電磁波変調器
【課題】一つのフラッシュランプを用い、パルス立上りおよび立下りの変調動作時間を任意に変えることができる、小型で安価な電磁波変調器を提供すること。
【解決手段】フラッシュランプ１からのパルス光をハーフミラー６ａにより照度の異なる２つに分割して２枚のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射する。電磁波源１３から放射される被変調電磁波（波長１×１０- 3 〜１×１０- 4 ｍ）は第１のＳｉ基板７ａに入射し、フラッシュランプ１からパルス光が照射されるとＳｉ基板７ａで反射する。第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光は、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光より照度が小さいので、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、Ｓｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板７ｂを透過し出力電磁波として出力される。ハーフミラー６ａに変えて波長分割ミラーを用い波長の異なる２つに分割してもよい。
【解決手段】フラッシュランプ１からのパルス光をハーフミラー６ａにより照度の異なる２つに分割して２枚のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射する。電磁波源１３から放射される被変調電磁波（波長１×１０- 3 〜１×１０- 4 ｍ）は第１のＳｉ基板７ａに入射し、フラッシュランプ１からパルス光が照射されるとＳｉ基板７ａで反射する。第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光は、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光より照度が小さいので、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、Ｓｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板７ｂを透過し出力電磁波として出力される。ハーフミラー６ａに変えて波長分割ミラーを用い波長の異なる２つに分割してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波の伝播状態を変化させる電磁波変調器に関するものであり、特に詳しくは波長１０-3〜１０-4ｍ程度のいわゆるミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年ミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波に関する技術が注目され、特にそれらの電磁波を用いたイメージング、分光分析等が応用として期待されている。
イメージング、分光分析等の応用を実用化するためには、当該波長域の電磁波の発生、検出技術に加えて、電磁波の強度を変調あるいはパルスチョッピングすることが要素技術として不可欠である。
特にイメージング、分光分析への応用のためには、被変調電磁波をパルスチョッピングすることが求められ、望ましくはパルス立上りおよび立下り時間（以降、変調動作時間と呼ぶ）を約１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで任意に変えられることが求められる。さらに望ましくは、変調動作時間の最短時間にして１０-9ｓｅｃ．程度を達成することが求められる。
【０００３】
電磁波をおよそ１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで変調する方法として、ポッケルスセル、カーセル等の電気光学素子や音響光学変調素子を用いる方法が一般的であるが、ミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波に対して動作するものは存在しない。
１０-9ｓｅｃ．の変調動作時間の強度変調あるいはパルスチョッピングを行う手法として、バンドギャップが被変調電磁波のフォトンエネルギーよりも大きい半導体基板に電磁波を透過または反射させ、半導体基板上にバンドギャップよりフォトンエネルギーの大きい励起光を入射することにより半導体基板内に自由キャリア（電子および正孔）を生成し、自由キャリア密度を変化させることで複素屈折率を変化させ、電磁波の透過率または反射率を変化させる方法がある。一般に励起光源としては変調に十分な照度を得やすいパルスレーザ、特に１０-8ｓｅｃ．以下のパルス幅であるＱスイッチＹＡＧレーザが用いられている。
【０００４】
例えば非特許文献１には、上述したＱスイッチＹＡＧレーザによりＳｉ基板を透過させた波長２１４．５８μｍの電磁波を変調し、パルスチョッピングする技術が記載されている。
また、特許文献１には、シリコンウエハの表面層の評価する方法が記載され、電磁波を照射した半導体基板にパルス励起光を入射し、電磁波の変調を測定することにより半導体基板の不純物濃度等の物理量を測定することが開示されている。
【０００５】
図１５に励起光源としてパルスレーザを用いた従来の電磁波変調器の一例を示す。
電磁波源１３から出力される被変調電磁波１０ａは、入射側軸外し放物面ミラー１１を介して第１のシリコン基板（Ｓｉ基板）７−１に入射して、励起光であるパルスレーザ光２５により変調され、その反射電磁波１０ｂは第２のＳｉ基板７−２に入射する。第２のＳｉ基板７−２に入射した電磁波１０ｂは、上記と同様、励起光であるパルスレーザ光２６により変調され、その透過電磁波１０ｄは、出射側軸外し放物面ミラー１２を介して電磁波の照射対象１４に出力される。
【０００６】
励起光にはＱスイッチＹＡＧレーザ発信器２１（波長１０６４ｎｍ，パルス幅１０-8ｓｅｃ．）を用いている。
ＹＡＧレーザ発信器２１のパルスレーザ光２２はハーフミラー２３で２つに分けられ、一方のパルスレーザ光は、ミラーＭ１，Ｍ２を介して１枚目のＳｉ基板７−１に照射され、もう一方は光学遅延装置２４（遅延時間ｔｄ）およびミラーＭ３を介して２枚目のＳｉ基板７−２に照射される。なお、Ｓｉ基板７−１，７−２上の照度は例えば、約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。
光学遅延装置２４は例えば同図に示すように入射したパルスレーザ光を複数のミラーＭ４１〜Ｍ４ｎで反射させて光路長をかせぎ、遅延させるものであり、図１６（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７−１に入射するパルス状のレーザ光２５に対して、第２のＳｉ基板７−２に入射するパルス状のレーザ光２６を遅延時間ｔｄだけ遅延させる。
【０００７】
前述したように半導体基板に励起光を照射することにより、励起光はその波長に応じた光侵入長だけ半導体基板に侵入し吸収され、自由キャリアを励起する。
被変調電磁波に対する半導体基板の反射率（Ｒ）および消衰係数（ｋ）は上記励起される自由キャリア密度に強く依存し、自由キャリア密度が高いほど反射率（Ｒ）は１に近づき、消衰係数（ｋ）は大きくなる。
したがって、第１のＳｉ基板７−１に励起光であるパルスレーザ光２５が入射すると、第１のＳｉ基板７−１に入射している被変調電磁波１０ａは、第１のＳｉ基板７−１で反射し、反射した電磁波１０ｂは、第２のＳｉ基板７−２に入射する。
