(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲートパルス光発生手段と，測定光発生手段と，測定光を検出する光検出手段とデータ処理手段とを備え，
ゲートパルス光および測定光はいずれも可干渉性の光であって，ゲートパルス光のパルス幅は測定光の周期より短いものであり，ゲートパルス光を光検出手段に照射して発生するキャリアに基づく物理量を測定し，該物理量に基づいて該測定光の電界を測定するものであって，
該光検出手段は一対の電極を複数備え，それぞれの一対の電極の間隙に照射するゲートパルス光の光路差が異なるものであり，各電極の間隙に生じる物理量を一回のゲートパルス光の照射で複数光路差のサンプリングデータとして取得することにより測定光の電界を測定し、
該データ処理手段は，該測定データを保持するデータ保持部を備え，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界の測定データを保持し，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界を比較することにより試料の複素屈折率を求めることを特徴とする複素屈折率測定装置。
【請求項２】
データ処理装置は，フーリエ変換手段を備え，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光についての電界の波形を求め，該波形をフーリエ変換し，それぞれのフーリエ変換に基づいて複素屈折率を求めることを特徴とする請求項１に記載の複素屈折率測定装置。
【請求項３】
該複数の一対の電極にゲートパルス光を検出電極の面に対して斜め方向から照射することによりそれぞれの一対の電極間の間隙に光路差を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の複素屈折率測定装置。
【請求項４】
ゲートパルス光発生手段と，測定光発生手段と，測定光を検出する光検出手段とデータ処理手段とを備え，
ゲートパルス光および測定光はいずれも可干渉性の光であって，ゲートパルス光のパルス幅は測定光の周期より短いものであり，ゲートパルス光を光検出手段に照射して発生するキャリアに基づく物理量を測定し，該物理量に基づいて該測定光の電界を測定するものであって，
該光検出手段は，該一対の電極を複数備え，それぞれの一対の電極の間隙に照射するゲートパルス光の光路差が異なるものであり，各電極の間隙に生じる物理量を一回のゲートパルス光の照射で複数光路差のサンプリングデータとして取得することにより測定光の電界を測定し、
該データ処理手段は，該測定データを保持するデータ保持部を備え，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界の測定データを保持し，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界を比較することにより試料の複素屈折率を求めることを特徴とする複素屈折率測定方法。
【請求項５】
データ処理装置は，フーリエ変換手段を備え，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光についての電界の波形を求め，該波形をフーリエ変換し，それぞれのフーリエ変換に基づいて複素屈折率を求めることを特徴とする請求項４に記載の複素屈折率測定方法。
【請求項６】
該複数の一対の電極にゲートパルス光を検出電極の面に対して斜め方向から照射することによりそれぞれの一対の電極間のギャップに光路差を生じさせることを特徴とする請求項４又は５に記載の複素屈折率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は光波形測定装置とその測定方法，および複素屈折率測定装置およびその測定方法，およびそのプログラムを記録したコンピュータプログラム記録媒体に関するものである。特に，テラヘルツ電磁波より短い波長の電磁波の実時間の電界波形を測定するものであり，特に近赤外線領域の光より波長の短い光の電界を測定する装置と方法に関するものである。また，本発明は光の電界を測定し，
その測定結果に基づいて試料の複素屈折率を求める複素屈折率測定装置に関するものである。さらに，その電界波形のデータに基づいて試料の複素屈折率を求めるプログラムを記録したコンピュータプログラム記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来，近赤外線領域の電磁波の波長より短い波長の光領域の電磁波は時間変化している電界の波形を観測することはできず，その強度のみが測定できた。また，光に対する物質の屈折率，吸収係数の測定は楕円偏光解析法（エリプソメトリー）を用いて行なわれていた。【０００３】  上記のように，近赤外線領域の電磁波より短い波長の光領域では，その強度の時間変化が測定されていたが，電界の時間変化を表す波形を観測することは不可能であった。【０００４】  また，従来行なわれていた楕円偏光解析法による物質の屈折率および吸収係数の測定は，波長掃引と偏光子回転を行なうため，測定に膨大な時間がかかる上に，操作も煩雑なものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は，近赤外線領域の電磁波の波長の短い光領域の電磁波に対して電界を測定し，その時間変化する波形を出力することを目的にする。また，テラヘルツ電磁波もしくはそれより波長の短い光の波長領域の電磁波の電界波形の測定結果をもとに，複素屈折率を容易に求めることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  図１８は，従来行なわれていたテラヘルツ電磁波の電界の波形を測定した例である。実線は試料を通過しないテラヘルツ電磁波を測定したものであり，点線は試料を通過したテラヘルツ電磁波についてのものである。図１８はテラヘルツ電磁波の電界の実時間での変化である波形を表している。このような，試料を透過しない測定光と試料を通過した測定光の電界の波形を光領域の電磁波について求めれば，その波形の変化に基づいて物質の複素屈折率を求めることができる。さらに，その複素屈折率をもとに物質の屈折率ｎおよび吸収係数αを求めることができる。【０００７】  図１８は波長の長いテラヘルツ電磁波の波形であるが，本発明は近赤外線の波長領域より短い波長の光領域の電磁波に対して波形を観測できるようにした。また，本発明はテラヘルツ電磁波もしくはそれより波長の短い光の波長領域の電磁波の電界の時間変化を表す波形（以後単に，電界の波形と称する）の測定結果をもとに，その光に対する物質の複素屈折率，屈折率，吸収係数を求めるようにした。【００１２】  また，本発明の複素屈折率測定装置は，ゲートパルス光発生手段と，測定光発生手段と，測定光を検出す光検出手段とデータ処理手段とを備える。また，ゲートパルス光および測定光はいずれも可干渉性の光であって，ゲートパルス光を光検出手段に照射して発生するキャリアに基づく物理量（電流，電圧等）を測定し，その物理量に基づいて，該測定光の電界を測定し，測定データを保持する手段を備える。そして，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界を実時間で測定し，その振幅および位相の変化を求め，その変化に基づいて試料の複素屈折率を測定するようにした。さらに，複素屈折率をもとに試料の屈折率ｎおよび吸収係数αを一回の測定で求めるようにした。【００１３】
