is, for example, an n-type GaAs layer. The cap layer 118 and a part of the third cladding layer 116 form a columnar part 111b.

絶縁層122は、図5に示すように、第3クラッド層116上であって、柱状部111bの側方に設けられている。さらに、絶縁層122は、キャップ層118上に設けられている。絶縁層122は、例えば、SiN層、SiO層、SiON層、Al層、ポリイミド層などである。 As shown in FIG. 5, the insulating layer 122 is provided on the third cladding layer 116 and on the side of the columnar portion 111 b. Furthermore, the insulating layer 122 is provided on the cap layer 118. The insulating layer 122 is, for example, a SiN layer, a SiO 2 layer, a SiON layer, an Al 2 O 3 layer, a polyimide layer, or the like.

ここで、多波長出力部12を構成する各光源12−1〜12−nは、それぞれ上述した短光パルス発生装置1のパルス源2(DFBレーザー)から出力されるレーザー光の波長が異なっている。すなわち、多波長出力部12を構成する光源12−1〜12−nは、DFB型の共振器を構成する周期構造の周期が異なっている。これにより、多波長出力部12の各光源12−1〜12−nは、互いに異なる波長の光パルスを出力することができる。   Here, the light sources 12-1 to 12-n constituting the multi-wavelength output unit 12 have different wavelengths of laser light output from the pulse source 2 (DFB laser) of the short light pulse generator 1 described above. Yes. That is, the light sources 12-1 to 12-n constituting the multi-wavelength output unit 12 have different periods of the periodic structure constituting the DFB type resonator. Thereby, each light source 12-1 to 12-n of the multi-wavelength output unit 12 can output optical pulses having different wavelengths.

2. 計測装置の動作
次に、計測装置100の動作について説明する。図7は、計測装置100におけるテラヘルツ波(信号光)の時間波形の取得方法を説明するための図である。
2. Operation of Measuring Device Next, the operation of the measuring device 100 will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining a method for acquiring a time waveform of a terahertz wave (signal light) in the measurement apparatus 100.

光パルス生成部10において、まず、制御部18は、第1光源12−1で生成された光パルスが選択されるように光スイッチング部16に波長制御信号を送る。これにより、光パルス生成部10から第1光源12−1で生成された光パルスが射出される。なお、第1光源12−1は、多波長出力部12において、最も波長が長い光パルスを生成する光源である。   In the optical pulse generator 10, first, the controller 18 sends a wavelength control signal to the optical switching unit 16 so that the optical pulse generated by the first light source 12-1 is selected. As a result, the optical pulse generated by the first light source 12-1 is emitted from the optical pulse generator 10. The first light source 12-1 is a light source that generates an optical pulse having the longest wavelength in the multi-wavelength output unit 12.

光パルス生成部10から射出された光パルスは、光パルス分岐部20によってポンプ光L1とプローブ光L2とに分割される。ポンプ光L1は、ミラー60を介して、テラヘルツ波発生部30を照射する。これにより、テラヘルツ波発生部30からテラヘルツ波が発生する。テラヘルツ波発生部30で発生したテラヘルツ波は、ミラー62,64を介して試料Sを照射する。そして、試料Sを透過したテラヘルツ波は、ミラー66,68を介し
てテラヘルツ波検出部50を照射する。
The light pulse emitted from the light pulse generation unit 10 is divided into the pump light L1 and the probe light L2 by the light pulse branching unit 20. The pump light L <b> 1 irradiates the terahertz wave generation unit 30 through the mirror 60. Thereby, a terahertz wave is generated from the terahertz wave generation unit 30. The terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit 30 irradiates the sample S via the mirrors 62 and 64. Then, the terahertz wave transmitted through the sample S irradiates the terahertz wave detection unit 50 through the mirrors 66 and 68.

一方、光パルス分岐部20で分割されたプローブ光L2は、遅延光学系40に入射する。遅延光学系40において、プローブ光L2は、波長に応じた光路長が与えられ、ポンプ光L1との間に光学的な時間遅延が生じる。遅延光学系40から射出されたプローブ光L2は、ミラー70,72を介してテラヘルツ波検出部50を照射する。これにより、テラヘルツ波検出部50では、ポンプ光L1とプローブ光L2との光路差に応じた遅延時間でテラヘルツ波を検出することができる。   On the other hand, the probe light L <b> 2 divided by the optical pulse branching unit 20 enters the delay optical system 40. In the delay optical system 40, the probe light L2 is given an optical path length corresponding to the wavelength, and an optical time delay occurs between the probe light L2 and the pump light L1. The probe light L <b> 2 emitted from the delay optical system 40 irradiates the terahertz wave detection unit 50 through the mirrors 70 and 72. Thereby, the terahertz wave detection unit 50 can detect the terahertz wave with a delay time corresponding to the optical path difference between the pump light L1 and the probe light L2.

ここで、光パルス生成部10では、制御部18は、光スイッチング部16が第1光源12−1、第2光源12−2、第3光源12−3、・・・、第n光源12−nの順で各光源12−1〜12−nの光パルスを選択して出力するように、光スイッチング部16を制御する。すなわち、光パルス生成部10から射出される光パルスの波長が連続的に変化する(連続的に波長が短くなる)ため、遅延光学系40において、プローブ光L2の光路長は連続的に変化する(連続的に光路長が長くなる)。したがって、ポンプ光L1とプローブ光L2との光路差に応じた遅延時間は連続的に変化する(遅延時間は連続的に長くなる)。   Here, in the optical pulse generation unit 10, the control unit 18 includes an optical switching unit 16 in which the first light source 12-1, the second light source 12-2, the third light source 12-3,. The optical switching unit 16 is controlled so as to select and output the optical pulses of the light sources 12-1 to 12-n in the order of n. That is, since the wavelength of the light pulse emitted from the light pulse generation unit 10 continuously changes (the wavelength continuously decreases), the optical path length of the probe light L2 continuously changes in the delay optical system 40. (Continuously longer optical path length). Therefore, the delay time corresponding to the optical path difference between the pump light L1 and the probe light L2 continuously changes (the delay time continuously increases).

テラヘルツ波検出部50では、上述したように、ポンプ光L1とプローブ光L2との光路差に応じた遅延時間でテラヘルツ波を検出するため、図7に示すように、テラヘルツ波の異なる位置(位相)において、テラヘルツ波の強度(振動電場)に応じた信号(電流)を取得することができる。この信号をプロットすることで、テラヘルツ波の時間経過が記録され、横軸がプローブ光L2の時間、縦軸が信号強度(電流値)で示されるテラヘルツ波の時間波形が得られる。   Since the terahertz wave detection unit 50 detects the terahertz wave with a delay time corresponding to the optical path difference between the pump light L1 and the probe light L2 as described above, as shown in FIG. 7, different positions (phases) of the terahertz wave are detected. ), A signal (current) corresponding to the intensity (vibration electric field) of the terahertz wave can be acquired. By plotting this signal, the time course of the terahertz wave is recorded, and a time waveform of the terahertz wave having the horizontal axis indicating the time of the probe light L2 and the vertical axis indicating the signal intensity (current value) is obtained.