このとき、第２のＳｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が照射されていないと、第２のＳｉ基板７−２に入射した電磁波は、Ｓｉ基板７−２を透過し、この透過電磁波は、入射側軸外し放物面ミラー１２を介して電磁波の照射対象１４に出力される。
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板７−１にパルスレーザ光２５が入射すると、照射対象１４へ出力される電磁波は増大し、飽和する。
【０００８】
ついで、遅延時間Ｔｄ経過後、第２のＳｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が入射すると、第２のＳｉ基板７−２の反射率か増大する。このため、第１のＳｉ基板７−１で反射して第２のＳｉ基板に入射した電磁波１０ｂは第２のＳｉ基板７−２で反射され、照射対象１４へ出力されなくなる。
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が入射すると、照射対象１４へ出力される電磁波は減衰する。
なお、励起光により励起された自由キャリアは、励起光の照射が停止しても直ちに消滅せず、励起されたキャリアの密度は拡散および再結合によって漸減し、それに伴い反射率も漸減する。励起光照射後、反射率が励起前の値まで戻るまでの時間は主に励起キャリアの再結合緩和時間に依存し、典型的には１００μｓのオーダーである。
したがって、第２のＳｉ基板７−２を用いずに、第１のＳｉ基板７−１のみを用いて電磁波を変調する場合、出力される電磁波の幅（持続時間）は例えば上記１００μｓのオーダーとなる。
【０００９】
以上のように、被変調電磁波１０ａは、第１のＳｉ基板７−１と第２のＳｉ基板７−２へ照射される励起光２５，２６により変調され、照射対象１４へは、立ち上がり、立下り特性が、第１のＳｉ基板７−１での変調によるパルス立上り変調動作時間と、第２のＳｉ基板７−２での変調によるパルス立下り変調動作時間とで定まり、励起光２５，２６の遅延時間ｔｄに応じた幅の電磁波が出力される。
なお、この電磁波の立上りおよび立下りの変調動作時間はほぼレーザパルス幅で定まる１０-8ｓｅｃ．であり、Ｓｉ基板の透過率が９０％から１０％まで変化する時間で定義すると、１ｎｓ〜１０ｎｓである。
【００１０】
図１５に示した装置は、被変調電磁波の立上りおよび立下りの変調動作時間が、上述したように、ほぼレーザパルス幅である１０-8ｓｅｃ．で定まり、この値を任意に変えることはできない。
また、ＱスイッチＹＡＧレーザは大型で高価であるうえに、光学遅延の長さは例えばｔｄ＝５×１０-8ｓｅｃ．の場合１５ｍとなり、アライメントなどの取扱いが容易ではないという欠点がある。
ハーフミラーと光学遅延を用いずに、ＱスイッチＹＡＧレーザを２台独立に駆動して２枚の基板に照射することも可能であると考えられるが、システムとしてはさらに大型で高価になる。
【特許文献１】特開平６−９７２４９号公報
【非特許文献１】莅戸 立夫、外２名、「光照射半導体基板を用いたサブミリ波変調法」、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−１、Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｃ−１、Ｎｏ．６、ｐｐ．２５９−２６６、１９９７年６月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、半導体基板上に励起光を入射することにより電磁波の透過率または反射率を変化させる方法が知られており、この励起光源として変調に十分な照度を得やすいパルスレーザを用いられる。
しかしながら、パルスレーザによる動作では１０-8ｓｅｃ．以下の変調動作時間は容易に得られるが、約１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで任意に変えることはできないという問題があった。
さらに、ＱスイッチＹＡＧレーザをはじめとするパルスレーザは、光源や検出器などの他の構成機器に比して大型で高価であり、これらを用いたシステムの実用化を阻む一因となっている。一方任意の光パルス波形を得られるＬＥＤ等の固体発光素子では、十分な変調を達成するための照度を発生できない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、一つのフラッシュランプを用い、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を任意に変えることができ、かつ従来励起光源であるパルスレーザを用いたものよりも遥かに小型で安価な電磁波変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
被変調電磁波に対する半導体基板の反射率（Ｒ）および消衰係数（ｋ）は励起される自由キャリア密度に強く依存し、自由キャリア密度が高いほど反射率（Ｒ）は１に近づき、消衰係数（ｋ）は大きくなる。
例として、図１１に波長３×１０-4ｍの電磁波に対するシリコン（Ｓｉ）の反射率の自由キャリア密度依存性を示す。同図の横軸は自由キャリア密度、縦軸は反射率（Ｒ）である。
同図から明らかなように、およそ、６×１０21ｍ-3以上の自由キャリア密度が達成できれば反射率（Ｒ）はほぼ１となり飽和することがわかる。
励起光はその波長に応じた光侵入長だけ半導体基板に侵入し吸収され、自由キャリアを励起する。励起された自由キャリアは半導体基板内を拡散する。半導体基板に吸収される励起光量とその時間波形、光侵入長および拡散の度合いによって達成される自由キャリア密度が決まる。
【００１４】
図１２はシリコン（Ｓｉ）に対する光侵入長の波長特性を示している。横軸は波長、縦軸は光侵入長である。
光侵入長は波長２００−３００ｎｍで最も小さく（約１０ｎｍ）なるため、同じ照度で比較した場合、波長２００−３００ｎｍ近傍の光による励起では他の波長域の光による励起に比べ、表面極近傍で非常に高いキャリア密度を得ることができる。
パルス光を励起光として入射する場合、その照度が非常に大きければ、非常に高い自由キャリア密度を達成することが可能である。
【００１５】
図１３（ａ）にフラッシュランプから放射されるパルス光の光照度を示し、図１３（ｂ）にフラッシュランプのパルス光を励起光としたときの、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す。同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃの照度のパルス光を励起光としたときのＡ，Ｂ，Ｃそれぞれの立ち上がり特性を示している。
なお、フラッシュランプのパルス光のパルス幅は、図１３（ａ）に示すように概ね１０μｓ〜１０００μｓであり、これに対し、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり時間は、図１３（ｂ）に示すように概ね１ｎｓ〜１００ｎｓである。
フラッシュランプの照度は非常に大きいので、図１３に示すように、光パルスの立上り時間よりも遥かに早く被変調電磁波の反射率が飽和（≒１）に達し、パルス光の立上り時間よりも遥かに短い変調動作時間を得られる。
【００１６】
また、図１３から分かるように、励起光の照度に応じてシリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり時間は変化する。
したがって、例えば減光フィルタ等により励起光照度を調整すれば、変調動作時間を任意に調整することができる。
