(57)【要約】【課題】  装置コストを低減でき、装置の設置面積を小さくすることができるテラヘルツ光測定装置を提供すること。【解決手段】  テラヘルツ光測定装置１００は、偏光成分を有するテラヘルツパルス光Ｔ１を放射する光伝導アンテナ３と、テラヘルツパルス光Ｔ１を透過測定試料Ｓ１へ導く場合と、反射測定試料Ｓ２へ導く場合と、透過測定試料Ｓ１および反射測定試料Ｓ２の両者へ導く場合とを切り換え可能なワイヤーグリッド５と、透過測定試料Ｓ１を透過したテラヘルツパルス光Ｔ４の偏光方向にアンテナの向きを合わせて検出する透過光検出器８と、反射測定試料Ｓ２から反射したテラヘルツパルス光Ｔ５の偏光方向にアンテナの向きを合わせて検出する反射光検出器１３とを備える。【選択図】  図１
2005227021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ光を放射するテラヘルツ光源と、
前記テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を透過測定試料へ導く第１の状態と、該テラヘルツ光を反射測定試料へ導く第２の状態と、該テラヘルツ光を前記透過測定試料および反射測定試料の両者へ導く第３の状態とを切り換え可能な光路切換え手段と、
前記透過測定試料を透過した透過テラヘルツ光を受光するように配置される透過光検出部と、
前記反射測定試料から反射した反射テラヘルツ光を受光するように配置される反射光検出部とを備えることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項２】
テラヘルツ光を放射するテラヘルツ光源と、
前記テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を透過測定試料または反射測定試料へ導く第１の状態と、該テラヘルツ光を前記透過測定試料および反射測定試料の両者へ導く第２の状態とを切り換え可能な光路切換え手段と、
前記透過測定試料を透過した透過テラヘルツ光を受光するように配置される透過光検出部と、
前記反射測定試料から反射した反射テラヘルツ光を受光するように配置される反射光検出部とを備えることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のテラヘルツ光測定装置において、
前記光路切換え手段は、
前記テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光が入射するワイヤーグリッドと、
前記テラヘルツ光の偏光方向を基準に、前記テラヘルツ光の光軸周りに前記ワイヤーグリッドを所定角度回転させる回転機構とを具備することを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のテラヘルツ光測定装置において、
前記テラヘルツ光は、偏光成分を有し、
前記透過光検出部は、前記透過テラヘルツ光の偏光方向の検出感度を高めるように配置され、
前記反射光検出部は、前記反射テラヘルツ光の偏光方向の検出感度を高めるように配置されることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のテラヘルツ光測定装置において、
前記ワイヤーグリッドを回転する所定角度は、入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して、０°と、４５°と、９０°とのいずれかに設定されることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載のテラヘルツ光測定装置において、
前記ワイヤーグリッドを回転する所定角度は、入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して、０°または４５°に設定されることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれかに記載のテラヘルツ光測定装置において、
