JP2004085359A

JP2004085359A - Terahertz pulse light measuring device

Info

Publication number: JP2004085359A
Application number: JP2002246789A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Iwamoto; 岩本　敏志
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform the real-time measurement of time series waveform of field intensity of a terahertz pulse light extending entirely over each portion of the one-dimensional area of an object. <P>SOLUTION: The terahertz pulse light generated by an antenna 79 is collectively radiated to the one-dimensional area of a specimen 100 through a parabolic columnar mirror 82. Its transmitted pulse light L75 is collectively received by the one-dimensional area of an electrochemical crystal 61. A probe pulse light chirped and synchronized to the pulse light L75 is collectively radiated to the one-dimensional area of the crystal 86. An analyzer 93 extracts a specified polarization component of the probe pulse light passed through the crystal 93 and changed in polarization state by the pulse light L75. A plurality of spectrometers 95 divides the probe pulse light after the extraction of the specified polarization component so as to correspond to each portion of the one-dimensional area of the crystal 86 to obtain the intensity of each wavelength component. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テラヘルツパルス光計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テラヘルツ光は、周波数がおおよそ０．０１ＴＨｚから１００ＴＨｚまでの範囲の電磁波であり、現在は、テラヘルツパルス光の波形を瞬時に、光電変換して計測することは不可能である。
【０００３】
このため、一般的に、テラヘルツパルス光の計測には、ポンプ−プローブ法と呼ばれる計測手法が採用されている。このポンプ−プローブ法では、同じ波形のテラヘルツパルス光が所定周波数（例えば、数ｋＨｚからＭＨｚオーダーの繰り返し）で到来することを前提とし、テラヘルツパルス光を発生させるポンプパルス光と、テラヘルツパルス光の検出タイミングを決定するプローブパルス光との間に時間遅延（光路長差）を設け、その時間遅延を徐々に変えて、各時間遅延の時点におけるテラヘルツパルスの電場強度を光電変換して計測することにより、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を計測する。
【０００４】
したがって、ポンプ−プローブ法により得られた時系列波形の各時点における電場強度は、それぞれ互いに異なる時間中に発生したパルスにおける、前記時間遅延に対応する波形位置での、電場強度を示している。すなわち、ポンプ−プローブ法は、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の実時間計測（テラヘルツパルス光の単一パルスの時系列波形の計測）ではない。
【０００５】
ところで、いわゆる時系列変換テラヘルツ分光として知られているように、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を計測すれば、その時系列波形を例えばフーリエ変換することにより分光情報（各周波数成分ごとの強度）を得ることができ、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形は分光情報を含んでいる。
【０００６】
このような分光情報は、対象物体の一点だけでなく、対象物体の１次元領域又は２次元領域の各部位（各点）についてそれぞれ得ることが、好ましい。
【０００７】
前述したポンプ−プローブ法に対し、Ｚ．Ｊｉａｎｇ及びＸ．−Ｃ．Ｚｈａｎｇによって、チャーピングされたプローブパルス光を利用したテラヘルツパルス光計測手法（説明の便宜上、「チャーピング計測手法」という。）が提案されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，　Ｖｏｌ．７２，　Ｎｏ．１６，　２０　Ａｐｒｉｌ　１９９８，　ｐｐ．１９４５−１９４７）。図１０は、このチャーピング計測手法によるテラヘルツパルス光計測装置を模式的に示す概略構成図であり、前記論文に掲載された図と同様である。
【０００８】
図１０に示す計測装置では、レーザ装置５１からのパルス光Ｌ５１がビームスプリッタ５２で２つのパルス光Ｌ５２，Ｌ５３に分割され、一方のパルス光Ｌ５２がポンプパルス光として用いられる。ポンプパルス光Ｌ５２は、ミラー５３〜５５を経由して、ダイポールアンテナなどの光伝導アンテナ５６に照射される。その結果、光伝導アンテナ５６からテラヘルツパルス光Ｌ５４が放射され、このテラヘルツパルス光Ｌ５４が、レンズ５７を経てビームスプリッタ５８を透過した後に、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶５９の一点に集光される。なお、ミラー５４，５５は、図１０中の矢印Ｃ方向へ移動可能な可動鏡となっているが、これはポンプ−プローブ法を実現するためのものではなく、テラヘルツパルス光とプローブパルス光とを適切に同期させるために調整できるようにするためのものである。
【０００９】
ビームスプリッタ５２で分割された他方のパルス光Ｌ５３は、テラヘルツパルス光Ｌ５４を検出するためのプローブパルス光となる。このプローブパルス光Ｌ５３は、ハーフミラー６０を透過した後、これをチャーピングするチャーピング部としてのパルス伸長器６１により、チャーピングされる。パルス伸長器６１は、図１０に示すように、一対の回折格子６２，６３と、平面反射鏡６４とから構成されている。ハーフミラー６０を透過したプローブパルス光は、回折格子６２で分散された後、回折格子６３で反射されることにより各波長の光が平行光線となり、これらの平行光線が平面反射鏡６４で反射された後に、逆の経路を経てチャーピングされた光となって、ハーフミラー６０に戻り、ハーフミラー６０で反射される。図１０からわかるように、図１０中の上側の光路Ｐ１を通って平面反射鏡６４で反射される光の光路は、図１０中の下側の光路Ｐ２を通る光の光路に比べて短くなる。そして、上側の光路Ｐ１を通る光の波長は、下側の光路Ｐ２を通る光の波長に比べて短い。したがって、プローブパルス光は、回折格子６２，６３を通り、平面反射鏡６４で反射され、再び回折格子６３，６２を通った後には、時間的に早い側が波長の短い成分で時間的に遅い側が波長の長い成分となる広がったパルス（チャーピングされたパルス）となる。なお、パルス光がチャーピングされているとは、パルス光に含まれる短波長成分ほど長波長成分に比べて時間的に遅れて（あるいは進んで）いる状態をいう。
【００１０】
ここで、パルス伸長器６１によるチャーピング前のプローブパルス光Ｌ５３の波形を図１１（ａ）に模式的に示し、チャーピング後のプローブパルス光の波形を図１１（ｂ）に模式的に示す。この例では、チャーピング前に２００ｆｓであったパルス幅が、チャーピング後に３０ｐｓに広がっている。
【００１１】
パルス伸長器６１によりチャーピングされたプローブパルス光は、ハーフミラー６０で反射された後に、偏光子６５を通過した後に直線偏光光となり、更に、ビームスプリッタ５８で反射された後に、細い線状の光束のまま電気光学結晶５９の前記一点に照射される。このプローブパルス光は、テラヘルツ光と重なって電気光学結晶５９を通過するため、プローブパルス光内の波長の短い成分の光の偏光状態はテラヘルツ光の時間的に早い成分に影響されて変化し、波長の長い成分の光の偏光状態はテラヘルツ光の時間的に遅い成分に影響されて変化する。
【００１２】
そして、電気光学結晶５９を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化された前記プローブパルス光の特定偏光成分が、検光子６６により抽出される。この抽出された偏光成分のプローブパルス光が、回折格子６７で分光され、更にレンズ６８を透過する。この分光により空間的に分離されたプローブパルス光の各波長成分が、それぞれ光電変換素子アレイ（１次元センサ）６９の各々の光電変換素子（光検出素子）で電気信号に変換される。回折格子６７、レンズ６８及び光電変換素子アレイ６９により、分光器７０が構成されている。
【００１３】
図１０に示す計測装置では、チャーピングされかつテラヘルツパルス光と同期したプローブパルス光が電気光学結晶５９に導かれるので、プローブパルス光の各波長成分は、テラヘルツパルス光の単一パルスにおける各時点での電場強度により偏光状態が変化され、特定偏光成分の抽出後のプローブパルス光の各波長成分の強度は、テラヘルツパルス光の単一パルスにおける各時点での電場強度を示すことになる。そして、特定偏光成分の抽出後のプローブパルス光の各波長成分は、当該波長に応じて分光により空間的に分離され、その位置に配置されている光電変換素子によりその強度が電気信号として検出される。したがって、特定偏光成分の抽出後のプローブパルス光の各波長成分の強度に応じた出力信号が各位置の光電変換素子から得られる。すなわち、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形が、空間的な位置系列波形（光電変換素子の位置に対する光電変換素子の出力信号）に変換されることになる。ただし、テラヘルツパルス光が入射している際に得られた光電変換素子アレイ６９の信号から、テラヘルツパルス光が入射していないときにプローブパルス光のみにより得た光電変換素子アレイ６９の信号をそれぞれ差し引いたものが、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形に相当する。
【００１４】
