(57)【要約】【課題】試料に照射したテラヘルツ波を効率的に検出しつつもサイズの増大を抑制可能な計測装置を提供する。【解決手段】計測装置１は、試料１０に向けて第１方向に偏光しているテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し、試料によって反射され且つ第２方向に偏光しているテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する単一の光伝導素子１１０と、テラヘルツ波の検出結果に基づいて試料の特性を計測する計測部１５０とを備え、第２方向に偏光しているテラヘルツ波ＴＨｚ２の検出感度は、第１方向に偏光しているテラヘルツ波ＴＨｚ１の検出感度よりも高い。【選択図】図１
2017075923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に向けて第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射し、前記試料によって反射され且つ前記第１方向とは異なる第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出する単一の光伝導素子と、
前記テラヘルツ波の検出結果に基づいて試料の特性を計測する計測部と
を備え、
前記光伝導素子による前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度は、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度よりも高い
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記光伝導素子は、
前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波を出射すると共に間隙が間に確保されている一対の第１電極と、
前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出すると共に前記一対の第１電極の間に確保されている前記間隙が間に確保されている一対の第２電極と
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記一対の第１電極の夫々は、前記第１方向に応じた第３方向に沿って延びる長手形状を有しており、
前記一対の第２電極の夫々は、前記第３方向とは異なり且つ前記第２方向に応じた第４方向に沿って延びる長手形状を有している
ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
所定の励起光を第１励起光と第２励起光とに分岐する第１光学素子と、
前記第２励起光の光路長を調整する第２光学素子と、
前記第１励起光と前記光路長が調整された前記第２励起光とが同一の光路を伝搬するように、前記第１励起光と前記光路長が調整された前記第２励起光とを前記光伝導素子に導く第３光学素子と
を更に備え、
前記第３光学素子が導く前記第１励起光及び前記第２励起光の夫々が、前記間隙に照射される
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記光伝導素子は、（ｉ）第１励起光が前記間隙に照射されている第１期間中に、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波を出射し、（ｉｉ）第２励起光が前記間隙に照射されている第２期間中に、前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出し、
前記第１期間中に、前記一対の第１電極に、前記テラヘルツ波を出射させるためのバイアス電圧を印加する一方で、前記第２期間中に、前記一対の第１電極に前記バイアス電圧を印加しない印加部を更に備える
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記光伝導素子は、前記第１方向に偏光している第１直線偏光である前記テラヘルツ波を出射し、且つ、前記第２方向に偏光している第２直線偏光である前記テラヘルツ波を検出し、
前記光伝導素子から前記試料に向かって伝搬する前記第１直線偏光である前記テラヘルツ波を、円偏光の前記テラヘルツ波に変換し、前記試料から前記光伝導素子に向かって伝搬する円偏光の前記テラヘルツ波を、前記第２方向に偏光している前記第２直線偏光である前記テラヘルツ波に変換する第４光学素子を更に備える
ことを特徴とする請求項１から５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、例えばテラヘルツ波等の電磁波を用いて試料の特性を計測する計測装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の特性を計測するための計測装置として、テラヘルツ波計測装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、試料の特性を計測する。まず、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を出射する。テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波は、試料に照射される。試料に照射されたテラヘルツ波は、試料によって反射される。試料によって反射されたテラヘルツ波は、テラヘルツ波検出素子によって検出される。テラヘルツ波計測装置は、当該検出したテラヘルツ波（つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号）を解析することで、試料の特性を計測する。
【０００３】
試料に照射されるテラヘルツ波の光路（以降、“往路”と称する）と、試料によって反射されたテラヘルツ波の光路（以降、“復路”と称する）とが重なる場合がある。例えば、テラヘルツ波が試料の表面に対して垂直に照射される場合には、往路と復路とが重なる可能性が高い。往路と復路とが重なる場合には、テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波が、テラヘルツ波検出素子ではなく、テラヘルツ波発生素子へ戻ってきてしまう。このため、テラヘルツ波計測装置は、往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とを分離する（つまり、往路と復路とを分離する）ことが好ましい。
【０００４】
往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とを分離するテラヘルツ波計測装置の一例が、特許文献１及び２に記載されている。
【０００５】
特許文献１には、テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波を試料に向けて反射すると共に、試料によって反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出素子に向けて透過させるハーフミラーを用いて、往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とを分離するテラヘルツ波計測装置が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、偏光ビームスプリッタと、フレネルロムプリズムと、放物面鏡とを用いて、往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とを分離するテラヘルツ波計測装置が記載されている。具体的には、偏光ビームスプリッタは、テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波のうちのＰ偏光成分のみを試料に向けて透過させる。偏光ビームスプリッタを透過したテラヘルツ波は、フレネルロムプリズムを透過した後、試料によって反射される。試料によって反射されたテラヘルツ波は、フレネルロムプリズムを再度透過した後、偏光ビームプリズムに到達する。偏光ビームプリズムに到達しテラヘルツ波は、フレネルロムプリズムの透過及び試料での反射により、Ｓ偏光に変換されている。このため、偏光ビームスプリッタは、試料によって反射されたテラヘルツ波を、テラヘルツ波検出素子に向けて反射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２０２４号公報
【特許文献２】特開２００９−３００１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されたテラヘルツ波計測装置では、テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波を試料に向けて反射する際に、テラヘルツ波の強度が減少する（例えば、約５０％にまで減少する）。更に、試料によって反射されたテラヘルツ波をハーフミラーがテラヘルツ波検出素子に向けて透過させる際にも、テラヘルツ波の強度が減少する（例えば、約５０％にまで減少する）。このため、テラヘルツ波検出素子に到達するテラヘルツ波の強度の減少に起因して、テラヘルツ波検出素子によるテラヘルツ波の検出効率が悪化する可能性がある。
