(57)【要約】【課題】測定時間を短縮することができる計測装置を提供する。【解決手段】本発明の計測装置１００は、光パルスを生成可能な光パルス生成部１０と、光パルス生成部１０にて生成された光パルスを第１の光パルスとしてのポンプ光Ｌ１と第２の光パルスとしてのプローブ光Ｌ２に分岐する光パルス分岐部２０と、ポンプ光Ｌ１が照射されてテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部３０と、測定対象の試料Ｓに照射されて透過又は反射したテラヘルツ波とプローブ光Ｌ２が照射されるテラヘルツ波検出部５０と、光パルス分岐部２０からテラヘルツ波検出部５０までのプローブ光Ｌ２の光路長が変化するように構成される遅延光学系４０と、を備え、遅延光学系４０は、プローブ光Ｌ２と交差する方向を回転軸とする回転ミラー４４と、回転ミラー４４で反射したプローブ光Ｌ２の光路長を異ならせる複数の厚みを有する遅延部４８と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを生成可能な光パルス生成部と、
前記光パルス生成部にて生成された光パルスを第１の光パルスと第２の光パルスに分岐する光パルス分岐部と、
前記第１の光パルスが照射されてテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、
測定対象の試料に照射されて透過又は反射した前記テラヘルツ波と前記第２の光パルスが照射されるテラヘルツ波検出部と、
前記光パルス分岐部から前記テラヘルツ波検出部までの前記第２の光パルスの光路長が変化するように構成される遅延光学系と、
を備え、
前記遅延光学系は、前記第２の光パルスと交差する方向を回転軸とする回転ミラーと、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの光路長を異ならせる複数の厚みを有する遅延部と、を含む、ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記遅延光学系は、前記第２の光パルスを反射又は透過する偏光ビームスプリッターと、前記第２の光パルスが通過し、前記第２の光パルスに位相差πを生じさせる位相差板と、を含み、
前記遅延部は、前記第２の光パルスを反射することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記位相差板は、前記回転ミラーに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記位相差板は、前記遅延部に備えられていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記遅延部は、一部が開口する円筒状であり、円筒の中心が前記回転ミラーの回転軸と一致していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記遅延光学系は、前記回転ミラーと前記遅延部との間に、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズを含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズを含み、前記コリメータレンズと前記遅延部との間に、前記位相差板を備えていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項８】
前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材と、前記透過部材の平坦部に設けられた反射膜と、を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項９】
前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす楕円ミラーを含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを通過した前記第２の光パルスを集光する集光レンズと、を含み、
前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間に前記遅延部を配置し、
前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす２つの楕円ミラーを含み、
２つの前記楕円ミラーの間に、前記遅延部を配置し、
前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記遅延光学系は、２つの前記回転ミラーと、
２つの前記回転ミラーの間に、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズと、前記遅延部と、前記コリメータレンズを通過した前記第２の光パルスを集光する集光レンズと、を含み、
前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間に前記遅延部を配置し、
前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記遅延部は、前記第２の光パルスが交差する面に、反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【請求項１４】
前記遅延光学系は、２つの前記回転ミラーと、
前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす２つの楕円ミラーと、を含み、
２つの前記楕円ミラーの間に前記遅延部を配置し、
前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項１５】
２つの前記回転ミラーは、同期していることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
【０００３】
例えば、テラヘルツ波を用いた計測装置として、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＴＨｚ−ＴＤＳ）を用いた計測装置が知られている。例えば、特許文献１に開示されたＴＨｚ−ＴＤＳを用いた計測装置では、まず、フェムト秒レーザーから出射された光パルスは、ビームスプリッターで２つの経路に分けられる。一方の光パルス（ポンプ光）は、ＬＴ−ＧａＡｓ上にアンテナを形成した光伝導素子に照射され、テラヘルツ波を発生させる。発生したテラヘルツ波は対象物体に照射され、対象物体を透過したテラヘルツ波は検出用の光伝導素子に入射する。他方の光パルス（プローブ光）は、遅延手段を経て、検出用の光伝導素子に照射される。この他方の光パルスは、検出用の光伝導素子において対象物体を透過したテラヘルツ波を検出するときのゲート信号として用いられる。
【０００４】