したがって、図１０に示す計測装置によれば、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の実時間計測（テラヘルツパルス光の単一パルスの時系列波形の計測）を行うことができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の計測装置では、ポンプ−プローブ法によるものであるため、試料の１次元領域の各部位についてテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の、実時間計測（テラヘルツパルス光の単一パルスの時系列波形の計測）を行うことができない。
【００１６】
また、図１０に示す計測装置では、テラヘルツパルス光を電気光学結晶５９の一点に集光し、プローブパルス光を電気光学結晶５９の前記一点に照射しているので、一点のみについてしか、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の実時間計測を行うことができない。試料の１次元領域の各部位についてテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を計測するには、試料を１次元に移動させて走査させなければならない。このように試料を走査させると、試料のある部位のテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を得た時点と、他の部位のテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形を得た時点とが、互いに異なることになる。したがって、結局、試料の１次元領域の各部位についてテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の、実時間計測（テラヘルツパルス光の単一パルスの時系列波形の計測）を行うことができない。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、対象物体の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度又は磁場強度の時系列波形の実時間計測を行うことができるテラヘルツパルス光計測装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、１つ以上の対象物体の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度又は磁場強度の時系列波形の計測を、短い時間で行うことができるテラヘルツパルス光計測装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、テラヘルツパルス光を対象物体の１次元領域に照射するテラヘルツパルス光照射部と、前記対象物体の前記１次元領域を透過又は反射したテラヘルツパルス光を前記対象物体の前記一次元状領域に対応する１次元領域で一括受光する電気光学結晶又は磁気光学結晶と、チャーピングされかつ前記テラヘルツパルス光と同期したプローブパルス光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域に照射するプローブパルス光照射部と、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶を通過して前記テラヘルツパルス光により偏光状態が変化した前記プローブパルス光の特定偏光成分を抽出する検光部と、前記検光部による特定偏光成分の抽出の後の前記プローブパルス光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域の各部位に対応するもの毎に、それぞれ分光して各波長成分毎の強度を得る分光計測部と、を備えたものである。
【００２０】
本発明の第２の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第１の態様において、前記テラヘルツパルス光照射部によりテラヘルツパルス光が一括照射される前記対象物体の前記１次元領域を、前記対象物体に対して相対的に前記対象物体の前記１次元領域と交差する方向に連続的に走査させる走査部を、備えたものである。
【００２１】
本発明の第３の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第２の態様において、前記走査部が、前記対象物体を移動させる移動機構であるものである。
【００２２】
本発明の第４の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記テラヘルツパルス光照射部は、光軸と直交する一軸方向に対してのみ集光特性又は拡散特性を持つ１つ以上の光学素子を、含むものである。
【００２３】
本発明の第５の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記テラヘルツパルス光照射部はテラヘルツ光発生素子を含み、前記テラヘルツ光発生素子は、光伝導部と、該光伝導部の所定の面上に形成され互いに分離された２つの導電部とを有し、前記２つの導電部の少なくとも一部同士が、前記所定の面に沿った方向に３ｍｍ以下の間隔をあけるように配置され、前記２つの導電部における前記間隔をあけて対向する部分の長さが、１ｃｍ以上であるものである。
【００２４】
本発明の第６の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記プローブパルス光照射部は、光軸と直交する一軸方向に対してのみ集光特性又は拡散特性を持つ１つ以上の光学素子を、含むものである。
【００２５】
本発明の第７の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記分光計測部は、互いに異なる複数の入射位置からそれぞれ入射する２つ以上の入射光を空間的に分離した状態で同時に分光する１つの分光光学系、及び、該分光光学系により分光された各入射光の各波長毎の強度を検出する２次元センサを有する１つ以上の分光器を、含むものである。
【００２６】
本発明の第８の態様によるテラヘルツパルス光計測装置は、前記第７の態様において、前記分光計測部は、前記検光部による特定偏光成分の抽出の後の前記プローブパルス光を、前記電気光学結晶又は前記磁気光学結晶の前記１次元領域の前記各部位に対応するもの毎に、前記１つ以上の分光器の前記複数の入射位置に導く光ファイバ束を、含むものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるテラヘルツパルス光計測装置について、図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、図１に示す計測装置において用いられている放物柱面鏡８２を示す概略斜視図である。図３は、図１に示す計測装置において用いられているビーム整形光学系８９を示す概略斜視図である。図４は、図１に示す計測装置において用いられている光ファイバ９４の入射端の配列を示す概略平面図であり、図１中のＤ−Ｄ’矢視図に相当している。図５は、図１に示す計測装置において用いられている分光器９５を示す概略構成図である。図６は、図５中のＥ−Ｅ’矢視図である。図７は、図５に示す分光器９５において用いられている２次元ＣＣＤ１０６の受光面の様子を模式的に示す図であり、図５中のＦ−Ｆ’矢視図に相当している。なお、説明の便宜上、図１乃至図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。
【００３０】
本実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置では、レーザ装置等からなるフェムト秒パルス光源７１から放射されたフェムト秒パルス光Ｌ７１が、平面反射鏡７２を経た後に、ビームスプリッタ７３で２つのパルス光Ｌ７２，Ｌ７３に分割される。フェムト秒パルス光源７１から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ７１の繰り返し周期は、例えば、１ｋＨｚ程度とされる。
【００３１】
ビームスプリッタ７３で分割された一方のパルス光Ｌ７２は、テラヘルツ光発生器としての大口径光伝導アンテナ７９を励起してテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプパルス光（励起パルス光）となる。ポンプパルス光Ｌ７２は、２枚の球面レンズからなるビームエキスパンダ７４でその円形断面が円形のまま拡張された後、平面反射鏡７５，７６、２枚もしくは３枚の平面反射鏡が組み合わされてなる可動鏡７７、及び平面反射鏡７８を経て、大口径光伝導アンテナ７９へ導かれる。大口径光伝導アンテナ７９の電極間には、バイアス電源８０からバイアス電圧が印加されている。その結果、大口径光伝導アンテナ７９からテラヘルツパルス光Ｌ７４が放射される。なお、可動鏡７７は、移動機構８１により矢印Ｇ方向に移動可能となっているが、これはポンプ−プローブ法を実現するためのものではなく、テラヘルツパルス光とプローブパルス光とを適切に同期させるために調整できるようにするためのものである。
【００３２】
大口径光伝導アンテナ７９から発生したテラヘルツパルス光Ｌ７４は、図１及び図２に示すように、１軸方向のみを集光させる光学系を構成する放物柱面鏡（放物柱面（準線が放物線である柱面）の反射面を持つ鏡）８２により、Ｚ軸と平行な線上に集光され、この線上を含むように配置された測定対象物体としての試料１００のＺ軸方向に延びた１次元領域を一括照射する。放物柱面鏡８２は、光軸と直交する一軸方向に対してのみ集光特性を持つ光学素子の一つである。試料１００は、移動機構８３によって、図１中の矢印Ｈで示すように、Ｘ軸方向に移動可能となっている。本実施の形態では、移動機構８３が、テラヘルツパルス光が一括照射される試料１００の１次元領域を、試料１００に対して相対的に試料１００の前記１次元領域と交差する方向に連続的に走査させる走査部を構成している。もっとも、このような走査部は、試料１００を移動させる移動機構に限定されるものではない。
【００３３】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、前述した要素７１〜７９，８２が、テラヘルツパルス光Ｌ７４を試料１００の１次元領域に一括照射するテラヘルツパルス光照射部を構成している。
【００３４】
なお、大口径光伝導アンテナ７９に代えて、ダイポールアンテナ等を用いた光導電アンテナや電気光学結晶などの他のテラヘルツ光発生器を用いてもよいことは、言うまでもない。ただし、そのテラヘルツ光発生器が点光源である場合には、放物柱面鏡８２の手前に、テラヘルツパルス光を平行光にするための光学系を設ける。
【００３５】
試料１００の１次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ７５は、１軸方向のみを集光させる光学系を構成する楕円柱面鏡（楕円柱面（準線が楕円である柱面）の反射面を持つ鏡）８４を経て、ビームスプリッタ８５を透過した後に、イメージングプレートとしてのＺｎＴｅ等の電気光学結晶８６に入射する。テラヘルツパルス光Ｌ７５は、楕円柱面鏡８４によって、電気光学結晶８６のＺ軸方向に延びる１次元領域に集光される。このように、本実施の形態では、電気光学結晶８６は、試料１００の１次元領域を透過したテラヘルツパルス光Ｌ７５を、試料１００の前記１次元領域に対応する１次元領域で一括受光する。もっとも、本発明では、電気光学結晶８６が、試料１００の１次元領域で反射されたテラヘルツパルス光を、試料１００の前記１次元領域に対応する１次元領域で一括受光するように、構成してもよい。
