(57)【要約】【課題】透過測定及び反射測定の両方を行う。しかも、コスト及び占有空間を低減する。【解決手段】試料１にテラヘルツ光を照射して試料１で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系、及び、試料２にテラヘルツパルス光を照射して試料２を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系が、１つの筐体３内に収容される。反射測定光学系及び透過測定光学系は、１つのフェムト秒パルスレーザ４を共有する。光路切り替え部５は、レーザ４からのパルス光に基づくポンプパルス光及びプローブパルス光が、反射測定光学系のテラヘルツ光発生器２６及びテラヘルツ光検出器３７にそれぞれ入射される状態と、透過測定光学系のテラヘルツ光発生器６６及びテラヘルツ光検出器７６にそれぞれ入射される状態とを、選択的に切り替える。【選択図】        図１
2004205360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルス光を発生する１つのパルス光発生部と、
前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系と、
前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系と、
前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光の光路を切り替えて、前記透過測定光学系及び前記反射測定光学系のいずれか一方に供給する光路切り替え部材と、
前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光を、前記テラヘルツパルス光を励起するためのポンプパルス光及び前記テラヘルツパルス光の検出タイミングを決定するプローブパルス光に分岐する前記透過測定光学系用及び前記反射測定光学系用の２つのビームスプリッタとを備え、
前記光路切り替え部材は、前記パルス光発生部と、前記２つのビームスプリッタとの間の光路中に配置されたことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた測定装置。
【請求項２】
前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、前記第１のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第１のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第１の光路長可変部と、を有し、
前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、前記第２のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第２のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第２の光路長可変部と、を有し、
前記第１及び第２の光路長可変部が１つの光路長可変用移動機構を共有し、
前記第１の光路長可変部は、前記光路長可変用移動機構の可動部に固定された第１の光路長可変用光学素子を有し、
前記第２の光路長可変部は、前記可動部に固定された第２の光路長可変用光学素子を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【請求項３】
前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、を有し、
前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、を有し、
筐体内に真空引き可能な１つのチャンバーが形成され、
前記透過測定光学系における前記第１のテラヘルツ光発生器から前記第１のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系、及び、前記反射測定光学系における前記第２のテラヘルツ光発生器から前記第２のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系が、前記チャンバー内に配置され、
前記第１及び第２のテラヘルツ光発生器にそれぞれ入射されるポンプパルス光をそれぞれ通過させる第１及び第２の窓、及び、前記第１及び第２のテラヘルツ光検出器に入射されるプローブパルス光をそれぞれ通過させる第３及び第４の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【請求項４】
透過測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光を通過させる第５の窓、及び、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を通過させる第６の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられ、
反射測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光及び当該対象物で反射されたテラヘルツパルス光を通過させる第７の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたことを特徴とする請求項３記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【請求項５】
透過測定を行う対象物を保持する第１のホルダを備え、前記チャンバーの壁部には前記チャンバーの外側から凹んだ凹部が形成され、前記第５及び第６の窓は前記凹部内の空間を挟んで対向するように配置され、前記第１のホルダは前記凹部に着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項３記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【請求項６】
反射測定を行う対象物を保持する第２のホルダを備え、該第２のホルダが前記チャンバー外に配置されたことを特徴とする請求項３記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【請求項７】
前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する計測処理部を有し、
前記光路切り替え部材は、ハーフミラーで構成され、
前記計測処理部は、前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツパルス光を用いた測定装置。
【請求項８】
前記光路切り替え部材は、ハーフミラーと２つのシャッタ部材とから構成され、第１の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから透過した前記レーザパルス光を遮光又は透過し、また第２の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから反射された前記レーザパルス光を透過又は遮光し、
