(57)【要約】【課題】テラヘルツ波を用いた電磁波測定装置において、光学系内での電磁波の不要反射を起因としたノイズを抑制する。【解決手段】短パルス赤外光２９を分岐する偏光ビームスプリッタ１４により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させて第１のパルスレーザ光を発生させる光遅延ミラー１５と、偏光ビームスプリッタ１４により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する偏光ビームスプリッタ１８と、偏光ビームスプリッタ１８により分岐された一方のパルスレーザ光の入射によりテラヘルツ波３４を発生するエミッタ２０と、偏光ビームスプリッタ１８により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させて第２のパルスレーザ光を発生させる光遅延ミラー２５と、第１のパルスレーザ光、第２のパルスレーザ光及びテラヘルツ波３４が入射するＳｉミラー２１と、パルスレーザ光及びテラヘルツ波を受光するディテクタ２２とを備える。【選択図】図１
2010019647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定装置であって、
パルスレーザ光を放射するパルスレーザ光源と、
前記パルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、
前記第１分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、
前記第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、
前記第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光が入射することによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生素子と、
前記第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第２のパルスレーザ光を発生させる第２の光遅延素子と、
前記第１のパルスレーザ光、前記第２のパルスレーザ光及び前記被測定物を透過または反射した前記テラヘルツ波が入射することによりこれらを同一光路にて出射させる光学素子と、
前記光学素子から出射したパルスレーザ光及び前記テラヘルツ波を受光する受光素子とを備える
電磁波測定装置。
【請求項２】
前記光学素子は、第１主面と当該第１主面に対面する第２主面とを有する半導体基板からなり、
前記第１のパルスレーザ光は前記第２主面にて反射され、
前記テラヘルツ波及び前記第２のパルスレーザ光は、前記第１主面に入射しかつ前記第２主面より出射する
請求項１記載の電磁波測定装置。
【請求項３】
前記被測定物を透過または反射した前記テラヘルツ波が、前記第１主面に最初に到達する時刻をｔ０、前記テラヘルツ波が前記第１主面から前記光学素子へ入射し前記第２主面で反射して再び前記第１主面に到達する時刻をｔ１、及び前記第２のパルスレーザ光が前記第１主面に最初に到達する時刻をｔ２としたとき、
ｔ０＜ｔ２＜ｔ１
なる関係を満足する
請求項２項記載の電磁波測定装置。
【請求項４】
テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定装置であって、
パルスレーザ光源と、
前記パルスレーザ光源より放射されるパルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、
前記第１分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、
前記第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、
前記第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光が入射することによりテラヘルツ波を発生し、当該テラヘルツ波を前記被測定物の表面に入射させるテラヘルツ波発生素子と、
前記第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させ、当該光遅延した第２のパルスレーザ光を前記被測定物の裏面に照射させる第２の光遅延素子と、
前記被測定物の表面で反射したテラヘルツ波と前記第１のパルスレーザ光が入射することによりこれらを同一光路にて出射させる光学素子と、
前記光学素子から出射したパルスレーザ光及びテラヘルツ波を受光する受光素子とを備える
電磁波測定装置。
【請求項５】
前記テラヘルツ波発生素子で発生した前記テラヘルツ波が、前記被測定物の表面に入射し前記被測定物の裏面に到達する時刻をｔ１、及び、前記第２のパルスレーザ光が前記被測定物の裏面に最初に到達する時刻をｔ２としたとき、
ｔ２＜ｔ１
なる関係を満足する
請求項４項記載の電磁波測定装置。
【請求項６】
テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定方法であって、
パルスレーザ光を放射するレーザ光放射ステップと、
前記レーザ光放射ステップにて放射された前記パルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐ステップと、
前記第１分岐ステップにて分岐された一方のパルスレーザ光を、光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１光遅延ステップと、
前記第１分岐ステップにて分岐された他方のパルスレーザ光である第２のパルスレーザ光または当該第２のパルスレーザ光の一部である第３のパルスレーザ光を、テラヘルツ波発生素子に入射させることによりテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生ステップと、
前記テラヘルツ波発生ステップにて発生したテラヘルツ波を、前記被測定物に照射するテラヘルツ波照射ステップと、
前記テラヘルツ波照射ステップにて前記被測定物から反射または前記被測定物を透過したテラヘルツ波を半導体基板からなる光学素子の第１主面に入射させるテラヘルツ波入射ステップと、
前記テラヘルツ波入射ステップにて前記光学素子に入射した前記テラヘルツ波が前記第１主面に最初に到達した後、かつ、前記第１主面より前記光学素子に入射した前記テラヘルツ波の一部が前記半導体基板の裏面である第２主面で反射して再び前記第１主面に到達する前に、前記第２のパルスレーザ光の一部である第４のパルスレーザ光を前記第１主面に入射させるレーザ光入射ステップと、
前記テラヘルツ波入射ステップにて前記第１主面へ入射したテラヘルツ波のうち前記第２主面を通過して前記光学素子の外部へ出射するテラヘルツ波と、前記第２主面にて反射した前記第１のパルスレーザ光と、前記レーザ光入射ステップにて前記第１主面へ入射した前記第４のパルスレーザ光のうち前記第２主面を通過して前記光学素子の外部へ出射するパルスレーザ光とを受光する受光ステップとを含む