さらに，本発明の複素屈折率測定方法は，ゲートパルス光発生手段と，測定光発生手段と，測定光を検出する光検出手段とデータ処理手段とを備え，ゲートパルス光および測定光はいずれも可干渉性の光であって，ゲートパルス光のパルス幅は測定光の周期より短いものであり，ゲートパルス光を光検出手段に照射して発生するキャリアに基づく物理量を測定し，該物理量に基づいて該測定光の電界を測定するものであって，該データ処理手段は，該測定データを保持するデータ保持部を備え，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界の測定データを保持し，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の電界を比較することにより試料の複素屈折率を求めるようにした。
【００１４】  さらに，本発明のコンピュータプログラム記録媒体は，測定光の波形の電界の測定データがフーリエ変換されたデータを入力するプログラムと，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光のそれぞれのフーリエ変換に基づいて複素屈折率を求めるプログラムを備え，測定光の電界波形の測定データに基づいて試料の複素屈折率をコンピュータにより求めるようにした。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば，近赤外線領域より波長の短い光領域の電磁波に対して電界の波形を容易に観測することができる。そのため，そのような光に対する試料の複素屈折率，屈折率，吸収係数を容易に正確に測定することが可能になる。【００１６】  また，検出器に電極を複数配設した場合には，１回の測定周期において測定光の電界波形の異なる位相での電界の複数のサンプリングデータを一回のゲートパルス光の照射で測定することが可能になる。【００１７】  また，試料の平面内での各点での複素屈折率，屈折率，吸収係数を容易に求めることができるので，試料の平面内での均一性を容易に判定することができるようになる。測定光が試料を透過しない場合にもその複素屈折率を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】［図１］本発明の実施の形態１を示す図である。
［図２］本発明の検出器の実施の形態を示す図である。
［図３］本発明を実現するためのゲートパルス光のパルス幅の説明図である。
［図４］本発明の実施の形態２を示す図である。
［図５］本発明の実施の形態２のシステム構成を示す図である。
［図６］本発明の実施の形態２のデータ処理装置の構成を示す図である。
［図７］本発明の実施の形態２のデータ処理装置のフローチャートを示す図である。
［図８］本発明の実施の形態３を示す図である。
［図９］本発明の実施の形態４であって，複数光路差について一回のゲートパルス光照射で測定する方法１を示す図である。
［図１０］本発明の実施の形態４のデータ処理装置の構成を示す図である。
［図１１］本発明の実施の形態４であって，複数光路差について一回のゲートパルス光照射で測定する方法２を示す図である。
［図１２］本発明の実施の形態４のデータ処理装置のフローチャートを示す図である。
［図１３］本発明の実施の形態５を示す図である。
［図１４］本発明の実施の形態５のデータ処理装置のフローチャートを示す図である。
［図１５］本発明に係るテラヘルツ電磁波の発振機構を説明する図である。
［図１６］本発明に係る半導体結晶に照射するレーザの偏光角度を説明する図である。
［図１７］本発明の検出器による検出結果を示す図である。
［図１８］課題を解決するための手段の説明図である。
【符号の説明】
【００１９】  １：パルス光源，２：測定光源，３：検出器，４：測定器，１０：可動ミラー，１１：反射鏡，１２：半透明鏡，１４：ミラー駆動源，１５：ミラー駆動装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  図１は本発明の光波形測定装置と複素屈折率測定装置の実施の形態１であり，本発明の原理的な実施の形態を示す。図１において，１はパルス光源であり，ゲートパルス光発生手段である。パルス光源１は，ゲートパルス光を発生するものであり，コヒーレントな性質をもつ可干渉性の光（以下コヒーレンス光と称する）を発生する。パルス光源１の発生するゲートパルス光をパルス光Ａとする。例えば，波長が５００−８００ｎｍでパルス幅が１０ｆｓのパルス光である。パルス光源としては，チャープ補償ミラーにより波長７００−９５０ｎｍでパルス幅５ｆｓ程度のパルスを生成できる。また，非同軸光パラメトリック増幅器（ＮＯＰＡ）により波長４５０−７００ｎｍでパルス幅４ｆｓ以下，波長７００−１６００ｎｍでパルス幅１０ｆｓ以下のパルスを生成できる。あるいは，軟Ｘ線領域ではパルス幅が１ｆｓ以下のレーザパルスを得ることができ，これらを使用することができる。２は測定光源であって，測定光発生手段である。測定光源２はコヒーレンスのある測定光を発生するものである。測定光は連続発振レーザ光もしくはパルス光源１のパルス光Ａと相関性のあるコヒーレント光である。測定光がパルス光の場合，そのパルス光をパルス光Ｂとする。パルス光Ｂは，例えば，波長１．２−１０μｍの範囲で，例えば２μｍであり，パルス幅は２００ｆｓ等のコヒーレントなものである。【００２１】  ３は検出器であって，光検出手段である。検出器３はパルス光Ａが照射された時，パルス光Ａによりキャリアを発生するものである。検出器３は，測定光源２から発生する測定光を照射され，パルス光Ａをゲート光として生じるキャリアが測定光の電界に応答して生じる物理量（電流，電圧等）を測定されるものである。そして，物理量を測定光の電界の波形のサンプリングデータとして検出する。４は測定器であって，検出器３で検出した測定光の電界を測定するものである。【００２２】  １０は可動ミラーであって，パルス光Ａの光路長を連続的に変化させるものである。１１は反射鏡である。１２は半透明鏡である。１５はミラー駆動装置であり，可動ミラー１０を移動させるものである。