JPH04175640A - 光音響信号検出方法及び検出器 - Google Patents
光音響信号検出方法及び検出器Info
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- JPH04175640A JPH04175640A JP2303317A JP30331790A JPH04175640A JP H04175640 A JPH04175640 A JP H04175640A JP 2303317 A JP2303317 A JP 2303317A JP 30331790 A JP30331790 A JP 30331790A JP H04175640 A JPH04175640 A JP H04175640A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
光音響効果によって固体表面の光学的特性を測定する光
音響信号検出方法に関し、 光音響信号の測定結果の信頼性を向上させることを目的
とし、 試料に所定周波数で強度変調した励起光を照射する工程
と、該試料の照射位置と異なる位置で、探針によりバイ
アスしてトンネル電流を測定する工程と、該探針と該試
料との距離の変化を該トンネル電流により得て、前記励
起光の変調周波数に応じた該試料の弾性振動を得る工程
とを含むように構成する。
音響信号検出方法に関し、 光音響信号の測定結果の信頼性を向上させることを目的
とし、 試料に所定周波数で強度変調した励起光を照射する工程
と、該試料の照射位置と異なる位置で、探針によりバイ
アスしてトンネル電流を測定する工程と、該探針と該試
料との距離の変化を該トンネル電流により得て、前記励
起光の変調周波数に応じた該試料の弾性振動を得る工程
とを含むように構成する。
本発明は、光音響効果によって固体表面の光学的特性を
測定する光音響信号検出方法に関する。
測定する光音響信号検出方法に関する。
近年、固体表面の結晶構造や組成を調べるにあたり、試
料を破壊することなく、局所的分析が行える光音響効果
を利用する分析法が考えられている。この光音響効果を
利用した分析は、試料に強度変調した光を照射し、試料
表面で発生する音響信号を検出することによって、試料
の光学的性質を調査するものである。
料を破壊することなく、局所的分析が行える光音響効果
を利用する分析法が考えられている。この光音響効果を
利用した分析は、試料に強度変調した光を照射し、試料
表面で発生する音響信号を検出することによって、試料
の光学的性質を調査するものである。
従って、このような光音響効果を利用した分析法は、測
定結果のばらつきが未だ多く、測定結果の信頼性を向上
させる必要がある。
定結果のばらつきが未だ多く、測定結果の信頼性を向上
させる必要がある。
（従来の技術〕
従来より、光音響信号を検出する方法はいくつか考えら
れており、第３図にその一例の検出器の構成図を示す。
れており、第３図にその一例の検出器の構成図を示す。
第３図において、試料３ｏの裏面（又は表面）にカップ
リング材３１により圧電素子３２が密着固定される。こ
の試料３０の表面に、パルス状の励起光が照射される。
リング材３１により圧電素子３２が密着固定される。こ
の試料３０の表面に、パルス状の励起光が照射される。
この励起光は、光源３３からの光を分光器３４により所
定の波長の光に分光し、光チョッパ３５によりパルス状
に照射されるものである。
定の波長の光に分光し、光チョッパ３５によりパルス状
に照射されるものである。
試料３０は、励起光の吸収で膨張、収縮を起し、振動を
発生する。この振動は、圧電素子３２により微弱な電気
信号に変換され、アンプ３６を介して光音響信号として
取出すものである。
発生する。この振動は、圧電素子３２により微弱な電気
信号に変換され、アンプ３６を介して光音響信号として
取出すものである。
また、別の方法として、図示しないが所定のガスが充満
されたセル内に、試料を置き、コンデンサマイクロフォ
ンを設けたものがある。この試料に強度変調した励起光
を照射すると、試料表面の周期的な温度変化によって、
近傍のガスが振動する。この振動で音響を発し、これを
該マイクロフォンにより検出して音響波を測定するもの
である。
されたセル内に、試料を置き、コンデンサマイクロフォ
ンを設けたものがある。この試料に強度変調した励起光
を照射すると、試料表面の周期的な温度変化によって、
近傍のガスが振動する。この振動で音響を発し、これを
該マイクロフォンにより検出して音響波を測定するもの
である。
さらには、試料に励起光を照射し、該照射箇所で探針に
より電圧をバイアスすることにより、該試料にトンネル
電流が流れる。このトンネル電流を検出して、一定とな
るように探針の位ｆｌ（試料までの距離）を変えて、試
料表面の凹凸を測定するものがある。
より電圧をバイアスすることにより、該試料にトンネル