【００３６】
ビームスプリッタ７３で分割された他方のパルス光Ｌ７３は、テラヘルツパルス光Ｌ７５を検出するためのプローブパルス光となる。このプローブパルス光Ｌ７３は、平面鏡８７からＺ方向に若干ずれた位置を通過した後、これをチャーピングするチャーピング部としてのパルス伸長器８８により、チャーピングされる。パルス伸長器８８は、図１０中のパルス伸長器６１と同一の構成を有しているので、パルス伸長器８８の構成要素にもパルス伸長器６１の構成要素と同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
パルス伸長器８８によりチャーピングされたプローブパルス光は、平面鏡８７で反射された後に、ビーム整形光学系８９により、Ｚ軸方向に延びた１次元状の断面を持つ平行光束に整形されて、電気光学結晶８６上でテラヘルツパルス光Ｌ７５と重なるように調整される。本実施の形態では、ビーム整形光学系８９は、Ｚ軸方向にのみ拡散特性を持つシリンドリカルレンズ９０と、Ｚ軸方向にのみ集光特性を持つシリンドリカルレンズ９１とから構成されている。シリンドリカルレンズ９０，９１はそれぞれ、光軸と直交する一軸方向に対してのみ集光特性又は拡散特性を持つ光学素子の一つである。
【００３８】
ビーム整形光学系８９により整形されたプローブパルス光は、図１に示すように、偏光子９２を通過した後に直線偏光光となり、更に、ビームスプリッタ８５で反射された後に、断面がＺ軸方向に１次元状に延びた平行光束のまま、電気光学結晶８６の前記１次元領域に入射する。このように、本実施の形態では、前述した要素７１〜７３，８７〜８９，９２，８５が、チャーピングされかつテラヘルツパルス光Ｌ７５と同期したプローブパルス光を、電気光学結晶８６の前記１次元領域に一括照射するプローブパルス光照射部を構成している。
【００３９】
電気光学結晶８６に入射した直線偏光光であるプローブパルス光は、電気光学結晶８６の前記１次元領域を透過する。その透過光の各波長成分の偏光状態は、テラヘルツパルス光Ｌ７５により生じた電気光学結晶８６の複屈折変化（すなわち、テラヘルツパルス光Ｌ７５の電場強度変化）に応じて、楕円偏光に変化する。このとき、テラヘルツパルス光Ｌ７５の単一パルスにおける各時点での電場強度の情報は、直線偏光からの差としてプローブパルス光の各波長成分の偏光状態が担っている。すなわち、プローブパルス光の各波長成分は、電気光学結晶８６を通過して、テラヘルツパルス光Ｌ７５により、偏光状態が変化する。
【００４０】
電気光学結晶８６を透過したプローブパルス光は、検光子９３で特定偏光成分のみ抽出された後に、分光計測部に入射される。この分光計測部は、検光子９３による特定偏光成分の抽出の後のプローブパルス光を、電気光学結晶８６の前記１次元領域の各部位に対応するもの毎に、それぞれ分光して各波長成分毎の強度を得るものである。本実施の形態では、この分光計測部は、複数の分光器９５と、これらの分光器９５に、各部位に対応するプローブパルス光を導く多数の光ファイバ９４からなる光ファイバ束と、から構成されている。
【００４１】
各光ファイバ９４の入射端は、図４に示すように、電気光学結晶８６の前記１次元領域に対応する１次元領域に分布するように配置されている。各分光器９５は、図５に示すように、入射スリット１０１ａを有する入口スリット板１０１と、平面反射鏡１０２と、コリメイトミラー１０３と、回折格子１０４と、フォーカスミラー１０５と、２次元センサとしての２次元ＣＣＤ１０６とから構成されている。全ての光ファイバ９４のうちの複数本ずつの光ファイバ９４の射出端が、各分光器９５の入射スリット１０１ａの付近にこれに対面するように、一列に配置されている。図５及び図６に示す例では、全ての光ファイバ９４のうちの５本の光ファイバ９４ａ〜９４ｅの射出端が一列に配置されている。
【００４２】
各光ファイバ９４ａ〜９４ｅから入射した各入射光は、平面反射鏡１０２で反射された後に、コリメイトミラー１０３により収束されて回折格子１０４に入射し、個々の波長の光に図５中の横方向に分散され、フォーカスミラー１０５を経て２次元ＣＣＤ１０６の受光面上に照射される。図７において、ＣＣＤ１０６の受光面上の帯状領域１０６ａは、光ファイバ９４ａから入射した光の分光後の各波長の光が入射し得る領域を示している。帯状領域１０６ａにおいて、図７中の左側の位置ほど分光後の波長の長い光が入射し、右側の位置ほど分光後の波長の短い波長の光が入射するようになっている。同様に、帯状領域１０６ｂ〜１０６ｅは、光ファイバ９４ｂ〜９４ｅからそれぞれ入射した光の分光後の各波長の光が入射し得る領域をそれぞれ示している。コリメイトミラー１０３及びフォーカスミラー１０５としてそれぞれトロイダルミラーが用いられ、図７に示すように、各光ファイバ９４ａ〜９４ｅから入射した各入射光が図７中の縦方向に重なることなく、各入射光が空間的に分離した状態で同時に分光されるようになっている。
【００４３】
以上の説明からわかるように、前記要素１０１〜１０５は、互いに異なる複数の入射位置からそれぞれ入射する２つ以上の入射光を空間的に分離した状態で同時に分光する１つの分光光学系を構成している。また、２次元ＣＣＤ１０６は、この分光光学系により分光された各入射光の各波長毎の強度を検出する２次元センサを構成している。なお、以上説明した分光器９５の構成は、米国のアクトン・リサーチ社製の「ＳｐｅｃｔｒａＰｒｏ−１５０」（製品名）と称する分光器の構成と同様であり、公知である。
【００４４】
なお、１つの分光器９５を、全ての光ファイバ９４からの各入射光を空間的に分離した状態で同時に分光することができるように構成すれば、１つの分光器９５のみを用いればよい。この場合、光ファイバ９４を用いることなく、入射スリット１０１ａを、電気光学結晶８６の前記１次元領域に対応する１次元領域に位置させるようにしてもよい。
【００４５】
各光ファイバ９４からの入射光に対応していずれかの分光器９５の２次元ＣＣＤ１０６から得られた信号は、当該光ファイバ９４に対応する試料１００の前記１次元状領域内の部位を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形に対応している。例えば、図７中の帯状領域１０６ａに対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号は、全体として、光ファイバ９４ａに対応する試料１００の前記１次元状領域内の部位を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形に対応している。ただし、テラヘルツパルス光Ｌ７５が電気光学結晶８６に入射している際に得られた帯状領域１０６ａに対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号から、テラヘルツパルス光Ｌ７５が電気光学結晶８６に入射していないときにプローブパルス光のみにより得られた帯状領域１０６ａに対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号をそれぞれ差し引いたものが、全体として、光ファイバ９４ａに対応する試料１００の前記１次元状領域内の部位を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形に相当する。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、信号処理回路及びパーソナルコンピュータ等からなる処理部９６の内部メモリ（図示せず）には、ポンプパルス光Ｌ７２の光路を遮光してテラヘルツパルス光を発生させない状態で、光ファイバ９４ａに対応する帯状領域１０６ａに対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号を、基準信号として予め取り込んでおく。同様に、前記内部メモリには、他の各光ファイバ９４に対応する分光器９５の各帯状領域に対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号を、基準信号として予め取り込んでおく。そして、処理部９６は、ポンプパルス光Ｌ７２の光路を遮光しない通常状態で、光ファイバ９４ａに対応する帯状領域１０６ａに対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号を取り込み、この各画素信号から対応する基準信号を差し引くことで、光ファイバ９４ａに対応する試料１００の前記１次元状領域内の部位を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを得る。同様に、処理部９６は、ポンプパルス光Ｌ７２の光路を遮光しない通常状態で、他の各光ファイバ９４に対応する分光器９５の帯状領域に対応する２次元ＣＣＤ１０６の各画素信号を取り込み、これらの各画素信号から対応する基準信号をそれぞれ差し引くことで、他の各光ファイバ９４に対応する試料１００の前記１次元状領域内の各部位を透過したテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データをそれぞれ得る。
【００４７】
このようにして、処理部９６は、試料１００の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを、テラヘルツパルス光の単一パルスについて得ることができる。処理部９６は、試料１００の１次元領域の各部位にそれぞれ対応する時系列波形をＣＲＴ等の表示部９７にそのまま表示させたり、必要に応じて、各部位にそれぞれ対応する時系列波形をフーリエ変換して各部位毎に分光情報（各周波数成分ごとの強度）を得て、これらを表示部９７に表示させたりする。
【００４８】
また、移動機構８３によって試料１００を矢印Ｈで示す方向に移動させつつ、処理部９６が、テラヘルツパルス光の各パルスについて前述した動作を行うことにより、試料１００の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを得ることができる。このとき、試料１００の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを、テラヘルツパルス光の単一パルスについて得ることができるので、試料１００を途中で停止させることなく連続して移動させればよい。また、処理部９６は、試料１００の２次元領域の各部位にそれぞれ対応する時系列波形をＣＲＴ等の表示部９７にそのまま表示させたり、必要に応じて、各部位にそれぞれ対応する時系列波形をフーリエ変換して各部位毎に分光情報（各周波数成分ごとの強度）を得て、これらを表示部９７に表示させたりすることができる。
【００４９】
もっとも、試料１００の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを得るだけで十分である場合には、試料１００を移動させる必要はなく、移動機構８３を取り除いてもよい。
【００５０】