電磁波測定方法。
【請求項７】
前記第１分岐ステップの後、かつ、前記テラヘルツ波発生ステップの前に、
前記第２のパルスレーザ光を２方向に分岐することにより、当該分岐された一方のパルスレーザ光である前記第３のパルスレーザ光を発生させる第２分岐ステップと、
前記第２分岐ステップの後、かつ、前記レーザ光入射ステップの前に、
前記第２分岐ステップにて分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させることにより前記第４のパルスレーザ光を発生させる第２光遅延ステップとを含む
請求項６記載の電磁波測定方法。
【請求項８】
前記テラヘルツ波発生ステップでは、前記第２のパルスレーザ光を、前記テラヘルツ波発生素子に入射させることによりテラヘルツ波を発生させ、
前記第４のパルスレーザ光は、前記テラヘルツ波発生素子に入射した前記第２のパルスレーザ光の一部が前記テラヘルツ波発生素子を透過したレーザ光である
請求項６記載の電磁波測定方法。
【請求項９】
テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定方法であって、
パルスレーザ光を放射するレーザ光放射ステップと、
前記レーザ光放射ステップにて放射された前記パルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐ステップと、
前記第１分岐ステップにて分岐された一方のパルスレーザ光を、光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１光遅延ステップと、
前記第１分岐ステップにて分岐された他方のパルスレーザ光を２方向に分岐する第２分岐ステップと、
前記第２分岐ステップにて分岐された一方のパルスレーザ光を、光遅延させることにより第２のパルスレーザ光を発生させる第２光遅延ステップと、
前記第２分岐ステップにて分岐された他方のパルスレーザ光を、テラヘルツ波発生素子に入射させることによりテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生ステップと、
前記テラヘルツ波発生ステップにて発生したテラヘルツ波を、前記被測定物の表面に照射させるテラヘルツ波照射ステップと、
前記テラヘルツ波照射ステップにて前記被測定物に照射した前記テラヘルツ波が前記表面から入射して前記被測定物の裏面に到達する前に、前記第２のパルスレーザ光を前記裏面に照射させる裏面レーザ光入射ステップと、
前記テラヘルツ波照射ステップにて照射した前記テラヘルツ波により前記表面で反射したテラヘルツ波と、前記第１のパルスレーザ光とを光学素子に入射させるレーザ光入射ステップと、
前記レーザ光入射ステップにて前記光学素子に入射した前記テラヘルツ波及び前記第１のパルスレーザ光のうち前記光学素子の外部へ出射するテラヘルツ波及びパルスレーザ光を受光素子にて受光する受光ステップとを含む
電磁波測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波測定装置及び電磁波測定方法に関し、特にテラヘルツ波を用いた被測定物の特性を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は０．１〜１０ＴＨｚの周波数範囲に位置する電磁波であり、光の有する結像性と電波の有する透過性とを有する。このため、多くの物質を、Ｘ線を用いるより安全に透視することが可能である。また、多くの材料の分子振動の吸収がテラヘルツ帯に存在するため、その吸収スペクトルを測定することにより、材料の同定が可能である。また、水の回転振動の吸収がＴＨｚ帯に存在するため、水分の有無を敏感に測定することができる。このため、セキュリティ、非破壊検査、バイオ／メディアカル、食品検査／農業、環境などへの応用が期待されている。
【０００３】
特許文献１には、従来のテラヘルツ測定装置が開示されている。図１１は、特許文献１に記載された従来のテラヘルツ測定装置を実現した機能構成図の一例である。同図に記載されたテラヘルツ測定装置１００は、フェムト秒レーザ１０１と、ミラー１０２、１０６及び１０７と、λ／２板１０３と、偏光ビームスプリッタ１０４と、光遅延ミラー１０５と、エミッタ１０８と、Ｓｉミラー１０９と、ディテクタ１１０と、偏光板１１１と、フォトダイオード１１２と、短パルス赤外光１１７とを備える。なお、同図において紙面に平行な偏光をｐ波、紙面に垂直な偏光をｓ波と呼ぶことにする。
【０００４】
フェムト秒レーザ１０１から出射された短パルス赤外光１１７（波長８００ｎｍ、１２０ｆｓｅｃ、１ｋＨｚ、ｐ波直線偏光）は、ミラー１０２で光路を変えた後、λ／２板１０３によって直線偏光のまま、偏光方向が変えられる。この光は偏光ビームスプリッタ１０４により、ｐ波ポンプ光パルス１１３及びｓ波プローブ光パルス１１４に分割される（分割比はλ／２板１０３によって任意に選ぶことができる）。
【０００５】
ｐ波ポンプ光パルス１１３は、ミラー１０７で向きを変えた後、エミッタ１０８に照射される。エミッタ１０８は、例えば、低温成長のＧａＡｓで構成された光伝導スイッチ型のテラヘルツエミッタである。表面には正電極と負電極が形成されており、電極間には約３０Ｖの電圧が印加されている。パルス光が来ない場合は、絶縁体で電流が流れない。しかし、ｐ波ポンプ光パルス１１３が照射されると、キャリアがＧａＡｓ内部で生成する。そのキャリアは上記印加電圧のため、瞬時に移動し、この移動のため過渡電流がエミッタ１０８内に流れる。この過渡電流によりテラヘルツ波１１５が放射される。今回は放射したテラヘルツ波がＳ波になるように電極向きを固定されている。テラヘルツ波１１５は試料２００により吸収を受け、試料２００の吸収スペクトルの情報を有するテラヘルツ波１１６となる。このテラヘルツ波１１６は、半絶縁シリコン基板で構成されたＳｉミラー１０９を通過し、ディテクタ１１０に達する。ディテクタ１１０には（１１０）ＺｎＴｅ基板が用いられている。
【０００６】
一方、ｓ波プローブ光パルス１１４は光遅延ミラー１０５によって、光遅延（パルスのタイミング）を調整される。すなわち、光遅延ミラー１０５は入射方向に移動機構を有しており、１５０μｍの移動ごとに光パルスのタイミングを約１ｐｓ変化させることができる。ここでは、１０μｍステップで移動させているので、時間分解能は約６６ｆｓｅｃとなる。光遅延ミラー１０５を通過したｓ波プローブ光パルス１１４はミラー１０６で反射された後、Ｓｉミラー１０９の表面で反射され、テラヘルツ波１１６と同一の光路でディテクタ１１０に入射する。ディテクタ１１０中では、テラヘルツ波の電界によってポッケルス効果が生じ、複屈折が生じる。このため、ｓ波に直線偏光したｓ波プローブ光パルス１１４は楕円偏光に変化し、ｐ波の成分を有するようになる。偏光板１１１はｐ波プローブ光しか通過させないようにしてあるため、楕円偏光に変化したプローブ光のｐ波成分のみが、フォトダイオード１１２に達する。したがって、フォトダイオード１１２の検出信号は、ディテクタ１１０に入射したテラヘルツ波の大小と関係つけることができ、一般にディテクタ１１０に入射したテラヘルツ波の電界に比例した信号となる。
