JP3670071B2 - 電界測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界に応じて光学的性質が変化する電気光学材料を用いて電界強度を測定する電界測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電界強度を測定する装置として、電気光学材料を用いた電界測定装置が知られている(例えば、特開平1−286431号公報、IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.QE-22, No.1 (1986) pp.69-78)。図5は、従来の電界測定装置の構成図である。
【0003】
この装置は以下のように作用する。先ず、CPM(colliding pulse mode-locked)リング色素レーザ40から出力された短パルスのレーザ光は、ハーフミラーで透過光束と反射光束とに分岐される。ハーフミラーで反射したレーザ光(ポンプ光)は、測定対象物10に照射される。測定対象物10は、例えば、ホトコンダクティブ光スイッチであり、ポンプ光が照射されると光電変換によって電気パルスを発生させる。その電気パルスは伝送線を伝搬し、その伝送線の近傍に配置されている電界センサ20に電界が印加される。一方、ハーフミラーを透過したレーザ光(プローブ光)は、光ファイバ42を伝搬し、偏光子46によって直線偏光とされ、ハーフミラー50で反射され、レンズ62で集光されて、電界センサ20に入射される。電界センサ20内を往復する間のプローブ光30は、電界センサ20に印加されている電界に応じて偏光状態が変化する。電界センサ20から出力されたプローブ光は、位相補償板54を通過した後、検光子48によって偏光方向が互いに直交する2つの光束に分岐されて、それぞれの強度が光検出器56および58によって検出されてロックインアンプ60で計測される。
【0004】
このような電界測定装置は、例えば、図6に示したホトコンダクティブ光スイッチの応答速度を測定するために用いられる。バイアス電圧が印加されているホトコンダクティブ光スイッチ10にポンプ光2が入射すると光電変換作用によって電気パルス4が発生し、その電気パルス4は、支持針22によって電界センサ20が近接配置されている地点へ向けて伝送線12上を伝搬し、そして、電界センサ20に電界が印加される。電界測定装置は、電界センサ20を往復する間のプローブ光30の偏光状態の変化として、その電界を検出する。
【0005】
また、電界測定装置は高速トランジスタの評価にも用いられている(IEEE J. of Quantum Electronics, Vol.28, No.10 (1992) pp.2313-2324 )。測定対象物がウェーハ状態である場合には、その測定対象物を半導体プローバにセットして電気針を介してバイアス電気信号を印加して、その測定対象物の評価を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
電界測定装置における測定の時間分解能は、レーザ光源から出力されるパルス光のパルス幅で決まる。したがって、パルス幅が100fs以下のパルス光を発生することができるCPMリング色素レーザやチタンサファイヤレーザを用いることが望ましい。
【0007】
このようなレーザ光源から出力されたレーザ光(プローブ光およびポンプ光)は、測定対象物または電界センサまで一定の光路長を有する光路を経て到達させる必要がある。しかし、上述の短パルスレーザ光源は大型であり、電界測定装置と一体化するのは困難であるので、従来は、図5に示すように、レーザ光源から電界測定装置まで、光ファイバを用いてレーザ光を導光していた。
【0008】
しかし、パルス幅100fs以下のパルス光を光ファイバに導光させると、光ファイバの波長分散によって、そのパルス光のパルス幅が広がり、それによって電界測定装置の時間分解能が劣化するという問題点があった。
【0009】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レーザ光源から出力された短パルス幅のパルス光を、パルス幅を広げることなく、測定対象物や電界センサまで一定光路長で導光させることのできる電界測定装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電界測定装置は、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し曲折点に反射鏡を備える第1の数の管状導光部と、第1の数の管状導光部それぞれを各接続点において導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する第1の数より1少ない関節部と、を備え、第1の光束を入射端に入射して縦続接続された第1の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、プローブ光として第1の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備えることを特徴とする。