前記テラヘルツ光源とワイヤーグリッドとの間に、前記テラヘルツ光源からの光をコリメートまたは集光させる光学素子を設けることを特徴とするテラヘルツ光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ光を用いたテラヘルツ光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ光測定装置は、概ね０．０１×１０１２〜１００×１０１２ヘルツの周波数領域のパルス光を試料に照射して、試料を透過した透過光または試料から反射した反射光を検出することにより、試料の電気的特性や成分濃度などを測定する装置である。従来、テラヘルツパルス光を対象物に照射して、対象物を透過した透過光を検出し、対象物の複素屈折率や複素誘電率を測定する透過測定用装置と、テラヘルツパルス光を対象物に照射して、対象物から反射した反射光を検出し、対象物の複素屈折率や複素誘電率を測定する反射測定用装置とが別々の独立した装置として提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７３９３号公報（第２頁、図１，４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テラヘルツ光を用いた測定では、測定の目的により、試料の透過測定が有効であったり、反射測定が有効な場合がある。また、同じ試料でもその性質を観察したり物性値を測定する上で、透過測定と反射測定の両方を必要とする場合もある。しかしながら、従来のテラヘルツ光測定装置は、透過測定と反射測定のいずれか一方のみに対応しており、１台の装置で透過測定と反射測定の両方に対応していない。従って、透過測定と反射測定の両方を行う場合には、それぞれ１台づつ装置を用意しておく必要があり、装置のコストが高くなり設置面積が広くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１のテラヘルツ光測定装置は、テラヘルツ光を放射するテラヘルツ光源と、テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を透過測定試料へ導く第１の状態と、該テラヘルツ光を反射測定試料へ導く第２の状態と、該テラヘルツ光を透過測定試料および反射測定試料の両者へ導く第３の状態とを切り換え可能な光路切換え手段と、透過測定試料を透過した透過テラヘルツ光を受光するように配置される透過光検出部と、反射測定試料から反射した反射テラヘルツ光を受光するように配置される反射光検出部とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２のテラヘルツ光測定装置は、テラヘルツ光を放射するテラヘルツ光源と、テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光を透過測定試料または反射測定試料へ導く第１の状態と、該テラヘルツ光を透過測定試料および反射測定試料の両者へ導く第２の状態とを切り換え可能な光路切換え手段と、透過測定試料を透過した透過テラヘルツ光を受光するように配置される透過光検出部と、反射測定試料から反射した反射テラヘルツ光を受光するように配置される反射光検出部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
（３）請求項１または２のテラヘルツ光測定装置においては、光路切換え手段は、テラヘルツ光源から放射されるテラヘルツ光が入射するワイヤーグリッドと、テラヘルツ光の偏光方向を基準に、テラヘルツ光の光軸周りにワイヤーグリッドを所定角度回転させる回転機構とを具備することが好ましい。また、請求項１〜３のテラヘルツ光測定装置では、テラヘルツ光は、偏光成分を有し、透過光検出部は、透過テラヘルツ光の偏光方向の検出感度を高めるように配置され、反射光検出部は、反射テラヘルツ光の偏光方向の検出感度を高めるように配置されるように構成することができる。更に、ワイヤーグリッドの所定角度は、入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して０°と、４５°と、９０°との３通りのいずれかに設定するのが好ましい。また、この所定角度は、入射するテラヘルツ光の偏光方向に対して０°または４５°の２通りに設定するのが好ましい。