【０００７】
上記構成により得られた信号を図１２に示す。図１２（ａ）は、試料がない場合の従来のテラヘルツ測定装置の出力信号の波形図である。縦軸はフォトダイオード１１２の出力信号であり、横軸は光遅延ミラー１０５の移動量から算出した時間軸である。光遅延ミラー１０５の移動にともない、テラヘルツ波とプローブ光の相対到達時間が変化する。この結果は、テラヘルツ波の電界がサンプリングされて測定されていることを示している。この波形をフーリエ変換することにより、テラヘルツ波のスペクトルが得られる。図１２（ｂ）は、試料がない場合のテラヘルツ測定装置の出力信号をフーリエ変換した波形図である。この試料２００がない場合の参照スペクトルと、試料２００がある場合の測定スペクトルとを比較することにより、試料２００の吸収スペクトルを明らかにすることができる。
【特許文献１】特開２００６−１５４３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１２（ａ）において、５ｐｓｅｃ付近に見られる信号はテラヘルツ波による信号であるが、１３ｐｓｅｃ付近には、光学系内の反射による不要な信号が現れている。この不要な信号を残したまま、フーリエ変換すると、不要信号を起因としたノイズが多数、重畳されてしまう。図１２（ｂ）において、２ＴＨｚ以上の高い周波数における信号の乱れは測定限界によるものであるが、０〜１．５ＴＨｚ付近には多数の重畳されたフリンジが見られる。これでは、上記参照スペクトルは、リファレンスの役目を果たさない。
【０００９】
この不要信号の発生は、解析により、Ｓｉミラー１０９内でテラヘルツ波が内部反射をすることが原因であることが解った。それを図１３を用いて説明する。
【００１０】
図１３は、従来のテラヘルツ測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波の経路を表す図である。Ｓｉミラー１０９に入射したテラヘルツ波（パルス）１１６は、Ａ点でＳｎｅｌｌの法則に従い、Ｓｉミラー１０９の内部に入る。すなわち、Ｓｉミラー１０９の表面に対して、入射角をθ１、出射角をθ２としたとき、
【数１】
2010019647.tif 000003
である。ここで、ｎはテラヘルツ帯におけるＳｉの屈折率である。Ａ点から内部に入ったテラヘルツ波１１６は、Ｂ点で一部が透過し、出射光１としてＳｉミラー１０９の外部へ出射される。一方、Ｂ点で反射したテラヘルツ波は、Ｃ点で再び反射し、Ｄ点に到達する。Ｄ点では一部が透過し、出射光２としてＳｉミラー１０９の外部へ出射される。出射光２がＢ→Ｃ→Ｄと進み出射するまでの時間ｔ２と、出射光１がＢ→Ｂ’に進む時間ｔ１との差は、簡単な幾何学的考察により、
【数２】
2010019647.tif 000004
【数３】
2010019647.tif 000005
【数４】
2010019647.tif 000006
で与えられる。ここで、ＬはＳｉミラー１０９の厚み、ｃは光速である。ここで、Ｌ＝３８０μｍ、θ１＝４５°、ｎ＝３．４４を代入すると、Δｔ＝８．５２ｐｓｅｃとなる。また、出射光２は、反射が２回多い分、出射光１より強度が小さくなり、テラヘルツ波がＳ波の場合、０．４３倍となることが、簡単な計算で求められる。求められたΔｔ及び計算された強度比と、図１２（ａ）に記載された出力信号とを比べると、明らかに、１３ｐｓｅｃ付近の不要信号は、Ｓｉミラー１０９内でのテラヘルツ波の反射によるものであることがわかる。
【００１１】
従って、不要反射を除去するためには、Ｓｉミラー１０９内での反射を抑制することが必要である。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明は、テラヘルツ波などの電磁波を用いた電磁波測定装置において、光学系内での電磁波の不要反射を起因としたノイズを抑制した電磁波測定装置および電磁波測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る電磁波測定装置は、テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定装置であって、パルスレーザ光を放射するパルスレーザ光源と、前記パルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、前記第１分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、前記第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、前記第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光が入射することによりテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生素子と、前記第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第２のパルスレーザ光を発生させる第２の光遅延素子と、前記第１のパルスレーザ光、前記第２のパルスレーザ光及び前記被測定物を透過または反射した前記テラヘルツ波が入射することによりこれらを同一光路にて出射させる光学素子と、前記光学素子から出射したパルスレーザ光及び前記テラヘルツ波を受光する受光素子とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、テラヘルツ波発生素子で発生したテラヘルツ波は、被測定物による吸収を受け、当該被測定物を通過する。この被測定物を通過したテラヘルツ波は、光学素子に入射し、プローブ光である光遅延した第１のパルスレーザ光とともに、受光素子へ出射する。このとき、光学素子内では、上記テラヘルツ波の多重反射が生じ、この反射信号が出射されると、出力信号のノイズとなる。この構成によれば、光遅延させタイミング調整された第２のパルスレーザ光を光学素子に入射させることにより、第２のパルスレーザ光が光学素子に吸収され光学素子内に自由キャリアが発生する。発生した自由キャリアは電磁波を吸収するので、光学素子内で発生したテラヘルツ波の反射信号を選択的に吸収する。よって、光学素子内の不要な反射電磁波を吸収させることができ、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１５】
また、前記光学素子は、第１主面と当該第１主面に対面する第２主面とを有する半導体基板からなり、前記第１のパルスレーザ光は前記第２主面にて反射され、前記テラヘルツ波及び前記第２のパルスレーザ光は、前記第１主面に入射しかつ前記第２主面より出射することが好ましい。
【００１６】
これにより、光学素子のテラヘルツ波入射面である第１主面と対向する第２主面おいて反射した一部のテラヘルツ波は再び第１主面に到達する。このとき、再び第１主面に到達したテラヘルツ波は、第２のパルスレーザ光によって励起された第１主面付近の自由キャリアに吸収される。よって、光学素子内の不要な反射電磁波を吸収させることができ、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１７】
