用于获得与太赫兹波有关的信息的设备和方法

专利名称：用于获得与太赫兹波有关的信息的设备和方法
技术领域：
本发明涉及获得与透射过样本或被样本反射的太赫兹波有关的信
息的i殳备和方法。
背景技术：
太赫兹波是具有从0.03 THz到30THz的任意频带的电磁波。 在太赫兹波段，发生依赖于包含生物分子的各种物质的结构和状态的 特性吸收。利用这样的特征，开发了以无损方式分析和识别物质的检 查技术。此外，期望应用于作为X射线的替代的安全成像技术或高
速通信技术。
此外，太赫兹波的特性包括适中的穿透样本的能力。例如，公开
了利用此性质来测量多层膜的膜厚度的技术(日本专利特开No. 2004-28618)。才艮据日本专利特开No. 2004-28618，基于多个太赫兹波 脉冲响应，确定多层膜的膜厚度。这些脉冲响应是通过利用探测光对 太赫兹波的时间响应波形进行采样而获得的。根据此方法，在所有测 量时间区域上进行釆样。
近年来，太赫兹波的此性质的一个应用是以无损方式测量或检查 药片的产品质量的技术。例如，期望应用于用于测量或检查糖衣药片、 涂膜药片等等的涂覆厚度的技术。这些涂覆厚度影响药片的分解性质 或可溶解性。此外，药片是通过将粉末状的药剂和添加剂混合而形成 的。由于该原因，应用于用于测量或检查相对于添加剂的药剂含量的 均匀性的技术是所希望的。
这些特性特征直接影响药片的治疗效果。由于该原因，用于控制 并维持药片的产品质量的技术是重要的。目前，为此目的，提取制造 的药片的一部分，并进行无损检查。
根据日本专利特开No. 2004-28618,寻求缩短测量多层膜的膜厚 度所需的时间段的方法。
此外，在对于药片进行质量控制的情况下，代替抽样检查，将来， 可能希望在制造工艺过程中实现持续的检查，以便可以检查所有的药 片。为了进行这样的工艺检查，可能希望以无损方式测量并检查样本 的方法，但是，还没有建立用于实现此的方法。具体来说，为了对药 片进行工艺检查，从在短时间内处理大量样本的观点来看，在稍短的 时间段内监视单一药片的状态的方法是理想的。

发明内容
本发明提供了能够获得设置的区域中的透射过样本或被样本反射 的太赫兹波的时间波形的设备。此外，本发明提供了能够通过使用所 述区域中的时间波形，从而与获得时间波形的所有区域的情况相比， 缩短获得与样本相关的信息(膜厚度等等)所需的时间段的设备。
鉴于上述情况，根据本发明的一个方面的太赫兹波检测设备具有 以下配置用于从样本中检测太赫兹波的检测单元，以及用于预先存 储变成样本标准的内部信息的信息存储单元。太赫兹波检测设备还包 括延迟光学单元，用于通过改变入射到检测单元的探测光相对于泵浦 光的延迟时间，调节操作检测单元的时间。太赫兹波检测设备还包括 延迟时间调节单元，用于基于存储单元中的变成标准的信息来设置希 望测量的测量区域，并调节测量区域中的延迟时间。太赫兹波检测设 备还包括重构单元，用于基于检测单元的输出以及由延迟时间调节单 元对延迟时间的调节量，重构有关样本的内部信息。
根据本发明的一个方面的太赫兹波检测方法具有以下步骤(a) 到(e):
(a) 预先存储变成样本标准的内部信息；
(b) 通过探测光的相对于泵浦光的延迟时间，调节检测步骤中的 检测太赫兹波的定时；
(c) 基于变成信息存储步骤中的标准的信息，设置希望测量的测
量区域，并调节测量区域中的延迟光学步骤的延迟时间；
(d) 从样本中检测太赫兹波；以及
(e) 基于检测步骤中的输出以及延迟时间调节步骤中的调节量， 重构有关样本的内部信息。
根据本发明的一个方面的检查系统具有以下配置用于从样本中 检测太赫兹波的检测单元，以及用于预先存储变成样本标准的内部信 息的信息存储单元。该检查系统还包括延迟光学单元，该延迟光学单 元用于调节入射到检测单元的探测光相对于泵浦光的延迟时间。该检 查系统还包括延迟时间调节单元，该延迟时间调节单元用于基于存储 单元中的变成标准的信息来设置希望测量的测量区域，并调节在测量 区域中的探测光的延迟时间。该检查系统还包括处理单元，该处理单
节量，重构有关样本的内部信息。该检查系统还包括比较单元，该比 较单元用于将由处理单元获得的有关样本的内部信息与存储在信息存 储单元中的变成样本标准的内部信息进行比较。该检查系统还包括设 备控制单元，该设备控制单元用于基于比较单元的比较结果，对样本 进行筛选，或调节样本的制造条件。
根据本发明的另一方面的用于获得与透射过样本或被样本反射的 太赫兹波有关的信息的设备包括生成单元，用于生成太赫兹波；检 测单元，用于检测发自由生成单元生成的太赫兹波的透射过样本或被 样本反射的太赫兹波；延迟单元，用于改变检测单元检测太赫兹波的 定时；存储单元，用于预先存储与样本有关的信息；以及波形获得单 元，用于获得由延迟单元获得的透射的或反射的太赫兹波的时间波形， 其中，延迟单元被控制，以允许检测单元在与所述时间波形有关的如 下区域中检测太赫兹波，所述区域是基于预先存储在存储单元中的与 样本有关的信息而设置的，并且所述区域中的透射的或反射的太赫兹
波的时间波形被获得。
根据本发明的另 一个方面的获得与透射过样本或被样本反射的太 赫兹波有关的信息的方法，所述方法包括生成太赫兹波；检测发自
所生成的太赫兹波的透射过样本或被样本反射的太赫兹波；通过改变 检测定时，获得透射的或反射的太赫兹波的时间波形；改变定时，以
的太赫兹波，所述区域是基于透射过样本或被样本反射的太赫兹波的 所述时间波形而设置的；以及获得所述区域中的透射的或反射的太赫 兹波的时间波形。
根据本发明的各个方面，在信息存储单元中预先存储了与充当样 本标准的内部信息有关的测量参考值，基于测量参考值，预测太赫兹 波到达检测单元的到达时间。根据本发明的实施例，延迟时间调节单 元通过以不连续的方式进行切换来调节延迟时间，以便用于操作检测 单元的探测光的延迟时间对应于太赫兹波的到达时间。由于该原因， 可以有效地检测获得寻找的有关样本的内部信息(例如，反射的太赫 兹波的脉冲的峰值)所需的太赫兹波。根据检测单元的输出和延迟时 间调节单元的调节量，处理单元计算有关样本的内部信息。如在只基
于测量参考值检测必要部分的模式下，可以有效地获得有关样本的内 部信息。
通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的其他特征将 变得显而易见。


图1是根据本发明第一实施例的设备的示意配置图。 图2是用于描述用于获得有关药片的内部信息作为示例的操作 的i兌明性图。
图3是根据本发明的第二实施例的设备的示意配置图。 图4是根据本发明的第三实施例的设备的示意配置图。 图5显示了根据本发明的实施例的设备的延迟光学单元的模式 示例。
图6是根据本发明的第六实施例的设备的一部分的示意配置图。 图7是根据本发明的第六实施例的设备的一部分的示意配置图。
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图8是用于描述太赫兹波的照射模式示例的说明性图。
图9是根据本发明的第五实施例的设备的一部分的示意配置图。