励起された自由キャリア密度は励起光入射終了後、拡散および励起キャリア（電子および正孔）同士の再結合により漸減する。それに従って反射率もまた励起光入射終了後漸減する。再結合までの平均時間（再結合緩和時間）が長いほど、反射率を飽和させるための励起光照度は小さくてすみ、励起光入射終了後の反射率の減少は遅くなる。
また同じ照度であっても、光侵入長が短い波長ほど、高いキャリア密度を得ることができ、短い変調動作時間を得ることができる。
図１４（ａ）にフラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルを示し、図１４（ｂ）にフラッシュランプのパルス光を励起光としたときの、波長Ａ（例えば３００ｎｍ），波長Ｂ（４００ｎｍ），波長Ｃ（５００ｎｍ）に対するシリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す。同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃの波長のパルス光を励起光としたときのＡ，Ｂ，Ｃそれぞれの立ち上がり特性を示している。
波長がＡ，Ｂ，Ｃのときの立ち上がり変調動作時間は、Ｓｉ基板上の照度が２００ｍＪ／ｃｍ2 のとき、それぞれ概ね２ｎｓ，１０ｎｓ，５０ｎｓである。
例えば、光侵入長が短い波長３００ｎｍの光（図１２参照）を励起光とした場合に、最も立ち上がり変調動作時間が短くなる。
【００１７】
本発明は以上の観点に立って成されたものであり、励起光源としてパルス幅およそ１０-4〜１０-6ｓｅｃ．のフラッシュランプを用い、フラッシュランプからのパルス光を照度または波長分布の異なる２つに分割して、２枚の半導体基板に照射し、被変調電磁波を２枚の半導体基板にて順次反射および透過させ、反射により電磁波のパルスを立ち上がりを形成し、透過によりパルスの立ち下がりを形成するように構成したものである。
これにより、一つのフラッシュランプを用いて、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を得ることができる。
また、２枚の半導体基板に照射されるパルス光の照度、２枚の半導体基板の特性、あるいは２枚の半導体基板に照射されるパルス光の波長を変えることにより、任意の立ち上がり、立下り変調動作時間のパルスチョッピングを実現でき、しかも従来のパルスレーザを励起光源として用いた電磁波変調器よりも遥かに小型で安価な構成の電磁波変調器を提供できる。
半導体基板はＳｉ，ＳｉＣ；ＧａＡｓ，ＧａＰ，Ｇｅ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ等が使用できるが、特に再結合緩和時間が長いＳｉが適している。また半導体基板への励起光の吸収効率を高めるために、半導体表面上に励起光の反射を低減する手段を備えていることがさらに望ましい。
【００１８】
以上に基づき、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。
そして、フラッシュランプパルス光を照度の違う２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることにより、出力電磁波のパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることにより、出力電磁波のパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
（２）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。そして、フラッシュランプパルス光を２つに分割し、該分割された光を励起光として、被変調電磁波に対する変調動作時間が異なる第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
（３）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。
そして、フラッシュランプパルス光を、波長の異なる２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
ことを特徴とする電磁波変調器。
（４）上記（１）〜（３）において、励起光源であるフラッシュランプを、コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、上記帰還伝送路の、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成し、フラッシュランプからの放射光を半導体基板に集光照射して励起光とする。
（５）上記（４）において、上記帰還伝送路のフラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部を、電極間軸にほぼ平行で該電極間軸に対称に配置された複数の線状の導体で構成する。
（６）上記（１）〜（５）において、半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆し、励起光反射率を低減する。
（７）上記（１）〜（６）において、半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設け、励起光反射率を低減する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）半導体基板に励起光を照射して、半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより電磁波を変調する電磁変調器において励起光を照射する励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプからのパルス光を照度または波長分布の異なる２つに分割して、２枚の半導体基板に照射し、被変調電磁波を２枚の半導体基板にて順次反射および透過させ、反射により電磁波のパルスを立ち上がりを形成し、透過によりパルスの立ち下がりを形成するように構成したので、一つのフラッシュランプを用い、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を任意に変えることができる。
また、パルスレーザを用いたものよりも遥かに小型で安価とすることができる。
（２）２枚の半導体基板に照射されるパルス光の照度、２枚の半導体基板の特性、あるいは２枚の半導体基板に照射されるパルス光の波長を変えることにより、任意の立ち上がり、立下り変調動作時間のパルスを生成することが可能となる。
（３）コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、上記帰還伝送路の、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成することにより、伝送経路インダクタンスを極端に小さくすることができ、非常に高い電流密度を得ることができる。
また、インダクタンスをほとんど増加させることなく、放射される光のほとんどを集光素子に導くことができ、結果として半導体基板への光侵入長が小さい波長２００−３００ｎｍの光を多く含む極めて高照度の照射が可能となる。
さらに、フラッシュランプの極間を短くすることができ、アーク長を短くすることができるので、楕円集光ミラーなどを用いて、フラッシュランプからの光を効率よく集光することができる。
（４）半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆したり、半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設けることにより、励起光反射率を低減することができ、照射された励起光が半導体基板に吸収される割合を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に本発明の望ましい実施形態である電磁変調器の第１の実施例を示す。