また、試料Sを支持するステージ(図示せず)を移動させることで、試料Sにおけるテラヘルツ波の照射領域を変更し、当該領域ごとにテラヘルツ波の時間波形を取得することにより、試料Sのイメージングを行うことができる。   Further, by moving a stage (not shown) that supports the sample S, the irradiation region of the terahertz wave in the sample S is changed, and the time waveform of the terahertz wave is acquired for each region, thereby imaging the sample S It can be performed.

なお、上述したように、光パルス生成部10から射出される光パルスの波長は変化するため、ポンプ光L1の波長も変化する。すなわち、テラヘルツ波発生部30に照射されるポンプ光L1の波長は変化する。次式は、PCA理論式である。   As described above, since the wavelength of the optical pulse emitted from the optical pulse generator 10 changes, the wavelength of the pump light L1 also changes. That is, the wavelength of the pump light L1 irradiated to the terahertz wave generation unit 30 changes. The following equation is a PCA theoretical equation.

Figure 0006485624
Figure 0006485624

ここで、ETHzはテラヘルツの電磁波を表し、Jはフェムト秒レーザーを照射したときに流れる電流である。また、μは真空中の透磁率であり、Rは反射率であり、qは電気素量であり、μは電子の磁気モーメントであり、Ebiasは印加バイアスであり、hはプランク定数であり、νは振動数(c/λ)であり、τはキャリア寿命であり、τpは励起光パルス幅であり、Lgapはギャップ長であり、wgapはギャップ幅である。 Here, E THz represents a terahertz electromagnetic wave, and J is a current that flows when a femtosecond laser is irradiated. Also, μ 0 is the permeability in vacuum, R is the reflectance, q is the elementary charge, μ e is the magnetic moment of the electron, E bias is the applied bias, and h is the Planck constant. Ν is the frequency (c / λ), τ c is the carrier lifetime, τ p is the excitation light pulse width, L gap is the gap length, and w gap is the gap width.

上記式において、波長依存性を持つのは反射率Rと振動数νである。反射率が波長による変化が小さいと仮定すれば、PCAで発生するテラヘルツ波電磁波強度は波長に依存する。   In the above formula, it is the reflectance R and the frequency ν that have wavelength dependency. If it is assumed that the reflectance changes little with the wavelength, the terahertz wave electromagnetic wave intensity generated by the PCA depends on the wavelength.

したがって、計測装置100では、上述した手法で得られたテラヘルツ波の時間波形の強度を、例えばポンプ光L1の波長に対するPCAで発生するテラヘルツ波の強度分布で補正する。ここで、ポンプ光L1の波長に対するPCAで発生するテラヘルツ波の強度分布は、試料Sがない状態でポンプ光L1の波長を変化させて、PCAで発生するテラヘルツ波を測定することで求めることができる。なお、上記のPCA理論式を用いて、テラヘルツ波の時間波形の強度を補正してもよい。   Therefore, the measurement apparatus 100 corrects the intensity of the time waveform of the terahertz wave obtained by the above-described method using, for example, the intensity distribution of the terahertz wave generated by the PCA with respect to the wavelength of the pump light L1. Here, the intensity distribution of the terahertz wave generated by the PCA with respect to the wavelength of the pump light L1 can be obtained by measuring the terahertz wave generated by the PCA by changing the wavelength of the pump light L1 without the sample S. it can. In addition, you may correct | amend the intensity | strength of the time waveform of a terahertz wave using said PCA theoretical formula.

計測装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The measuring device 100 has the following features, for example.

計測装置100では、光パルス生成部10が複数の異なる波長の光パルスを生成し、遅延光学系40がプローブ光L2の波長に応じて光パルス分岐部20からテラヘルツ波検出部50までのプローブ光L2の光路長を変化させる。そのため、計測装置100では、プローブ光L2の光路長の変更を電気的に行うことができる。したがって、計測装置100では、例えば遅延光学系がミラーを機械的に移動させてプローブ光の光路長を変更する場合と比べて、測定時間の短縮を図ることができる。よって、例えば、計測装置100において、THz−TDSを用いたイメージングを行う場合でも、トータルの測定時間を短くすることができる。   In the measuring apparatus 100, the optical pulse generation unit 10 generates optical pulses having a plurality of different wavelengths, and the delay optical system 40 probe light from the optical pulse branching unit 20 to the terahertz wave detection unit 50 according to the wavelength of the probe light L2. The optical path length of L2 is changed. Therefore, in the measuring apparatus 100, the optical path length of the probe light L2 can be changed electrically. Therefore, in the measurement apparatus 100, for example, the measurement time can be shortened compared to a case where the delay optical system mechanically moves the mirror to change the optical path length of the probe light. Therefore, for example, even when the measurement apparatus 100 performs imaging using THz-TDS, the total measurement time can be shortened.

計測装置100では、遅延光学系40は、プリズムペア42,44を2つ含む。これにより、遅延光学系40では、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。また、プリズムペア42,44は、回折格子対等の他の光学素子に比べて、光の損失が小さい。したがって、遅延光学系40では、効率よくプローブ光L2を遅延させることができる。   In the measurement apparatus 100, the delay optical system 40 includes two prism pairs 42 and 44. Thereby, in the delay optical system 40, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2. In addition, the prism pairs 42 and 44 have a smaller light loss than other optical elements such as a diffraction grating pair. Therefore, the delay optical system 40 can efficiently delay the probe light L2.

3. 計測装置の変形例
次に、本実施形態に係る計測装置の変形例について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する本実施形態の変形例に係る計測装置(計測装置200,300,400,500)において、上述した計測装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Next, a modified example of the measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the measuring device (measuring device 200, 300, 400, 500) according to the modification of the present embodiment described below, members having the same functions as the constituent members of the measuring device 100 described above are denoted by the same reference numerals. Detailed description thereof will be omitted.

3.1. 第1変形例
まず、第1変形例に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。図8は、第1変形例に係る計測装置200を模式的に示す図である。
3.1. First Modification First, a measurement apparatus according to a first modification will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a measuring apparatus 200 according to the first modification.

上述した計測装置100では、図1に示すように、遅延光学系40は、2つのプリズムペア42,44で構成されていた。   In the measurement apparatus 100 described above, as shown in FIG. 1, the delay optical system 40 includes two prism pairs 42 and 44.

