(57)【要約】【課題】電気光学結晶等を適切に評価することができるようにする。【解決手段】光伝導アンテナ９に、電圧印加部１３からバイアス電圧が印加されるとともにポンプパルス光が照射され、これにより、光伝導アンテナ９からテラヘルツパルス光が発生する。このテラヘルツパルス光は、評価対象の電気光学結晶１７の２次元領域に照射される。偏光子２２により偏光されたプローブパルス光が、結晶１７の前記２次元領域に照射される。２次元ＣＣＤカメラ２４は、結晶１７の前記２次元領域を通過したプローブパルス光の２次元光強度分布画像を撮像する。バイアス電圧を変化させながら、各バイアス電圧においてカメラ２４から画像信号をそれぞれ得る。各画素毎のバイアス電圧と画像信号との関係から、結晶１７の検出効率、残留複屈折率、及び、プローブパルス光の散乱の影響の、各分布を評価する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を用いて、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶に導くとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記評価対象結晶に導き、
前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、
前記検光後の前記プローブパルス光を光電変換し、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を得、
前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の検出効率、前記評価対象結晶の残留複屈折率、及び、前記評価対象結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響のうちの、少なくとも１つを評価することを特徴とする電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法。
【請求項２】
前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、
前記バイアス電圧を変えることで前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え、
前記関係として、前記バイアス電圧と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を得ることを特徴とする請求項１記載の電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法。
【請求項３】
発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を用いて、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶の２次元領域に導くとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記評価対象結晶の前記２次元領域に導き、
前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、
前記検光後の前記プローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ光電変換し、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ得、
前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の前記各部位の検出効率、前記評価対象結晶の前記各部位の残留複屈折率、及び、前記評価対象結晶の前記各部位における前記プローブパルス光の散乱の影響のうちの、少なくとも１つを評価することを特徴とする電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法。
【請求項４】
前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、
前記バイアス電圧を変えることで前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え、
前記関係として、前記バイアス電圧と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ得ることを特徴とする請求項３記載の電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法。
【請求項５】
発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を有し、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶に照射するテラヘルツパルス光照射部と、
前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記評価対象結晶に照射するプローブパルス光照射部と、
前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、
前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を光電変換する光電変換部と、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで得られる、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、記憶する記憶部と、
前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の検出効率を示す値、前記評価対象結晶の残留複屈折率を示す値、及び、前記評価対象結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を示す値のうちの、少なくとも１つを得る演算部と、
を備えたことを特徴とする電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置。
【請求項６】
前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、
前記記憶部は、前記関係として、前記バイアス電圧を変えることで得られる、前記バイアス電圧と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、記憶する、ことを特徴とする請求項５記載の電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置。
【請求項７】
発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を有し、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶の２次元領域に照射するテラヘルツパルス光照射部と、
前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域に照射するプローブパルス光照射部と、
前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、
前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ光電変換する光電変換部と、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで得られる、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ記憶する記憶部と、