（４）上記のテラヘルツ光測定装置においては、テラヘルツ光源とワイヤーグリッドとの間に、テラヘルツ光源からの光をコリメートまたは集光させる光学素子を設けることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１台の装置で透過測定と反射測定の両方を行うことができるので、装置コストを低減でき、装置の設置面積を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明によるテラヘルツ光測定装置について図１〜５を参照しながら説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツ光測定装置の概略構成図である。
図１において、テラヘルツ光測定装置１００は、レーザ光源１と、ビームスプリッタ２と、テラヘルツパルス光を放射する光伝導アンテナ３と、曲面鏡４と、テラヘルツパルス光の光路を切り換えるワイヤーグリッド５と、反射鏡６と、透過測定試料Ｓ１からの透過光を検出する透過測定検出器８と、反射鏡１１と、曲面鏡１２と、反射測定試料Ｓ２からの反射光を検出する反射測定検出器１３とを備える。また、テラヘルツ光測定装置１００は、可動鏡９と、ビームスプリッタ１０と、測定回路３０と、制御・演算処理部３１と、表示部３２とを備える。測定回路３０は、透過測定検出器８、反射測定検出器１３に接続されている。
【０００９】
パルス光Ｌ１を放射するレーザ光源１として、例えば、フェムト秒パルスレーザが用いられる。パルス光Ｌ１は、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８００ｎｍ程度、繰り返し周期が数ｋＨｚから１００ＭＨｚのオーダー、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度の直線偏光のパルス光である。
【００１０】
図２（ａ）は、テラヘルツ光源として用いられる光伝導アンテナ３の構造を模式的に示す斜視図である。光伝導アンテナ３は、光伝導膜３ａ、導電膜３ｂおよび半球レンズ３ｃを有する。光伝導膜３ａは、例えばＧａＡｓやアモルファスシリコンの薄膜であり、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に形成される。導電膜３ｂは、光伝導膜３ａ上にパターニング形成された金属膜であり、ダイポール型と呼ばれるパターン形状を呈している。ダイポール型アンテナでは、２本の平行な伝送線路が狭いギャップを介して対向する部分、すなわち領域Ｂがアンテナとして機能する。半球レンズ３ｃは、例えばシリコンから作製され、テラヘルツ光などの赤外光を透過させる。
【００１１】
図２（ａ）に示されるように、ダイポール型パターンの導電膜３ｂにバイアス電圧Ｖｂを印加した状態で、パルス光Ｌ２が領域Ｂを照射すると、テラヘルツパルス光Ｔ１が発生する。テラヘルツパルス光Ｔ１は、半球レンズ４ｃを透過して外部に放射する。
【００１２】
図２（ｂ），（ｃ）を参照しながら、テラヘルツパルス光Ｔ１の偏光方向について説明する。テラヘルツパルス光Ｔ１の光束断面で、図中、左右方向をｓ偏光の偏光方向、上下方向をｐ偏光の偏光方向とする。アンテナパターンが図２（ｂ）の状態に配置されたときは、アンテナとして機能する領域ＢのＢ１方向がｓ偏光の偏光方向に平行であるから、ｓ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１が放射する。光伝導アンテナ３を９０°回転させて、アンテナパターンが図２（ｃ）の状態に配置されたときは、領域ＢのＢ２方向がｐ偏光の偏光方向に平行であるから、ｐ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１が放射する。このように、光伝導アンテナ３を配置することにより、ｓ偏光またはｐ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１が発生する。本発明では、図２（ｂ）と図２（ｃ）のどちらでも用いることができる。
【００１３】
図３は、ワイヤーグリッド５の構造と機能を模式的に示す斜視図である。ワイヤーグリッド５は、ビームスプリッタの一種であり、直径５μｍ程度の細いタングステン製のワイヤー５ａを等間隔（例えば、間隔が１２．５μｍ）に張った素子である。一般に、ワイヤーグリッドは、光の電気ベクトルがワイヤーに平行である場合は光を反射し、光の電気ベクトルがワイヤーに直角である場合は光を透過させる。すなわち、図３（ａ）に示されるように、ワイヤー５ａに平行な電気ベクトルＥ１をもつ入射光は、ワイヤーグリッド５で反射し、ワイヤー５ａに直角な電気ベクトルＥ２をもつ入射光は、ワイヤーグリッド５を透過する。また、図３（ｂ）に示されるように、ワイヤー５ａとの角度がθの電気ベクトルＥをもつ入射光は、Ｅcosθの強度の光がワイヤーグリッド５で反射し、Ｅsinθの強度の光がワイヤーグリッド５を透過する。このように、ワイヤーグリッド５により、偏光成分毎に２つの光に分離することができる。