更に、入射端への第1の光束の入射方向が固定されており、出射端からのプローブ光の出射方向が固定されていることを特徴とする。或いは、入射端への第1の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し平行であることを特徴とする。また、或いは、入射端への第1の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し垂直であることを特徴とする。
【0011】
この装置は以下のように作用する。プローブ光導光手段の入射端に入射した第1の光束は、縦続接続された第1の数の管状導光部それぞれの内部を、それぞれの曲折点に設けられた反射鏡で反射されながら、波長分散のない媒体からなる導光路上を導光されて、出射端から出射される。縦続接続された第1の数の管状導光部の接続点それぞれに設けられた回転部それぞれの回転位置を適切に決めることにより、出射端を所望の位置とすることができる。したがって、第1の光束がパルス状である場合にそのパルス幅を維持したまま一定光路長の導光路を経てプローブ光として出射されるので、時間分解能の高い電界測定を行うことができる。
更に、入射端への第1の光束の入射方向が固定されており、出射端からのプローブ光の出射方向が固定されている。或いは、入射端への第1の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し平行である。また、或いは、入射端への第1の光束の入射方向は、出射端からのプローブ光の出射方向に対し垂直である。このようにすることにより、入射端に入射された直線偏光の光束は、その直線偏光の状態を維持したまま出射端から出力される。したがって、プローブ光の偏光状態の変化として電界強度を測定する電界測定装置にあっては、電界センサに入射するプローブ光の偏光状態を偏光子等を用いて調整する必要があるが、入射端に入射するプローブ光の直線偏光方向に応じて、その偏光子の光学軸の方向を定めておくことにより、プローブ光を効率良く利用することができる。
【0012】
また、本発明に係る電界測定装置は、(1) 入射光束を入力して2つの光束に分岐して第1の光束および第2の光束を生成する光束分岐手段と、(2) それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し曲折点に反射鏡を備える第2の数の管状導光部と、第2の数の管状導光部それぞれを各接続点において導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する第2の数より1少ない関節部と、を備え、第2の光束を入射端に入射して縦続接続された第2の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、測定対象物の所定位置に照射することによって電界を発生させるポンプ光として第2の光束を出射端から出射するポンプ光導光手段と、を更に備えるのが好適である。この場合、プローブ光がプローブ光導光手段によって導光されるのと同様にして、ポンプ光もポンプ光用導光手段によって導光されて、測定対象物の所定位置に照射される。
【0013】
また、プローブ光導光手段は、第1の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて第1の光束を直角方向に偏向させるのが好適である。また、ポンプ光導光手段は、第2の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて第2の光束を直角方向に偏向させるのが好適である。
【0014】
また、ポンプ光導光手段は、出射端に設けられ、第2の光束を集光して所定位置に照射させる集光レンズを更に備えるのが好適である。この場合、ポンプ光は、集光レンズで集光されて測定対象物の所定位置に照射され、効率良く電界を発生させることができる。
【0015】
また、ポンプ光導光手段は、(1) 第2の数の管状導光部のうち出射端に最も近い管状導光部の導光路の曲折点に設けられた反射鏡が、第2の光束を反射させるが第2の光束の波長以外の所定波長領域の光束を透過させるダイクロイックミラーであり、(2) 出射端から入射しダイクロイックミラーを透過した所定波長領域の光束を入力して、所定位置を含む領域の映像を撮像する撮像手段を更に備えるのが好適である。この場合、撮像手段によって撮像された映像をモニタすることにより、ポンプ光を測定対象物の所定位置に正確に照射させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0017】