前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の前記各部位の検出効率を示す値、前記評価対象結晶の前記各部位の残留複屈折率を示す値、及び、前記評価対象結晶の前記各部位における前記プローブパルス光の散乱の影響を示す値のうちの、少なくとも１つを得る演算部と、
を備えたことを特徴とする電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置。
【請求項８】
前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、
前記記憶部は、前記関係として、前記バイアス電圧を変えることで得られる、前記バイアス電圧と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ記憶する、ことを特徴とする請求項７記載の電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置。
【請求項９】
テラヘルツパルス光を電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶に導びくとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記検出用結晶に導き、
前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、
前記検光後の前記プローブパルス光を光電変換し、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を用いて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を得ることを特徴とするテラヘルツ光計測方法。
【請求項１０】
前記検出用結晶に導かれる前記テラヘルツパルス光は、対象物体を透過又は反射したものであることを特徴とする請求項９記載のテラヘルツ光計測方法。
【請求項１１】
前記検出用結晶は残留複屈折率を持つことを特徴とする請求項９又は１０記載のテラヘルツ光計測方法。
【請求項１２】
テラヘルツパルス光を対象物体に照射するテラヘルツパルス光照射部と、
前記対象物体を透過又は反射したテラヘルツパルス光を受光する電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶と、
前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記検出用結晶に照射するプローブパルス光照射部と、
前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、
前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、光電変換する光電変換部と、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を、記憶する記憶部と、
前記関係に基づいて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を得る処理部と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光計測装置。
【請求項１３】
前記検出用結晶は残留複屈折率を持つことを特徴とする請求項１２記載のテラヘルツ光計測装置。
【請求項１４】
テラヘルツパルス光を対象物体の２次元領域に一括照射するテラヘルツパルス光照射部と、
前記対象物体の前記２次元領域を透過又は反射したテラヘルツパルス光を、前記対象物体の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光する電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶と、
前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記検出用結晶の前記２次元領域に一括照射するプローブパルス光照射部と、
前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、
前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、
前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に記憶する記憶部と、
前記関係に基づいて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に得る処理部と、を備えたことを特徴とするテラヘルツ光計測装置。
【請求項１５】
前記検出用結晶は前記各部位においてそれぞれ残留複屈折率を持つことを特徴とする請求項１４記載のテラヘルツ光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学結晶及び磁気光学結晶の評価方法及び装置、並びに、これを利用したテラヘルツ光計測方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テラヘルツ技術が注目を集めている。特に、テラヘルツパルス光を用いた計測では、従来の技術では検出が困難であった「位相」の情報を得ることができるため、その応用に高い関心が集まっている。テラヘルツパルス光を検出する代表的な方法には、光伝導アンテナを用いる手法と、電気光学（ＥＯ）サンプリング法とがある。ＥＯサンプリング法の利点としては、（１）２次元データを一括して取得することが可能であること、（２）高周波数（数十ＴＨｚ以上）領域の検出が可能であること、などを挙げることができる。
【０００３】
テラヘルツ光の応用として、テラヘルツイメージング技術の開発が世界中で進められている。イメージングの手法としては、テラヘルツ光をサンプル上の一点に集光し、その集光点を移動させて（もしくは、サンプリングを相対的に移動させて）像を得る「走査型イメージング法」と、２次元テラヘルツ画像を一時に取得する「リアルタイムイメージング法」の２つに、大きく分類される。後者を実現するためには、検出器として、（１）光伝導アンテナをアレイ化する、（２）ＥＯサンプリング法を用いる、の２つの手法が考えられるが、現在は（２）が主流となっており、（１）の成功例は未だに報告されていない。
【０００４】
ＥＯサンプリング法を用いたテラヘルツ光検出には、（１）バランス検出、（２）クロスポーラリゼーション、のどちらかの手法が用いられている。
【０００５】
なお、ＥＯサンプリング法の変形として、電気光学結晶に代えて磁気光学結晶を用いる磁気光学サンプリング法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記バランス検出手法では、電気光学結晶にテラヘルツパルス光を導くとともに前記テラヘルツパルス光と同期しかつ直線偏光にされたプローブパルス光を１／４波長板を介して前記電気光学結晶に導き、前記電気光学結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を偏光ビームスプリッタで２つの光束に分離し、分離された２つの光束を２つの光電変換手段でそれぞれ検出し、両者の出力信号の差分を取り、この差分信号をテラヘルツ光の検出信号（テラヘルツ光の電場の強度を示す信号）とする。したがって、バランス検出手法では、電気光学結晶の残留複屈折率（理想的な電気光学結晶では電場が印加されていない状態での屈折率の異方性はゼロであるが、現実には結晶内に残っている応力などにより屈折率の異方性がある。）や、電気光学結晶におけるプローブパルス光の散乱の影響などを効果的に取り除いた、テラヘルツパルス光の検出を行うことができるが、２つの光電変換手段が必要になる。
【０００７】
