JP6605603B2 - 遠赤外分光装置 - Google Patents
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Description
図1A及び図1Bは、第1実施例による遠赤外分光装置の全体構成の例を示す。一例として、遠赤外分光装置は、試料200を透過した光を用いて試料200の吸収スペクトルを測定する装置である。
図6は、第2実施例における分光装置の構成を示す。上述の実施例で説明した構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。図1の第1実施例との違いは、主に、(i)照明光学系150及び遠赤外光結像光学系170の構成、(ii)検出用非線形光学結晶132の配置、及び(iii)非線形光学結晶130を抜けてくる遠赤外光発生に用いたポンプ光を検出用非線形光学結晶132に導いて再利用する点である。
図9A及び図9Bは、第3実施例による遠赤外分光装置の全体構成の例を示す。図9Cは、第3実施例における試料の照射領域を示す平面図である。上述の実施例で説明した構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
図10A及び図10Bは、第4実施例による遠赤外分光装置の全体構成の例を示す。図10Cは、第4実施例における試料の照射領域を示す平面図である。上述の実施例で説明した構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
図11Aは、第5実施例による遠赤外分光装置の全体構成の例を示す。上述の実施例で説明した構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
110 …光源
111 …QスイッチYAGレーザ
112 …レンズ
114 …偏光ビームスプリッタ
115 …ポンプ光
116 …4分の1波長板
118 …固体アンプ(増幅器ユニット)
119a …凹レンズ(熱レンズ補正レンズ)
119b …凸レンズ(熱レンズ補正レンズ)
120 …波長可変光源
121 …入射角調整光学系
122 …レンズ
123 …光偏向器
124 …結像光学素子
125 …シード光
126 …ミラー
130 …非線形光学結晶
132 …検出用非線形光学結晶
140,142 …Siプリズム
150 …照明光学系
170 …遠赤外光結像光学系
178a,178b …ステージ
200,200a,200b …試料
202,202a,202b …ステージ
Claims (19)
- 第1の遠赤外光を発生する波長可変遠赤外光源と、
前記第1の遠赤外光を試料上に照射する照明光学系と、
前記試料からの第2の遠赤外光を波長変換用のポンプ光を用いて近赤外光に変換する検出用非線形光学結晶と、
前記試料の像を前記検出用非線形光学結晶に結像する遠赤外光結像光学系と、を備え、 前記波長可変遠赤外光源は、
波長の異なる2本のレーザ光が入射される遠赤外光発生用非線形光学結晶を有し、前記2本のレーザ光を前記遠赤外光発生用非線形光学結晶に照射して差周波発生あるいはパラメトリック発生により遠赤外光を発生させる構成であり、
前記照明光学系は、
アナモルフィック結像光学系であり、且つ、前記2本のレーザ光のうちの一方であるポンプ光に沿った線状の発光領域を含む面内において、少なくとも2枚のシリンドリカルレンズからなるアフォーカル系を構成する、
遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記波長可変遠赤外光源は、
光偏向器と、前記光偏向器の面を前記遠赤外光発生用非線形光学結晶の入射面に結像させる単一の結像光学素子と、前記結像光学素子の前側焦点面付近に入射ビームのビームウエストを形成するレンズと、からなる入射角調整光学系を備え、前記2本のレーザ光のうちの他方はシード光としての波長可変レーザの出力光であって、
前記入射角調整光学系は、
前記光偏向器を用いて、シード光としての前記波長可変レーザの出力光の前記遠赤外光発生用非線形光学結晶への入射角を調整する、
遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系は、前記波長可変遠赤外光源によって形成される線状の発光領域を前記線状の領域の長手方向を縮小して試料面上に結像させる、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系は3枚のシリンドリカルレンズからなり、前記波長可変遠赤外光源からの遠赤外光の発光領域が、前記3枚のシリンドリカルレンズのうちの入射側のレンズの前側焦点面に配置され、出射側のレンズの前側焦点面と前記入射側のレンズの後側焦点面が一致するように配置され、試料は前記出射側のレンズの後側焦点面に配置され、前記試料上での前記第1の遠赤外光の照射位置が前記第1の遠赤外光の波長に依存しない、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記波長可変遠赤外光源は、
前記2本のレーザ光のうちの一方であるポンプ光用の光源に、レーザの出力を増幅させる固体アンプと、前記固体アンプの熱レンズ効果を補正する補正レンズとを備え、
前記補正レンズは、凹レンズと凸レンズからなる、遠赤外分光装置。 - 請求項5に記載の遠赤外分光装置において、