これに対して、計測装置200では、図8に示すように、遅延光学系40は、1つのプリズムペア42と、ミラー(反射ミラー)210と、を含む。   On the other hand, in the measuring apparatus 200, as shown in FIG. 8, the delay optical system 40 includes one prism pair 42 and a mirror (reflection mirror) 210.

ミラー210は、プリズムペア42を通過したプローブ光L2をプリズムペア42に戻すための光学素子である。ミラー210は、プローブ光L2が第1プリズム42aに入射してから第2プリズム42bを通ってミラー210に到達するまでの光路を戻るように、プローブ光L2を反射させる。そのため、遅延光学系40では、プローブ光L2は、第1プリズム42aに入射し、第1プリズム42aおよび第2プリズム42bを通過して、ミラー210で反射され、再び、もとの経路に戻る。すなわち、ミラー210で反射されたプローブ光L2は、第2プリズム42bおよび第1プリズム42aを通過して、第1プリズム42aから射出される。これにより、図1に示す2つのプリズムペア42,44を用いた光学系と同様に、プローブ光L2の波長に応じて、光路長を変化させることができる。   The mirror 210 is an optical element for returning the probe light L <b> 2 that has passed through the prism pair 42 to the prism pair 42. The mirror 210 reflects the probe light L2 so as to return to the optical path from when the probe light L2 is incident on the first prism 42a until it reaches the mirror 210 through the second prism 42b. Therefore, in the delay optical system 40, the probe light L2 enters the first prism 42a, passes through the first prism 42a and the second prism 42b, is reflected by the mirror 210, and returns to the original path again. That is, the probe light L2 reflected by the mirror 210 passes through the second prism 42b and the first prism 42a and is emitted from the first prism 42a. Thereby, similarly to the optical system using the two prism pairs 42 and 44 shown in FIG. 1, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2.

なお、計測装置200では、ミラー210をプローブ光L2の入射方向に対して垂直な位置から微小角度傾けることで、第1プリズム42aに入射するプローブ光L2の光路と、第1プリズム42aから射出されるプローブ光L2の光路と、をずらすことができる。これにより、遅延光学系40から遅延させたプローブ光L2を取り出すことができる。   In the measuring apparatus 200, the mirror 210 is tilted by a minute angle from a position perpendicular to the incident direction of the probe light L2, so that the optical path of the probe light L2 incident on the first prism 42a and the first prism 42a are emitted. The optical path of the probe light L2 can be shifted. Thereby, the delayed probe light L2 can be extracted from the delay optical system 40.

計測装置200は、さらに、第1プリズム42aから射出されたプローブ光L2をミラー70に導くためのミラー220を含む。   The measuring device 200 further includes a mirror 220 for guiding the probe light L2 emitted from the first prism 42a to the mirror 70.

計測装置200の動作は、計測装置100の動作と同様であるため、その説明を省略する。   Since the operation of the measuring device 200 is the same as the operation of the measuring device 100, description thereof is omitted.

計測装置200では、遅延光学系40は、プリズムペア42と、プリズムペア42を通過したプローブ光L2をプリズムペア42に戻すミラー210と、を含む。これにより、遅延光学系40では、上述したように、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。また、計測装置200では、例えば2つのプリズムペアを用いる場合(例えば図1参照)と比べて、プリズムの数を減らすことができる。   In the measuring apparatus 200, the delay optical system 40 includes a prism pair 42 and a mirror 210 that returns the probe light L2 that has passed through the prism pair 42 to the prism pair 42. Thereby, in the delay optical system 40, as described above, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2. Further, in the measuring apparatus 200, for example, the number of prisms can be reduced as compared with a case where two prism pairs are used (see, for example, FIG. 1).

3.2. 第2変形例
次に、第2変形例に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。図9は、第2変形例に係る計測装置300を模式的に示す図である。
3.2. Second Modification Example Next, a measurement apparatus according to a second modification example will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a measurement apparatus 300 according to the second modification.

上述した計測装置100では、図1に示すように、遅延光学系40は、2つのプリズムペア42,44で構成されていた。   In the measurement apparatus 100 described above, as shown in FIG. 1, the delay optical system 40 includes two prism pairs 42 and 44.

これに対して、計測装置300では、図9に示すように、遅延光学系40は、回折格子対310,312を含む。   On the other hand, in the measuring apparatus 300, the delay optical system 40 includes diffraction grating pairs 310 and 312 as shown in FIG.

遅延光学系40は、図示の例では、2つの回折格子対310,312を含む光学系である。2つの回折格子対310,312は、対称(面対称)に配置されている。   The delay optical system 40 is an optical system including two diffraction grating pairs 310 and 312 in the illustrated example. The two diffraction grating pairs 310 and 312 are arranged symmetrically (plane symmetry).

第1回折格子対310は、第1回折格子310aと、第2回折格子310bと、を有している。第2回折格子対312は、第3回折格子312aと、第4回折格子312bと、を有している。   The first diffraction grating pair 310 includes a first diffraction grating 310a and a second diffraction grating 310b. The second diffraction grating pair 312 includes a third diffraction grating 312a and a fourth diffraction grating 312b.

第1〜第4回折格子310a,310b,312a,312bは、入射光の波長が長いほど大きく回折する性質を有する。第1〜第4回折格子310a,310b,312a,312bの光学的性質(形状や、格子の周期、波長に対する回折角の大きさ等)は、例えば、等しい。第1回折格子310aの回折面と第2回折格子310bの回折面とは、例え
ば、平行である。同様に、第3回折格子312aの回折面と第4回折格子312bの回折面とは、例えば、平行である。
The first to fourth diffraction gratings 310a, 310b, 312a, and 312b have a property of diffracting more as the wavelength of incident light is longer. The optical properties (the shape, the period of the grating, the magnitude of the diffraction angle with respect to the wavelength, etc.) of the first to fourth diffraction gratings 310a, 310b, 312a, 312b are equal, for example. The diffraction surface of the first diffraction grating 310a and the diffraction surface of the second diffraction grating 310b are, for example, parallel. Similarly, the diffraction surface of the third diffraction grating 312a and the diffraction surface of the fourth diffraction grating 312b are parallel, for example.