前記計測処理部は、前記第１のシャッタ部材を遮光状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を透過状態に制御することで前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第１測定モードと、前記第１のシャッタ部材を透過状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を遮光状態に制御することで前記透過測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第２測定モードと、前記２つのシャッタ部材を透過状態に制御することで前記透過測定光学系及び反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測する第３測定モードとを切り替え制御することを特徴とする請求項７記載のテラヘルツ光を用いた測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テラヘルツパルス光を用いたテラヘルツ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テラヘルツ光は、周波数がおおよそ０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の電磁波である。従来から、テラヘルツパルス光を用いた種々のテラヘルツ光を用いた測定装置（例えば、分光装置、誘電率測定装置、検査装置、イメージ化装置など）が提供されている。このような従来のテラヘルツ光を用いた測定装置では、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出するもの（説明の便宜上、「透過測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）と、対象物にテラヘルツパルス光を照射して当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する装置（説明の便宜上、「反射測定用テラヘルツ光装置」と呼ぶ。）とが、それぞれ別々の装置として提供されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、半導体の電気特性評価装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置が具体的に開示されている。また、特許文献１では、具体的な構成の開示はないが、半導体の電気特性評価装置を反射測定用テラヘルツ光装置として構成し得る旨も、言及されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置と、対象物の複素誘電率や複素屈折率を測定する装置として構成された反射測定用テラヘルツ光装置が、それぞれ別々の装置として開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９８６３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対象物によっては、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定を行う方が好ましいものや、当該対象物で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定を行う方が好ましいものもある。また、同一の対象物であっても、例えば、その性質等を観察する上で、透過測定及び反射測定の両方を行うことが好ましい場合もある。
【０００７】
しかしながら、前記従来のテラヘルツ光を用いた測定装置は、透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置のうちのいずれかとして構成されているだけであった。このため、透過測定及び反射測定の両方を行う場合には、それぞれ別々の装置として構成された透過測定用テラヘルツ光装置及び反射測定用テラヘルツ光装置の両方を用意しなければならなかった。したがって、両装置全体としての価格が著しく増大するとともに、両装置全体としての占有空間が大きくなる欠点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、レーザパルス光を発生する１つのパルス光発生部と、前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系と、前記レーザパルス光によって励起されたテラヘルツパルス光を対象物に照射し、前記対象物を反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系と、前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光の光路を切り替えて、前記透過測定光学系及び前記反射測定光学系のいずれか一方に供給する光路切り替え部材と、前記パルス光発生部からの前記レーザパルス光を、前記テラヘルツパルス光を励起するためのポンプパルス光及び前記テラヘルツパルス光の検出タイミングを決定するプローブパルス光に分岐する前記透過測定光学系用及び前記反射測定光学系用の２つのビームスプリッタとを備え、前記光路切り替え部材は、前記パルス光発生部と、前記２つのビームスプリッタとの間の光路中に配置されたものである。
【００１０】
本発明の第２の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、前記第１のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第１のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第１の光路長可変部と、を有し、前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、前記第２のテラヘルツ光発生器に到達する前記ポンプパルス光の光路の光路長と前記第２のテラヘルツ光検出器に到達する前記プローブパルス光の光路の光路長とを相対的に変え得るようにする第２の光路長可変部と、を有し、前記第１及び第２の光路長可変部が１つの光路長可変用移動機構を共有し、前記第１の光路長可変部は、前記光路長可変用移動機構の可動部に固定された第１の光路長可変用光学素子を有し、前記第２の光路長可変部は、前記可動部に固定された第２の光路長可変用光学素子を有するものである。
【００１１】
本発明の第３の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第１のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第１のテラヘルツ光検出器と、を有し、前記反射測定光学系は、入射されたポンプパルス光によりテラヘルツパルス光を発生する第２のテラヘルツ光発生器と、入射されたプローブパルス光によりテラヘルツパルス光を検出する第２のテラヘルツ光検出器と、を有し、筐体内に真空引き可能な１つのチャンバーが形成され、前記透過測定光学系における前記第１のテラヘルツ光発生器から前記第１のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系、及び、前記反射測定光学系における前記第２のテラヘルツ光発生器から前記第２のテラヘルツ光検出器までのテラヘルツ光学系が、前記チャンバー内に配置され、前記第１及び第２のテラヘルツ光発生器にそれぞれ入射されるポンプパルス光をそれぞれ通過させる第１及び第２の窓、及び、前記第１及び第２のテラヘルツ光検出器に入射されるプローブパルス光をそれぞれ通過させる第３及び第４の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたものである。
【００１２】
本発明の第４の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、透過測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光を通過させる第５の窓、及び、当該対象物を透過したテラヘルツパルス光を通過させる第６の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられ、反射測定を行う対象物へ入射させるテラヘルツパルス光及び当該対象物で反射されたテラヘルツパルス光を通過させる第７の窓が、前記チャンバーの壁部に設けられたものである。
