(57)【要約】【課題】光学測定のための系に作用する外乱に起因して光学測定結果に重畳する雑音を低減する。【解決手段】電磁波Ｔを試料１に入射させて光学応答信号を得て、光学応答信号の強度を検出素子１３により所定の検出タイミングで検出する。光学応答信号の強度を検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、光学応答信号の強度について複数の測定値を取得する。光学測定のための系に作用する外乱の少なくとも１種の発生を検出して、その検出から一定時間後に立ち上がるトリガ信号を生成し、複数回の光学測定をそれぞれトリガ信号に同期して動作させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を試料に入射させて光学応答信号を得て、
前記光学応答信号の強度を検出素子により所定の検出タイミングで検出し、
前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得する光学測定方法において、
前記光学測定のための系に作用する外乱の少なくとも１種の発生を検出して、その検出から一定時間後に立ち上がるトリガ信号を生成し、
前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする光学測定方法。
【請求項２】
マイクロホンを用いて、前記外乱として振動を検出する請求項１に記載の光学測定方法。
【請求項３】
機械式冷凍機により前記試料を冷却する系を用い、前記機械式冷凍機が発生する振動を検出する請求項２に記載の光学測定方法。
【請求項４】
電磁波を試料に入射させて光学応答信号を得て、
前記光学応答信号の強度を検出素子により所定の検出タイミングで検出し、
前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得する光学測定方法において、
前記光学測定のための系に作用する外乱の周期に対応する周期を持つパルス列を生成してトリガー信号とし、
前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする光学測定方法。
【請求項５】
前記検出素子による検出タイミングを変化させることにより、前記光学応答信号の強度の時間波形を複数時点でサンプリングする請求項１または４に記載の光学測定方法。
【請求項６】
前記電磁波としてＴＨｚ（テラヘルツ）電磁波を用い、
前記検出素子として、前記光学応答信号である前記ＴＨｚ電磁波の電場振幅をプローブパルス光の照射に応じて検出するＴＨｚ波検出素子を用い、
前記プローブパルス光を前記ＴＨｚ波検出素子に照射するタイミングを変化させることにより、前記ＴＨｚ波検出素子による前記検出タイミングを変化させる請求項５に記載の光学測定方法。
【請求項７】
電磁波発生素子と、
前記電磁波発生素子が発生した電磁波を試料に入射させ、前記試料から光学応答信号を出射させる光学系と、
前記光学応答信号の強度を所定の検出タイミングで検出する検出素子と、
前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出するための動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得するように制御を行う光学測定装置において、
前記光学測定装置を構成する要素に作用する外乱の少なくとも１種の発生を検出して外乱検出信号を出力する外乱検出部と、
前記外乱検出信号から一定時間後に立ち上がるトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを更に備え、
前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする光学測定装置。
【請求項８】
電磁波発生素子と、
前記電磁波発生素子が発生した電磁波を試料に入射させ、前記試料から光学応答信号を出射させる光学系と、
前記光学応答信号の強度を所定の検出タイミングで検出する検出素子と、
前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出するための動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得するように制御を行う光学測定装置において、