图10是根据本发明的第五实施例的设备的一部分的示意配置图。
图11是用于描述光纤激光器的结构的说明性图。
图12是用于描述图11的光纤激光器的放大单元的说明性图。
图13是用于描述图11的光纤激光器的色散补偿单元的说明性图。
图14A和14B是描述用于执行脉冲压缩的结构的说明性图。 图15A和15B是描述根据本发明的第一实施例的设备的操作 的说明性图。
图16显示了根据本发明的第二实施例的透射脉冲波的传播路径 示例。
图17A和17B是用于描述根据本发明的实施例的设备的示意图。
具体实施例方式
将参考附图描述根据本发明的优选实施例的设备和方法。应当注 意，本发明不限于这些实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，修 改不被视为从本发明中排除。
(用于获得与太赫兹波有关的信息的设备)
将参考图17A和17B描述根据本发明的实施例的设备。这里， 图17A和17B显示了用于获得与透射过样本的太赫兹波有关的信 息的设备。应当注意，本发明不限于反射，而是如在第一实施例中那 样或如图1所示那样，还可以使用用于获得与透射的太赫兹波有关的 信息的设备。
生成单元12 ,皮配置为生成太赫兹波。然后，检测单元13 ;故配 置为检测发自由生成单元12生成的太赫兹波10的透射过样本19 的太赫兹波11。应当注意，下面描述第一实施例中的生成单元12和
检测单元13的细节。
延迟单元14被配置为改变检测单元13执行检测的定时。如图 17A所示，为了控制生成的太赫兹波10传播的距离，延迟单元14 可以,皮配置为改变生成单元12和检测单元13之间的距离。例如， 提供了用于移动生成单元12的平台，通过在移动平台的同时改变生 成单元12和检测单元13之间的距离，可以改变太赫兹波10传播 的距离。
这里，如在图17B的延迟单元24中那样，还可以控制生成的 太赫兹波10的传播速度，这是通过采用使得可以改变传播区域的折 射率的配置进行的。例如，通过将具有向性(tropism)的部件(电介 质等等)放置为更接近透射过样本的太赫兹波，可以改变传播区域的 折射率。
利用这些配置，可以延迟太赫兹波到达检测单元13的时间。 此外，如稍后所描述的，也可以通过改变太赫兹波的生成定时和 检测太赫兹波的时间或两者，来配置延迟单元。作为此配置的示例， 提供了在光轴方向上移动以进行光学延迟的镜(相当于图1中的延迟 光学单元104)。此时，使用了利用激光照射生成单元12和检测单元 13的激光单元(用图1中的参考编号101表示)。此外，使用了用 于分离激光的光束分离器。通过光束分离器进行分离而产生的激光束 被分别照射到生成单元12和检测单元13。发往检测单元13的激 光束透射过延迟单元(在光轴方向上移动的镜)。
此外，延迟单元也可以被配置为实现电的延迟。例如，可以通过 延迟为了与检测到的太赫兹波信号相混合而生成的信号的时间，来实 现该配置。
存储单元16被配置为预先存储与样本19有关的信息。这里， 由存储单元16预先存储的与样本19有关的信息优选地是预先获 得的透射过样本的太赫兹波的时间波形。用于产生此信息的太赫兹波 优选地与本发明的设备中所使用的太赫兹波具有相同特征。此外，与 样本19有关的信息包括例如样本的尺寸(厚度)、折射率、透射率、
反射率、吸收指数等等。此外，可以使用样本19的特定物理性质， 如晶体结构、成份等等，如含水量，这些信息可以根据上文所描述的 信息导出。然而，应当注意，本发明不限于上文所描述的信息，下面 将提供更进一步的具体描述。
波形获得单元15(相当于图1中的处理单元107)被配置为通 过使用延迟单元104来获得太赫兹波的时间波形。这里，波形获得单 元15基于由延迟单元14和24改变的定时，对由检测单元13检 测到的太赫兹波进行采样，如此，可以获得透射的太赫兹波的时间波 形。
延迟单元14和24被控制，以l更检测单元13检测与时间波形 有关的如下区域中的太赫兹波，该区域是基于预先存储在存储单元16 中的与样本19有关的信息设置的。可以由波形获得单元15进行控 制。然后，可以获得该区域中的透射的太赫兹波的时间波形。利用此 配置，可以获得与样本19有关的信息。此外，通过获得该区域中的 时间波形，与获得时间波形的所有区域的过程相比，可以缩短获得与 样本19有关的信息的时间段。
这里，作为与时间波形有关的区域，可以考虑例如时间波形的脉 沖(例如，图2中的(1)、 (2)、 (3)以及(4))。此外，取而代之，可 以使用脉冲的峰值，作为与时间波形有关的区域。此外，具有比较大 的脉冲斜率(gradient)的绝对值的部分等也可以用于此用途。
脉沖是透射的太赫兹波的时间波形的特性区域。因此，通过获得 脉沖，可以查找与样本有关的信息。例如，从脉沖之间的间隔，可以 导出样本19的厚度。注意，"特性区域"不限于脉冲，可以使用从透 射的太赫兹波的时间波形的各个部分中选择的任意区域。 (获得有关样本的信息或样本的状态)
从区域中的透射的太赫兹波的时间波形中，可以获得与样本有关 的信息。与样本有关的信息是例如样本的尺寸(厚度)、折射率、透射 率、反射率、吸收指数等等。从上文所描述的信息，可以导出样本的 物理性质、晶体结构、成份等等，例如，含水量。
ii
此外，优选地，将区域中的透射的太赫兹波的时间波形(或区域 中的透射的太赫兹波的时间波形的脉冲)与预先存储在存储单元中的 信息(例如，预先获得的透射过样本的太赫兹波的时间波形的脉冲) 进行比较。利用此配置，可以导出样本的状态。
这里，所称的"样本的状态"特别是指样本的物理性质、晶体结 构、成份等等，以及预先获得的信息(时间波形的脉冲等等)之间的 差异。
应当注意，如下面所描述的，与样本有关的信息和样本的状态不 限于上文所描述的信息和状态。
(对测量次数进行计数的同时的累积处理) 优选地，对测量样本的次数进行计数，累积由检测单元检测到的 测得的太赫兹波，并且使用累积值和测量次数来获得太赫兹波的平均 强度。下面将参考第六实施例描述这些细节。 (光纤激光器)
优选地，提供用于生成脉冲激光的光纤激光器。可以使用光纤作 为激光的振荡介质。此外，优选地，生成单元是用于借助脉沖激光的 操作(发射激光)生成太赫兹波的光导元件。此外，优选地，检测单 元是用于通过照射脉冲激光检测太赫兹波的光导元件。对于光导元件，
可以^使用^氐温生长GaAs或InGaAs。
下面将参考第七实施例描述光纤激光器的细节。 (获得与太赫兹波有关的信息的方法)
现在将描述根据本发明的另一实施例的获得与透射过样本或被样 本反射的太赫兹波有关的信息的方法。 首先，生成太赫兹波。
接下来，检测发自生成的太赫兹波的、透射过样本或被样本反射 的太赫兹波。这里，优选地，反射的太赫兹波是由涂有涂膜的样本的 折射率边界面反射的脉冲。应当注意，将在第一个实施例、图2等等 中描述涂膜的细节。
此外，通过改变检测定时，获得太赫兹波的时间波形。
此外，根据预先获得的透射过样本或被样本反射的太赫兹波的时 间波形，设置与时间波形有关的区域。然后，改变定时，以便在区域 中检测透射的太赫兹波。利用此配置，可以获得此区域中的透射的太 赫兹波的时间波形。