図1は、本発明に係る電界測定装置の構成図である。本装置は、(1) レーザ光源から出力されたレーザ光を入射端110に入力し、光分岐部120内に設けられたハーフミラーによってプローブ光とポンプ光とに分岐する入射光学装置100と、(2) 光分岐部120で生成されたプローブ光を入力し、互いに異なる遅延であって且つ一方の遅延が可変設定可能な同一光軸上の2光束を周期的に交互に生成する光遅延装置200と、(3) 光遅延装置200から出力された2光束からなるプローブ光を導光し、顕微鏡ユニット500の入射端510に入射させるプローブ光用多関節反射鏡型導光路300と、(4) 光分岐部120で生成されたポンプ光を導光し、そのポンプ光を集光レンズ440で集光して出射するポンプ光用多関節反射鏡型導光路400と、(5) 集光レンズ440から出射されたポンプ光が照射された測定対象物520で発生する電界を、入射端510に入射され対物レンズ530を介して電界センサ540に入射するプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定する顕微鏡ユニット500と、(6) プローブ光の偏光状態の変化として測定された測定対象物の電界強度の波形を表示する測定波形表示装置600と、(7) 測定対象物520上のポンプ光照射位置を観察するCCDカメラ550で撮像された映像、および、電界センサ540の配置位置を観察するCCDカメラ560で撮像された映像を表示するCCDカメラ映像表示装置700と、を備える。
【0018】
レーザ光源(図示せず)から出力されたレーザ光を入射端110に入力する入射光学系100は、そのレーザ光源とともに、同一の光学定盤の上に固定配置されており、入射したレーザ光は、光分岐部120内に設けられたハーフミラーによって、一部が透過し残部が反射されて、それぞれがプローブ光およびポンプ光となる。
【0019】
光分岐部120のハーフミラーで反射されたポンプ光は、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路400(詳細は後述)内を導光されて、集光レンズ440で集光されて、測定対象物520の所定位置に照射される。この測定対象物520は、プローブステーション570を介して顕微鏡ユニット500と一体化され、XYZステージによって移動可能なサンプル台580上に載置されている。
【0020】
集光レンズ440から出力されたポンプ光が測定対象物520上のどの位置に照射されているかをモニタするために、CCDカメラ550が設けられている。このCCDカメラ550の焦点位置を集光レンズ440の集光位置と予め一致させておき、また、レーザ光を反射させるがこのレーザ光の波長以外の所定波長域の光束を透過させるダイクロイックミラーをCCDカメラ550と集光レンズ440との間に設けることにより、CCDカメラ映像表示装置700に表示されるモニタ映像に基づいて、測定対象物520上の所定位置にポンプ光を正確に照射することができる。詳細は後述する。
【0021】
一方、光分岐部120のハーフミラーを透過したプローブ光は、光遅延装置200に入力する。光遅延装置200は、入射したプローブ光に基づいて、互いに異なる遅延を有する同一光軸上の2光束が周期的に交互に現れるプローブ光を出力する。更に、光遅延装置200は、その2光束の内の一方の光束の遅延量を変化させることができる。詳細は後述する。
【0022】
光遅延装置200から出力されたプローブ光は、プローブ光用多関節反射鏡型導光路300(詳細は後述)内を導光されて、顕微鏡ユニット500の入射端510に到達する。続いて、プローブ光は、顕微鏡ユニット500において、偏光子(図示せず)等によって所定の偏光状態とされた後、対物レンズ530で集光されて、電界センサ540に入射される。
【0023】
この電界センサ540は、CCDカメラ560で撮像されてCCDカメラ映像表示装置700に表示された測定対象物520および電界センサ540のモニタ映像に基づいて、測定対象物520近傍の所定位置に配置されている。すなわち、電界センサ540は、測定対象物520にポンプ光が照射されて光電変換によって発生した電気パルスの電界内に配置されている。
【0024】
電界センサ540に入射したプローブ光は、電界センサ540の底面に形成された反射面で反射して、再び対物レンズ540方向に進む。このようにプローブ光が電界センサ540内を往復する間に、電界強度に応じてプローブ光の偏光状態が変化する。
【0025】
電界強度に応じて偏光状態が変化したプローブ光は、入射した時とは逆の方向に対物レンズ530を通過し、検光子(図示せず)等を経て光検出器(図示せず)によって光電変換されて、偏光状態変化量に応じた電気信号が出力される。この電気信号は、顕微鏡ユニット500から出力されて、測定波形表示装置600に入力される。また、光遅延装置200において形成される2光束の遅延差に応じた信号も、掃引信号として測定波形表示装置600に入力される。このようにして、測定対象表示装置600には、測定対象物520にポンプ光が照射されて発生した電気パルスの波形が表示される。
【0026】
次に、多関節反射鏡型導光路について詳細に説明する。なお、プローブ光用多関節反射鏡型導光路もポンプ光用多関節反射鏡型導光路も、それぞれの入・出射端の構造が必要に応じて異なる場合があるが、要部の構造は同様である。図2は、本発明に係る電界測定装置に用いられる多関節反射鏡型導光路の説明図である。
【0027】