遅延光学系40では、プローブ光L2が、第1回折格子310a、第2回折格子310b、第3回折格子312a、第4回折格子312bによってこの順で回折(反射)されることで、プローブ光L2の波長に応じてプローブ光L2の光路長が変化する。例えば、遅延光学系40において、プローブ光L2の波長がλ1のときの光路長(第1回折格子310aに入射してから第4回折格子312bから射出されるまでの光路長)をLλ1とし、プローブ光L2の波長がλ2(λ1<λ2)のときの光路長をLλ2とすると、Lλ1<Lλ2の関係が成り立つ。遅延光学系40では、2つの回折格子対310,312による回折角(回折光と回折格子法線とのなす角)の波長依存性を利用して波長の異なるプローブ光L2に対して光路差をつけている。 In the delay optical system 40, the probe light L2 is diffracted (reflected) in this order by the first diffraction grating 310a, the second diffraction grating 310b, the third diffraction grating 312a, and the fourth diffraction grating 312b. The optical path length of the probe light L2 changes according to the wavelength of. For example, in the delay optical system 40, the optical path length when the wavelength of the probe light L2 is λ1 (the optical path length from the incidence on the first diffraction grating 310a to the emission from the fourth diffraction grating 312b) is L λ1 . when the wavelength of the probe light L2 is an optical path length when the λ2 (λ1 <λ2) and L .lambda.2, holds the relationship of L λ1 <L λ2. The delay optical system 40 uses the wavelength dependence of the diffraction angle (angle formed between the diffracted light and the diffraction grating normal) by the two diffraction grating pairs 310 and 312 to change the optical path difference with respect to the probe light L2 having different wavelengths. I'm wearing it.

具体的には、第1回折格子310aでは、長波長のプローブ光L2(λ2)は短波長のプローブ光L2(λ1)よりも回折角が大きい。そのため、第1回折格子310aと第2回折格子310bとの間の空間では、長波長のプローブ光L2(λ2)が、短波長のプローブ光L2(λ1)よりも長い光学的距離を伝搬する。これにより、第1回折格子対310において、長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長は、短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くなる。第2回折格子310bでは、第1回折格子310aと同様に、長波長のプローブ光L2(λ2)は短波長のプローブ光L2(λ1)よりも回折角が大きい。これにより、短波長のプローブ光L2(λ1)の進行方向と長波長のプローブ光L2(λ2)の進行方向とは、同じ方向となる。   Specifically, in the first diffraction grating 310a, the long wavelength probe light L2 (λ2) has a larger diffraction angle than the short wavelength probe light L2 (λ1). Therefore, in the space between the first diffraction grating 310a and the second diffraction grating 310b, the long wavelength probe light L2 (λ2) propagates an optical distance longer than the short wavelength probe light L2 (λ1). Thereby, in the first diffraction grating pair 310, the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is longer than the optical path length of the short wavelength probe light L2 (λ1). In the second diffraction grating 310b, similarly to the first diffraction grating 310a, the long-wavelength probe light L2 (λ2) has a larger diffraction angle than the short-wavelength probe light L2 (λ1). Thus, the traveling direction of the short wavelength probe light L2 (λ1) and the traveling direction of the long wavelength probe light L2 (λ2) are the same direction.

また、第2回折格子対312においても同様に、第3回折格子312aでは、長波長のプローブ光L2(λ2)は短波長のプローブ光L2(λ1)よりも回折角が大きい。そのため、第3回折格子312aと第4回折格子312bとの間の空間では、長波長のプローブ光L2(λ2)が短波長のプローブ光L2(λ1)よりも長い光学的距離を伝搬する。これにより、第2回折格子対312において、長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長は、短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くなる。第4回折格子312bでは、第3回折格子312aと同様に、長波長のプローブ光L2(λ2)は短波長のプローブ光L2(λ1)よりも回折角が大きい。これにより、短波長のプローブ光L2(λ1)の進行方向と長波長のプローブ光L2(λ2)の進行方向とは、同じ方向となり、第4回折格子312bから射出された、短波長のプローブ光L2(λ1)と長波長のプローブ光L2(λ2)とは、同じ光路をとる。   Similarly, in the second diffraction grating pair 312, in the third diffraction grating 312a, the long-wavelength probe light L2 (λ2) has a larger diffraction angle than the short-wavelength probe light L2 (λ1). Therefore, in the space between the third diffraction grating 312a and the fourth diffraction grating 312b, the long wavelength probe light L2 (λ2) propagates a longer optical distance than the short wavelength probe light L2 (λ1). Thereby, in the second diffraction grating pair 312, the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is longer than the optical path length of the short wavelength probe light L2 (λ1). In the fourth diffraction grating 312b, similarly to the third diffraction grating 312a, the long wavelength probe light L2 (λ2) has a larger diffraction angle than the short wavelength probe light L2 (λ1). As a result, the traveling direction of the short wavelength probe light L2 (λ1) and the traveling direction of the long wavelength probe light L2 (λ2) are the same direction, and the short wavelength probe light emitted from the fourth diffraction grating 312b. L2 (λ1) and the long-wavelength probe light L2 (λ2) take the same optical path.

このようにして、遅延光学系40では、2つの回折格子対310,312を用いることによって、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させている。例えば、波長に応じた光路差を大きくするためには、第1回折格子310aと第2回折格子310bとの間の光学的距離(第3回折格子312aと第4回折格子312bとの間の光学的距離)を大きくすればよい。   Thus, in the delay optical system 40, the optical path length is changed according to the wavelength of the probe light L2 by using the two diffraction grating pairs 310 and 312. For example, in order to increase the optical path difference according to the wavelength, the optical distance between the first diffraction grating 310a and the second diffraction grating 310b (the optical distance between the third diffraction grating 312a and the fourth diffraction grating 312b). Target distance) should be increased.

計測装置300の動作は、計測装置100の動作と同様であるため、その説明を省略する。   Since the operation of the measuring device 300 is the same as that of the measuring device 100, the description thereof is omitted.

計測装置300では、遅延光学系40は、2つの回折格子対310,312を含む。これにより、遅延光学系40では、上述したように、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。また、回折格子対310,312は、例えばプリズム対に比べて、アライメントが容易である。また、回折格子310a,310b,312a,312bは、回折格子の周期構造を変えることで光学的性質を容易に変更することができる。したがって、計測装置300では、遅延光学系40として回折格子対310,312を用
いることで、設計の自由度を高めることができる。
In the measuring apparatus 300, the delay optical system 40 includes two diffraction grating pairs 310 and 312. Thereby, in the delay optical system 40, as described above, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2. Further, the diffraction grating pair 310, 312 is easier to align than, for example, a prism pair. Further, the optical properties of the diffraction gratings 310a, 310b, 312a, and 312b can be easily changed by changing the periodic structure of the diffraction grating. Therefore, in the measuring apparatus 300, the degree of freedom in design can be increased by using the diffraction grating pair 310 and 312 as the delay optical system 40.

3.3. 第3変形例
次に、第3変形例に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。図10は、第3変形例に係る計測装置400を模式的に示す図である。
3.3. Third Modification Next, a measurement apparatus according to a third modification will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a measurement apparatus 400 according to the third modification.

