(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第１の数の管状導光部と、前記第１の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第１の数より１少ない関節部と、を備え、第１の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第１の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第１の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第１の光束の入射方向が固定されており、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向が固定されている、
ことを特徴とする電界測定装置。
【請求項２】
電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第１の数の管状導光部と、前記第１の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第１の数より１少ない関節部と、を備え、第１の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第１の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第１の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第１の光束の入射方向が、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向に対し平行である、
ことを特徴とする電界測定装置。
【請求項３】
電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第１の数の管状導光部と、前記第１の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第１の数より１少ない関節部と、を備え、第１の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第１の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第１の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第１の光束の入射方向が、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向に対し垂直である、
ことを特徴とする電界測定装置。
【請求項４】
入射光束を入力して２つの光束に分岐して前記第１の光束および第２の光束を生成する光束分岐手段と、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第２の数の管状導光部と、前記第２の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第２の数より１少ない関節部と、を備え、前記第２の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第２の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記測定対象物の所定位置に照射することによって電界を発生させるポンプ光として前記第２の光束を出射端から出射するポンプ光導光手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電界測定装置。
【請求項５】
前記プローブ光導光手段は、前記第１の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて前記第１の光束を直角方向に偏向させる、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電界測定装置。
【請求項６】
前記ポンプ光導光手段は、前記第２の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて前記第２の光束を直角方向に偏向させる、ことを特徴とする請求項４記載の電界測定装置。
【請求項７】
前記ポンプ光導光手段は、前記出射端に設けられ、前記第２の光束を集光して前記所定位置に照射させる集光レンズを更に備える、ことを特徴とする請求項４記載の電界測定装置。
【請求項８】
前記ポンプ光導光手段は、
前記第２の数の管状導光部のうち前記出射端に最も近い管状導光部の導光路の曲折点に設けられた反射鏡が、前記第２の光束を反射させるが前記第２の光束の波長以外の所定波長領域の光束を透過させるダイクロイックミラーであり、