このようなＴＨｚ−ＴＤＳを用いた計測装置において、対象物体をイメージングする際には、対象物体を透過したテラヘルツ波の時間波形が必要となる。時間波形の取得には、検出用の光伝導素子に入射するテラヘルツ波と光パルス（プローブ光）とに少しずつ異なる時間差をつける必要がある。例えば、特許文献１の計測装置では、ミラーをプローブ光の進行方向に沿って機械的に移動させる遅延手段を用いることで、プローブ光の光路長を可変にしてテラヘルツ波と光パルス（プローブ光）との間に時間差をつけている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の計測装置では、上述したように、ミラーを機械的に移動させてプローブ光の光路長を変化させる。しかし、ミラーをプローブ光の進行方向に沿って機械的に移動させることでプローブ光の光路長を変化させると時間が掛かってしまい、測定時間が長くなってしまうという問題がある。特に、ＴＨｚ−ＴＤＳを用いたイメージングでは、一画素ごとの測定時間が長くなるため、その影響が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る計測装置は、光パルスを生成可能な光パルス生成部と、前記光パルス生成部にて生成された光パルスを第１の光パルスと第２の光パルスに分岐する光パルス分岐部と、前記第１の光パルスが照射されてテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、測定対象の試料に照射されて透過又は反射した前記テラヘルツ波と前記第２の光パルスが照射されるテラヘルツ波検出部と、前記光パルス分岐部から前記テラヘルツ波検出部までの前記第２の光パルスの光路長が変化するように構成される遅延光学系と、を備え、前記遅延光学系は、前記第２の光パルスと交差する方向を回転軸とする回転ミラーと、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの光路長を異ならせる複数の厚みを有する遅延部と、を含む、ことを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、回転ミラーを回転し、複数の厚みを有する遅延部に第２の光パルスを照射することにより、厚みの異なる遅延部で遅延した第２の光パルスは、回転ミラーと遅延部との距離が異なるため、第２の光パルスの光路長を変化させることができる。そのため、例えば遅延光学系がミラーを第２の光パルスの進行方向に沿って直線的に移動させて第２の光パルスの光路長を変化させる場合に比べて、ミラーを高速に回転させることができ、光路長を高速で変化させることができる。従って、このような計測装置では、測定時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記第２の光パルスを反射又は透過する偏光ビームスプリッターと、前記第２の光パルスが通過し、前記第２の光パルスに位相差πを生じさせる位相差板と、を含み、前記遅延部は、前記第２の光パルスを反射することが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第２の光パルスが位相差板を通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッターで反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させて偏光ビームスプリッターを透過させ、テラヘルツ波検出部に入射させることができる。そのため、厚みの異なる遅延部で反射し光路長が異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部に入射させることができ、対象物体を計測することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の計測装置において、前記位相差板は、前記回転ミラーに備えられていることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、第２の光パルスが回転ミラーに備えられた位相差板を通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッターで反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させて偏光ビームスプリッターを透過させ、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部に入射させることができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の計測装置において、前記位相差板は、前記遅延部に備えられていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、第２の光パルスが遅延部に備えられた位相差板を通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッターで反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させて偏光ビームスプリッターを透過させ、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部に入射させることができる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延部は、一部が開口する円筒状であり、円筒の中心が前記回転ミラーの回転軸と一致していることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、遅延部が円筒状で、円筒の中心が回転ミラーの回転軸と一致させることで、遅延光学系の小型化が図れ、遅延部で反射した第２の光パルスを回転ミラーにより偏光ビームスプリッター方向に正確に反射することができる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記回転ミラーと前記遅延部との間に、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズを含む、ことが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、回転ミラーと遅延部との間に、コリメータレンズを配置することで、遅延部を階段状の形状とすることができ、遅延部の製造が容易となる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズを含み、前記コリメータレンズと前記遅延部との間に、前記位相差板を備えていることが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、第２の光パルスがコリメータレンズと遅延部との間に配置された位相差板を通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッターで反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させて偏光ビームスプリッターを透過させ、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部に入射させることができる。
【００２２】
