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DELAY TIME MODULATION FEMTOSECOND TIME-RESOLVED SCANNING PROBE MICROSCOPE APPARATUS

Foreign code F040000694
File No. (A041P121)
Posted date Feb 22, 2005
Country WIPO
International application number 2002JP012273
International publication number WO 2003/046519
Date of international filing Nov 25, 2002
Date of international publication Jun 5, 2003
Priority data
  • P2001-360047 (Nov 26, 2001) JP
Title DELAY TIME MODULATION FEMTOSECOND TIME-RESOLVED SCANNING PROBE MICROSCOPE APPARATUS
Abstract An apparatus for measuring a physical phenomenon caused by light excitation having an extreme resolution in both time and space domains, particularly a delay time modulation time-resolved probe scanning microscope. The apparatus comprises an ultra-short light laser pulse generator (2), a delay modulation circuit (6) for splitting an ultra-short light laser pulse (3) generated by the ultra-short light laser pulse generator (2) into two pulses and frequency-modulating (omega) the delay time td between the two ultra-short light laser pulses (4, 5), a scanning probe microscope (17), and a lock-in detector (8) for detecting lock-in of a probe signal of the microscope (17) with a modulation frequency (omega) of the delay time. The delay-time dependence of the probe signal (11) on the delay time is determined as a change of rate without being influenced by the fluctuation of the intensity of the ultra-short light laser pulse (3) and without thermal expansion and thermal contraction of the chip of the probe (19) caused by the application of the ultra-short light laser pulse (3). With a femtosecond-order time resolution and an angstrom-order space resolution, a light excitation physical phenomenon depending on the delay time between ultra-short light pulses can be measured.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】超短光レーザーパルス装置と、この超短光レーザーパルス装置の発生する超短光パルスを二つに分けると共にこの二つの超短光パルス間の遅延時間を設定し、かつこの設定した遅延時間を中心として一定の周波数で遅延時間を変調する遅延変調回路と、この遅延変調回路で変調された上記二つの超短光パルスが照射される試料の直上に、プローブをこのプローブ先端と上記試料表面との間にトンネル接合が形成されるように配置し、かつ上記試料の面上で上記プローブを走査する走査プローブ顕微鏡と、この超短光パルスが照射される走査プローブ顕微鏡のプローブ信号を、上記遅延時間の変調周波数を参照信号としてロックイン検出するロックイン検出装置と、を有することを特徴とする、遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項2】前記超短光レーザーパルス装置は、フェムト秒オーダーのパルス幅を有する超短光パルスを一定周期で発生することを特徴とする、請求の範囲1に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項3】前記遅延変調回路は、ハーフミラーと、ピエゾ・ステージに固定されたミラーから成る二組の可動ミラーとを有し、この二組の可動ミラーの一方又は両方を駆動して、遅延時間の中心値を変化させると共にこの遅延時間を中心遅延時間として一定周波数で変調することを特徴とする、請求の範囲1に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項4】前記ロックイン検出装置は、前記遅延時間の変調周波数を参照周波数としてロックイン検出し、前記プローブ信号の前記遅延時間の中心値における、遅延時間に対する変化率に比例した量を検出することを特徴とする、請求の範囲1に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項5】前記走査プローブ顕微鏡は、走査トンネル顕微鏡又は原子間力顕微鏡であることを特徴とする、請求の範囲1に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項6】超短光レーザーパルス装置と、この超短光レーザーパルス装置の発生する超短光パルスから複数の波長の異なる超短光パルスを発生し、かつ、これらの波長の異なる複数の超短光パルス間の遅延時間を設定できる超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置と、上記複数の超短光パルスの波長を設定し、これらの複数の超短光パルス間の遅延時間を設定し、かつ、これらの遅延時間を一定タイミングで変調する制御信号を上記超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置の二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器に送出し、かつ、上記遅延時間の変調タイミングをロックイン検出の参照信号としてロックイン検出器に送出する、波長・遅延時間・変調タイミング制御装置と、この波長・遅延時間・変調タイミング制御装置で制御され、上記超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置から出力する複数の超短光パルスが照射される試料の直上に、プローブをこのプローブ先端と上記試料表面との間にトンネル接合が形成されるように配置し、かつ上記試料の面上で上記プローブを走査する走査プローブ顕微鏡と、この超短光パルスが照射される走査プローブ顕微鏡のプローブ信号を上記変調タイミングを参照信号としてロックイン検出するロックイン検出装置と、を有することを特徴とする、遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項7】前記波長・遅延時間・変調タイミング制御装置は、所望の前記複数の超短光パルスの波長、遅延時間及び変調タイミング周波数の入力値に基づいて、前記二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器の制御信号を計算し、この制御信号を上記二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器に出力し、かつ、上記変調タイミング信号を前記ロックイン検出装置に出力するコンピュータからなることを特徴とする、請求の範囲6に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項8】前記ロックイン検出装置は、前記変調タイミングを参照周波数としてロックイン検出し、前記プローブ信号の前記遅延時間における、遅延時間に対する変化率に比例した量を検出することを特徴とする、請求の範囲6に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。

【請求項9】前記走査プローブ顕微鏡は、又は原子間力顕微鏡であることを特徴とする、請求の範囲6に記載の遅延時間変調型フェムト秒時間分解走査プローブ顕微鏡装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Japan Science And Technology Corporation
  • Inventor
  • Shigekawa, Hidemi
  • Takeuchi, Osamu
  • Yamashita, Mikio
  • Morita, Ryuji
IPC(International Patent Classification)
Reference ( R and D project ) CREST Quantum Effects and Related Physical Phenomena AREA
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