前記出射端から入射し前記ダイクロイックミラーを透過した前記所定波長領域の光束を入力して、前記所定位置を含む領域の映像を撮像する撮像手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項４記載の電界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界に応じて光学的性質が変化する電気光学材料を用いて電界強度を測定する電界測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電界強度を測定する装置として、電気光学材料を用いた電界測定装置が知られている（例えば、特開平１−２８６４３１号公報、IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.QE-22, No.1 (1986) pp.69-78）。図５は、従来の電界測定装置の構成図である。
【０００３】
この装置は以下のように作用する。先ず、ＣＰＭ（colliding pulse mode-locked）リング色素レーザ４０から出力された短パルスのレーザ光は、ハーフミラーで透過光束と反射光束とに分岐される。ハーフミラーで反射したレーザ光（ポンプ光）は、測定対象物１０に照射される。測定対象物１０は、例えば、ホトコンダクティブ光スイッチであり、ポンプ光が照射されると光電変換によって電気パルスを発生させる。その電気パルスは伝送線を伝搬し、その伝送線の近傍に配置されている電界センサ２０に電界が印加される。一方、ハーフミラーを透過したレーザ光（プローブ光）は、光ファイバ４２を伝搬し、偏光子４６によって直線偏光とされ、ハーフミラー５０で反射され、レンズ６２で集光されて、電界センサ２０に入射される。電界センサ２０内を往復する間のプローブ光３０は、電界センサ２０に印加されている電界に応じて偏光状態が変化する。電界センサ２０から出力されたプローブ光は、位相補償板５４を通過した後、検光子４８によって偏光方向が互いに直交する２つの光束に分岐されて、それぞれの強度が光検出器５６および５８によって検出されてロックインアンプ６０で計測される。
【０００４】
このような電界測定装置は、例えば、図６に示したホトコンダクティブ光スイッチの応答速度を測定するために用いられる。バイアス電圧が印加されているホトコンダクティブ光スイッチ１０にポンプ光２が入射すると光電変換作用によって電気パルス４が発生し、その電気パルス４は、支持針２２によって電界センサ２０が近接配置されている地点へ向けて伝送線１２上を伝搬し、そして、電界センサ２０に電界が印加される。電界測定装置は、電界センサ２０を往復する間のプローブ光３０の偏光状態の変化として、その電界を検出する。
【０００５】
また、電界測定装置は高速トランジスタの評価にも用いられている（IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.28, No.10 (1992) pp.2313-2324 ）。測定対象物がウェーハ状態である場合には、その測定対象物を半導体プローバにセットして電気針を介してバイアス電気信号を印加して、その測定対象物の評価を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電界測定装置における測定の時間分解能は、レーザ光源から出力されるパルス光のパルス幅で決まる。したがって、パルス幅が１００ｆｓ以下のパルス光を発生することができるＣＰＭリング色素レーザやチタンサファイヤレーザを用いることが望ましい。
【０００７】
このようなレーザ光源から出力されたレーザ光（プローブ光およびポンプ光）は、測定対象物または電界センサまで一定の光路長を有する光路を経て到達させる必要がある。しかし、上述の短パルスレーザ光源は大型であり、電界測定装置と一体化するのは困難であるので、従来は、図５に示すように、レーザ光源から電界測定装置まで、光ファイバを用いてレーザ光を導光していた。
【０００８】
しかし、パルス幅１００ｆｓ以下のパルス光を光ファイバに導光させると、光ファイバの波長分散によって、そのパルス光のパルス幅が広がり、それによって電界測定装置の時間分解能が劣化するという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レーザ光源から出力された短パルス幅のパルス光を、パルス幅を広げることなく、測定対象物や電界センサまで一定光路長で導光させることのできる電界測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電界測定装置は、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し曲折点に反射鏡を備える第１の数の管状導光部と、第１の数の管状導光部それぞれを各接続点において導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する第１の数より１少ない関節部と、を備え、第１の光束を入射端に入射して縦続接続された第１の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、プローブ光として第１の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備えることを特徴とする。