【００１３】
本発明の第５の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、透過測定を行う対象物を保持する第１のホルダを備え、前記チャンバーの壁部には前記チャンバーの外側から凹んだ凹部が形成され、前記第５及び第６の窓は前記凹部内の空間を挟んで対向するように配置され、前記第１のホルダは前記凹部に着脱可能に構成されたものである。なお、前記凹部は前記チャンバーの外側から凹んでいるので、凹部内は大気中である。
【００１４】
本発明の第６の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第３の態様において、反射測定を行う対象物を保持する第２のホルダを備え、該第２のホルダが前記チャンバー外に配置されたものである。
【００１５】
本発明の第７の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第１の態様において、前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する計測処理部を有し、前記光路切り替え部材は、ハーフミラーで構成され、前記計測処理部は、前記透過測定光学系及び／又は前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測するものである。
【００１６】
本発明の第８の態様によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、前記第７の態様において、前記光路切り替え部材は、ハーフミラーと２つのシャッタ部材とから構成され、第１の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから透過した前記レーザパルス光を遮光又は透過し、また第２の前記シャッタ部材は前記ハーフミラーから反射された前記レーザパルス光を透過又は遮光し、前記計測処理部は、前記第１のシャッタ部材を遮光状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を透過状態に制御することで前記反射測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第１測定モードと、前記第１のシャッタ部材を透過状態に制御すると共に前記第２のシャッタ部材を遮光状態に制御することで前記透過測定光学系におけるテラヘルツ光を計測する第２測定モードと、前記２つのシャッタ部材を透過状態に制御することで前記透過測定光学系及び反射測定光学系におけるテラヘルツ光を同時に計測する第３測定モードとを切り替え制御するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツ光を用いた測定装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。図１において、紙面が水平面と平行で、紙面と垂直な方向が鉛直方向となっている。図２は、図１中のＡ矢視の概略図である。図３は、図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定光学系及び反射測定光学系を収容した筐体３等を示す外観図である。図４は、図３中のＢ部付近を切り出して示す概略斜視図である。
【００２０】
本実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、測定対象物としての試料１，２の複素誘電率等を測定する測定装置として構成されている。
【００２１】
本実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置は、試料１にテラヘルツパルス光を照射して試料１で反射したテラヘルツパルス光を検出する反射測定光学系と、試料２にテラヘルツパルス光を照射して試料２を透過したテラヘルツパルス光を検出する透過測定光学系と、を備えている。前記透過測定光学系及び前記反射測定光学系は、１つの筐体３内に収容されている。これらの光学系の具体的な構成については、後述する。
【００２２】
図１に示すように、パルス光発生部としてのフェムト秒パルスレーザ４から発生されたフェムト秒パルス光（レーザパルス光）Ｌ１が、光路切り替え部５によって、平面鏡６への光路及びビームスプリッタ７への光路のいずれか一方の光路に選択的に導かれる。フェムト秒パルス光Ｌ１は、反射測定を行う場合には平面鏡６へ導かれ、透過測定を行う場合にはビームスプリッタ７へ導かれる。
【００２３】
本実施の形態では、光路切り替え部５は、図４に示すように、光路切り替え用光学素子としての平面鏡８と、平面鏡８を移動させる光路切り替え用移動機構９と、光路切り替え用操作部１０と、を有している。本実施の形態では、光路切り替え用移動機構９として、リニアスライダが用いられている。このリニアスライダは、可動部をなす柱状部材１１と、柱状部材１１を矢印Ｃの方向に直線移動し得るように案内する固定部としてのガイド部材１２とから構成されている。柱状部材１１の下方部の矢印Ｃの方向の両側には、磁性材料からなるマグネット受け１３，１４がそれぞれ固着されている。マグネット受け１３，１４と相対する位置には、ブラケット１５，１６でそれぞれ支持されたマグネット１７，１８が配置されている。マグネット１７，１８によって、柱状部材１１の両側の移動端位置が規制される。各移動端位置でマグネット受け１３，１４とマグネット１７，１８とがそれぞれ磁力で吸引されることにより、柱状部材１１が各移動端位置で安定して保持されるようになっている。平面鏡８は、柱状部材１１の上方部の側方に固定されている。光路切り替え用操作部１０は、柱状部材１１の上端に固定された部材であり、図３及び図４に示すように、筐体３の上面上に突出している。なお、筐体３には、柱状部材１１の矢印Ｃの方向の移動を妨げないように、長穴（図示せず）が形成されている。
【００２４】
以上の構成によって、操作者が光路切り替え用操作部１０に力を与えて矢印Ｃの方向にスライドさせることで、平面鏡８は、フェムト秒パルス光Ｌ１を反射させて平面鏡６へ導く位置（一方の移動端位置、図１中の実線で示す平面鏡８の位置）と、フェムト秒パルス光Ｌ１を反射させることなくそのまま通過させてビームスプリッタ７へ導く位置（他方の移動端位置、図１中の破線で示す平面鏡８の位置）とに、切り替え得るようになっている。また、本実施の形態では、図４に示すように、いずれの切り替え状態にあるかを検出する切り替え状態検出部として、柱状部材１１に位置に応じて作動するリミットスイッチ１９が設けられている。
【００２５】
まず、平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合について、説明する。この場合、反射測定となり、フェムト秒パルス光Ｌ１は図１中の太い一点鎖線の光路を辿る。フェムト秒パルス光Ｌ１は、平面鏡８，６で順次反射された後、ビームスプリッタ２１で２つに分割されて、それぞれポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３になる。
【００２６】
ポンプパルス光Ｌ２は、平面鏡２２，２３、後述する窓２４及び集光レンズ２５を経て、テラヘルツ光発生器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ２６に入射する。なお、光伝導アンテナ２６に代えて電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ことは、言うまでもない。平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、バイアス電圧印加部５６からのバイアス電圧が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５７によって、光伝導アンテナ２６に選択的に印加される。なお、本実施の形態では、バイアス電圧印加部５６は、テラヘルツ光検出のＳＮ比を向上するために、パルス状に変調されたバイアス電圧を出力するとともに、後述するロックイン増幅のための参照信号（バイアス電圧に同期した信号）を出力する。光伝導アンテナ２６は、バイアス電圧が印加されている状態で、ポンプパルス光Ｌ２が入射されることにより励起されて、テラヘルツパルス光Ｌ４を発生する。