また、前記被測定物を透過または反射した前記テラヘルツ波が、前記第１主面に最初に到達する時刻をｔ０、前記テラヘルツ波が前記第１主面から前記光学素子へ入射し前記第２主面で反射して再び前記第１主面に到達する時刻をｔ１、及び前記第２のパルスレーザ光が前記第１主面に最初に到達する時刻をｔ２としたとき、ｔ０＜ｔ２＜ｔ１なる関係を満足することが好ましい。
【００１８】
これにより、第１主面を通過し第２主面で反射して再び第１主面に到達した反射テラヘルツ波は、当該反射テラヘルツ波が最初に第１主面に到達した時刻と、反射して再び第１主面に到達した時刻との間に、第２のパルスレーザ光によって励起され生成された第１主面付近の自由キャリアによって吸収される。つまり、電磁波であるテラヘルツ波が反射により入射面に到達する前にキャリアを生成し、かつ、入射するテラヘルツ波自体の吸収を避けることができる。これにより、必要なテラヘルツ波信号を減衰させることなく、不要な反射テラヘルツ波のみを、効果的に減衰させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る電磁波測定装置は、テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定装置であって、パルスレーザ光源と、前記パルスレーザ光源より放射されるパルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、前記第１分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、前記第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、前記第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光が入射することによりテラヘルツ波を発生し、当該テラヘルツ波を前記被測定物の表面に入射させるテラヘルツ波発生素子と、前記第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させ、当該光遅延した第２のパルスレーザ光を前記被測定物の裏面に照射させる第２の光遅延素子と、前記被測定物の表面で反射したテラヘルツ波と前記第１のパルスレーザ光が入射することによりこれらを同一光路にて出射させる光学素子と、前記光学素子から出射したパルスレーザ光及びテラヘルツ波を受光する受光素子とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、テラヘルツ波発生素子で発生したテラヘルツ波は、被測定物の表面に照射され、該表面からの反射テラヘルツ波が被測定物の表面情報を含んだ出力信号となる。一方、照射されたテラヘルツ波の一部は被測定物の内部に入射する。このとき、被測定物内では、上記テラヘルツ波の反射が生じ、この反射信号が出射されると、出力信号のノイズとなる。この構成によれば、光遅延させタイミング調整された第２のパルスレーザ光を被測定物の裏面に照射させることにより、第２のパルスレーザ光が被測定物に吸収され該裏面付近に自由キャリアが発生する。発生した自由キャリアは電磁波を吸収するので、被測定物内で発生したテラヘルツ波の反射信号を選択的に吸収する。よって、被測定物内の不要な反射電磁波を吸収させることができ、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００２１】
また、前記テラヘルツ波発生素子で発生した前記テラヘルツ波が、前記被測定物の表面に入射し前記被測定物の裏面に到達する時刻をｔ１、及び、前記第２のパルスレーザ光が前記被測定物の裏面に最初に到達する時刻をｔ２としたとき、ｔ２＜ｔ１なる関係を満足することが好ましい。
【００２２】
これにより、被測定物の表面から入射し裏面で反射する不要なテラヘルツ波は、当該不要なテラヘルツ波が最初に該裏面到達する時刻の前に、第２のパルスレーザ光によって励起され生成された該裏面付近の自由キャリアによって吸収される。つまり、電磁波であるテラヘルツ波が被測定物の裏面に到達する前にキャリアを生成し、かつ、入射するテラヘルツ波自体の吸収を避けることができる。これにより、必要な反射テラヘルツ波信号を減衰させることなく、不要な反射テラヘルツ波のみを、効果的に減衰させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、このような特徴的なステップを含む電磁波測定装置として実現することができるだけでなく、電磁波測定装置に含まれる特徴的な手段をステップとした電磁波測定方法として実現することができる。
【００２４】
なお、本発明の電磁波測定方法として、テラヘルツ波の照射により被測定物の特性を測定する電磁波測定方法であって、パルスレーザ光を放射するレーザ光放射ステップと、前記レーザ光放射ステップにて放射された前記パルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐ステップと、前記第１分岐ステップにて分岐された一方のパルスレーザ光を、光遅延させることにより第１のパルスレーザ光を発生させる第１光遅延ステップと、前記第１分岐ステップにて分岐された他方のパルスレーザ光である第２のパルスレーザ光または当該第２のパルスレーザ光の一部である第３のパルスレーザ光を、テラヘルツ波発生素子に入射させることによりテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生ステップと、前記テラヘルツ波発生ステップにて発生したテラヘルツ波を、前記被測定物に照射するテラヘルツ波照射ステップと、前記テラヘルツ波照射ステップにて前記被測定物から反射または前記被測定物を透過したテラヘルツ波を半導体基板からなる光学素子の第１主面に入射させるテラヘルツ波入射ステップと、前記テラヘルツ波入射ステップにて前記光学素子に入射した前記テラヘルツ波が前記第１主面に最初に到達した後、かつ、前記第１主面より前記光学素子に入射した前記テラヘルツ波の一部が前記半導体基板の裏面である第２主面で反射して再び前記第１主面に到達する前に、前記第２のパルスレーザ光の一部である第４のパルスレーザ光を前記第１主面に入射させるレーザ光入射ステップと、前記テラヘルツ波入射ステップにて前記第１主面へ入射したテラヘルツ波のうち前記第２主面を通過して前記光学素子の外部へ出射するテラヘルツ波と、前記第２主面にて反射した前記第１のパルスレーザ光と、前記レーザ光入射ステップにて前記第１主面へ入射した前記第４のパルスレーザ光のうち前記第２主面を通過して前記光学素子の外部へ出射するパルスレーザ光とを受光する受光ステップとを含み、前記テラヘルツ波発生ステップでは、前記第２のパルスレーザ光を、前記テラヘルツ波発生素子に入射させることによりテラヘルツ波を発生させ、前記第４のパルスレーザ光は、前記テラヘルツ波発生素子に入射した前記第２のパルスレーザ光の一部が前記テラヘルツ波発生素子を透過したレーザ光であってもよい。