１４は可動ミラー１０のミラー駆動源である。２０は複素屈折率の測定対象の試料である。【００２３】  図１の構成において，測定光源２で発生した測定光は半透明鏡１２で反射し，検出器３を照射する。パルス光源１から発生するゲートパルス光であるパルス光Ａは，可動ミラー１０および反射鏡１１で反射し，半透明鏡１２を透過して検出器３に入射される。パルス光Ａの照射で検出器３に生成されたキャリアは，測定光の電界の大きさに応じた電流を生じ，測定器４で検出される。ミラー駆動源１４とミラー駆動装置１５により可動ミラー１０を連続的に移動することによりパルス光Ａのパルス光源１から検出器３にいたる光路長を連続的に変化させることで，測定器４において，ゲートパルス光であるパルス光Ａでサンプリングされる測定光の電界を連続的に測定できる。本発明を光波形測定装置として使用する場合には，測定器４において，そのようにして観測した測定光の波形を出力する。さらに，本発明の装置を複素屈折率測定装置として使用する場合には，試料を通過しない測定光の波形と，通過しない測定光の波形に基づいてその振幅と位相の変化を計算により求め，試料の複素屈折率ｐを求める。さらにその複素屈折率に基づいて屈折率ｎ，消衰係数κと吸収係数αを求める。【００２４】  図２（ａ）は本発明で使用する検出器の例を示す。図２（ａ）において，３は検出器である。３１，３１’は電極である。３３は基板である。３４は光伝導層である。４１はパルス光Ａであって，電極３１と３１’の間のギャップ３２を照射するものである。４２は測定光である。【００２５】  図２（ｂ）は検出器の断面図である。３３は基板であって，例えば半絶縁性のＧａＡｓである。３４は光伝導層であって，例えば低温成長で生成したＧａＡｓである。その他，光伝導層としては，ＧａＳｂ，低温成長ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ等でも良い。あるいは別の基板に，銅酸化物（例えば，Ｓｒ２ＣｕＯ３，ＳｒＣｕＯ２，Ｓｒ２ＣｕＯ３Ｃｌ３等）等の酸化物を成長させて，光伝導層としてもよい。３１は電極であって，例えばＡｕである。図２（ｃ）は検出器３の平面図である。３は検出器である。３１，３１’は電極である。３２はギャップであり，間隔は約５μｍ以下である。３５は電流計である。【００２６】  図２（ａ）において，測定光が照射されている状態において，測定光の波長より時間幅の狭いパルス光Ａが照射されるとき，パルス光Ａの照射により光伝導層３４に発生したキャリアのためにパルス光Ｂの電界の強さに応じた電流が電極３１と３１’に流れる。その電流を測定することによりパルス光Ａをゲートパルス光としたサンプリングされた測定光の電界を測定できる。パルス光Ａの照射する時刻を連続的に変えることにより測定光の電界の時間変化（波形）を観測することができる。【００２７】  図２（ａ），（ｂ）および（ｃ）において，時刻ｔの測定光の振幅をＥ（ｔ），パルス光Ａにより基板に発生するキャリア密度をＮ（ｔ）としたとき，時刻ｔの検出電流ｊは次のように表される。【００２８】
0004793681.tif 000002
【００２９】  図３（ａ），（ｂ）は本発明を実現するために必要なゲートパルス光のパルス幅を評価したものである。図３（ａ）は，パルス光Ａにより発生したキャリア密度の時間変化の例を示す。横軸は時間（秒）である。図３（ａ）のグラフのキャリア密度Ｎ（ｔ）（縦軸）と時間（横軸）の関係は次の式で近似できる。【００３０】
0004793681.tif 000003
【００３１】  ここで，Δｔはパルス光Ａの幅である。検出電流の時間応答ｊ（ｔ）のフーリエ変換は
ｊ（ω）∝Ｅ（ω）Ｎ（ω）        （３）
とかける。このことから，本発明の方法がどの周波数の光に感度を有するかは，Ｎ（ω）を評価すればよいことがわかる。ここで，【００３２】
0004793681.tif 000004
【００３３】
0004793681.tif 000005
【００３４】  である。図３（ｂ）は，パルス光Ａのパルス幅Δｔをパラメータにして，Ｎ（ω）を計算したものである。【００３５】  横軸は周波数（Ｈｚ）であり，例えば，横軸の３×１０１４は３００ＴＨｚであって，波長１μｍの光領域の電磁波の振動数を表す。Ａはパルス幅Δｔ＝１５ｆｓ，Ｂはパルス幅Δｔ＝５ｆｓの場合である。通常，少なくとも電流が一桁落ちるまで測定可能なので，Δｔ＝１５ｆｓで，振動数が１００ＴＨｚの近赤外線領域まで本発明の方法により電界を測定できることがわかる。また，パルス幅Δｔが５ｆｓの場合には，２５０ＴＨｚの可視光に近い付近までの光に対する電界を実時間で観測できることがわかる。【００３６】  図４は本発明の光波形測定装置および複素屈折率測定装置の実施の形態２である。図４において，Ｓはレーザ光源であり，例えば，波長８００ｎｍ，パルス幅１３０ｆｓ（全値半幅），繰り返し周波数１ＫＨｚ，出力１ｍＪである。１はパルス光源であって，パルス光Ａを生成するものであり，オプティカル・パラメトリック・アンプである。例えば，ノンコリニア・オプティカル・パラメトリック・アンプであって，レーザ光源Ｓの出力光をもとに波長４５０−１６００ｎｍ，パルス幅１０−５０ｆｓのパルス光Ａを生成する。２は測定光源であって，オプティカル・パラメトリック・アンプであり，レーザ光源Ｓの出力光をもとに測定光を生成するものである。以下測定光が，可干渉性のパルス光Ｂである場合について説明する。例えば，パルス光Ｂは波長１．２−１０μｍ，パルス幅２００ｆｓのパルス光である。パルス光Ｂのパルス幅は１ｐｓ程度でも測定できる。【００３７】  ３は検出器である。７，１２は半透明鏡である。８，１１は反射鏡である。１０は可動ミラーである。１４はミラー駆動源である。１５はミラー駆動装置である。２０は試料である。５２は高感度増幅器であって，例えば，ロックインアンプ，ボックスカー積分器等である。ゲートパルス光の繰り返し周波数が高い場合（１００ＭＨｚ等）には，ロックインアンプが有効であるが，繰り返し周波数が低い場合（１ｋＨｚ等）ではボックスカー積分器で良い。あるいは，サンプルホールド回路と積分回路を使用して高増幅率低雑音で増幅するようにしたものでも良い。以下，ロックインアンプの場合を例として説明する。ボックスカー積分器を使用する場合には，チョッパーはなくても良い。５３は観測装置であって，波形を観測するものである。５４はデータ処理装置であって，測定光の測定された波形をもとに振幅，位相を求めるデータ処理あるいはフーリエ変換する等を行ない，試料２０の複素屈折率を求めるものである。５５は電流増幅器である。【００３８】  図４の構成の動作を説明する。レーザ光源Ｓの出力光は半透明鏡７を透過して，パルス光源１に入射される。パルス光源１は，レーザ光源Ｓの出力光をもとに，例えば波長４５０−１６００ｎｍ，パルス幅１０−５０ｆｓのパルス光Ａを生成する。