［適用例８］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材と、前記透過部材の平坦部に設けられた反射膜と、を含む、ことが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、回転ミラーで反射された第２の光パルスが、厚みが異なる透過部材を透過し、反射膜で反射され、再び回転ミラーに戻るまでの時間は、透過部材の厚みに比例し変化するため、第２の光パルスの光路長を変化させることができる。
【００２４】
［適用例９］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす楕円ミラーを含む、ことが好ましい。
【００２５】
本適用例によれば、回転ミラーを回転して反射した第２の光パルスを楕円ミラーに照射することにより、第２の光パルスの軸をずらし、正確に遅延部へ照射することができる。そのため、第２の光パルスの光路長を変化させることができる。
【００２６】
［適用例１０］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを通過した前記第２の光パルスを集光する集光レンズと、を含み、前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間に前記遅延部を配置し、前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることが好ましい。
【００２７】
本適用例によれば、コリメータレンズを透過した第２の光パルスは、厚みの異なる遅延部を透過することで、遅延部の厚みに比例し透過時間が変化するため、光路長の変化した第２の光パルスをテラヘルツ波検出部へ入射させることができる。
【００２８】
［適用例１１］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす２つの楕円ミラーを含み、２つの前記楕円ミラーの間に、前記遅延部を配置し、前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることが好ましい。
【００２９】
本適用例によれば、楕円ミラーで反射した第２の光パルスは、厚みの異なる遅延部を透過することで、遅延部の厚みに比例し透過時間が変化するため、光路長の変化した第２の光パルスをテラヘルツ波検出部へ入射させることができる。
【００３０】
［適用例１２］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、２つの前記回転ミラーと、２つの前記回転ミラーの間に、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズと、前記遅延部と、前記コリメータレンズを通過した前記第２の光パルスを集光する集光レンズと、を含み、前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間に前記遅延部を配置し、前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることが好ましい。
【００３１】
本適用例によれば、コリメータレンズを透過した第２の光パルスは、厚みの異なる遅延部を透過することで、遅延部の厚みに比例し透過時間が変化するため、光路長の変化した第２の光パルスをテラヘルツ波検出部へ入射させることができる。
【００３２】
［適用例１３］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延部は、前記第２の光パルスが交差する面に、反射防止膜が設けられていることが好ましい。
【００３３】
本適用例によれば、遅延部の第２の光パルスが交差する面に、反射防止膜が設けられているため、コリメータレンズを透過した第２の光パルスの反射ロスや遅延部を透過した第２の光パルスの反射ロスを低減することができる。
【００３４】
［適用例１４］上記適用例に記載の計測装置において、前記遅延光学系は、２つの前記回転ミラーと、前記回転ミラーで反射した前記第２の光パルスの軸をずらす２つの楕円ミラーと、を含み、２つの前記楕円ミラーの間に前記遅延部を配置し、前記遅延部は、前記第２の光パルスを透過する透過部材であることが好ましい。
【００３５】
本適用例によれば、楕円ミラーで反射した第２の光パルスは、厚みの異なる遅延部を透過することで、遅延部の厚みに比例し透過時間が変化するため、光路長の変化した第２の光パルスをテラヘルツ波検出部へ入射させることができる。
【００３６】
［適用例１５］上記適用例に記載の計測装置において、２つの前記回転ミラーは、同期していることが好ましい。
【００３７】
本適用例によれば、２つの回転ミラーが同期しているので、光路長の変化した第２の光パルスを正確にテラヘルツ波検出部へ入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。
【図２】本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波発生部を模式的に示す平面図。
【図３】図１の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図４】本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波検出部を模式的に示す平面図。
【図５】本実施形態に係る計測装置のテラヘルツ波時間波形の取得方法の説明図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。
【図１４】本発明の第１０実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。
【図１５】本発明の第１１実施形態に係る計測装置の遅延光学系の構成を模式的に示す図。
【図１６】本発明の第１２実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４０】
＜第１実施形態＞
（計測装置）
先ず、本発明の第１実施形態に係る計測装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る計測装置１００の構成を模式的に示す図である。
【００４１】
計測装置１００では、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を用いて、計測を行う。テラヘルツ時間領域分光法とは、テラヘルツ波を試料Ｓに入射させ、試料Ｓを透過又は反射した後のテラヘルツ波の波形を時間分解計測し、そ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を得るという分光法である。ここで、テラヘルツ波とは、周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に３００ＧＨｚ以上１０ＴＨｚ以下の電磁波をいう。
【００４２】
計測装置１００は、図１に示すように、光パルス生成部１０と、光パルス分岐部２０と、テラヘルツ波発生部３０と、遅延光学系４０と、テラヘルツ波検出部５０と、を含む。計測装置１００は、さらに、ミラー６０，６２，６４，６６，６８，６９，７０，７２を含む。
【００４３】