【００２５】
ここでは、テラヘルツ波発生素子を透過したレーザ光が第４のパルスレーザ光として用いられる。ＺｎＴｅ結晶は、非線形効果によるテラヘルツ波の発生と同時に、赤外光などのレーザ光を透過する機能を有する。従って、上記テラヘルツ波が光学素子の入射面に最初に到達する時刻と、出射面で反射されて再び入射面に到達する時刻との間に、上記ＺｎＴｅ結晶を透過したレーザ光が入射面に到達することにより自由キャリアが生成される。これにより、不要な反射テラヘルツ波を、効果的に減衰させることができ、かつ、測定システムの簡略化が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電磁波測定装置及び電磁波測定方法によれば、光学系内における電磁波の不要な反射波を減衰させることができるので、不要信号によるノイズを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電磁波測定装置は、パルスレーザ光源より放射されるパルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、第１分岐部で分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させ第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を入射してテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生素子と、第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させ第２のパルスレーザ光を発生させる第２の光遅延素子と、第１のパルスレーザ光、第２のパルスレーザ光及び被測定物を介したテラヘルツ波が入射する光学素子と、当該光学素子から出射したパルスレーザ光及びテラヘルツ波を受光する受光素子とを備える。これにより、上記光学素子内で発生したテラヘルツ波の反射信号を選択的に吸収することができ、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の機能構成図である。同図に記載された電磁波測定装置１は、フェムト秒レーザ１１と、ミラー１２、１６、１７、１９及び２６と、λ／２板１３及び２８と、偏光ビームスプリッタ１４及び１８と、光遅延ミラー１５及び２５と、エミッタ２０と、Ｓｉミラー２１と、ディテクタ２２と、偏光板２３と、フォトダイオード２４と、ＮＤフィルタ２７とを備える。なお、本願に係る図面において紙面に平行な偏光をｐ波、紙面に垂直な偏光をｓ波と呼ぶことにする。
【００２９】
フェムト秒レーザ１１は、パルスレーザ光を出力するデバイスとして機能し、例えば、波長８００ｎｍのパルスレーザ光が出力される。
【００３０】
フェムト秒レーザ１１から出射された短パルス赤外光２９（波長８００ｎｍ、パルス幅１２０ｆｓｅｃ、繰り返し１ｋＨｚ、ｐ波直線偏光）は、ミラー１２で光路を変えた後、λ／２板１３によって直線偏光のまま、偏光方向が変えられる。
【００３１】
偏光方向が変化したレーザ光は、第１分岐部である偏光ビームスプリッタ１４により、ｐ波ポンプ光パルス３０及びｓ波プローブ光パルス３１に分割される。
【００３２】
ｐ波ポンプ光パルス３０は、ミラー１７で向きを変えた後、λ／２板２８により直線偏光のまま、偏光方向が変えられる。その後、第２分岐部である偏光ビームスプリッタ１８により、ポンプ光パルス３２と裏面照射光パルス３３に分離される（比率は任意である）。ポンプ光パルス３２は、ミラー１９で向きを変えた後、エミッタ２０に照射される。
【００３３】
エミッタ２０は、例えば、低温成長のＧａＡｓで構成された光伝導スイッチ型のテラヘルツ波発生素子である。表面には正電極と負電極が形成されており、電極間には約３０Ｖの電圧が印加されている。ポンプ光パルス３２が入射されない場合は、エミッタ２０は絶縁体であり、電流が流れない。しかし、ポンプ光パルス３２が照射されると、キャリアがＧａＡｓ内部で生成する。そのキャリアはエミッタ２０表面に形成された電極による電圧印加により、瞬時に移動し、この移動のため過渡電流がエミッタ２０内に流れる。この過渡電流によりテラヘルツ波３４が放射される。本実施の形態では、放射されるテラヘルツ波３４がＳ波になるように電極向きを固定している。
【００３４】
放射されたテラヘルツ波３４は被測定物である試料５０により吸収を受け、試料５０の吸収スペクトルの情報を有するテラヘルツ波３５となる。このテラヘルツ波３５は半絶縁シリコン基板で構成された光学素子であるＳｉミラー２１を通過し、受光素子であるディテクタ２２に達する。ディテクタ２２は、例えば、（１１０）ＺｎＴｅ基板が用いられる。
【００３５】
一方、ｓ波プローブ光パルス３１は、第１の光遅延素子である光遅延ミラー１５によって、光遅延（パルスのタイミング）を調整され、第１のパルスレーザ光となる。すなわち、光遅延ミラー１５は、入射方向に移動機構を有しており、１５０μｍの移動ごとに光パルスのタイミングを約１ｐｓｅｃ変化させることができる。本実施の形態では、光遅延ミラー１５を１０μｍステップで移動させるので、時間分解能は約６６ｆｓｅｃとなる。
【００３６】
光遅延ミラー１５を通過したｓ波プローブ光パルス３１はミラー１６で反射した後、Ｓｉミラー２１の第２主面である表面で反射し、テラヘルツ波３５と同一の光路でディテクタ２２に入射する。ディテクタ２２中では、テラヘルツ波の電界によってポッケルス効果が生じ、複屈折が生じる。このため、ｓ波に直線偏光したｓ波プローブ光パルス３１は楕円偏光に変化する。すなわち、ｓ波プローブ光パルス３１は、ｐ波の成分を有するようになる。偏光板２３はｐ波プローブ光しか通過させないようにしてあるため、プローブ光のｐ波成分のみが、フォトダイオード２４に達する。したがって、フォトダイオード２４の検出信号は、Ｓｉミラー２１の表面から出射したテラヘルツ波の大小と関係つけることができ、一般にＳｉミラー２１の表面から出射したテラヘルツ波の電界に比例した信号となる。
【００３７】
更に、裏面照射光パルス３３は、ＮＤフィルタ２７によって光量が調整された後、第２の光遅延素子である光遅延ミラー２５により、ポンプ光パルス３２との相対的な時間が調整され、第２のパルスレーザ光となる。すなわち、光遅延ミラー２５は入射方向に移動機構を有しており、１５０μｍの移動ごとに光パルスのタイミングを約１ｐｓｅｃ変化させることができる。光遅延ミラー２５から出た裏面照射光パルス３３は、ミラー２６により反射された後、Ｓｉミラー２１の第１主面（裏面）であるテラヘルツ入射面と同じ面に照射される。
【００３８】
図２は本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波及び裏面照射光パルスの経路を表す図である。
【００３９】
テラヘルツ波３５は、Ａ点でＳｎｅｌｌの法則に従い、Ｓｉミラー２１の内部に入射する。すなわち、Ｓｉミラー２１の裏面において、入射角をθ１、出射角をθ２としたとき、
【数５】