本実施の形態によれば、前述したように、試料１００の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の実時間計測（テラヘルツパルス光の単一パルスの時系列波形の計測）を行うことができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、試料１００を連続して一方向へ移動させるだけで試料１００の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを得ることができるので、その計測時間を大幅に短縮することができる。そして、複数の試料１００の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形データを得る場合、移動機構８３を、例えばベルトコンベアのように矢印Ｈ方向に並べた複数の試料１００を連続的に矢印Ｈ方向へ移動させるように構成すれば、試料１００の交換時間のロスが全くなくなり、複数の試料１００の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形の計測を、短い時間で行うことができる。したがって、例えば、試料１００が半導体ウエハ等であり、各部位の電場強度の時系列波形に基づいて当該半導体ウエハ等の検査を行う場合、短い時間で大量の半導体ウエハ等の検査を行うことができ、極めて有益である。
【００５２】
なお、図１に示す光学配置では、複数の試料１００を矢印Ｈ方向に並べようとすると、平面鏡８７とビームスプリッタ８５との間の光路が邪魔になる。そこで、実際には、例えば光路を折り曲げるミラー等を適宜用いて、当該光路を邪魔にならない位置に配置すればよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
【００５４】
図８は、本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置を模式的に示す概略構成図である。図９は、図８に示す計測装置において用いられているテラヘルツ光発生素子１７９を示す概略斜視図である。
【００５５】
本実施の形態による計測装置が前記第１の実施の形態による計測装置と異なる所は、大口径光伝導アンテナ７９に代えてテラヘルツ光発生素子１７９が用いられている点と、ビームエキスパンダ７４に代えてビーム整形光学系１８９が用いられている点と、放物柱面鏡８２に代えて楕円柱面鏡１８２が用いられている点のみである。
【００５６】
テラヘルツ光発生素子１７９は、図９に示すように、大口径光伝導アンテナと同様に、光伝導部としての半絶縁性ＧａＡｓ等からなる基板１２１と、該基板１２１の一方の表面に形成された互いに分離された２つの導電部（電極）としての金等からなる導電膜１２２，１２３とを備えている。導電膜１２２，１２３は、基板１２１の図９中の手前側の表面に沿った方向に所定間隔ｄをあけて配置されている。なお、導電膜１２２，１２３間にバイアス電源８０からバイアス電圧が印加されている。本実施の形態では、導電膜１２２，１２３の全体同士が間隔ｄをあけている。
【００５７】
大口径光伝導アンテナでは、間隔ｄが例えば数ｍｍ乃至数ｃｍ程度とされ、導電膜１２２，１２３の長さＬは間隔ｄと大差がない程度とされ、ポンプパルス光の照射領域Ｒは、間隔ｄをほぼ直径とする円形領域とされる。これに対し、テラヘルツ光発生素子１７９では、間隔ｄが３ｍｍ以下とされ、導電膜１２２，１２３の長さＬが１ｃｍ以上とされ、ポンプパルス光の照射領域Ｒは、導電膜１２２，１２３間のほぼ全体の領域とされている。代表的には、間隔ｄは１ｍｍ程度以下で、導電膜１２２，１２３の長さＬは２ｃｍ程度とされる。テラヘルツ光発生素子１７９では、間隔ｄ、長さＬ及び照射領域Ｒをこのように設定することで、導電膜１２２，１２３を互いに近づけてＹ方向では点光源として扱えるようにしている。
【００５８】
大口径光スイッチ素子では、導電膜１２２，１２３付近は導電膜１２２，１２３からの距離に対して電場が急激に変化するため、電場が一定とみなすことができる導電膜１２２，１２３間の中心（Ｙ方向の中心）を利用していた。しかしながら、１次元の測定を行う場合、１次元の方向に垂直な方向では点光源と同じ扱いをすることができ、電場の空間依存性が均一である必要はなくなる。また、導電膜１２２，１２３付近は電場が急減に変化するため、中心付近に比べテラヘルツ光が強く放射される。以上の理由から、テラヘルツ光発生素子１７９では、導電膜１２２，１２３を互いに近づけて導電膜１２２，１２３に垂直な方向（Ｙ方向）では点光源として扱えるようにすることにより、強いテラヘルツ光を弱いバイアス電圧で得ることができるのである。
【００５９】
なお、本実施の形態では、前述したように基板１２１自体が光伝導部として用いられているが、例えば、基板１２１上に光伝導部として光伝導膜を形成し、この光伝導膜上に導電膜１２２，１２３を形成してもよい。この場合、例えば、基板１２１の材質として半絶縁性ＧａＡｓを用いるとともに、光伝導膜として低温成長ＧａＡｓを用いることができる。
【００６０】
テラヘルツ光発生素子１７９では、ポンプパルス光の照射領域Ｒは、図９に示すように、導電膜１２２，１２３間の領域に合わせてＺ方向に延びた１次元状の領域とすることが、好ましい。そこで、本実施の形態では、このような照射領域Ｒを実現するために、ビームエキスパンダ７４に代えて、図３中のシリンドリカルレンズ９０に相当するシリンドリカルレンズ１７５と、図３中のシリンドリカルレンズ９１に相当するシリンドリカルレンズ１７６とからなるビーム整形光学系１７４が用いられている。
【００６１】
また、テラヘルツ光発生素子１７９は、Ｙ方向に対しては点光源として扱えるものであるため、テラヘルツ光発生素子１７９で発生したテラヘルツパルス光を集光するために、楕円柱面鏡１８２が用いられている。
【００６２】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他に、前述したように、テラヘルツ光発生素子１７９を用いることにより、強いテラヘルツ光を弱いバイアス電圧で得ることができるという利点が得られる。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、前述した各実施の形態において、電気光学結晶８６に代えて磁気光学結晶を用いてもよい。この場合には、テラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形ではなく、テラヘルツパルス光の磁場強度の時系列波形が得られることになる。
【００６５】
また、前述した各実施の形態において、複数の分光器９５に代えて、図１０中の分光器７０と同じ分光器を光ファイバ９４と同数設けてもよい。ただし、この場合には、前述した実施の形態に比べて、分光器の数が増大し、装置が大型化するとともにコストが増大してしまうため、前述した各実施の形態のように、複数の入射光を空間的に分離した状態で同時に分光し得る分光器９５を用いることが好ましい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対象物体の１次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度又は磁場強度の時系列波形の実時間計測を行うことができる。
【００６７】
また、本発明によれば、１つ以上の対象物体の２次元領域の各部位の全体に渡るテラヘルツパルス光の電場強度又は磁場強度の時系列波形の計測を、短い時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１に示す計測装置において用いられている放物柱面鏡を示す概略斜視図である。
【図３】図１に示す計測装置において用いられているビーム整形光学系を示す概略斜視図である。
【図４】図１に示す計測装置において用いられている光ファイバの入射端の配列を示す概略平面図である。
【図５】図１に示す計測装置において用いられている分光器を示す概略構成図である。
【図６】図５中のＥ−Ｅ’矢視図である。
【図７】図５に示す分光器において用いられている２次元ＣＣＤの受光面の様子を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるテラヘルツパルス光計測装置を模式的に示す概略構成図である。
【図９】図８に示す計測装置において用いられているテラヘルツ光発生素子を示す概略斜視図である。
【図１０】従来のテラヘルツパルス光計測装置の更に他の例を模式的に示す概略構成図である。
【図１１】図１０に示すテラヘルツパルス光計測装置におけるパルス伸長器によるチャーピング前後のプローブパルス光の波形を示す図である。
【符号の説明】
７１　フェムト秒パルス光源
７４　ビームエキスパンダ
７９　大口径光伝導アンテナ
８２　放物柱面鏡
８４　楕円柱面鏡
８６　電気光学結晶
８８　パルス伸長器（チャーピング部）
８９　ビーム整形光学系
９０，９１　シリンドリカルレンズ
９２　偏光子
９３　検光子
９４　光ファイバ
９５　分光器
１００　試料（対象物体）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a terahertz pulse light measurement device.
[0002]
[Prior art]
Terahertz light is an electromagnetic wave whose frequency ranges from approximately 0.01 THz to 100 THz. At present, it is impossible to instantaneously photoelectrically convert and measure the waveform of terahertz pulse light.
[0003]
For this reason, a measurement technique called a pump-probe method is generally employed for measuring the terahertz pulse light. This pump-probe method is based on the premise that the terahertz pulse light having the same waveform arrives at a predetermined frequency (for example, repetition of several kHz to MHz order), and the pump pulse light for generating the terahertz pulse light and the terahertz pulse light Providing a time delay (optical path length difference) with the probe pulse light that determines the detection timing, gradually changing the time delay, and photoelectrically converting and measuring the electric field strength of the terahertz pulse at each time delay. Thus, a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light is measured.