前記光学測定装置を構成する要素に作用する外乱の周期に対応する周期を持つパルス列を発生しトリガ信号として前記制御部に供給する発振器を更に備え、
前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする光学測定装置。
【請求項９】
前記検出タイミングを変化させる遅延時間調整部を備え、前記検出素子による検出タイミングを変化させることにより、前記光学応答信号の強度の時間波形を複数時点でサンプリングする請求項７または８に記載の光学測定装置。
【請求項１０】
前記電磁波発生素子としてＴＨｚ波発生素子を用い、
前記検出素子として、前記光学応答信号である前記ＴＨｚ電磁波の電場振幅をプローブパルス光の照射に応じて検出するＴＨｚ波検出素子を用い、
前記制御部は、前記プローブパルス光が前記ＴＨｚ波検出素子に照射されるタイミングを変化させることにより、前記ＴＨｚ波検出素子による前記検出タイミングを変化させる請求項９に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料にテラヘルツ（以下、ＴＨｚと略記する場合もある）電磁波等の電磁波を照射して透過光または反射光の強度を検出する光学測定方法に関し、特に測定系に作用する外乱に起因する検出信号に対する雑音の重畳が効果的に抑制される光学測定方法および光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＨｚ電磁波は、ＴＨｚ波発生素子として光伝導スイッチと呼ばれる半導体デバイスを用いて発生させられる。光伝導スイッチに数１０フェムト秒のパルス幅を持つ近赤外領域のレーザー光を照射すると、極めて短時問だけストロボのようにＴＨｚ電磁波が発生する。
【０００３】
このＴＨｚ電磁波を用いた代表的な光学測定方法として、テラヘルツ時間領域分光法が知られている。すなわち、ＴＨｚ電磁波を半導体等の試料に入射させ、透過または反射により得られる光学応答信号の電場振幅をＴＨｚ波検出素子により検出し、その時間変化を測定する。測定結果の波形をフーリエ変換することにより、周波数ごとの振幅と位相が得られ、その振幅と位相を解析することにより、試料の誘電率や屈折率の周波数依存性等を調べることができる。
【０００４】
テラヘルツ時間領域分光を行うためには、例えば、レーザー光源から放射されるフェムト秒パルス光を２本に分岐させて、励起パルス光とプローブパルス光を作成する。励起パルス光の照射によりＴＨｚ波発生素子から放射されたＴＨｚ電磁波を試料に照射し、試料からの光学応答信号をＴＨｚ波検出素子に集光して電場振幅を検出する。ＴＨｚ波検出素子は、プローブ光が照射された瞬間に入射している光学応答信号であるＴＨｚ電磁波の電場振幅を検出する。
【０００５】
光学応答信号の電場振幅の時間変化波形を測定するためには、プローブパルス光がＴＨｚ波検出素子に入射する検出タイミングを可変にする必要がある。そのために、レーザー光源からＴＨｚ波検出素子に至る光路長を可変とする遅延時間調整部を設け、プローブパルス光がＴＨｚ波検出素子に到達するまでの時間遅延量を変化させる。それにより、光学応答信号であるＴＨｚ電磁波の電場振幅の時間変化波形の測定が可能となる。
【０００６】
テラヘルツ時間領域分光法の適用例として、強磁場・低温下での半導体の磁気光学効果の測定が知られている。そのような測定を行う場合、試料を極低温（最低で４Ｋ程度）にするために、簡便性を考慮して機械式冷凍機が用いられる場合が多い。しかしながら、機械式冷凍機は機械的振動が大きく、振動は試料に伝播し、また冷凍機が設置されている場所の周囲にも伝播して測定のための光学系を振動させる。振動が原因となって、測定のタイミングが変化したり、出力の値が変化したりすると、ＴＨｚ波検出素子による検出信号に大きな雑音が重畳してしまう。
【０００７】
機械式冷凍機を用いたテラヘルツ時問領域分光装置における、機械的振動が与える影響の例について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、テラヘルツ時間領域分光装置における試料１が装着された要部を示す。試料１はＧＭ（Gifford-MacMahon）冷凍機２のステージ３に保持される。試料１は、ＧＭ冷凍機２により冷却されるとともに、超伝導マグネット（図示せず）により強磁場が印加される。ＴＨｚ電磁波Ｔが、ステージ３内の反射面３ａを経由して試料１に入射し、透過光が光学応答信号としてＴＨｚ波検出素子（図示せず）に導かれ、電場振幅が検出される。