光パルス生成部１０は、複数の異なる波長の光パルス（レーザー光）を生成することができる。光パルス生成部１０は、波長の異なる光パルスを所定の時間間隔で、順次、射出する。ここで、光パルスとは、短時間に急峻に強度が変化する光をいう。光パルス生成部１０で生成された光パルスのパルス幅は、例えば、１ｆｓ（フェムト秒）以上８００ｆｓ以下である。光パルス生成部１０から射出された光パルスは、光パルス分岐部２０に入射する。なお、光パルス生成部１０として、チタンサファイアレーザーやファイバーレーザー等が用いられる。
【００４４】
光パルス分岐部（ビームスプリッター）２０は、光パルス生成部１０にて生成された光パルスを第１の光パルスとしてのポンプ光Ｌ１と第２の光パルスとしてのプローブ光Ｌ２に分岐する。すなわち、光パルス生成部１０にて生成された光パルスは、光パルス分岐部２０によって、ポンプ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２とに分割される。図示の例では、光パルス分岐部２０は、光パルス生成部１０から射出された光パルスの一部を反射させてポンプ光Ｌ１とし、光パルス生成部１０から射出された光パルスの一部を透過してプローブ光Ｌ２とする。
【００４５】
テラヘルツ波発生部３０は、光パルス分岐部２０で分岐されたポンプ光Ｌ１が照射されてテラヘルツ波を生成する。図示の例では、光パルス分岐部２０で分岐されたポンプ光Ｌ１は、ミラー６０で反射されて、テラヘルツ波発生部３０に入射する。テラヘルツ波発生部３０は、例えば、光伝導アンテナ（Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ、ＰＣＡ）である。図２は、テラヘルツ波発生部３０を模式的に示す平面図である。テラヘルツ波発生部３０は、図２の例では、ダイポール型の光伝導アンテナである。
【００４６】
テラヘルツ波発生部３０は、基板３２と、基板３２上に設けられた１対の電極３６，３８と、を有している。基板３２は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板と、ＳＩ−ＧａＡｓ基板上に設けられている低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）層と、を有している。１対の電極３６，３８は、ギャップ３４を介して対向配置されている。１対の電極３６，３８間の距離は適宜設定されるが、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。電極３６，３８の材質は、例えば、Ａｕである。
【００４７】
テラヘルツ波発生部３０では、ギャップ３４にポンプ光Ｌ１が照射されることにより、自由電子が励起される。そして、この自由電子を電極３６，３８間に電圧を印加することによって加速させる。これにより、テラヘルツ波が発生する。
【００４８】
ミラー６２，６４は、図１に示すように、テラヘルツ波発生部３０で発生したテラヘルツ波を、試料Ｓに導くための光学素子である。ミラー６２，６４は、例えば、楕円面ミラー、放物面ミラー等である。
【００４９】
ミラー６６，６８は、試料Ｓに照射されて透過したテラヘルツ波を、テラヘルツ波検出部５０に導くための光学素子である。ミラー６６，６８は、例えば、楕円面ミラー、放物面ミラー等である。
【００５０】
遅延光学系４０は、光パルス分岐部２０からテラヘルツ波検出部５０までのプローブ光Ｌ２の光路長が変化するように構成されている。遅延光学系４０では、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることにより、プローブ光Ｌ２に光学的な時間遅延を生じさせ、プローブ光Ｌ２がテラヘルツ波検出部５０に入射するタイミングを制御する。
【００５１】
図３は、図１の遅延光学系４０の構成を模式的に示す図である。
遅延光学系４０は、図３に示すように、偏光ビームスプリッター４２と、回転ミラー４４と、位相差板４６と、遅延部４８と、を含む光学系である。位相差板４６は、回転ミラー４４に配置されている。
【００５２】
偏光ビームスプリッター４２は、プローブ光Ｌ２の一部は反射し、一部は透過して、偏光成分を分離するものであり、プローブ光Ｌ２の例えば水平方向の偏光を反射し、垂直方向の偏光を透過する。従って、入射したプローブ光Ｌ２の一部を反射し、回転ミラー４４へ照射する。
回転ミラー４４は、偏光ビームスプリッター４２で反射したプローブ光Ｌ２が進行する方向に沿った中心軸Ｃ１と中心軸Ｃ１と直交する中心軸Ｃ２との交点を回転軸としている。回転ミラー４４は、トルクモーター等で回転軸周りを回転する。そのため、回転ミラー４４を高速で回転させることができる。従って、例えば遅延光学系がミラーをプローブ光Ｌ２の進行方向に沿ってステッピングモーター等で直線的に移動させる場合に比べて、回転ミラー４４を高速に回転させることができるので、光路長を高速で変化させることができる。
【００５３】
遅延部４８は、一部が開口する円筒状であり、円筒の中心が回転ミラー４４の回転軸と一致しており、回転ミラー４４で反射されたプローブ光Ｌ２が照射される。また、遅延部４８は、回転ミラー４４の回転軸方向に厚みが異なる複数の厚みを有しており、プローブ光Ｌ２が照射される側に反射面が施されている。回転ミラー４４を回転することで、回転軸と遅延部４８との距離を変化させることができるため、プローブ光Ｌ２の光路長を異ならせることができる。具体的には、回転ミラー４４を回転することで、厚みｔ３の遅延部４８に照射されていたプローブ光Ｌ２（破線で示す）を厚みの薄い厚みｔ１の遅延部４８に照射することで、プローブ光Ｌ２の光路長を異ならせることができる。なお、本実施形態の回転ミラー４４は円筒状であるため、遅延光学系４０の小型化が図れる。
【００５４】
位相差板４６は、回転ミラー４４の偏光ビームスプリッター４２で反射したプローブ光Ｌ２が照射する側に配置されている。偏光ビームスプリッター４２で反射したプローブ光Ｌ２が位相差板４６を通過することにより、位相差πを生じさせることができる。また、例えば水平方向の偏光成分を垂直方向の偏光成分に変化させることができる。そのため、遅延部４８で反射し光路長が変化したプローブ光Ｌ２は、位相差板４６を通過することで垂直方向の偏光成分となるため、偏光ビームスプリッター４２を透過し、テラヘルツ波検出部５０に入射される。
【００５５】
なお、本実施形態では、４つの厚みｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を有する遅延部４８を一例として説明したが、これに限定されることはなく、２つ以上の厚みを有していればよく、プローブ光Ｌ２の光路長の差を変化させることができればよい。
【００５６】
ミラー６９，７０，７２は、遅延光学系４０で遅延されたプローブ光Ｌ２をテラヘルツ波検出部５０に導くための光学素子である。
【００５７】
テラヘルツ波検出部５０は、測定対象の試料Ｓに照射されて透過したテラヘルツ波とプローブ光Ｌ２が照射される。テラヘルツ波検出部５０は、例えば、光伝導アンテナである。図４は、テラヘルツ波検出部５０を模式的に示す平面図である。テラヘルツ波検出部５０は、図４の例では、ダイポール型の光伝導アンテナである。
【００５８】