【００１４】
図４は、テラヘルツ光検出器として用いられる透過光検出器８の構造を模式的に示す斜視図である。透過光検出器８と反射光検出器１３とは、同じ構造、機能をもつ光伝導アンテナであるので、透過光検出器８についてのみ説明する。透過光検出器８は、光伝導膜８ａ、ダイポール型パターンの導電膜８ｂおよび半球レンズ８ｃを有する。光伝導膜８ａ、導電膜８ｂおよび半球レンズ８ｃは、上述した光伝導アンテナ３のそれぞれ光伝導膜３ａ、導電膜３ｂおよび半球レンズ３ｃと同様である。
【００１５】
図４（ａ）に示されるように、テラヘルツパルス光Ｔ４は、半球レンズ８ｃ側から透過光検出器８へ入射し、半球レンズ８ｃの屈折作用を受けて導電膜８ｂの領域Ｃへ集光する。一方、プローブ光としてのパルス光Ｌ３も領域Ｃを照射する。このとき、ダイポール型パターンの２本のライン間には、テラヘルツパルス光Ｔ４の電場によって生じる光電流Ｉｍが流れ、この電場強度に応じた光電流Ｉｍは測定回路３０により測定される。
【００１６】
図４（ｂ），（ｃ）を参照しながら、偏光成分を有するテラヘルツパルス光Ｔ４の検出について説明する。テラヘルツパルス光Ｔ４の光束断面で、図中、左右方向をｓ偏光の偏光方向、上下方向をｐ偏光の偏光方向とする。アンテナパターンが図４（ｂ）の状態に配置されたときは、アンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向がｓ偏光の偏光方向に平行であるから、ｓ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ４を検出できる。透過光検出器８を９０°回転させて、アンテナパターンが図４（ｃ）の状態に配置されたときは、領域ＣのＣ２方向がｐ偏光の偏光方向に平行であるから、ｐ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ４を検出できる。このように、透過光検出器８の配置を変えることにより、ｓ偏光またはｐ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ４を検出できる。
【００１７】
再び図１を参照して、テラヘルツ光測定装置１００の光路について説明する。レーザ光源１から放射されたパルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ２で分割される。分割された一方のパルス光Ｌ２は、ポンプ光（励起光）として光伝導アンテナ３を照射する。パルス光Ｌ２により励起された光伝導アンテナ３からテラヘルツパルス光Ｔ１が発生する。なお、ビームスプリッタ２と光伝導アンテナ３との間に、集光レンズを介挿してパルス光Ｌ２の光束を絞ってもよい。
【００１８】
テラヘルツパルス光Ｔ１は、０．０１×１０12〜１００×１０12ヘルツ（０．０１ＴＨｚ〜１００ＴＨｚ）の周波数領域に含まれる光であり、また、光伝導アンテナ３のアンテナの向きに沿った偏光成分を有する偏光光である。テラヘルツパルス光Ｔ１は、曲面鏡４で反射し、平行光となってワイヤーグリッド５に入射する。本実施の形態では、ｓ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１が発生するように、光伝導アンテナ３を配置する。なお、図１に示されるｓ偏光、ｐ偏光の偏光方向は、平行光の光束断面上で表わすものとする。
【００１９】
図1では、曲面鏡４としてテラヘルツパルス光Ｔ１が平行光となるように集光させる曲面鏡を用いたが、これに限ることなく、試料上のテラヘルツパルス光照射領域（検出したい領域）に応じて、適宜集光作用の度合いの異なるものを配置できる。例えば、試料上のより狭い領域について検出を行いたい場合には、集光光学系のパワーの大きいものを用いて、より狭い領域を照明することが可能である。もちろん、テラヘルツ光に対して集光作用を有するものであれば、反射光学系に限られない。