【００２７】
一方、プローブパルス光Ｌ３は、平面鏡３１、光路長可変用光学素子としての２枚もしくは３枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡（平行折り返しミラー）３２、平面鏡３３、後述する窓３４、平面鏡３５、更には集光レンズ３６を経て、テラヘルツ光検出器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ３７へ導かれる。なお、光伝導アンテナ３７に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光検出器を用いてもよいことは、言うまでもない。
【００２８】
プローブパルス光Ｌ３の光路上に配置された可動鏡３２は、制御・演算処理部５４による制御下で、光路長可変用移動機構（本実施の形態では、一軸のステージ）３８により図１中の左右方向に移動可能となっている。可動鏡３２は、取り付け部材３９を介して、移動機構３８の可動部３８ａに固定されている。可動鏡３２の移動量に応じて、プローブパルス光Ｌ３の光路長が変わる。すなわち、本実施の形態では、可動鏡３２及び光路長可変用移動機構３８が、プローブパルス光Ｌ３の光路長をポンプパルス光Ｌ２の光路長に対して相対的に変え得るようにする第１の光路長可変部を構成している。光伝導アンテナ２６から発生するテラヘルツパルス光の発生期間とプローブパルス光Ｌ３が光伝導アンテナ３７に到達するタイミングを一致させる必要がある。また、いわゆるポンプ−プローブ法により、テラヘルツパルス光の時系列波形を得るためには、光伝導アンテナ２６からテラヘルツパルス光が発生している期間内におけるプローブパルス光Ｌ３のタイミングを変える必要がある。このため、本実施の形態では、前記第１の光路長可変部が設けられているのである。なお、本実施の形態では、可動鏡３２を移動機構３８のストロークのほぼ中心位置を初期位置としてそこから図１中の左方向へ移動させることにより、反射測定時のテラヘルツパルス光の時系列波形を得ることができるようになっている。時系列波形の取得順序は逆になるが、可動鏡３２を図１中の右方向へ移動させてもよい。
【００２９】
光伝導アンテナ２６から発生したテラヘルツパルス光Ｌ４は、放物面鏡等の曲面鏡４１を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡４２、平面鏡４３及び後述する窓４４を経て集光位置に集光される。図１及び図２に示すように、テラヘルツパルス光Ｌ４の光軸は、光伝導アンテナ２６から平面鏡４３までの間では水平面内にあるが、平面鏡４３の向きが図示のように設定されることにより、平面鏡４３と前記集光位置との間では上側に立ち上げられている。
【００３０】
テラヘルツパルス光Ｌ４の集光位置には、試料１を保持するホルダである試料ホルダ４５（図２及び図３参照、図１では省略）により、下面が水平面となるように保持された試料１の当該下面の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。なお、試料１の局所的な情報ではなく、例えば試料１の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光Ｌ４を局所的に集光することなく試料１の下面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。
【００３１】
ここで、前記試料ホルダ４５について、図２及び図３を参照して説明する。試料ホルダ４５は、試料保持面となる上面が水平面となるように筐体３に固定された載置台として、構成されている。試料ホルダ４５の中央付近には、開口４５ａが形成されている。この開口４５ａは、試料ホルダ４５の上面に載置することにより保持された試料１の下面の測定部位（所定領域）に対して入射して前記測定部位で反射するテラヘルツパルス光を、通過させる窓部となっている。この試料ホルダ４５によれば、上面に試料１を単に載置するだけで、試料１が重力で保持される。もっとも、本発明では、試料ホルダ４５は、このような構成に限定されるものではない。試料ホルダ４５は、所望の試料（対象物）１を保持することができるように構成すればよく、例えば、クリップを利用した周知の試料ホルダを用いてもよい。
【００３２】
再び図１及び図２を参照すると、試料１の下面の測定部位で反射されたテラヘルツパルス光Ｌ５は、窓４４を経て平面鏡４６で反射され、放物面鏡等の曲面鏡４７を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡４８により光伝導アンテナ３７に集光され、光伝導アンテナ３７によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。テラヘルツパルス光Ｌ５の光軸は、平面鏡４６の向きが図示のように設定されることにより、前記集光位置と平面鏡４６との間では下側に立ち下げられているが、平面鏡４６と光伝導アンテナ３７との間では水平面内にある。
【００３３】
平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、光伝導アンテナ３７で得られた電流信号が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５０（リミットスイッチ１９の接点をそのまま用いてもよい。）によって、電流−電圧変換器５１に選択的に入力される。したがって、光伝導アンテナ３７で得られた電流信号は、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料１で反射したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。
【００３４】
フェムト秒パルスレーザ４から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ１の繰り返し周期は、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーである。したがって、光伝導アンテナ２６から放射されるテラヘルツパルス光Ｌ４も、数ｋＨｚから１００ＭＨｚオーダーの繰り返しで放射される。本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光Ｌ５が繰り返しで到来することを利用して、ポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３との間に時間遅延を設けてテラヘルツパルス光Ｌ５の波形を計測する、いわゆるポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器としての光伝導アンテナ２６を作動させるポンプパルス光Ｌ２に対して、テラヘルツ光検出器としての光伝導アンテナ３７を作動させるタイミングを時間τだけ遅らせることにより、時間τだけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度を光伝導アンテナ３７で測定できる。言い換えれば、プローブパルス光Ｌ３は、光伝導アンテナ３７に対してゲートをかけていることになる。また、可動鏡３２を徐々に移動させることは、遅延時間τを徐々に変えることにほかならない。光路長可変用移動機構３８によってゲートをかけるタイミングをずらしながら、繰り返し到来するテラヘルツパルス光Ｌ５の各遅延時間τごとの時点の電場強度を検出器３７から電気信号として順次得ることによって、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を計測することができる。