テラヘルツ波検出部５０は、基板５２と、基板５２上に設けられた、１対の電極５６，５８と、を有している。基板５２は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ（Ｓｉ−ＧａＡｓ）基板と、Ｓｉ−ＧａＡｓ基板上に設けられている低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）層と、を有している。１対の電極５６，５８は、ギャップ５４を介して対向配置されている。１対の電極５６，５８間の距離は適宜設定されるが、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。電極５６，５８の材質は、例えば、Ａｕである。
【００５９】
テラヘルツ波検出部５０では、基板５２の表面（電極５６，５８が形成された面）側からギャップ５４に試料Ｓを透過したテラヘルツ波が照射され、かつ、基板５２の裏面側からギャップ５４にプローブ光Ｌ２が照射される。プローブ光Ｌ２によって基板５２中に発生したキャリアはテラヘルツ波に伴う振動電場で加速されるため、テラヘルツ波の振動電場に比例した電流が流れる。すなわち、テラヘルツ波検出部５０では、電極５６，５８間に、テラヘルツ波とプローブ光Ｌ２とが同時に照射されると、照射されたテラヘルツ波の強度（振動電場）に応じた電流が電極５６，５８に流れる。この電流を電極５６，５８に接続された電流計で計測することより、テラヘルツ波の振動電場の強度を計測することができる。
【００６０】
なお、上述のテラヘルツ波発生部３０およびテラヘルツ波検出部５０は、光伝導アンテナ（ＰＣＡ）に限定されない。例えば、テラヘルツ波発生部３０およびテラヘルツ波検出部５０は、非線形光学結晶を用いた方式であってもよい。
【００６１】
（計測装置の動作）
次に、計測装置１００の動作について説明する。図５は、計測装置１００におけるテラヘルツ波（信号光）の時間波形の取得方法を説明するための図である。
【００６２】
光パルス生成部１０から射出された光パルスは、光パルス分岐部２０によってポンプ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２とに分割される。ポンプ光Ｌ１は、ミラー６０を介して、テラヘルツ波発生部３０を照射する。これにより、テラヘルツ波発生部３０からテラヘルツ波が発生する。テラヘルツ波発生部３０で発生したテラヘルツ波は、ミラー６２，６４を介して試料Ｓを照射する。そして、試料Ｓを透過したテラヘルツ波は、ミラー６６，６８を介してテラヘルツ波検出部５０を照射する。
【００６３】
一方、光パルス分岐部２０で分割されたプローブ光Ｌ２は、遅延光学系４０に入射する。遅延光学系４０において、プローブ光Ｌ２は光路長が与えられ、ポンプ光Ｌ１との間に光学的な時間遅延が生じる。遅延光学系４０から射出されたプローブ光Ｌ２は、ミラー６９，７０，７２を介してテラヘルツ波検出部５０を照射する。これにより、テラヘルツ波検出部５０では、ポンプ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２との光路差に応じた遅延時間でテラヘルツ波を検出することができる。
【００６４】
テラヘルツ波検出部５０では、上述したように、ポンプ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２との光路差に応じた遅延時間でテラヘルツ波を検出するため、図５に示すように、テラヘルツ波の異なる位置（位相）において、テラヘルツ波の強度（振動電場）に応じた信号（電流）を取得することができる。この信号をプロットすることで、テラヘルツ波の時間経過が記録され、横軸がプローブ光Ｌ２の時間、縦軸が信号強度（電流値）で示されるテラヘルツ波の時間波形が得られる。
【００６５】
また、試料Ｓを支持するステージ（図示せず）を移動させることで、試料Ｓにおけるテラヘルツ波の照射領域を変更し、当該領域ごとにテラヘルツ波の時間波形を取得することにより、試料Ｓのイメージングを行うことができる。
【００６６】
なお、上述したように、光パルス生成部１０から射出される光パルスの波長は変化するため、ポンプ光Ｌ１の波長も変化する。すなわち、テラヘルツ波発生部３０に照射されるポンプ光Ｌ１の波長は変化する。次式は、ＰＣＡ理論式である。
【００６７】
【数１】
2017142152.tif 000003
【００６８】
ここで、ＥTHzはテラヘルツの電磁波を表し、Ｊはフェムト秒レーザーを照射したときに流れる電流である。また、μ0は真空中の透磁率であり、Ｒは反射率であり、ｑは電気素量であり、μｅは電子の磁気モーメントであり、Ｅbiasは印加バイアスであり、ｈはプランク定数であり、νは振動数（ｃ／λ）であり、τcはキャリア寿命であり、τpは励起光パルス幅であり、Ｌgapはギャップ長であり、ｗgapはギャップ幅である。
【００６９】
上記式において、波長依存性を持つのは反射率Ｒと振動数νである。反射率が波長による変化が小さいと仮定すれば、ＰＣＡで発生するテラヘルツ波電磁波強度は波長に依存する。
【００７０】
従って、計測装置１００では、上述した手法で得られたテラヘルツ波の時間波形の強度を、例えばポンプ光Ｌ１の波長に対するＰＣＡで発生するテラヘルツ波の強度分布で補正する。ここで、ポンプ光Ｌ１の波長に対するＰＣＡで発生するテラヘルツ波の強度分布は、試料Ｓがない状態でポンプ光Ｌ１の波長を変化させて、ＰＣＡで発生するテラヘルツ波を測定することで求めることができる。なお、上記のＰＣＡ理論式を用いて、テラヘルツ波の時間波形の強度を補正してもよい。
【００７１】
計測装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７２】
計測装置１００では、光パルス生成部１０で光パルスを生成し、遅延光学系４０が光パルス分岐部２０からテラヘルツ波検出部５０までの第２の光パルスとしてのプローブ光Ｌ２の光路長を変化させる。そのため、計測装置１００では、プローブ光Ｌ２の光路長の変更を回転ミラー４４を回転し、回転ミラー４４との距離が異なる複数の厚みを有する遅延部４８に反射させるため、ミラーをプローブ光Ｌ２の進行方向に沿って直線的に移動させる場合に比べて、ミラーを高速に回転させることができ、光路長を高速で変化させることができ、測定時間の短縮を図ることができる。よって、例えば、計測装置１００において、ＴＨｚ−ＴＤＳを用いたイメージングを行う場合でも、トータルの測定時間を短くすることができる。
【００７３】
計測装置１００では、遅延光学系４０は、偏光ビームスプリッター４２と、位相差板４６と、を含む。これにより、遅延光学系４０では、プローブ光Ｌ２が位相差板４６を通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッター４２で反射したプローブ光Ｌ２の偏光成分を変化させて偏光ビームスプリッター４２を透過させ、テラヘルツ波検出部５０に入射させることができる。そのため、厚みの異なる遅延部４８で反射し光路長が異なるプローブ光Ｌ２をテラヘルツ波検出部５０に入射させることができ、試料Ｓを計測することができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る計測装置１００ａについて、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る計測装置１００ａの遅延光学系４０ａの構成を模式的に示す図である。