曲面鏡４を集光作用の異なるものに置き換える場合には、その曲面鏡のパワーに応じて、透過測定光路では、曲面鏡７で反射されたテラヘルツパルス光Ｔ４が透過光検出器８に集光するような集光作用を有する曲面鏡を配置する。また、反射測定光路では、曲面鏡１２で反射されたテラヘルツパルス光Ｔ５光が反射光検出器１３に集光するような集光作用を有する曲面鏡を配置する。このように曲面鏡４のパワーに応じて、曲面鏡７及び曲面鏡１２のパワーを選択することによって、更に効率的な測定を行うことができる。
【００２０】
テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド５のワイヤーの向きによって、透過測定試料Ｓ１の方向、反射測定試料Ｓ２の方向、透過測定試料Ｓ１と反射測定試料Ｓ２の２つの方向のいずれかの光路に切り換えられる。回転駆動部５Ａにより、ワイヤーグリッド５をそのグリッド面の法線ＡＸ２周りに回転させて、いずれかの光路に切換えが可能である。
【００２１】
透過測定試料Ｓ１の方向へ進行するテラヘルツパルス光Ｔ２は、反射鏡６を経て平行光として透過測定試料Ｓ１へ入射する。透過測定試料Ｓ１を透過したテラヘルツパルス光Ｔ４は、透過測定試料Ｓ１の物性情報を含む光であり、曲面鏡７を経て透過光検出器８へ到達する。
【００２２】
透過光検出器８にテラヘルツパルス光Ｔ４が入射すると、透過光検出器８の受光部分に電場が生じ、この部分にプローブ光を照射すると、テラヘルツパルス光Ｔ４の電場強度に応じた光電流が流れる。この光電流を測定回路３０で測定し、この測定値から、制御・演算処理部３１で所定の理論式に基づいて演算することにより、試料の電気的特性や不純物濃度等が得られる。また、測定値等は、必要に応じてディスプレイ３２に表示してもよい。プローブ光は以下の光路で透過光検出器８に入射する。
【００２３】
ビームスプリッタ２で分割された他方のパルス光Ｌ３は、プローブ光として、先ず図中矢印で示すＡ方向に移動可能な２枚または３枚の反射鏡からなる可動鏡９に入射する。パルス光Ｌ３は、可動鏡９で反射した後、ビームスプリッタ１０で２つのパルス光Ｌ４，Ｌ５に分割される。一方のパルス光Ｌ４は、反射光検出器１３に入射し、他方のパルス光Ｌ５は、透過光検出器８に入射する。
【００２４】
可動鏡９を不図示の駆動機構によってＡ方向に移動させることにより、可動鏡９の移動量に応じてパルス光Ｌ３の光路長を変化させることができる。この結果、パルス光Ｌ５が透過光検出器８へ到達する時間が遅延する。このように、遅延時間を変更しながら透過光検出器８で検出されるテラヘルツパルス光Ｔ４の電場強度を測定することにより、時系列テラヘルツ分光が可能となる。
【００２５】
ワイヤーグリッド５により光路を切り換えられ、反射測定試料Ｓ２の方向へ進行するテラヘルツパルス光Ｔ３は、反射鏡１１で光路を曲げられて平行光として反射測定試料Ｓ２へ入射する。反射測定試料Ｓ２で反射したテラヘルツパルス光Ｔ５は、反射鏡１１に入射し、曲面鏡１２を経て反射光検出器１３へ到達する。反射光検出器１３で検出されるテラヘルツパルス光Ｔ５も、透過光検出器８で検出されるテラヘルツパルス光Ｔ４と同様に、テラヘルツパルス光Ｔ５の電場強度に応じた光電流が流れ、これを測定回路３０で測定し、この測定値から、制御・演算処理部３１で所定の理論式に基づいて演算することにより、試料の電気的特性や不純物濃度等が得られる。
【００２６】
また、テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド５により、透過測定試料Ｓ１の方向へ進行するテラヘルツパルス光Ｔ２と反射測定試料Ｓ２の方向へ進行するテラヘルツパルス光Ｔ３に分割される。テラヘルツパルス光Ｔ２，Ｔ３は、それぞれ上述した経路で各検出器８，１３へ到達する。
【００２７】
以下、ワイヤーグリッド５および検出器８，１３の作用を詳細に説明する。Ｒ１〜Ｒ３は、テラヘルツパルス光Ｔ１の進行方向へ向かってワイヤーグリッド５を見たときのワイヤーの向きを表す。状態Ｒ１とＲ２との間は４５°の角度差、状態Ｒ２とＲ３との間は４５°の角度差、状態Ｒ１とＲ３との間は９０°の角度差があり、互いに切り換えることができる。今、光伝導アンテナ３から放射するテラヘルツパルス光Ｔ１がｓ偏光の場合を考える。
【００２８】