【０００８】
ＧＭ冷凍機２の振動に起因する試料１の変位を図７（ｂ）に示す。ＧＭ冷凍機２は比較的振動が大きく、振動による変位の振幅は±１３μｍ程度である。試料１の変位により、ＴＨｚ電磁波Ｔが試料１に至るまでの光路長、あるいは光学応答信号がＴＨｚ波検出素子に至る光路長が変化する。
【０００９】
テラヘルツ時間領域分光法では、ＴＨｚ電磁波の波形を測定する。すなわち電場の振幅のみならず、位相も測定することになる。ＧＭ冷凍機２の停止時、すなわち振動の影響を受けない状態で測定されるＴＨｚ波検出素子の出力信号の時間変化波形を図８に示す。この波形は、上述のように、光学応答信号であるＴＨｚ電磁波の電場振幅の時間変化波形を時間軸に沿ってサンプリングするために、ＴＨｚ波検出素子による検出タイミングを変化させながら繰り返し測定を行い、得られた多数の検出値を合成したものである。図８の波形には、雑音が重畳されていない。
【００１０】
一方、ＧＭ冷凍機２の運転時は、振動に起因する変位により、ＴＨｚ電磁波の光路の方向及び長さが変化し、検出される波形には、図４の波形Ｗに示されるように振動に同期した雑音が重畳される。重畳される雑音は、図７（ｂ）に示したＧＭ冷凍機２の振動による試料１の変位に起因するものである。時間変化波形の各サンプリング点について振動の周期に対する測定タイミングが異なり、試料１の変位の異なるレベルに対応する変動を受けるため、細かいレベル変動が重畳されている。
【００１１】
上述のような機械振動の影響を低減するために、本質的に振動が小さいパルスチューブ冷凍機が開発されているが、やはり精密光学測定には不十分である。また、機械的振動部分と試料を機械的に絶縁することで振動を低減することは可能であるが、最低到達温度は大きく上昇し、１０Ｋ程度になってしまう。
【００１２】
また、機械式冷凍機の機械的振動に起因して重畳される雑音を、信号処理により光学測定データから除去する方法の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の方法は、ＳＱＵＩＤ磁束計出力の冷凍機振動による周期性雑音の除去を目的とするものである。冷凍機振動による雑音の成分をあらかじめ測定しておき、実際の測定結果から雑音成分を引き算することにより、本来の信号のみを取得する。
【特許文献１】特開平５−２４９２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、振動による雑音の事前測定に基づき、雑音が十分に周期的に発生し同一パターンであることを前提としている。しかし、実際には振動のタイミングがわずかにずれることに起因して、雑音は常に同じ周期で発生しているわけではない。従って、雑音発生の周期の不規則度によって雑音低減の有効性が低下し、精度の高い測定結果が得られない場合がある。
【００１４】
なお、以上の説明では、テラヘルツ時間領域分光法を例として説明したが、ＴＨｚ電磁波を用いた他の光学測定方法、あるいは可視光も含む他の波長領域の電磁波を用いた光学測定方法により測定を行う場合にも、上記と同様、外乱に起因する測定精度の低下は発生し得る。雑音の原因も、機械式冷凍機の機械的振動に限らず、光学測定のための系に作用して、電磁波、励起パルス光、あるいはプローブパルス光の光路の変動、試料や検出素子の位置あるいは姿勢等の変動を引き起こす種々の外乱があり得る。
【００１５】
したがって本発明は、電磁波を用いた光学測定のための系に作用する外乱に起因して、光学測定結果に重畳する雑音を低減することが可能な光学測定方法および光学測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光学測定方法の基本的な手順は、電磁波を試料に入射させて光学応答信号を得て、前記光学応答信号の強度を検出素子により所定の検出タイミングで検出し、前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得するものである。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の光学測定方法は、上記基本手順において、前記光学測定のための系に作用する外乱の少なくとも１種の発生を検出して、その検出から一定時間後に立ち上がるトリガ信号を生成し、前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の構成の光学測定方法は、上記基本手順において、前記光学測定のための系に作用する外乱の周期に対応する周期を持つパルス列を生成してトリガー信号とし、前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする。