【０００９】
特許文献２に記載されたテラヘルツ波計測装置では、往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とを分離するために必要な光学素子の数が相対的に多くなる。このため、テラヘルツ波計測装置のサイズが大きくなってしまう。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、試料に照射したテラヘルツ波を効率的に検出しつつもサイズの増大を抑制可能な計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の計測装置の第１の例は、試料に向けて第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射し、前記試料によって反射され且つ前記第１方向とは異なる第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出する単一の光伝導素子と、前記テラヘルツ波の検出結果に基づいて試料の特性を計測する計測部とを備え、前記光伝導素子による前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度は、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、光伝導素子の構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、光伝導素子がテラヘルツ波を出射し且つテラヘルツ波を検出するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、光伝導素子がテラヘルツ波を出射し且つテラヘルツ波を検出するタイミングの一例を、光伝導素子にバイアス電圧を印加するタイミングの一例と共に示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、交流電圧であるバイアス電圧を光伝導素子に印加するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、第３実施例のテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、光伝導素子がテラヘルツ波を出射し且つテラヘルツ波を検出するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、計測装置の実施形態について説明を進める。
【００１４】
＜１＞
本実施形態の計測装置は、試料に向けて第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射し、前記試料によって反射され且つ前記第１方向とは異なる第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出する単一の光伝導素子と、前記テラヘルツ波の検出結果に基づいて試料の特性を計測する計測部とを備え、前記光伝導素子による前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度は、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度よりも高い。
【００１５】
本実施形態の計測装置によれば、試料に向けてテラヘルツ波を出射する光伝導素子と、試料によって反射されたテラヘルツ波を検出する光伝導素子とを別個独立に備えていなくてもよい。このため、本実施形態の計測装置は、往路を伝搬するテラヘルツ波と復路を伝搬するテラヘルツ波とをそもそも分離しなくてもよい。このため、本実施形態の計測装置は、試料に照射したテラヘルツ波を効率的に検出しつつも、そのサイズの増大を抑制することができる。
【００１６】
更に、光伝導素子が出射するテラヘルツ波の偏光方向（つまり、テラヘルツ波を構成する電場の振動方向）と光伝導素子が検出するテラヘルツ波の偏光方向とが異なるがゆえに、単一の光伝導素子がテラヘルツ波を出射しつつも、テラヘルツ波を検出することができる。
【００１７】
更に、第２方向に偏光しているテラヘルツ波の検出感度が第１方向に偏光している前記テラヘルツ波の検出感度よりも高い。このため、光伝導素子が、光伝導素子が出射したもののいまだ試料によって反射されていない第１方向に偏光しているテラヘルツ波を、試料によって反射された第２方向に偏光しているテラヘルツ波として誤って検出する可能性が相対的に小さくなる。このため、光伝導素子は、テラヘルツ波を出射しつつも、テラヘルツ波を検出することができる。
【００１８】
＜２＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記光伝導素子は、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波を出射すると共に間隙が間に確保されている一対の第１電極と、前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出すると共に前記一対の第１電極の間に確保されている前記間隙が間に確保されている一対の第２電極部とを備える。
【００１９】
この態様によれば、光伝導素子は、一対の第１電極を用いて第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射しつつも、一対の第２電極を用いて第２方向に偏光しているテラヘルツ波を検出することができる。
【００２０】
＜３＞
上述の如く光伝導素子が一対の第１電極及び一対の第２電極を備える計測装置の他の態様では、前記一対の第１電極の夫々は、前記第１方向に応じた第３方向に沿って延びる長手形状を有しており、前記一対の第２電極の夫々は、前記第３方向とは異なり且つ前記第２方向に応じた第４方向に沿って延びる長手形状を有している。
【００２１】
この態様によれば、第２方向に偏光しているテラヘルツ波の検出感度が、第１方向に偏光しているテラヘルツ波の検出感度よりも高くなる。
【００２２】
＜４＞
上述の如く光伝導素子が一対の第１電極及び一対の第２電極を備える計測装置の他の態様では、所定の励起光を第１励起光と第２励起光とに分岐する第１光学素子と、前記第２励起光の光路長を調整する第２光学素子と、前記第１励起光と前記光路長が調整された前記第２励起光とが同一の光路を伝搬するように、前記第１励起光と前記光路長が調整された前記第２励起光とを前記光伝導素子に導く第３光学素子とを更に備え、前記第３光学素子が導く前記第１励起光及び前記第２励起光の夫々が、前記間隙に照射される。
【００２３】
この態様によれば、一対の第１電極の間隙が一対の第２電極の間隙としても用いられる場合であっても、光伝導素子は、第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射しつつも、第２方向に偏光しているテラヘルツ波を検出することができる。
【００２４】
＜５＞
上述の如く光伝導素子が一対の第１電極及び一対の第２電極を備える計測装置の他の態様では、前記光伝導素子は、（ｉ）第１励起光が前記間隙に照射されている第１期間中に、前記第１方向に偏光している前記テラヘルツ波を出射し、（ｉｉ）第２励起光が前記間隙に照射されている第２期間中に、前記第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出し、前記第１期間中に、前記一対の第１電極に、前記テラヘルツ波を出射させるためのバイアス電圧を印加する一方で、前記第２期間中に、前記一対の第１電極に前記バイアス電圧を印加しない印加部を更に備える。
【００２５】
この態様によれば、テラヘルツ波を出射するべき第１期間中にはバイアス電圧が一対の第１電極に印加されるがゆえに、光伝導素子は、第１期間中に第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射することができる。テラヘルツ波を検出するべき第２期間（つまり、テラヘルツ波を出射しないことが好ましい第２期間）中にはバイアス電圧が一対の第１電極に印加されないがゆえに、光伝導素子は、第２期間中に第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射しない。従って、光伝導素子は、第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射しつつも、第２方向に偏光しているテラヘルツ波を検出することができる。
【００２６】
＜６＞
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記光伝導素子は、前記第１方向に偏光している第１直線偏光である前記テラヘルツ波を出射し、且つ、前記第２方向に偏光している第２直線偏光である前記テラヘルツ波を検出し、前記光伝導素子から前記試料に向かって伝搬する前記第１直線偏光である前記テラヘルツ波を、円偏光の前記テラヘルツ波に変換し、前記試料から前記光伝導素子に向かって伝搬する円偏光の前記テラヘルツ波を、前記第２方向に偏光している前記第２直線偏光である前記テラヘルツ波に変換する第４光学素子を更に備える。