上述した計測装置300では、図9に示すように、遅延光学系40は、2つの回折格子対310,312で構成されていた。   In the measurement apparatus 300 described above, as shown in FIG. 9, the delay optical system 40 includes two diffraction grating pairs 310 and 312.

これに対して、計測装置200では、図10に示すように、遅延光学系40は、1つの回折格子対310と、ミラー(反射ミラー)410と、を含む。   On the other hand, in the measuring apparatus 200, as shown in FIG. 10, the delay optical system 40 includes one diffraction grating pair 310 and a mirror (reflection mirror) 410.

ミラー410は、回折格子対310を通過したプローブ光L2を回折格子対310に戻すための光学素子である。ミラー410は、プローブ光L2が第1回折格子310aに入射してから第2回折格子310bで回折されてミラー410に到達するまでの光路を戻るように、プローブ光L2を反射させる。そのため、遅延光学系40では、プローブ光L2は、第1回折格子310aに入射し、第1回折格子310aおよび第2回折格子310bで回折されて、ミラー410で反射され、再び、もとの経路に戻る。すなわち、ミラー410で反射されたプローブ光L2は、第2回折格子310bおよび第1回折格子310aで回折されて、第1回折格子310aから射出される。これにより、図9に示す2つの回折格子対310,312を用いた光学系と同様に、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。   The mirror 410 is an optical element for returning the probe light L <b> 2 that has passed through the diffraction grating pair 310 to the diffraction grating pair 310. The mirror 410 reflects the probe light L2 so that the probe light L2 returns to the optical path from the time when the probe light L2 enters the first diffraction grating 310a until it is diffracted by the second diffraction grating 310b and reaches the mirror 410. Therefore, in the delay optical system 40, the probe light L2 enters the first diffraction grating 310a, is diffracted by the first diffraction grating 310a and the second diffraction grating 310b, is reflected by the mirror 410, and again returns to the original path. Return to. That is, the probe light L2 reflected by the mirror 410 is diffracted by the second diffraction grating 310b and the first diffraction grating 310a, and is emitted from the first diffraction grating 310a. Thereby, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2, similarly to the optical system using the two diffraction grating pairs 310 and 312 shown in FIG.

なお、計測装置400では、ミラー410をプローブ光L2の入射方向に対して垂直な位置から微小角度傾けることで、第1回折格子310aに入射するプローブ光L2の光路と、第1回折格子310aから射出されるプローブ光L2の光路と、をずらすことができる。これにより、遅延光学系40から遅延させたプローブ光L2を取り出すことができる。   In the measuring apparatus 400, the mirror 410 is tilted by a minute angle from a position perpendicular to the incident direction of the probe light L2, thereby causing the optical path of the probe light L2 incident on the first diffraction grating 310a and the first diffraction grating 310a. The optical path of the emitted probe light L2 can be shifted. Thereby, the delayed probe light L2 can be extracted from the delay optical system 40.

計測装置400は、さらに、第1回折格子310aから射出されたプローブ光L2をミラー70に導くためのミラー420を含む。   The measuring apparatus 400 further includes a mirror 420 for guiding the probe light L2 emitted from the first diffraction grating 310a to the mirror 70.

計測装置400の動作は、計測装置300の動作と同様であるため、その説明を省略する。   Since the operation of the measuring device 400 is the same as the operation of the measuring device 300, the description thereof is omitted.

計測装置400では、遅延光学系40は、回折格子対310と、回折格子対310を通過したプローブ光L2を回折格子対310に戻すミラー410と、を含む。これにより、遅延光学系40では、上述したように、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。また、計測装置400では、例えば2つの回折格子対を用いる場合(例えば図9参照)と比べて、回折格子の数を減らすことができる。   In the measuring apparatus 400, the delay optical system 40 includes a diffraction grating pair 310 and a mirror 410 that returns the probe light L2 that has passed through the diffraction grating pair 310 to the diffraction grating pair 310. Thereby, in the delay optical system 40, as described above, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2. Further, in the measuring apparatus 400, for example, the number of diffraction gratings can be reduced as compared with a case where two diffraction grating pairs are used (see, for example, FIG. 9).

3.4. 第4変形例
次に、第4変形例に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。図11は、第4変形例に係る計測装置500を模式的に示す図である。
3.4. Fourth Modification Example Next, a measurement apparatus according to a fourth modification example will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a measurement apparatus 500 according to the fourth modification.

上述した計測装置100では、図1に示すように、遅延光学系40は、2つのプリズムペア42,44で構成されていた。   In the measurement apparatus 100 described above, as shown in FIG. 1, the delay optical system 40 includes two prism pairs 42 and 44.

これに対して、計測装置500では、図11に示すように、遅延光学系40は、チャープミラー510,512を含む。遅延光学系40は、さらに、ミラー520,522を含
む。
On the other hand, in the measuring apparatus 500, the delay optical system 40 includes chirp mirrors 510 and 512 as shown in FIG. The delay optical system 40 further includes mirrors 520 and 522.

遅延光学系40では、図11に示すように、第1チャープミラー510と第1ミラー520とのペアと、第2チャープミラー512と第2ミラー522とのペアとが、対称(面対称)に配置されている。第1チャープミラー510の反射面と第1ミラー520の反射面とは、例えば、平行である。また、第2チャープミラー512の反射面と第2ミラー522の反射面とは、例えば、平行である。   In the delay optical system 40, as shown in FIG. 11, the pair of the first chirp mirror 510 and the first mirror 520 and the pair of the second chirp mirror 512 and the second mirror 522 are symmetrical (plane symmetry). Has been placed. The reflective surface of the first chirp mirror 510 and the reflective surface of the first mirror 520 are, for example, parallel. Further, the reflection surface of the second chirp mirror 512 and the reflection surface of the second mirror 522 are parallel, for example.

図12は、第1チャープミラー510を模式的に示す断面図である。第1チャープミラー510は、図12に示すように、基板5000と、高屈折率層5010と、低屈折率層5012と、を有している。第1チャープミラー510では、基板5000上に、高屈折率層5010と低屈折率層5012とが交互に積層されている。第1チャープミラー510は、誘電体多層膜ミラーの一種である。   FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the first chirp mirror 510. As shown in FIG. 12, the first chirp mirror 510 has a substrate 5000, a high refractive index layer 5010, and a low refractive index layer 5012. In the first chirp mirror 510, high refractive index layers 5010 and low refractive index layers 5012 are alternately stacked on the substrate 5000. The first chirp mirror 510 is a kind of dielectric multilayer mirror.