2010019647.tif 000007
の関係が成立する。ここで、ｎはテラヘルツ帯におけるＳｉの屈折率である。Ａ点から内部に入ったテラヘルツ波３５は、Ｂ点で一部が透過し、出射光１となる。一方、Ｂ点で反射したテラヘルツ波は、Ｃ点に到達する。Ｃ点では予め、裏面照射光パルス３３により、多数の自由キャリア（電子）が生成されている。この自由キャリアが、反射によりＣ点に到達するテラヘルツ波を吸収するので、図１３で表されたような出射光２は無くなる。ここでテラヘルツ波３５の一部が、Ａ→Ｂ→Ｃの経路を進む時間ｔ2は、
【数６】
2010019647.tif 000008
で与えられる。具体的には、Ｌ＝３８０μｍ、θ１＝４５°、ｎ＝３．４４（θ２＝１２°と計算される）を代入すると、ｔ2＝８．９ｐｓｅｃとなる。したがって、テラヘルツ波３５がＡ点に到達した時刻からＣ点に到達するまでの時刻までの間に、裏面照射パルス３３が到達するよう、光遅延ミラー２５を調整する。
【００４０】
これにより、Ａ→Ｂ→Ｃの経路を進むテラヘルツ波は、予め裏面照射パルス３３によって励起され生成されたＣ点付近の自由キャリアによって吸収される。よって、必要なテラヘルツ波信号を減衰させることなく、不要な反射テラヘルツ波のみを、効果的に減衰させることが可能となる。
【００４１】
なお、半導体中の自由キャリアの寿命は一般にナノ秒以上であるため、生成したキャリアは、ここで用いる時間スケール（数ｐｓｅｃ）の範囲では、再結合することなくほとんど一定と考えて差し支えない。
【００４２】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の出力信号の波形図である。同図において、裏面照射光パルス３３のパルス光量は、時間平均で３００ｍＷである。主信号は５ｐｓ付近にある。図１２（ａ）で観測された、反射による信号はなくなっていることがわかる。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）をフーリエ変換した波形図である。０〜１．５ＴＨｚ付近のフリンジが無くなっており、良好な結果が得られていることがわかる。
【００４３】
ここで、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置１についての物理的な内容について考察する。図４は、Ｓｉミラーにおけるテラヘルツ波及び赤外パルス光の経路を表す図である。エネルギーｈνIRの赤外パルス光（１パルスあたりのエネルギーをＩiとする）がＳｉミラー２１の裏面に照射面積Ｓで入射した場合を考える。この時、１パルスに含まれるフォトン数は、単位面積あたり、
【数７】
2010019647.tif 000009
となる。このエネルギーにおけるシリコンの吸収係数をαIRとし、吸収される有効長をｗとすると、シリコンに吸収されたフォトン数は、単位面積あたり、
【数８】
2010019647.tif 000010
となるから、量子効率をηとすると、単位体積あたり、以下の式１
【数９】
2010019647.tif 000011
で示される自由キャリアＮが生成している（ここで、表面反射はηに含まれるとし、また、有効長ｗに均一にキャリアがあると仮定する）。
【００４４】
自由キャリアはプラズマ状態となり、以下の式２で示されるDrudeの関係に従い、テラヘルツ帯において吸収係数αTHzが発生する。
【００４５】
【数１０】
2010019647.tif 000012
【００４６】
ここで、λTHzはテラヘルツ波の波長、ωはテラヘルツ周波数、ε∞は高周波における比誘電率、ｎはＳｉミラー２１の屈折率、τは緩和時間である。また、ωｐは自由キャリアのプラズマ振動数であり、以下の式３で表される。
【００４７】
【数１１】
2010019647.tif 000013
【００４８】
ここで、ｅは電子素量、ｍ*は電子有効質量、ε0は真空誘電率である。
このテラヘルツ帯の吸収が発生するため、図２に記載されたＣ点近傍において、テラヘルツ波は減衰し、その減衰量は
【数１２】
2010019647.tif 000014
で与えられる。したがって、半導体内部におけるテラヘルツ波の反射係数をＲTHzとおくと、主信号（Ｉ1）と反射信号（Ｉ2）の比は、以下の式４
【数１３】
2010019647.tif 000015
で与えられ、近似的には以下の式５のようになる。
【００４９】
【数１４】
2010019647.tif 000016
【００５０】
ここで係数Ａは、以下の式６で与えられる。
【００５１】
【数１５】
2010019647.tif 000017
【００５２】
よって、反射信号Ｉ2／主信号Ｉ1の強度比は、裏面反射光Iiに対して、指数関数的に減衰する。
【００５３】
図５は、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置における信号強度比の裏面光入射パワー依存性を表すグラフである。裏面光（図２に記載された裏面照射光パルス３３）入射パワーとともに、強度比（Ｉ2／Ｉ1）が減少しており、反射が小さくなっていることがわかる。これを式５でフィッティングすることにより、
【数１６】
2010019647.tif 000018
なる関係が得られる。
【００５４】
また、式６において、η＝０．６、αIR＝１０００ｃｍ-1、ω＝１ＴＨｚ、ε∞＝１１．５６、τ＝０．２５ｐｓｅｃ、ｍ*＝０．９８、ｈν＝１．５５ｅＶ、Ｓ＝０．２８ｃｍ-2、ｗ＝１０μｍ、１００ｆｓｅｃ、１ｋＨｚを代入すると、
Ａ＝１．２×１０4（１／Ｊ：裏面光をパルスとした場合）
＝０．０１２（１／ｍＷ：裏面光を平均出力とした場合）
となり、上記フィッティング値とよく一致することが解る。
【００５５】
図６は、式７をプロットしたグラフである。同図から、平均出力３００ｍＷの裏面照射光パルス３３をＳｉミラー２１のＣ点付近に入射すれば、反射信号強度は、主信号の１％程度になり、出力信号に対しほとんど影響を及ぼさないことが解る。
【００５６】
以上のように、テラヘルツ波がＳｉミラー入射面に最初に到達した後、かつ、反射によりＳｉミラー入射面に再到達する前に、裏面照射光パルスのＳｉミラー入射面へのタイミングを調整することにより、Ｓｉミラーから出射するテラヘルツ波のノイズレベルを低減することが可能となる。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る電磁波測定装置の機能構成図である。同図に記載された電磁波測定装置２は、フェムト秒レーザ１１と、ミラー１２、１６及び１７と、λ／２板１３と、偏光ビームスプリッタ１４と、光遅延ミラー１５と、エミッタ４０と、Ｓｉミラー２１と、ディテクタ２２と、偏光板２３と、フォトダイオード２４とを備える。なお、本願に係る図面において紙面に平行な偏光をｐ波、紙面に垂直な偏光をｓ波と呼ぶことにする。
【００５８】