一方、前記クロスポーラリゼーション手法では、電気光学結晶にテラヘルツパルス光を導くとともに前記テラヘルツパルス光と同期しかつ直線偏光されたプローブパルス光を前記電気光学結晶に導き、前記電気光学結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を偏光板からなる検光子で検光し、この検光後のプローブパルス光を１つの光電変換手段で検出し、その出力信号をテラヘルツ光の検出信号（テラヘルツ光の電場の強度を示す信号）とする。したがって、クロスポーラリゼーション手法では、光電変換手段の数は１つですむが、光検出器の出力信号には、電気光学結晶の残留複屈折率や電気光学結晶におけるプローブパルス光の散乱の影響などが反映されてしまい、正確にテラヘルツパルス光を計測することができない。
【０００８】
走査型イメージング法の場合、光電変換手段としてポイントセンサを用いることができるので、光電変換手段の数が２つになってもさほどコストが増大しない。したがって、走査型イメージング法の場合、クロスポーラリゼーション手法に比べて正確にテラヘルツパルス光を計測することができるバランス検出手法が用いられることが多い。
【０００９】
一方、リアルタイムイメージング法では、光電変換手段としてＣＣＤカメラなどの２次元センサを用いるので、光電変換手段の数が２つになると光電変換手段の数が１つの場合に比べてコストが著しく増大してしまう。したがって、リアルタイムイメージング法では、クロスポーラリゼーション手法を用いるが主流である。しかしながら、この場合には、電気光学結晶の残留複屈折率や電気光学結晶におけるプローブパルス光の散乱の影響などで、各部位のテラヘルツパルス光を正確に計測することはできず、しかも、実際には電気光学結晶の残留複屈折率、散乱の影響及び検出効率が各部位でばらつくので、バランス検出手法を用いる場合に比べて、得られる画像の画質は低下していた。
【００１０】
前述したように、テラヘルツ光の検出において、電気光学結晶の残留複屈折率、散乱の影響及び検出効率が与える影響が大きいにも拘わらず、未だにそれらを評価する手法が確立していない。電気光学結晶の評価手法が確立すれば、例えば、空間的に均一性の高い特性を持った電気光学結晶の開発や研究を促進させることができる。
【００１１】
以上、電気光学結晶に関して説明したが、磁気光学結晶についても同様である。また、電気光学結晶や磁気光学結晶は、テラヘルツ光検出以外の種々の用途においても重要である。
【００１２】
本発明は、前述したような事情に鑑みてなされたもので、電気光学結晶や磁気光学結晶を適切に評価することができる電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、電気光学結晶又は磁気光学結晶を用いてテラヘルツパルス光を計測することができ、しかも、バランス検出を行うことなく、テラヘルツパルス光を正確に計測することができるテラヘルツ光計測方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、テラヘルツ光検出に用いる電気光学結晶又は磁気光学結晶の空間的均一性が低くても、高画質の対象物体の像を得ることができるテラヘルツ光計測装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法は、発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を用いて、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶に導くとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記評価対象結晶に導き、前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、前記検光後の前記プローブパルス光を光電変換し、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を得、前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の検出効率、前記評価対象結晶の残留複屈折率、及び、前記評価対象結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響のうちの、少なくとも１つを評価するものである。
【００１６】
テラヘルツパルス光の電場又は磁場の前記強度は、符号を含むものでもよいし、符号を含まないものでもよい。この点は、後述する各態様についても同様である。
【００１７】
本発明の第２の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法は、前記第１の態様において、前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、前記バイアス電圧を変えることで前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え、前記関係として、前記バイアス電圧と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を得るものである。
【００１８】
本発明の第３の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法は、発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を用いて、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶の２次元領域に導くとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記評価対象結晶の前記２次元領域に導き、前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、前記検光後の前記プローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ光電変換し、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ得、前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の前記各部位の検出効率、前記評価対象結晶の前記各部位の残留複屈折率、及び、前記評価対象結晶の前記各部位における前記プローブパルス光の散乱の影響のうちの、少なくとも１つを評価するものである。
【００１９】
本発明の第４の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法は、前記第３の態様において、前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、前記バイアス電圧を変えることで前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え、前記関係として、前記バイアス電圧と前記光電変換により得られる信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ得るものである。
【００２０】
本発明の第５の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置は、発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を有し、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶に照射するテラヘルツパルス光照射部と、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記評価対象結晶に照射するプローブパルス光照射部と、前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を光電変換する光電変換部と、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで得られる、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、記憶する記憶部と、前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の検出効率を示す値、前記評価対象結晶の残留複屈折率を示す値、及び、前記評価対象結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を示す値のうちの、少なくとも１つを得る演算部と、を備えたものである。