この図に示すように、多関節反射鏡型導光路300は、その内部に、導光される光束の波長帯域、光路長および屈折率から決まる波長分散のない或いは非常に小さい媒体(例えば、空気、不活性ガス等の気体、理想的には真空雰囲気)からなる導光路を有する管状導光部310,311,312,...が、関節部330,331,332,333,...を介して縦続接続されたものであり、管状導光部310,311,312,...それぞれは、導光部の曲折点を有し、その曲折点には反射鏡320,321,322,...が設けられている。反射鏡320,321,322,...それぞれにおける導光路の偏向方向は90度である。関節部330,331,332,333,...それぞれが回転することにより、それぞれの関節部によって接続されている2つの管状導光部は、両者の管軸を中心として相対的に回転する。例えば、関節部332の回転によって、導光路311に対して当初は実線で示された方向に向いていた管状導光部312は、破線で示された方向に向くことができ、これによって、光束の導光経路を変更することができる。
【0028】
この多関節反射鏡型導光路300の入射端340に入射した光束は、先ず、関節部330を経て、管状導光部310の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡320で反射され、関節部331に至る。続いて、その光束は、管状導光部311の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡321で反射され、関節部332に至る。さらに、その光束は、管状導光部312の内部の導光路を伝搬し、途中の曲折点に配置された反射鏡322で反射され、関節部333に至る。このようにして、入射端340に入射した光束は、管状導光部310,311,312,...それぞれの内部の導光路を順次導光されて、関節部330,331,332,333,...の回転位置に応じて所定の位置と方向に配された出射端に到達し、その出射端から出力される。
【0029】
このような多関節反射鏡型導光路の特徴は以下のとおりである。第1の特徴は、入射端340から出射端に至るまでの導光路が、管状の管状導光部310,311,312,...の内部が波長分散の非常に少ない空気からなることである。したがって、入射端340に入射した短パルス幅のパルス状の光束は、そのパルス幅を維持したまま出力端から出射されるので、時間分解能の高い電界測定を行うことができる。また、光束が管状の管状導光部310,311,312,...の内部を導光されることは、安全面においても有意義であり、さらに、測定者の不注意によって光束が遮光されるおそれもなく、取扱が容易である。
【0030】
第2の特徴は、関節部それぞれが如何なる回転状態にあっても、入射端から出射端に至るまでの光路長は一定であることである。したがって、電界測定装置においてレーザ光源から出力されたレーザ光(ポンプ光とプローブ光)を顕微鏡ユニット500に供給する為に所定の光路長を有する多関節反射鏡型導光路を用いることにより、測定対象物520上の如何なる位置における電界強度を電界センサ540で測定する場合であっても、ポンプ光照射に対するプローブ光照射のタイミングを誤ることはない。測定者は、このタイミングについて考慮する必要はなく、効率良く計測・検査を行うことができる。
【0031】
第3の特徴は、関節部それぞれが如何なる回転状態にあっても、入射端に入射された直線偏光の光束が、その直線偏光の状態を維持したまま出射端から出力されることである(詳細は後述)。したがって、プローブ光の偏光状態の変化として電界強度を測定する電界測定装置にあっては、電界センサ540に入射するプローブ光の偏光状態を顕微鏡ユニット500内で偏光子等を用いて調整する必要があるが、多関節反射鏡型導光路の入射端に入射するプローブ光の直線偏光方向に応じて、その偏光子の光学軸の方向を定めておくことにより、プローブ光を効率良く利用することができる。
【0032】
次に、光遅延装置200について説明する。図3は、本発明に係る電界測定装置に用いられる光遅延装置およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路におけるプローブ光の導光の様子を示す説明図である。この図では、プローブ光の導光経路を説明し易いように簡略化して図示している。
【0033】
光遅延装置200では、中心点を中心とする円周上に周期的に交互に反射部と透光部とが形成された回転板211は、Z軸に平行で且つ入射プローブ光に対して所定角度(例えば45度)傾いて配置され、モータ212により駆動されて等速度回転し、これによって、入射したプローブ光に基づいて透過光束と反射光束とを周期的に交互に生成する。回転板211の回転に伴って入射プローブ光が回転板211の反射部に入射した時には反射光束が生成され、その反射光束は、反射鏡223および224で反射され、再び回転板211の反射部で反射されて、光遅延装置200から出射される。一方、入射プローブ光が回転板211の透過部に入射した時には透過光束が生成され、その透過光束は、反射鏡221および222で反射され、再び回転板211の透過部を透過して、光遅延装置200から出射される。4個の反射鏡221ないし224それぞれの位置と方位は、光遅延装置200から出射されるプローブ光を形成する互いに異なる遅延を有する2光束が同一光軸上を進むように、且つ、出射プローブ光が入射プローブ光の光軸と平行で反対方向に進むように定められる。また、反射鏡221および222は、移動ステージ230の上に固定配置され、固定ステージ240上を入射プローブ光の光軸方向に移動可能である。