【００３５】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）の計測時には、制御・演算処理部５４が、移動機構３８に制御信号を与えて、前記遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器５３からのデータを制御・演算処理部５４内の図示しないメモリに順次格納する。これによって、最終的に、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。なお、制御・演算処理部５４は、リミットスイッチ１９の信号を切替状態信号として受け、平面鏡８が図１中の実線で示す位置にある場合には、前述したポンプ−プローブ法を実現するべく、前述したように、可動鏡３２を図１中の左方向へ移動させる。
【００３６】
このような時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを、試料ホルダ４５上に試料１として参照試料（例えば、金属ミラーなどの、屈折率等が既知である部材）を載置した場合と観測試料（例えば、ウエハ等）を載置した場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、観測試料の所望の特性（情報）を求め、これをＣＲＴ等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、観測試料ａの複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、観測試料についてのみ時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００３７】
次に、平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合について、説明する。この場合、透過測定となり、フェムト秒パルス光Ｌ１は図１中の細い一点鎖線の光路を辿る。フェムト秒パルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ７で２つに分割されて、それぞれポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７になる。
【００３８】
ポンプパルス光Ｌ６は、平面鏡６１，６２、後述する窓６３、平面鏡６４及び集光レンズ６５を経て、テラヘルツ光発生器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ６６に入射する。なお、光伝導アンテナ６６に代えて電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ことは、言うまでもない。平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、バイアス電圧印加部５６からのバイアス電圧が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５７によって、光伝導アンテナ６６に選択的に印加される。光伝導アンテナ６６は、バイアス電圧が印加されている状態で、ポンプパルス光Ｌ６が入射されることにより励起されて、テラヘルツパルス光Ｌ８を発生する。
【００３９】
一方、プローブパルス光Ｌ７は、平面鏡６７〜７０、光路長可変用光学素子としての２枚もしくは３枚の平面鏡が組み合わされてなる可動鏡（平行折り返しミラー）７１、平面鏡７２、後述する窓７３、平面鏡７４、更には集光レンズ７５を経て、テラヘルツ光検出器としてのダイポールアンテナ等の光伝導アンテナ７６へ導かれる。なお、光伝導アンテナ７６に代えて電気光学結晶などの他のテラヘルツ光検出器を用いてもよいことは、言うまでもない。
【００４０】
プローブパルス光Ｌ２の光路上に配置された可動鏡７１は、前述した光路長可変用移動機構３８により図１中の左右方向に移動可能となっている。可動鏡７１は、取り付け部材７７を介して、移動機構３８の可動部３８ａに固定されている。可動鏡７１の移動量に応じて、プローブパルス光Ｌ７の光路長が変わる。すなわち、本実施の形態では、可動鏡７１及び光路長可変用移動機構３８が、プローブパルス光Ｌ７の光路長をポンプパルス光Ｌ６の光路長に対して相対的に変え得るようにする第２の光路長可変部を構成している。このように、光路長可変用移動機構３８の可動部には、前述した可動鏡３２のみならず可動鏡７１も固定されている。すなわち、本実施の形態では、前記第１及び第２の光路長可変部は、１つの光路長可変用移動機構３８を共有している。第２の光路長可変部も、前記第２の光路長可変部と同様の理由で設けられている。なお、本実施の形態では、可動鏡７１を移動機構３８のストロークのほぼ中心位置を初期位置としてそこから図１中の右方向へ移動させることにより、透過測定時のテラヘルツパルス光の時系列波形を得ることができるようになっている。時系列波形の取得順序は逆になるが、可動鏡３２を図１中の左方向へ移動させてもよい。
【００４１】
光伝導アンテナ６６から発生したテラヘルツパルス光Ｌ８は、放物面鏡等の曲面鏡７８を経て平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡７９及び後述する窓８０を経て集光位置に集光される。テラヘルツパルス光Ｌ８の集光位置には、試料２を保持するホルダである試料ホルダ８１（図３参照、図１では省略）により、両面が垂直となるように保持された試料２の当該下面の測定部位（所定の微小の領域）が配置される。なお、試料２の局所的な情報ではなく、例えば試料２の比較的広い領域の平均的な情報を得たり各局所的な情報の２次元分布を一括して得たりする場合には、テラヘルツパルス光Ｌ８を局所的に集光することなく試料２の面の比較的広い領域を照射するようにしてもよい。なお、試料ホルダ８１については後に説明する。
【００４２】
試料２を透過したテラヘルツパルス光Ｌ９は、後述する窓８２を経て、放物面鏡等の曲面鏡８３により平行光に変換された後、放物面鏡等の曲面鏡８４により光伝導アンテナ７６に集光され、光伝導アンテナ７６によりその電場強度が検出されて電流信号に変換される。なお、テラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の光軸は、全て水平面内にある。
【００４３】
平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、光伝導アンテナ７６で得られた電流信号が、前記リミットスイッチ１９に連動する切り替えスイッチ５０によって、電流−電圧変換器５１に選択的に入力される。したがって、光伝導アンテナ７６で得られた電流信号は、前述した反射測定の場合と同様に、電流−電圧変換器５１で電圧信号に変換された後、ロックイン増幅器５２により、バイアス電圧印加部５６からの前記参照信号と同期してロックイン検出される。ロックイン増幅器５２の出力信号は、試料２を透過したテラヘルツ光の電場強度の検出信号として、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換され、これがコンピュータ等からなる制御・演算処理部５４に供給される。
【００４４】