第1チャープミラー510では、波長に応じて反射される膜(ミラー表面からの深さ)が異なり、入射した光の波長に応じた光路長を与えることができる。図示の例では、積層された高屈折率層5010と低屈折率層5012の膜厚は、長波長の光ほど深い膜(ミラー表面からの深さ)で反射されるように調整されている。そのため、第1チャープミラー510において、長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長は短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くなる。   In the first chirp mirror 510, the film to be reflected (depth from the mirror surface) differs according to the wavelength, and an optical path length according to the wavelength of the incident light can be given. In the example shown in the drawing, the film thicknesses of the stacked high refractive index layer 5010 and low refractive index layer 5012 are adjusted so that light having a longer wavelength is reflected by a deeper film (depth from the mirror surface). Therefore, in the first chirp mirror 510, the optical path length of the long-wavelength probe light L2 (λ2) is longer than the optical path length of the short-wavelength probe light L2 (λ1).

第2チャープミラー512は、図12に示す第1チャープミラー510と同様な構成を有している。すなわち、第2チャープミラー512では、第1チャープミラー510と同様に、波長に応じて反射される膜(ミラー表面からの深さ)が異なり、入射した光の波長に応じた光路長を与えることができる。なお、第1チャープミラー510、第2チャープミラー512ともに、図12に示す例とは逆に、短波長の光ほど深い膜で反射されるように設計されていても良い。   The second chirp mirror 512 has the same configuration as the first chirp mirror 510 shown in FIG. That is, in the second chirp mirror 512, similarly to the first chirp mirror 510, the film to be reflected (depth from the mirror surface) differs according to the wavelength, and the optical path length according to the wavelength of the incident light is given. Can do. Note that both the first chirp mirror 510 and the second chirp mirror 512 may be designed such that light having a short wavelength is reflected by a deeper film, contrary to the example shown in FIG.

第1ミラー520および第2ミラー522は、第1チャープミラー510で反射されたプローブ光L2を第2チャープミラー512に導くためのミラーである。   The first mirror 520 and the second mirror 522 are mirrors for guiding the probe light L <b> 2 reflected by the first chirp mirror 510 to the second chirp mirror 512.

遅延光学系40では、2つのチャープミラー510,512を利用して波長の異なるプローブ光L2に対して光路差をつけている。   In the delay optical system 40, the optical path difference is given to the probe light L2 having different wavelengths by using the two chirp mirrors 510 and 512.

具体的には、第1チャープミラー510では、長波長の光ほど深い膜で反射されるため、長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長は短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くなる。第1チャープミラー510で反射されたプローブ光L2は、ミラー520,522を介して第2チャープミラー512に入射する。第2チャープミラー512では、第1チャープミラー510と同様に、長波長の光ほど深い膜で反射されるため、長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長は、短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くなる。   Specifically, in the first chirp mirror 510, since the longer wavelength light is reflected by the deeper film, the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is the optical path length of the short wavelength probe light L2 (λ1). Longer than. The probe light L 2 reflected by the first chirp mirror 510 is incident on the second chirp mirror 512 via the mirrors 520 and 522. In the second chirp mirror 512, as the first chirp mirror 510 is reflected, the longer wavelength light is reflected by the deeper film. Therefore, the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is the short wavelength probe light L2 ( It becomes longer than the optical path length of λ1).

このようにして、遅延光学系40では、2つのチャープミラー510,512によって、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させている。   In this way, in the delay optical system 40, the optical path length is changed by the two chirp mirrors 510 and 512 in accordance with the wavelength of the probe light L2.

なお、ここでは、チャープミラー510,512が、長波長の光ほど深い膜で反射させて長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長を短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも長くした場合について説明したが、チャープミラー510,512を短波長の光ほど深い膜で反射させて長波長のプローブ光L2(λ2)の光路長を短波長のプローブ光L2(λ1)の光路長よりも短くしてもよい。   Here, the chirp mirrors 510 and 512 reflect the longer wavelength light with a deeper film so that the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is longer than the optical path length of the short wavelength probe light L2 (λ1). Although the case where the length is increased is described, the chirp mirrors 510 and 512 are reflected by a deeper film as the light has a shorter wavelength, and the optical path length of the long wavelength probe light L2 (λ2) is changed to the optical path length of the short wavelength probe light L2 (λ1). It may be shorter.

また、ここでは、遅延光学系40が、2つのチャープミラー510,512を有する例について説明したが、遅延光学系40を構成するチャープミラーの数は特に限定されない。例えば、ミラー520,522に変えてチャープミラーを配置してもよい。すなわち、この場合、遅延光学系40は、4つのチャープミラーを有する。   Although the example in which the delay optical system 40 includes the two chirp mirrors 510 and 512 has been described here, the number of chirp mirrors constituting the delay optical system 40 is not particularly limited. For example, a chirp mirror may be arranged instead of the mirrors 520 and 522. That is, in this case, the delay optical system 40 has four chirp mirrors.

計測装置500では、遅延光学系40は、チャープミラー510,512を含む。これにより、遅延光学系40では、上述したように、プローブ光L2の波長に応じて光路長を変化させることができる。また、チャープミラー510,512は、高屈折率層5010および低屈折率層5012の膜厚を調整することで光学的性質を容易に変更することができる。したがって、計測装置500では、遅延光学系40としてチャープミラー510,512を用いることで、設計の自由度を高めることができる。   In the measurement apparatus 500, the delay optical system 40 includes chirp mirrors 510 and 512. Thereby, in the delay optical system 40, as described above, the optical path length can be changed according to the wavelength of the probe light L2. In addition, the optical properties of the chirp mirrors 510 and 512 can be easily changed by adjusting the film thicknesses of the high refractive index layer 5010 and the low refractive index layer 5012. Therefore, in the measuring apparatus 500, the use of the chirp mirrors 510 and 512 as the delay optical system 40 can increase the degree of design freedom.

3.5. 第5変形例
上述した計測装置100の例では、光パルス生成部10は、図4に示すように、多波長出力部12が出力する互いに波長の異なる複数の光パルスを光スイッチング部16で選択して出力することにより複数の異なる波長の光パルスを射出していたが、本変形例では、光パルス生成部10は複数の異なる波長の光パルスを生成可能であれば様々な構成を有することができる。
3.5. Fifth Modification In the example of the measurement apparatus 100 described above, the optical pulse generator 10 selects, with the optical switching unit 16, a plurality of optical pulses with different wavelengths output from the multi-wavelength output unit 12, as shown in FIG. In this modification, the optical pulse generator 10 has various configurations as long as it can generate a plurality of light pulses with different wavelengths. Can do.