【0034】
このような光遅延装置200にプローブ光が入射すると、互いに異なる遅延を有する2光束が周期的に交互に出現するプローブ光として出射され、且つ、一方の光束の遅延量を変更することができる。この光遅延装置200から出力されたプローブ光は、プローブ光用多関節反射鏡型導光路300によって顕微鏡ユニット500に導かれ、対物レンズ530によって集光されて、電界センサ540に入射される。電界センサ540に入射したプローブ光は、電界センサ540に印加された電界の強度に応じた偏光状態変化を受けた後、再び対物レンズ530を通過して、検光子および光検出器によって所定の方向の偏光成分の強度が測定される。
【0035】
この測定値は、光遅延装置200における2光束交互形成のタイミングでロックインアンプ等を用いて同期検出される。その同期検出された値は、2光束の遅延時間差すなわち移動ステージ230の位置に応じたものである。したがって、移動ステージ230を順次移動させて測定することにより、ポンプ光が測定対象物520に照射されて発生した電気パルスの波形を測定することができる。
【0036】
このようにして、プローブ光を形成する2光束それぞれのタイミングにおける同期検出を行なう方式は、半導体レーザを光源とする電界測定装置における点灯タイミングコントロール方式(例えば、特開平3−131772号公報)と同等のものである。
【0037】
次に、多関節反射鏡型導光路を導光する光束の偏光状態について説明する。図3に示すように、レーザ光源(図示せず)から光遅延装置200およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路300を経て顕微鏡ユニット500に至るまでの空間に、XYZ直交座標系を設定する。そして、レーザ光源から出力されるレーザ光は、X方向の直線偏光であって、+Y方向に出力されるとする。また、入射光に対して透過光と反射光とを周期的に交互に生成する光遅延装置200の回転板211は、Z軸に平行であるとする。さらに、プローブ光用多関節反射鏡型導光路300は、反射鏡350で+Z方向に反射したレーザ光を入射し、反射鏡320ないし325それぞれに入射したレーザ光を直角方向に偏向させて反射させ、最終段の反射鏡325で−Z方向に反射させて出射し、導光途中における光軸が、X軸、Y軸およびZ軸の何れかに平行であるとする。
【0038】
光分岐部120のハーフミラー121を透過してなるプローブ光は、X方向の直線偏光状態が維持される。このプローブ光が、回転板211の透過部を透過し、反射鏡221で−Z方向に反射され、反射鏡222で−Y方向に反射され、再び回転板211の透過部を透過して、反射鏡350に到達するまで、および、回転板211の反射部でXY平面上の所定方向に反射され、反射鏡223で−Z方向に反射され、反射鏡224でXY平面上の所定方向に反射され、再び回転板211の反射部で反射されて、反射鏡350に到達するまで、何れの場合であっても、プローブ光のX方向の直線偏光状態が維持される。
【0039】
続いて、反射鏡350で+Z方向に反射されてプローブ光用多関節反射鏡型導光路300に入射したプローブ光は、反射鏡320で+Y方向に反射され、反射鏡321に至るまで、X方向の直線偏光状態が維持される。反射鏡321で+X方向に反射されたプローブ光は、反射鏡322で−Z方向に反射され、反射鏡323に至るまで、Y方向の直線偏光である。反射鏡323で+Y方向に反射されたプローブ光は、反射鏡324で+X方向に反射され、反射鏡325に至るまで、Z方向の直線偏光である。そして、反射鏡325で−Z方向に反射されたプローブ光は、X方向の直線偏光となって出射される。
【0040】
以上の説明におけるプローブ光用多関節反射鏡型導光路300の光路は1例である。また、説明を簡便にするために、プローブ光用多関節反射鏡型導光路300における光軸はX軸、Y軸およびZ軸の何れかに平行であるとした。しかし、それぞれの関節部の回転位置すなわち光路に依らず、プローブ光用多関節反射鏡型導光路300の入射端にX方向の直線偏光で+Z方向に入射したプローブ光は、−Z方向に出射される時にはX方向の直線偏光で出射される。
【0041】
また、以上において図3を用いて説明したプローブ光用多関節反射鏡型導光路300では、その光路上には6個の反射鏡320ないし325が設けられていたので、プローブ光は、上述のようなX方向の直線偏光状態となって出力端から出力される。しかし、反射鏡の個数が異なると出力されるプローブ光の直線偏光の方向は異なったものとなる。例えば、5個の反射鏡が設けられた多関節反射鏡型導光路の場合には、図3の場合と同様のプローブ光がプローブ光用多関節反射鏡型導光路の入射端に入射した場合、最終段の反射鏡で反射された後に−Z方向に出射されるプローブ光は、Y方向の直線偏光となる。このような場合には、顕微鏡ユニット500内の偏光子の光学軸の方向を、図3の場合における偏光子の光学軸の方向に対して角度90度回転させるか、或いは、プローブ光用多関節反射鏡型導光路の入射端に入射させるプローブ光の偏光方向をZ方向とすればよい。