本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光Ｌ９が繰り返しで到来することを利用して、前述した反射測定の場合と同様に、ポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器としての光伝導アンテナ６６を作動させるポンプパルス光Ｌ６に対して、テラヘルツ光検出器としての光伝導アンテナ７６を作動させるタイミングを時間τだけ遅らせることにより、時間τだけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度を光伝導アンテナ７６で測定できる。言い換えれば、プローブパルス光Ｌ７は、光伝導アンテナ７６に対してゲートをかけていることになる。また、可動鏡７１を徐々に移動させることは、遅延時間τを徐々に変えることにほかならない。光路長可変用移動機構３８によってゲートをかけるタイミングをずらしながら、繰り返し到来するテラヘルツパルス光Ｌ９の各遅延時間τごとの時点の電場強度を光伝導アンテナ７６から電気信号として順次得ることによって、テラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を計測することができる。
【００４５】
本実施の形態では、この透過測定の場合も、前述した反射測定の場合と同様に、テラヘルツパルス光Ｌ９の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）の計測時には、制御・演算処理部５４が、移動機構３８に制御信号を与えて、前記遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器５３からのデータを制御・演算処理部５４内の図示しないメモリに順次格納する。これによって、最終的に、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（τ）を示すデータ全体をメモリに格納する。なお、制御・演算処理部５４は、リミットスイッチ１９の信号を切替状態信号として受け、平面鏡８が図１中の破線で示す位置にある場合には、ポンプ−プローブ法を実現するべく、前述したように、可動鏡７１を図１中の右方向へ移動させる。
【００４６】
このような時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを、試料２をテラヘルツパルス光Ｌ８の集光位置に置いた場合と置かない場合について取得する。制御・演算処理部５４は、これらのデータに基づいて、試料２の所望の特性（情報）を求め、これをＣＲＴ等の表示部５５に表示させる。例えば、制御・演算処理部５４は、公知の演算によって、試料２の複素誘電率を求め、これを表示部５５に表示させる。もっとも、例えば、試料２ついて時系列波形Ｅ（τ）を示すデータを得、当該時系列波形をフーリエ変換することで分光情報を得るだけでもよい。この場合、当該テラヘルツ光を用いた測定装置は分光装置となる。
【００４７】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、前述した要素４，６，２１〜２３，２５，２６，４１〜４３，４６〜４８，３１〜３３，３５〜３８によって、前記反射測定光学系が構成されている。また、前述した要素４，７，６１，６２，６４〜７２，７４〜７６，７８，７９，８３，８４によって、前記透過測定光学系が構成されている。このように、反射測定光学系及び透過測定光学系は、一つのフェムト秒パルスレーザ４を共有している。
【００４８】
ここで、反射測定光学系及び透過測定光学系の配置に着目すると、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ５の光路長と、透過測定光学系におけるテラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の光路長とが、異なっている。これは、透過測定光学系では、曲面鏡７９と曲面鏡８３との間に平面鏡を設置せずに試料２を置くのに対し、反射測定光学系では、曲面鏡４２と曲面鏡４７との間に平面鏡４３，４６を設置して試料１を置き、試料１で反射させているためである。すなわち、透過測定光学系では、測定時に試料２がテラヘルツパルス光Ｌ８，Ｌ９の水平光軸上に位置するのに対し、反射測定光学系では、テラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ５の水平光軸上に試料２を設置することが困難であるためである。本実施の形態では、このように反射測定光学系と透過測定光学系との間のテラヘルツパルス光の光路長の差異に応じて、フェムト秒パルスレーザ４から光伝導アンテナ２６，３７，６６，７６の各々に至る光路長を適切に設定している。
【００４９】
図１に示すように、反射測定光学系における光伝導アンテナ２６から光伝導アンテナ３７までのテラヘルツ光学系、及び、前記要素２５，３５，３６は、１つの定盤等の取り付けベース９１（図２も参照）に搭載されている。また、図１に示すように、透過測定光学系における光伝導アンテナ６６から光伝導アンテナ７６までのテラヘルツ光学系、及び、前記要素６４，６５，７４，７５は、取り付けベース９１とは別の取り付けベース９２（図２も参照）に搭載されている。なお、図１及び図２では、各要素を取り付けベース９１，９２に搭載するためのマウント部材の図示は省略している。
【００５０】
図１に示すように、筐体３内には、真空引き可能な１つのチャンバー１００が形成されている。図１において、１０１，１０２はこのチャンバーの壁部を示し、壁部１０１を示すラインと壁部１０２を示すラインとの間がチャンバー１００内の領域である。図面には示していないが、壁部１０１には、真空ポンプ（図示せず）等と接続可能な接続口を有し、当該真空ポンプ等によってチャンバー１００を真空引きしたりパージしたりできるようになっている。筐体３内の領域のうちチャンバー１００外の領域は、大気領域である。なお、図３からも理解できるように、筐体３を形成する部材の一部とチャンバー１００を形成する部材の一部とは、共通化されている。
【００５１】
取り付けベース９１，９２及びこれらにそれぞれ搭載された各要素は、図１に示すように、チャンバー１００内に収容されている。チャンバー１００内に収容されている。取り付けベース９１，９２は、それぞれネジ等により筐体３に対して着脱可能に設けられている。一方、筐体３内に収容された要素のうち、取り付けベース９１，９２に搭載されていない要素は、チャンバー１００外の大気領域に配置されている。
【００５２】
前記窓２４，３４，６３，７３は、図１に示すように、壁部１０１に設けられているが、筐体３の外部には臨んでいない。前記窓４４は、図２に示すように、壁部１０１に設けられ、筐体３の外部に臨んでいる。図１に示すように、筐体３の上部には、外部上方に開口した凹部１１０が形成されている。この凹部１１０の壁部は前記チャンバー１００の壁部１０２で構成され、凹部１１０はチャンバー１００の外側から凹んでいる。図１において、壁部１０２を示すラインにより囲まれた領域は、凹部１１０内の領域であり、大気領域である。前記窓８０，８２は、図１及び図３に示すように、凹部１１０を挟んで対向するように、この壁部１０２に設けられている。これにより、前記窓８０，８２は、筐体３の外部に臨んでいる。
【００５３】
前記窓２４，３４，６３，７３，４４，８０，８２を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、石英、ポリメチルペンテン、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＯ、ポリテトラフルオロエチレン、ダイヤモンドなどを挙げることができる。これらの材料は、機械的な強度及びテラヘルツパルス光の透過率が比較的高いので、好ましい。
【００５４】
前記試料ホルダ８１は、図３に示すように、凹部１１０に着脱可能に構成されている。本実施の形態では、具体的には、試料ホルダ８１は、保持板１２１と、試料２を保持板１２１との間に挟持する板ばね状のクリップ１２２と、保持板１２１の上端に設けられた係合板１２３と、係合板１２３の上部に設けられた取手１２４と、から構成されている。係合板１２３は、凹部１１０の上部開口部付近に形成された段部に係合するようになっており、保持板１２１を凹部１１０内に挿入して係合板１２３を前記段部に係合させると、保持板１２１に保持された試料２が、前述したテラヘルツパルス光Ｌ８の焦点位置に位置するようになっている。保持板１２１の中央付近には、テラヘルツパルス光Ｌ８を妨げないように、開口１２１ａが形成されている。