パルス光Ａは可動ミラー１０で反射し，さらに反射鏡１１で反射して半透明鏡１２を通過して，検出器３のギャップ部分を照射する。【００３９】  一方，レーザ光源Ｓの出力光は，半透明鏡７と反射鏡８で反射し，測定光源２に入射される。測定光源２は，レーザ光源Ｓの出力光をもとに，例えば波長１．２−１０μｍ，パルス幅２００ｆｓのパルス光Ｂを生成する。測定光のパルス幅はこれに限定されるものでなく，１ｐｓ程度以上でも可能である。パルス光Ｂは，半透明鏡１２で反射して，検出器３のキャップ部分に照射される。【００４０】  パルス光Ａが検出器３を照射した時，図２で説明したように，検出器３の電極ギャップ部分にキャリアが生成され，その時に照射されるパルス光Ｂの電界強度に応じた電流が電極３１と３１’の間に流れる。可動ミラー１０をミラー駆動源１４により連続的に掃引することにより，パルス光源１と検出器３の間の光路長が連続的に変わり，パルス光Ａのギャップ部分の照射時刻が連続的に変化する。このように，パルス光Ａのギャップ部分を照射するパルス光Ｂに対するタイミングを連続的に変えることにより，それぞれの照射時刻でのパルス光Ｂの電界のサンプリングデータを得ることができる。【００４１】  測定光源２から出力されるパルス光Ｂを，例えばチョッパー駆動装置５１により周期的にチョップすることにより，その周期を参照信号としてロックインアンプ５２で検出器３の出力を低ノイズで高感度に観測できる。ロックインアンプ５２の出力をデータ処理装置５４で保持し，保持されたサンプリングデータをもとに波形を再現する処理をすることにより観測装置５３で波形を表示することができる。【００４２】  データ処理装置５４は，ロックインアンプ５２から出力される観測データを入力する。試料２０を通過しないパルス光Ｂの観測波形と試料２０を通過したパルス光Ｂの観測波形の波形データを比較し，試料の複素屈折率ｐを計算で求める。さらに，その複素屈折率の実部から測定光に対する試料の屈折率ｎおよびその虚部（消衰係数）から試料の吸収係数αを計算により求めることができる。なお，本発明の複素屈折率測定装置は，近赤外線の波長領域より短い波長の電界波形に限られるものではなく，遠赤外線の波長領域より長い波長のテラヘルツ電磁波等のものであっても良い。【００４３】  図４のシステムで，試料表面の反射により複素屈折率を求める場合には，検出器の位置を試料で反射した測定光が検出器に入射されるように各光路が定まるようにシステムを構成する。試料を置く位置に測定光をほぼ完全に反射するような反射鏡（銀，金，アルミニューム等の高反射率の反射鏡）を配置し，試料で反射した測定光と反射鏡で反射した測定光での実時間での観測波形を透過光の場合と同様に比較し，試料の複素屈折率を求める。【００４４】  図５は本発明の実施の形態のシステム構成である。図５において，３は検出器である。１０は可動ミラーである。１４はミラー駆動源である（ミラー駆動装置１５は図示を省略している）。５０はチョッパーである。５１はチョッパー駆動装置である。５２は高感度増幅器（ロックインアンプ）である。５４はデータ処理装置であって，コンピュータである。５５は電流増幅器である。【００４５】  データ処理装置５４において，６１はミラー制御部であって，可動ミラー１０を制御するものである。６２はデータ保持部であって，測定光の電界のサンプリングデータを保持するものである。６３はデータ処理部であって，サンプリングデータを処理するものである。��３１は波形再現部であって，サンプリングデータをもとに測定光の波形を再現するものである。６３２はフーリエ変換部であって，再現された波形データをもとに，波形データをフーリエ変換するものである。６３３は複素屈折率演算部であって，試料を通過した場合と通過しない場合の測定光の波形のフーリエ変換をもとに試料の複素屈折率を演算するものである。なお，図５の構成において，光波形測定装置としてのみ使用する場合には，複素屈折率演算部６３３はなくても良い。【００４６】  図５の構成において，ミラー制御部６１により可動ミラー１０の移動を制御する制御信号が生成され，ミラー駆動源１４に送られる。ミラー駆動源１４により可動ミラーのミラー駆動装置（図示せず）が駆動され，可動ミラー１０が移動する。可動ミラー１０の移動とともに，検出器３で測定された測定光の振幅の実時間での観測データが電流増幅器５５に入力され，増幅される。電流増幅器５５で増幅された電流はロックインアンプ５２に入力される。一方，ロックインアンプ５２は，チョッパー駆動装置５１から参照信号を入力し，電流増幅器５５からの入力と，参照信号により検出器３で検出された電流値のサンプリングデータを低雑音に増幅する。データ処理装置５４において，データ保持部６２は測定されたサンプリングデータを保持する。サンプリングデータはパルス光Ａの光路差できまる各測定時刻毎にそれぞれ保持する。図５の装置を複素屈折率測定装置として使用する場合には，サンプリングデータは，測定光が試料を通過しない場合のデータと試料を通過した場合について，パルス光Ａの光路差の異なる各測定時刻毎にそれぞれ保持する。波形再現部６３１はデータ保持部６２に保持したサンプリングデータに基づいて測定光の波形を再現する。フーリエ変換部６３２は再現された電界の波形をもとにフーリエ変換することにより，測定光を周波数空間の表現に変換する。複素屈折率演算部６３３は試料を通過した場合としない場合の測定光の実時間の波形のフーリエ変換に基づいて試料の複素屈折率を求める。さらに，複素屈折率ｐをもとに，試料の屈折率ｎと吸収係数αを求める。出力インタフェース６８は測定光の波形，計算で求めた複素屈折率，屈折率，吸収係数を出力する。必要に応じて測定光の波形をフーリエ変換した結果を出力するようにしても良い。【００４７】  本発明の複素屈折率測定装置は，図５の構成において全体を複素屈折率測定装置として使用するだけでなく，データ処理装置のみを複素屈折率測定装置とすることも可能である。後者の場合には他の計測装置で観測した電界波形のデータを入力し，図５のデータ処理装置で複素屈折率を計算する。【００４８】  図６は本発明の実施の形態２のデータ処理装置の構成を示す。図６はデータ保持部に関する構成を示したものであり，図６において，５２はロックインアンプであって，検出器からの信号および参照信号を入力し，信号を増幅するものである。５４はデータ処理装置であって，ＣＰＵとメモリにより構成されるものである。データ処理部６３である。６２１はデータ保持部Ａであって，試料を通過しない測定光の電界のサンプリングデータを測定時間毎に保持するものである。６２２はデータ保持部Ｂであって，試料を通過した測定光の電界のサンプリングデータを測定時刻毎に保持するものである。６７は入出力インタフェースである。６８は出力インタフェースである。【００４９】  ６３１は波形再現部である。６３３は複素屈折率演算部である。