状態Ｒ１では、ワイヤーグリッド５のワイヤーがｓ偏光と平行であるので、テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド５で反射されてテラヘルツパルス光Ｔ２の光路を進む。透過光検出器８のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向（図４参照）を状態Ｒ１のワイヤーグリッド５のワイヤーの向きと平行になるように透過光検出器８を配置することにより、テラヘルツパルス光Ｔ４を効率良く受光でき、測定を正確に行うことができる。
【００２９】
状態Ｒ３では、ワイヤーグリッド５のワイヤーがｓ偏光と直角であるので、テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド５を透過してテラヘルツパルス光Ｔ３の光路を進む。反射光検出器１３のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向を状態Ｒ３のワイヤーグリッド５のワイヤーの向きと直角になるように反射光検出器１３を配置することにより、テラヘルツパルス光Ｔ５を効率良く受光でき、反射測定を正確に行うことができる。
【００３０】
状態Ｒ２では、ワイヤーグリッド５のワイヤーがｓ偏光の偏光方向と４５°傾斜しており、ワイヤーと平行な偏光成分の光はテラヘルツパルス光Ｔ２の光路を進み、ワイヤーと直角な偏光成分の光はテラヘルツパルス光Ｔ３の光路を進む。透過光検出器８のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向を状態Ｒ２のワイヤーグリッド５のワイヤーの向きと平行になるように透過光検出器８を配置する。また、反射光検出器１３のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向（透過光検出器８の領域ＣのＣ１方向に同じ）を状態Ｒ２のワイヤーグリッド５のワイヤーの向きと直角になるように反射光検出器１３を配置する。これにより、透過測定と反射測定とを同時に行う場合に、テラヘルツパルス光Ｔ４とＴ５を最も効率よく受光できる。
また、透過測定と反射測定とを同時に行う場合と、透過測定または反射測定を別に行う場合とで、光軸ＡＸ３回りのアンテナの向きを選択する選択機構を設け、その測定毎に最も検出感度の大きい方向に配置することにより、より効率的な測定を行うことができる。
【００３１】
本実施の形態では、ワイヤーグリッド５の回転配置により、透過測定、反射測定および透過反射測定の３つの測定を１台の装置で行うことができる。従って、透過測定用と反射測定用の２台の装置を設けるのに比べて、大幅なコスト低減と設置スペースの節減が可能になる。また、透過測定と反射測定の両方を同時に行う場合は、透過測定と反射測定の２台の専用装置を使う場合に比べて、２つの試料のセッティング状態や測定環境などを同等とすることができる。
【００３２】
〈第２の実施の形態〉
図５は、本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツ光測定装置の概略構成図である。図５では、第１の実施の形態の図１と同じ構成部品、光路には同一符号を付し、主として相違点を説明する。
【００３３】
本実施の形態のテラヘルツ光測定装置２００が第１の実施の形態のテラヘルツ光測定装置１００と構成上相違する点は、ワイヤーグリッドを２つ設けた点である。第１のワイヤーグリッド１４は、ワイヤーの向きがｓ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１の偏光方向と直角に固定配置されている。ｓ偏光のテラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド１４を透過して第２のワイヤーグリッド１５へ到達する。ワイヤーグリッド１４は、ｓ偏光の偏光方向をもつ光のみを選択して透過させるフィルタの効果をもっている。
【００３４】
ワイヤーグリッド１５は、ワイヤーの向きによりＲ４とＲ５の２つの状態をとることができる。状態Ｒ４とＲ５との間は４５°の角度差があり、回転駆動部１５Ａにより、ワイヤーグリッド１５をそのグリッド面の法線ＡＸ４周りに回転してテラヘルツパルス光Ｔ１の光路を切り換えることができる。状態Ｒ４では、ワイヤーグリッド１５のワイヤーがｓ偏光の偏光方向と平行であるから、テラヘルツパルス光Ｔ１は、ワイヤーグリッド１５で反射されてテラヘルツパルス光Ｔ６の光路を進む。テラヘルツパルス光Ｔ６は、曲面鏡１６を経て透過測定試料Ｓ１を透過してテラヘルツパルス光Ｔ７となり、テラヘルツパルス光Ｔ７は、曲面鏡１７，１８を経て透過光検出器８へ到達する。透過光検出器８のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向（図４参照）を状態Ｒ４のワイヤーグリッド１５のワイヤーの向きと平行になるように透過光検出器８を配置することにより、テラヘルツパルス光Ｔ７を効率良く受光でき、透過測定を正確に行うことができる。