以下、第２実施形態に係る計測装置１００ａについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７５】
計測装置１００ａの遅延光学系４０ａは、図６に示すように、偏光ビームスプリッター４２と、回転ミラー４４ａと、遅延部４８ａと、を含む光学系で、第１実施形態の計測装置１００と同様の構成であるが、位相差板４６ａの配置が異なる。
【００７６】
位相差板４６ａは、遅延部４８ａの内周部（回転ミラー４４ａ側の面）に遅延部４８ａの外縁に沿って配置されている。
【００７７】
このような構成とすることで、偏光ビームスプリッター４２で反射したプローブ光Ｌ２が、遅延部４８ａに配置された位相差板４６ａを通過することにより、位相差πを生じた後に、プローブ光Ｌ２の偏光成分が変化し、偏光ビームスプリッター４２を透過させることができる。そのため、回転ミラー４４ａとの距離が異なる複数の厚みを有する遅延部４８ａに反射させ、光路長が変化したプローブ光Ｌ２をテラヘルツ波検出部５０に入射させることができる。
【００７８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る計測装置１００ｂについて、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る計測装置１００ｂの遅延光学系４０ｂの構成を模式的に示す図である。
以下、第３実施形態に係る計測装置１００ｂについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７９】
計測装置１００ｂの遅延光学系４０ｂは、図７に示すように、回転ミラー４４と遅延部４８ｂとの間に、第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズ８０を含む光学系で、遅延部４８ｂの形状が第１実施形態の遅延部４８と異なる。
【００８０】
遅延部４８ｂの形状は、コリメータレンズ８０を透過してプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦である。そのため、遅延部４８ｂの製造が容易である。また、プローブ光Ｌ２が照射される側に反射面が施されている。
【００８１】
このような構成とすることで、回転ミラー４４を回転することで、反射方向が変化したプローブ光Ｌ２をコリメータレンズ８０で平行光として遅延部４８ｂに照射することができる。そのため、回転ミラー４４を回転し、コリメータレンズ８０との距離が異なる複数の厚みを有する遅延部４８ｂにそれぞれ照射することで、プローブ光Ｌ２の光路長を異ならせることができる。具体的には、厚みｔ１の遅延部４８ｂに照射されていたプローブ光Ｌ２を、回転ミラー４４を回転し、厚みｔ２の遅延部４８ｂに照射することで、プローブ光Ｌ２の光路長を異ならせることができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、５つの厚みｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５を有する遅延部４８ｂを一例として説明したが、これに限定されることはなく、２つ以上の厚みを有していればよく、プローブ光Ｌ２の光路長の差を変化させることができればよい。
【００８３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る計測装置１００ｃについて、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第４実施形態に係る計測装置１００ｃの遅延光学系４０ｃの構成を模式的に示す図である。
以下、第４実施形態に係る計測装置１００ｃについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８４】
計測装置１００ｃの遅延光学系４０ｃは、図８に示すように、回転ミラー４４ｃと遅延部４８ｃとの間に、第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズ８０を含む光学系で、遅延部４８ｃの形状が第１実施形態の遅延部４８と異なり、位相差板４６ｃの位置も異なる。
【００８５】
遅延部４８ｃの形状は、コリメータレンズ８０を透過してプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦である。また、プローブ光Ｌ２が照射される側に反射面が施されている。位相差板４６ｃは、遅延部４８ｃの反射面が施された階段状に厚みが異なる面に配置されている。
【００８６】
このような構成とすることで、プローブ光Ｌ２が遅延部４８ｃに備えられた位相差板４６ｃを通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッター４２で反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させることができるため、厚みの異なる遅延部４８ｃで反射したプローブ光Ｌ２は偏光ビームスプリッター４２を透過させることができる。そのため、回転ミラー４４ｃを回転することで、厚みの異なる遅延部４８ｃに反射させて、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部５０に入射させることができる。
【００８７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る計測装置１００ｄについて、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第５実施形態に係る計測装置１００ｄの遅延光学系４０ｄの構成を模式的に示す図である。
以下、第５実施形態に係る計測装置１００ｄについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８８】
計測装置１００ｄの遅延光学系４０ｄは、図９に示すように、回転ミラー４４ｄと遅延部４８ｄとの間に、第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズ８０を含む光学系で、遅延部４８ｄの形状が第１実施形態の遅延部４８と異なり、位相差板４６ｄの位置も異なる。
【００８９】
遅延部４８ｄの形状は、コリメータレンズ８０を透過してプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦である。また、プローブ光Ｌ２が照射される側に反射面が施されている。なお、位相差板４６ｄは、コリメータレンズ８０と遅延部４８ｄとの間に配置されている。
【００９０】
このような構成とすることで、プローブ光Ｌ２がコリメータレンズ８０と遅延部４８ｄとの間に配置された位相差板４６ｄを通過することにより、位相差πを生じた後に、偏光ビームスプリッター４２で反射した第２の光パルスの偏光成分を変化させることができるため、厚みの異なる遅延部４８ｄで反射したプローブ光Ｌ２は偏光ビームスプリッター４２を透過させることができる。そのため、回転ミラー４４ｄを回転することで、厚みの異なる遅延部４８ｄに反射させて、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部５０に入射させることができる。