这里，可以从区域中的透射的太赫兹波的时间波形中获得与样本 有关的信息。与样本有关的信息是，例如，样本的尺寸(厚度)、折射 率、透射率、反射率、吸收指数等等。从上文所描述的信息，可以导 出样本的物理性质、晶体结构、成份等等，例如，含水量。
此外，优选地，将区域中的透射的太赫兹波的时间波形(或区域 中的透射的太赫兹波的时间波形的脉冲)与预先获得的透射过样本的 太赫兹波的时间波形的脉冲进行比较。利用此配置，可以导出样本的 状态。
这里，所讨论的"样本的状态"特别是指样本的物理性质、晶体 结构、成份等等，以及预先获得的信息(时间波形的脉冲等等)之间 的差异。应当注意，有关样本的信息和样本的状态不限于上文所描述 的信息和状态，将在第一实施例中更进一步地描述其细节。
根据本发明的实施例，其内部信息可以被估计的样本被设置为目 标。然后，此内部信息被设置为标准信息，并被视为测量参考。例如， 参考基于此标准信息的测量参考值，选择样本的深度方向上的测量区 域(例如，在折射率边界面的附近、容易产生污染物的区域、具有所 需的物理性质的材料等等)。只在此选定区域进行测量，更新关于测量 部位的标准信息，以便进行重构。
根据本发明的实施例，基于这些测量结果和选定的测量区域中的 标准信息，还可以重构时间响应波形。通过^f吏用此响应波形，对样本 进行光镨分析或成像。此外，通过将此响应波形与用作参考的样本的 标准信息进行比较，对样本进行筛选，并进行设备的调节。
下面，将参考附图描述更具体的实施例。
实施例
(第一实施例反射型)
本实施例代表了根据本发明的太赫兹波检测设备的配置示例。图 1显示了根据本发明的太赫兹波检测设备的配置示例。如图1所示，
根据本实施例的太赫兹波检测设备由激光单元101、生成单元102、 检测单元103、延迟光学单元104、延迟时间调节单元105、信息存 储单元106以及处理单元107构成。此外，图1显示了样本109被 输送单元108输送的模式。应当注意，对于本发明的应用，样本109 不一定必须被输送。
激光单元101是用于借助激光驱动生成单元102和检测单元 103的部件。下面，在某些情况下，用于驱动生成单元102的激光可 以称为"泵浦光"，而用于驱动检测单元103的激光可以称为"探测 光"。根据本实施例，激光单元101使用脉宽为50fsec、中心波长为 800 nm、循环频率为76 MHz的钬-蓝宝石激光器。
生成单元102是用于通过从激光单元101传入的泵浦光生成 太赫兹波的部件。根据本实施例，作为生成单元102，使用具有在半 导体薄膜上形成的天线图案的光导元件。具体地说，作为半导体薄膜， 对于半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底(电阻率>lxl07Q*cm)，使用 通过分子束低温外延生长(250°C)形成的低温生长GaAs (LT-GaAs)。然后，在LT-GaAs上形成在中心具有5 jam的间隙的 由金(Au)构成的偶极天线(天线长度30pm，导体宽度10nm)。 为了生成太赫兹波，在向此间隙施加10 V的偏压的状态下，照射泵 浦光。结果，生成具有大约200 fsec的半带宽的脉沖太赫兹波。应当 注意，天线形状不限于刚刚描述的形状。例如，也可以使用蝴蝶结天 线或螺旋天线，它们是常见的宽带天线。此外，半导体薄膜不限于上 面的配置，例如，也可以^使用诸如砷化铟镓(InGaAs)之类的半导体 材料。此外，半导体材料本身也可以用于生成单元102。例如，利用 泵浦光照射镜面抛光的GaAs表面，通过此时生成的瞬时电流的时间 改变，生成太赫兹波。此外，也可以使用诸如DAST(4-二甲基^J^-N-曱基-4-杂芪曱^^酸酯4-dimethylaino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate)晶体之类的有机晶体。
检测单元103是用于通过从激光单元101传入的探测光检测 太赫兹波的部件。在检测单元103中，在太赫兹波入射时，照射探测 光，检测所产生的电流。利用此配置，获得太赫兹波。对于检测单元 103，使用类似于生成单元102的在半导体薄膜上具有天线图案的光 导元件等等。
延迟光学单元104是用于在光学上调节探测光相对于泵浦光的 延迟时间间隔(延迟时间)的部件。在改变延迟时间的同时，测量由 检测单元103检测到的太赫兹波，如此，进行所谓的太赫兹时域镨分 析(THz-TDS)。在改变延迟时间的同时，由处理单元107绘制对于 每个延迟时间间隔从检测单元103获得的太赫兹波的响应，以便可以 获得太赫兹波的时间响应。在图1中，为简单起见，省略了 THz-TDS 所需的斩波器等等的示例。根据本实施例，如图1所示，向样本109 提供了反射型光学系统。
根据本实施例，特性是进一步对此THz-TDS提供延迟时间调节 单元105和信息存储单元106。
信息存储单元106是用于将样本109的内部信息预先存储为 标准信息的部件。例如，存储了与样本109的内部部分有关的折射率 边界面的位置和太赫兹波的响应波形。可以从在制造样本109时的规 范中获得其中存储的信息。此外，预先测量变成标准的样本和从样本 组中任意选择的样本的时间响应波形(此测量值在这里也可以称为"先 前测量值，，)，此测量结果可以被设置为标准信息。例如，从此时间响 应波形的反射的波形中查找折射率边界面的位置，以获得物理性质。
延迟时间调节单元105是用于控制延迟光学单元104的部件。 这里，参考了存储在信息存储单元106中的样本的内部部分上的标准 信息，为了在诸如折射率边界面之类的深度方向上从预定测量区域检 测太赫兹波，调节探测光的延迟时间。在希望被检测的测量区域以不 连续的方式存在的情况下，以不连续的方式改变探测光的延迟时间。 然后，通过只在以不连续的方式存在的测量区域中连续地改变延迟时 间，检测与测量区域有关的太赫兹波。即，基于样本的已知内部信息，
预测太赫兹波到达检测单元103的时间，对用于操作检测单元103 的探测光的延迟时间进行调节。
如此，随着延迟光学单元104被以不连续的方式改变，从检测单 元103获得的太赫兹波的信号部分地丢失时间轴的概念(图2,检测 单元的信号)。例如，如图2所示，通过延迟时间调节单元以不连续 的方式，如tl">t2~>t3 —t4，选择延迟光学单元104的延迟时间， 并获得各个延迟时间中的太赫兹波的响应(1)、 (2)、 (3)以及(4)。由 于该原因，在测量区域之间的时间信息丢失。根据本实施例，为了补 偿此丢失的部分，使用处理单元107。例如，在处理单元107中，参 考了由延迟时间调节单元105进行的延迟时间的调整量，由检测单元 103获得的太赫兹波的响应被重构为太赫兹波的实际时间响应(图2， 处理单元的操作)。具体来说，调节各个延迟时间中的太赫兹波的响应 (1)、 (2)、 (3)和(4)的时间间隔，并获得对应于关于样本的内部信息 的太赫兹波的响应。