[0004]
Therefore, the electric field intensity at each time point of the time-series waveform obtained by the pump-probe method indicates the electric field intensity at a waveform position corresponding to the time delay in pulses generated during different times. That is, the pump-probe method is not a real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light (measurement of the time-series waveform of a single pulse of the terahertz pulse light).
[0005]
By the way, as is known as so-called time-series conversion terahertz spectroscopy, if a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light is measured, the time-series waveform is subjected to, for example, Fourier transform to obtain spectral information (intensity for each frequency component). ) Can be obtained, and the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light includes spectral information.
[0006]
It is preferable that such spectral information is obtained not only for one point of the target object but also for each part (each point) of the one-dimensional area or two-dimensional area of the target object.
[0007]
In contrast to the pump-probe method described above, Z. Jiang and X.M. -C. Zhang proposes a terahertz pulse light measurement method using chirped probe pulse light (for convenience of description, referred to as “chirping measurement method”) (Appl. Phys. Lett., Vol. 72, No. 16, 20 April 1998, pp. 1945-1947). FIG. 10 is a schematic configuration diagram schematically showing a terahertz pulse light measurement device using this chirping measurement method, and is similar to the diagram published in the above-mentioned paper.
[0008]
In the measuring device shown in FIG. 10, the pulse light L51 from the laser device 51 is split by the beam splitter 52 into two pulse lights L52 and L53, and one of the pulse lights L52 is used as pump pulse light. The pump pulse light L52 is applied to a photoconductive antenna 56 such as a dipole antenna via mirrors 53 to 55. As a result, the terahertz pulse light L54 is radiated from the photoconductive antenna 56, and the terahertz pulse light L54 passes through the beam splitter 58 through the lens 57 and is condensed on one point of an electro-optic crystal 59 such as ZnTe. Although the mirrors 54 and 55 are movable mirrors movable in the direction of arrow C in FIG. 10, this is not for realizing the pump-probe method, and the terahertz pulse light and the probe pulse light are not used. In order to be able to adjust for proper synchronization.
[0009]
The other pulse light L53 split by the beam splitter 52 becomes probe pulse light for detecting the terahertz pulse light L54. The probe pulse light L53 is transmitted through the half mirror 60 and then chirped by a pulse expander 61 serving as a chirping unit for chirping the light. The pulse expander 61 includes a pair of diffraction gratings 62 and 63 and a plane reflecting mirror 64 as shown in FIG. The probe pulse light transmitted through the half mirror 60 is dispersed by the diffraction grating 62 and then reflected by the diffraction grating 63, so that light of each wavelength becomes parallel rays, and these parallel rays are reflected by the plane reflecting mirror 64. After that, the light becomes chirped light through the reverse path, returns to the half mirror 60, and is reflected by the half mirror 60. As can be seen from FIG. 10, the optical path of the light reflected by the plane reflecting mirror 64 through the upper optical path P1 in FIG. 10 is shorter than the optical path of the light passing through the lower optical path P2 in FIG. . The wavelength of light passing through the upper optical path P1 is shorter than the wavelength of light passing through the lower optical path P2. Therefore, the probe pulse light passes through the diffraction gratings 62 and 63, is reflected by the plane reflecting mirror 64, and after passing through the diffraction gratings 63 and 62 again, the earlier side is a component with a shorter wavelength and the later side is a shorter side. It becomes a broadened pulse (chirped pulse) that becomes a component having a long wavelength. Note that chirped pulse light means a state in which a shorter wavelength component included in the pulse light is delayed (or advanced) in time as compared with a longer wavelength component.
[0010]
Here, the waveform of the probe pulse light L53 before chirping by the pulse expander 61 is schematically shown in FIG. 11A, and the waveform of the probe pulse light after chirping is schematically shown in FIG. 11B. . In this example, the pulse width that was 200 fs before chirping has expanded to 30 ps after chirping.
[0011]
The probe pulse light chirped by the pulse expander 61 is reflected by the half mirror 60, becomes a linearly polarized light after passing through the polarizer 65, and is further reflected by the beam splitter 58 to form a thin linear light. The one point of the electro-optic crystal 59 is irradiated with the light flux. Since the probe pulse light overlaps with the terahertz light and passes through the electro-optic crystal 59, the polarization state of light having a shorter wavelength component in the probe pulse light changes due to the temporally faster component of the terahertz light, The polarization state of light having a long wavelength component is changed by being affected by a temporally slow component of the terahertz light.
[0012]
Then, a specific polarization component of the probe pulse light, the polarization state of which has been changed by the terahertz pulse light after passing through the electro-optic crystal 59, is extracted by the analyzer 66. The probe pulse light of the extracted polarization component is split by the diffraction grating 67 and further passes through the lens 68. Each wavelength component of the probe pulse light spatially separated by this spectroscopy is converted into an electric signal by each photoelectric conversion element (light detection element) of the photoelectric conversion element array (one-dimensional sensor) 69. The diffraction grating 67, the lens 68, and the photoelectric conversion element array 69 constitute a spectroscope 70.
[0013]
In the measuring apparatus shown in FIG. 10, the probe pulse light that is chirped and synchronized with the terahertz pulse light is guided to the electro-optic crystal 59, so that each wavelength component of the probe pulse light is measured at each time in a single pulse of the terahertz pulse light. The polarization state is changed by the electric field intensity at the time, and the intensity of each wavelength component of the probe pulse light after extracting the specific polarized light component indicates the electric field intensity at each time point in a single pulse of the terahertz pulse light. Then, each wavelength component of the probe pulse light after the extraction of the specific polarization component is spatially separated by spectroscopy according to the wavelength, and the intensity is detected as an electric signal by the photoelectric conversion element arranged at that position. You. Therefore, an output signal corresponding to the intensity of each wavelength component of the probe pulse light after the extraction of the specific polarization component is obtained from the photoelectric conversion element at each position. That is, the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light is converted into a spatial position-series waveform (output signal of the photoelectric conversion element with respect to the position of the photoelectric conversion element). However, from the signal of the photoelectric conversion element array 69 obtained when the terahertz pulse light is incident, the signal of the photoelectric conversion element array 69 obtained only by the probe pulse light when the terahertz pulse light is not incident is respectively obtained. The subtracted one corresponds to a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light.
[0014]
Therefore, according to the measuring device shown in FIG. 10, it is possible to perform real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light (measurement of the time-series waveform of a single pulse of the terahertz pulse light).
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional measuring apparatus is based on the pump-probe method, real-time measurement (single pulse of the terahertz pulse light) of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light for each part of the one-dimensional region of the sample is performed. Measurement of time-series waveforms).
[0016]
Further, in the measuring apparatus shown in FIG. 10, the terahertz pulse light is focused on one point of the electro-optic crystal 59 and the probe pulse light is irradiated on the one point of the electro-optic crystal 59. Real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity of light cannot be performed. In order to measure the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light for each part of the one-dimensional region of the sample, the sample must be moved one-dimensionally and scanned. When the sample is scanned in this manner, the time when the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light at a part of the sample is obtained and the time when the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light at another part is obtained are obtained. Will be different from each other. Therefore, after all, real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light (measurement of the time-series waveform of a single pulse of the terahertz pulse light) cannot be performed for each part of the one-dimensional region of the sample.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can perform real-time measurement of a time-series waveform of an electric field intensity or a magnetic field intensity of a terahertz pulse light over the entire region of a one-dimensional region of a target object. It is an object of the present invention to provide a terahertz pulse light measurement device that can be used.
[0018]
Further, the present invention provides a terahertz pulse light capable of measuring a time-series waveform of the electric field intensity or the magnetic field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the two-dimensional region of one or more target objects in a short time. It is an object to provide a measuring device.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a terahertz pulse light measuring device according to a first aspect of the present invention includes a terahertz pulse light irradiation unit that irradiates a one-dimensional region of a target object with terahertz pulse light, and the one-dimensional region of the target object. An electro-optic crystal or a magneto-optic crystal that collectively receives the terahertz pulse light transmitted or reflected by the one-dimensional region corresponding to the one-dimensional region of the target object, and a probe pulse chirped and synchronized with the terahertz pulse light A probe pulse light irradiating unit that irradiates light to the one-dimensional region of the electro-optical crystal or the magneto-optical crystal, and a polarization state is changed by the terahertz pulse light after passing through the electro-optical crystal or the magneto-optical crystal. An analyzer for extracting a specific polarization component of the probe pulse light, and before and after the extraction of the specific polarization component by the analyzer. A spectrometer that obtains the intensity of each wavelength component by dispersing the probe pulse light for each of the one-dimensional regions of the electro-optic crystal or the magneto-optic crystal. It is.