【0042】
次に、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路から出力されるポンプ光の照射位置決めについて説明する。図4は、本発明に係る電界測定装置に用いられるポンプ光用多関節反射鏡型導光路の出射端におけるCCDカメラの配置を説明する断面図である。
【0043】
ポンプ光用多関節反射鏡型導光路400の最終段の管状導光部410の導光路の曲折点には、ポンプ光Aを反射させるが、ポンプ光の波長以外の所定波長領域の光束Bを透過させるダイクロイックミラー420が設けられている。ポンプ光Aは、このダイクロイックミラー420で反射された後、出射端に設けられた集光レンズ440で集光されて、測定対象物520の所定位置に照射される。一方、測定対象物520で反射または散乱されて集光レンズ440に向かう光束Bは、集光レンズ440、ダイクロイックミラー420およびCCDカメラ550のレンズ系を介してCCDカメラ550の撮像面に到達し、測定対象物520表面の映像が撮像されてCCDカメラ映像表示装置700に表示される。
【0044】
更に、集光レンズ440によるポンプ光Aの集光位置とCCDカメラ550の焦点位置とを予め一致させ、且つ、集光レンズ440によるポンプ光Aの集光位置がCCDカメラ映像表示装置700に表示されるモニタ映像中のどの位置にあるかを予め確認しておく。そして、ポンプ光Bを照射すべき測定対象物520上の位置が、CCDカメラ映像表示装置700に表示されるモニタ映像中の所定位置に焦点が合って表示されるように、ポンプ光用多関節反射鏡型導光路400の出射端の位置および方位を調整すれば、測定対象物520上の所定位置にポンプ光Aを正確に集光して照射することができる。
【0045】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、測定対象物にポンプ光を照射させることなく他の方法によって発生した電気パルスを測定することもできる。この場合、光分岐部120およびポンプ光用多関節反射鏡型導光路400は不要である。
【0046】
また、ポンプ光照射位置の映像を撮像するCCDカメラ550は、図1および図4に示したような構造でなくてもよく、管状導光部410の外側に設けられて、ポンプ光照射位置に焦点を合わせておいてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり本発明によれば、それぞれ波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し該曲折点に反射鏡を備える複数の管状導光路が関節部を介して導光路を一致させて回転自在に縦続接続された多関節反射鏡型導光路を用いて、レーザ光源から出力されたレーザ光束(プローブ光およびポンプ光それぞれ)を導光させる構成としたので、レーザ光源から出力された短パルス幅のパルス光を、パルス幅を広げることなく、測定対象物や電界センサまで一定光路長で導光させることができ、更に、レーザ光を効率よく利用することができ、これによって、時間分解能の優れた測定を行うことができる。
【0048】
また、従来、一定光路長を確保してプローブ光およびポンプ光を供給するためには波長分散によるパルス幅の広がりをもたらす光ファイバを用いざるを得なかったCPMリング色素レーザやチタンサファイアレーザなどの大型のレーザ光源であっても、本発明に係る電界測定装置においては利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電界測定装置の構成図である。
【図2】本発明に係る電界測定装置に用いられる多関節反射鏡型導光路の説明図である。
【図3】本発明に係る電界測定装置に用いられる光遅延装置およびプローブ光用多関節反射鏡型導光路におけるプローブ光の導光の様子を示す説明図である。
【図4】本発明に係る電界測定装置に用いられるポンプ光用多関節反射鏡型導光路の出射端におけるCCDカメラの配置を説明する断面図である。
【図5】従来の電界測定装置の構成図である。
【図6】ホトコンダクティブ光スイッチの応答速度測定の説明図である。
【符号の説明】
100…入射光学系、110…入射端、120…光分岐部、121…ハーフミラー、200…光遅延装置、210…反射型光チョッパ、211…回転板、212…モータ、221,222,223,224…反射鏡、230…移動ステージ、240…固定ステージ、300…プローブ光用多関節反射鏡型導光路、310,311,312…管状導光部、320,321,322,323,324,325…反射鏡、330,331,332,333…関節部、340…入射端、350…反射鏡、400…ポンプ光用多関節反射鏡型導光路、410…管状導光部、420…ダイクロイックミラー、440…集光レンズ、500…顕微鏡ユニット、510…入射端、520…測定対象物、530…対物レンズ、540…電界センサ、550,560…CCDカメラ、570…プローブステーション、580…サンプル台、600…測定波形表示装置、700…CCDカメラ映像表示装置。
Claims (8)