【００９１】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る計測装置１００ｅについて、図１０を参照して説明する。
図１０は、本発明の第６実施形態に係る計測装置１００ｅの遅延光学系４０ｅの構成を模式的に示す図である。
以下、第６実施形態に係る計測装置１００ｅについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
計測装置１００ｅの遅延光学系４０ｅは、図１０に示すように、回転ミラー４４と遅延部４８ｅとの間に、第２の光パルスを平行光とするコリメータレンズ８０を含む光学系で、遅延部４８ｅが第１実施形態の遅延部４８と異なる。
【００９３】
遅延部４８ｅは、コリメータレンズ８０を透過してプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦であり、プローブ光Ｌ２が透過するシリコン等の透過部材８２と、透過部材８２の平坦部に配置された反射膜８４と、で構成されている。なお、透過部材８２の構成材料としては、１ＴＨｚでの屈折率が３．６であるシリコン以外に、屈折率３．５のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、屈折率２．５の水晶（ＳｉＯ2）、屈折率１．５２のシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、屈折率１．４６のポリエチレン面転（ＴＰＸ）、屈折率１．５４のポリエチレン（ＰＥ）、および屈折率１．４３のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。
【００９４】
このような構成とすることで、回転ミラー４４で反射されたプローブ光Ｌ２は、コリメータレンズ８０を透過して平行光となり、厚みが異なる透過部材８２を透過し、反射膜８４で反射され、再び透過部材８２を透過して、コリメータレンズ８０を透過し回転ミラー４４に戻る。この時間は、透過部材８２の厚みに比例し変化する。具体的には、厚みの薄い透過部材８２では速く、厚みの厚い透過部材８２では遅くなる。そのため、回転ミラー４４を回転し、厚みの異なる透過部材８２を透過させることで、第２の光パルスの光路長を変化させることができる。
【００９５】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る計測装置１００ｆについて、図１１を参照して説明する。
図１１は、本発明の第７実施形態に係る計測装置１００ｆの遅延光学系４０ｆの構成を模式的に示す図である。
以下、第７実施形態に係る計測装置１００ｆについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９６】
計測装置１００ｆの遅延光学系４０ｆは、図１１に示すように、回転ミラー４４で反射したプローブ光Ｌ２の軸をずらす楕円ミラー８６を含む光学系で、遅延部４８ｆの形状が第１実施形態の遅延部４８と異なる。
【００９７】
遅延部４８ｆの形状は、楕円ミラー８６で反射したプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦である。また、楕円ミラー８６で反射したプローブ光Ｌ２が照射される側に反射面が施されている。
【００９８】
このような構成とすることで、回転ミラー４４を回転して反射したプローブ光Ｌ２を楕円ミラー８６に照射することにより、プローブ光Ｌ２の軸をずらし、プローブ光Ｌ２を異なる厚みを有する遅延部４８ｆへ照射することができる。そのため、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることができる。そのため、回転ミラー４４を回転することで、厚みの異なる遅延部４８ｆに反射させて、光路長の異なる第２の光パルスをテラヘルツ波検出部５０に入射させることができる。
【００９９】
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る計測装置１００ｇについて、図１２を参照して説明する。
図１２は、本発明の第８実施形態に係る計測装置１００ｇの構成を模式的に示す図である。
以下、第８実施形態に係る計測装置１００ｇについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１００】
計測装置１００ｇの遅延光学系４０ｇは、図１２に示すように、偏光ビームスプリッター４２と位相差板４６とが無く、プローブ光Ｌ２を平行光とするコリメータレンズ８１ｇと、遅延部４８ｇを透過したプローブ光Ｌ２を集光する集光レンズ８０ｇと、を含む光学系で、遅延部４８ｇが第１実施形態の遅延部４８と異なる。また、集光レンズ８０ｇを透過したプローブ光Ｌ２は、ミラー等を介さず直接テラヘルツ波検出部５０に入射される。
【０１０１】
遅延部４８ｇの形状は、コリメータレンズ８１ｇを透過してプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦であり、プローブ光Ｌ２が透過するシリコン等の透過部材で構成されている。また、遅延部４８ｇは、コリメータレンズ８１ｇと集光レンズ８０ｇとの間に配置されている。
【０１０２】
このような構成とすることで、回転ミラー４４で反射されたプローブ光Ｌ２は、コリメータレンズ８１ｇを透過して平行光となり、厚みが異なる遅延部４８ｇを透過し、集光レンズ８０ｇを透過して、テラヘルツ波検出部５０に入射される。プローブ光Ｌ２は、遅延部４８ｇの厚みに比例して透過時間が変化するので、回転ミラー４４を回転し、厚みの異なる遅延部４８ｇを透過させることで、プローブ光Ｌ２がテラヘルツ波検出部５０に到達する時間を変化させることができる。つまり、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることができる。
【０１０３】
＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る計測装置１００ｈについて、図１３を参照して説明する。
図１３は、本発明の第９実施形態に係る計測装置１００ｈの構成を模式的に示す図である。
以下、第９実施形態に係る計測装置１００ｈについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０４】
計測装置１００ｈの遅延光学系４０ｈは、図１３に示すように、偏光ビームスプリッター４２と位相差板４６とが無く、回転ミラー４４で反射したプローブ光Ｌ２の軸をずらす楕円ミラー８６ｈと、遅延部４８ｈを透過したプローブ光Ｌ２の軸をずらしテラヘルツ波検出部５０に入射させる楕円ミラー８７ｈと、を含む光学系で、遅延部４８ｈの形状が第１実施形態の遅延部４８と異なる。
【０１０５】
遅延部４８ｈの形状は、楕円ミラー８６ｈで反射したプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦であり、プローブ光Ｌ２が透過するシリコン等の透過部材で構成されている。また、遅延部４８ｈは、楕円ミラー８６ｈと楕円ミラー８７ｈとの間に配置されている。