【００１９】
本発明の光学測定装置の基本的な構成は、電磁波発生素子と、前記電磁波発生素子が発生した電磁波を試料に入射させ、前記試料から光学応答信号を出射させる光学系と、前記光学応答信号の強度を所定の検出タイミングで検出する検出素子と、前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出するための動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記光学応答信号の強度を前記検出素子により検出する光学測定を複数回繰り返すことにより、前記光学応答信号の強度について複数の測定値を取得するように制御を行うように構成される。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の光学測定装置は、上記基本構成において、前記光学測定装置を構成する要素に作用する外乱の少なくとも１種の発生を検出して外乱検出信号を出力する外乱検出部と、前記外乱検出信号から一定時間後に立ち上がるトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを更に備え、前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２の構成の光学測定装置は、上記基本構成において、前記光学測定装置を構成する要素に作用する外乱の周期に対応する周期を持つパルス列を発生しトリガ信号として前記制御部に供給する発振器を更に備え、前記複数回の光学測定をそれぞれ前記トリガ信号に同期して動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成の本発明の光学測定方法および光学測定装置によれば、概略周期性をもった外乱の発生に同期したトリガ信号を生成し、そのトリガ信号に応じた測定を行う。それにより、繰り返し測定のそれぞれにおいて、外乱が光学応答信号に与える変動量が同一の値になる瞬間に電場振幅の検出値を取得することができる。変動が一定ということは、実効的に変動が発生していない状態で測定をしていることになる。その結果、複数の測定による検出値の集積による測定結果がら、外乱による雑音の影響を排除するととがでぎる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の構成の光学測定方法において、マイクロホンを用いて、前記外乱として振動を検出することができる。その場合、機械式冷凍機により前記試料を冷却する系を用い、前記機械式冷凍機が発生する振動を検出することができる。
【００２４】
本発明の第１または第２の構成の光学測定方法において、前記検出素子による検出タイミングを変化させることにより、前記光学応答信号の強度の時間波形を複数時点でサンプリングすることができる。
【００２５】
その場合、前記電磁波としてＴＨｚ（テラヘルツ）電磁波を用い、前記検出素子として、前記光学応答信号である前記ＴＨｚ電磁波の電場振幅をプローブパルス光の照射に応じて検出するＴＨｚ波検出素子を用い、前記プローブパルス光を前記ＴＨｚ波検出素子に照射するタイミングを変化させることにより、前記ＴＨｚ波検出素子による前記検出タイミングを変化させることができる。
【００２６】
本発明の第１または第２の構成の光学測定装置において、前記検出タイミングを変化させる遅延時間調整部を備え、前記検出素子による検出タイミングを変化させることにより、前記光学応答信号の強度の時間波形を複数時点でサンプリングする構成とすることができる。
【００２７】
その場合、前記電磁波発生素子としてＴＨｚ波発生素子を用い、前記検出素子として、前記光学応答信号である前記ＴＨｚ電磁波の電場振幅をプローブパルス光の照射に応じて検出するＴＨｚ波検出素子を用い、前記制御部は、前記プローブパルス光が前記ＴＨｚ波検出素子に照射されるタイミングを変化させることにより、前記ＴＨｚ波検出素子による前記検出タイミングを変化させる構成とすることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態における光学測定方法および光学測定装置について、図面を参照して詳細に説明する．