図１において、１は例えば棒状のフラッシュランプ、２はフラッシュランプの光を集光する樋状の集光ミラーであり、同図はフラッシュランプの長手方向の軸に垂直な平面できった断面図を示している。
図１に示すフラッシュランプ１は透光性材料からなるバルブ１ｅ内に放電ガスが封入され、且つ、該バルブ１ｅ内に、図示しない対向配置された一対の電極が設けられ、バルブ１ｅの外側にはトリガ線１ａが取り付けられている。
上記一対の電極は、給電ライン５を介してコンデンサＣに接続され、コンデンサＣには充電電源４が接続されている。
【００２１】
上記充電電源４からコンデンサＣに充電したのち、コンデンサＣに充電されたエネルギを給電ライン５を介してフラッシュランプ１の図示しない電極に印加することにより電極間にアークが発生し、フラッシュランプ１は点灯する。これにより、フラッシュランプ１からパルス光が放射される。
トリガ線１ａとトリガパルス発生器３はトリガパルス供給ライン３ａを介して接続されており、トリガ線１ａに高電圧パルスを印加することでフラッシュランプ１の放電を始動することができる。
なお、前述したように、変調動作時間を１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲で変えることが可能な励起光を照射するためには、上記フラッシュランプとして、８ｋＡ／ｃｍ2 以上の高電流密度で駆動され、ランプパルス幅が半値幅にして１ｍｓ以下のものが望ましい。
【００２２】
フラッシュランプ１からのパルス光は集光ミラー２で集光され、ハーフミラー６ａにより照度の違う２つに分割される。すなわち、ハーフミラー６ａで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、ハーフミラー６ａを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
その際、被変調電磁波に対する変調動作時間は、第１のＳｉ基板７ａのほうが、第２のＳｉ基板７ｂよりも短くなるように励起光を分割する。
すなわち、図２（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光の照度Ｌｐ１が、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光の照度Ｌｐ２より大きくなるように励起光を分割する。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射された電磁波１０ｃは第２のＳｉ基板７ｂに入射し、第２のＳｉ基板７ｂを透過した電磁波１０ｅが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。なお、電磁波１０ｂは第１のＳｉ基板７ａの透過光、電磁波１０ｄは第２のＳｉ基板の反射光である。
【００２３】
上記のようにフラッシュランプ１からパルス光をＳｉ基板７ａ，７ｂに照射すると、Ｓｉ基板７ａ，７ｂの被変調電磁波に対する反射率はランプ光パルス立上りよりも早く１に達し飽和する。
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光の照度の方が、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光の照度より大きいため、図２（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。 前述したように、励起光により励起された自由キャリアは、励起光の照射が停止しても直ちに消滅せず、励起光照射後、反射率が励起前の値まで戻るまでに要する時間は典型的には１００μｓのオーダーである。このため、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図２（ｃ）に示すように持続する。
一方、第２のＳｉ基板７ｂにフラッシュランプ１からパルス光が照射されることにより、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大し、１に達し飽和する。
【００２４】
図２（ｂ）に示したように、大きな照度のパルス光ＬＰ１が照射される第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、パルス光ＬＰ２が照射される第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達する。このため、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図２（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間がおおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が、おおよそ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。
【００２５】
以上のように、本実施例では、ハーフミラー６ａでの励起光の強度の分割割合を変えて、第１、第２のそれぞれのＳｉ基板７ａ，７ｂ上の照度を調節することにより、立上りおよび立下り変調動作時間を任意に変えることができる。
なお、フラッシュランプを点灯するコンデンサへの充電電圧を調節したり、あるいは減光フィルタを用いたり、集光ミラーの集光点位置を変えることで照度を制御しても良いことは言うまでもない。
ここで、本実施例において、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上のパルス照度はそれぞれ約１００ｍＪ／ｃｍ2 、約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。また、フラッシュランプ１の光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１0 -4ｓｅｃ．である。被変調電磁波の波長が２．6 ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×1 ０-7ｓｅｃ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
【００２６】
図３に本発明の望ましい実施形態である電磁波変調器の第２の実施例を示す。
図３において、１は例えば棒状のフラッシュランプ、２はフラッシュランプの光を集光する樋状の集光ミラーであり、同図はフラッシュランプの長手方向の軸に垂直な平面できった断面図を示している。
図３に示すフラッシュランプ１は、前記第１の実施例で説明のと同様のものであり、図示しない一対の電極は、給電ライン５を介してコンデンサＣに接続され、コンデンサＣには充電電源４が接続されている。
【００２７】
図３において、フラッシュランプ１からのパルス光は集光ミラー２で集光され、波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う2 つに分割される。
すなわち、波長分割ミラー６ｂで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、波長分割ミラー６ｂを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