図７に記載された実施の形態２における電磁波測定装置２は、図１に記載された実施の形態１における電磁波測定装置１と比較して、ｐ波ポンプ光パルス３０が分岐されず、図１に記載された裏面照射光パルス３３が生成され光遅延される経路が設けられていない。しかしながら、エミッタ４０を通過するポンプ光パルス３６を、Ｓｉミラー２１の裏面であるテラヘルツ波入射面に所定のタイミングで照射することにより、自由キャリアを発生させることが可能となる。以下、実施の形態１に記載された構成要素と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００５９】
エミッタ４０は、テラヘルツ発生素子としての機能を有し、同時にｐ波ポンプ光パルス３０の一部を透過させる。エミッタ４０は、例えば、ＺｎＴｅ結晶が用いられる。エミッタ４０は、ｐ波ポンプ光パルス３０がＺｎＴｅ結晶中を通過するとき、非線形効果によりテラヘルツ波を発生させる。一方、ＺｎＴｅ結晶のバンドギャップが２．２６ｅＶであることから、エミッタ４０は、一般には、ｐ波ポンプ光パルス３０（波長８００ｎｍ（＝１．５５ｅＶ））を吸収しない。したがって、エミッタ４０からはｐ波ポンプ光パルス３０の一部であるポンプ光パルス３６が通過する。この通過したポンプ光パルス３６は、透明な試料５１を通過し、ポンプ漏れ光３７となり、Ｓｉミラー２１の第１主面（裏面）であるテラヘルツ波入射面に照射される。
【００６０】
この構成は、試料５１がｐ波ポンプ光パルス３０を透過する場合に適用することができる。試料５１としては、例えば、透明プラスチックなどがあり、その組成を調べる場合に適用可能である。また、試料５１として、「大気」を置けば（すなわち何も置かなければ）、「大気」中の水蒸気量を調べることができる。これは、テラヘルツ波が水分子によく吸収されることを利用したものである。
【００６１】
図８は、本発明の実施の形態２に係る電磁波測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波及びポンプ光パルスの経路を表す図である。エミッタ４０で発生し、試料５１を通過したテラヘルツ波３５は、Ｓｉミラー２１のＡ点から入射し、Ｂ点から出射されるが、一部がＢ点で反射されＣ点へ向かう。一方、テラヘルツ波３５がＡ点にあるとき、ポンプ漏れ光３７はＡ’点にある。Ａ’点からＣ点のポンプ漏れ光３７の光路長は、明らかに、Ａ→Ｂ→Ｃ点へ向かうテラヘルツ波３５の反射波よりも光路長が小さい。この結果、ポンプ漏れ光３７は、テラヘルツ波３５の反射波より先にＣ点に到着し、Ｃ点で自由キャリアを生成する。その後、テラヘルツ波３５の反射波がＣ点付近に到達し、テラヘルツ波３５の反射波は、上記自由キャリアによって吸収される。この結果、内部反射光が無くなり、Ｓｉミラー２１の第２主面（表面）であるテラヘルツ波出射面から、ノイズレベルの低減されたテラヘルツ波が出射される。
【００６２】
以上のように、非線形効果によりテラヘルツ波を発生させるＺｎＴｅ結晶をテラヘルツ波発生素子として用いることにより赤外ポンプ光とテラヘルツ波とを発生させることができる。また、このテラヘルツ波がＳｉミラーの第１主面に最初に入射した後、かつ、当該テラヘルツ波の一部がＳｉミラーの第２主面で反射して第１主面に再到達する前に、上記ＺｎＴｅ結晶を通過した赤外ポンプ光を当該第１主面に照射することにより、Ｓｉミラーから出射するテラヘルツ波のノイズレベルを低減することが可能となる。
【００６３】
本実施の形態では、上記ＺｎＴｅ結晶を通過した赤外ポンプ光および発生したテラヘルツ波のＳｉミラーへの入射タイミングの調整は、光学素子であるＳｉミラーの設定角度によりなされている。なお、赤外ポンプ光および発生したテラヘルツ波のＳｉミラーへの入射タイミング調整は、赤外ポンプ光またはテラヘルツ波の光路に光遅延素子を配置することにより実施されてもよい。
【００６４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における電磁波測定装置は、パルスレーザ光源より放射されるパルスレーザ光を２方向に分岐する第１分岐部と、第１分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光を光遅延させ第１のパルスレーザ光を発生させる第１の光遅延素子と、第１分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を分岐する第２分岐部と、第２分岐部により分岐された一方のパルスレーザ光が入射することによりテラヘルツ波を発生し、当該テラヘルツ波を被測定物の表面に入射させるテラヘルツ波発生素子と、第２分岐部により分岐された他方のパルスレーザ光を光遅延させ、当該光遅延した第２のパルスレーザ光を前記被測定物の裏面に照射させる第２の光遅延素子と、被測定物の表面で反射したテラヘルツ波と第１のパルスレーザ光が入射することによりこれらを同一光路にて出射させる光学素子と、光学素子から出射したパルスレーザ光及びテラヘルツ波を受光する受光素子とを備える。これにより、被測定物内の不要な反射電磁波を吸収させることができ、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態３について、図面を用いて説明する。
図９は、本発明の実施の形態３に係る電磁波測定装置の機能構成図である。同図に記載された電磁波測定装置３は、フェムト秒レーザ１１と、ミラー１２、１６、１７及び２６と、λ／２板１３、２８及び６０と、偏光ビームスプリッタ１４、１８及び６１と、光遅延ミラー１５、２５及び６２と、エミッタ４１と、Ｓｉミラー２１と、ディテクタ２２と、偏光板２３と、フォトダイオード２４と、ＮＤフィルタ２７とを備える。なお、本願に係る図面において紙面に平行な偏光をｐ波、紙面に垂直な偏光をｓ波と呼ぶことにする。
【００６６】
図９に記載された実施の形態３における電磁波測定装置３は、図１に記載された実施の形態１における電磁波測定装置１と比較して、偏光ビームスプリッタ１４とミラー１７との間に、λ／２板６０、偏光ビームスプリッタ６１、光遅延ミラー６２が配置されている点（図９の破線で囲まれた部分）、及び偏光ビームスプリッタ１８からミラー１９を介さずにエミッタ４１へポンプ光パルス６４が入射される点が機能構成として異なる。以下、実施の形態１に記載された構成要素と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００６７】
ｐ波ポンプ光パルス３０は、λ／２板６０により直線偏光のまま、偏光方向が変えられる。その後、第２分岐部である偏光ビームスプリッタ６１により、偏光方向が変えられたｐ波ポンプ光パルス３０の一部がポンプ光パルス６３に分離される（比率は任意である）。ポンプ光パルス６３は、光遅延ミラー６２で光遅延された第２のパルスレーザ光となり、試料５２の裏面に照射される。
【００６８】
図９に記載された電磁波測定装置３は、試料５２の表面における反射テラヘルツ波６６を測定する場合に用いられる。試料５２は、光照射によってキャリアを発生する材料の場合であり、例えば、半導体（バンドギャップがフェムト秒レーザのエネルギーよりも小さい材料）である。例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板の表面に付着した異物（有機物）を調べたい場合などに有用である。この場合、従来の構成では、テラヘルツ波６５が試料５２の内部にも侵入し、かつ、内部で反射し、これが反射信号となり、表面反射信号と同時に検出される。本発明の実施の形態３の構成により、試料５２の内部で発生する反射信号が低減される原理を、図１０により説明する。