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、テラヘルツ時間領域分光法を例として説明する。図１は、強磁場・低温下での試料の磁気光学効果の測定に適用されるテラヘルツ時間領域分光装置の構成の概要を示す。
【００２９】
図１において、試料１はＧＭ冷凍機２のステージ３に保持され、ＧＭ冷凍機２により冷却（５Ｋ〜３００Ｋ）されるとともに、超伝導マグネット４により強磁場（０〜１０Ｔ）が印加される。ＧＭ冷凍機２の筐体にはマイクロホン２４が取付けられている。
【００３０】
レーザ光源５は、近赤外領域のフェムト秒パルス光を発生する。フェムト秒パルス光は、例えば、中心波長が近赤外領域のうちの７８０〜８００ｎｍ程度、繰り返し周波数が数ｋＨｚから１００ＭＨｚのオーダー（例えば８０ＭＨｚ）、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ程度である。発生したフェムト秒パルス光は、ビームスプリッター６により励起パルス光Ｅとプローブパルス光Ｐに分岐される。
【００３１】
励起パルス光Ｅは、ＴＨｚ波発生素子７に照射される。ＴＨｚ波発生素子７は光伝導スイッチにより構成され、励起パルス光Ｅの照射によりＴＨｚ電磁波Ｔを放射する。ＴＨｚ電磁波は、概ね０．０１×１０12から１００×１０12Ｈｚまでの周波数領域の光である。
【００３２】
このＴＨｚ電磁波は、曲面鏡８、ワイヤーグリッド偏光子９、ステージ３内の反射面３ａを経由して試料１の一点に入射する。ＴＨｚ電磁波が試料１を透過することにより得られた光学応答信号は、ワイヤーグリッド偏光子１０、１１、および曲面鏡１２を経由してＴＨｚ波検出素子１３に入射する。ＴＨｚ波検出素子１３は、プローブパルス光Ｐが照射された検出タイミングで入射した光学応答信号の電場振幅を検出する。ＴＨｚ波検出素子１３からは、検出された電場振幅に応じた電気信号が出力される。この電気信号を測定することにより、半導体試料の場合、電気的特性や不純物濃度等のデータが得られる。なお、ＴＨｚ電磁波に試料１を透過させるのではなく、ＴＨｚ電磁波を試料１により反射させて光学応答信号を得る場合もある。
【００３３】
プローブパルス光Ｐは、遅延時間調整部１４を経由してＴＨｚ波検出素子１３に照射される。ＴＨｚ波検出素子１３は、プローブパルス光Ｐが照射された検出タイミングで、光学応答信号の電場振幅に応じた検出値を出力する。すなわち、プローブパルス光Ｐが照射された瞬間に入射しているＴＨｚ電磁波の電場振幅がサンプリングされる。
【００３４】
プローブパルス光Ｐは、遅延時間調整部１４により遅延時間が調整されたタイミングで、ＴＨｚ波検出素子１３に照射される。遅延時間調整部１４は、各々屈曲した反射面を有する固定鏡１４ａと可動鏡１４ｂからなる。可動鏡１４ｂは、矢印Ｘの方向に変位可能である。プローブパルス光Ｐは、固定鏡１４ａの一方の反射面から可動鏡１４ｂの内側２面の反射面を経た後、固定鏡１４ａの他方の反射面により反射されてＴＨｚ波検出素子１３に導かれる。従って、可動鏡１４ｂの位置に応じて遅延時間調整部１４内での光路長が変化する。その結果、プローブパルス光ＰがＴＨｚ波検出素子１３に到達する時間が変化する。このようにして、ＴＨｚ波検出素子１３へのプローブパルス光Ｐの照射のタイミングを変化させることにより、ＴＨｚ電磁波の試料１による光学応答信号を、時系列波形として測定することができる。
【００３５】
時系列波形でなく、ＴＨｚ電磁波の波形の１点に対する応答のみを測定する場合は、可動鏡１４ｂは所定の位置に固定される。
【００３６】
図２に、上記構成のテラヘルツ時間領域分光装置における、上記動作を制御するための信号処理系１５のブロック図を示す。この信号処理系１５は、外乱検出部２０、トリガ信号生成部２１、制御部２２、およびロックインアンプ２３からなる。図２には、図１に示した要素との接続も示されている。ブロック間の接続を示す矢印のうち、実線で示したものは電気信号の流れを示し、破線で示したものは電磁波の伝達を示す。
【００３７】