その際、被変調電磁波に対する変調動作時間は、第１のＳｉ基板７ａのほうが、第２のＳｉ基板７ｂよりも短くなるように励起光を分割する。
すなわち、図４（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１のスペクトルＳ１が、例えば約４００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２のスペクトルＳ２が、例えば約４００ｎｍより大きい波長を多く含むように励起光を分割する。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射され、第２のＳｉ基板７ｂで透過したものが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。
【００２８】
上記のようにフラッシュランプ１からパルス光をＳｉ基板７ａ，７ｂに照射すると、Ｓｉ基板７ａ，７ｂの被変調電磁波に対する反射率はランプ光パルス立上りよりも早く１に達し飽和する。
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１は、例えば約４００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２は、例えば約４００ｎｍより大きい波長多く含んでいるため、図４（ｂ）に示すように第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。
また、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図４（ｃ）に示すように持続する。
【００２９】
図４（ｂ）に示したように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達する。このため、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図４（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間が、おおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が、おおよそ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。
すなわち、波長分割ミラー６ｂによる波長分布の分割状況により、出力電磁波の立上りおよび立下り変調動作時間を任意に変えることができる。
【００３０】
本実施例では波長約４００ｎｍ以短を反射するコールドミラーによりフラッシュランプ光を分割し、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上に、それぞれ波長約４００ｎｍ以短と波長４００ｎｍ以長の光を照射している。また、パルス照度は第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上でともに約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。
さらに、フラッシュランプの光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１０-4ｓｅｃ．である。
被変調電磁波の波長が２．６ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×１０-7ｓｅｓ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
なお、上記第１、第２の実施例では、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射するパルス光の照度を変えたり、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射するパルス光の波長分布を異ならせて、被変調電磁波を変調する例について説明したが、同じ照度で同じ波長のパルス光を照射したときの反射率の立ち上がり特性の異なる２枚の半導体基板７ａ，７ｂを用いても、上記と同様に、立上りおよび立下り変調動作時間の異なる出力電磁波を得ることができる。
例えば、第一の半導体基板として表面に約１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成してフラッシュランプ光の反射率を低減したＳｉ基板を、第二の半導体基板として表面に処理を施していないＳｉ基板を用い、同一照度・波長のフラッシュランプ光を照射した場合、波長２．６ｍｍの電磁波に対する変調動作時間はそれぞれの基板で２×１０-7ｓｅｃ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
【００３１】
図５（ａ）は、一般的なフラッシュランプ点灯回路の例を模式的に表したものであり、同図はフラッシュランプ１を、その管軸を通る平面で切った断面図を示している。
図５（ａ）に示すフラッシュランプ１は棒状ランプであり、透光性材料からなるバルブ１ｅ内に放電ガスが封入され、且つ、該バルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極１ｂ（陽極）と電極１ｃ（陰極）が設けられ、バルブ１ｅの外側にトリガ線１ａが取り付けられたものである。
上記一対の電極１ｂ，１ｃは、電極棒１ｆを介して給電ライン５に接続され、給電ライン５の他端は、充電電源４が接続されたコンデンサＣに接続されている。
図５（ａ）において、充電電源４よりコンデンサＣに電荷を蓄え、トリガパルス発生器３から外部トリガ１ａにトリガパルスを印加することにより、コンデンサＣの蓄積電荷がランプに瞬時に供給され、電極１ｂ，１ｃ間にアークが発生し、パルス発光を得る。
【００３２】
図５（ａ）では、電極間の距離がＬの棒状ランプを示したが、フラッシュランプをできるだけ高照度で照射するためには、ミラー等の集光素子により効率よく集光することができる点光源であること、即ちフラッシュランプの極間が短いことが望ましい。
いまフラッシュランプの点灯回路におけるコンデンサ容量をＣ、回路インダクタンスをＬ、コンデンサ充電電圧をＶ、ピーク電流をＪとすると、点灯パルス時間幅（τ）及びダンピングファクター（α）は次式で表される。
τ＝（ＬＣ）-1/2 （１）
α＝ＶＪ-1/2／｛Ｖ（Ｌ／Ｃ）1/2 ｝1/2 （２）
ここで、ダンピングファクター（α）は、フラッシュランプ１に流れる電流の時間波形を表す因子である。
α≒０．７５の場合、電流波形は臨界制動となり、配線経路の僅かな抵抗を無視すると、コンデンサへの充電エネルギは全てフラッシュランプで消費される。α＞０．７５の場合、電流波形は過制動となり臨界制動の場合よりピーク電流値が小さくなる。また、α＜０．７５の場合、電流波形は過小制動（振動波形）となる。
【００３３】
点光源として扱える短極間のフラッシュランプの場合、ランプインピーダンスが小さくなる、すなわちＶＪ-1/2の値が小さくなる。このため従来の給電方法を用いると、αの値が０．７５よりも遥かに小さくなり、ランプ電流の時間波形は振動波形となる。このため、極間を小さくしてもピーク照度を大きくすることができないこととなる。
図５（ａ）の例ではフラッシュランプのＸｅ封入圧は３ａｔｍ、電極及び電極棒の長さは両極とも５０ｍｍ、コンデンサ充電電圧は３００Ｖ、コンデンサ容量は１００μＦのものを使用した。コンデンサ・フラッシュランプ間の伝送路長は２００ｍｍであり、Ф２．５ｍｍ導線を使用した。回路インダクタンスの実測値は２．０μＦであった。このとき極間長５ｍｍ，３０ｍｍの場合のαの値はそれぞれ０．４０，０．７５であり、それぞれ場合のランプ電流波形は図５（ｂ）に示すようになる。同図のＡは極間長３０ｍｍの時の電流波形を示し、Ｂは、極間長５ｍｍのときの電流波形を示す。