【００２７】
この態様によれば、光伝導素子が出射した第１直線偏光であるテラヘルツ波は、第４光学素子を通過すると共に試料によって反射されることで、第２直線偏光であるテラヘルツ波として光伝導素子に戻ってくる。このため、光伝導素子は、第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射しつつも、第２方向に偏光しているテラヘルツ波を検出することができる。
【００２８】
本実施形態の計測装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の計測装置は、第１方向に偏光しているテラヘルツ波を出射し、且つ、第２方向に偏光している前記テラヘルツ波を検出する単一の光伝導素子を備える。従って、試料に照射したテラヘルツ波を効率的に検出しつつもサイズの増大を抑制可能な計測装置が提供される。
【実施例】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、計測装置の実施例について説明する。特に、以下では、「計測装置」の一具体例であるテラヘルツ波計測装置１を用いて説明を進める。
【００３１】
（１）第１実施例のテラヘルツ波計測装置１
はじめに、図１から図３を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１について説明する。
【００３２】
（１−１）テラヘルツ波計測装置１の構成
初めに、図１を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１の構成について説明する。図１は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１の構成を示すブロック図である。
【００３３】
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１は、テラヘルツ波ＴＨｚを試料１０に照射すると共に、試料１０を透過した又は試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。尚、図１に示す例では、テラヘルツ波計測装置１は、試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚを検出している。
【００３４】
テラヘルツ波ＴＨｚは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波成分を含む電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置１は、試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、試料１０の特性を計測することができる。
【００３５】
ここで、テラヘルツ波ＴＨｚの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波ＴＨｚの波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置１は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用することで、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出する。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１についてより具体的に説明を進める。
【００３６】
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１は、パルスレーザ装置１と、光伝導素子１１０と、１／２波長板１６１と、「第１光学素子」の一具体例である偏光ビームスプリッタ１６２と、「第３光学素子」の一具体例である偏光ビームスプリッタ１６３と、「第４光学素子」の一具体例である直角プリズム１７０と、「第２光学素子」の一具体例である光学遅延機構１２０と、「印加部」の一具体例であるバイアス電圧生成部１４１と、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部１４２と、制御部１５０とを備えている。
【００３７】
パルスレーザ装置１は、当該パルスレーザ装置１に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光ＬＢを生成する。パルスレーザ装置１が生成したパルスレーザ光ＬＢは、不図示の導光路（例えば、光ファイバ等）及び１／２波長板１６１を介して、偏光ビームスプリッタ１６２に入射する。尚、パルスレーザ光ＬＢは、「所定の励起光」の一具体例である。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ１６２は、パルスレーザ光ＬＢを、「第１励起光」の一具体例であるポンプ光ＬＢ１と「第２励起光」の一具体例であるプローブ光ＬＢ２とに分岐する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１６２は、パルスレーザ光ＬＢのうちの第１偏光成分（例えば、第３方向に沿って振動する電場成分を有する偏光成分）を、ポンプ光ＬＢ１として透過させる。一方で、偏光ビームスプリッタ１６２は、パルスレーザ光ＬＢのうちの第２偏光成分（例えば、第３方向とは異なる第４方向に沿って振動する電場成分を有する偏光成分）を、プローブ光ＬＢ２として反射する。ポンプ光ＬＢ１は、偏光ビームスプリッタ１６３に入射する。一方で、プローブ光ＬＢ２は、不図示の導光路及び光学遅延機構１２０を介して、偏光ビームスプリッタ１６３に入射する。
【００３９】
尚、ポンプ光ＬＢ１の強度とプローブ光ＬＢ２の強度との比は、上述した１／２波長板１６１に依存して決まる。より具体的には、ポンプ光ＬＢ１の強度とプローブ光ＬＢ２の強度との比は、パルスレーザ光ＬＢの偏光面の方位角（つまり、パルスレーザ光ＬＢを構成する電場の振動方向）と１／２波長板１６１の高速軸とのずれ量に依存して決まる。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ１６３は、偏光ビームスプリッタ１６２と同様に、第１偏光成分であるポンプ光ＬＢ１を透過させる。偏光ビームスプリッタ１６３は、更に、偏光ビームスプリッタ１６２と同様に、第２偏光成分であるプローブ光ＬＢ２を反射する。特に、偏光ビームスプリッタ１６３は、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２が同一の光路を伝搬するように、プローブ光ＬＢ２を反射する。偏光ビームスプリッタ１６３が透過させたポンプ光ＬＢ１及び偏光ビームスプリッタ１６３が反射したプローブ光ＬＢ２の夫々は、同一の光を伝搬した後、光伝導素子１１０に入射する。
【００４１】
光伝導素子１１０は、ポンプ光ＬＢ１を励起光として用いることで、テラヘルツ波ＴＨｚ（以降、光伝導素子１１０が出射するテラヘルツ波ＴＨｚを、“テラヘルツ波ＴＨｚ１”と称する）を出射する。このとき、後に詳述するように、光伝導素子１１０は、第１方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１を発生する。
【００４２】
光伝導素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１は、直角プリズム１７０に入射する。直角プリズム１７０は、第１面１７１と、第２面１７２と、第３面１７３とを備える。第１面１７１は、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１が入射する光学面である。第２面１７２は、第１面１７１を介して直角プリズム１７０の内部に伝搬してきたテラヘルツ波ＴＨｚ１を反射する光学面である。第３面１７３は、第１面１７１に対して９０°の角度で交わると共に、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１が出射する光学面である。
【００４３】
光伝導素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１は、直角プリズム１７０の第２面１７２によって反射（典型的には、全反射）されることで、試料１０に向かって伝搬する。第２面１７２でのテラヘルツ波ＴＨｚ１の反射に起因して、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１の位相は、第２面１７２によって反射されていないテラヘルツ波ＴＨｚ１の位相と比較して、π／２だけシフトする。このため、テラヘルツ波ＴＨｚ１は、第２面１７２でのテラヘルツ波ＴＨｚ１の反射に起因してテラヘルツ波ＴＨｚ１の位相がπ／２だけシフトする入射角度で第２面１７２に入射する。例えば、直角プリズム１７０が屈折率３．４のシリコンから構成されている場合には、テラヘルツ波ＴＨｚ１は、４１．９度の入射角度で第２面１７２に入射する。その結果、第２面１７２でのテラヘルツ波ＴＨｚ１の反射に起因して、直線偏光であったテラヘルツ波ＴＨｚ１は、円偏光（例えば、右回りの円偏光）であるテラヘルツ波ＴＨｚ１に変換される。つまり、直角プリズム１７０は、テラヘルツ波ＴＨｚ１に対して、１／４波長板として機能する。第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、第３面１７３を介して、直角プリズム１７０の外部に向かって伝搬する。その結果、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、試料１０に照射される。