６４０はＦＦＴであって，実時間の電界波形をフーリエ変換するものである（図５のフーリエ変換部６３２に相当する）。６４１はＥ０（ω）保持部であって，試料を通過しない電界波形のフーリエ変換Ｅ０（ω）を保持するものである。６４２はＥ（ω）保持部であって，試料を通過しない電界波形のフーリエ変換Ｅ（ω）を保持するものである。【００５０】  図６の構成において，試料の複素屈折率を測定する場合の動作を説明する。ロックインアンプ５２の出力は入出力インタフェース６７を介してデータ保持部Ａもしくはデータ保持部Ｂに保持される。試料を通過しない測定光に対する測定データはサンプリング時間毎にデータ保持部Ａに保持される。試料を通過した測定光の測定データはサンプリング時間毎にデータ保持部Ｂに保持される。【００５１】  データ処理装置５４において，試料がある場合の測定光の波形については，データ保持部Ａに保持されている各時刻でのサンプリングデータをもとに，波形再現部６３１は測定光の電界波形を再現する。また，データ保持部Ｂに保持されている各時刻でのサンプリングデータをもとに，波形再現部６３１は試料を通過した後の測定光の電界波形を再現する。また，電界波形をフーリエ変換する場合は，ＦＦＴ６４０に入力し，試料がある場合の電界波形のフーリエ変換Ｅ（ω），試料がない場合のフーリエ変換Ｅ０（ω）を求め，それぞれＥ０（ω）保持部６４１，Ｅ（ω）保持部６４２に保持する。さらに，複素屈折率，および吸収係数を求める場合には，複素屈折率演算部６３３は試料が通過しない場合の電界のフーリエ変換とＥ０（ω）と試料を通過した場合のフーリエ変換Ｅ（ω）を入力し，前述の式（６）に従って，複素屈折率を求める。さらに式（８）に従って吸収係数を求める。出力インタフェースは実時間の電界波形，屈折率，消衰係数，吸収係数を出力する。【００５２】  上記においては，測定光の波形をフーリエ変換して試料の複素屈折率を求めるようにしたが，試料を通過しない場合と試料を通過した場合の測定光の電界波形を比較して，その振幅の変化から減衰率を求め位相の変化から屈折率を求めることもできる。例えば，観測波形を表すパラメータをもつ関数を仮定し，その関数と実際の観測データを最小二乗法で比較し，両者の差が最小になるようにパラメータを定めることにより，測定光の波形を表す関数を求めることができる。試料を通過しない場合と試料を通過した場合の測定光の波形を表す関数値をもとに試料の複素屈折率，屈折率，吸収係数を求めることができる。【００５３】  なお，図６の構成において，測定光の波形のみを観測する場合には，測定データをデータ保持部Ａ（６２１）に保持し，データ処理部６３で波形を再現し，観測装置５３に出力する。さらに，求めた波形をフーリエ変換し，その周波数空間の表現を出力することもできる。【００５４】  次に，実時間の波形データをもとに試料の複素屈折率ｐ，屈折率ｎ，消衰係数κ，吸収係数αを求める方法について説明する。試料のない場合の測定光の電界をＥ０（ｔ），試料を透過した後の電界をＥ（ｔ）とする。両者を以下の（５）式で定義されるフーリエ変換を行う。【００５５】
0004793681.tif 000006
【００５６】  試料の端面の影響を無視し，試料の厚さをＬとすると，試料を通過した後の電界のフーリエ変換Ｅ（ω）と試料を通過しない場合の電界のフーリエ変換Ｅ０（ω）との比は次のようになる。ここでωは角周波数を表す。【００５７】
0004793681.tif 000007
【００５８】  ここでｐ（ω）は複素屈折率であり
ｐ＝ｎ＋ｉκ                              （７）
ｎは屈折率，κは消衰係数である。吸収係数αと消衰係数κの関係は次の通りである。ｃは光速度を表す。【００５９】  α＝２κω／ｃ                            （８）
上記のように，Ｅ（ω），Ｅ０（ω）およびｐは複素数である。上記式（６）において，試料の厚さをＬとした場合，試料を透過しない場合の位相差Ｌω／ｃが，試料がある場合はｐ（ω）Ｌω／ｃとなり，その差が（６）式で表されている。【００６０】  上記式（６）は実部と虚部のそれぞれに関する方程式に分離でき，屈折率ｎ，消衰係数κが求まる。実際には，試料表面で位相が変化するのと，反射が生じるので，それらを考慮すると試料に垂直に入射した場合，次のようになる。【００６１】
0004793681.tif 000008
【００６２】  式（９）において，【００６３】
0004793681.tif 000009
【００６４】  は裏面反射の効果である。裏面反射の効果は無限に続くが，実際に要求される精度に応じて反射回数ｍをカットする。すなわち，ｍ回目の反射パルスが取得できる範囲で図５の可動ミラー１０を動かす。【００６５】  上記の説明は，透過スペクトルの場合について説明したが，反射スペクトルの場合には，次のようになる。光を透過しない物質の場合には，反射がない場合の電界Ｅ０（ω）と，反射した光の電界Ｅ（ω）との関係は次の式のようになる。【００６６】  Ｅ（ω）／Ｅ０（ω）＝（ｐ−１）／（ｐ＋１）    （１１）
Ｅ（ω），Ｅ０（ω），ｐは上記と同じであり，複素数である。ｐが既知の標準試料の測定からＥ０（ω）が求められるので，それを用いて被測定試料のｐが求められる。【００６７】  図７は本発明の実施の形態２のデータ処理装置のフローチャートである。図７（ａ）は本発明のデータ処理装置５４の測定データ取得のフローチャートである。図７（ｂ）は本発明のデータ処理部６３のフローチャートであって，測定データをもとに試料の複素屈折率，吸収係数を求めるフローチャートである。【００６８】  図７（ａ）を参照して，本発明のデータ処理装置の測定データ取得方法を説明する（図５，図６を参照する）。ミラー制御部６１により可動ミラー１０を制御し，その位置を設定する（Ｓ１）。データ処理装置５４はロックインアンプから出力される測定された電界のサンプリングデータを入力する（Ｓ２）。入力された電界のサンプリングデータをメモリ（データ保持部６２）に保持する（Ｓ３）。所定数のサンプリングデータが得られたか判定し（Ｓ４，５），所定数のサンプリングデータが得られるまでＳ１以降の処理を繰り返す。所定数のサンプリングデータが得られたら，Ｓ６でサンプリングデータをもとに測定光の電界の実時間の波形を求め，出力する。【００６９】  図７（ｂ）は，本発明のデータ処理装置における複素屈折率演算部のフローチャートを示す。電界のフーリエ変換Ｅ（ω）とＥ０（ω）を入力し，保持する（Ｓ１）。（６）式に従いＥ（ω）／Ｅ０（ω）を求め，保持する（Ｓ２）。Ｅ（ω）／Ｅ０（ω）の演算結果を実数部と虚数部に分ける（Ｓ３）。Ｅ（ω）／Ｅ０（ω）の実数部と虚数部をもとに屈折率ｎと消衰係数κの方程式を作る（Ｓ４）。方程式を解いて屈折率ｎと消衰係数κを求める（Ｓ５）。消衰係数κをもとに（８）式により吸収係数αを求める（Ｓ６）。