【００２１】
本発明の第６の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置は、前記第５の態様において、前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、前記記憶部は、前記関係として、前記バイアス電圧を変えることで得られる、前記バイアス電圧と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、記憶するものである。
【００２２】
本発明の第７の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置は、発生するテラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変え得るテラヘルツ光発生部を有し、前記テラヘルツ光発生部から発したテラヘルツパルス光を評価対象結晶である電気光学結晶又は磁気光学結晶の２次元領域に照射するテラヘルツパルス光照射部と、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域に照射するプローブパルス光照射部と、前記評価対象結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ光電変換する光電変換部と、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を変えることで得られる、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ記憶する記憶部と、前記関係に基づいて、前記評価対象結晶の前記各部位の検出効率を示す値、前記評価対象結晶の前記各部位の残留複屈折率を示す値、及び、前記評価対象結晶の前記各部位における前記プローブパルス光の散乱の影響を示す値のうちの、少なくとも１つを得る演算部と、を備えたものである。
【００２３】
本発明の第８の態様による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価装置は、前記第７の態様において、前記テラヘルツ光発生部は、（ａ）光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が前記所定の面に沿った方向に所定間隔をあけるように配置されたテラヘルツ光発生素子と、（ｂ）前記テラヘルツ光発生素子の所定箇所に励起パルス光を照射する励起パルス光照射部と、（ｃ）前記２つの導電部間に可変のバイアス電圧を印加する電圧印加部と、を含み、前記記憶部は、前記関係として、前記バイアス電圧を変えることで得られる、前記バイアス電圧と前記光電変換部の出力信号の強度との関係を、前記評価対象結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎にそれぞれ記憶するものである。
【００２４】
本発明の第９の態様によるテラヘルツ光計測方法は、テラヘルツパルス光を電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶に導びくとともに、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を前記検出用結晶に導き、前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光し、前記検光後の前記プローブパルス光を光電変換し、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を用いて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を得るものである。
【００２５】
本発明の第１０の態様によるテラヘルツ光計測方法は、前記第９の態様において、前記検出用結晶に導かれる前記テラヘルツパルス光は、対象物体を透過又は反射したものである。
【００２６】
本発明の第１１の態様によるテラヘルツ光計測方法は、前記第９又は第１０の態様において、前記検出用結晶は残留複屈折率を持つものである。
【００２７】
本発明の第１２の態様によるテラヘルツ光計測装置は、テラヘルツパルス光を対象物体に照射するテラヘルツパルス光照射部と、前記対象物体を透過又は反射したテラヘルツパルス光を受光する電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶と、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記検出用結晶に照射するプローブパルス光照射部と、前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、光電変換する光電変換部と、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を、記憶する記憶部と、前記関係に基づいて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を得る処理部と、を備えたものである。
【００２８】
本発明の第１３の態様によるテラヘルツ光計測装置は、前記第１２の態様において、前記検出用結晶は残留複屈折率を持つものである。
【００２９】
本発明の第１４の態様によるテラヘルツ光計測装置は、テラヘルツパルス光を対象物体の２次元領域に一括照射するテラヘルツパルス光照射部と、前記対象物体の前記２次元領域を透過又は反射したテラヘルツパルス光を、前記対象物体の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光する電気光学結晶又は磁気光学結晶である検出用結晶と、前記テラヘルツパルス光と同期しかつ偏光されたプローブパルス光を、前記検出用結晶の前記２次元領域に一括照射するプローブパルス光照射部と、前記検出用結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光を検光する検光部と、前記検光部による検光後の前記プローブパルス光を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に、それぞれ光電変換する光電変換部と、前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度と前記光電変換により得られる信号の強度との予め得られた関係であって、前記検出用結晶の検出効率、前記検出用結晶の残留複屈折率、及び、前記検出用結晶における前記プローブパルス光の散乱の影響を反映した関係を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に記憶する記憶部と、前記関係に基づいて、前記光電変換により得られた信号の強度に応じた前記テラヘルツパルス光の電場又は磁場の強度を、前記検出用結晶の前記２次元領域の各部位に対応するもの毎に得る処理部と、を備えたものである。
【００３０】
本発明の第１５の態様によるテラヘルツ光計測装置は、前記第１４の態様において、前記検出用結晶は前記各部位においてそれぞれ残留複屈折率を持つものである。
【００３１】
なお、前記電気光学結晶や前記磁気光学結晶は、通常は板状に構成される。また、前記電気光学結晶としては、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＺｎＴｅ、ＢＧＯ、ＢＴＯ、ＧａＰ、ＢａＴａＯ３などを挙げることができる。前記磁気光学結晶としては、ＴＧＧ、ＫＴｂ３Ｆ１０、ＧａＰなどを挙げることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法及び装置、並びに、テラヘルツ光計測方法及び装置について、図面を参照して説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光計測装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、図１に示すテラヘルツ光計測装置において用いられているラヘルツ光発生素子としての光伝導アンテナテ９を示す概略斜視図である。