【００３５】
状態Ｒ５では、ワイヤーグリッド１５のワイヤーがｓ偏光の偏光方向と４５°傾斜しており、ワイヤーと平行な偏光成分の光はテラヘルツパルス光Ｔ６の光路を進み、ワイヤーと直角な偏光成分の光はテラヘルツパルス光Ｔ８の光路を進む。ワイヤーと平行な偏光成分をもつテラヘルツパルス光Ｔ６は、透過測定試料Ｓ１を透過して透過光検出器８へ到達する。透過光検出器８のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向を状態Ｒ５のワイヤーグリッド１５のワイヤーの向きと平行になるように透過光検出器８を配置することにより、透過測定が行われる。
【００３６】
一方、ワイヤーと直角な偏光成分をもつテラヘルツパルス光Ｔ８は、曲面鏡１９を経て反射測定試料Ｓ２で反射し、反射テラヘルツパルス光Ｔ９となる。反射テラヘルツパルス光Ｔ９は、テラヘルツパルス光Ｔ８の光路を逆に進み、曲面鏡１９を経てワイヤーグリッド１５を透過し、ワイヤーグリッド１４へ到達する。ワイヤーグリッド１４のワイヤーの向きは、ｓ偏光と直角に固定されており、反射テラヘルツパルス光Ｔ９は、ｓ偏光の偏光方向と４５°傾斜しているので、反射テラヘルツパルス光Ｔ９は、ワイヤーグリッド１４のワイヤーと平行な偏光成分の光と直角な偏光成分の光に分離される。ワイヤーグリッド１４のワイヤーと平行な偏光成分の光（ｐ偏光光）は、ワイヤーグリッド１４で反射し、テラヘルツパルス光１０として曲面鏡２０を経て反射光検出器１３へ到達する。反射光検出器１３をｐ偏光光を検出できるように、すなわち反射光検出器１３のアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向をワイヤーグリッド１４のワイヤーの向きと平行になるように配置することにより、反射測定が行われる。
【００３７】
本実施の形態におけるワイヤーグリッド１４，１５のワイヤーの向きと検出器８，１３のアンテナの向きとの関係をまとめる。透過測定のみを行う場合（ワイヤーグリッド１５がＲ４の状態）は、透過光検出器８をアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向がワイヤーグリッド１５のワイヤーの向きと平行となるように配置すれば、最も効率的にテラヘルツパルス光を検出することができる。また、透過測定と反射測定とを同時に行う場合（ワイヤーグリット１５がＲ５の状態）は、透過光検出器８をアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向がワイヤーグリッド１５のワイヤーの向きと平行となるように配置し、反射光検出器１３をアンテナとして機能する領域ＣのＣ１方向がワイヤーグリッド１４のワイヤーの向きと平行となるように配置すれば、最も効率的にテラヘルツパルス光を検出することができる。
また、この実施形態においても、透過測定のみを行う場合と、透過と反射の同時測定を行う場合とで、光軸ＡＸ３周りのアンテナの向きを選択する選択機構を設け、その測定毎に最も検出感度の大きい方向に配置することにより、より効率のよい測定を行うことができる。
【００３８】
本実施の形態では、ワイヤーグリッド１５の回転配置により、透過測定および透過反射測定の２つの測定を１台の装置で行うことができる。また、透過測定光学系と反射測定光学系を入れ替えれば、反射測定および透過反射測定の２つの測定を１台の装置で行うこともできる。従って、透過測定用と反射測定用の２台の装置を設けるのに比べて、大幅なコスト低減と設置スペースの節減が可能になる。また、透過測定と反射測定の両方を同時に行う場合は、透過測定と反射測定の２台の専用装置を使う場合に比べて、２つの試料のセッティング状態や測定環境などを同等とすることができる。さらに、本実施の形態による反射測定では、試料に対してテラヘルツパルス光の垂直入射が可能であり、試料の屈折率や誘電率などの解析が容易になる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