屈折率ｎ，消衰係数κ，吸収係数αを出力する（Ｓ７）。なお，試料表面と裏面での多重反射を考慮する場合にはＳ２において，（６）式のかわりに（９）式を使用する（反射回数ｍは測定データが求める）。また，試料表面での反射により複素屈折率を測定する場合には，Ｓ２において（６）式にかえて（１１）式を使用する。【００７０】  図８は本発明の実施の形態３である。図８はパルス光Ａとパルス光Ｂを検出器３の同じ面に入射することにより測定光（パルス光Ｂ）の振幅を実時間で測定する構成を示すものである。図８において，図４と同じ参照番号は同じ構成を示す。【００７１】  図８において，レーザ光源Ｓで発生したパルス光の一部は半透明鏡７で反射し，パルス光源１に入射される。パルス光源１はレーザ光源Ｓで発生したレーザ光をもとにパルス光Ａを生成する。パルス光Ａは可動ミラー１０で反射され，さらに反射鏡７０，半透明鏡７２，反射鏡７３で反射を繰り返し，検出器３に入射される。また，レーザ光源Ｓで発生したパルス光の一部は，半透明鏡７を透過し，測定光源２に入射される。測定光源２はレーザ光源Ｓで発生したレーザ光をもとに測定光とするパルス光Ｂを生成する。パルス光Ｂはチョッパー５０でチョップされ，反射鏡７１で反射し，半透明鏡７２を透過し，さらに反射鏡７３で反射して検出器３に入射される。【００７２】  検出器３でゲート光パルスＡにより生成された��ャリアとパルス光Ｂの電界により生じた電流は電流増幅器５５で増幅され，ロックインアンプ５２に入力される。ロックインアンプ５２はチョッパー駆動装置５１のパルス光Ｂをチョップする周期の信号を参照信号として検出器３に生成される電流を測定する。可動ミラー１０を移動することによりパルス光Ａの光路長を変更し，サンプリングのタイミングを変更する。各時刻のサンプリングデータをロックインアンプで低ノイズで検出し，測定データを観測装置５３およびデータ処理装置５４に転送する。データ処理装置における動作は図４の場合と同様であるので，説明は省略する。【００７３】  なお，図８の構成において，ロックインアンプ５２の替わりに，ゲートパルス光の繰り返し周波数が遅い場合にはボックスカー積分器を使用しても良い。この場合にはチョッパーを使用しないで測定することも可能である。あるいは，サンプルホールド回路と積分回路を使用して高増幅率低雑音で増幅するようにしたものでも良い。【００７４】  図９（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４である。図９（ａ），（ｂ）は測定光の複数の異なる時刻の電界を一回のゲートパルス光の照射で複数光路差のサンプリングデータを取得することにより測定するための構成を示す。図９（ａ），（ｂ）は例として４つの反射鏡を使用して，一回のゲードパルス光の照射により４つの光路差を生じさせる場合を示す（一回のゲートパルス光の照射で複数光路差についてのサンプリングデータを取得する方法１）。【００７５】  図９（ａ）において，３は検出器である。１０は可動ミラーである。１１は反射鏡である。８１，８２，８３は半透明鏡である。１４はミラー駆動源である。１５はミラー駆動装置である。８４は反射鏡である。半透明鏡８１と８２の間の距離はｄ１，半透明鏡８２と８３の間の距離はｄ２，８３と８４の間の距離はｄ３である。距離ｄ１，ｄ２，ｄ３はゲート光の光路長が順次変わるように定める。測定光は検出器３の各ゲートに同時に照射されるようにビーム光とする。９１は増幅器１，９２は増幅器２，９３は増幅器３，９４は増幅器４である。増幅器１，増幅器２，増幅器３および増幅器４はそれぞれの電極から出力される電流を増幅する。各増幅器（９１，９２，９３，９４）は電流増幅器とロックインアンプで構成され，チョッパー駆動装置（図示せず）の駆動信号を参照信号として検出器３の各電極の信号を入力して高増幅率低雑音で増幅する。それぞれの増幅器の出力は観測装置５３およびデータ処理装置５４に転送される。各測定光の複数の異なる時刻での電界のサンプリングデータを一回のゲートパルス光の照射により得るシークエンスを，ゲートパルス光の光路長を変えて複数回の測定シークエンスで測定し，観測データを処理することにより測定光の電界波形を能率よく，高速に測定することができる。後述するように一回の測定シークエンスで電界の実時間の波形を再現するサンプリングデータを得ることも可能である。ゲートパルス光の繰り返し周波数が低い場合には，増幅器は，ロックインアンプを使用しないで，ボックスカー積分器を使用することもできる。この場合には，測定光のチョッパーは必要としないで測定することもできる。あるいは，サンプルホールド回路と積分回��を使用して高増幅率低雑音で増幅するようにしたものでも良い。【００７６】  図９（ｂ）は検出器３の平面図である。１０１，１０１’は電極であり，対向する電極どうしのギャップ部分にゲート光の光パルスが照射される。同様に，１０２，１０２’，１０３，１０３’，１０４，１０４’は電極である。【００７７】  図９（ａ），（ｂ）の構成において，測定光のビームは検出器３の各電極間のギャップを照射する。最上位の電極間のギャップから最下位の電極間のギャップまでの長さは，電極が４組の場合５０μｍ以下でできるので，測定光のビームの直径もその程度でよい。電極が８組の場合でも１００μｍ以下にできるので，測定光のビームの直径以下で実現できる。【００７８】  図９の構成の動作を説明する。ゲートパルス光になるパルス光Ａは可動ミラー１０で反射し，さらに反射鏡１１で反射して，一部は半透明鏡８１で反射し，残りは透過する。半透明鏡８１で反射したパルス光Ａは，検出器３の電極１０１と１０１’の間の間隙を照射する。さらに，半透明鏡８１を透過したパルス光Ａは一部が半透明鏡８２で反射し，残りは透過する。半透明鏡８２で反射したパルス光Ａは電極１０２と１０２’の間の間隙を照射する。さらに，半透明鏡８２を透過したパルス光Ａは一部は半透明鏡８３で反射し，残りは透過する。半透明鏡８３で反射したパルス光Ａは電極１０３と１０３’の間の間隙を照射する。さらに，半透明鏡８３を透過したパルス光Ａは反射鏡８４で反射して電極１０４と１０４’の間の間隙を照射する。【００７９】  一方，測定光は一本の光ビームとして，各電極間の間隙を同時に照射する（半透明鏡８１，８２，８３および反射鏡８４に入射するゲートパルス光はコリメート光としておく）。各電極を照射する時間はそれぞれ各半透明鏡および反射鏡の間の距離ｄ１，ｄ２，およびｄ３の分ずつ遅れ，各電極から出力されるサンプリング電流は，それぞれのパルス光Ａが間隙を照射する時刻のパルス光Ｂの電界に対応した大きさになる。このようにして，測定光の複数の異なる位相の電界を一回のゲートパルス光の照射で測定することができる。可動ミラーを移動して光路長を変更することにより，上記の測定を繰り返し，測定光の多数の異なる位相の電界を効率的に測定することができる。