【００４４】
試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ１は、試料１０によって反射される。以降、試料１０から光伝導素子１１０に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚを、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１（つまり、光伝導素子１１０から試料に向かって伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚ）と区別するために、“テラヘルツ波ＴＨｚ２”と称する。
【００４５】
試料１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、円偏光である。但し、試料１０でのテラヘルツ波ＴＨｚ１の反射に起因して、テラヘルツ波ＴＨｚ２の偏光面の回転方向は、テラヘルツ波ＴＨｚ１の偏光面の回転方向と逆である。
【００４６】
試料１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、再び直角プリズム１７０（特に、第３面１７３）に入射する。第３面１７３に入射したテラヘルツ波ＴＨｚ２は、第２面１７２によって反射される。第２面１７２でのテラヘルツ波ＴＨｚ２の反射に起因して、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２の位相は、第２面１７２によって反射されていないテラヘルツ波ＴＨｚ２の位相と比較して、π／２だけシフトする。その結果、第２面１７２でのテラヘルツ波ＴＨｚ２の反射に起因して、円偏光であったテラヘルツ波ＴＨｚ１は、第１方向に直交する第２方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２に変換される。つまり、直角プリズム１７０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２に対しても、１／４波長板として機能する。第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、第１面１７１を介して、直角プリズム１７０の外部に向かって伝搬する。その結果、第２面１７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２は、光伝導素子１１０に入射する。
【００４７】
テラヘルツ波ＴＨｚ２が光伝導素子１１０に入射すると、光伝導素子１１０は、プローブ光ＬＢ２を励起光として用いることで、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。特に、上述したように、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２が有する電場成分の振動方向は、直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１が有する電場成分の振動方向と直交する。従って、光伝導素子１１０は、第２方向に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。その結果、光伝導素子１１０からは、テラヘルツ波ＴＨｚ２の強度に応じた信号強度を有する電流信号が出力される。
【００４８】
光学遅延機構１２０は、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を調整する。具体的には、光学遅延機構１２０は、プローブ光ＬＢ２の光路長を調整することで、光路長差を調整する。光路長差が調整されると、ポンプ光ＬＢ１が光伝導素子１１０に入射するタイミング（或いは、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を発生させるタイミング）と、プローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０に入射するタイミング（或いは、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミング）との時間差が調整される。テラヘルツ波計測装置１は、この時間差を調整することで、テラヘルツ波ＴＨｚ２の波形を間接的に検出する。例えば、光学遅延機構１２０によってプローブ光ＬＢ２の光路が０．３ミリメートル（但し、空気中での光路長）だけ長くなると、プローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０に入射するタイミングが１ピコ秒だけ遅くなる。この場合、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングが、１ピコ秒だけ遅くなる。光伝導素子１１０に対して同一の波形を有するテラヘルツ波ＴＨｚが数十ＭＨｚ程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングを徐々にずらすことで、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出することができる。つまり、後述するロックイン検出部１５１は、光伝導素子１１０の検出結果に基づいて、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を検出することができる。
【００４９】
光伝導素子１１０から出力される電流信号は、Ｉ−Ｖ変換部１４２によって、電圧信号に変換される。
【００５０】
制御部１５０は、光伝導素子１１０の検出結果（つまり、Ｉ−Ｖ変換部１４２が出力する電圧信号）に基づいて、試料１０の特性を計測する。試料１０の特性を計測するために、制御部１５０は、ロックイン検出部１５１と、信号処理部１５２とを備えている。
【００５１】
ロックイン検出部１５１は、Ｉ−Ｖ変換部１４２から出力される電圧信号に対して、バイアス電圧生成部１４１が生成するバイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波ＴＨｚ２のサンプル値を検出する。その後、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、ロックイン検出部１５１は、光伝導素子１１０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚ２の波形（時間波形）を検出することができる。ロックイン検出部１５１は、光伝導素子１１０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚ２の波形を示す波形信号を出力する。
【００５２】
信号処理部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される波形信号に基づいて、試料１０の特性を計測する。例えば、信号処理部１５２は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波ＴＨｚ２の周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて試料１０の特性を計測する。
【００５３】
（１−２）光伝導素子１１０の構成
続いて、図２を参照しながら、光伝導素子１１０の構成について説明する。図２は、光伝導素子１１０の構成を示す斜視図である。尚、図２では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義される三次元座標空間を用いて、光伝導素子１１０を説明する。
【００５４】
図２に示すように、光伝導素子１１０は、基板１１１と、「第１電極」の一具体例であるアンテナ（言い換えれば、伝送線路又は電極、以下同じ）１１２と、「第１電極」の一具体例であるアンテナ１１３と、「第２電極」の一具体例であるアンテナ１１４と、「第２電極」の一具体例であるアンテナ１１５とを備えている。
【００５５】
基板１１１は、例えば、ＸＹ平面に平行な半導体基板である。基板１１１は、ＩｎＰ（リン化インジウム）基板、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板又はＳｉ（シリコン）基板等であってもよい。基板１１１の形状は板状であるが、その他の形状であってもよい。
【００５６】