【００５５】
本実施の形態によれば、反射測定光学系及び透過測定光学系を有しているので、試料で反射されたテラヘルツパルス光による反射測定、及び、試料を透過したテラヘルツパルス光による透過測定の両方を行うことできる。そして、本実施の形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系が１つの筐体３内に収容されているので、装置全体の低価格化を図ることができるとともに、装置全体として占有空間を抑えることができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系が１つのフェムト秒パルスレーザ４を共有しているので、フェムト秒パルスレーザは非常に高価であることから、フェムト秒パルスレーザを各光学系に対して１つずつ設ける場合に比べて、著しくコストを低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００５７】
さらに、本実施の形態では、ポンプ−プローブ法で不可欠な前記第１及び第２の光路長可変部が１つの光路長可変用移動機構３８を共有しているので、高精度の移動機構は非常に高価であることから、移動機構を各光路長可変部にそれぞれ設ける場合に比べて、著しくコストを低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００５８】
測定等の対象となる対象物以外の余分な分子等の物質がテラヘルツパルス光の光路中に存在すると、精度の良い測定や所望の測定などを行うことができない。これに対し、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツ光学系及び透過測定光学系におけるテラヘルツ光学系が、真空引き可能なチャンバー１００内に収容されているので、測定時にこれらのテラヘルツ光学系を真空中に置いたり、チャンバー１００内をパージ（例えば、チャンバー１００内の気体を清浄なパージ用のガス（例えば、乾燥窒素）で満たすなど）することができる。このため、本実施の形態によれば、余分な分子等の影響を除去した状態で測定を行うことができ、精度の良い測定や所望の測定を行うことができる。なお、チャンバー１００内をパージする場合、外部からチャンバー１００内にパージ用のガスを導入し続けるとともに内部からガスを排気し続けてもよいし、チャンバー１００内を一旦真空にした後に内部にパージ用のガスを充満させ密封状態に保ってもよい。
【００５９】
そして、本実施の形態では、反射測定光学系におけるテラヘルツ光学系及び透過測定光学系におけるテラヘルツ光学系がそれぞれ別の真空引き可能なチャンバーに収容されるのではなく、１つのチャンバー１００内に収容されている。したがって、本実施の形態によれば、各測定光学系のテラヘルツ光学系を別々のチャンバー内に収容する場合に比べて、装置の構造が簡単となるとともに、真空引きやパージのための設備や手数を低減することができる。
【００６０】
１つのフェムト秒パルスレーザ４の共有は光路切り替え部５によって実現されているが、本実施の形態では、光路切り替え部５が、チャンバー１００外の大気領域の光学系を構成している平面鏡８を用いているので、特別な構造を採用しなくても、チャンバー１００内の真空やパージの漏れを引き起こすおそれがない。光路切り替えを、チャンバー１００内の光学素子を用いた光路切り替え部で実現しようとすれば、チャンバー１００内の光学素子を可動にする必要がある。しかし、チャンバー１００内の漏れを引き起こすことなく当該光学素子を可動にすることは、構造上難しい。また、前記窓２４，３４，６３，７３が設けられていることで、チャンバー１００内外の光学系の切り分けが可能となっており、これにより、光路切り替え部５をチャンバー１００外に置く配置が実現されている。また、窓２４，３４，６３，７３が設けられていることで、チャンバー１００を真空破壊等することなく透過測定及び反射測定の両方が可能になり、精度良く調整されたテラヘルツ光学系は、チャンバー１００内でそのままの状態を保つことができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、光路切り替え部５が１枚の平面鏡８とこれを移動させる移動機構９で構成されているので、構造が簡単であり、コストの増大を招くことなく、高い精度で光路切り替えを実現することができる。さらに、本実施の形態では、光路切り替え部５の操作部１０が筐体３の外部から操作し得るように配置されているので、光路切り替えの操作性、すなわち、反射測定と透過測定との切り替えの操作性が良い。
【００６２】
さらに、本実施の形態では、前記窓４４を用いることで、試料ホルダ４５がチャンバー１００外に配置されているので、反射測定時に、試料１を交換する度にチャンバー１００内を真空破壊等することがなくなり、試料１を容易に交換することができるため、迅速かつ安定した測定結果が得られる。
【００６３】
さらにまた、本実施の形態では、前記凹部１１０を採用し前記窓８０，８２を用いることで、試料ホルダ８１がチャンバー１００外に配置されているので、透過測定時に、試料２を交換する度にチャンバー１００内を真空破壊等することがなくなり、試料２を容易に交換することができるため、迅速かつ安定した測定結果が得られる。この点は、透過測定のみを行うように構築したテラヘルツ光を用いた測定装置についても同様である。
【００６４】
また、本実施の形態では、反射測定光学系のテラヘルツ光学系及び透過測定光学系のテラヘルツ光学系が、それぞれ１つずつの取り付けベース９１，９２に搭載され、これらの取り付けベース９１，９２が筐体３に対してそれぞれ着脱可能に設けられているので、反射測定光学系のテラヘルツ光学系と透過測定光学系のテラヘルツ光学系とを、予め別々に組み立てて位置調整した後に、これらを筐体に対して設けることができるので、これらのテラヘルツ光学系を精度良く位置調整することができ、しかも、その組立・調整作業が容易となる。また、反射測定のみを行う装置や透過測定のみを行う装置を構築する場合には、不要な方の光学系を搭載した取り付けベースを筐体３に設けないことで、当該装置を構築することができ、そのような単一測定用装置との部品ブロックの共通化や組立・調整作業の共通化を図ることができ、より低価格化を実現することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、切り替えスイッチ５７を設けることで、１つのバイアス電圧印加部５６を、光伝導アンテナ２６用及び光伝導アンテナ６６用に用いている。したがって、バイアス電圧印加部５６が１つで済むので、コストをより低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００６６】
さらにまた、本実施の形態では、切り替えスイッチ５０を設けることで、１組の制御・処理系５１〜５５を、透過測定及び反射測定の両方で共用している。したがって、制御・処理系が１組で済むので、コストをより低減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００６７】
［第２の実施の形態］
【００６８】
透過測定光学系及び反射測定光学系の光路切り替え機構は、上述した実施の形態に限ることなく、図５には第２の実施の形態を示す。
【００６９】
図５に示すように、光路切り替え機構（部材）は、パルスレーザ４とビームスプリッタ７及び２１との間の光路中に配置されたハーフミラー２００と第１遮光シャッタ２０１と第２遮光シャッタ２０２とから構成されている。更に、不図示の計測処理部は、反射測定及び透過測定の測定シーケンス及び解析処理を司り、図１の回路ブロック図に示す各回路を制御するマイクロコンピュータから構成されている。本実施の形態では、図１の回路ブロック図に示す各回路はそれぞれ反射測定用及び透過測定用に設けられている。