同図から分かるように、極間長を短くし５ｍｍとしても振動波形となりピーク照度を大きくできない。
【００３４】
図６に本発明のさらに望ましい形態である電磁波変調器の第３の実施例を示し、図６（ａ）に本実施例で使用されるフラッシュランプの構成を示し、図６（ｂ）に本実施例の電磁波変調器の構成を示す。
本実施例においては極間が短い (例えば５ｍｍ) フラッシュランプ１を使用し、このランプ光を楕円集光鏡からなる集光ミラー２により集光し、前記第２の実施例と同様に、波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う2 つに分割している。
図６（ａ）はフラッシュランプ１をその管軸を通る平面で切った断面図で示しており、フラッシュランプ１には、放電ガスが封入された透光性材料からなるバルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極（陽極）１ｂと電極１ｃ（陰極）が設けられ、バルブ１ｅの外側にはトリガ線１ａが取り付けられている。
フラッシュランプ１の電極１ｂ，１ｃの極間は例えば５ｍｍと短く、電極１ｂ，１ｃはパルス光の照射方向に配置されている。
フラッシュランプ１のアーク位置は集光ミラー２の１つの焦点と一致するように設置されており、アークからのパルス光は集光ミラー２によりもう一方の焦点に集光される。
【００３５】
上記電極（陽極）１ｂは、電極棒１ｆおよび陽極側伝送経路５ａを介してコンデンサＣの一方の端子に接続され、電極１ｃ（陰極）は電極棒１ｆ及び陰極側（帰還）伝送経路５ｂ及び４本の線状導体５ｃを介してコンデンサＣの他方の端子に接続されている。すなわち、陽極側伝送経路５ａと、陰極側（帰還）伝送経路５ｂ及び線状導体５ｃの往復で略同軸構造を成している。
図示しない充電電源により上記コンデンサＣに電荷を蓄え、トリガパルス発生器３から外部トリガ１ａにトリガパルスを印加することにより、コンデンサＣの蓄積電荷がランプに瞬時に供給され、電極１ｂ，１ｃ間にアークが発生し、パルス発光を得る。
このパルス光は集光ミラー２で集光され、被変調電磁波が入射しているＳｉ基板７に照射される。
【００３６】
図６（ａ）に示す本実施例のフラッシュランプ１は、極間が短い（５ｍｍ）ために、ランプ光を楕円ミラー２などの集光素子により効率よく集光することができる。
希ガス封入フラッシュランプでは、ピーク電流にして８ｋＡ／ｃｍ2 程度以上の高電流密度で駆動した場合、高温希ガスプラズマからのイオン線を含む波長２００−３００ｎｍの放射を高効率で得られることが知られている。
ところが先に示したとおり、フラッシュランプ１の極間が短くランプインピーダンスが低い場合、コンデンサＣとフラッシュランプ１を導線で接続する通常の回路では、経路インダクタンスが大きいために電流が振動波形となる、いわゆるアンダーダンピングの状態となり、高い電流密度を得ることができない。
そこで、本実施例のフラッシュランプでは、フラッシュランプ１とコンデンサＣとの間の伝送経路５ａ，５ｂと線状導体５ｃを往復で略同軸構造を成す形状としている。これにより、伝送経路インダクタンスを極端に小さくすることができ、非常に高い電流密度を得ることができる。
さらに、極間からほぼ全周囲方向に放射されるランプ光を遮ることなく集光素子２に導くために、略同軸構造の伝送経路の外側を成す帰還伝送路５ｂの極間部に相当する部分を、ランプ中心軸の周りに均等に配置された４本の線状導体５ｃとしている。
これによりインダクタンスをほとんど増加させることなく、放射される光のほとんどを集光素子に導くことができる。結果として波長２００−３００ｎｍの光を多く含む極めて高照度の照射が可能である。従って、被変調電磁波の反射率はより一層早く飽和に達する。
【００３７】
本実施例では、図６（ｂ）に示すようにフラッシュランプ１からのパルス光を集光ミラー２で集光し、波長約３００ｎｍ以短を反射する波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う２つに分割している。集光ミラー２は楕円集光鏡であり、その中央に開口が設けられ、該開口から、フラッシュランプ１が、楕円集光鏡の光軸に沿って挿入されている。 フラッシュランプ１のアーク位置は集光ミラー２の１つの焦点と一致するように設置されており、アークからのパルス光は集光ミラー２によりもう一方の焦点に集光される。
波長分割ミラー６ｂで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、波長分割ミラー６ｂを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
すなわち、図７（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１のスペクトルＳ１が、約３００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２のスペクトルＳ２が、例えば約３００ｎｍより大きい波長を多く含むように励起光が分割される。
パルス照度は第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上でともに約２００ｍＪ／ｃｍ2 である。また、フラッシュランプ１の光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１０-5ｓｅｃ．である。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射され、第２のＳｉ基板７ｂで透過したものが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。
【００３８】
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光は、例えば約３００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光は、例えば約３００ｎｍより大きい波長多く含んでいるため、図７（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。
また、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図７（ｃ）に示すように持続する。
上記のように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達し、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図７（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間が、おおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が凡そ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。被変調電磁波の波長が２．６ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×１０-9ｓｅｃ．、４×１０-9ｓｅｃ．であった。
この立上りおよび立下り変調動作時間は、波長分割ミラー６ｂによる波長分布の分割状況により、任意に変えることができる。
【００３９】
図８に本発明で使用するのにさらに望ましいフラッシュランプの構成を示す。
同図はフラッシュランプ１を、その管軸を通る平面で切った断面図を示している。