【００６９】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る電磁波測定装置が発生したテラヘルツ波及びポンプ光パルスの、被測定物における経路を表す図である。試料５２の表面に入射したテラヘルツ波６５はＡ点で反射されて、反射テラヘルツ波６６となる。この時、表面における異物によって吸収を受けるため、異物の有無により反射テラヘルツ波６６が変化する。これを解析することで、表面状態を知ることができる。一方、Ａ点から試料５２の内部に侵入したテラヘルツ波はＢ点に向かう。
【００７０】
光遅延調整されたポンプ光パルス６３がＢ点に照射されない場合は、侵入したテラヘルツ波はＢ点で反射され、Ｃ点から出射され、不要なテラヘルツ波６８を発生させる。
【００７１】
これに対し、試料５２の内部に侵入したテラヘルツ波がＢ点に到着するまでに、光遅延調整されたポンプ光パルス６３が照射されると、自由キャリアがＢ点付近に発生し、Ｂ点に向かうテラヘルツ波は吸収される。この結果、無効な内部反射光を除去することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施の形態においては、Ｓｉミラー２１での不要反射を抑える裏面照射光パルス６７の光路（図９に記載されたＮＤフィルタ２７→光遅延ミラー２５→ミラー２６→Ｓｉミラー２１）と、上述した試料５２の裏面での反射を抑えるポンプ光パルス６３の光路（λ／２板６０→偏光ビームスプリッタ６１→光遅延ミラー６２）を同時に使用したが、試料５２の裏面での反射を抑える観点のみから、当該ポンプ光パルス６３の光路のみ用いる構成でもよい。
【００７３】
以上のように、テラヘルツ波が被測定物の裏面に最初に到達する前に、ポンプ光パルスが被測定物の裏面へ到達するようタイミングを調整することにより、被測定物の表面から反射されるテラヘルツ波のノイズレベルを低減することが可能となる。
【００７４】
以上、実施の形態１〜３について述べてきたが、本発明に係る電磁波測定装置及び電磁波測定方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。実施の形態１〜３における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、実施の形態１〜３に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る電磁波測定装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、特にセキュリティ、非破壊検査、バイオ／メディアカル、食品検査／農業、環境に対し効率のよい電磁波測定装置に有用であり、出力信号の高Ｓ／Ｎ比が要求される電磁波測定装置および方法として用いるのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の機能構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波及び裏面照射光パルスの経路を表す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の出力信号の波形図である。（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の出力信号をフーリエ変換した波形図である。
【図４】Ｓｉミラーにおけるテラヘルツ波及び赤外パルス光の経路を表す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置における信号強度比の裏面光入射パワー依存性を表すグラフである。
【図６】式７をプロットしたグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電磁波測定装置の機能構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る電磁波測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波及びポンプ光パルスの経路を表す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る電磁波測定装置の機能構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る電磁波測定装置が発生したテラヘルツ波及びポンプ光パルスの、被測定物における経路を表す図である。
【図１１】特許文献１に記載された従来のテラヘルツ測定装置を実現した機能構成図の一例である。
【図１２】（ａ）は、試料がない場合の従来のテラヘルツ測定装置の出力信号の波形図である。（ｂ）は、試料がない場合のテラヘルツ測定装置の出力信号をフーリエ変換した波形図である。
【図１３】従来のテラヘルツ測定装置の有するＳｉミラーにおけるテラヘルツ波の経路を表す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３    電磁波測定装置
１１、１０１    フェムト秒レーザ
１２、１６、１７、１９、２６、１０２、１０６、１０７    ミラー
１３、２８、６０、１０３    λ／２板
１４、１８、６１、１０４    偏光ビームスプリッタ
１５、２５、６２、１０５    光遅延ミラー
２０、４０、４１、１０８    エミッタ
２１、１０９    Ｓｉミラー
２２、１１０    ディテクタ
２３、１１１    偏光板
２４、１１２    フォトダイオード
２７    ＮＤフィルタ
２９、１１７    短パルス赤外光
３０、１１３    ｐ波ポンプ光パルス
３１、１１４    ｓ波プローブ光パルス
３２、６３、６４    ポンプ光パルス
３３、６７    裏面照射光パルス
３４、３５、６５、６８、１１５、１１６    テラヘルツ波
３６    ポンプ光パルス
３７    ポンプ漏れ光
５０、５１、５２、２００    試料
６６    反射テラヘルツ波
１００    テラヘルツ測定装置
【図１】
2010019647.tif 000019
【図２】
2010019647.tif 000020
【図３】
2010019647.tif 000021
【図４】
2010019647.tif 000022
【図５】
2010019647.tif 000023
【図６】
2010019647.tif 000024
【図７】
2010019647.tif 000025
【図８】
2010019647.tif 000026
【図９】
2010019647.tif 000027
【図１０】
2010019647.tif 000028
【図１１】
2010019647.tif 000029
【図１２】
2010019647.tif 000030
【図１３】
2010019647.tif 000031