将描述太赫兹波设备的操作。在图1中，向样本109照射从生 成单元102生成的太赫兹波脉沖。假设此时样本109的结构是图2 中的结构。应当注意，为了进行操作描述，这里，在假设涂膜202的 厚度被设置为300 nm(dl和d3),微粒201的厚度被设置为3 mm (d2)的同时，描述样本109的结构。此外，为简化操作描述，假设相 应材料的折射率是1,由此不必考虑由于这些材料的折射率而导致的 波长缩短效果(传播长度)。入射到样本109上的太赫兹波被例如存 在于样本109中的折射率边界面反射。在图2的样本109中，太 赫兹波被构成样本109的涂膜202的表面、涂膜202以及微粒201 的折射率边界面反射。这些反射波以取决于太赫兹波的反射位置的时 间差入射到检测单元103上。在图1中，从涂膜202的表面反射的 脉冲^皮表示为(1)，从涂膜202和微粒201之间的边界面反射的脉 冲被表示为(2)。这里，为简化描述，省略了从涂膜202和微粒201 之间的边界面反射的脉沖(3)和从涂膜202和外部之间的边界面反 射的脉冲(4)。如上文所描述的，当假设涂膜202的膜厚度被设置为
300 nm时，反射的脉冲(1)和(2)之间的时间差大约是2微微秒 (psec)。
在信息存储单元106中，作为标准信息，预先存储了与样本109 的内部部分有关的信息。如上文所描述的，此标准信息是从制造样本 时的规范中获得的，或是对任意选择的样本的预先测量值。例如，存 储生成反射脉冲(1)和反射脉冲(2)的时间轴上的位置，各个反射脉 冲的强度、脉宽等等。例如，在生成反射脉冲的时间轴上的位置被存 储在信息存储单元106中的情况下，建立以下设置。应当注意，反射 脉冲(1)的位置随着设备的测量系统而变化，但是，这里，假设为5
pSCCc
反射脉冲(1)…tl = 5 psec
反射脉冲(2) t2 = 7 psec
反射脉冲(3) t3 = 27 psec
反射脉冲(4)…t4 = 29 psec 然后，用于相应脉冲的时间轴上的位置被用作用于决定延迟时间 调节单元105的延迟时间的测量参考。此外，如稍后将描述的，在本 设备用于筛选样本109的情况下，这些标准信息也可以被用作进行比 较的信息。
根据现有技术中的THz-TDS，连续地获得从反射脉沖(1)到反 射# 冲(4)的响应波形。然而，才艮据本实施例，延迟时间调节单元105 参考存储在信息存储单元106中的反射脉沖(1)和(2)之间的时间 间隔，作为控制延迟光学单元104的标准信息。例如，在反射脉冲(1) 和(2)之间的时间间隔是2psec的情况下，延迟光学单元104将光 程调节0.6 mm。类似地，在反射脉冲(2)和(3)之间的时间间隔的 情况下，延迟光学单元104将光程调节6.0 mm，而在反射脉冲(3) 和(4)之间的时间间隔的情况下，延迟光学单元104将光程调节0.6
例如，首先，延迟时间调节单元105参考从存储在信息存储单元 106中的标准信息中获得的测量参考值，以获得由反射脉冲(1)生成
的延迟时间。在此示例中，延迟时间调节单元105从信息存储单元 106获得5psec作为反射脉沖(1)的延迟时间。然后，延迟时间调 节单元105通过移动延迟光学单元104，改变探测光在到达检测单元 103时通过的距离，并向设备提供所需的延迟时间。在此测量位置， 为了测量反射脉冲(1)，延迟光学单元104连续地改变探测光的延迟 时间。例如，在希望获得脉宽为lpsec的波形的情况下，延迟光学 单元104移动大约0.3 mm。应当注意，术语"连续地"这里是指， 延迟光学单元104在预定时间间隔内移动目标距离。例如，当预定时 间间隔被设置为100 pm时，延迟光学单元104以恒定的速度移动， 直到延迟光学单元 104 已经移动了 0.3 mm。 处理单元107相对于 连续改变的延迟时间，绘制检测单元103的信号的图形，并获得相当 于反射脉冲(1)的响应波形。
然后，延迟时间调节单元105参考从存储在信息存储单元106 中的标准信息中获得的测量参考，并获得由反射脉冲(2)生成的延迟 时间。这里，延迟时间调节单元105从信息存储单元106获得7 psec，作为反射脉沖(2)的延迟时间。然后，延迟时间调节单元105 将延迟光学单元104移动0.6 mm，以便获得当再次生成反射脉冲 (2) 时的延迟时间，并开始反射脉冲(2)的测量操作。
如此，本实施例包括由延迟时间调节单元105以不连续的方式调 节延迟光学单元104的步骤。在处理单元107中获得的太赫兹波的 响应波形具有其中反射脉冲(1)和(2)连续地出现的时间波形，如图 15A所示。如上文所描述的，此响应波形丢失了关于相应脉沖之间的 脉沖间隔的信息。由于该原因，如图15B所示，处理单元107参考 由延迟时间调节单元105以不连续的方式进行的延迟时间的测量参 考，并向反射脉冲(1)和反射脉沖(2)提供各个测量参考的时间差， 如此，重构响应波形。这里，在反射脉冲(1)和反射脉冲(2)之间提 供了与延迟光学单元104的移动量对应的时间间隔2psec。
如此，根据本实施例，使用了由信息存储单元106指定粗略的测 量位置并只在预定的测量位置获得太赫兹波的响应的方法。利用此配
置，不需要在整个测量时间内连续地测量太赫兹波，如在现有技术中
进行的THz-TDS中那样，由此，更加容易缩短各个测量参考值之间 的时间差的测量时间。
图2是当以药片作为样本109时样本109的截面示图和操 作。如图2所示，样本109具有涂覆有涂膜202的强化在一起的微 粒201的形式。微粒201是通过强化与添加剂混合的粉末状的药剂 而获得。涂膜202包括，例如，蔗糖、水溶性聚合物、不可溶聚合物 等等。取决于不同情况，也可以采用没有涂膜202的形式(未涂覆的 药片)。根据本实施例，假设采用用糖包覆药片芯而获得的糖衣药片。 此时，涂膜202的厚度dl和d3常常被设置为几十nm到数百 pm，而药片109的厚度d2常常被^L置为几mm。如图2所示， 照射在样本109上的太赫兹波变成被涂膜202的表面反射的反射 脉冲(1)。此外，太赫兹波由折射率边界面反射(如，被涂膜202和 微粒201之间的边界面反射的反射脉冲(2)和(3)，然后，再次被涂 膜202的表面反射的反射脉冲(4))。 一般而言，在基于诸如可见光 或X射线之类的短波长的测量中，难以清楚地区别此折射率边界面。 这是因为， 一般而言，药剂粒径是几十nm,而在遵循折射率边界面 上的孩i粒201的粒径分布的同时以复杂的方式改变边界面的形状。然 而，与太赫兹波的波长相比，粒径的值相当小或足够小。换句话说， 太赫兹波的波长适中地大，与短波长的测量相比，不能如此清楚地检 测边界面的形状。换句话说，短波长的边界面的不清楚的形状可以被 识别为是太赫兹波的边界面的相对清晰的形状。此外，太赫兹波具有 微粒201的适度透射率，由此，与基于如上文所提及的那些短波辐射 的测量相比，太赫兹波更加适合于获得有关微粒的边界面的信息。
根据本实施例，有关边界面的这些信息存储在信息存储单元106， 并且在延迟时间调节单元105中，位置(1)、 (2)、 (3)和(4)被选择， 随后被测量。例如，在涉及各个脉冲，将要获得时间轴上的经过转换 的2psec的波形的情况下，需要总共8psec的测量时间。应当注意， 如图2所示，随着连续地测量有关边界面的信息，由检测单元103