図８において、放電ガスが封入された透光性材料からなるバルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極（陽極）１ｂと電極１ｃ（陰極）が設けられ、電極１ｂ，１ｃ間にトリガ電極１ｇが設けられている。バルブ１ｅの両端は封止部１ｄで封止され、封止部１ｄを上記電極１ｂ，１ｃに接続された電極棒１ｆが貫通している。
上記電極（陽極）１ｂは、電極棒１ｆに接続され、電極１ｃ（陰極）は電極棒１ｆ’を介して、帰還伝送路５ｂ、線状導体５ｃ及び帰還伝送路５ｂ’に接続されている。本実施例において線状導体５ｃは８本であり、ランプ中心軸の周りに均等に配置されている。
すなわち、電極１ｂ，電極棒１ｆと、電極１ｃ、電極棒１ｆ’帰還伝送経路５ｂ、線状導体５ｃ、帰還伝送路５ｂ’の往復で略同軸構造を成している。
上記のように、本実施例のフラッシュランプにおいて、帰還伝送路は８本の線状導体５ｃで構成され、ランプ中心軸に対称に配置されている。アークは帰還伝送路を流れる電流から反発力を受けるが、伝送路が軸対称に配置されているため、結果的にアークはランプ中心軸に戻されるように力が働き、アークが安定化する。
【００４０】
図９に、本発明のさらに望ましい形態の実施例を示し、本実施例は本発明で使用される半導体基板の望ましい構成例を示す。
本実施例では同図に示すように、Ｓｉ基板７の表面上にＳｉＯ2 の薄膜１５が形成されている。
ＳｉＯ2 の屈折率はＳｉよりも小さいため、励起光の反射率を低減することができ、照射された励起光がＳｉ基板に吸収される割合を増やすことができる。ＳｉＯ2 以外にも例えばＣａＦ2 ，ＬｉＦ2 ，ｋＢｒ，ＣａＢｒ2 ，ＫＩ，ＣａＩ2 ，ＣｓＩ，ＳｉＮなどを使用してもよい。ＳｉＯ2 は使用するＳｉ基板を熱処理する等の方法にて比較的容易に薄膜形成することができるためこの目的には最適である。
【００４１】
図１０に本発明のさらに望ましい形態の実施例を示し、本実施例は本発明で使用される半導体基板のＳｉ基板の望ましい他の構成例を示す。
Ｓｉ基板７の表面上にリソグラフィによりレジストパターンを形成し、プラズマエッチングにより凹凸層１６が形成されている。
凹凸の深さｄおよび凹凸パターンの大きさｐは励起光波長程度であり、実施例ではともに３００ｎｍである。凹凸層１６の励起光に対する実効的な屈折率はＳｉ基板そのものよりも小さいため、励起光の反射率を低減することができ、照射された励起光がＳｉ基板７に吸収される割合を増やすことができる。
凹凸を形成する方法として、上記のプラズマエッチングのほかにもナノインプリント法等を用いてもよい。
また、図８に示すようにＳｉ基板７の表面上にＳｉＯ2 の薄膜１５を形成するとともに、図９に示すように、凹凸層１６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の電磁変調器の第１の実施例を示す図である。
【図２】フラッシュランプから放射されるパルス光の強度と出力電磁波強度を示す図である。
【図３】本発明の電磁変調器の第２の実施例を示す図である。
【図４】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと出力電磁波強度を示す図である。
【図５】一般的なフラッシュランプ点灯回路およびランプ電流波形を示す図である。
【図６】本発明の電磁変調器の第３の実施例を示す図である。
【図７】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと出力電磁波強度を示す図である。
【図８】本発明で使用するのに望ましいフラッシュランプの構成を示す図である。
【図９】本発明で使用するのに好適な半導体基板の構成例（１）を示す図である。
【図１０】本発明で使用するのに好適な半導体基板の構成例（２）を示す図である。
【図１１】波長３×１０-4ｍの電磁波に対するシリコン（Ｓｉ）の反射率の自由キャリア密度依存性を示す図である。
【図１２】シリコン（Ｓｉ）に対する光侵入長の波長特性を示す図である。
【図１３】フラッシュランプから放射されるパルス光の光照度と、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す図である。
【図１４】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す図である。
【図１５】励起光源としてパルスレーザを用いた従来の電磁波変調器の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示す電磁波変調器のレーザ光照度と出力電磁波強度を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ フラッシュランプ
１ａ トリガ線
１ｂ，１ｃ 電極
１ｄ 封止部
１ｅ バルブ
１ｆ 電極棒
１ｇ 外部トリガ電極
２ 集光ミラー
３ トリガパルス発生器
４ 充電電源
４ａ 電圧制御手段
５ 給電ライン
６ａ ハーフミラー
６ｂ 波長分割ミラー（コールドミラーあるいはホットミラー）
７ａ，７ｂ Ｓｉ基板（半導体基板）
８ ミラー
９ レンズ
１０ａ〜１０ｅ 電磁波
１１，１２ 入射側軸外し放物面ミラー
１３ 電磁波源
１４ 電磁波照射対象
１５ ＳｉＯ2 層
１６ 凹凸層
Ｃ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波の伝播状態を変化させる電磁波変調器に関するものであり、特に詳しくは波長１０-3〜１０-4ｍ程度のいわゆるミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年ミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波に関する技術が注目され、特にそれらの電磁波を用いたイメージング、分光分析等が応用として期待されている。
イメージング、分光分析等の応用を実用化するためには、当該波長域の電磁波の発生、検出技術に加えて、電磁波の強度を変調あるいはパルスチョッピングすることが要素技術として不可欠である。
特にイメージング、分光分析への応用のためには、被変調電磁波をパルスチョッピングすることが求められ、望ましくはパルス立上りおよび立下り時間（以降、変調動作時間と呼ぶ）を約１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで任意に変えられることが求められる。さらに望ましくは、変調動作時間の最短時間にして１０-9ｓｅｃ．程度を達成することが求められる。
【０００３】
電磁波をおよそ１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで変調する方法として、ポッケルスセル、カーセル等の電気光学素子や音響光学変調素子を用いる方法が一般的であるが、ミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波に対して動作するものは存在しない。
１０-9ｓｅｃ．の変調動作時間の強度変調あるいはパルスチョッピングを行う手法として、バンドギャップが被変調電磁波のフォトンエネルギーよりも大きい半導体基板に電磁波を透過または反射させ、半導体基板上にバンドギャップよりフォトンエネルギーの大きい励起光を入射することにより半導体基板内に自由キャリア（電子および正孔）を生成し、自由キャリア密度を変化させることで複素屈折率を変化させ、電磁波の透過率または反射率を変化させる方法がある。一般に励起光源としては変調に十分な照度を得やすいパルスレーザ、特に１０-8ｓｅｃ．以下のパルス幅であるＱスイッチＹＡＧレーザが用いられている。