更に、入射端への第１の光束の入射方向が固定されており、出射端からのプローブ光の出射方向が固定されていることを特徴とする。或いは、入射端への第１の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し平行であることを特徴とする。また、或いは、入射端への第１の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し垂直であることを特徴とする。
【００１１】
この装置は以下のように作用する。プローブ光導光手段の入射端に入射した第１の光束は、縦続接続された第１の数の管状導光部それぞれの内部を、それぞれの曲折点に設けられた反射鏡で反射されながら、波長分散のない媒体からなる導光路上を導光されて、出射端から出射される。縦続接続された第１の数の管状導光部の接続点それぞれに設けられた回転部それぞれの回転位置を適切に決めることにより、出射端を所望の位置とすることができる。したがって、第１の光束がパルス状である場合にそのパルス幅を維持したまま一定光路長の導光路を経てプローブ光として出射されるので、時間分解能の高い電界測定を行うことができる。
更に、入射端への第１の光束の入射方向が固定されており、出射端からのプローブ光の出射方向が固定されている。或いは、入射端への第１の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し平行である。また、或いは、入射端への第１の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し垂直である。このようにすることにより、入射端に入射された直線偏光の光束は、その直線偏光の状態を維持したまま出射端から出力される。したがって、プローブ光の偏光状態の変化として電界強度を測定する電界測定装置にあっては、電界センサに入射するプローブ光の偏光状態を偏光子等を用いて調整する必要があるが、入射端に入射するプローブ光の直線偏光方向に応じて、その偏光子の光学軸の方向を定めておくことにより、プローブ光を効率良く利用することができる。
【００１２】
また、本発明に係る電界測定装置は、(1) 入射光束を入力して２つの光束に分岐して第１の光束および第２の光束を生成する光束分岐手段と、(2) それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し曲折点に反射鏡を備える第２の数の管状導光部と、第２の数の管状導光部それぞれを各接続点において導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された２つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する第２の数より１少ない関節部と、を備え、第２の光束を入射端に入射して縦続接続された第２の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、測定対象物の所定位置に照射することによって電界を発生させるポンプ光として第２の光束を出射端から出射するポンプ光導光手段と、を更に備えるのが好適である。この場合、プローブ光がプローブ光導光手段によって導光されるのと同様にして、ポンプ光もポンプ光用導光手段によって導光されて、測定対象物の所定位置に照射される。
【００１３】
また、プローブ光導光手段は、第１の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて第１の光束を直角方向に偏向させるのが好適である。また、ポンプ光導光手段は、第２の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて第２の光束を直角方向に偏向させるのが好適である。
【００１４】
また、ポンプ光導光手段は、出射端に設けられ、第２の光束を集光して所定位置に照射させる集光レンズを更に備えるのが好適である。この場合、ポンプ光は、集光レンズで集光されて測定対象物の所定位置に照射され、効率良く電界を発生させることができる。
【００１５】
また、ポンプ光導光手段は、(1) 第２の数の管状導光部のうち出射端に最も近い管状導光部の導光路の曲折点に設けられた反射鏡が、第２の光束を反射させるが第２の光束の波長以外の所定波長領域の光束を透過させるダイクロイックミラーであり、(2) 出射端から入射しダイクロイックミラーを透過した所定波長領域の光束を入力して、所定位置を含む領域の映像を撮像する撮像手段を更に備えるのが好適である。この場合、撮像手段によって撮像された映像をモニタすることにより、ポンプ光を測定対象物の所定位置に正確に照射させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明に係る電界測定装置の構成図である。本装置は、(1) レーザ光源から出力されたレーザ光を入射端１１０に入力し、光分岐部１２０内に設けられたハーフミラーによってプローブ光とポンプ光とに分岐する入射光学装置１００と、(2) 光分岐部１２０で生成されたプローブ光を入力し、互いに異なる遅延であって且つ一方の遅延が可変設定可能な同一光軸上の２光束を周期的に交互に生成する光遅延装置２００と、(3) 光遅延装置２００から出力された２光束からなるプローブ光を導光し、顕微鏡ユニット５００の入射端５１０に入射させるプローブ光用多関節反射鏡型導光路３００と、(4) 光分岐部１２０で生成されたポンプ光を導光し、そのポンプ光を集光レンズ４４０で集光して出射するポンプ光用多関節反射鏡型導光路４００と、(5) 集光レンズ４４０から出射されたポンプ光が照射された測定対象物５２０で発生する電界を、入射端５１０に入射され対物レンズ５３０を介して電界センサ５４０に入射するプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定する顕微鏡ユニット５００と、(6) プローブ光の偏光状態の変化として測定された測定対象物の電界強度の波形を表示する測定波形表示装置６００と、(7) 測定対象物５２０上のポンプ光照射位置を観察するＣＣＤカメラ５５０で撮像された映像、および、電界センサ５４０の配置位置を観察するＣＣＤカメラ５６０で撮像された映像を表示するＣＣＤカメラ映像表示装置７００と、を備える。
【００１８】
レーザ光源（図示せず）から出力されたレーザ光を入射端１１０に入力する入射光学系１００は、そのレーザ光源とともに、同一の光学定盤の上に固定配置されており、入射したレーザ光は、光分岐部１２０内に設けられたハーフミラーによって、一部が透過し残部が反射されて、それぞれがプローブ光およびポンプ光となる。
【００１９】
光分岐部１２０のハーフミラーで反射されたポンプ光は、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路４００（詳細は後述）内を導光されて、集光レンズ４４０で集光されて、測定対象物５２０の所定位置に照射される。この測定対象物５２０は、プローブステーション５７０を介して顕微鏡ユニット５００と一体化され、ＸＹＺステージによって移動可能なサンプル台５８０上に載置されている。
【００２０】
集光レンズ４４０から出力されたポンプ光が測定対象物５２０上のどの位置に照射されているかをモニタするために、ＣＣＤカメラ５５０が設けられている。このＣＣＤカメラ５５０の焦点位置を集光レンズ４４０の集光位置と予め一致させておき、また、レーザ光を反射させるがこのレーザ光の波長以外の所定波長域の光束を透過させるダイクロイックミラーをＣＣＤカメラ５５０と集光レンズ４４０との間に設けることにより、ＣＣＤカメラ映像表示装置７００に表示されるモニタ映像に基づいて、測定対象物５２０上の所定位置にポンプ光を正確に照射することができる。詳細は後述する。
【００２１】
一方、光分岐部１２０のハーフミラーを透過したプローブ光は、光遅延装置２００に入力する。光遅延装置２００は、入射したプローブ光に基づいて、互いに異なる遅延を有する同一光軸上の２光束が周期的に交互に現れるプローブ光を出力する。更に、光遅延装置２００は、その２光束の内の一方の光束の遅延量を変化させることができる。詳細は後述する。
【００２２】
光遅延装置２００から出力されたプローブ光は、プローブ光用多関節反射鏡型導光路３００（詳細は後述）内を導光されて、顕微鏡ユニット５００の入射端５１０に到達する。続いて、プローブ光は、顕微鏡ユニット５００において、偏光子（図示せず）等によって所定の偏光状態とされた後、対物レンズ５３０で集光されて、電界センサ５４０に入射される。
【００２３】
この電界センサ５４０は、ＣＣＤカメラ５６０で撮像されてＣＣＤカメラ映像表示装置７００に表示された測定対象物５２０および電界センサ５４０のモニタ映像に基づいて、測定対象物５２０近傍の所定位置に配置されている。すなわち、電界センサ５４０は、測定対象物５２０にポンプ光が照射されて光電変換によって発生した電気パルスの電界内に配置されている。
【００２４】
電界センサ５４０に入射したプローブ光は、電界センサ５４０の底面に形成された反射面で反射して、再び対物レンズ５４０方向に進む。このようにプローブ光が電界センサ５４０内を往復する間に、電界強度に応じてプローブ光の偏光状態が変化する。
【００２５】
電界強度に応じて偏光状態が変化したプローブ光は、入射した時とは逆の方向に対物レンズ５３０を通過し、検光子（図示せず）等を経て光検出器（図示せず）によって光電変換されて、偏光状態変化量に応じた電気信号が出力される。この電気信号は、顕微鏡ユニット５００から出力されて、測定波形表示装置６００に入力される。また、光遅延装置２００において形成される２光束の遅延差に応じた信号も、掃引信号として測定波形表示装置６００に入力される。このようにして、測定対象表示装置６００には、測定対象物５２０にポンプ光が照射されて発生した電気パルスの波形が表示される。
【００２６】
次に、多関節反射鏡型導光路について詳細に説明する。なお、プローブ光用多関節反射鏡型導光路もポンプ光用多関節反射鏡型導光路も、それぞれの入・出射端の構造が必要に応じて異なる場合があるが、要部の構造は同様である。図２は、本発明に係る電界測定装置に用いられる多関節反射鏡型導光路の説明図である。
【００２７】
この図に示すように、多関節反射鏡型導光路３００は、その内部に、導光される光束の波長帯域、光路長および屈折率から決まる波長分散のない或いは非常に小さい媒体（例えば、空気、不活性ガス等の気体、理想的には真空雰囲気）からなる導光路を有する管状導光部３１０，３１１，３１２，．．．が、関節部３３０，３３１，３３２，３３３，．．．を介して縦続接続されたものであり、管状導光部３１０，３１１，３１２，．．．それぞれは、導光部の曲折点を有し、その曲折点には反射鏡３２０，３２１，３２２，．．．が設けられている。反射鏡３２０，３２１，３２２，．．．それぞれにおける導光路の偏向方向は９０度である。関節部３３０，３３１，３３２，３３３，．．．それぞれが回転することにより、それぞれの関節部によって接続されている２つの管状導光部は、両者の管軸を中心として相対的に回転する。例えば、関節部３３２の回転によって、導光路３１１に対して当初は実線で示された方向に向いていた管状導光部３１２は、破線で示された方向に向くことができ、これによって、光束の導光経路を変更することができる。
【００２８】
この多関節反射鏡型導光路３００の入射端３４０に入射した光束は、先ず、関節部３３０を経て、管状導光部３１０の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡３２０で反射され、関節部３３１に至る。続いて、その光束は、管状導光部３１１の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡３２１で反射され、関節部３３２に至る。さらに、その光束は、管状導光部３１２の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡３２２で反射され、関節部３３３に至る。このようにして、入射端３４０に入射した光束は、管状導光部３１０，３１１，３１２，．．．それぞれの内部の導光路を順次導光されて、関節部３３０，３３１，３３２，３３３，．．．の回転位置に応じて所定の位置と方向に配された出射端に到達し、その出射端から出力される。
【００２９】
このような多関節反射鏡型導光路の特徴は以下のとおりである。第１の特徴は、入射端３４０から出射端に至るまでの導光路が、管状の管状導光部３１０，３１１，３１２，．．．の内部が波長分散の非常に少ない空気からなることである。したがって、入射端３４０に入射した短パルス幅のパルス状の光束は、そのパルス幅を維持したまま出力端から出射されるので、時間分解能の高い電界測定を行うことができる。また、光束が管状の管状導光部３１０，３１１，３１２，．．．の内部を導光されることは、安全面においても有意義であり、さらに、測定者の不注意によって光束が遮光されるおそれもなく、取扱が容易である。
【００３０】
第２の特徴は、関節部それぞれが如何なる回転状態にあっても、入射端から出射端に至るまでの光路長は一定であることである。したがって、電界測定装置においてレーザ光源から出力されたレーザ光（ポンプ光とプローブ光）を顕微鏡ユニット５００に供給する為に所定の光路長を有する多関節反射鏡型導光路を用いることにより、測定対象物５２０上の如何なる位置における電界強度を電界センサ５４０で測定する場合であっても、ポンプ光照射に対するプローブ光照射のタイミングを誤ることはない。測定者は、このタイミングについて考慮する必要はなく、効率良く計測・検査を行うことができる。
【００３１】
第３の特徴は、関節部それぞれが如何なる回転状態にあっても、入射端に入射された直線偏光の光束が、その直線偏光の状態を維持したまま出射端から出力されることである（詳細は後述）。したがって、プローブ光の偏光状態の変化として電界強度を測定する電界測定装置にあっては、電界センサ５４０に入射するプローブ光の偏光状態を顕微鏡ユニット５００内で偏光子等を用いて調整する必要があるが、多関節反射鏡型導光路の入射端に入射するプローブ光の直線偏光方向に応じて、その偏光子の光学軸の方向を定めておくことにより、プローブ光を効率良く利用することができる。
【００３２】
次に、光遅延装置２００について説明する。図３は、本発明に係る電界測定装置に用いられる光遅延装置およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路におけるプローブ光の導光の様子を示す説明図である。この図では、プローブ光の導光経路を説明し易いように簡略化して図示している。
【００３３】
光遅延装置２００では、中心点を中心とする円周上に周期的に交互に反射部と透光部とが形成された回転板２１１は、Ｚ軸に平行で且つ入射プローブ光に対して所定角度（例えば４５度）傾いて配置され、モータ２１２により駆動されて等速度回転し、これによって、入射したプローブ光に基づいて透過光束と反射光束とを周期的に交互に生成する。回転板２１１の回転に伴って入射プローブ光が回転板２１１の反射部に入射した時には反射光束が生成され、その反射光束は、反射鏡２２３および２２４で反射され、再び回転板２１１の反射部で反射されて、光遅延装置２００から出射される。一方、入射プローブ光が回転板２１１の透過部に入射した時には透過光束が生成され、その透過光束は、反射鏡２２１および２２２で反射され、再び回転板２１１の透過部を透過して、光遅延装置２００から出射される。４個の反射鏡２２１ないし２２４それぞれの位置と方位は、光遅延装置２００から出射されるプローブ光を形成する互いに異なる遅延を有する２光束が同一光軸上を進むように、且つ、出射プローブ光が入射プローブ光の光軸と平行で反対方向に進むように定められる。また、反射鏡２２１および２２２は、移動ステージ２３０の上に固定配置され、固定ステージ２４０上を入射プローブ光の光軸方向に移動可能である。
【００３４】
このような光遅延装置２００にプローブ光が入射すると、互いに異なる遅延を有する２光束が周期的に交互に出現するプローブ光として出射され、且つ、一方の光束の遅延量を変更することができる。この光遅延装置２００から出力されたプローブ光は、プローブ光用多関節反射鏡型導光路３００によって顕微鏡ユニット５００に導かれ、対物レンズ５３０によって集光されて、電界センサ５４０に入射される。電界センサ５４０に入射したプローブ光は、電界センサ５４０に印加された電界の強度に応じた偏光状態変化を受けた後、再び対物レンズ５３０を通過して、検光子および光検出器によって所定の方向の偏光成分の強度が測定される。
【００３５】
この測定値は、光遅延装置２００における２光束交互形成のタイミングでロックインアンプ等を用いて同期検出される。その同期検出された値は、２光束の遅延時間差すなわち移動ステージ２３０の位置に応じたものである。したがって、移動ステージ２３０を順次移動させて測定することにより、ポンプ光が測定対象物５２０に照射されて発生した電気パルスの波形を測定することができる。
【００３６】
このようにして、プローブ光を形成する２光束それぞれのタイミングにおける同期検出を行なう方式は、半導体レーザを光源とする電界測定装置における点灯タイミングコントロール方式（例えば、特開平３−１３１７７２号公報）と同等のものである。
【００３７】
次に、多関節反射鏡型導光路を導光する光束の偏光状態について説明する。図３に示すように、レーザ光源（図示せず）から光遅延装置２００およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路３００を経て顕微鏡ユニット５００に至るまでの空間に、ＸＹＺ直交座標系を設定する。そして、レーザ光源から出力されるレーザ光は、Ｘ方向の直線偏光であって、＋Ｙ方向に出力されるとする。また、入射光に対して透過光と反射光とを周期的に交互に生成する光遅延装置２００の回転板２１１は、Ｚ軸に平行であるとする。さらに、プローブ光用多関節反射鏡型導光路３００は、反射鏡３５０で＋Ｚ方向に反射したレーザ光を入射し、反射鏡３２０ないし３２５それぞれに入射したレーザ光を直角方向に偏向させて反射させ、最終段の反射鏡３２５で−Ｚ方向に反射させて出射し、導光途中における光軸が、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の何れかに平行であるとする。
【００３８】
光分岐部１２０のハーフミラー１２１を透過してなるプローブ光は、Ｘ方向の直線偏光状態が維持される。このプローブ光が、回転板２１１の透過部を透過し、反射鏡２２１で−Ｚ方向に反射され、反射鏡２２２で−Ｙ方向に反射され、再び回転板２１１の透過部を透過して、反射鏡３５０に到達するまで、および、回転板２１１の反射部でＸＹ平面上の所定方向に反射され、反射鏡２２３で−Ｚ方向に反射され、反射鏡２２４でＸＹ平面上の所定方向に反射され、再び回転板２１１の反射部で反射されて、反射鏡３５０に到達するまで、何れの場合であっても、プローブ光のＸ方向の直線偏光状態が維持される。
【００３９】
続いて、反射鏡３５０で＋Ｚ方向に反射されてプローブ光用多関節反射鏡型導光路３００に入射したプローブ光は、反射鏡３２０で＋Ｙ方向に反射され、反射鏡３２１に至るまで、Ｘ方向の直線偏光状態が維持される。反射鏡３２１で＋Ｘ方向に反射されたプローブ光は、反射鏡３２２で−Ｚ方向に反射され、反射鏡３２３に至るまで、Ｙ方向の直線偏光である。反射鏡３２３で＋Ｙ方向に反射されたプローブ光は、反射鏡３２４で＋Ｘ方向に反射され、反射鏡３２５に至るまで、Ｚ方向の直線偏光である。そして、反射鏡３２５で−Ｚ方向に反射されたプローブ光は、Ｘ方向の直線偏光となって出射される。
【００４０】
以上の説明におけるプローブ光用多関節反射鏡型導光路３００の光路は１例である。また、説明を簡便にするために、プローブ光用多関節反射鏡型導光路３００における光軸はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の何れかに平行であるとした。しかし、それぞれの関節部の回転位置すなわち光路に依らず、プローブ光用多関節反射鏡型導光路３００の入射端にＸ方向の直線偏光で＋Ｚ方向に入射したプローブ光は、−Ｚ方向に出射される時にはＸ方向の直線偏光で出射される。
【００４１】
また、以上において図３を用いて説明したプローブ光用多関節反射鏡型導光路３００では、その光路上には６個の反射鏡３２０ないし３２５が設けられていたので、プローブ光は、上述のようなＸ方向の直線偏光状態となって出力端から出力される。しかし、反射鏡の個数が異なると出力されるプローブ光の直線偏光の方向は異なったものとなる。例えば、５個の反射鏡が設けられた多関節反射鏡型導光路の場合には、図３の場合と同様のプローブ光がプローブ光用多関節反射鏡型導光路の入射端に入射した場合、最終段の反射鏡で反射された後に−Ｚ方向に出射されるプローブ光は、Ｙ方向の直線偏光となる。このような場合には、顕微鏡ユニット５００内の偏光子の光学軸の方向を、図３の場合における偏光子の光学軸の方向に対して角度９０度回転させるか、或いは、プローブ光用多関節反射鏡型導光路の入射端に入射させるプローブ光の偏光方向をＺ方向とすればよい。
【００４２】