[0020]
The terahertz pulse light measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is the first aspect, wherein the one-dimensional area of the target object to which the terahertz pulse light irradiation unit collectively irradiates the terahertz pulse light with the target object. A scanning unit for continuously scanning in a direction intersecting the one-dimensional area of the target object with respect to.
[0021]
In the terahertz pulse light measuring device according to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the scanning unit is a moving mechanism for moving the target object.
[0022]
In the terahertz pulse light measuring device according to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the terahertz pulse light irradiating unit may be configured to collect light only in one axial direction orthogonal to an optical axis. Or, it includes one or more optical elements having a diffusion characteristic.
[0023]
In the terahertz pulse light measuring device according to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the terahertz pulse light irradiation unit includes a terahertz light generation element, and the terahertz light generation element A conductive portion, and two conductive portions formed on a predetermined surface of the photoconductive portion and separated from each other, and at least some of the two conductive portions are arranged in a direction along the predetermined surface. The two conductive portions are arranged so as to have an interval of 3 mm or less, and a length of the portion of the two conductive portions opposed to each other at an interval is 1 cm or more.
[0024]
In the terahertz pulse light measuring device according to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the probe pulse light irradiating unit may be configured to collect light only in one axial direction orthogonal to the optical axis. Or, it includes one or more optical elements having a diffusion characteristic.
[0025]
In the terahertz pulse light measuring apparatus according to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the spectroscopic measurement unit may include two or more incident light beams respectively incident from a plurality of mutually different incident positions. One or more spectroscopes having one spectroscopic optical system for simultaneously dispersing light in a spatially separated state, and a two-dimensional sensor for detecting the intensity of each wavelength of each incident light separated by the spectroscopic optical system Is included.
[0026]
In a terahertz pulse light measuring apparatus according to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the spectroscopic measuring section may be configured to convert the probe pulse light after the extraction of the specific polarization component by the analyzing section into the electro-optical signal. An optical fiber bundle for guiding the one or more spectroscopes to the plurality of incident positions is provided for each of the crystals or the magneto-optical crystal corresponding to each of the one-dimensional regions.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a terahertz pulse light measurement device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
[First Embodiment]
[0029]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a terahertz pulse light measurement device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing a parabolic cylindrical mirror 82 used in the measuring device shown in FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the beam shaping optical system 89 used in the measuring device shown in FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing the arrangement of the incident end of the optical fiber 94 used in the measuring device shown in FIG. 1, and corresponds to a view taken along the line DD ′ in FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 95 used in the measurement device shown in FIG. FIG. 6 is a view taken along the line EE ′ in FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing the state of the light receiving surface of the two-dimensional CCD 106 used in the spectroscope 95 shown in FIG. 5, and corresponds to a view taken along the line FF 'in FIG. For convenience of description, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined as shown in FIGS.
[0030]
In the terahertz pulse light measurement device according to the present embodiment, a femtosecond pulse light L71 emitted from a femtosecond pulse light source 71 composed of a laser device or the like passes through a plane reflecting mirror 72, and is then split into two pulse lights L72 by a beam splitter 73. , L73. The repetition period of the femtosecond pulse light L71 emitted from the femtosecond pulse light source 71 is, for example, about 1 kHz.
[0031]
One of the pulse lights L72 split by the beam splitter 73 becomes pump pulse light (excitation pulse light) for exciting the large-diameter photoconductive antenna 79 as a terahertz light generator to generate terahertz pulse light. The pump pulse light L72 is expanded by a beam expander 74 composed of two spherical lenses while keeping its circular cross section circular, and then two or three plane reflecting mirrors are combined. Through a movable mirror 77 and a plane reflecting mirror 78 to a large-diameter photoconductive antenna 79. A bias voltage is applied between the electrodes of the large-diameter photoconductive antenna 79 from a bias power supply 80. As a result, the terahertz pulse light L74 is emitted from the large-diameter photoconductive antenna 79. Note that the movable mirror 77 can be moved in the direction of arrow G by the moving mechanism 81, but this is not for realizing the pump-probe method, and the terahertz pulse light and the probe pulse light are appropriately synchronized. It is intended to be able to adjust to make it.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 2, the terahertz pulse light L74 generated from the large-diameter photoconductive antenna 79 forms a parabolic cylindrical mirror (parabolic cylindrical surface (quasi- A mirror having a reflecting surface of a columnar surface whose parabola is a parabola) is converged on a line parallel to the Z-axis, and is converged in the Z-axis direction of the sample 100 as a measurement target object disposed so as to include this line. The extended one-dimensional area is irradiated collectively. The parabolic cylindrical mirror 82 is one of optical elements having a light condensing characteristic only in one axial direction orthogonal to the optical axis. The sample 100 can be moved in the X-axis direction by the moving mechanism 83 as shown by the arrow H in FIG. In the present embodiment, the moving mechanism 83 continuously moves the one-dimensional region of the sample 100 to which the terahertz pulsed light is collectively irradiated in a direction intersecting the one-dimensional region of the sample 100 relatively to the sample 100. A scanning unit for scanning is configured. However, such a scanning unit is not limited to the moving mechanism that moves the sample 100.
[0033]
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the above-described elements 71 to 79 and 82 constitute a terahertz pulse light irradiation unit that collectively irradiates the one-dimensional region of the sample 100 with the terahertz pulse light L74.
[0034]
Needless to say, instead of the large-diameter photoconductive antenna 79, another terahertz light generator such as a photoconductive antenna using a dipole antenna or the like or an electro-optic crystal may be used. However, when the terahertz light generator is a point light source, an optical system for converting the terahertz pulse light into parallel light is provided in front of the parabolic cylindrical mirror 82.
[0035]
The terahertz pulsed light L75 transmitted through the one-dimensional region of the sample 100 is reflected on a reflection surface of an elliptic cylindrical mirror (an elliptic cylindrical surface (a cylindrical surface whose quasi-line is elliptical)) constituting an optical system that focuses light only in one axial direction. After passing through a beam splitter 85 through a (mirror having) 84, the light enters an electro-optic crystal 86 such as ZnTe as an imaging plate. The terahertz pulse light L75 is condensed by the elliptical cylindrical mirror 84 on a one-dimensional area of the electro-optic crystal 86 extending in the Z-axis direction. As described above, in the present embodiment, the electro-optic crystal 86 collectively receives the terahertz pulse light L75 transmitted through the one-dimensional region of the sample 100 in the one-dimensional region corresponding to the one-dimensional region of the sample 100. However, in the present invention, the electro-optic crystal 86 is configured to collectively receive the terahertz pulse light reflected on the one-dimensional region of the sample 100 in the one-dimensional region corresponding to the one-dimensional region of the sample 100. Is also good.
[0036]
The other pulse light L73 split by the beam splitter 73 becomes a probe pulse light for detecting the terahertz pulse light L75. The probe pulse light L73 passes through a position slightly shifted in the Z direction from the plane mirror 87, and is chirped by a pulse expander 88 serving as a chirping unit for chirping the same. Since the pulse expander 88 has the same configuration as the pulse expander 61 in FIG. 10, the components of the pulse expander 88 are also given the same reference numerals as those of the pulse expander 61, and the description thereof will be omitted. Is omitted.
[0037]
The probe pulse light chirped by the pulse expander 88 is reflected by a plane mirror 87 and then shaped by a beam shaping optical system 89 into a parallel light beam having a one-dimensional cross section extending in the Z-axis direction. It is adjusted on the optical crystal 86 so as to overlap with the terahertz pulse light L75. In the present embodiment, the beam shaping optical system 89 includes a cylindrical lens 90 having a diffusion characteristic only in the Z-axis direction, and a cylindrical lens 91 having a light condensing characteristic only in the Z-axis direction. Each of the cylindrical lenses 90 and 91 is one of optical elements having a light collecting characteristic or a diffusion characteristic only in one axial direction orthogonal to the optical axis.
[0038]
The probe pulse light shaped by the beam shaping optical system 89 becomes a linearly polarized light after passing through the polarizer 92 as shown in FIG. 1, and further, after being reflected by the beam splitter 85, has a cross section in the Z-axis direction. The one-dimensional parallel light flux enters the one-dimensional region of the electro-optic crystal 86 as it is. As described above, in the present embodiment, the above-described elements 71 to 73, 87 to 89, 92, and 85 are used for chirping the probe pulse light synchronized with the terahertz pulse light L75 to the one-dimensional electro-optic crystal 86. A probe pulse light irradiating unit for irradiating the region at a time is configured.
[0039]
The probe pulse light that is linearly polarized light that has entered the electro-optic crystal 86 passes through the one-dimensional area of the electro-optic crystal 86. The polarization state of each wavelength component of the transmitted light changes to elliptically polarized light according to the birefringence change of the electro-optic crystal 86 caused by the terahertz pulse light L75 (that is, the electric field intensity change of the terahertz pulse light L75). At this time, the information on the electric field intensity at each point in the single pulse of the terahertz pulse light L75 is represented by the polarization state of each wavelength component of the probe pulse light as a difference from the linearly polarized light. That is, each wavelength component of the probe pulse light passes through the electro-optic crystal 86, and its polarization state changes by the terahertz pulse light L75.