检测到的响应不会精确地反映有关厚度的信息。根据本实施例，处理
单元107转换由延迟时间调节单元105调节的探测光的延迟时间 的调节量，以便反映在响应波形上。结果，可以测量准确的膜厚度(dl'、 d2',以及d3')。
在通过现有技术中的THz-TDS执行上文所描述的操作的情况 下，需要大约数百psec的测量时间。与此相比，在根据本实施例的 配置中，可以在几psec的测量时间内获得有关糖衣药片(样本)的 内部信息，因为使用这样的配置，即，指定粗略的测量位置，只获得 测量位置处的波形响应，以进行重构。由于该原因，与现有技术中的 方法相比，便于以较高的速度进行测量。
应当注意，根据本实施例，已经描述了样本109的深度方向上的 膜厚度，但是，本发明不限于上面的情况。如现有技术中的THz-TDS 所示，通过使用有关选定测量位置处的太赫兹波的强度和延迟信息， 还可以测量物理性质的变化、晶体结构的差异、掺合比、成份、微粒 的密度、具有所需物理性质(physicality)的材料等等。例如，作为 获得物理性质的方法，从反射脉冲的强度和延迟时间获得复折射率， 并从中转换所需的物理性质。还可以釆用测量物理性质的此变化的模 式。此外，通过验证太赫兹区域中的指紋图镨的差异，还可以确定晶 体结构的差异。此外，还假设所获得的指紋图镨由与多个物质相关的 指紋图镨组成，还可以从用于分离频镨的计算或各个频镨的强度或扩 散，预测掺合比。或者，也可以采用这样的模式在使用遵循样本的 厚度或浓度的各个频谱的分析曲线时，进行确定。根据透射率、反射 率或与这些参数有关的频i昝信息，也可以验证微粒的密度。类似地， 也可以对成份进行验证，以便发现物质的聚合体是由哪些分子构成的。 这些方法当用于以下用途时被适当地组合并选择。
应当注意，根据本实施例，以药片作为样本109的示例，但是， 本发明不限于上面的情况。 一般而言，应该i人为，可以使用可以用来 有效地获得材料的内部信息的任何样本。 (第二实施例透射型)
本实施例显示了与根据本实施例的太赫兹波检测设备有关的模 式。具体来说，本实施例显示了根据第一实施例的太赫兹波检测设备 的修改示例。应当注意，将省略对于此实施例和上文所描述的实施例 共同的描述部分。
图3显示了根据本实施例的太赫兹波检测设备的修改示例。如图 3所示，在根据本实施例的太赫兹波检测设备中，太赫兹波的传播路 径相对于样本109具有透射型光学布局。
将描述根据本实施例的太赫兹波检测设备的操作。应当注意，在 操作的描述中，将省略对共同部分的描述。这里，假设样本109与第 一个实施例的样本相同。即，对于样本109的结构，假设涂膜202的 厚度是300 ^m，而孩l粒201的厚度是3mm。此外，为简化操作描 述，假设各个材料的折射率是1，不考虑由于这些材料的折射率而导 致的波长缩短效果(传播长度)。这里，假设由检测单元103检测到 的透射脉冲是图16中所显示的透射脉冲。如图16所示，透射脉冲 (1)是透射过样本109的脉沖。透射脉沖(2)和透射脉冲(3)是由 涂膜202的表面反射并由涂膜202和微粒201之间的边界面反射 一次的脉冲。透射脉冲(4)是在涂膜202的表面之间反射一次的脉冲。
例如，信息存储单元106存储了时间轴上的生成这些透射脉冲的 位置。应当注意，还存在上文所描述的透射脉沖之外的脉冲。例如， 这样的脉冲包括由边界面反射两次的透射脉冲，或由不同于上文所描 述的边界面的边界面反射的透射脉冲等等。除对于检查所需的透射脉 沖之外，检测单元103还列举地检测在时间轴上混合的这些脉沖。根 据本实施例，预先存储在信息存储单元106中的时间轴上的位置是有 限的，由此，可以在过滤不用于检查的脉冲的同时执行检查。因此， 检查效率得到增大。
根据本实施例，按如下方式设置透射脉冲的时间轴上的位置。应 当注意，透射脉冲(1)的位置由于设备的测量系统的设置而变化，但 是，这里，假设为5psec。
透射脉冲(1) " tl = 5 psec 透射脉冲(2)…t2-7psec 透射脉冲(3)…t3 = 27 psec 透射脉沖(4)…t4 = 29 psec 在时间轴上的各个透射脉冲的位置被用作用于决定延迟时间调节 单元105的延迟时间的测量参考。相对于这些延迟时间的延迟光学单 元104的调节量如下。
从透射脉冲(1)到透射脉冲(2)…0.6 mm 从透射脉冲(2)到透射脉冲(3)…6.0 mm 从透射脉冲(3)到透射脉冲(4)…0.6 mm 通过采用这样的光学布局，太赫兹波具有透射过样本109的内部 部分的模式。由于该原因，传播过样本109的太赫兹波具有在样本 109的深度方向上反映大致特性特征的响应。例如，当假设图2中所 显示的药剂为样本109时，从第一透射脉冲(1)的吸收系数，可以 估计整个样本109的密度、太赫兹波的吸收J:、成份等等。此外，通 过监视相位移量(或时间延迟量)，可以估计整个样本109的厚度。
如此，通过釆用透射型布局，可以容易地估计待测量的对象的总 体特性特征。
(第三实施例比较单元)
图4显示了涉及根据本发明的检查系统的模式。如图4所示， 才艮据本实施例的检查系统具有这样的配置向4艮据第一个实施例的太 赫兹波检测设备的配置中添加比较单元410和设备控制单元411。将 省略对于此实施例和第一实施例共同的部分的描述。
比较单元410参考由处理单元107获得的样本109的内部信 息，以及预先存储在信息存储单元106中的变成样本109的标准的 内部信息。然后，监视通过实际测量值获得的处理单元107的信号和 信息存储单元106中的信息之间的差异，以确定是否获得了所需状态 的样本109。
例如，在假设糖衣药片为样本109的情况下，信息存储单元106
22存储糖衣药片的厚度以及有关涂膜和药片之间的边界面的信息(厚度，
等等)。此信息是从样本109的制造条件获得的。此外，选择变成参 考的样本109，有关相对于样本109的太赫兹波的测量数据可以被用 作变成标准的内部信息。在比较单元410中，相对于信息存储单元 106中的此信息，设置误差的容许范围。在比较单元410对样本109 的涂膜厚度进行监视的情况下，涂膜厚度的允许误差范围被设置在药 效性质的所需量到达目标受影响区的范围内。应当注意，根据本实施 例，此允许的误差范围是由比较单元410进行设置的，但是，设置位 置不限于上面的情况。例如，在信息存储单元106中，也可以采用与 有关样本109的信息一起提供此允许误差范围的模式。
此外，根据本实施例，要比较的信息不一定必须是太赫兹波的响 应波形。例如，也可以只有预定测量区域中的太赫兹波的强度被设置 为比较目标。此外，可以釆用这样的模式监视测量位置处的强度是 否在设置的允许误差范围内。具体来说，此模式是测量图2中的各个 脉冲的顶点处的信号强度。从测量位置处的信号强度的变化，估计太 赫兹波的响应波形的时间位置。如此，只将测量位置处的强度设置为 测量和检查目标的模式也可以应用于上文所描述的实施例。