【００３５】
本実施の形態によるテラヘルツ光計測装置は、対象物体としての試料１００をイメージ化するイメージ化装置として構成されている。
【００３６】
本実施の形態によるテラヘルツ光計測装置では、フェムト秒パルス光源１から放射された超短パルスレーザ光としてのフェムト秒パルス光Ｌ１が、平面反射鏡２を経た後に、ビームスプリッタ３で２つのパルス光Ｌ２，Ｌ３に分割される。本実施の形態では、フェムト秒パルス光源１は、レーザ光源等からなり、例えば、フェムト秒パルス光Ｌ１として、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８００ｎｍ程度、パルス幅が１０〜１００ｆｓ程度のパルス光を、所定の繰り返し周期で発する。
【００３７】
ビームスプリッタ３で分割された一方のパルス光Ｌ２は、テラヘルツ光発生素子としての光伝導アンテナ９を励起してテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプパルス光（励起パルス光）となる。このポンプパルス光Ｌ２は、ビームエキスパンダ４でその断面が拡張された後、平面反射鏡５，６、２枚もしくは３枚の平面反射鏡が組み合わされてなる可動鏡７、及び平面反射鏡８を経て、光伝導アンテナ９へ導かれる。
【００３８】
ここで、光伝導アンテナ９の一例を図２に示す。この光伝導アンテナ９は、光伝導部としての基板１０と、該基板１０の一方の表面に形成された互いに分離された２つの導電部としての導電膜１１，１２とを備えている。導電膜１１，１２の少なくとも一部同士が、基板１０の図２中の手前側の平面に沿った方向に所定間隔ｇをあけるように配置されている。本実施の形態では、導電膜１１，１２の全体同士が間隔ｇをあけている。この間隔ｇが２ｍｍ以上、例えば５ｍｍに設定されており、基板１０及び導電膜１１，１２によっていわゆる大口径の光スイッチ素子が構成されている。もっとも、光伝導アンテナ９は、例えば、ダイポールアンテナ等を用いた光伝導アンテナとして構成してもよい。
【００３９】
基板１０の材質としては、例えば、抵抗率が高い半導体（例えば、半絶縁性ＧａＡｓ）を用いることができる。導電膜１１，１２の材質としては、例えば、金などの金属を用いることができ、例えば蒸着等により基板１４の表面に形成することができる。
【００４０】
本実施の形態では、前述したように基板１０自体が光伝導部として用いられているが、例えば、基板１０上に光伝導部として光伝導膜を形成し、この光伝導膜上に導電膜１１，１２を形成してもよい。この場合、例えば、基板１０の材質としてＧａＡｓを用いるとともに、光伝導膜として低温成長ＧａＡｓを用いることができる。
【００４１】
前記ポンプパルス光（超短パルスレーザ光）Ｌ２は、図２に示すように、光伝導アンテナ９の間隔ｇに相当するハッチングを付した領域Ｒに照射される。
【００４２】
図１及び図２に示すように、２つの導電膜１１，１２間には、電圧印加部１３からバイアス電圧が印加される。電圧印加部１３としては、例えば、直流電源を用いることができる。このような直流電源としては、例えば、商用電源からの交流を直流に変換する電源回路で構成することができる。本実施の形態では、電圧印加部１３は、後述する制御・演算処理部２６から指令された値のバイアス電圧を印加するように構成されており、印加するバイアス電圧は可変となっている。もっとも、電圧印加部１３は、制御・演算処理部２６によりバイアス電圧の値が指令されるのではなく、オペレータ等が手動でバイアス電圧を変え得るように構成しておいてもよい。
【００４３】
光伝導アンテナ９は、導電膜１１，１２間に電圧印加部１３によりバイアス電圧が印加され、ポンプパルス光Ｌ２が領域Ｒに照射されることにより、テラヘルツ光Ｌ４を発生する。ポンプパルス光Ｌ２の照射により励起された光励起キャリアがバイアス電圧による印加電場によって加速されることで、テラヘルツ光が発生する。発生するテラヘルツ光Ｌ４の電場及び磁場の強度（符号も含む）は、一般的に知られているように、電圧印加部１３から印加されているバイアス電圧に比例する。光伝導アンテナ９で発生するテラヘルツパルス光Ｌ４としては、概ね０．１×１０１２から１００×１０１２ヘルツまでの周波数領域の光が望ましい。そして、測定対象物としての試料１００が図１に示すように設置されている場合には、発生したテラヘルツパルス光Ｌ４が、試料１００の所定の２次元領域を一括照射する。なお、本装置の通常の使用時には試料１００が図１に示す位置に設置されるが、後述する初期動作時には、試料１００は通常は設置されない。
【００４４】
このように、本実施の形態では、フェムト秒パルス光源１、平面反射鏡２、ビームスプリッタ３、ビームエキスパンダ４、平面鏡５，６、可動鏡７及び平面鏡８が、テラヘルツ光発生素子としての光伝導アンテナ９の所定箇所に励起パルス光Ｌ２を照射する励起パルス光照射部を構成している。そして、試料１００を図１に示す位置に設置した場合には、前記励起パルス光照射部及び光伝導アンテナ９が、テラヘルツパルス光Ｌ４を試料１００に照射するテラヘルツパルス光照射部を構成する。
【００４５】
試料１００が図１に示す位置に設置されている場合、試料１００の２次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５は、結像光学系を構成するレンズ１４，１５を経てビームスプリッタ１６を透過した後に、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶１７に入射する。本実施の形態では、レンズ１４，１５の焦点距離は共にｆであり、前段のレンズ１４は試料１００から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置され、後段のレンズ１５は電気光学結晶１７から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置されている。したがって、レンズ１４，１５によって、試料１００を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５による試料１００の２次元領域の像が、電気光学結晶１７の対応する２次元領域に結像される。このように、本実施の形態では、試料１００が図１に示す位置に設置されている場合には、電気光学結晶１７は、試料１００の２次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５を、試料１００の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光する。また、試料１００が図１に示す位置に設置されていない場合には、電気光学結晶１７は、光伝導アンテナ９から発したテラヘルツパルス光Ｌ４を、レンズ１１４，１５を介して２次元領域で一括受光する。なお、本発明では、電気光学結晶１７が、試料１００の２次元領域で反射されたテラヘルツパルス光を、試料１００の前記２次元領域に対応する２次元領域で一括受光するように、構成してもよい。
【００４６】