外乱検出部２０は、テラヘルツ時間領域分光装置を構成する要素に作用する振動等の外乱を検出して、外乱検出信号を出力する。この例では、外乱検出部２０は、外乱センサとしてのマイクロホン２４、アンプ２５、およびローパスフィルタ２６から構成される。マイクロホン２４は、外乱としてＧＭ冷凍機２の振動による変位の発生を、ＧＭ冷凍機２内部にあるディスプレーサの運動によって発生する音（以降、動作音）により検出する。すなわち、試料１の振動（変位）は主としてディスプレーサの運動により生じるので、動作音は変位の時間変化と同期しているからである。
【００３８】
トリガ信号生成部２１は、シュミットトリガー回路２７、単安定マルチバイブレータ２８、および遅延回路２９からなる。マイクロホン２４による検出信号がアンプ２５で増幅され、ローパスフィルタ２６を通された後、シュミットトリガー回路２７に供給される。
【００３９】
振動の検出信号の立ち上がりに応じてシュミットトリガー回路２７および単安定マルチバイブレータ２８により一定幅の検出パルスが生成される。ＧＭ冷凍機２の振動は周期的に発生するので、ＧＭ冷凍機２の振動の発生に同期して立ち上がる検出パルス列が生成される。検出パルス列は遅延回路２、９に供給され、所定時間遅延させたトリガ信号のパルス列が生成される。遅延回路２９による遅延時間は、測定目的、あるいはＧＭ冷凍機２の振動の状態等を考慮して、トリガ信号の立ち上がりが振動の周期中における測定に適したタイミングになるように設定される。トリガ信号は制御部２２およびロックインアンプ２３に供給される。
【００４０】
ロックインアンプ２３には、ＴＨｚ波検出素子１３による検出信号が入力される。プローブパルス光Ｐの照射タイミングで光学応答信号の電場振幅を検出したＴＨｚ波検出素子１３の出力信号は、ロックインアンプ２３によりトリガ信号に同期して測定データとして取得される。
【００４１】
さらに制御部２２は、可動鏡１４ｂの位置を制御して、遅延時間調整部１４におけるプローブパルス光Ｐの光路長を変化させる。光路長を変化させることにより、ＴＨｚ波検出素子１３に対するプローブパルス光Ｐの照射のタイミング、すなわちＴＨｚ波検出素子１３による電場振幅の検出タイミングが可変になる。可動鏡１４ｂを一定間隔毎に変位させて測定を繰り返せば、ＴＨｚ電磁波に対する光学応答信号の電場振幅の時間変化波形を測定することができる。すなわち、検出タイミングを一定時間問隔毎にずらして、ＴＨｚ電磁波の時間変化波形の複数の時点において上記の測定を繰り返す。
【００４２】
以下に、本実施の形態におけるテラヘルツ時間領域分光装置を用いて光学測定を行うことにより、ＧＭ冷凍機２の振動に起因する雑音の重畳が抑制された結果について説明する。
【００４３】
図１に示したように、ステージ３に装着された試料１のＴＨｚ帯透過測定を行った。
【００４４】
図３に、ＧＭ冷凍機２の振動による試料１の変位Ａ、マイクロホン２４の出力信号Ｂ、及び遅延回路２９から出力されるトリガ信号Ｃの時間変化の関係を示す。マイクロホン２４の出力信号Ｂにおける大きな振幅の発生から時間τ遅延して、トリガ信号Ｃが立ち上がる。トリガ信号Ｃに同期してレーザ光源５が動作し、フェムト秒パルス光を発生して、ＴＨｚ電磁波による測定が行われる。
【００４５】
図３の時間軸で見れば、トリガ信号Ｃが入力された時点で、ロックインアンプ２３はＴＨｚ波検出素子１３の出力値をサンプリングする。すなわち図３中の黒丸Ｄに示した時点でデータが取得される。各黒丸Ｄに対応する変位Ａをみると、ほぼ一定になっている。すなわち、試料１の変位が常に一定値になる時点での測定値が得られることになる。変位が一定ということは、実効的に振動していない状態で測定をしていることになる。すなわち、図４に示した雑音除去がされない場合の波形Ｗと、トリガー信号の関係から判るように、トリガー信号Ｃのタイミングでは試料１の変位Ａが一定であるため、波形Ｗには振動による変位の変動が重畳されず、試料１を透過したＴＨｚ電磁波の波形が正確に検出される。
【００４６】
この結果、冷凍機運転中においても図８に示したような電場波形が得られ、光学応答信号の電場波形から振動による揺らぎ、雑音は除去されることがわかる。試料温度を５〜２５０Ｋの間で変えても同様な結果が得られた。
【００４７】
図５Ａ〜５Ｃは、測定結果の再現性を示す。各図の複数本の線は、５回行った測定の結果得られたＴＨｚ電磁波の電場振幅の時間変化波形に基づいて得られた特性を示す。図５Ａは振幅の周波数特性、図５Ｂは振幅比の周波数特性、図５Ｃは位相シフトの周波数特性を示す。いずれも、良好な再現性を示していることが判る。