アンテナ１１２は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１アンテナ部分１１２−１及び第２アンテナ部分１１２−２を含む。第１アンテナ部分１１２−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第２アンテナ部分１１２−２は、Ｘ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第１アンテナ部分１１２−１は、第２アンテナ部分１１２−２の＋Ｘ軸側の端部を起点に、−Ｙ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１２−２は、第１アンテナ部分１１２−１の＋Ｙ軸側の端部を起点に、−Ｘ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１２−２の−Ｘ軸側の端部には、バイアス電圧が印加される。
【００５７】
アンテナ１１３は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１アンテナ部分１１３−１及び第２アンテナ部分１１３−２を含む。第１アンテナ部分１１３−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第２アンテナ部分１１３−２は、Ｘ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第１アンテナ部分１１３−１は、第２アンテナ部分１１３−２の−Ｘ軸側の端部を起点に、＋Ｙ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１３−２は、第１アンテナ部分１１３−１の−Ｙ軸側の端部を起点に、＋Ｘ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１３−２の＋Ｘ軸側の端部には、バイアス電圧が印加される。
【００５８】
アンテナ１１４は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１アンテナ部分１１４−１及び第２アンテナ部分１１４−２を含む。第１アンテナ部分１１４−１は、Ｘ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第２アンテナ部分１１４−２は、Ｙ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第１アンテナ部分１１４−１は、第２アンテナ部分１１４−２の＋Ｙ軸側の端部を起点に、＋Ｘ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１４−２は、第１アンテナ部分１１４−１の−Ｘ軸側の端部を起点に、−Ｙ軸方向に向かって延びる。
【００５９】
アンテナ１１５は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１アンテナ部分１１５−１及び第２アンテナ部分１１５−２を含む。第１アンテナ部分１１５−１は、Ｘ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第２アンテナ部分１１５−２は、Ｙ軸方向に沿って延びる長手形状を有する。第１アンテナ部分１１５−１は、第２アンテナ部分１１５−２の−Ｙ軸側の端部を起点に、−Ｘ軸方向に向かって延びる。第２アンテナ部分１１５−２は、第１アンテナ部分１１５−１の＋Ｘ軸側の端部を起点に、＋Ｙ軸方向に向かって延びる。
【００６０】
第１アンテナ部分１１２−１及び１１３−１は、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。第１アンテナ部分１１２−１の−Ｙ軸側の端部と、第１アンテナ部分１１３−１の＋Ｙ軸側の端部との間には、数マイクロメートル程度のギャップ（つまり、間隙）１１６が確保される。第１アンテナ部分１１２−１及び１１３−１は、一対のアンテナを構成する。
【００６１】
第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１は、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。第１アンテナ部分１１４−１の＋Ｘ軸側の端部と、第１アンテナ部分１１５−１の−Ｘ軸側の端部との間には、ギャップ１１６が確保される。つまり、第１アンテナ部分１１２−１と第１アンテナ部分１１３−１との間のギャップ１１６は、第１アンテナ部分１１４−１と第１アンテナ部分１１５−１との間のギャップ１１６としても用いられる。第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１は、一対のアンテナを構成する。
【００６２】
光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射するために、主としてアンテナ１１２及び１１３を用いる。この場合、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射するために、アンテナ１１２及び１１３（特に、第１アンテナ部分１１２−１及び１１３−１）を、一つのダイポールアンテナとして用いる。具体的には、ギャップ１１６には、アンテナ１１２及び１１３を介して、バイアス電圧生成部１４１から出力されるバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧（例えば、０Ｖでないバイアス電圧）がギャップ１１６に印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップ１１６に照射されると、光伝導素子１１０には、ポンプ光ＬＢ１による光励起によってキャリアが発生する。その結果、光伝導素子１１０には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。その結果、光伝導素子１１０には、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波ＴＨｚ１が発生する。
【００６３】
特に、第１アンテナ部分１１２−１及び１１３−１がＹ軸方向に沿って延びるダイポールアンテナとして用いられるがゆえに、光伝導素子１１０は、Ｙ軸方向に対応する第１方向（典型的には、Ｙ軸方向）に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する。一方で、光伝導素子１１０は、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に対応する第２方向（典型的には、Ｘ軸方向）に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１を殆ど又は全く出射しない。或いは、光伝導素子１１０が出射するテラヘルツ波ＴＨｚ１に対して、第２方向（典型的には、Ｘ軸方向）に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１が占める割合は相対的に又は極めて小さい。
【００６４】
一方で、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するために、主としてアンテナ１１４及び１１５を用いる。この場合、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するために、アンテナ１１４及び１１５（特に、第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１）を、一つのダイポールアンテナとして用いる。具体的には、ギャップ１１６にプローブ光ＬＢ２が照射されると、光伝導素子１１０には、プローブ光ＬＢ２による光励起によってキャリアが発生する。その結果、キャリアに応じた電流信号が、アンテナ１１４及び１１５（特に、第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１）に流れる。プローブ光ＬＢ２がギャップ１１６に照射されている状態で光伝導素子１１０にテラヘルツ波ＴＨｚ２が照射されると、アンテナ１１４及び１１５に流れる電流信号の信号強度は、テラヘルツ波ＴＨｚ２の光強度に応じて変化する。テラヘルツ波ＴＨｚ２の光強度に応じて信号強度が変化する電流信号は、アンテナ１１４及び１１５（特に、第２アンテナ部分１１４−２及び１１５−２）を介して、Ｉ−Ｖ変換部１４２に出力される。
【００６５】
特に、第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１がＸ軸方向に沿って延びるダイポールアンテナとして用いられるがゆえに、光伝導素子１１０は、Ｘ軸方向に対応する第２方向（典型的には、Ｘ軸方向）に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。一方で、光伝導素子１１０は、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に対応する第１方向（典型的には、Ｙ軸方向）に沿って振動する電場成分を有する直線偏光であるテラヘルツ波ＴＨｚ１を殆ど又は全く検出しない。従って、光伝導素子１１０によるテラヘルツ波ＴＨｚ２の検出感度は、光伝導素子１１０によるテラヘルツ波ＴＨｚ１の検出感度よりも高くなる。
【００６６】