ビームスプリッタ３で分割された他方のパルス光Ｌ３は、テラヘルツパルス光を検出するためのプローブパルス光となる。このプローブパルス光Ｌ３は、平面反射鏡１８〜２０を経た後にビームエキスパンダ２１でテラヘルツパルス光の断面に応じて拡張され、偏光子２２を通過した後に直線偏光光となり、更に、ビームスプリッタ１６で反射された後に電気光学結晶１７に入射する。電気光学結晶１７に入射した直線偏光光であるプローブパルス光は、電気光学結晶１７を透過する。その透過光の偏光状態は、テラヘルツパルス光の電場強度により生じた電気光学結晶１７の複屈折変化に応じて、楕円偏光に変化する。すなわち、プローブパルス光は、電気光学結晶１７を通過して、テラヘルツパルス光により、偏光状態が変化する。電気光学結晶１７を透過したプローブパルス光は、検光子２３で検光された後に、光電変換部としての２次元ＣＣＤカメラ２４により光強度分布が検出される。前記光強度分布を示す２次元ＣＣＤカメラ２４からの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２５でＡ／Ｄ変換された後に、コンピュータ等からなる制御・演算処理部２６に取り込まれ、メモリ２７に記憶される。すなわち、検光されたプローブパルス光の光強度分布が、一括してデータとして制御・演算処理部２５によりメモリ２７に取り込まれる。なお、メモリ２７は、通常は制御・演算処理部２６の内部のメモリとして構成されるが、図１では、理解を容易にするため、メモリ２７を制御・演算処理部２６の外部に配置している。勿論、メモリ２７は制御・演算処理部２６の内部に構成する必要はない。
【００４７】
なお、ポンプパルス光Ｌ２の光路上に配置された可動鏡７は、制御・演算処理部２６による制御下で、移動機構２９により矢印Ｘ方向に移動可能となっている。可動鏡７の移動量に応じて、ポンプパルス光Ｌ２の光路長が変わり、ポンプ光Ｌ２が光伝導アンテナ９へ到達する時間が遅延する。すなわち、本実施の形態では、可動鏡７及び移動機構２９が、ポンプ光Ｌ２の時間遅延装置を構成している。
【００４８】
ここで、２次元ＣＣＤカメラ２４からの画像信号が含む情報について、説明する。この画像信号の各画素信号（各画素の光検出信号）Ｉは、Ｚｈｉｐｉｎｇ　Ｊｉａｎｇらの論文（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．７４，　Ｎｏ．９，　１　Ｍａｒｃｈ　１９９９，　ｐｐ．１１９１−１１９３）の記載からもわかるように、次の数１で表される。この論文には、数１及び後述する数３と同様の式が開示されている。
【００４９】
【数１】
Ｉ＝Ｉ０［η＋ｓｉｎ２（Γ０＋Γ）］
【００５０】
数１において、Ｉ０は当該画素に対応する部位のプローブパルス光の強度、Γは電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場により誘起された複屈折からの寄与、Γ０は電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位の残留複屈折率によるバイアス、ηは電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位でのプローブパルス光の散乱からの寄与である。電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光検出効率をαとし、電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度をＥとすると、Γは次の数２で表すことができる。数２は、前記論文に開示されたものではないが、電気光学係数の空間依存性（電気光学係数が各部位ごとに異なる可能性があること）を考慮して導入したものであり、数２を導入する方が現実に即していると考えられる。η、Γ０、αは、当該電気光学結晶１７に固有の定数であるが、各画素毎に（すなわち、各部位毎に）定まる定数である。Ｉ０もフェムト秒パルス光源１等によって定まる定数であるが、各画素毎に定まる。
【００５１】
【数２】
Γ＝αＥ
【００５２】
今、｜Γ０＋Γ｜≪１とすると、数１は次の数３の通りに書き直せる。数３に数２を代入すると、数４が得られる。
【００５３】
【数３】
Ｉ＝Ｉ０［η＋（Γ０＋Γ）２］
【００５４】
【数４】
Ｉ＝Ｉ０［η＋（Γ０＋αＥ）２］
【００５５】
数４からわかるように、２次元ＣＣＤカメラ２４からの画像信号の各画素信号Ｉには、電気光学結晶１７の各部位の検出効率や残留複屈折率やプローブパルス光の散乱の影響が含まれている。そして、数４からわかるように、各画素信号Ｉは、当該部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅの２次式で記述され、この２次式は、各画素信号Ｉと当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅとの関係を示している。
【００５６】
このような各画素信号Ｉと当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅとの関係を、各画素毎に予め得ておけば、その関係を用いることによって、各画素信号Ｉから、当該部位のη、Γ０、αの影響を排除した真のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅを求めることができる。なお、ここでは、例えばＩ０＝１として相対強度のみを問題とする。本実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置は、以下に説明する初期動作により、前記関係を自動的に得て、メモリ２７に格納しておくことができるように構成されている。
【００５７】
次に、この初期動作について説明する。ここで、テラヘルツ光源として光伝導アンテナ９を使用している点に注目する。前述したように、光伝導アンテナ９からの放射電磁波（テラヘルツパルス光）の強度（電場強度及び磁場強度）は、光伝導アンテナ９に印加したバイアス電圧Ｖに比例することが一般的に知られている。よって、その比例定数をβとすると、Ｅ＝βＶとなる。したがって、図１に示す位置に試料１００を設置しない状態（試料１００を設置した状態でもよいが、試料１００を設置しない方が好ましい。）で、光伝導アンテナ９に印加するバイアス電圧Ｖを変化させながら、各バイアス電圧Ｖにおいて２次元ＣＣＤカメラ２４から画像信号をそれぞれ得ると、各画素について、バイアス電圧Ｖと画素信号Ｉとの関係は、数４においてＥ＝βＶを代入した関係となり、画素信号Ｉはバイアス電圧Ｖの２次式で表される。
【００５８】
本発明者は、実際に、バイアス電圧Ｖと画素信号（ＣＣＤ出力値）Ｉとの関係を測定した。その測定結果の一例を図３中に四角の点で示す。図３において、横軸がバイアス電圧Ｖ、縦軸がある特定の画素におけるＣＣＤ出力値Ｉとなっている。図３中の実線は、測定点に最も適合するようにフィッティングした、バイアス電圧Ｖの２次式を示している。前述したようにＥ＝βＶであるので、図３に示す横軸は、比例定数βのためにスケールは異なるものの、当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅであると読み替えることができる。換言すれば、バイアス電圧Ｖと画素信号Ｉとの関係は、テラヘルツパルス光の電場強度Ｅと画素信号Ｉとの関係を示している。なお、通常は、電場強度Ｅの絶対的な値を問題とせずに相対的な値を問題とするので、β＝１として、Ｅ＝Ｖとすればよい。そして、前述したフィッティングにより得た２次式は、数４においてＥ＝βＶを代入した２次式と等しいので、各次数の項の係数が互いに等しいという方程式を立て、この方程式を解くことにより、電気光学結晶１７における当該画素に対応する部位のη、Γ０、αを求めることができる。なお、η、Γ０、αの絶対的な値を問題とせずに相対的な値を問題とする場合には、例えば、β＝１、Ｉ０＝１としてη、Γ０、αを求めればよい。ただし、本実施の形態では、必ずしもη、Γ０、αを求める必要はない。
【００５９】
このように、光伝導アンテナ９に印加するバイアス電圧Ｖを変化させながら、各バイアス電圧Ｖにおいて２次元ＣＣＤカメラ２４から画像信号をそれぞれ得ることによって、各画素信号Ｉと当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅとの関係を、各画素毎に得ることができる。
【００６０】