例えば、本変形例では、図5および図6に示す短光パルス発生装置1の温度を制御することで波長を変化させて、複数の異なる波長の光パルスを生成してもよい。   For example, in this modification, the wavelength may be changed by controlling the temperature of the short optical pulse generator 1 shown in FIGS. 5 and 6 to generate a plurality of optical pulses having different wavelengths.

具体的には、本変形例では、例えば、短光パルス発生装置1に加熱するための加熱素子(ヒーター)と短光パルス発生装置1を冷却するための冷却素子(ペルチェ素子等)を備え、この加熱素子と冷却素子を制御して短光パルス発生装置1に与える熱量を変化させることで、光パルスの波長を変化させる。これにより、光パルス生成部10では、複数の異なる波長の光パルスを生成することができる。   Specifically, in this modification, for example, a heating element (heater) for heating the short light pulse generator 1 and a cooling element (such as a Peltier element) for cooling the short light pulse generator 1 are provided. The wavelength of the light pulse is changed by controlling the heating element and the cooling element to change the amount of heat applied to the short light pulse generator 1. As a result, the optical pulse generator 10 can generate optical pulses having a plurality of different wavelengths.

また、例えば、本変形例では、図4に示す光源12−1〜12−nに変えて互いに異なる波長の光パルスを生成する複数のフェムト秒ファイバーレーザーや、複数のチタンサファイアレーザーを用いてもよい。すなわち、光パルス生成部10では、互いに異なる波長の光パルスを生成する複数のフェムト秒ファイバーレーザー(またはチタンサファイアレーザー)を光スイッチング部16で切り替えることで複数の異なる波長の光パルスを生成してもよい。   Further, for example, in this modification, a plurality of femtosecond fiber lasers or a plurality of titanium sapphire lasers that generate optical pulses having different wavelengths can be used instead of the light sources 12-1 to 12-n shown in FIG. Good. That is, the optical pulse generation unit 10 generates a plurality of optical pulses with different wavelengths by switching a plurality of femtosecond fiber lasers (or titanium sapphire lasers) that generate optical pulses with different wavelengths by the optical switching unit 16. Also good.

3.6. 第6変形例
上述した計測装置100の例では、テラヘルツ波発生部30で発生したテラヘルツ波を試料Sに照射し、試料Sを透過したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部50で検出したが、本変形例では、テラヘルツ波発生部30で発生したテラヘルツ波を試料Sに照射し、試料Sを反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部50で検出してもよい。
3.6. In the example of the measurement apparatus 100 described above, the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit 30 is irradiated to the sample S, and the terahertz wave transmitted through the sample S is detected by the terahertz wave detection unit 50. In the example, the terahertz wave generated by the terahertz wave generation unit 30 may be irradiated to the sample S, and the terahertz wave reflected from the sample S may be detected by the terahertz wave detection unit 50.

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine the modified examples.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構
成を含む。
The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1…短光パルス発生装置、2…パルス源、4…周波数チャープ部、6…群速度分散部、8,9…光導波路、10…光パルス生成部、12…多波長出力部、16…光スイッチング部、18…制御部、20…光パルス分岐部、30…テラヘルツ波発生部、32…基板、34…ギャップ、36,38…電極、40…遅延光学系、42…第1プリズムペア、42a…第1プリズム、42b…第2プリズム、44…第2プリズムペア、44a…第3プリズム、44b…第4プリズム、50…テラヘルツ波検出部、52…基板、54…ギャップ、56,58…電極、60,62,64,66,68,70,72…ミラー、100…計測装置、102…基板、102a…第1領域、102b…第2領域、102c…第3領域、104…バッファー層、106…第1クラッド層、108…第1コア層、108a…第1ガイド層、108b…MQW層、108c…第2ガイド層、109a,109b…端面、110…第2クラッド層、111a,111b…柱状部、112…キャップ層、114…第2コア層、116…第3クラッド層、118…キャップ層、120,122…絶縁層、130…第1電極、132…第2電極、200…計測装置、210,220…ミラー、300…計測装置、310…第1回折格子対、310a…第1回折格子、310b…第2回折格子、312…第2回折格子対、312a…第3回折格子、312b…第4回折格子、400…計測装置、410,420…ミラー、500…計測装置、510…第1チャープミラー、512…第2チャープミラー、520…第1ミラー、522…第2ミラー、5000…基板、5010…高屈折率層、5012…低屈折率層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Short light pulse generator, 2 ... Pulse source, 4 ... Frequency chirp part, 6 ... Group velocity dispersion | distribution part, 8, 9 ... Optical waveguide, 10 ... Optical pulse generation part, 12 ... Multi-wavelength output part, 16 ... Light Switching unit 18 ... Control unit 20 ... Optical pulse branching unit 30 ... Terahertz wave generating unit 32 ... Substrate 34 ... Gap 36,38 ... Electrode 40 ... Delay optical system 42 ... First prism pair 42a ... 1st prism, 42b ... 2nd prism, 44 ... 2nd prism pair, 44a ... 3rd prism, 44b ... 4th prism, 50 ... terahertz wave detection part, 52 ... board | substrate, 54 ... gap, 56, 58 ... electrode , 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 ... mirror, 100 ... measuring device, 102 ... substrate, 102 a ... first area, 102 b ... second area, 102 c ... third area, 104 ... buffer layer, 106 1st cladding layer, 108 ... 1st core layer, 108a ... 1st guide layer, 108b ... MQW layer, 108c ... 2nd guide layer, 109a, 109b ... end face, 110 ... 2nd cladding layer, 111a, 111b ... columnar part , 112 ... cap layer, 114 ... second core layer, 116 ... third cladding layer, 118 ... cap layer, 120, 122 ... insulating layer, 130 ... first electrode, 132 ... second electrode, 200 ... measuring device, 210 220 ... Mirror, 300 ... Measuring device, 310 ... First diffraction grating pair, 310a ... First diffraction grating, 310b ... Second diffraction grating, 312 ... Second diffraction grating pair, 312a ... Third diffraction grating, 312b ... First 4 diffraction gratings, 400 ... measuring device, 410, 420 ... mirror, 500 ... measuring device, 510 ... first chirp mirror, 512 ... second chirp mirror, 520 ... first mirror 522 ... second mirror, 5000 ... substrate, 5010 ... high refractive index layer, 5012 ... low-refractive index layer

Claims (8)