上述の第１および第２の実施の形態では、光路切換手段としてワイヤーグリッド５，１５を回転配置させる例を用いて説明したが、ワイヤーグリッド５，１５の代わりに、半導体ウェハを配置した状態と、ミラーを配置した状態と、何も配置しない状態とを切換えることによっても同様の効果を得ることができる。
半導体ウェハは、該半導体ウェハに入射したテラヘルツ光を、その偏光方向によらずに半導体ウェハで反射する光と、透過する光とに分ける作用を有する。分割されたテラヘルツ光のうちの一方を透過測定試料に、もう一方を反射測定試料に導くことによって、１つのテラヘルツ光源を用いて、反射測定と透過測定とを同時に行うことができる。また、半導体ウェハの代わりにミラーを配置するか、あるいは何も配置しないことによって、テラヘルツ光のすべてを透過測定試料または反射測定試料の何れかに選択的に導くことができ、透過測定または反射測定のどちらかのみを行うことができる。
【００４０】
以下、図1を参照しながら説明する。図１の構成において、ワイヤーグリッド５の代わりに半導体ウェハを配置すると、半導体ウェハに入射したテラヘルツパルス光Ｔ１のうち、一部の光は該半導体ウェハを透過して反射測定用試料Ｓ２に導かれ、それ以外の光は半導体ウェハで反射して透過測定用試料Ｓ１に導かれ、それぞれ反射光検出器１３、透過光検出器８に到達するので、反射測定と透過測定とを同時に行うことができる。反射測定のみを行うためには、ワイヤーグリッド５の位置に何も配置しない。この場合、光伝導アンテナ３からのテラヘルツパルス光Ｔ１は、すべて反射測定用試料Ｓ２に導かれ、反射測定のみを行うことができる。透過測定のみを行うためには、ワイヤーグリッド５の位置にミラーを配置する。この場合、光伝導アンテナ３からのテラヘルツパルス光Ｔ１は、すべてワイヤーグリッド５の位置に配置されたミラーで反射して透過測定用試料Ｓ１に導かれるので、透過測定のみを行うことができる。上記において、半導体ウェハ及びミラーの配置角度は、ワイヤーグリッド５と全く同じである。
本実施の形態では、光路切り換え手段として、例えば、半導体ウェハを配置する窓、ミラーを配置する窓および素通しの窓の３つが平面上に配設されたホルダーを用いる。これらの３つの窓を所望の測定に応じてテラヘルツパルス光Ｔ１の光路に選択的に挿入する。
【００４１】
なお、第１および第２の実施の形態では、曲面鏡４がコリメート用光学素子を、ワイヤーグリッド５と回転駆動部５Ａ、およびワイヤーグリッド１５と回転駆動部１５Ａが光路切換え手段を構成する。第３の実施の形態では、ホルダーとそのホルダーをテラヘルツパルス光Ｔ１の光路に挿入する機構が光路切換え手段を構成する。本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るテラヘルツ光測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るテラヘルツ光測定装置に用いられる光伝導アンテナの構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るテラヘルツ光測定装置に用いられるワイヤーグリッドの構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るテラヘルツ光測定装置に用いられる透過光検出器の構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るテラヘルツ光測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：レーザ光源
２，１０：ビームスプリッタ
３：光伝導アンテナ
５，１４，１５：ワイヤーグリッド
８：透過光検出器
１３：反射光検出器
３０：測定回路
３１：制御・演算処理部
３２：表示部
１００，２００：テラヘルツ光測定装置
Ｌ１〜Ｌ５：パルス光
Ｓ１：透過測定試料
Ｓ２：反射測定試料
Ｔ１〜Ｔ１０：テラヘルツパルス光
【図１】
2005227021.tif 000003
【図２】
2005227021.tif 000004
【図３】
2005227021.tif 000005
【図４】
2005227021.tif 000006
【図５】
2005227021.tif 000007