そこで、本実施の形態によるテラヘルツ光計測装置では、例えば当該装置の出荷時や使用開始時などに、次の初期動作を行う。この初期動作は、図１に示す位置に試料１００を設定しない状態で行うことが好ましい。まず、制御・演算処理部２６は、テラヘルツパルス光とプローブパルス光が電気光学結晶１７に到達するタイミングを調整するために、移動機構２９を制御して、可動鏡７を、２次元ＣＣＤカメラ２４からのある特定の画素の画素信号が例えば最大となる位置に位置させる。次に、制御・演算処理部２６は、電圧印加部１３に順次異なる指令値を与えて、電圧印加部１３が光伝導アンテナ９に印加するバイアス電圧を順次変化させる。そして、制御・演算処理部２６は、各バイアス電圧が光伝導アンテナ９に印加されているときに、ＣＣＤカメラ２４から得られる各画素信号の値を当該バイアス電圧（具体的には、バイアス電圧指令値でもよいし、バイアス電圧検出器を用いる場合にはその検出値でもよい。）と関連づけてメモリ２７に格納させる。その後、制御・演算処理部２６は、各画素毎に、各バイアス電圧とその際に得られた画素信号の値とに基づいて、フィッティング処理により画素信号をバイアス電圧の２次式で記述する当該２次式を求め、各画素毎に得られた当該２次式をメモリ２７に格納させる。この各画素の２次式が、当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅと画素信号Ｉとの関係に相当することは、前述した通りである。もっとも、この関係は、２次式の形式ではなく、当該２次式に相当するルックアップテーブルの形式で、メモリ２４に格納してもよい。このように、前記２次式又は前記ルックアップテーブルをメモリに格納する場合には、各バイアス電圧とその際に得られた画素信号の値は、最終的に不要であるのでメモリ２７から削除してもよい。もっとも、フィッティング処理を行わずに、前記関係として、各バイアス電圧とその際に得られた画素信号自体を、例えばルックアップテーブルの形式で、メモリ２７に格納しておくだけでもよい。ただし、誤差を低減するため、フィッティング処理を行うことが好ましい。なお、前記２次式の保存形式としては、例えば、各次数の項の係数をメモリ２７に格納してもよいし、予め前述した演算によりη、Γ０、αを求めてこれらをメモリ２７に格納してもよい。
【００６１】
このように、本実施の形態では、各画素について、当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅと画素信号Ｉとの関係を、自動的に取得してメモリ２７に格納するように構成されているが、本発明では必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、オペレータがバイアス電圧を計測する電圧計等を見ながらバイアス電圧を変えて、各バイアス電圧の時に得られる各画素信号の値をメモリ２７に格納させるように構成してもよい。また、本装置とは別の装置等により既に前記関係を得ていて前記関係が予め既知であれば、その関係をメモリ２７に予め格納しておくだけでもよく、その場合には、前記初期動作は不要であり、電圧印加部１３が印加するバイアス電圧は必ずしも可変である必要はないし、また、光伝導アンテナ９に代えて電気光学結晶や磁気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよい。
【００６２】
次に、前述した初期動作の後に行われる試料１００をイメージ化する通常動作について、説明する。勿論、この際には、試料１００を図１に示す位置に設置しておく。
【００６３】
通常動作では、制御・演算処理部２６は、ＣＣＤカメラ２４からの画像信号をメモリ２７に取り込んだ後、各画素毎に、前記初期動作により既に格納されている当該画素に関する画素信号と電場強度Ｅとの関係を用いて、通常動作時に取り込まれた画素信号に対応する電場強度Ｅを得る。このとき、前記関係として前記２次式がメモリ２７に格納されていれば、通常動作時に取り込まれた画素信号を当該２次式に代入して当該２次式を解くことによって電場強度Ｅを得ることができ、前記関係として前記ルックアップテーブルがメモリ２７に格納されていれば、当該ルックアップテーブルを参照することによって電場強度Ｅを得ることができる。次に、制御・演算処理部２６は、前述したようにして各画素について得た電場強度Ｅを新たな画素値として画像を再構成し、その画像を表示部２８に表示させる。なお、以上の動作は、可動鏡７の位置やバイアス電圧の値は、所定の位置や所定の値に設定された状態で行われるが、これらは、図示しない入力装置からのオペレータによる指令に応じて、適宜変え得るようにしてもよいことは、言うまでもない。
【００６４】
このように、本実施の形態では、各画素毎に、当該画素に関する画素信号Ｉと電場強度Ｅとの関係（電気光学結晶１７の当該部位のη、Γ０、α、Ｉ０を反映した関係）を用いて、試料１００の対応する部位を透過したテラヘルツパルス光に対応する画像信号から真の電場強度を得、これによる画像を表示部２８に表示させている。したがって、本実施の形態によれば、電気光学結晶１７の各部位のη、Γ０、α、Ｉ０のばらつきが大きくても、その影響が排除され、高画質の画像を得ることができる。
【００６５】
なお、前述した例では、電場強度Ｅによる画像をそのまま表示部２８に表示させているが、各部位ごとに電場強度Ｅの時系列波形を得て、各部位毎に当該時系列波形から所定の特性値（例えば、複素誘電率や複素屈折率）等を演算し、当該特性値による画像を表示部２８に表示させてもよい。このとき、電場強度Ｅの時系列波形の取得については、制御・演算処理部２６は、いわゆるポンプ−プローブ法に従って、移動機構２９を制御して可動鏡７の位置を順次変え、各位置でそれぞれＣＣＤカメラ２４から画像信号を取り込み、可動鏡７の各位置における各画素信号に関して、各画素毎に前記関係を用いて電場強度Ｅを得ればよい。
【００６６】
ところで、電気光学結晶１７が各部位において残留複屈折率がほとんどない理想的なものであるとすれば、本実施の形態によるテラヘルツ光計測装置では、電場強度Ｅの符号を区別することができない。これは、数４においてΓ０＝０とすると明らかなように、画像信号Ｉには電場強度Ｅの絶対値しか反映されないからである。
【００６７】
そこで、電場強度Ｅの符号を区別する必要がある場合には、電気光学結晶１７として残留複屈折率を有するものを用いることが好ましい。残留複屈折率がある場合には、数４においてΓ０≠０であるので、残留複屈折率の存在を積極的に利用することにより、電場強度の符号の検出が可能になる。例えば、前述した図３は、残留複屈折率がある場合の例であるが、この例では、例えば、図３中のバイアス電圧Ｖ（電場強度Ｅに相当）がＶ１（Ｅ１に相当）の場合と−Ｖ１（−Ｅ１に相当）の場合とを区別することが可能になる。
【００６８】
電場強度Ｅの符号が区別できないと、時間領域分光の実現は困難である。理想的なクロスポーラリゼーション手法では、電場強度Ｅの符号を区別することができなかったので、時間領域分光を実現することができなかった。
【００６９】
これに対し、電気光学結晶１７として残留複屈折率を有するものを用いれば、電場強度Ｅの符号を区別することができるので、時間領域の分光が可能となり、本実施の形態を次のように変形すれば、２次元分光イメージングシステムを構成することができる。すなわち、この場合には、制御・演算処理部２６は、電場強度Ｅによる画像をそのまま表示部２８に表示させず、各部位ごとに電場強度Ｅの時系列波形を得る。このとき、電場強度Ｅの時系列波形の取得については、制御・演算処理部２６は、いわゆるポンプ−プローブ法に従って、移動機構２９を制御して可動鏡７の位置を順次変え、各位置でそれぞれＣＣＤカメラ２４から画像信号を取り込み、各可動鏡７の位置における各画素信号に関して、各画素毎に前記関係を用いて電場強度を得ればよい。このとき、電気光学結晶１７として残留複屈折率を有するものを用いることにより、符号を含む電場強度を得ることができる。その後、制御・演算処理部２６は、各部位ごとに、電場強度Ｅの時系列波形（符号も含む時系列波形）をフーリエ変換することによりスペクトルを得る。
【００７０】