電流が流れる。このトンネル電流を検出して、一定とな
るように探針の位ｆｌ（試料までの距離）を変えて、試
料表面の凹凸を測定するものがある。
しかし、上述の圧電素子３２を使用の場合は、試料３０
と圧電素子３２との密着方法（カップリング材等）や、
該圧電素子３２の取付は位置により光音響信号が異なる
という問題がある。
と圧電素子３２との密着方法（カップリング材等）や、
該圧電素子３２の取付は位置により光音響信号が異なる
という問題がある。
また、マイクロフォンを使用する場合には大気中でしか
測定できず、また、セルの形状、大きさ等によって信号
強度が異なると共に、マイクロフォンの応答周波数が圧
電素子に比べて低く、高周波の信号を検知することがで
きないという問題がある。
測定できず、また、セルの形状、大きさ等によって信号
強度が異なると共に、マイクロフォンの応答周波数が圧
電素子に比べて低く、高周波の信号を検知することがで
きないという問題がある。
さらに、トンネル電流を利用するものは、試料表面の励
起光を一照射する位置に探針が位置することから、励起
光により探針も膨張、収縮を生じて測定結果に影響を及
ぼすという問題がある。
起光を一照射する位置に探針が位置することから、励起
光により探針も膨張、収縮を生じて測定結果に影響を及
ぼすという問題がある。
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、光音
響信号の測定結果の信頼性を向上する光音響信号検出方
法を提供することを目的とする。
響信号の測定結果の信頼性を向上する光音響信号検出方
法を提供することを目的とする。
第１図に本発明の原理説明図を示す。第１図（Ａ）は光
音響信号検出方法を示しており、ステップ１では、試料
に所定周波数で強度変調した励起光を照射する。ステッ
プ２では、該試料の照射位置と異なる位置で、探針によ
りバイアスしてトンネル電流を測定する。そして、ステ
ップ３では、探針と試料との距離の変化をトンネル電流
により得て前記励起光の変調周波数に応じた試料の弾性
振動を得る。
音響信号検出方法を示しており、ステップ１では、試料
に所定周波数で強度変調した励起光を照射する。ステッ
プ２では、該試料の照射位置と異なる位置で、探針によ
りバイアスしてトンネル電流を測定する。そして、ステ
ップ３では、探針と試料との距離の変化をトンネル電流
により得て前記励起光の変調周波数に応じた試料の弾性
振動を得る。
また、第１図（Ｂ）は上記方法を実現する光音響信号検
出器ｌを示している。図中、２は所定変調周波数の励起
光３が照射される試料、４は該試料２の照射位置と異な
る位置で、該試料２の表面より所定距離で配置され、該
試料２にバイアス電源５によりバイアスしてトンネル電
流Ａを測定するための探針、６は該探針４と該試料２と
の距離・の変化を該トンネル電流へにより、前記励起光
３の周波数に応じた該試料２の弾性振動を得る処理装置
である。
出器ｌを示している。図中、２は所定変調周波数の励起
光３が照射される試料、４は該試料２の照射位置と異な
る位置で、該試料２の表面より所定距離で配置され、該
試料２にバイアス電源５によりバイアスしてトンネル電
流Ａを測定するための探針、６は該探針４と該試料２と
の距離・の変化を該トンネル電流へにより、前記励起光
３の周波数に応じた該試料２の弾性振動を得る処理装置
である。
第１図に示すように、試料２に強度変調した励起光３を
照射すると、該励起光３の変調周波数に応じて該試料２
が熱による膨張、収縮を繰返し、弾性波を発生させる。
照射すると、該励起光３の変調周波数に応じて該試料２
が熱による膨張、収縮を繰返し、弾性波を発生させる。
これは、すなわち、試料２と探針４との距離が周期的に
変化していることを意味する。ところで、トンネル電流
Ａは、探針４と試料２の表面との距離の変化に対して指
数関数的に変化する。
変化していることを意味する。ところで、トンネル電流
Ａは、探針４と試料２の表面との距離の変化に対して指
数関数的に変化する。
従って、トンネル電流への変化を測定することにより、
試料２の弾性振動が得られる。すなわち、試料２の何れ
の箇所であっても、他の影響を受けずに弾性振動が得ら
れることから、測定結果の信頼性が向上し、信頼性の高
い該試料２の光学的特性を得ることが可能となる。
試料２の弾性振動が得られる。すなわち、試料２の何れ
の箇所であっても、他の影響を受けずに弾性振動が得ら
れることから、測定結果の信頼性が向上し、信頼性の高
い該試料２の光学的特性を得ることが可能となる。
第２図に、本発明の一実施例の構成図を示す。
第２図は本発明方法を実現する光音響信号検出器ｌを示
したもので、光源ＩＯからの光が分光器１１によって所
定波長λの単色光とされ、光チョッパ１２によって所定
変調周波数ｆのパルス状の励起光３として試料２に照射
される。そして、試料２にはバイアス電源５よりバイア
スされる。