【００８０】  図１０は本発明の実施の形態４のデータ処理装置の構成である。図１０はデータ保持部に関する構成を示したものであり，データ処理部６３は図５と同じである。図１０において，検出器の各電極ペアーからの信号（信号１（電極１０１，１０１’から取り出される信号），信号２（電極１０２，１０２’から取り出される信号），信号３（電極１０３，１０３’から取り出される信号）および信号４（電極１０４，１０４’から取り出される信号））はそれぞれ増幅器１，増幅器２，増幅器３および増幅器４に入力される。それぞれの増幅器１，増幅器２，増幅器３および増幅器４において，増幅されたそれぞれの信号はデータ処理装置５４に入力される。それぞれの信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１およびＤ１）は，それぞれの測定光が検出器３を照射した時刻（ｔ１，ｔ２，ｔ３およびｔ４）を表す情報に対応付けられてデータ保持部６２に保持される。【００８１】  次に可動ミラーを���動して得られる時刻ｔ５，ｔ６，ｔ７およびｔ８でのそれぞれの信号（Ａ２，Ｂ２，Ｃ２およびＤ２）はそれぞれデータ保持部６２に保持される。同様に，可動ミラー１０を移動して各電極ペアーにより得られる各測定時刻での測定光の振幅のサンプリングデータを求め，データ保持部６２に保持する。【００８２】  データ処理部６３は各時刻での測定光の振幅のサンプリングデータを基に測定光の電界の波形を求め，測定光の波形だけを出力する場合には，その波形を観測装置に表示する。さらに，波形をフーリエ変換し，測定光の周波数空間の表現を表示することもできる。試料の複素屈折率を測定する場合には，試料がある場合とない場合のそれぞれの電界を求め，前述の方法と同様にしてそれぞれの電界の波形を求め，さらにそれぞれの波形をフーリエ変換し，前述の方法に従って，試料の複素屈折率，屈折率，吸収係数を求め出力する。【００８３】  図１１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４（図９参照）において半透明鏡８１，８２，８３および反射鏡８４に相当する反射鏡を使用することなく，もしくは一枚の反射鏡により検出器３の各電極の間隙に照射されるゲートパルス光により各間隙どうしの間に光路差を生じさせる方法を示す（一回のゲートパルス光照射により複数光路差のサンプリングデータを取得する方法２）。【００８４】  図１１（ａ），（ｂ）において，４１はゲートパルス光（パルス光Ａ）であって，ビーム径がＤであるとする。本実施の形態では検出器３に対してゲートパルス光を検出器３の面の法線に対して角度θで入射させる。この時，検出器３のＡ点とＢ点に対して，Ｄｔａｎθの光路差を生じる。従って，例えば，Ａ点とＢ点の間に検出器３の各電極の間隙ができるように電極を配置することにより，一度に４点の電界のサンプリングデータを得ることができる。【００８５】  図１１（ｂ）はゲートパルス光４１と検出器３の電極ギャップの関係の拡大図を示し，検出器３の電極の間隙が４つの場合を例示するものである。図１１（ｂ）において，１０１，１０２，１０３および１０４は検出器３の電極である。ゲートパルス光４１は図９に示す可動ミラー１０からの反射光を直接に検出器３に斜めに照射するようにしても良い。あるいは可動ミラー１０からの反射光を１枚の反射鏡により反射させて検出器３に斜めに照射させるようにしても良い。図９，図１１では４つの光路差を一回のゲートパルス光の照射により測定する方法を例として示しているが，後述するように，電界のサンブリング数が８点もしくはそれ以上の光路差についても一回のゲートパルス光の照射により測定が可能なので，可動ミラー１０を使用することなく１回の測定で電界波形を再現できるサンプリングデータの取得が可能になる。【００８６】  図１１（ａ），（ｂ）のように複数光路差を一回のゲートパルス光でとる場合に得られる光路差は，具体的には次のようになる。ゲートパルス光４１のビームの直径を１ｃｍとし，入射角θ＝４５°とすると検出器３のＡ点とＢ点との間で１ｃｍの光路差が得られる。この光路差は時間にして３３ｐｓに相当する。必要な光路差は測定光によって異なるが，波長３００μｍの遠赤外線で周期１ｐｓであり，数ピコ秒の光路差があれば，電界波形を得るた��のデータを得るのに十分である。しかし，さらに波長が短くて周期が短い場合にはより小さい光路差で十分となるが，波長再現のためには隣あう電極どうしの間（例えば，図９の電極１０１と１０２等の間隔であって，以後，上下の隣あう電極間隔と称する）で測定される時間間隔を短くする必要がある。上下の隣あう電極間隔を測定光の振動数に応じて微小間隔にとり，検出器３のＡ点とＢ点の間に上下に隣あう電極を多数とれば，一回のサンプリングで電界波形を再現できる程度のサンプリングデータを得ることができる。【００８７】  上下に隣あう電極間隔を小さくできない場合でもθを小さくすることにより検出器３のＡ点とＢ点の間の光路差を小さくできる。このように，本発明によれば，可動ミラー１０を移動させることなく多数の光路差の電界サンプリングデータを得ることが可能になる。【００８８】  上記の電界波形の複数のサンプリングデータを一回のゲートパルス光の照射で得る方法は，近赤外線領域の電磁波に限定されるものでなく，テラヘルツ電磁波，可視光等に実時間で電界波形を測定する方法に使用できるものである。【００８９】  図１２は本発明の実施の形態４のデータ処理装置のフローチャートである。図１２により本発明の実施の形態４のデータ処理装置の動作を説明する（図９，図１０を参照する）。ミラー制御部６１（図５参照）により可動ミラー１０を移動し，位置を定める（図９の可動ミラー１０の制御は図５のミラー制御部６１に同じである）（Ｓ１）。検出器３の各電極（電極１０１，１０１’等の各電極ペアー）で測定されて，それぞれの電極に対応する増幅器（増幅器１，増幅器２，増幅器３および増幅器４）で増幅された測定光の電界のサンプリングデータを入力し，保持する（Ｓ２）。所定数の観測データのサンプリングデータが得られたか判定し（Ｓ３，Ｓ４），得られていなければＳ１以降の処理を繰り返す。所定数のサンプリングデータが得られていたら，保持されているサンプリングデータをデータ処理し，波形を求め，波形を出力する（Ｓ５）。Ｓ５において，求めた波形をフーリエ変換して得られる測定光の周波数空間の表現を出力するようにしても良い。【００９０】  さらに，実時間の観測データをもとに試料の屈折率，吸収係数を求める場合には，前述した図７（ｂ）のフローチャートに従って試料の屈折率，吸収係数を計算し，求めることができる。すなわち，前述と同様に，試料がない場合の測定光と試料を通過した測定光の振幅データのフーリエ変換をもとに複素屈折率を求め，さらに屈折率，吸収係数を求める。