[0040]
The probe pulse light transmitted through the electro-optic crystal 86 is incident on the spectroscopic measurement unit after only the specific polarization component is extracted by the analyzer 93. The spectroscopic measurement unit separates the probe pulse light after the extraction of the specific polarization component by the analyzer 93 for each of the portions of the electro-optic crystal 86 corresponding to each part of the one-dimensional region, and separates each of the wavelength components. To obtain the strength. In the present embodiment, the spectrometer includes a plurality of spectrometers 95, and an optical fiber bundle including a large number of optical fibers 94 for guiding probe pulse light corresponding to each part to the spectrometers 95. Have been.
[0041]
As shown in FIG. 4, the incident end of each optical fiber 94 is arranged so as to be distributed in a one-dimensional area corresponding to the one-dimensional area of the electro-optic crystal 86. As shown in FIG. 5, each spectroscope 95 includes an entrance slit plate 101 having an entrance slit 101a, a plane reflecting mirror 102, a collimating mirror 103, a diffraction grating 104, a focus mirror 105, and a two-dimensional sensor. And a two-dimensional CCD 106. Outgoing ends of a plurality of optical fibers 94 out of all the optical fibers 94 are arranged in a row near the entrance slit 101a of each spectrometer 95 so as to face the entrance slit 101a. In the examples shown in FIGS. 5 and 6, the emission ends of five optical fibers 94a to 94e of all the optical fibers 94 are arranged in a line.
[0042]
After being incident on each of the optical fibers 94a to 94e, each incident light is reflected by the plane reflecting mirror 102, then converged by the collimating mirror 103 and is incident on the diffraction grating 104. The light is scattered in the direction and irradiates the light receiving surface of the two-dimensional CCD 106 via the focus mirror 105. In FIG. 7, a band-shaped region 106a on the light receiving surface of the CCD 106 indicates a region where light of each wavelength after the light incident from the optical fiber 94a is split can be incident. In the belt-shaped region 106a, light having a longer wavelength after the light is incident on the left side in FIG. 7, and light having a shorter wavelength after the light is incident on the right side in FIG. Similarly, the band-shaped regions 106b to 106e indicate regions into which light of each wavelength after the light incident from the optical fibers 94b to 94e can be incident, respectively. Toroidal mirrors are used as the collimating mirror 103 and the focus mirror 105, respectively. As shown in FIG. 7, each incident light incident from each of the optical fibers 94a to 94e does not overlap in the vertical direction in FIG. Are simultaneously separated in a spatially separated state.
[0043]
As can be seen from the above description, the elements 101 to 105 constitute one spectral optical system that simultaneously separates two or more incident lights respectively incident from a plurality of mutually different incident positions in a spatially separated state. ing. Further, the two-dimensional CCD 106 constitutes a two-dimensional sensor that detects the intensity of each wavelength of each of the incident lights separated by the spectral optical system. The configuration of the spectroscope 95 described above is the same as the configuration of a spectroscope called “SpectraPro-150” (product name) manufactured by Acton Research Co., USA, and is well known.
[0044]
In addition, if one spectroscope 95 is configured to be capable of simultaneously splitting each incident light from all the optical fibers 94 in a spatially separated state, only one spectroscope 95 may be used. In this case, the incident slit 101a may be located in a one-dimensional area corresponding to the one-dimensional area of the electro-optic crystal 86 without using the optical fiber 94.
[0045]
A signal obtained from the two-dimensional CCD 106 of any one of the spectroscopes 95 in response to the incident light from each optical fiber 94 has passed through a portion of the sample 100 corresponding to the optical fiber 94 in the one-dimensional region. It corresponds to the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light. For example, each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped region 106a in FIG. 7 is, as a whole, the electric field intensity of the terahertz pulse light transmitted through the portion in the one-dimensional region of the sample 100 corresponding to the optical fiber 94a. Corresponding to the time-series waveform. However, from each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped region 106a obtained when the terahertz pulse light L75 is incident on the electro-optic crystal 86, the terahertz pulse light L75 is not incident on the electro-optic crystal 86. When the pixel signals of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped region 106a obtained only by the probe pulse light are subtracted, the portion in the one-dimensional region of the sample 100 corresponding to the optical fiber 94a as a whole is obtained. Corresponds to a time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulsed light transmitted through.
[0046]
Therefore, in the present embodiment, the signal processing circuit and the internal memory (not shown) of the processing unit 96 composed of a personal computer or the like are provided with the light path of the pump pulse light L72 blocked so as not to generate the terahertz pulse light. Each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped area 106a corresponding to the optical fiber 94a is previously captured as a reference signal. Similarly, each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to each band-shaped area of the spectroscope 95 corresponding to each of the other optical fibers 94 is previously taken into the internal memory as a reference signal. Then, in a normal state in which the optical path of the pump pulse light L72 is not blocked, the processing unit 96 captures each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped area 106a corresponding to the optical fiber 94a, and By subtracting the signal, time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light transmitted through the one-dimensional region of the sample 100 corresponding to the optical fiber 94a is obtained. Similarly, in a normal state in which the optical path of the pump pulse light L72 is not blocked, the processing unit 96 captures each pixel signal of the two-dimensional CCD 106 corresponding to the band-shaped area of the spectroscope 95 corresponding to each of the other optical fibers 94, and The time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light transmitted through each part in the one-dimensional area of the sample 100 corresponding to each of the other optical fibers 94 by subtracting the corresponding reference signal from each pixel signal of Respectively.
[0047]
In this way, the processing unit 96 can obtain time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the one-dimensional region of the sample 100 for a single pulse of the terahertz pulse light. The processing unit 96 displays the time-series waveforms corresponding to each part of the one-dimensional area of the sample 100 on a display unit 97 such as a CRT as it is, or Fourier-converts the time-series waveforms corresponding to each part as needed. By converting, spectral information (intensity for each frequency component) is obtained for each part, and these are displayed on the display unit 97.
[0048]
The processing unit 96 performs the above-described operation for each pulse of the terahertz pulse light while moving the sample 100 in the direction indicated by the arrow H by the moving mechanism 83, so that each part of the two-dimensional region of the sample 100 , The time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light can be obtained. At this time, time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the one-dimensional region of the sample 100 can be obtained for a single pulse of the terahertz pulse light, so the sample 100 is stopped halfway. What is necessary is just to move continuously without having. Further, the processing unit 96 displays the time-series waveforms corresponding to the respective parts of the two-dimensional region of the sample 100 on the display unit 97 such as a CRT as they are, or, if necessary, the time-series waveforms corresponding to the respective parts. Can be Fourier-transformed to obtain spectral information (intensity for each frequency component) for each site, and display them on the display unit 97.
[0049]
However, if it is sufficient to obtain time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the one-dimensional region of the sample 100, the sample 100 does not need to be moved, and the moving mechanism 83 is not necessary. May be removed.
[0050]
According to the present embodiment, as described above, a real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the one-dimensional region of the sample 100 (when a single pulse of the terahertz pulse light is used) Measurement of a series waveform).
[0051]
Further, according to the present embodiment, it is possible to obtain time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the two-dimensional region of the sample 100 only by moving the sample 100 continuously in one direction. Therefore, the measurement time can be greatly reduced. When obtaining time-series waveform data of the electric field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the two-dimensional region of the plurality of samples 100, a plurality of moving mechanisms 83 are arranged in the direction of arrow H like a belt conveyor, for example. If the sample 100 is continuously moved in the direction of the arrow H, there is no loss in the exchange time of the sample 100, and the electric field of the terahertz pulse light over the whole of each part of the two-dimensional area of the plurality of samples 100 is reduced. The measurement of the intensity time-series waveform can be performed in a short time. Therefore, for example, when the sample 100 is a semiconductor wafer or the like and the inspection of the semiconductor wafer or the like is performed based on the time-series waveform of the electric field intensity of each part, the inspection of a large number of semiconductor wafers or the like can be performed in a short time. Is extremely useful.
[0052]
In the optical arrangement shown in FIG. 1, when the plurality of samples 100 are arranged in the direction of arrow H, the optical path between the plane mirror 87 and the beam splitter 85 becomes an obstacle. Therefore, actually, for example, a mirror or the like that bends the optical path may be used as appropriate, and the optical path may be arranged at a position that does not hinder the optical path.
[0053]
[Second embodiment]
[0054]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram schematically showing a terahertz pulse light measurement device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic perspective view showing the terahertz light generating element 179 used in the measuring device shown in FIG.
[0055]
The measurement apparatus according to the present embodiment is different from the measurement apparatus according to the first embodiment in that a terahertz light generating element 179 is used instead of the large-diameter photoconductive antenna 79 and that the beam expander 74 is different. The only difference is that the beam shaping optical system 189 is used instead, and the elliptical cylindrical mirror 182 is used instead of the parabolic cylindrical mirror 82.