なお、本実施の形態は、試料１００の２次元領域における各部位を透過したテラヘルツパルス光をそれぞれ一括して計測するテラヘルツ光計測装置の例であるが、試料１００の所定の部位のみを透過したテラヘルツパルス光を計測する場合には、本実施の形態を次のように変形してもよい。すなわち、この場合には、テラヘルツパルス光を試料１００の所定の部位のみに集光させ、試料１００を透過したテラヘルツパルス光を電気光学結晶１７の所定の部位のみに集光させるとともに、プローブパルス光を電気光学結晶１７の当該部位のみに集光させ、ＣＣＤカメラ２４に代えてポイントセンサを用いればよい。
【００７１】
［第２の実施の形態］
【００７２】
次に、本実施の形態の第２の実施の形態による電気光学結晶の評価装置について、説明する。
【００７３】
本実施の形態による評価装置は、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光計測装置を以下に説明するように変形したものである。そこで、ここでも図１を参照することとし、前記第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施の形態による評価装置が前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光計測装置と異なる所は、試料１００は図１に示す位置に設定されない点と、電気光学結晶１７が評価対象とされる点と、制御・演算処理部２６の動作である。
【００７５】
本実施の形態による評価装置では、前記第１の実施の形態によるテラヘルツ光計測装置の初期動作と同様に、制御・演算処理部２６は、テラヘルツパルス光とプローブパルス光が電気光学結晶１７に到達するタイミングを調整するために、移動機構２９を制御して、可動鏡７を、２次元ＣＣＤカメラ２４からのある特定の画素の画素信号が例えば最大となる位置に位置させる。次に、制御・演算処理部２６は、電圧印加部１３に順次異なる指令値を与えて、電圧印加部１３が光伝導アンテナ９に印加するバイアス電圧を順次変化させる。そして、制御・演算処理部２６は、各バイアス電圧が光伝導アンテナ９に印加されているときに、ＣＣＤカメラ２４から得られる各画素信号の値を当該バイアス電圧（具体的には、バイアス電圧指令値でもよいし、バイアス電圧検出器を用いる場合にはその検出値でもよい。）と関連づけてメモリ２７に格納させる。その後、制御・演算処理部２６は、各画素毎に、各バイアス電圧とその際に得られた画素信号の値とに基づいて、フィッティング処理により画素信号をバイアス電圧の２次式で記述する当該２次式を求め、各画素毎に得られた当該２次式をメモリ２７に格納させる。この各画素の２次式が、当該画素に対応する部位のテラヘルツパルス光の電場強度Ｅと画素信号Ｉとの関係に相当することは、前述した通りである。
【００７６】
次に、制御・演算処理部２６は、各画素毎に、当該画素に対応する前記２次式から、前記第１の実施の形態に関連して既に説明した演算（フィッティングにより得た２次式が、数４においてＥ＝βＶを代入した２次式と等しいので、各次数の項の係数が互いに等しいという方程式を立て、この方程式を解く演算）を行い、各画素毎にη、Γ０、αを求め、これらをメモリ２７に格納する。
【００７７】
その後、制御・演算処理部２６は、各画素のηを画素値とした２次元データ（電気光学結晶１７のηの分布画像に相当）、各画素のΓ０を画素値とした２次元データ（電気光学結晶１７のΓ０の分布画像に相当）、各画素のαを画素値とした２次元データ（電気光学結晶１７のαの分布画像に相当）を、表示部２８に画像表示させる。
【００７８】
したがって、本実施の形態によれば、電気光学結晶１７のα、η、Γ０の各分布画像が表示されるので、評価者は、この表示を見て、電気光学結晶１７の検出効率、残留複屈折率、及びプローブパルス光の散乱の影響の均一性等を評価することができる。このため、電気光学結晶の開発や研究の重要な指標を得ることができる。
【００７９】
本実施の形態では、電気光学結晶１７のα、η、Γ０の各分布画像を表示しているが、制御・演算処理部２６は、各画素毎の前記２次式を示すグラフを表示部２８に表示させるか、あるいは、各バイアス電圧が光伝導アンテナ９に印加されているときに、ＣＣＤカメラ２４から得られる各画素信号の値を、当該バイアス電圧と関連づけてそのまま表示部２８に表示させてもよい。これらの表示によっても、評価者は、電気光学結晶１７の検出効率、残留複屈折率、及びプローブパルス光の散乱の影響の均一性等を評価することは、可能である。
【００８０】
また、本実施の形態は、本発明による電気光学結晶１７の評価方法を自動的に実現する評価装置の例であるが、本発明による評価方法は評価者がいわば人手により実現してもよい。この場合には、例えば、オペレータは、バイアス電圧を計測する電圧計等を見ながらバイアス電圧を変えて、各バイアス電圧の時に得られる各画素信号の値を知り、各画素毎に、バイアス電圧と画素信号の値との関係から、電気光学結晶１７の検出効率、残留複屈折率、及びプローブパルス光の散乱の影響の均一性等を評価してもよい。
【００８１】
なお、本実施の形態は、電気光学結晶１７の２次元領域における各部位の検出効率等の評価を行うための装置の例であるが、電気光学結晶１７の所定の部位のみの検出効率等の評価を行う場合には、本実施の形態を次のように変形してもよい。すなわち、この場合には、テラヘルツパルス光を電気光学結晶１７の当該部位のみに集光させるとともに、プローブパルス光を電気光学結晶１７の当該部位のみに集光させ、ＣＣＤカメラ２４に代えてポイントセンサを用いればよい。
【００８２】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態や変形例に限定されるものではない。
【００８３】
例えば、前述した各実施の形態では光伝導アンテナ９に印加されるバイアス電圧を変えることで、発生するテラヘルツパルス光の電場強度を変えていたが、他のパラメータを変えることで、発生するテラヘルツパルス光の電場強度を変えてもよい。
【００８４】
また、前述した各実施の形態やその変形例において、電気光学結晶１７に代えて磁気光学結晶を用いてもよい。すなわち、前記第１の実施の形態において検出用結晶として磁気光学結晶を用いてもよいし、前記第２の実施の形態において評価対象結晶として磁気光学結晶を用いてもよい。この場合、以上の説明において、電気光学を磁気光学と読み替え、電場を磁場と読み替えれば、以上の説明がそのまま適合する。したがって、ここでは、電気光学結晶に代えて磁気光学結晶を用いた場合の説明は省略する。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気光学結晶や磁気光学結晶を適切に評価することができる電気光学結晶又は磁気光学結晶の評価方法及び装置を提供することができる。
【００８６】
また、本発明によれば、電気光学結晶又は磁気光学結晶を用いてテラヘルツパルス光を計測することができ、しかも、バランス検出を行うことなく、テラヘルツパルス光を正確に計測することができるテラヘルツ光計測方法及び装置を提供することができる。
【００８７】
さらに、本発明によれば、テラヘルツ光検出に用いる電気光学結晶又は磁気光学結晶の空間的均一性が低くても、高画質の対象物体の像を得ることができるテラヘルツ光計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光計測装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１に示すテラヘルツ光計測装置で用いられる光伝導アンテナの一例を模式的に示す概略斜視図である。
【図３】特定の画素におけるＣＣＤ出力値とバイアス電圧との関係を示す測定結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　フェムト秒パルス光源
４，２１　ビームエキスパンダ
９　光伝導アンテナ
１３　電圧印加部
１７　電気光学結晶
２２　偏光子
２３　検光子
２４　２次元ＣＣＤカメラ（光電変換部）
２６　制御・演算処理部
２７　メモリ
２８　表示部
１００　試料
【図１】
2004020504.tif 000003
【図２】
2004020504.tif 000004
【図３】
2004020504.tif 000005