【００４８】
なお、外乱を検出するセンサーとしては、マイクロホン以外でも、振動センサー、加速度センサー、歪センサー等、外乱の態様に応じて種々の装置を用いることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図６に、本発明の実施の形態２におけるテラヘルツ時間領域分光装置の信号処理系１６のブロック図を示す。実施の形態１においては、冷凍機の振動と検出動作の同期をとるために、動作音をマイクロホンで検出したが、本実施の形態はより簡便なシステムとして、マイクロホンのようなセンサを用いることなく構成される。
【００５０】
本実施の形態におけるテラヘルツ時間領域分光装置の全体的な構成は、図１に示したものと同様である。相違点は、図２の信号処理系１５に代えて図６の信号処理系１６を用いることである。図６の信号処理系１６においては、図２における外乱検出部２０およびトリガ信号生成部２１を用いず、発振器３０によりトリガー信号を生成する。
【００５１】
発振器３０は、ＧＭ冷凍機２の振動と同等の周波数（例えば１．２００Ｈｚ）の周期信号を発生させ、これをトリガ信号として、制御部２２およびロックインアンプ２３を動作させる。短時間であればセンサからの同期信号を用いた方法と同程度に雑音を除去できる。
【００５２】
しかしながら、振動の周期は完全に一定ではないために、長時間データを取得した場合、発振器３０からのトリガ信号と振動のタイミング（位相）がずれ、振動の影響を除去できない場合がある。したがって、目的に応じた適用の仕方が必要である。
【００５３】
なお、以上の説明では、テラヘルツ時間領域分光法を例として説明したが、他の光学測定方法、例えば、分散型分光法、フーリエ分光法等、ＴＨｚ電磁波あるいは可視光も含む他の波長領域の電磁波を用いた光学測定方法にも、上記と実施の形態と同様、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、光学測定系に作用する外乱により測定結果に重畳する雑音を低減して、精度の高い測定が可能であり、種々の態様あるいは波長領域での分光法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるテラヘルツ時間領域分光装置の構成の概要を示す断面図
【図２】同分光装置の動作を制御するための信号処理系を示すブロック図
【図３】ＧＭ冷凍機の振動による変位Ａ、図２の信号処理系によるマイクロホンの出力信号Ｂ、及びトリガ信号Ｃの時間変化の関係を示す図
【図４】テラヘルツ時間領域分光法による光学応答信号に振動に起因する雑音が重畳された波形とトリガ信号の関係を示す図
【図５Ａ】テラヘルツ時間領域分光法による光学測定の再現性を振幅の周波数特性に基づいて示す図
【図５Ｂ】テラヘルツ時間領域分光法による光学測定の再現性を振幅比の周波数特性に基づいて示す図
【図５Ｃ】テラヘルツ時間領域分光法による光学測定の再現性を位相シフトの周波数特性に基づいて示す図
【図６】本発明の実施の形態２におけるテラヘルツ時間領域分光装置を構成する信号処理系を示すブロック図
【図７】（ａ〉はテラヘルツ時間領域分光装置における試料が装着された要部を示す断面図、（ｂ）は冷凍機の振動に起因する試料の変位を示す図
【図８】テラヘルツ時間領域分光法による光学応答信号の時間変化を示す波形図
【符号の説明】
【００５６】
１  試料
２  ＧＭ冷凍機
３  ステージ
３ａ  反射面
４  超伝導マグネット
５  レーザ光源
６  ビームスプリッター
７  ＴＨｚ波発生素子
８、１２  曲面鏡
９、１０、１１  ワイヤーグリッド偏光子
１３  ＴＨｚ波検出素子
１４  遅延時間調整部
１４ａ  固定鏡
１４ｂ  可動鏡
１５、１６  信号処理系
２０  外乱検出部
２１  トリガ信号生成部
２２  制御部
２３  ロックインアンプ
２４  マイクロホン
２５  アンプ
２６  ローパスフィルタ
２７  シュミットトリガー回路
２８  単安定マルチバイブレータ
２９  遅延回路
３０  発振器
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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