[0056]
As shown in FIG. 9, the terahertz light generating element 179 is formed on a substrate 121 made of semi-insulating GaAs or the like as a photoconductive portion and one surface of the substrate 121 as in the case of the large-diameter photoconductive antenna. There are provided conductive films 122 and 123 made of gold or the like as two conductive portions (electrodes) separated from each other. The conductive films 122 and 123 are arranged at predetermined intervals d in a direction along the front surface of the substrate 121 in FIG. Note that a bias voltage is applied between the conductive films 122 and 123 from the bias power supply 80. In the present embodiment, the whole of the conductive films 122 and 123 is spaced from each other by a distance d.
[0057]
In the large-diameter photoconductive antenna, the distance d is, for example, about several mm to several cm, the length L of the conductive films 122, 123 is not so different from the distance d, and the irradiation area R of the pump pulse light is This is a circular region having a diameter of d substantially. In contrast, in the terahertz light generating element 179, the distance d is 3 mm or less, the length L of the conductive films 122 and 123 is 1 cm or more, and the irradiation region R of the pump pulse light is formed between the conductive films 122 and 123. It is almost the entire area. Typically, the distance d is about 1 mm or less, and the length L of the conductive films 122 and 123 is about 2 cm. In the terahertz light generation element 179, by setting the interval d, the length L, and the irradiation region R in this manner, the conductive films 122 and 123 are brought close to each other and can be treated as a point light source in the Y direction.
[0058]
In the large-diameter optical switch element, the electric field rapidly changes in the vicinity of the conductive films 122 and 123 with respect to the distance from the conductive films 122 and 123, so that the center between the conductive films 122 and 123 can be regarded as constant. (The center in the Y direction). However, when one-dimensional measurement is performed, the same treatment as a point light source can be performed in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, and the spatial dependence of the electric field does not need to be uniform. Further, since the electric field changes rapidly near the conductive films 122 and 123, terahertz light is radiated more strongly than near the center. For the above reasons, in the terahertz light generating element 179, strong terahertz light is weakened by bringing the conductive films 122 and 123 close to each other and handling them as a point light source in a direction (Y direction) perpendicular to the conductive films 122 and 123. It can be obtained with a bias voltage.
[0059]
In this embodiment, the substrate 121 itself is used as a photoconductive portion as described above. For example, a photoconductive film is formed as a photoconductive portion on the substrate 121, and a conductive film is formed on the photoconductive film. The films 122 and 123 may be formed. In this case, for example, semi-insulating GaAs can be used as the material of the substrate 121, and low-temperature grown GaAs can be used as the photoconductive film.
[0060]
In the terahertz light generation element 179, it is preferable that the irradiation region R of the pump pulse light be a one-dimensional region extending in the Z direction according to the region between the conductive films 122 and 123, as shown in FIG. . Therefore, in the present embodiment, in order to realize such an irradiation area R, instead of the beam expander 74, a cylindrical lens 175 corresponding to the cylindrical lens 90 in FIG. 3 and a cylindrical lens 91 in FIG. And a beam shaping optical system 174 composed of a cylindrical lens 176 corresponding to.
[0061]
Since the terahertz light generating element 179 can be treated as a point light source in the Y direction, an elliptic cylindrical mirror 182 is used to collect the terahertz pulse light generated by the terahertz light generating element 179. ing.
[0062]
According to the present embodiment, in addition to obtaining the same advantages as in the first embodiment, as described above, by using the terahertz light generating element 179, it is possible to obtain strong terahertz light with a weak bias voltage. Is obtained.
[0063]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0064]
For example, in each of the above-described embodiments, a magneto-optical crystal may be used instead of the electro-optical crystal 86. In this case, a time-series waveform of the magnetic field intensity of the terahertz pulse light is obtained instead of the time-series waveform of the electric field intensity of the terahertz pulse light.
[0065]
Further, in each of the above-described embodiments, the same number of spectroscopes as the spectroscope 70 in FIG. However, in this case, the number of spectroscopes is increased, the size of the apparatus is increased, and the cost is increased, as compared with the above-described embodiment. It is preferable to use a spectroscope 95 that can simultaneously separate incident light while spatially separating the light.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to perform a real-time measurement of the time-series waveform of the electric field intensity or the magnetic field intensity of the terahertz pulse light over the entire region of the one-dimensional region of the target object.
[0067]
Further, according to the present invention, it is possible to measure a time-series waveform of the electric field intensity or the magnetic field intensity of the terahertz pulse light over the whole of the two-dimensional region of one or more target objects in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a terahertz pulse light measurement device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a parabolic cylindrical mirror used in the measuring device shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a beam shaping optical system used in the measuring device shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view showing an arrangement of an incident end of an optical fiber used in the measuring device shown in FIG.
5 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope used in the measurement device shown in FIG.
FIG. 6 is a view as seen in the direction of the arrows EE ′ in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram schematically showing a state of a light receiving surface of a two-dimensional CCD used in the spectroscope shown in FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a terahertz pulse light measurement device according to a second embodiment of the present invention.
9 is a schematic perspective view showing a terahertz light generating element used in the measuring device shown in FIG.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram schematically showing still another example of the conventional terahertz pulse light measurement device.
11 is a diagram showing waveforms of probe pulse light before and after chirping by a pulse expander in the terahertz pulse light measuring device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
71 femtosecond pulse light source
74 beam expander
79 Large Diameter Photoconductive Antenna
82 Parabolic mirror
84 elliptical cylindrical mirror
86 electro-optic crystal
88 pulse expander (chirping unit)
89 Beam shaping optical system
90,91 cylindrical lens
92 polarizer
93 analyzer
94 Optical fiber
95 spectrometer
100 samples (objects)

Claims

A terahertz pulse light irradiation unit that irradiates the one-dimensional region of the target object with the terahertz pulse light,
An electro-optic crystal or a magneto-optic crystal that collectively receives the terahertz pulse light transmitted or reflected by the one-dimensional region of the target object in a one-dimensional region corresponding to the one-dimensional region of the target object,
A probe pulse light irradiation unit that irradiates a probe pulse light that is chirped and synchronized with the terahertz pulse light to the one-dimensional region of the electro-optic crystal or the magneto-optic crystal,
An analyzer that extracts a specific polarization component of the probe pulse light whose polarization state has been changed by the terahertz pulse light passing through the electro-optic crystal or the magneto-optic crystal,
The probe pulse light after the extraction of the specific polarization component by the analyzer is separated into each of the portions of the electro-optic crystal or the magneto-optic crystal corresponding to each portion of the one-dimensional region, and each wavelength component is separated. A spectrometer for obtaining the intensity of each
A terahertz pulse light measurement device comprising:

The one-dimensional region of the target object to which the terahertz pulse light is collectively irradiated by the terahertz pulse light irradiating unit is continuously arranged in a direction intersecting the one-dimensional region of the target object relative to the target object. The terahertz pulse light measurement device according to claim 1, further comprising a scanning unit for scanning.

The terahertz pulse light measurement device according to claim 2, wherein the scanning unit is a moving mechanism that moves the target object.

The said terahertz pulse light irradiation part contains one or more optical elements which have a condensing characteristic or a diffusing characteristic only with respect to one axial direction orthogonal to an optical axis, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The terahertz pulse light measurement device according to the above.

The terahertz pulse light irradiation unit includes a terahertz light generation element,
The terahertz light generation element has a photoconductive portion, and two conductive portions formed on a predetermined surface of the photoconductive portion and separated from each other,
At least some of the two conductive portions are arranged so as to be spaced apart by 3 mm or less in a direction along the predetermined surface,
The terahertz pulse light measurement device according to any one of claims 1 to 4, wherein a length of the portion of the two conductive portions that faces each other at an interval is 1 cm or more.

6. The probe pulse light irradiation unit according to claim 1, wherein the probe pulse light irradiation unit includes one or more optical elements having a light collecting property or a diffusion property only in one axial direction orthogonal to an optical axis. The terahertz pulse light measurement device according to the above.

The spectroscopic measurement unit includes one spectroscopic optical system that simultaneously separates two or more incident lights that are respectively incident from a plurality of mutually different incident positions in a spatially separated state, and each of the spectroscopic optical systems. The terahertz pulse light measurement device according to any one of claims 1 to 6, further comprising at least one spectroscope having a two-dimensional sensor that detects the intensity of each wavelength of the incident light.

The spectroscopic measurement unit, the probe pulse light after the extraction of the specific polarization component by the analysis unit, for each of the electro-optical crystal or the magneto-optical crystal corresponding to the respective part of the one-dimensional region, The terahertz pulsed light measurement device according to claim 7, further comprising an optical fiber bundle for guiding the plurality of incident positions of the one or more spectroscopes.