複数の異なる波長の光パルスを生成可能な光パルス生成部と、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスを第1の光パルスと第2の光パルスに分岐する光パルス分岐部と、
前記第1の光パルスが照射されてテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、
測定対象の試料に照射されて透過または反射した前記テラヘルツ波と前記第2の光パルスが照射されるテラヘルツ波検出部と、
機械的な移動を伴わずに、波長に応じて変化する光学的性質を利用して、前記光パルス分岐部から前記テラヘルツ波検出部までの前記第2の光パルスの光路長が前記第2の光パルスの波長に応じて変化するように構成される遅延光学系と、
を含む、ことを特徴とする計測装置。
An optical pulse generator capable of generating a plurality of optical pulses of different wavelengths;
An optical pulse branching unit that branches the optical pulse generated by the optical pulse generation unit into a first optical pulse and a second optical pulse;
A terahertz wave generator that generates a terahertz wave by being irradiated with the first light pulse;
A terahertz wave detection unit that is irradiated with the second light pulse and the terahertz wave that is irradiated to the sample to be measured and transmitted or reflected;
The optical path length of the second optical pulse from the optical pulse branching unit to the terahertz wave detecting unit is obtained using the optical property that changes according to the wavelength without mechanical movement . A delay optical system configured to change according to the wavelength of the light pulse ;
A measuring device comprising:
前記遅延光学系は、プリズムペアを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the delay optical system includes a prism pair. 前記遅延光学系は、前記プリズムペアを通過した前記第2の光パルスを前記プリズムペアに戻す反射ミラーを含む、ことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 2, wherein the delay optical system includes a reflection mirror that returns the second light pulse that has passed through the prism pair to the prism pair. 前記遅延光学系は、前記プリズムペアを2つ含む、ことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 2, wherein the delay optical system includes two prism pairs. 前記遅延光学系は、回折格子対を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the delay optical system includes a diffraction grating pair. 前記遅延光学系は、前記回折格子対を通過した前記第2の光パルスを前記回折格子対に戻す反射ミラーを含む、ことを特徴とする請求項5に記載の計測装置。   The measurement apparatus according to claim 5, wherein the delay optical system includes a reflection mirror that returns the second optical pulse that has passed through the diffraction grating pair to the diffraction grating pair. 前記遅延光学系は、前記回折格子対を2つ含む、ことを特徴とする請求項5に記載の計測装置。   The measurement apparatus according to claim 5, wherein the delay optical system includes two diffraction grating pairs. 前記遅延光学系は、チャープミラーを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the delay optical system includes a chirp mirror.
JP2014219138A 2014-10-28 2014-10-28 Measuring device Expired - Fee Related JP6485624B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014219138A JP6485624B2 (en) 2014-10-28 2014-10-28 Measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014219138A JP6485624B2 (en) 2014-10-28 2014-10-28 Measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016085156A JP2016085156A (en) 2016-05-19
JP6485624B2 true JP6485624B2 (en) 2019-03-20

Family

ID=55973321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014219138A Expired - Fee Related JP6485624B2 (en) 2014-10-28 2014-10-28 Measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6485624B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108054623B (en) * 2018-02-01 2023-09-22 首都师范大学 System and method for generating terahertz waves by using flying focusing
WO2019159375A1 (en) * 2018-02-19 2019-08-22 株式会社ニコン Optical delay device, inspection device, optical delay method and inspection method
CN109520620A (en) * 2018-12-28 2019-03-26 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 Terahertz time-domain spectroscopy instrument
JP7388427B2 (en) * 2019-03-20 2023-11-29 株式会社ニコン Terahertz photodetector, terahertz measurement device, and terahertz light detection method
JP7314037B2 (en) * 2019-12-04 2023-07-25 浜松ホトニクス株式会社 semiconductor light emitting device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004020352A (en) * 2002-06-14 2004-01-22 Tochigi Nikon Corp Method and apparatus for measuring terahertz pulse light
JP2008008862A (en) * 2006-06-30 2008-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electromagnetic wave measuring instrument
JP5213167B2 (en) * 2008-06-25 2013-06-19 独立行政法人日本原子力研究開発機構 Terahertz measurement device, time waveform acquisition method, and inspection device
JP5354653B2 (en) * 2009-01-22 2013-11-27 国立大学法人電気通信大学 Spectral phase compensation method and spectral phase compensation apparatus
JP5998479B2 (en) * 2011-12-28 2016-09-28 セイコーエプソン株式会社 Photoconductive antenna, terahertz wave generator, camera, imaging device, and measuring device
JP2013138055A (en) * 2011-12-28 2013-07-11 Hitachi High-Technologies Corp Inspection correction device, inspection correction method, and fiber laser
JP2014174146A (en) * 2013-03-13 2014-09-22 Seiko Epson Corp Sample inspection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016085156A (en) 2016-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6485624B2 (en) Measuring device
US8405031B2 (en) Terahertz wave generator
JP4975001B2 (en) Waveform information acquisition apparatus and waveform information acquisition method
JP2014165412A (en) Short optical pulse generation device, terahertz wave generation device, camera, imaging apparatus, and measuring device
JP2008224452A (en) Device for measuring totally reflected terahertz wave
JP6238058B2 (en) Terahertz spectroscopy system
Berstermann et al. Optical bandpass switching by modulating a microcavity using ultrafast acoustics
US20190242820A1 (en) Acoustic resonance spectrometry system and method
US20230121678A1 (en) Optical frequency comb device and measurement device
WO2021261240A1 (en) Dual optical frequency comb generation device and measurement device
JP5765086B2 (en) Terahertz wave generator, camera, imaging device, and measuring device
CN103682957A (en) Short optical pulse generator, terahertz wave generation device, and application apparatus thereof
JP5000277B2 (en) Terahertz electromagnetic wave generator and terahertz electromagnetic wave detector
Gu et al. Ultra-compact beam-steering device based on Bragg reflector waveguide amplifier with number of resolution points over 100
US20080283752A1 (en) Electromagnetic Wave Sensor with Terahertz Bandwidth
JP5794500B2 (en) Method and apparatus for measuring carrier behavior
Lebedev et al. Generation of nonclassical light upon resonant excitation of a semiconductor microcavity
JP2016009054A (en) Short light pulse generator, terahertz wave generator, camera, imaging device, and measurement device
US20150168296A1 (en) Short optical pulse generator, terahertz wave generator, camera, imaging apparatus, and measurement apparatus
JP2015119034A (en) Short optical pulse generation device, terahertz wave generation device, camera, imaging device and measurement device
JP2017142152A (en) Measurement device
JP2015118245A (en) Short optical pulse generation device, terahertz wave generation device, camera, imaging device and measurement device
Turpaud et al. Tunable On‐Chip Electro‐Optic Frequency‐Comb Generation at 8 μm $\umu {\rm m} $ wavelength
JP2016085396A (en) Short optical pulse generation device, terahertz wave generation device, camera, imaging device, and measurement device
Turpaud et al. Tunable on-chip electro-optic frequency-comb generation at 8 {\mu} m wavelength

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170919

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180823

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190123

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6485624

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees