(57)【要約】【課題】テラヘルツ領域における、高速でありながら高精度な時間領域測定を実行する方法を提供する。【解決手段】遅延線５の光学素子５１を周期的に移動させることにより、光パルス源２とコヒーレント検出器４との間の光路長を周期的に変化させ、位置センサ６を用いて光学素子５の位置を判定し、位置センサ６によって生成されたデータを平滑化し、コヒーレント検出器４を用いて、この検出器４をトリガする電磁パルスから生成される電磁信号を検出し、電磁パルスおよび／または電磁パルスから生成される電磁信号を受信するとコヒーレント検出器４によって生成される信号と、平滑化された位置センサデータとを用いて、電磁パルスおよび／または電磁信号の時間依存性を判定する。【選択図】図１
2014010153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間領域測定を実行する方法であって、
ａ）光パルス源（２）と、前記光パルス源（２）のパルスを受信すると電磁パルスを生成する送信器（３）とを設ける工程と、
ｂ）前記電磁パルスと、前記電磁パルスから生成される電磁信号とのいずれか一方または両方を検出するコヒーレント検出器（４）を設ける工程と、
ｃ）遅延線を設ける工程であって、前記遅延線（５）の光学素子（５１、５１０）を周期的に移動させることにより、前記光パルス源（２）と前記コヒーレント検出器（４）との間の光路長と、前記光パルス源（２）と前記送信器（３）との間の光路長とのいずれ一方または両方を周期的に変化させる、工程と、
ｄ）位置センサ（６）を用いて前記光学素子（５１、５１０）の位置を判定する工程と、
ｅ）前記位置センサ（６）によって生成されたデータを平滑化する工程と、
ｆ）前記コヒーレント検出器（４）を用いて前記電磁パルスから生成される前記電磁信号を検出する工程であって、前記光パルス源（２）のパルスが前記コヒーレント検出器（４）をトリガする、工程と、
ｇ）前記電磁パルスと、前記電磁パルスから生成される電磁信号とのいずれか一方または両方を受信すると前記コヒーレント検出器（４）によって生成される信号と、前記平滑化された位置センサデータとを用いて、前記電磁パルスと前記電磁信号のいずれか一方または両方の時間依存性を判定する工程とを備えた、時間領域測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の時間領域測定方法において、
前記光パルス源（２）のパルスを受信すると前記送信器（３）がテラヘルツパルスを生成し、前記テラヘルツパルスから生成されるテラヘルツ信号が前記コヒーレント検出器（４）によって検出される、時間領域測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の時間領域測定方法において、
前記工程ｅの前記平滑化は、ローパスフィルタによって前記センサ位置データをフィルタリングする、時間領域測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の時間領域測定方法において、
前記工程ｅの前記フィルタリングは、前記光学素子（５１、５１０）の前記周期的な動作の単一周期の間に取得される位置センサデータを用いて実行される、時間領域測定方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の時間領域測定方法において、
ほとんど急峻な動きのない円滑な運動を行うように、前記遅延線（５）の前記光学素子（５１、５１０）が移動される、時間領域測定方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の時間領域測定方法において、
前記工程ｇでは、前記電磁信号の振幅に依存する値と、前記遅延線（５）の前記光学素子（５１、５１０）の対応位置とが、同時に測定される、時間領域測定方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の時間領域測定方法において、
前記光学素子（５１、５１０）は直線移動される、時間領域測定方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の時間領域測定方法において、
前記光学素子（５１、５１０）は、その動作が調和関数で近似されるように移動される、時間領域測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の時間領域測定方法において、
前記光学素子（５１、５１０）の動作は、複数の高調波を含む調和関数で表わすことができ、前記ローパスフィルタの前記カットオフ周波数は、６次、４次、または３次の高調波の周波数よりも高い周波数を除去するように設定される、時間領域測定方法。
【請求項１０】
時間領域測定のための装置であって、
ａ）光パルス源（２）と、
ｂ）前記光パルス源（２）のパルスを受信すると電磁パルスを生成する送信器（３）と、
ｃ）前記電磁パルスおよび／または前記電磁パルスから生成される電磁信号を検出するコヒーレント検出器（４）であって、前記光パルス源（２）のパルスが、当該コヒーレント検出器（４）をトリガするのに用いられる、コヒーレント検出器（４）と、
ｄ)遅延線（５）であって、当該遅延線（５）の光学素子（５１、５１０）を周期的に移動させることにより、前記光パルス源（２）と前記コヒーレント検出器（４）との間の光路長と、前記光パルス源（２）と前記送信器（３）との間の光路長とのいずれか一方または両方を周期的に変化させる遅延線（５）と、
ｅ）前記光学素子（５１、５１０）の位置を判定する位置センサ（６）と、
ｆ）前記位置センサ（６）によって生成されたデータを平滑化する平滑化部（９）と、
ｇ）前記電磁パルスと、前記電磁パルスから生成される電磁信号とのいずれか一方または両方を受信すると前記コヒーレント検出器（４）によって生成される信号と、前記平滑化部（９）によって生成された前記平滑化した位置センサデータとを用いて、前記電磁パルスと前記電磁信号のいずれか一方または両方の時間依存性を判定する装置（１０）とを備えた、時間領域測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の時間領域測定装置において、さらに、
前記光パルス源（２）によって生成された前記光パルスがそれを介して前記遅延線（５）に送信される第１光導波路（１００）と、前記遅延線（５）から出て行く光パルスがそれを介して前記コヒーレント検出器（４）および／または前記送信器（３）に送信される第２光導波路（１００’）とのいずれか一方または両方を備えた、時間領域測定装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の時間領域測定装置において、
前記遅延線（５）は、前記光学素子（５１、５１０）を直線移動させる作動装置（５２、５２０、５２０’）を備えた、時間領域測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の時間領域測定装置において、
前記作動装置（５２、５２０、５２０’）は、実質的な直線上の自由運動を前記光学素子（５１、５１０）に発生させる、時間領域測定装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の時間領域測定装置において、
前記作動装置（５２、５２０、５２０’）は、前記遅延線（５）の光軸に沿って前記光学素子（５１、５１０）を直線移動させる、時間領域測定装置。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の時間領域測定装置において、
前記作動装置（５２、５２０、５２０’）が、
前記光学素子（５１、５１０）に接続された振動素子（５５０）と、
前記振動素子（５５０）の線形振動を周期的に励起する装置とを備える、時間領域測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の時間領域測定を実行する方法と、請求項１０に記載の時間領域測定のための装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばテラヘルツ放射を用いた時間領域分光法は当技術分野で周知である。この分光法では、最初の工程でテラヘルツパルスの時間依存性（すなわちパルス波形）を判定する。すなわち、時間領域においてテラヘルツパルスを追跡する。続いて、判定されたパルス波形にフーリエ変換を施すことにより周波数スペクトルを生成する。パルス波形を判定するために、例えば光遅延線を用いてテラヘルツパルスをサンプリングする。例えば、光遅延線はステップモータを備えており、このステップモータは光学素子を離散的（不連続的）に移動させることで、遅延線が提供する光路長（すなわち遅延時間）を続けて変化させる。位置センサを用いてμｍの精度で光学素子の実際の位置を測定することで、フェムト秒のスケールにおいて対応する遅延時間を決定する。また、測定時間が相当に長くなるロックイン技術を用いて、テラヘルツパルスの振幅を光学素子の複数箇所で段階的に測定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
より高速なデータ取得は、連続した周期的運動を遅延線の光学素子に発生させることで実現できる。この場合、光学素子の実際の位置も位置センサで測定する。しかし、連続運動する光学素子の位置（すなわち遅延時間）の測定精度は、遅延線を停止させて測定する場合に比べて限定されるように思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明は、高速でありながら高精度な時間領域測定を実行する方法および装置、特に、テラヘルツ領域における、高速でありながら高精度な時間領域測定を実行する方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明によれば、特にテラヘルツ時間領域測定における、高速かつ高精度な時間領域測定を実行する方法が提供され、この方法は、
ａ）光パルス源と、光パルス源のパルスを受信すると電磁パルス（パルス状の電磁放射、例えばテラヘルツパルス）を生成する送信器とを設ける工程と、
ｂ）電磁パルスおよび／または電磁パルスが誘発する電磁信号（電磁放射、例えば、テラヘルツ信号の形態）を検出するコヒーレント検出器を設ける工程と、
ｃ）遅延線を設ける工程であって、遅延線の光学素子を周期的に移動させることにより、光パルス源とコヒーレント検出器との間、および／または、光パルス源と送信器との間の光路長を周期的に変化させる遅延線を設ける工程と、
ｄ）位置センサを用いて前記光学素子の位置を判定する工程と、
ｅ）前記位置センサが生成するデータを平滑化する工程と、
ｆ）前記コヒーレント検出器を用いて電磁パルスが誘発する電磁信号を検出する工程であって、前記光パルス源のパルスを用いて前記コヒーレント検出器を作動する（トリガする）、工程と、
ｇ）電磁パルスおよび／または電磁信号を受信すると前記コヒーレント検出器が生成する信号と、平滑化した位置センサデータとを用いて、電磁パルスの時間依存性および／または電磁パルスが誘発する電磁信号の時間依存性を判定する工程とを備える。
【０００６】
電磁パルスは、例えば光伝導体およびテラヘルツアンテナを備える半導体チップで構成されたテラヘルツ送信器を用いて生成されるテラヘルツパルスであってもよい。光パルス源の光パルスは、光伝導アンテナに放射される。そして、アンテナは、光パルスが当たるとテラヘルツパルスを放出する。同様に、コヒーレント検出器が光伝導体およびテラヘルツアンテナを備えてもよい。この検出器は、光パルス源のパルスが当たると作動状態になる（すなわち、テラヘルツ放射を受信すると光電流を生じさせる準備ができる）。ただし、本発明はテラヘルツ測定に限定されるものではない。むしろ、例えば赤外領域における波長のような別の波長帯の電磁放射を送信器で生成して検出器で検出することが可能である。
【０００７】
電磁パルスは分光測定に用いられてもよい。電磁パルスは試料に向けられてもよい。この場合、電磁パルスの一部分が、試料を透過して、および／または試料で反射され、コヒーレント検出器によって記録される（試料を透過する、および／または試料で反射される電磁パルスの前記一部分は「電磁パルスが誘発する（電磁パルスから生成される）」電磁信号であってもよい）。適用可能な分野としては、例えばプラスチックまたは紙製造の分野、非破壊試験（例えば超音波の方法に加えて）、一般科学、薬理学、またはセキュリティ（例えば郵便物内の爆発物検出）などが考えられる。試料自体が送信器となってもよく、すなわち、パルス源の光パルスが試料にパルス状の電磁放射を引き起こし、これを検出器が検出してもよい。
【０００８】
誘発された（パルス状の）電磁信号の周波数スペクトルを得るために、光遅延線を用いて信号をサンプリングする。光学素子の位置（すなわち、現在の経路長の変化、ひいては遅延線によって生じる遅延時間）の測定精度を、位置センサが生成するデータを平滑化することによって向上させる。
【０００９】
特に、遅延線の光学素子は、例えばほとんど急峻な動きのない一様な慣性運動である円滑な運動を実行する。従って、位置センサデータに現われる急峻な動きの原因は、例えば位置センサの制限された分解能（低い分解能）、システムの誤差もしくは統計的な誤差、またはアナログ−デジタル変換器による丸め誤差にあると考えることができる（フェムト秒精度は光路長において０．３μｍの精度を必要とすることがある）。位置センサデータにおける急峻な動きを取り除いて円滑にすることで、時間スケールが向上する。これは、例えば、従来の段階的なモード（停止モード）での位置センサの時間スケールさえよりも良好である。この従来のモードでは、遅延線の光学素子が一様な慣性運動に従って移動されるわけではない。
【００１０】
平滑化は、ローパスフィルタを用いて位置センサのデータをフィルタリングすることで可能となる。例えば、高周波数の歪みが位置センサデータから、除去されるか少なくとも低減される。具体的には、ローパスフィルタのカットオフ周波数が、光学素子が移動される際に従う時間依存関数の推定値に応じて設定される。時間依存関数の軌道は、光学素子を移動させるアクチュエータの構成を考慮して推定されてもよい。これについては、以下詳述する。
【００１１】
換言すれば、光学素子の位置および誘発される電磁信号の振幅（またはコヒーレント検出器の光電流のような、電磁信号の振幅に等価な値）は、遅延線の光学素子が連続移動する間に測定されるにもかかわらず、遅延時間の測定精度が高い。なお、光学素子は、位置および振幅の測定を実行するために停止するわけではない。このように高速での測定を実現できる一方で、測定精度までも向上する。特に、本発明は、光学素子の上述したような従来の段階的な移動を用いた場合よりも高い精度で光学素子の位置を判定でき、これにより、より高速でありながらより高精度な、例えばテラヘルツの分光測定が可能になる方法を提供する。また、測定の際に実現可能なダイナミックレンジも増加する。
【００１２】
また、外的条件（例えば温度）が光パルス源と送信器および／または検出器との間の光路長に影響を与える可能性もある。これら環境の影響は、本発明にかかる方法が短い測定時間を提供するため、低減される。
【００１３】
なお、時間領域測定において、遅延時間を判定する精度は従来の分光測定における波長精度と同程度に重要である。例えば、１ｆｓの遅延時間測定の精度は、約０．３μｍの光学素子の位置（空気中における位置）の測定精度を要する。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、工程ｅ）における平滑化は、光学素子の周期的な動作の単一周期の間（すなわち、パルス状の電磁信号をサンプリングするために用いられる単一のパルス列の間）に取得される位置センサデータを用いて実行される。特に、検出器の光電流のような電磁信号の振幅に依存する値が、複数の異なる光路長に関して、すなわち光学素子の複数の異なる位置に関して測定され、例えば光学素子の周期的な動作の１周期の間に、少なくとも１００箇所、または少なくとも５００箇所で測定される。光学素子の振動周波数は１Ｈｚを超えてもよく、例えば少なくとも１０Ｈｚまたは少なくとも１００Ｈｚであってもよい。これらの場合、例えば、測定の総継続時間（すなわちスぺクトル取得に要する時間）は１ｓ、０．１ｓ、または０．０１ｓを超えない。
【００１５】
特に、電磁信号の振幅に依存する値と、遅延線の光学素子の対応位置とは、同時に測定され、詳細にはリアルタイムプロセッサが用いられる。つまり、電磁信号の振幅に依存する値（「振幅値」）は直接測定される。すなわち、振幅値を一定の周期の時間にわたって積分して「にじませる（smear）」ロックイン技術を用いずに、特に、いくつかのパルス列（すなわち光学素子のいくつかの振動）にわたる平均化を行わずに、測定される。
【００１６】
複数のパルス列にわたって平均化を行うことによって、測定における信号対ノイズ比および／またはダイナミックレンジを後に向上させてもよい。このために、いくつかの電磁信号の形状を測定し（すなわち、遅延線の光学素子の動作のいくつかの周期にわたって測定を延長し）、測定されたパルス波形を平均化する。加えてまたは代わりに、測定されたパルス状の電磁信号にフーリエ変換を施し、この変換によって得られたスペクトルを平均化する。
【００１７】
上述したように、遅延線は、高速でありながら一様な（円滑な）動作を光学素子に発生させるように構成されてもよい。具体的には、急峻な動きを含まない動作を光学素子に生じさせる。例えば、光学素子は直線移動され、光学素子が移動される際に従う時間依存関数は調和関数であってもよい。
【００１８】
具体的には、光学素子は遅延線の光軸に沿って（例えば光軸内を）移動される。遅延線内での光ビームの方向における直線移動は、光ビームが光学素子（例えば反射器）の同一部分に常に当たることを確実にするため、有利である。これは、ビームが様々な表面位置で反射され、平面性からの、または計画／設計された曲率からのあらゆる機械的なずれがタイミングエラーに転換されてしまう回転鏡とは異なる点である。
【００１９】
本発明の別の例においては、光学素子の動作は、複数のより高い高調波を含む調和関数で表わすことが可能である。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、６次、４次、または３次の高調波の周波数よりも高い周波数を除去するように設定される。カットオフ周波数は、実際の円滑な動作を最適に表わす高調波の数に応じて選ばれることになる。
【００２０】
本発明は、また、特にテラヘルツ時間領域測定における、時間領域測定のための装置に関連し、この装置は、
ａ）光パルス源と、
ｂ）光パルス源のパルスを受信すると電磁パルスを生成する送信器と、
ｃ）電磁パルスおよび／または電磁パルスが誘発する電磁信号を検出するコヒーレント検出器であって、光パルス源のパルスがコヒーレント検出器を作動する（トリガする）のに用いられる、コヒーレント検出器と、
ｄ）遅延線の光学素子を、例えば円滑な動作に応じて、周期的に移動させることにより、光パルス源とコヒーレント検出器との間、および／または光パルス源と電磁送信器との間の光路長を周期的に変化させるように構成された遅延線と、
ｅ）光学素子の位置を判定する位置センサと、
ｆ）位置センサが生成するデータを平滑化する平滑化部と、
ｇ）電磁パルスおよび／または電磁信号を受信するとコヒーレント検出器が生成する信号と、平滑化部が生成する平滑化した位置センサデータとを用いて、電磁パルスの時間依存性および／または電磁パルスが誘発する電磁信号の時間依存性を判定する装置とを備える。
【００２１】
本発明にかかる装置は、光パルス源が生成する光パルスがそれを介して遅延線に送信される第１光導波路（例えば可撓性光ファイバ）、および／または、遅延線から出て行く光パルスがそれを介して検出器に送信される第２光導波路を備えてもよい。すなわち、この装置は少なくとも部分的にはファイバシステムで実現される。光パルス源は、例えば１０５０ｎｍ、１３００ｎｍ、または１５５０ｎｍの波長で放出を行うパルスレーザであってもよい。
【００２２】
光学素子は少なくとも１つの反射要素、例えば複数の（例えば２つの）反射面またはプリズムアセンブリを備えてもよい。ただし、光遅延線の基本的な設定およびそれらの移動可能な光学構成要素は当技術分野では周知であるため、光学素子の構成のより詳細な説明は省略する。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態によれば、遅延線は、光学素子を直線移動させる作動装置を備える。具体的には、作動装置は、上述したような急峻な動きがほとんどない円滑な動作を光学素子に生じさせるように構成される。移動する１つまたは複数の光学素子は、具体的には少なくとも１つのばねおよび／または他の弾性部品を介して固定フレームに接続される。ばねは、光学素子の誘導および／または振動の励起を提供してもよい。具体的には、作動装置は、遅延線の自由なビーム経路の光軸（例えば入力軸）に沿って光学素子を直線移動させるように構成される。例えば、光学素子の移動は、遅延線の自由なビーム経路内を伝搬する光ビームが光学素子に当たる点の位置がほぼ一定となるように発生させられる。
【００２４】
作動装置は、例えば光学素子を、例えば「ボイスコイル」の原理に従って、電磁的に移動させるように構成される。別の例では、作動装置は、光学素子と相互作用する振動素子を備える。この振動素子は、具体的には円滑な（詳細には急峻な動きのない）振動移動を実行可能にするように構成および配置される。さらに、作動装置は、振動素子の振動を周期的に励起する装置を備える。例えば、この装置は回転可能な要素（例えば偏心ディスク）を備える。この回転可能な要素は、その回転運動が振動素子の線形振動を励起するように構成され、かつ可撓性要素（例えば可撓性を有する連接棒、またはばねのような別の可撓性を有する部材および／もしくは弾性部材）を介して振動素子に接続される。この回転可能な要素の回転運動は、振動素子における励起された線形振動動作を妨げないように、可撓性要素を介して振動素子に伝えられる。換言すれば、振動素子の振動は回転可能な要素の回転によって励起はされるが、規定されるわけではない。
【００２５】
振動素子は、その線形振動動作が光学素子に伝えられるように光学素子に連結され、これによって円滑な移動を光学素子に発生させる。
【００２６】
さらに、振動素子は、弾性要素であって、ばねのような弾性構成要素によって実現される弾性要素を介して、例えば振動素子を囲むばねを用いて搭載されてもよい。
【００２７】
本発明の各実施形態は、以下、図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるテラヘルツ時間領域測定のための装置を模式的に示す図である。
【図２】位置センサによって経時的に測定される経路長の変化を表わすグラフである。
【図３】本発明の一実施形態にかかるテラヘルツ時間領域測定のための装置の遅延線の第１の実現例を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるテラヘルツ時間領域測定のための装置の遅延線の第２の実現例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明にかかるテラヘルツ時間領域測定（分光法）装置１を示す。この装置１は、フェムト秒レーザ２で構成される光パルス源と、例えば光伝導アンテナを含むテラヘルツ送信器３とを備える。フェムト秒レーザ２の光パルスはテラヘルツ送信器３で反射され、テラヘルツ送信器３は矢印「ＴＨｚ」によって示すように、テラヘルツパルスを生成する。
【００３０】
変調されていない送信器３から放出されたテラヘルツパルスが誘発するテラヘルツ信号であって、例えば整形されたテラヘルツパルスからなるテラヘルツ信号は、送信器３と同様に実現可能であるコヒーレントテラヘルツ検出器４によって検出される。テラヘルツ送信器３が生成するテラヘルツパルスを用いて試料（図示せず）と相互作用してもよい。この場合、整形された（パルス状の）テラヘルツ信号が試料との相互作用によって誘発されて、これを、テラヘルツ検出器４が検出してもよい。
【００３１】
ビームスプリッタ２１を用いて、フェムト秒レーザ２が生成する放射の一部をテラヘルツ検出器４に向けて送信することによって検出器４を始動させる（トリガする）。すなわち、光パルスがテラヘルツ検出器４に当たる度に、送信器３のテラヘルツパルスが誘発するテラヘルツ信号（例えばその振幅）を測定する。フェムト秒レーザ２の光パルスは光導波路（具体的には光ファイバ）を介してテラヘルツ送信器３および／またはテラヘルツ検出器４に供給可能である。
【００３２】
テラヘルツ信号の時間依存性（パルス波形）を決定するために、光パルスがフェムト秒レーザ２からテラヘルツ検出器４に進む際に沿う光路長を、振動する遅延線５を用いて周期的に変化させる。これにより、コヒーレント検出器４に到達するテラヘルツ信号を時間的に追跡することが可能となる（「ポンプ−プローブ」測定に類似する）。
【００３３】
遅延線５は、例えば自由ビーム構成を有し、すなわち、ビーム構成を問わない。遅延線５では、２つの反射面を備える光学素子５１が前後に直線移動され、これにより、遅延線５によって生じる光路長の変化を周期的に変動させる。光学素子５１の移動は作動部５２によって発生させられる。具体的には、光学素子５１は、実質的な直線上の自由運動を実行する。すなわち、この運動（光学素子の位置または光路長の経時変化）を正弦関数のような調和関数で表わすことが可能である。遅延線の構成の例を以下に説明する（図３および図４）。
【００３４】
光学素子５１の実際の位置、ひいては遅延線５によって生じる実際の遅延時間は、位置センサ６を用いて測定される。具体的には、位置センサ６は、光学素子５１の位置をその振動１周期の間のいくつかの時点で判定する。例えば、位置センサ６は光学素子５１の動作の１周期の間に少なくとも１００箇所で記録を行う。１振動周期の間のいくつかの時点で位置センサ６が記録するデータ（すなわち光学素子５１の位置および遅延時間のそれぞれ）の一例を図２に表わす。
【００３５】
パルス状のテラヘルツ信号を追跡するために、テラヘルツ検出器４によって生じ、パルス状のテラヘルツ信号の振幅に対応する光電流が、光学素子５１のいくつか（例えば上述のように少なくとも１００箇所）の異なる位置に対して記録される。光学素子の位置（すなわち遅延時間）が検出器４の光電流と同時に測定される。例えば、データ転送速度として、少なくとも１０ｋＳａ／ｓ、具体的には１００ｋＳａ／ｓが用いられる。遅延時間と検出器の光電流との両方の同時記録は、位置センサ６の出力と、アナログ−デジタル変換器８を介したコヒーレント検出器４の出力とが供給されるリアルタイムプロセッサ７を用いて実行する。これらのデータを用いて、テラヘルツ信号の時間依存性、例えば振幅、またはテラヘルツ検出器４が経時的に生成する光電流のような振幅に相当するデータを判定する。例えば、光学素子５１の位置と検出器の光電流との記録の間における遅延時間は１μｓ未満、詳細には約０．２μｓである。
【００３６】
なお、遅延線５は、原則として、フェムト秒レーザ２とテラヘルツ送信器３との間にも装置可能である。また、遅延線５は光ファイバを介してテラヘルツ検出器４にも接続可能である。
【００３７】
本発明によって、遅延線５によって生じる時間遅延の判定が改良される。この改良のために、テラヘルツ時間領域分光法装置１は、位置センサ６が生成するデータを平滑化する平滑化部９を備える。これは、例えばローパスフィルタによって実現可能である。このローパスフィルタのカットオフ周波数は、遅延線５の光学素子５１の移動を制御する時間依存関数の推定値に応じて設定される。具体的には、平滑化部９はローパスフィルタ機能を実行する。この機能は、例えばソフトウェアで実行される。ローパスフィルタによって、例えば、時間依存性のセンサデータに含まれる高周波数歪みを減少または除去させる。具体的には、フーリエ変換の対応周波数をカットオフし、フィルタリングされたデータを変換して時間領域に戻して実行する。
【００３８】
装置１は、平滑化部９が生成する平滑化した位置データを用いてテラヘルツ信号の時間依存性を判定する装置１０をさらに備える。本発明にかかる平滑化技術を用いて、完全なテラヘルツ信号（パルス）の時間変動を、例えば遅延線の振動の単一周期の間に（すなわち単一のパルス列のみを測定することによって）判定してもよい。ただし、光学素子の動作の複数の周期において（すなわち、いくつかのパルス列にわたって）測定を実行してテラヘルツ信号を数回測定することも可能である。装置１０は、測定されたパルス波形を周波数領域に変換し、得られた周波数スペクトルを平均化するように構成されてもよい。
【００３９】
上述したように、図２は、各光学素子５１が振動する間の様々な時点（ｘ軸）で遅延線５によって生じた経路長変化の値（すなわち時間遅延）を説明するものである。この図において、光学素子５１の様々な位置に対応する経路長変化の値Ｐを位置センサ６によって測定した。上述したように、位置の値（ｙ軸）がローパスフィルタを用いて適切なカットオフ周波数で平滑化され、これにより位置の値は平滑化されて、遅延線５の光学素子５１の動作を判定する関数（連続線Ｓ）に近づく。
【００４０】
図１に説明する時間領域測定装置１で使用可能な遅延線５の一実施形態を図３に説明する。図１のフェムト秒レーザ２のような光パルス源によって生じた光パルスは、遅延線５の入力ポート２００に接続される光ファイバ１００を介して遅延線５に供給される。これに対応して、遅延線５は光出力ポート２００’を備える。このポート２００’は、図１のコヒーレント検出器４のようなテラヘルツ検出器に遅延線５を接続する光ファイバ１００’に連結される。入力ポート２００および出力ポート２００’はそれぞれコリメータ２０１、２０１’を備える。入力ポート２００のコリメータ２０１は、入ってくるファイバモードを拡大ビーム３００に変換し、出力ポート２００’のコリメータ２０１’は、遅延線５内を伝搬する拡大ビーム３００’をファイバモードに変換する。
【００４１】
さらに、遅延線５は、ビーム３００を反射する２つの反射面５１１、５１２を有する光学素子５１０を備える。当然ながら、ビーム３００の反射用に１つのプリズムまたはいくつかのプリズムのような光学素子を使用することも可能である。光学素子５１０はアクチュエータ５２０によって直線移動される。アクチュエータ５２０はビーム３００の方向と平行な方向に沿って、前後に振動する運動を光学素子５１０に発生させる。具体的には、ビーム３００が上側の反射面に当たる点（スポット）は、光学素子５１０が直線運動する間はほとんど変化せず基本的に同じままである。これにより、アクチュエータ５２０は、円滑な（「自由な」）運動を光学素子５１０に発生させ、これにより、光学素子５１０の動作を、例えば調和関数で表わすことが可能となる。
【００４２】
このような動作を光学素子５１０に生じさせるために、アクチュエータ５２０は、光学素子５１０を電磁的に移動させるように構成される。より詳細には、アクチュエータ５２０はボイスコイルの原理を用いる。アクチュエータ５２０は、光学素子に接続される磁心５２０１と、その電磁界で磁心５２０１を駆動するコイル５２０２とを備える。磁心５２０１は、磁心５２０１の一方側であって、光学素子５１０を向く側とは反対の一方側に配置されるばね５２０３を介して搭載される。ばね５２０３は、一端が磁心５２０１に接続され、他端が遅延線５のフレーム４００に接続される。電磁アクチュエータ５２０は、制御部５２０４によって駆動される。
【００４３】
光学素子５１０の位置、ひいては遅延線５によって生じる光路の変化（すなわち時間遅延）を測定するために、位置センサ６が設けられる。位置センサ６は、フレーム４００に固定される位置リーダ６０１と、光学素子５１０に固定される位置スケール６０２とを備える。位置センサ６は位置センサ制御部６０３によって操作される。
【００４４】
遅延線５のフレーム４００は、光学素子５１０、位置センサ６、およびアクチュエータ５２０を取り囲む。制御部５２０４および位置センサ制御部６０３はフレーム４００の外側に配置されてもよい。
【００４５】
光学素子５１０を移動させるアクチュエータの別の構成を図４に示す。アクチュエータ以外の構成要素は図３に示した対応する構成要素と同一である。図４によれば、アクチュエータ５２０’が設けられる。このアクチュエータ５２０’は、振動素子５５０（例えば棒、ばね、または別の弾性要素）と、振動素子５５０の線形振動を周期的に励起する装置とを備える。この装置は、偏心ディスク５６０の形態の回転可能な要素を備える。振動素子５５０の一端は光学素子５１０に接続され、他端は可撓性要素５８０を介して偏心ディスク５６０に接続される。
【００４６】
可撓性要素５８０は偏心ディスク５６０の回転動作を、振動素子５５０、ひいては光学素子５１０の円滑な線形振動を励起する動作に変換する。可撓性部材５８０によって、アクチュエータ機構（具体的には偏心ディスク５６０）の急峻な運動が振動素子、ひいては光学素子５１０の急峻な運動に変換されることを確実に抑制する。むしろ、偏心ディスク５６０および可撓性要素５８０によって、アクチュエータは光学素子５１０の振動を周期的に励起する。振動素子（コア）５５０は、その外周とフレーム４００との間に装置される案内用の弾性要素５７０（例えば１つまたは複数のばね）を介して搭載される。
【００４７】
偏心ディスク５６０は電気モータ（図示せず）のようなモータによって駆動され、モータ制御部５９０が配置されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１                テラヘルツ時間領域測定の装置
２                フェムト秒レーザ
３                テラヘルツ送信器
４                コヒーレント検出器
５                遅延線
６                位置センサ
７                リアルタイムプロセッサ
８                アナログ−デジタル変換器
９                平滑化部
１０              数値算出部
２１              ビームスプリッタ
５１、５１０      光学素子
５２              作動部
１００、１００’  光ファイバ
２００            入力ポート
２００’          出力ポート
２０１、２０１’  コリメータ
３００、３００’  ビーム
５１１、５１２    反射面
５２０、５２０’  アクチュエータ
５５０            振動素子
５６０            偏心ディスク
５７０            弾性要素
５８０            可撓性部材
５９０            モータ制御部
６０１            位置リーダ
６０２            位置スケール
６０３            位置センサ制御部
５２０１          磁心
５２０２          コイル
５２０３          ばね
５２０４          制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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