【０１０６】
このような構成とすることで、回転ミラー４４を回転して反射したプローブ光Ｌ２を楕円ミラー８６ｈに照射することにより、プローブ光Ｌ２の軸をずらし、プローブ光Ｌ２は異なる厚みを有する遅延部４８ｈへ照射され、遅延部４８ｈを透過したプローブ光Ｌ２は、楕円ミラー８７ｈで反射し、テラヘルツ波検出部５０に入射する。プローブ光Ｌ２は、遅延部４８ｈの厚みに比例して透過時間が変化するので、回転ミラー４４を回転し、厚みの異なる遅延部４８ｈを透過させることで、プローブ光Ｌ２がテラヘルツ波検出部５０に到達する時間を変化させることができる。つまり、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることができる。
【０１０７】
＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係る計測装置１００ｉについて、図１４を参照して説明する。
図１４は、本発明の第１０実施形態に係る計測装置１００ｉの構成を模式的に示す図である。
以下、第１０実施形態に係る計測装置１００ｉについて、前述した第１実施形態の計測装置１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０８】
計測装置１００ｉの遅延光学系４０ｉは、図１４に示すように、偏光ビームスプリッター４２と位相差板４６とが無く、プローブ光Ｌ２を反射する２つの回転ミラー４４ｉ，４５ｉと、プローブ光Ｌ２を平行光とするコリメータレンズ８０ｉと、遅延部４８ｉを透過したプローブ光Ｌ２を集光する集光レンズ８１ｉと、を含む光学系で、遅延部４８ｉが第１実施形態の遅延部４８と異なる。また、２つの回転ミラー４４ｉ，４５ｉの間に、コリメータレンズ８０ｉと集光レンズ８１ｉとが配置されている。
【０１０９】
遅延部４８ｉの形状は、コリメータレンズ８０ｉを透過したプローブ光Ｌ２が照射される面が階段状に厚みが異なり、反対面は平坦であり、プローブ光Ｌ２が透過するシリコン等の透過部材で構成されている。また、遅延部４８ｉは、コリメータレンズ８０ｉと集光レンズ８１ｉとの間に配置されている。なお、回転ミラー４４ｉと回転ミラー４５ｉとは、同期して回転し、プローブ光Ｌ２を反射する。
【０１１０】
このような構成とすることで、回転ミラー４４ｉを回転して反射したプローブ光Ｌ２は、コリメータレンズ８０ｉを透過して平行光となり、厚みが異なる遅延部４８ｉを透過し、集光レンズ８１ｉを透過して、回転ミラー４５ｉに照射される。回転ミラー４５ｉは、回転ミラー４４ｉと同期して回転し、プローブ光Ｌ２を反射することで、ミラー７０，７１，７２を介してプローブ光Ｌ２をテラヘルツ波検出部５０に入射される。プローブ光Ｌ２は、遅延部４８ｉの厚みに比例して透過時間が変化するので、回転ミラー４４ｉを回転し、厚みの異なる遅延部４８ｉを透過させることで、プローブ光Ｌ２がテラヘルツ波検出部５０に到達する時間を変化させることができる。つまり、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることができる。
【０１１１】
＜第１１実施形態＞
次に、本発明の第１１実施形態に係る計測装置１００ｊについて、図１５を参照して説明する。
図１５は、本発明の第１１実施形態に係る計測装置１００ｊの遅延光学系４０ｊの構成を模式的に示す図である。
以下、第１１実施形態に係る計測装置１００ｊについて、同様の構成を有する前述した第１０実施形態の計測装置１００ｉとの相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１１２】
計測装置１００ｊの遅延光学系４０ｊは、図１５に示すように、遅延部４８ｊが第１０実施形態の遅延部４８ｉと異なり、遅延部４８ｊのプローブ光Ｌ２が交差する面に、反射防止膜８８が設けられている。
【０１１３】
このような構成とすることで、コリメータレンズ８０ｊを透過したプローブ光Ｌ２の遅延部４８ｊの表面での反射ロスや遅延部４８ｊを透過した第２の光パルスの遅延部４８ｊの表面での反射ロスを低減することができる。そのため、プローブ光Ｌ２の出力レベルの低下を低減し、計測装置１００ｊの計測精度を向上させることができる。
【０１１４】
＜第１２実施形態＞
次に、本発明の第１２実施形態に係る計測装置１００ｋについて、図１６を参照して説明する。
図１６は、本発明の第１２実施形態に係る計測装置１００ｋの構成を模式的に示す図である。
以下、第１２実施形態に係る計測装置１００ｋについて、同様の構成を有する前述した第１０実施形態の計測装置１００ｉとの相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１１５】
計測装置１００ｋの遅延光学系４０ｋは、図１６に示すように、プローブ光Ｌ２を反射する２つの回転ミラー４４ｋ，４５ｋと、プローブ光Ｌ２の軸をずらす２つの楕円ミラー８６ｋ、８７ｋと、楕円ミラー８６ｋで反射したプローブ光Ｌ２を透過する遅延部４８ｋと、を含む光学系である。
【０１１６】
楕円ミラー８６ｋは、プローブ光Ｌ２を反射する面が回転ミラー４４ｋに対向して配置され、楕円ミラー８７ｋは、プローブ光Ｌ２を反射する面が回転ミラー４５ｋに対向して配置されている。また、２つの楕円ミラー８６ｋ、８７ｋの間に遅延部４８ｋが配置されている。なお、遅延部４８ｋは、プローブ光Ｌ２が透過するシリコン等の透過部材で構成されている。また、回転ミラー４４ｋと回転ミラー４５ｋとは、同期して回転し、プローブ光Ｌ２を反射する。
【０１１７】
このような構成とすることで、回転ミラー４４ｋを回転して反射したプローブ光Ｌ２は、楕円ミラー８６ｋで反射し、厚みが異なる遅延部４８ｋを透過し、楕円ミラー８７ｋで反射され、回転ミラー４５ｋに照射される。回転ミラー４５ｋは、回転ミラー４４ｋと同期して回転し、プローブ光Ｌ２を反射することで、ミラー７０，７２，７３，７４を介してプローブ光Ｌ２をテラヘルツ波検出部５０に入射される。プローブ光Ｌ２は、遅延部４８ｋの厚みに比例して透過時間が変化するので、回転ミラー４４ｋを回転し、厚みの異なる遅延部４８ｋを透過させることで、プローブ光Ｌ２がテラヘルツ波検出部５０に到達する時間を変化させることができる。つまり、プローブ光Ｌ２の光路長を変化させることができる。
【０１１８】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…光パルス生成部、２０…光パルス分岐部、３０…テラヘルツ波発生部、３２…基板、３４…ギャップ、３６，３８…電極、４０…遅延光学系、４２…偏光ビームスプリッター、４４…回転ミラー、４６…位相差板、４８…遅延部、５０…テラヘルツ波検出部、５２…基板、５４…ギャップ、５６，５８…電極、６０，６２，６４，６６，６８，６９，７０，７２…ミラー、８０…コリメータレンズ、８０ｇ…集光レンズ、８２…透過部材、８４…反射膜、８６…楕円ミラー、８８…反射防止膜、１００…計測装置。
【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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