尚、図２に示す光伝導素子１１１は、一例である。従って、テラヘルツ波検出装置１は、光伝導素子１１１に代えて、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出可能な構造であって、図２に示す構造とは異なる構造を有する他の光伝導素子を備えていてもよい。例えば、テラヘルツ波検出装置１は、第１方向に沿って振動する電場成分を有するテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射可能な一対の第１アンテナと第２方向に沿って振動する電場成分を有するテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出可能な一対の第２アンテナとを備える他の光伝導素子を備えていてもよい。
【００６７】
他の光伝導素子では、一対の第１アンテナの間のギャップと、一対の第２アンテナの間のギャップとが別個独立に確保されてもよい。この場合、一対の第１アンテナの間のギャップにポンプ光ＬＢ１が照射され且つ一対の第２アンテナの間のギャップにプローブ光ＬＢ２が照射されるように、ポンプ光ＬＢ１及びプローブ光ＬＢ２を他の光伝導素子に導く光学系が調整されることが好ましい。
【００６８】
（１−３）テラヘルツ波ＴＨｚの出射及び検出に関するタイミングチャート
続いて、図３を参照しながら、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミングの一例について説明する。図３は、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００６９】
図３に示すように、時刻ｔ３１において、パルスレーザ装置１がレーザ光ＬＢを出射するものとする。この場合、光伝導素子１１０のギャップ１１６には、時刻ｔ３１よりも遅い時刻ｔ３２においてポンプ光ＬＢ１が照射される。その結果、光伝導素子１１０は、時刻ｔ３２において、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する。
【００７０】
一方で、光伝導素子１１０のギャップ１１６には、時刻ｔ３１よりも遅い時刻ｔ３３において、プローブ光ＬＢ２が照射される。その結果、光伝導素子１１０は、時刻ｔ３３において、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。
【００７１】
但し、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１がテラヘルツ波ＴＨｚ２として光伝導素子１１０に戻ってくる第１のタイミングと、プローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第２のタイミングとが一致又は重複しなければ、光伝導素子１１０は、時刻ｔ３３において、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出することができない。このため、計測装置１は、第１のタイミングと第２のタイミングとを一致又は重複させるために、時刻ｔ３３を調整する。ここで、時刻ｔ３３と時刻ｔ３２との間の時間差は、光学遅延機構１２０が調整する光路長差に比例する。つまり、時刻ｔ３３は、実質的には、光学遅延機構１２０によって調整される。このため、光学遅延機構１２０が調整する光路長差がある特定の光路長差になった時点で、第１のタイミングと第２のタイミングとが一致する。以降は、特定の光路長差を中心に光学遅延機構１２０によって光路長差が調整されながら、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ２を繰り返し検出する。その結果、光伝導素子１１０は、ポンプ・プローブ法を用いて、テラヘルツ波ＴＨｚ２の波形を間接的に取得することができる。
【００７２】
尚、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射するために用いられる第１アンテナ部分１１２−１と第１アンテナ部分１１３−１との間のギャップ１１６は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するために用いられる第１アンテナ部分１１４−１と第１アンテナ部分１１５−１との間のギャップ１１６としても用いられることは上述したとおりである。この場合、ギャップ１１６にプローブ光ＬＢ２が照射される場合には、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出すると同時に、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する可能性がある。光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出すると同時にテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する場合には、光伝導素子１１０は、光伝導素子１１０が出射したもののいまだ試料１０によって反射されていないテラヘルツ波ＴＨｚ１を、試料１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２として誤って検出してしまいかねないとも想定される。しかしながら、上述したように、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射するために用いられる第１アンテナ部分１１２−１及び１１３−１がＹ軸方向に延びる一方で、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するために用いられる第１アンテナ部分１１４−１及び１１５−１がＸ軸方向に延びている。つまり、光伝導素子１１０によるテラヘルツ波ＴＨｚ２の検出感度は、光伝導素子１１０によるテラヘルツ波ＴＨｚ１の検出感度よりも高くなる。従って、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１をテラヘルツ波ＴＨｚ２として誤って検出する可能性が相対的に小さくなる。このため、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射しつつも、テラヘルツ波ＴＨ２を好適に検出することができる。
【００７３】
以上説明したように、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し、且つ、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する単一の光伝導素子１１０を備える。つまり、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する光伝導素子と、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する光伝導素子とを別個独立に備えていなくてもよい。このため、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１は、光伝導素子１１０から試料１０に向かうテラヘルツ波ＴＨｚ１と試料１０から光伝導素子１１０に向かうテラヘルツ波ＴＨｚ２とをそもそも分離しなくてもよい。従って、テラヘルツ波ＴＨｚ１及びＴＨｚ２のうちの少なくとも一方の光路にハーフミラー又は偏光ビームスプリッタを配置することでテラヘルツ波ＴＨｚ１とテラヘルツ波ＴＨｚ２とを分離する第１比較例のテラヘルツ波計測装置と比較して、光伝導素子１１０が検出するテラヘルツ波ＴＨｚの強度が高くなる。その結果、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１は、試料１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ２を効率的に検出することができる。更に、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する光伝導素子とテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する光伝導素子とを別個独立に備える第２比較例のテラヘルツ波計測装置と比較して、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１のサイズの増大が抑制される。
【００７４】
更に、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１では、光伝導素子１１０が出射するテラヘルツ波ＴＨｚの偏光方向（つまり、テラヘルツ波ＴＨｚ１を構成する電場の振動方向）と光伝導素子１１０が検出するテラヘルツ波ＴＨｚ２の偏光方向とが異なる。このため、単一の光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射しつつも、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出することができる。
【００７５】
（２）第２実施例のテラヘルツ波計測装置２