前記ポンプ光用の光源は、さらに、偏光ビームスプリッタと、波長板と、ミラーとを含み、前記補正レンズには前記固体アンプを1回透過した増幅光が入射され、前記補正レンズを通過した光が前記ミラーで反射され、再び前記補正レンズを透過し、前記固体アンプを経て、前記波長板及び前記偏光ビームスプリッタに入射されるように構成される、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記遠赤外光結像光学系は、2つのレンズからなるアフォーカル結像光学系であり、前記2つのレンズのうち前記試料側のレンズを当該レンズの光軸に垂直な少なくとも一方向に移動させる機構を有する、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記検出用非線形光学結晶で変換された近赤外光を検出するセンサを有し、
前記センサはアレイセンサである、遠赤外分光装置。 - 請求項2に記載の遠赤外分光装置において、
前記結像光学素子は、凹面鏡である、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系に用いられる前記シリンドリカルレンズを含む光学素子または前記遠赤外光結像光学系に用いられる光学素子は、遠赤外光の反射を低減させるような溝形状の加工を有する、遠赤外分光装置。 - 請求項10に記載の遠赤外分光装置において、
前記溝形状は平行に複数形成され、当該複数の溝形状の間隔は前記第1の遠赤外光または前記第2の遠赤外光の波長の3分の1以下である、遠赤外分光装置。 - 請求項11に記載の遠赤外分光装置において、
前記複数の溝形状の間隔は前記第1の遠赤外光または前記第2の遠赤外光の波長の10分の1である、遠赤外分光装置。 - 請求項11に記載の遠赤外分光装置において、
前記複数の溝形状の間には前記第1の遠赤外光または前記第2の遠赤外光の光軸に直交する面と平行な方向の平坦面が形成されており、当該平坦面の幅は可視光の波長より大きい、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系は2枚のシリンドリカルレンズからなり、
さらに、前記試料は、少なくとも一方向に移動させることが可能なステージに搭載され、
前記波長可変遠赤外光源からの前記第1の遠赤外光の波長を変化させた際に、前記試料面で発生しうる遠赤外光照射位置の変化に応じて前記ステージを移動させ、前記試料の同一位置に前記第1の遠赤外光を照射する、遠赤外分光装置。 - 請求項14に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系は、前記第1の遠赤外光の光軸を含む第1の断面内では、前記波長可変遠赤外光源からの前記第1の遠赤外光をコリメートし再び試料面に集光させる結像光学系であり、前記第1の断面と直交する第2の断面内では前記波長可変遠赤外光源からの前記第1の遠赤外光を試料面に集光させる集光光学系である、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記遠赤外光発生用非線形光学結晶における前記2本のレーザ光のうちの一方であるポンプ光の入射方向と、前記検出用非線形光学結晶における前記波長変換用のポンプ光の入射方向とが略平行である、遠赤外分光装置。 - 請求項1に記載の遠赤外分光装置において、
前記照明光学系及び前記遠赤外光結像光学系は、前記試料からの反射光を得るために前記第1及び前記第2の遠赤外光の光路を曲げ、かつ前記第1及び前記第2の遠赤外光の光路長を補正する光学系を備える、遠赤外分光装置。 - 第1の遠赤外光を発生する波長可変遠赤外光源と、
前記第1の遠赤外光を試料上に照射する照明光学系と、
前記試料からの第2の遠赤外光をポンプ光を用いて近赤外光に変換する検出用非線形光学結晶と、
前記試料の像を前記検出用非線形光学結晶に結像する遠赤外光結像光学系と、
を備え、
前記波長可変遠赤外光源は、
第1のレーザの出力を増幅させる固体アンプと、
凹レンズと凸レンズからなり、前記固体アンプの熱レンズ効果を補正する補正レンズと、
偏光ビームスプリッタと、
波長板と、
ミラーと
を含み、
前記補正レンズには前記固体アンプを1回透過した増幅光が入射され、前記補正レンズを通過した光が前記ミラーで反射され、再び前記補正レンズを透過し、前記固体アンプを経て、前記偏光ビームスプリッタ及び前記波長板に入射されるように構成され、
前記試料上での前記第1の遠赤外光の照射位置が前記第1の遠赤外光の波長に依存しない、遠赤外分光装置。 - 第1の遠赤外光を発生する波長可変遠赤外光源と、
前記第1の遠赤外光を試料上に照射する照明光学系と、
前記試料からの第2の遠赤外光をポンプ光を用いて近赤外光に変換する検出用非線形光学結晶と、
前記試料の像を前記検出用非線形光学結晶に結像する遠赤外光結像光学系と、
を備え、
前記照明光学系または前記遠赤外光結像光学系に用いられる光学素子は、遠赤外光の反射を低減させるような溝形状の加工を有し、
前記溝形状は平行に複数形成され、当該複数の溝形状の間隔は前記第1の遠赤外光または前記第2の遠赤外光の波長の3分の1以下であり、
前記複数の溝形状の間には前記第1の遠赤外光または前記第2の遠赤外光の光軸に直交する面と平行な方向の平坦面が形成されており、当該平坦面の幅は可視光の波長より大きく、
前記試料上での前記第1の遠赤外光の照射位置が前記第1の遠赤外光の波長に依存しない、遠赤外分光装置。
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