【００９１】  図１３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態５であり，試料について試料の二次元の面における複数点での複素屈折率を測定する場合を示すものである。この場合，測定対象の試料を水平方向および垂直方向に移動できる台の上に置き，試料の平面の任意の点において，観測データが得られたら，試料を移動させ，次の点の観測データを得るというように，試料の二次元の面の各点で，測定光の電界を測定する。各点の複素屈折率を調べることにより試料の平面内での一様性等を判定することができる。【００９２】  また，試料を透過しない測定光についての複素屈折率を測定する場合には，試料の面で反射する測定光について波形を測定する。また，その場合に，試料を通過しない測定光の波形は，図１３の試料のかわりに反射鏡（金，銀，アルミニューム等の高反射率の反射鏡）をおき，検出器３により測定光の実時間の波形を観測する。さらに，試料で反射した場合と反射鏡で反射した場合の測定光の振幅の観測データから得られた波形をもとに，それぞれの波形をフーリエ変換し，比較することにより試料の複素屈折率を求める。その場合反射鏡の反射率を考慮する。【００９３】  図１３（ａ），（ｂ）において，２０は試料である。１１０は台であり，移動機構１１１の上に載せられ，上下および紙面に垂直な方向に移動できるものである。１１１は移動機構であって，台１１０を移動するものである。移動機構１１１はデータ処理装置により移動制御されるものである。台１１０を上下および紙面に垂直な方向に連続的に移動させ，試料の各位置（図１３（ａ）に示す位置１，２‥‥，Ｎ）において測定光の電界を測定する。【００９４】  図１４は，本発明の実施の形態５のフローチャートである。試料を載せている試料台を移動し，位置を定める（Ｓ１）。可動ミラーを移動し，位置を定める（Ｓ２）。ロックインアンプから出力される測定光の実時間の波形のサンプリングテータを入力し，保持する（Ｓ３）。試料の平面内の一点での所定数のサンプリングデータが得られたか判定する（Ｓ４，Ｓ５）。所定数のサンプリングデータが得られていなければＳ２以降の処理を繰り返す。所定数のサンプリクデータが得られていたらＳ６で試料の平面内での所定数の測定データが得られたか判定する（Ｓ５，Ｓ６）。平面内での所定位置での測定データが得られていなければＳ１以降の処理を繰り返す。平面内での所定位置での測定データが全て得られたら，Ｓ８で測定光の波形を求め，出力する。さらに，複素屈折率測定装置として使用する場合には，試料を通過しない測定光と試料を通過した測定光の各点での波形をそれぞれフーリエ変換し，比較して各点での複素屈折率，屈折率，吸収係数を求め，出力する（Ｓ９）。【００９５】  なお，上記において，試料がない場合の測定光の観測データと試料を通過した測定光の観測データのそれぞれのフーリエ変換をもとに屈折率，吸収係数を求めるようにしたが，それぞれの測定光の波形をもとに前述したように測定光の関数を求め，試料を通過した場合と通過しない場合の測定光の関数値を比較し，屈折率，吸収係数を求めることも可能である。また，検出器および検出器へのゲートパルス光の照射を図９のように構成することにより，一回のゲートパルス光の照射で複数の異なる光路差についての測定光の電界波形の複数のサンプリングデータをとるようにすることもできる。【００９６】  以上，実施例１ないし５に本発明の構成を開示したが，上記で用いた検出器（３）による検出性能の実証結果を示す。
図１５は，図１，図４，図８における測定光源（２）を詳細に説明する図であり，測定光としてテラヘルツ電磁波を発振する機構である。本機構ではレーザー光を半導体結晶に照射し、半導体の非線形光学効果によってテラヘルツ電磁波を得る。このような機構は，例えば特許文献１又は２に開示されているが，本試験では該開示におけるテラヘルツ電磁波よりもさらに高い周波数を得ることができた。【００９７】［特許文献１］米国特許第５９５２８１８号
［特許文献２］米国特許第６１１１４１６号【００９８】  特許文献１及び２は，電磁波を用いた開放空間における検査装置及び方法に関するものであり，テラヘルツ電磁波を用いたセンシングのためのテラヘルツ発生機構及び受信機構を開示している。特許文献２では，エミッタとしてＧａＡｓを用い，検出器の結晶にはＺｎＴｅ，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，有機ＤＡＳＴの結晶を用いる構成が開示されている。またパルス幅はいずれも１００ｆｓよりも大きなレーザを用いている。
検出する周波数帯域としては，特許文献１では１０ＧＨｚないし５ＴＨｚを，特許文献２では３７ＴＨｚが可能とされている。【００９９】  一方，本試験で用いた発振機構は，フェムト秒パルスレーザを結晶に照射して最大６７ＴＨｚのテラヘルツ電磁波を得ることができた。ここで，結晶には結晶面（００１）方向３０μｍのＧａＳｅ結晶を用い，該結晶を図１５の通り７０度に傾けている。図１５は光学台の上方から見たときの平面図であり、図１６には、パルスレーザの照射方向後方から見たときのパルス光の偏光方向を示している。図のように、パルス光は４５度偏光して照射される。
θが２０度の時にはピークが９ＴＨｚ程度，順次角度が大きくなるとピークが高周波数側に移動する傾向を示し，θが７０度の時には３５ＴＨｚがピークとなる。このとき，６７ＴＨｚまで発生していることが従来の検出器により測定された。
なお，従来の検出器は分光器（６μｍブレーズ）と水銀カドミウムテルライド（ＭＣＴ）を用いたものであり，９０ＴＨｚまでの検出感度があることがわかっている。【０１００】  図１７は，本発明による検出器（３）による検出結果を示す片対数グラフであり，横軸は周波数を，縦軸は電界強度である。図のように，０ＴＨｚに近い低周波からノイズレベルに達する６７ＴＨｚまで正しく受信されていることが判る。
上述の通り，検出周波数は可動ミラー（１０）の移動によって電界のサンプリングデータを連続的に取得することができ，下限としては１０ＧＨｚ以上，特に０．１ＴＨｚ以上の検出が可能である。【０１０１】  また，より高周波の検出にはより短いパルス幅のレーザを用いれば良いが，すでに５ｆｓ以下のレーザが開発されており，１ｆｓ以下の安定したアト（ａｔｔｏ）秒パルスレーザの提供も想定される。これらを用いることにより，本発明では１００ＴＨｚ以上の高周波の検出も可能である。例えばパルス幅が１ｆｓ以下の場合、理論的には１０００ＴＨｚまで検出が可能であると考えられる。
本実施例でも，パルス幅は１００ｆｓ以下であり，１０ｆｓ程度のパルスレーザを用いている。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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