【００７０】
具体的には、フェムト秒パルスレーザ４からのフェムト秒パルス光Ｌ１が、ハーフミラー２００により分岐された以降の光路に第１遮光シャッタ２０１及び第２遮光シャッタ２０２を選択的に挿脱すれば、上述の実施の形態と同様に透過測定及び反射測定が可能である。
【００７１】
計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を遮光状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を透過状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ２１に導き、反射測定光学系にポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３とを導き、テラヘルツ光による反射測定を実行する（第１測定モード）。
【００７２】
逆に、計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を透過状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を遮光状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ７に導き、透過測定光学系にポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７とを導き、テラヘルツ光による透過測定を実行する（第２測定モード）。
【００７３】
更に、計測処理部は、第１遮光シャッタ２０１を透過状態に制御し、かつ第２遮光シャッタ２０２を透過状態に制御することで、フェムト秒パルス光Ｌ１をビームスプリッタ７及び２１に導き、そして、反射測定光学系にポンプパルス光Ｌ２とプローブパルス光Ｌ３とを導き且つ透過測定光学系にポンプパルス光Ｌ６とプローブパルス光Ｌ７とを導き、テラヘルツ光による反射測定及び透過測定を同時に実行する（第３測定モード）。
【００７４】
具体的には、これら第１遮光シャッタ２０１及び第２遮光シャッタ２０２は、フェムト秒パルスレーザ４とビームスプリッタ７及び２１との間に配置され、駆動モータ２０３及び２０４によって駆動される。光路切り替え用操作部１０の切り替え動作は、第１測定モードから第３測定モードの３つのポジションを取ることができる。駆動モータ２０３及び２０４は、光路切り替え用操作部１０の切り替え動作に応じて、第１測定モードから第３測定モードに対応する制御信号によって駆動される。
【００７５】
また、上記第２の実施の形態の変形例としては、下記のように第２の実施の形態で必要としていた第１及び第２遮光シャッタ２０１，２０２と、駆動モータ２０３，２０４とを必要としない。
【００７６】
具体的には、図６に示すように、光路切り替え部材として全反射ミラー８とハーフミラー２００とを保持するミラーボックス２０５は、反射測定光学系及び透過測定光学系の光路を形成する平面に対して垂直方向に可動するように構成する（図５の紙面に垂直方向）。
【００７７】
ミラーボックス２０５は、光路切り替え操作部材によって手動操作されたり、又は不図示の駆動モータによって自動的にモード切り替え制御信号に応じて駆動される。
【００７８】
図６に示すようにミラーボックス２０５の全反射ミラー８が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路から外れている場合には、透過測定光学系による測定が行われる（第２測定モード）。
【００７９】
また、全反射ミラー８が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路中に挿入された場合には、反射測定光学系による測定が行われる（第１測定モード）。
【００８０】
また、ハーフミラー２００が、フェムト秒パルス光Ｌ１の光路中に挿入された場合には、透過及び反射測定光学系による両測定が行われる（第３測定モード）。
【００８１】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００８２】
例えば、前記実施の形態は、本発明をテラヘルツ光を用いた複素誘電率等の測定装置に適用した例であったが、本発明は、テラヘルツ光を用いた他の種々のテラヘルツ光を用いた測定装置に適用することができる。
【００８３】
また、前記実施の形態では、各テラヘルツ光発生器として、光伝導アンテナ２６，６６を用いる代わりに、電気光学結晶をそれぞれ用いてもよい。また、各テラヘルツ光検出器として、光伝導アンテナ３７，７６を用いる代わりに、電気光学結晶をそれぞれ用いてもよい。この場合、例えば、テラヘルツパルス光Ｌ４，Ｌ８が試料１，２の２次元領域をそれぞれ照射するようにし、テラヘルツパルス光Ｌ５，Ｌ９が各電気光学結晶の２次元領域を照射するようにし、各プローブパルス光を偏光子で偏光させて各電気光学結晶の前記２次元領域を照射し、各電気光学結晶を通過したプローブパルス光を検光子で検光した後に各ＣＣＤカメラで受光するようにしてもよい。この場合、一方のＣＣＤカメラによりテラヘルツパルス光の試料反射像に相当する像を得ることができるとともに、他方のＣＣＤカメラによりテラヘルツパルス光の試料透過像に相当する像を得ることができる。このとき、ＣＣＤカメラは、大気領域に配置してもよい。このように、本発明は、イメージ化装置にも適用することができる。なお、この場合、ＣＣＤカメラを単一とし、光路切り替え部５と同様の光路切り替え部を用いて、一方の電気光学結晶を通過して検光子で検光されたプローブパルス光と、他方の電気光学結晶を通過して検光子で検光されたプローブパルス光とを、切り替えて当該ＣＣＤカメラに入射させることも、可能である。なお、前述したイメージ化装置のようにポンプ−プローブ法を用いない場合には、前述した第１及び第２の光路長可変部は必ずしも必要ではない。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透過測定及び反射測定の両方を行うことができ、しかも、コスト及び占有空間を低減することができるテラヘルツ光を用いた測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のＡ矢視の概略図である。
【図３】図１に示すテラヘルツ光を用いた測定装置の透過測定光学系及び反射測定光学系を収容した筐体等を示す外観図である。
【図４】図３中のＢ部付近を切り出して示す概略斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置の一部を模式的に示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光を用いた測定装置の変形例の要部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１，２  試料（対象物）
３  筐体
４  フェムト秒パルスレーザ（パルス光発生部）
５  光路切り替え部
８  平面鏡（光路切り替え用光学素子）
９  光路切り替え用移動機構
１０  光路切り替え用操作部
２６，６６  光伝導アンテナ（テラヘルツ光発生器）
３２，７１  可動鏡（光路長可変用光学素子）
３７，７６  光伝導アンテナ（テラヘルツ光検出器）
３８  光路長可変用移動機構
４５，８１  試料ホルダ
１００  真空引き可能なチャンバー
１０１，１０２  真空引き可能なチャンバーの壁部
９１，９２  取り付けベース
２４，３４，４４，６３，７３，８０，８２  窓
【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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