如图4所示，根据本实施例，提供了多个样本109,各个样本连 续地由输送单元108进行输送。在比较单元410中，相对于样本 109，将由处理单元107获得的样本109的测量数据与变成标准的 信息存储单元106中的信息进行比较，以监视测量数据是否落在允许 误差范围内。然后，比较单元410确定显示出特性特征不在此允许误 差范围的样本109作为有瑕疵的产品。设备控制单元411是用于响 应比较单元410的比较结果来对设备进行控制的部件。例如，在筛选 由输送单元108输送的样本109的情况下，进行控制，以便除去被 标识为有瑕疵的产品的样本109。要除去的样本109可以只是被标识 为自身有缺陷的样本109,或者，可以是包括有缺陷的样本109的相 邻的组。此外，响应于比较单元410的结果，设备控制单元411可 以采用这样的模式将样本109的制造步骤中的制造条件反馈回所需
条件。例如，在假设糖衣药片为样本109的情况下，调节涂膜的膜厚 度。此外，在随着药剂与添加剂的掺合比变化，或者药剂的晶体结构 变化，在涂膜和药片之间的边界面的物理性质超过允许误差的情况下， 例如，进行对这些制造条件的调节。
利用这样的配置，可以以非破坏性的方式检查待测量对象的内部。 此外，类似于第一个实施例，采用了这样的模式参考有关充当参考 的样本内部的信息，并且限制测量范围。然后，重构太赫兹波的响应， 从而便于进行高速度测量。具体来说，优选地，模式用于针对药剂的 检查系统。
此外，根据本实施例，对于太赫兹波的检查部件具有反射型配置， 但是，该配置不限于上面的情况。例如，对于太赫兹波的检查部件可 以具有第二个实施例中所显示的透射型配置。在此配置中，如上文所 描述的，可以以简单方式估计样本的总体特性特征。由于该原因，例 如，还可以基于太赫兹波的吸收量或相移，添加检查杂质的混合或者 裂缝(crack)的存在或不存在的第一阶段筛选功能。随后，可以只对 没有检查出宏观的结构缺陷的样本进行内部检查，因此，可以有效地 进行检查。
(第四实施例多个延迟光学单元)
本实施例显示了与上文所描述的太赫兹波检测设备有关的修改示 例。具体地说，修改示例涉及用于获得太赫兹波的光学系统。应当注 意，将省略对于上文所描述的实施例共同的描述部分。
图5涉及上文所描述的设备，显示了延迟光学单元104的另一 种模式。如图5所示，根据本实施例的延迟光学单元104由多个延 迟光学单元504a和504b构成。然后，各个延迟光学单元被分别调 节到由延迟时间调节单元105选定的测量位置。
例如，如上文所描述的实施例所描述的那样，考虑这样的情况 从样本109传播的太赫兹波具有脉冲(1)和(2)。根据上文所描述的 实施例，延迟时间调节单元105用于依次将延迟光学单元104移动 到对应于各个脉冲的位置。根据本实施例，如图5所示，延迟光学单
元504a和延迟光学单元504b被分别分配给对应于反射脉冲(1) 的位置和对应于反射脉冲(2)的位置，以测量太赫兹波的响应。
这里，如果确保设置的光程，则两个延迟光学单元可以是足够的， 并且两个延迟光学单元之间的位置关系不特别受限。
应当注意，根据本实施例，各个延迟光学单元分别对应于从样本 109传播的太赫兹波的各个反射脉冲，但是，模式不限于上面的情况。 例如，也可以釆用这样的模式太赫兹波的脉沖被设置为多个反射脉 冲组，并且延迟光学单元被分别分配给各个反射脉沖组。在此情况下， 延迟时间调节单元105执行设置相对于各个反射脉冲组的测量位置 并连续地移动分配的延迟光学单元的操作。
如此，通过使用并行地运转的多个延迟光学单元，可以缩短测量 太赫兹波的响应所需的时间长度。由于该原因，可以以更高的速度操 作根据本发明的实施例的设备。此外，如图10所示，还可以釆用这 样的配置向各个延迟光学单元分配多个检测单元。在此情况下，与 通过单个检测单元进行处理的模式相比，用于测量各个反射脉冲的等 待时间缩短，便于实现设备的更高速操作。 (第五实施例多个检测单元)
本实施例显示了与上文所描述的太赫兹波检测设备有关的修改示 例。具体地说，修改的示例涉及检测单元103的布局。应当注意，将 省略与上文所描述的实施例共同的描述部分。
图9涉及到目前为止所描述的设备，显示了检测单元103的另 一种模式。如图9所示，提供了根据本实施例的多个检测单元103。
例如，假设这样的情况取决于样本109的内部部分的状态，传 播样本109的太赫兹波的各个脉冲的传播方向是不同的。具体地说， 太赫兹波的脉冲(1)和(2)的传播方向彼此不同。在样本109的多 个折射率边界面相对于太赫兹波的入射方向具有不同的角度的情况 下，太赫兹波的脉冲(1)和(2)的传播方向彼此不同。对于检测单元 103，可以以最高灵敏度获得太赫兹波的布局是正在太赫兹波的传播路 径当中放置检测单元103的配置。这里，提供令人满意的灵敏度的布
25
局是指由检测单元103检测到的太赫兹波的强度变成最强的布局。当 存在具有不同传播方向的脉沖时，例如，可能会发生这样的现象脉 冲(1)的灵敏度是令人满意的，但是，至于脉冲(2)，到达检测单元 103的太赫兹波的强度变小，并检测灵敏度降低。由于该原因，在可 以对于各个脉冲以最高灵敏度获得太赫兹波的位置安置了多个检测单 元903a和903b。根据本实施例，检测单元903a被分配给脉冲(1)， 而检测单元903b 4皮分配给脉沖(2)。然后，在对应于由延迟光学单 元104选择的测量位置的同时，通过光路切换单元914，探测光(1) 和(2)被分别分配给检测单元903a和903b。然后，对于各个脉冲， 以最高灵敏度执行测量和检查。
应当注意，如第四实施例所描述的，才艮据本实施例，从样本109传 播的太赫兹波的脉冲对应于各个检测单元，但是，本发明不限于此模 式。例如，对于太赫兹波的脉冲，具有基本上相同的传播方向的脉冲 被设置为一个脉冲组。此时，检测单元被分配给各个脉沖组。
利用这样的配置，检测单元可以针对各个脉冲的传播方向优化， 因此，可以期望检测灵敏度的改善。此外，如图10所示，代替光路 切换单元914，可以使用这样的模式，即，使用第四实施例中所描述 的多个延迟光学单元。此时，在基本上相同的传播方向上，给各个延 迟光学单元分配脉冲。在此情况下，与处理单个延迟光学单元104的 模式相比，测量各个脉冲的等待时间缩短，由此，便于实现设备的更 高速度。
(第六实施例通过对测量次数进行计数的累积处理) 本实施例显示了与上文所描述的太赫兹波检测设备有关的修改示 例。具体地说，修改的示例涉及获得太赫兹波的方法。应当注意，将 省略与上文所描述的实施例共同的描述部分。
如图6所示，根据本实施例的设备具有进一步提供有用于测量次 数的计数器单元612的配置，该计数器单元用于测量太赫兹波的响应 并记录进行测量的次数。根据本实施例，计数器单元612设置进行测 量的次数，并对被测量到此测量次数的样本109的数量进行计数。根