したもので、光源ＩＯからの光が分光器１１によって所
定波長λの単色光とされ、光チョッパ１２によって所定
変調周波数ｆのパルス状の励起光３として試料２に照射
される。そして、試料２にはバイアス電源５よりバイア
スされる。
一方、ピエゾ素子１３は、試料２の上方で照射位置と異
なる位置に配置された探針４の位置調整（探針４と試料
２との距離）を行い、探針４を流れるトンネル電流がプ
リアンプ１４で増幅されて、電気信号としてデータ処理
装置１５に送られる。
なる位置に配置された探針４の位置調整（探針４と試料
２との距離）を行い、探針４を流れるトンネル電流がプ
リアンプ１４で増幅されて、電気信号としてデータ処理
装置１５に送られる。
このデータ処理装置１５には光チョッパ１２より変調周
波数ｆをはじめ光の強さ、照射時間、照射量等のデータ
が入力される。また、波長駆動装置１６は、分光器１１
における波長λを定め、当該波長λのデータをデータ処
理装置１５に送出する。
波数ｆをはじめ光の強さ、照射時間、照射量等のデータ
が入力される。また、波長駆動装置１６は、分光器１１
における波長λを定め、当該波長λのデータをデータ処
理装置１５に送出する。
なお、プリアンプ１４．データ処理装置１５及び波長駆
動装置１６により処理装置６を構成する。
動装置１６により処理装置６を構成する。
このような光音響信号検出器ｌは、光源ＩＯから分光器
１１によって単色化された励起光（３）が光チョッパ１
２によって周波数ｆで強度変調され、試料２に照射され
る。
１１によって単色化された励起光（３）が光チョッパ１
２によって周波数ｆで強度変調され、試料２に照射され
る。
変調周波数ｆの励起光３が照射された試料２は、励起光
波長λの吸収係数β（λ）に応じて光を吸収する。吸収
された光の一部は無放射過程を経て熱に変換され、この
熱による膨張、収縮が起り該試料２上に熱弾性波が発生
する。この熱弾性波は、バイアス電源５によりバイアス
された探針４によってトンネル電流への変化として検知
される。
波長λの吸収係数β（λ）に応じて光を吸収する。吸収
された光の一部は無放射過程を経て熱に変換され、この
熱による膨張、収縮が起り該試料２上に熱弾性波が発生
する。この熱弾性波は、バイアス電源５によりバイアス
された探針４によってトンネル電流への変化として検知
される。
ここで、探針４は、ピエゾ素子１３によって試料２表面
までの距離を例えば数ｎｍの位置に近づけられて配置さ
れる。すなわち、試料２の熱による膨張、収縮によって
生じる弾性振動で、探針４と試料２間の距離が変化し、
これによってトンネル電流Ａが変化するものである。
までの距離を例えば数ｎｍの位置に近づけられて配置さ
れる。すなわち、試料２の熱による膨張、収縮によって
生じる弾性振動で、探針４と試料２間の距離が変化し、
これによってトンネル電流Ａが変化するものである。
これは、試料２の表面に発生する弾性波を、トンネル電
流Ａの変化として検出するものである。
流Ａの変化として検出するものである。
従って、試料２上の励起光３の照射位置とトンネル電流
の検出位置を一致させる必要はない。
の検出位置を一致させる必要はない。
そして、このトンネル電流Ａはプリアンプ１４により増
幅、ノイズの除去が行われ、電気信号としてデータ処理
装ｒＩＬ１５に送出される。
幅、ノイズの除去が行われ、電気信号としてデータ処理
装ｒＩＬ１５に送出される。
一方、波長駆動装置により励起光３の波長λを順次掃引
し、当該波長λに対する熱弾性波の強度（プリアンプ１
４からの電気信号）をデータ処理装ｆｌ１５において記
録する。データ処理装置１５では、総てのデータに基づ
いて解析を行い、当該試料２の吸光係数を得る。すなわ
ち、試料２の熱弾性波の強度と励起光３の変調周波数ｆ
により該試料２で変換される熱量が算出され、この熱量
と該励起光３の波長λにより吸光係数βが得られ、当該
試料２の光学的性質を知ることができる。
し、当該波長λに対する熱弾性波の強度（プリアンプ１
４からの電気信号）をデータ処理装ｆｌ１５において記
録する。データ処理装置１５では、総てのデータに基づ
いて解析を行い、当該試料２の吸光係数を得る。すなわ
ち、試料２の熱弾性波の強度と励起光３の変調周波数ｆ
により該試料２で変換される熱量が算出され、この熱量
と該励起光３の波長λにより吸光係数βが得られ、当該
試料２の光学的性質を知ることができる。
なお、探針４と試料２との間の距離は、励起光３を照射
しない状態でトンネル電流をモニタすれば、毎回一定の
距離に設定することができ、データの信頼性を向上させ
ることができる。
しない状態でトンネル電流をモニタすれば、毎回一定の
距離に設定することができ、データの信頼性を向上させ
ることができる。
このように、従来のように試料２の取付は状態や、セル
形状の影響を考慮する必要がなく、光音響信号の測定結
果の信頼性を向上させることができる。また、圧電素子