続いて、第２実施例のテラヘルツ波計測装置２について説明する。尚、第２実施例のテラヘルツ波計測装置２は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１と比較して、光伝導素子１１０にバイアス電圧を印加するタイミングが異なると言う点で異なっている。第２実施例のテラヘルツ波計測装置２のその他の構成要件及び動作は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１のその他の構成要件及び動作と同一であってもよい。従って、以下では、図４及び図５を参照しながら、第２実施例のテラヘルツ波計測装置２が光伝導素子１１０にバイアス電圧を印加するタイミングについて説明を進める。図４は、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミングの一例を、光伝導素子１１０にバイアス電圧を印加するタイミングの一例と共に示すタイミングチャートである。図５は、交流電圧であるバイアス電圧を光伝導素子１１０に印加するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００７６】
図４に示すように、第２実施例では、有効なバイアス電圧は、ポンプ光ＬＢ１が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第１期間中に、アンテナ１１２及び１１３に印加される。一方で、有効なバイアス電圧は、プローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第２期間中に、アンテナ１１２及び１１３に印加されない。尚、参考までに、第１実施例では、有効なバイアス電圧は、ポンプ光ＬＢ１が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第１期間中のみならず、プローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第２期間中にも、アンテナ１１２及び１１３に印加される。
【００７７】
第１期間にバイアス電圧を印加する一方で第２期間にバイアス電圧を印加しないバイアス切替制御を行うために、テラヘルツ波計測装置２は、バイアス電圧生成部１４１とアンテナ１１２及び１１３のうちの少なくとも一方との間の電気的な接続を制御する制御機構（典型的には、スイッチ）を備えていてもよい。この場合、制御機構によってバイアス電圧生成部１４１とアンテナ１１２及び１１３のうちの少なくとも一方との間が電気的に接続されると、バイアス電圧がアンテナ１１２及び１１３に印加される。一方で、制御機構によってバイアス電圧生成部１４１とアンテナ１１２及び１１３のうちの少なくとも一方との間が電気的に遮断（絶縁）されると、バイアス電圧がアンテナ１１２及び１１３に印加されない。
【００７８】
或いは、バイアス電圧生成部１４１自身が、バイアス切替制御を行ってもよい。つまり、バイアス電圧生成部１４１は、第１期間中に有効なバイアス電圧を生成する一方で、第２期間中に有効なバイアス電圧を生成しなくてもよい。
【００７９】
第２実施例のテラヘルツ波計測装置２によれば、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。更に、第２実施例では、ギャップ１１６にプローブ光ＬＢ２が照射される第２期間中には、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するものの、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射することはない。従って、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１をテラヘルツ波ＴＨｚ２として誤って検出する可能性がより一層小さくなる又はなくなる。このため、光伝導素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射しつつも、テラヘルツ波ＴＨ２を好適に検出することができる。
【００８０】
尚、バイアス電圧がロックイン検出部１５１の参照信号として用いられることは上述したとおりである。このため、図５の３段目のグラフに示すように、バイアス電圧は、正弦波状に電圧値が変化する交流電圧であることが多い。このように、バイアス電圧が交流電圧である場合であっても、テラヘルツ波計測装置２は、バイアス切替制御を行うことが好ましい。
【００８１】
ここで、バイアス電圧生成部１４１とアンテナ１１２及び１１３のうちの少なくとも一方との間の電気的な接続を制御する制御機構を用いてバイアス切替制御が行われる場合には、バイアス電圧生成部１４１は、図５の３段目のグラフに示す正弦波状に電圧値が変化する交流電圧をバイアス電圧として生成してもよい。この場合、ロックイン検出部１５１は、バイアス電圧生成部１４１が生成するバイアス電圧を参照信号として用いることができる。更に、制御機構の動作により、図５の４段目のグラフに示すように、実際に光伝導素子１１０に印加されるバイアス電圧は、第１期間中に有効な電圧値を有する一方で第２期間中に有効な電圧値を有さないパルス電圧となる。更に、第１期間中のパルス電圧の電圧値を結ぶ線は、正弦波状に変化する。
【００８２】
一方で、バイアス電圧生成部１４１自身がバイアス切替制御を行う場合には、バイアス電圧生成部１４１は、バイアス電圧として、図５の４段目のグラフに示すように、第１期間中に有効な電圧値を有する一方で第２期間中に有効な電圧値を有さないパルス電圧であって且つ第１期間中のパルス電圧の電圧値を結ぶ線が正弦波状に変化するパルス電圧を生成することが好ましい。このようなパルス電圧がバイアス電圧として生成される場合には、ロックイン検出部１５１は、バイアス電圧生成部１４１が生成するバイアス電圧を参照信号として用いることができる。
【００８３】
（３）第３実施例のテラヘルツ波計測装置３
続いて、第３実施例のテラヘルツ波計測装置３について説明する。尚、第２実施例のテラヘルツ波計測装置２は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１と比較して、試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ２に加えて、試料１０を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ（以降、“テラヘルツ波ＴＨｚ３”と称する）をも検出すると言う点で異なっている。第３実施例のテラヘルツ波計測装置３のその他の構成要件及び動作は、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１のその他の構成要件及び動作と同一であってもよい。従って、以下では、図６を参照しながら、第３実施例のテラヘルツ波計測装置３を構成する構成要素のうちテラヘルツ波ＴＨｚ３を検出するための構成要素について説明を進める。図６は、第３実施例のテラヘルツ波計測装置３の構成を示すブロック図である。
【００８４】
図６に示すように、テラヘルツ波計測装置３は、テラヘルツ波計測装置１と比較して、テラヘルツ波ＴＨｚ３を検出するための構成要素として、１／２波長板３６１と、光学遅延機構３２０と、反射鏡３６２と、直角プリズム３７０と、光伝導素子３１０とを更に備えていると言う点で異なっている。
【００８５】
試料１０を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ３は、直角プリズム３７０に入射する。直角プリズム３７０は、第１面３７１と、第２面３７２と、第３面３７３とを備える。第１面３７１は、試料１０を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ３が入射する光学面である。第２面３７２は、第１面２７１を介して直角プリズム３７０の内部に伝搬してきたテラヘルツ波ＴＨｚ３を反射する光学面である。第３面３７３は、第１面３７１に対して９０°の角度で交わると共に、第２面３７２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ３が出射する光学面である。
【００８６】
試料１０を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ３は、直角プリズム３７０の第２面３７２によって反射されることで、光伝導素子３１０に向かって伝搬する。光伝導素子３１０の構造は、光伝導素子１１０の構造と同一である。但し、光伝導素子３１０はテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射しなくてもよい。このため、光伝導素子３１０は、アンテナ１１２及びアンテナ１１３を備えていなくてもよい。
【００８７】