据到目前为止所描述的配置，至于由输送单元108输送的样本109， 对一个样本109执行一次测量。如果由输送单元108输送的多个样 本109相同，则从各个样本109获得的测量结果基本上相同。根据 本实施例，处理单元107通过计数器单元612中的待记录的测量次 数，对多个测量结果执行累积处理，并获得平均测量结果。换句话说， 这里，不是获得单个样本109的测量结果，而是，获得多个样本109 的组的平均测量结果。测量模式可以是连续地测量相邻样本109的模 式或以某一个数的间隔离散地测量样本的模式。
应当注意，在图6中，处理单元107基于待测量的样本109的 数量，进行累积处理，但是，本发明不限于此模式。例如，如图7所 示，也可以采用这样的配置被配置为分割测量时间的计数器单元712 累积由检测单元103在预定测量时间中测量的数据。
此外，根据上文所描述的实施例，已经描述了这样的模式太赫 兹波被依次照射到单个样本109，但是，本发明不限于此模式。例如， 如图8所示，也可以釆用这样的配置通过使太赫兹波的照射区域变 宽，利用太赫兹波集体地照射多个样本109。
如此，通过提供累积来自多个待测量的对象的响应的配置，可以 取决于测量系统或测量环境，减轻噪声的影响，并且期望改善信号检 测精确度。
(第七实施例光纤激光器)
本实施例显示了与太赫兹波检测设备有关的模式。具体地说，本 实施例涉及激光单元101的修改示例。应当注意，将省略与上文所描 述的实施例共同的描述部分。
才艮据上文所描述的实施例，钛蓝宝石激光器用于激光单元101, 但是，根据本实施例，使用光纤激光器。
光纤激光器是小型并且稳定的超短脉沖激光器源，其主要是光学 激光器。图11显示了光纤激光器的配置示例。如图11所示，通过 包括以下组件来实现光纤激光器
毫微微秒(femtosecond)光纤激光器1101
1/2波长板1102和1106 放大单元1103 隔离器1104 色散补偿单元1105 偏振束分离器1107
PPLN (周期性极化铌酸锂)元件1108，其是有效的波长转换
元件
绿光截止滤波器1109 二向色镜1110
毫微微秒光纤激光器1101对于振荡介质使用光学激光器。中心 波长是1558 nm，平均强度是5 mW，脉宽是300 fsec,而循环频率 是48MHz。与固态激光器相比，这种类型的毫微微秒光纤激光器 1101更小并且更加稳定。使用1/2波长板1102和1106来调节偏 振。放大单元1103是被配置为放大来自亳微微秒光纤激光器1101 的光脉冲的强度的部件。其强度被放大单元1103放大的光脉冲,皮色 散补偿单元1105转换为短脉冲。PPLN1108是4皮配置为生成780 nm的分量的部件，该分量是转换为短脉冲的光脉沖的二次谐波分量。 随后，通过使用绿光截止滤波器1109和二向色镜1110，以所需的分 支比输出谐波分量780 nm以及参考波分量1550 nm。此谐波分量相 当于LT-GaAs的吸收波长，并用于根据本实施例的光导元件的激发 光。应当注意，在InGaAs用于光导元件的半导体薄膜的情况下，参 考波分量也可以用于用来激励载波的激发光。在此情况下，也可以省 略用于生成并提取更高次谐波的光学系统。
下面，将描述与放大单元1103和色散补偿单元1105有关的细节。
图12显示了放大单元1103的配置示例。如图12所示，通过 包括以下组件来实现放大单元1103:
三个激光二极管(在图中简称为LD) 单模光纤1201
WDM (波分复用)耦合器1202和1205 偏振控制器1203 添加了 Er (铒)的光纤1204 偏振光束合并器1206 相对于1.56 |im的波长，单模光纤1201具有-21.4ps2/km的 二次群速度色散，9.3 的模场半径，1.89W"knT1的非线性系数，
以及4.5 m的光纤长度。相对于1.56 ((m的波长，添加了 Er的光纤1204 具有6.44 ps2/km的二次群速度色散，8.0 ( (m的模场半径，2.55W-lkm-1的非线 性系数，以及6.0 m的光纤长度。三个LD具有1480 nm的波长和400 mW的强度。 如图12所示，这些LD中的一个用于前向激励，这些LD中的两个用于反向激励。
从毫微微秒光纤激光器1101传入的光脉冲的脉宽由于群速度色 散的影响而在单模光纤1201中扩张。利用此配置，临时抑制了光脉 沖的峰值强度。结果，光脉冲可以抑制在添加了 Er的光纤1204中 传播时生成的过度的非线性效应，因此，可以执行有效的能量放大。 根据此配置，可以期望光脉冲的平均强度大约是20 dB。
图13显示了色散补偿单元1105的配置示例。色散补偿单元 1105具有与通过放大单元1103生成的色散特性相反的色散特性。从 放大单元1103输出的光脉沖由于在添加了 Er的光纤1204中生 成的自我相位调制的影响，具有频带广泛地扩散的倾向。鉴于上述情 况，在色散补偿单元1105中，补偿了各个波长中的色散，以便获得 比毫微微秒光纤激光器1101的脉宽更短的脉冲。如图13所示，根 据本实施例，色散补偿光纤1301用于色散补偿单元1105中。具体 地说，作为色散补偿光纤1301，使用了大孔直径的光子晶体光纤。相 对于1.56 nm的波长，本实施例中所使用的色散补偿光纤1301具有 -30.3ps2/km的二次群速度色散，26|uin的模场半径，0.182W"km1 的非线性系数，以及0.42m的光纤长度。利用此配置，可以期望所 获得的光脉冲的脉宽大约是55fsec，可以期望平均强度大约是280 mW。
如上文所描述的，对于光导元件的半导体薄膜，在使用LT-GaAs
的情况下，通过PPLN1108生成第二更高次谐波，以获得激发光。 在PPLN 1108中，除此谐波分量(780 nm)之外，还输出参考波分 量(1550 nm)，由此，使用二向色镜1110来进行分离。此外，在PPLN 1108中，除第二更高次谐波之外，还轻^t地生成作为第三更高次谐波 的绿光，由此，通过绿光截止滤波器1109来去除绿光。根据这样的 配置，可以期望780 nm频带内的光脉沖的乐K宽大约是58 fsec，可 以期望平均强度大约是60mW。此外，还可以期望1550 nm频带内 的光脉冲的脉宽大约是64fsec，可以期望平均强度大约是170 mW。
在某些情况下，如图14A和14B所示，还可以通过^f吏用高度非 线性光纤来执行脉冲压缩。图14A是用于压缩1550 nm频带中的光 脉冲的结构图。此外，图14B是用于压缩780 nm频带中的光脉沖 的结构图。应当注意，这些配置仅仅是示例模式，执行脉沖压缩的方 法不限于此方法。
在图14A中，为了在1550 nm频带中执行脉冲压缩，使用单模 光纤1401和高度非线性光纤1402。相对于波长1.56 pm，单模光纤 1401具有-21.4ps2/km的二次群速度色散，1.89W"knT1的非线性系 数，以及0.115 m的光纤长度。相对于波长1.56 nm，高度非线性光 纤1402具有-14.6ps2/km的二次群速度色散，4.53W"kirT1的非线 性系数，以及0.04 m的光纤长度。此外，从光纤输出的光脉冲具有 抛物面反射镜，以进行校准，以便避免由于透镜中的色散而导致的脉 冲扩散。根据这样的配置，可以期望所获得的光脉冲的脉宽大约是22 fsec，可以期望平均强度大约是120 mW。
