光学測定装置及び光学測定方法

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発明の名称	光学測定装置及び光学測定方法
技術分野	ものづくり, ナノテクノロジー
出願日	平成26年6月12日
出願番号	特願2015-523971
公開番号	W2014/208349
登録番号
出願人	国立大学法人電気通信大学
発明者	小林孝嘉瀬戸啓介
特許公報	PDFのダウンロードはこちらから
概要	【課題】　効果的にノイズを除去して強度が微小な信号を感度よく検出する。【解決手段】　光学測定装置は、光源と、前記光源からの光をプローブ光と参照光に分割する第１光学素子と、前記プローブ光を試料に導く第１パスと、時間軸上で前記参照光と前記プローブ光間に相対的な遅延を与えるように光路長が調整された前記参照光の第２パスと、前記試料を照射した前記プローブ光と、前記光路長が調整された前記参照光をひとつの共通の検出素子で検出して検出信号を出力する検出器と、前記検出信号のうち、前記プローブ光に由来する信号と前記参照光に由来する信号にそれぞれ逆の符号を適用して平衡化を行い、前記プローブ光に由来する信号と前記参照光に由来する信号の差分を前記試料の測定結果として出力する平衡器と、を有する。【特許請求の範囲】【請求項１】　光源と、　前記光源からの光をプローブ光と参照光に分割する第１光学素子と、前記プローブ光を試料に導く第１パスと、時間軸上で前記参照光と前記プローブ光の間に相対的な遅延を与えるように光路長が調整された前記参照光の第２パスと、前記試料を照射した前記プローブ光と、前記光路長が調整された前記参照光をひとつの共通の検出素子で検出して検出信号を出力する検出器と、前記検出信号のうち、前記プローブ光に由来する信号と前記参照光に由来する信号にそれぞれ逆の符号を適用して平衡化を行い、前記プローブ光に由来する信号と前記参照光に由来する信号の差分を前記試料の測定結果として出力する平衡器と、を有することを特徴とする光学測定装置。【請求項２】　前記平衡器は、　前記検出信号に、前記光源からの光に同期する±１の振幅の方形波を乗算する乗算器、を有し、前記乗算結果により前記差分を得ることを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。【請求項３】　前記平衡器は、前記方形波にバイアスを印加するバイアス源、をさらに有し、前記バイアスにより前記プローブ光と前記参照光の検出強度比を調整することを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。【請求項４】　前記平衡器は、　前記光源からの光の角周波数に同期する正弦波信号の位相を調整する位相シフタと、前記検出信号に、前記位相が調整された前記正弦波信号を乗算する乗算器と、を有し、前記乗算結果により前記差分を得ることを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。【請求項５】　前記平衡器は、前記乗算器の出力の直流成分を前記位相シフタにフィードバックさせるフィードバック系を有し、前記フィードバックを用いて、前記プローブ光と前記参照光の検出強度比を平衡させることを特徴とする請求項４に記載の光学測定装置。【請求項６】　前記検出器と前記平衡器の間に挿入される共振器をさらに有し、前記検出信号のうち特定の帯域の周波数成分が前記平衡器に入力されることを特徴とする請求項４に記載の光学測定装置。【請求項７】　前記プローブ光に同期して刺激を生成する刺激源、をさらに有し、前記試料は前記プローブ光に同期して前記刺激を受け、前記平衡器は前記刺激に誘起された前記試料の状態変化を前記測定結果として出力することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光学測定装置。【請求項８】　参照信号を生成する参照信号源と、　前記参照信号の周波数で前記平衡器の出力をロックイン検出するロックイン検出部と、をさらに有し、前記刺激の強度は、前記参照信号の周波数で変調されることを特徴とする請求項７に記載の光学測定装置。【請求項９】　前記試料と前記検出器の間に配置される分光器、をさらに有し、前記光源は白色光源であり、前記第１光学素子は、前記光源からの光を白色プローブ光と白色参照光に分割し、前記第２光学素子は、前記白色プローブ光と前記白色参照光を重ね合わせて前記試料に導き、前記試料を透過した前記白色プローブ光と前記白色参照光は、前記分光器で複数の波長成分に分光され、前記検出器は、前記分光された波長の各々に対応して配置され、対応する波長成分の前記プローブ光と前記参照光を共通して検出することを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。（以下省略）

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