次に、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路から出力されるポンプ光の照射位置決めについて説明する。図４は、本発明に係る電界測定装置に用いられるポンプ光用多関節反射鏡型導光路の出射端におけるＣＣＤカメラの配置を説明する断面図である。
【００４３】
ポンプ光用多関節反射鏡型導光路４００の最終段の管状導光部４１０の導光路の曲折点には、ポンプ光Ａを反射させるが、ポンプ光の波長以外の所定波長領域の光束Ｂを透過させるダイクロイックミラー４２０が設けられている。ポンプ光Ａは、このダイクロイックミラー４２０で反射された後、出射端に設けられた集光レンズ４４０で集光されて、測定対象物５２０の所定位置に照射される。一方、測定対象物５２０で反射または散乱されて集光レンズ４４０に向かう光束Ｂは、集光レンズ４４０、ダイクロイックミラー４２０およびＣＣＤカメラ５５０のレンズ系を介してＣＣＤカメラ５５０の撮像面に到達し、測定対象物５２０表面の映像が撮像されてＣＣＤカメラ映像表示装置７００に表示される。
【００４４】
更に、集光レンズ４４０によるポンプ光Ａの集光位置とＣＣＤカメラ５５０の焦点位置とを予め一致させ、且つ、集光レンズ４４０によるポンプ光Ａの集光位置がＣＣＤカメラ映像表示装置７００に表示されるモニタ映像中のどの位置にあるかを予め確認しておく。そして、ポンプ光Ｂを照射すべき測定対象物５２０上の位置が、ＣＣＤカメラ映像表示装置７００に表示されるモニタ映像中の所定位置に焦点が合って表示されるように、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路４００の出射端の位置および方位を調整すれば、測定対象物５２０上の所定位置にポンプ光Ａを正確に集光して照射することができる。
【００４５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、測定対象物にポンプ光を照射させることなく他の方法によって発生した電気パルスを測定することもできる。この場合、光分岐部１２０およびポンプ光用多関節反射鏡型導光路４００は不要である。
【００４６】
また、ポンプ光照射位置の映像を撮像するＣＣＤカメラ５５０は、図１および図４に示したような構造でなくてもよく、管状導光部４１０の外側に設けられて、ポンプ光照射位置に焦点を合わせておいてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり本発明によれば、それぞれ波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し該曲折点に反射鏡を備える複数の管状導光路が関節部を介して導光路を一致させて回転自在に縦続接続された多関節反射鏡型導光路を用いて、レーザ光源から出力されたレーザ光束（プローブ光およびポンプ光それぞれ）を導光させる構成としたので、レーザ光源から出力された短パルス幅のパルス光を、パルス幅を広げることなく、測定対象物や電界センサまで一定光路長で導光させることができ、更に、レーザ光を効率よく利用することができ、これによって、時間分解能の優れた測定を行うことができる。
【００４８】
また、従来、一定光路長を確保してプローブ光およびポンプ光を供給するためには波長分散によるパルス幅の広がりをもたらす光ファイバを用いざるを得なかったＣＰＭリング色素レーザやチタンサファイアレーザなどの大型のレーザ光源であっても、本発明に係る電界測定装置においては利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電界測定装置の構成図である。
【図２】本発明に係る電界測定装置に用いられる多関節反射鏡型導光路の説明図である。
【図３】本発明に係る電界測定装置に用いられる光遅延装置およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路におけるプローブ光の導光の様子を示す説明図である。
【図４】本発明に係る電界測定装置に用いられるポンプ光用多関節反射鏡型導光路の出射端におけるＣＣＤカメラの配置を説明する断面図である。
【図５】従来の電界測定装置の構成図である。
【図６】ホトコンダクティブ光スイッチの応答速度測定の説明図である。
【符号の説明】
１００…入射光学系、１１０…入射端、１２０…光分岐部、１２１…ハーフミラー、２００…光遅延装置、２１０…反射型光チョッパ、２１１…回転板、２１２…モータ、２２１，２２２，２２３，２２４…反射鏡、２３０…移動ステージ、２４０…固定ステージ、３００…プローブ光用多関節反射鏡型導光路、３１０，３１１，３１２…管状導光部、３２０，３２１，３２２，３２３，３２４，３２５…反射鏡、３３０，３３１，３３２，３３３…関節部、３４０…入射端、３５０…反射鏡、４００…ポンプ光用多関節反射鏡型導光路、４１０…管状導光部、４２０…ダイクロイックミラー、４４０…集光レンズ、５００…顕微鏡ユニット、５１０…入射端、５２０…測定対象物、５３０…対物レンズ、５４０…電界センサ、５５０，５６０…ＣＣＤカメラ、５７０…プローブステーション、５８０…サンプル台、６００…測定波形表示装置、７００…ＣＣＤカメラ映像表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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