在图14B中，为了在780 nm频带中执行脉沖压缩，使用了高 度非线性的光纤1402和啁啾镜(chirped mirror) 1403。啁嗽镜1403 是负色散啁啾镜。每当镜子具有一次反射时，施加大约-35 fs2的色 散。当多次在啁啾镜1403之间反射光脉冲的同时，执行脉沖压缩。 这里，使用lm高度非线性光纤1402。根据这样的配置，可以预计 所获得的光脉沖的脉宽大约是37fsec，可以预计平均强度大约是30 mW。根据本实施例，此光脉冲被用作光导元件的激发光。应当注意，
光纤激光器的具体配置和各个参数不限于上面的情况，本领域普通人 员可以根据各种用途适当地进行选择。
此外，根据本实施例，光导元件用于生成单元102。如上文所描 述的，通过使用没有电极或有机晶体的半导体衬底，可以抑制由于电 极配置导致的太赫兹波段的限制，并且可以期望更宽频带(窄脉冲宽 度)的响应波形。具体地说，DAST晶体(4-二曱基^J^-N-曱基-4-杂 芘曱笨璜酸酯)用于生成单元102 ，而基于LT-GaAs的光导元件用 于检测单元103 。此时，从光纤激光器，通过照射作为探测光的1550 nm频带中的光，照射作为探测光的780 nm中的光，可以生成半带 宽为大约200 fs的太赫兹波(大约7.5 THz的频带)。
如此，通过使用激光单元101的光纤激光器，可以期望设备的稳 定性、较小的尺寸和较低的价格。
虽然已经参考示范性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发 明不限于所公开的示范性实施例。以下权利要求的范围应该被给予最 广泛的解释，以便包含所有修改以及等效的结构和功能。
权利要求
1. 一种用于获得与透射过样本或被样本反射的太赫兹波有关的信息的设备，所述设备包括:生成单元，用于生成太赫兹波；检测单元，用于检测由生成单元生成的、并透射过样本或被样本反射的太赫兹波；延迟单元，用于改变检测单元检测太赫兹波的定时；存储单元，用于预先存储与样本有关的信息；以及波形获得单元，用于获得由延迟单元获得的透射的或反射的太赫兹波的时间波形，其中，延迟单元是可控制的，以允许检测单元在与所述时间波形有关的如下区域中检测太赫兹波，所述区域是基于预先存储在存储单元中的与样本有关的信息而设置的，并且所述区域中的透射的或反射的太赫兹波的时间波形被获得。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，预先存储在存储单元 中的与样本有关的信息是由波形获得单元先前获得的透射过样本或被样本反射的太赫兹波的时间波形。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述区域是所述时间 波形的脉冲。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，波形获得单元通过基 于由延迟单元改变的定时对由检测单元检测到的太赫兹波进行釆样， 获得透射过样本或被样本反射的太赫兹波的时间波形。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，延迟单元改变生成太 赫兹波的定时以及检测太赫兹波的定时中的至少一个。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，基于所述区域中的透 射的或反射的太赫兹波的所述时间波形，获得与样本有关的信息。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，将所述区域中的透射 信息进行比较，以导出样本的状态。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，对测量样本的次数进 行计数，累积由检测单元检测到的测得太赫兹波，以通过使用累积值 和所述次数获得太赫兹波的平均强度。
9. 根据权利要求1所述的设备，进一步包括被配置为生成脉 冲激光的光纤激光器，其中生成单元包括^L配置为通过照射所述脉冲激光生成太赫兹波的 光导元件；以及检测单元包括被配置为通过照射所述脉冲激光检测太赫兹波的 光导元件。
10. —种获得与透射过样本或被样本反射的太赫兹波有关的信 息的方法，所述方法包括生成太赫兹波；检测所生成的太赫兹波入射到样本而得到的太赫兹波； 通过改变检测定时，获得透射的或反射的太赫兹波的时间波形； 改变定时，以便在与预先获得的所述时间波形有关的如下区域中检测透射的或反射的太赫兹波，所述区域是基于透射过样本或被样本反射的太赫兹波的所述时间波形而设置的；以及，获得所述区域中的透射的或反射的太赫兹波的时间波形。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，将所述区域中检测波的所述时间波形的脉冲进行比较，以导出样本的状态。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述反射的太赫兹 波是被样本的折射率边界面反射的脉冲。
13. —种用于获得与透射过样本或被样本反射的太赫兹波有关 的信息的设备，所述设备包括光纤激光器，被配置为生成脉冲激光；生成单元，用于通过照射所述脉冲激光生成太赫兹波；检测单元，用于通过照射所述脉冲激光检测由生成单元生成的、并透射过样本或被样本反射的太赫兹波；延迟单元，用于改变检测单元检测太赫兹波的定时； 波形获得单元，用于获得由延迟单元获得的透射的或反射的太赫兹波的时间波形；以及存储单元，用于存储由波形获得单元先前获得的透射过样本或被样本反射的太赫兹波的时间波形，其中，对测量样本的次数进行计数，累积由检测单元检测到的测得太赫兹波，以通过使用累积值和所述次数获得太赫兹波的平均强度，其中，延迟单元是可控制的，以允许检测单元在与所述时间波 形有关的如下区域中检测太赫兹波，所述区域是基于预先存储在存储 单元中的太赫兹波的所述时间波形而设置的，其中，通过太赫兹波的所述平均强度，获得所述区域中的透射 的或反射的太赫兹波的时间波形，其中，将所述区域中的透射的或反射的太赫兹波的所述时间波较，以导出样本的状态。
全文摘要
本发明涉及用于获得与太赫兹波有关的信息的设备和方法。所述设备能够获得设置的区域中的透射过样本或被样本反射的太赫兹波的时间波形。延迟单元被配置为改变检测单元检测发自由生成单元生成的太赫兹波的、透射过样本或被样本反射的太赫兹波的定时。波形获得单元被配置为获得通过使用延迟单元所获得的透射太赫兹波的时间波形。可以使用一个以上的延迟单元是可控制的，以便检测单元在与所述时间波形有关的如下区域中检测透射的太赫兹波，所述区域是基于预先存储在存储单元中的与样本有关的信息而设置的。然后，获得该区域中的透射的太赫兹波的时间波形。
文档编号G01N21/00GK101377406SQ20081021246
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月31日
发明者井辻健明 申请人:佳能株式会社