（３２）の場合のようにカップリング材（３１）を用い
る必要がなく、試料２の交換を容易にすることができる
。さらに、トンネル電流の測定は、導電性のある固体表
面であれば、液体中であっても、超高真空中であっても
可能であり、目的に沿う測定環境を選択することができ
る。
形状の影響を考慮する必要がなく、光音響信号の測定結
果の信頼性を向上させることができる。また、圧電素子
（３２）の場合のようにカップリング材（３１）を用い
る必要がなく、試料２の交換を容易にすることができる
。さらに、トンネル電流の測定は、導電性のある固体表
面であれば、液体中であっても、超高真空中であっても
可能であり、目的に沿う測定環境を選択することができ
る。
以上のように本発明によれば励起光の照射により試料表
面に発生する弾性振動を照射位置と異なる位置でトンネ
ル電流の変化として検出されることにより、検出される
光音響信号の測定結果の信頼性を向上させることができ
、試料の信頼性の高い光学的性質を得ることができる。
面に発生する弾性振動を照射位置と異なる位置でトンネ
ル電流の変化として検出されることにより、検出される
光音響信号の測定結果の信頼性を向上させることができ
、試料の信頼性の高い光学的性質を得ることができる。
第１図は本発明の原理説明図、
第２図は本発明の一実施例の構成図、
第３図は従来の光音響信号検出装置の構成図である。
図において、
ｌは光音響信号検出器、
２は試料、
３は励起光、
４は探針、
５はバイアス電源、
６は処理装置
を示す。
特許出願人 富 士 通 株式会社
Claims (2)
- （１）試料に所定周波数で強度変調した励起光を照射す
る工程と（ステップ１）、 該試料の照射位置と異なる位置で、探針によりバイアス
してトンネル電流を測定する工程と（ステップ２）、 該探針と該試料との距離の変化を該トンネル電流により
得て、前記励起光の変調周波数に応じた該試料の弾性振
動を得る工程と（ステップ３）、を含むことを特徴とす
る光音響信号検出方法。 - （２）所定変調周波数の励起光（３）が照射される試料
（２）と、 該試料（２）の照射位置と異なる位置で、該試料（２）
表面より所定距離で配置され、該試料（２）にバイアス
（Ｖ）してトンネル電流（Ａ）を測定するための探針（
４）と、 該探針（４）と該試料（２）との距離の変化を該トンネ
ル電流（Ａ）により、前記励起光（３）の変調周波数に
応じた該試料（２）の弾性振動を得る処理装置（５）と
、 を有することを特徴とする光音響信号検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303317A JPH04175640A (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光音響信号検出方法及び検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303317A JPH04175640A (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光音響信号検出方法及び検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04175640A true JPH04175640A (ja) | 1992-06-23 |
Family
ID=17919513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2303317A Pending JPH04175640A (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光音響信号検出方法及び検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04175640A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015031670A (ja) * | 2013-08-07 | 2015-02-16 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度分析装置及び成分濃度分析方法 |
-
1990
- 1990-11-08 JP JP2303317A patent/JPH04175640A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015031670A (ja) * | 2013-08-07 | 2015-02-16 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度分析装置及び成分濃度分析方法 |
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