光伝導素子３１０がテラヘルツ波ＴＨｚ３を検出するために、光伝導素子３１０には、プローブ光ＬＢ２が照射される。具体的には、第３実施例では、光学遅延機構１２０によって光路長が調整されたプローブ光ＬＢ２は、１／２波長板３６１を介して、偏光ビームスプリッタ１６３に入射する。偏光ビームスプリッタ１６３は、プローブ光ＬＢ２のうちの第１偏光成分（例えば、第５方向に沿って振動する電場成分を有する偏光成分）を、光伝導素子１１０に入射するプローブ光ＬＢ２として反射する。一方で、偏光ビームスプリッタ１６３は、プローブ光ＬＢ２のうちの第２偏光成分（例えば、第６方向に沿って振動する電場成分を有する偏光成分）を、光伝導素子３１０に入射するプローブ光ＬＢ２（以降、光伝導素子３１０に入射するプローブ光ＬＢ２を、光伝導素子１１０に入射するプローブ光ＬＢ２と区別するために、“プローブ光ＬＢ３”と称する）として透過させる。プローブ光ＬＢ２は、光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される。一方で、プローブ光ＬＢ３は、不図示の導光路、光学遅延機構３２０及び反射鏡３６２を介して、光伝導素子３１０のギャップ１１６に照射される。
【００８８】
尚、光伝導素子１１０に入射するプローブ光ＬＢ２の強度と光伝導素子３１０に入射するプローブ光ＬＢ３の強度との比は、上述した１／２波長板３６１に依存して決まる。より具体的には、光伝導素子１１０に入射するプローブ光ＬＢ２の強度と光伝導素子３１０に入射するプローブ光ＬＢ３の強度との比は、１／２波長板３６１に入射するプローブ光ＬＢ２の偏光面の方位角（つまり、プローブ光ＬＢ２を構成する電場の振動方向）と１／２波長板３６１の高速軸とのずれ量に依存して決まる。
【００８９】
ここで、ポンプ・プローブ法を用いてテラヘルツ波計測装置３がテラヘルツ波ＴＨｚ３の波形を間接的に検出するためには、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ３の光路長との間の差分（つまり、光路長差）が調整される必要がある。一方で、プローブ光ＬＢ３が光学遅延機構１２０を通過してきたプローブ光ＬＢ２のうちの一部であることを考慮すると、プローブ光ＬＢ３の光路長は、光学遅延機構１２０によって既に調整されていると言える。従って、第３実施例では、光学遅延機構３２０は、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ３の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を調整するために、プローブ光ＬＢ３の光路長を調整しなくてもよい。
【００９０】
但し、第３実施例では、光学遅延機構３２０は、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１がテラヘルツ波ＴＨｚ３として光伝導素子３１０に戻ってくる第３のタイミングと、プローブ光ＬＢ３が光伝導素子３１０のギャップ１１６に照射される第４のタイミングとが一致又は重複するように、プローブ光ＬＢ３の光路長を調整する。光学遅延機構３２０は、第３のタイミングと第４のタイミングとが一旦一致又は重複した後には、プローブ光ＬＢ３の光路長を調整しなくてもよい。つまり、光学遅延機構３２０は、第３のタイミングと第４のタイミングとが一旦一致した後には、プローブ光ＬＢ３の光路長を固定してもよい。
【００９１】
以降は、光学遅延機構１２０によってポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ３の光路長との間の差分（光路長差）が調整されながら、光伝導素子３１０がテラヘルツ波ＴＨｚ３を繰り返し検出する。その結果、光伝導素子３１０は、ポンプ・プローブ法を用いて、テラヘルツ波ＴＨｚ３の波形を間接的に取得することができる。
【００９２】
ここで、図７を参照しながら、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミング及び光伝導素子３１０がテラヘルツ波ＴＨｚ３を検出するタイミングの一例について説明する。図７は、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ１を出射し且つテラヘルツ波ＴＨｚ２を検出するタイミング及び光伝導素子３１０がテラヘルツ波ＴＨｚ３を検出するタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００９３】
図７に示すように、時刻ｔ７１において、パルスレーザ装置１がレーザ光ＬＢを出射するものとする。この場合、光伝導素子１１０のギャップ１１６には、時刻ｔ７１よりも遅い時刻ｔ７２においてポンプ光ＬＢ１が照射される。その結果、光伝導素子１１０は、時刻ｔ７２において、テラヘルツ波ＴＨｚ１を出射する。
【００９４】
一方で、光伝導素子１１０のギャップ１１６には、時刻ｔ７１よりも遅い時刻ｔ７３において、プローブ光ＬＢ２が照射される。その結果、光伝導素子１１０は、時刻ｔ７３において、テラヘルツ波ＴＨｚ２を検出する。但し、第３実施例においても、第１実施例と同様に、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１がテラヘルツ波ＴＨｚ２として光伝導素子１１０に戻ってくる第１のタイミングとプローブ光ＬＢ２が光伝導素子１１０のギャップ１１６に照射される第２のタイミングとを一致又は重複させるために、時刻ｔ７３が光学遅延機構１２０によって調整される。このため、光学遅延機構１２０が調整するポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ２の光路長差がある特定の第１光路長差になった時点で、第１のタイミングと第２のタイミングとが一致する。以降は、特定の第１光路長差を中心に光学遅延機構１２０によってポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ２の光路長差が調整されながら、光伝導素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚ２を繰り返し検出する。その結果、光伝導素子１１０は、ポンプ・プローブ法を用いて、テラヘルツ波ＴＨｚ２の波形を間接的に取得することができる。
【００９５】
他方で、光伝導素子３１０のギャップ１１６には、時刻ｔ７１よりも遅い時刻ｔ７４において、プローブ光ＬＢ３が照射される。その結果、光伝導素子３１０は、時刻ｔ７４において、テラヘルツ波ＴＨｚ３を検出する。但し、上述したように、光伝導素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚ１がテラヘルツ波ＴＨｚ３として光伝導素子３１０に戻ってくる第３のタイミングとプローブ光ＬＢ３が光伝導素子３１０のギャップ１１６に照射される第４のタイミングとを一致又は重複させるために、時刻ｔ７４が光学遅延機構３２０によって調整される。具体的には、光学遅延機構３２０は、時刻ｔ７４を調整するために、プローブ光ＬＢ３の光路長を調整する。光学遅延機構３２０が調整するプローブ光ＬＢ３の光路長がある特定の第２光路長になった時点で、第３のタイミングと第４のタイミングとが一致する。以降は、光学遅延機構３２０は、プローブ光ＬＢ３の光路長を調整しない。一方で、光学遅延機構１２０によってポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ２の光路長差が調整されると、ポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ３の光路長差もまた調整される。従って、光学遅延機構１２０によってポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ３の光路長差が調整されながら、光伝導素子３１０がテラヘルツ波ＴＨｚ３を繰り返し検出する。その結果、光伝導素子３１０は、ポンプ・プローブ法を用いて、テラヘルツ波ＴＨｚ３の波形を間接的に取得することができる。
【００９６】
第３実施例のテラヘルツ波計測装置３によれば、第１実施例のテラヘルツ波計測装置１が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。更に、第３実施例では、試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ２のみならず、試料１０を透過したテラヘルツ波ＴＨｚ３も検出される。従って、テラヘルツ波計測装置３は、試料１０の特性をより高精度に計測することができる。
【００９７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９８】
１、２、３  テラヘルツ波計測装置
１０  試料
１０１  パルスレーザ装置
１１０  光伝導素子
１１１  基板
１１２、１１３、１１４、１１５  アンテナ
１１６  ギャップ
１２０  光学遅延機構
１５０  制御部
１５１  ロックイン検出部
１５２  信号処理部
１６２、１６３  ビームスプリッタ
１７０  直角プリズム
３１０  光伝導素子
３２０  光学遅延機構
３６１  １／２波長板
３６２  反射鏡
３７０  直角プリズム
ＬＢ１  ポンプ光
ＬＢ２  プローブ光
ＬＢ３  プローブ光
ＴＨｚ、ＴＨｚ１、ＴＨｚ２、ＴＨｚ３  テラヘルツ波
【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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