- 電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第1の数の管状導光部と、前記第1の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第1の数より1少ない関節部と、を備え、第1の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第1の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第1の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第1の光束の入射方向が固定されており、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向が固定されている、
ことを特徴とする電界測定装置。 - 電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第1の数の管状導光部と、前記第1の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第1の数より1少ない関節部と、を備え、第1の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第1の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第1の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第1の光束の入射方向が、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向に対し平行である、
ことを特徴とする電界測定装置。 - 電界に応じて光学的特性が変化する電気光学材料に照射したプローブ光の偏光状態の変化に基づいて測定対象物における電界を測定する電界測定装置であって、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第1の数の管状導光部と、前記第1の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第1の数より1少ない関節部と、を備え、第1の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第1の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記プローブ光として前記第1の光束を出射端から出射するプローブ光導光手段を備え、
前記入射端への前記第1の光束の入射方向が、前記出射端からの前記プローブ光の出射方向に対し垂直である、
ことを特徴とする電界測定装置。 - 入射光束を入力して2つの光束に分岐して前記第1の光束および第2の光束を生成する光束分岐手段と、
それぞれ内部に波長分散のない媒体からなり曲折点を有する導光路を有し前記曲折点に反射鏡を備える第2の数の管状導光部と、前記第2の数の管状導光部それぞれを各接続点において前記導光路の光軸を一致させて縦続接続するとともに各接続点において接続された2つの管状導光部を管軸を中心にして相対的に回転自在に接続する前記第2の数より1少ない関節部と、を備え、前記第2の光束を入射端に入射して縦続接続された前記第2の数の管状導光部それぞれの導光路を順次導光させ、前記測定対象物の所定位置に照射することによって電界を発生させるポンプ光として前記第2の光束を出射端から出射するポンプ光導光手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電界測定装置。 - 前記プローブ光導光手段は、前記第1の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて前記第1の光束を直角方向に偏向させる、ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電界測定装置。
- 前記ポンプ光導光手段は、前記第2の数の管状導光部それぞれの導光路の曲折点それぞれにおいて前記第2の光束を直角方向に偏向させる、ことを特徴とする請求項4記載の電界測定装置。
- 前記ポンプ光導光手段は、前記出射端に設けられ、前記第2の光束を集光して前記所定位置に照射させる集光レンズを更に備える、ことを特徴とする請求項4記載の電界測定装置。
- 前記ポンプ光導光手段は、
前記第2の数の管状導光部のうち前記出射端に最も近い管状導光部の導光路の曲折点に設けられた反射鏡が、前記第2の光束を反射させるが前記第2の光束の波長以外の所定波長領域の光束を透過させるダイクロイックミラーであり、
前記出射端から入射し前記ダイクロイックミラーを透過した前記所定波長領域の光束を入力して、前記所定位置を含む領域の映像を撮像する撮像手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項4記載の電界測定装置。
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