【０００４】
例えば非特許文献１には、上述したＱスイッチＹＡＧレーザによりＳｉ基板を透過させた波長２１４．５８μｍの電磁波を変調し、パルスチョッピングする技術が記載されている。
また、特許文献１には、シリコンウエハの表面層の評価する方法が記載され、電磁波を照射した半導体基板にパルス励起光を入射し、電磁波の変調を測定することにより半導体基板の不純物濃度等の物理量を測定することが開示されている。
【０００５】
図１５に励起光源としてパルスレーザを用いた従来の電磁波変調器の一例を示す。
電磁波源１３から出力される被変調電磁波１０ａは、入射側軸外し放物面ミラー１１を介して第１のシリコン基板（Ｓｉ基板）７−１に入射して、励起光であるパルスレーザ光２５により変調され、その反射電磁波１０ｂは第２のＳｉ基板７−２に入射する。第２のＳｉ基板７−２に入射した電磁波１０ｂは、上記と同様、励起光であるパルスレーザ光２６により変調され、その透過電磁波１０ｄは、出射側軸外し放物面ミラー１２を介して電磁波の照射対象１４に出力される。
【０００６】
励起光にはＱスイッチＹＡＧレーザ発信器２１（波長１０６４ｎｍ，パルス幅１０-8ｓｅｃ．）を用いている。
ＹＡＧレーザ発信器２１のパルスレーザ光２２はハーフミラー２３で２つに分けられ、一方のパルスレーザ光は、ミラーＭ１，Ｍ２を介して１枚目のＳｉ基板７−１に照射され、もう一方は光学遅延装置２４（遅延時間ｔｄ）およびミラーＭ３を介して２枚目のＳｉ基板７−２に照射される。なお、Ｓｉ基板７−１，７−２上の照度は例えば、約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。
光学遅延装置２４は例えば同図に示すように入射したパルスレーザ光を複数のミラーＭ４１〜Ｍ４ｎで反射させて光路長をかせぎ、遅延させるものであり、図１６（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７−１に入射するパルス状のレーザ光２５に対して、第２のＳｉ基板７−２に入射するパルス状のレーザ光２６を遅延時間ｔｄだけ遅延させる。
【０００７】
前述したように半導体基板に励起光を照射することにより、励起光はその波長に応じた光侵入長だけ半導体基板に侵入し吸収され、自由キャリアを励起する。
被変調電磁波に対する半導体基板の反射率（Ｒ）および消衰係数（ｋ）は上記励起される自由キャリア密度に強く依存し、自由キャリア密度が高いほど反射率（Ｒ）は１に近づき、消衰係数（ｋ）は大きくなる。
したがって、第１のＳｉ基板７−１に励起光であるパルスレーザ光２５が入射すると、第１のＳｉ基板７−１に入射している被変調電磁波１０ａは、第１のＳｉ基板７−１で反射し、反射した電磁波１０ｂは、第２のＳｉ基板７−２に入射する。
このとき、第２のＳｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が照射されていないと、第２のＳｉ基板７−２に入射した電磁波は、Ｓｉ基板７−２を透過し、この透過電磁波は、入射側軸外し放物面ミラー１２を介して電磁波の照射対象１４に出力される。
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板７−１にパルスレーザ光２５が入射すると、照射対象１４へ出力される電磁波は増大し、飽和する。
【０００８】
ついで、遅延時間Ｔｄ経過後、第２のＳｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が入射すると、第２のＳｉ基板７−２の反射率か増大する。このため、第１のＳｉ基板７−１で反射して第２のＳｉ基板に入射した電磁波１０ｂは第２のＳｉ基板７−２で反射され、照射対象１４へ出力されなくなる。
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板７−２にパルスレーザ光２６が入射すると、照射対象１４へ出力される電磁波は減衰する。
なお、励起光により励起された自由キャリアは、励起光の照射が停止しても直ちに消滅せず、励起されたキャリアの密度は拡散および再結合によって漸減し、それに伴い反射率も漸減する。励起光照射後、反射率が励起前の値まで戻るまでの時間は主に励起キャリアの再結合緩和時間に依存し、典型的には１００μｓのオーダーである。
したがって、第２のＳｉ基板７−２を用いずに、第１のＳｉ基板７−１のみを用いて電磁波を変調する場合、出力される電磁波の幅（持続時間）は例えば上記１００μｓのオーダーとなる。
【０００９】
以上のように、被変調電磁波１０ａは、第１のＳｉ基板７−１と第２のＳｉ基板７−２へ照射される励起光２５，２６により変調され、照射対象１４へは、立ち上がり、立下り特性が、第１のＳｉ基板７−１での変調によるパルス立上り変調動作時間と、第２のＳｉ基板７−２での変調によるパルス立下り変調動作時間とで定まり、励起光２５，２６の遅延時間ｔｄに応じた幅の電磁波が出力される。
なお、この電磁波の立上りおよび立下りの変調動作時間はほぼレーザパルス幅で定まる１０-8ｓｅｃ．であり、Ｓｉ基板の透過率が９０％から１０％まで変化する時間で定義すると、１ｎｓ〜１０ｎｓである。
【００１０】
図１５に示した装置は、被変調電磁波の立上りおよび立下りの変調動作時間が、上述したように、ほぼレーザパルス幅である１０-8ｓｅｃ．で定まり、この値を任意に変えることはできない。
また、ＱスイッチＹＡＧレーザは大型で高価であるうえに、光学遅延の長さは例えばｔｄ＝５×１０-8ｓｅｃ．の場合１５ｍとなり、アライメントなどの取扱いが容易ではないという欠点がある。
ハーフミラーと光学遅延を用いずに、ＱスイッチＹＡＧレーザを２台独立に駆動して２枚の基板に照射することも可能であると考えられるが、システムとしてはさらに大型で高価になる。
【特許文献１】特開平６−９７２４９号公報
【非特許文献１】莅戸 立夫、外２名、「光照射半導体基板を用いたサブミリ波変調法」、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−１、Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｃ−１、Ｎｏ．６、ｐｐ．２５９−２６６、１９９７年６月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、半導体基板上に励起光を入射することにより電磁波の透過率または反射率を変化させる方法が知られており、この励起光源として変調に十分な照度を得やすいパルスレーザを用いられる。
しかしながら、パルスレーザによる動作では１０-8ｓｅｃ．以下の変調動作時間は容易に得られるが、約１０-6ｓｅｃ．以下の時間スケールで任意に変えることはできないという問題があった。
さらに、ＱスイッチＹＡＧレーザをはじめとするパルスレーザは、光源や検出器などの他の構成機器に比して大型で高価であり、これらを用いたシステムの実用化を阻む一因となっている。一方任意の光パルス波形を得られるＬＥＤ等の固体発光素子では、十分な変調を達成するための照度を発生できない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、一つのフラッシュランプを用い、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を任意に変えることができ、かつ従来励起光源であるパルスレーザを用いたものよりも遥かに小型で安価な電磁波変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
被変調電磁波に対する半導体基板の反射率（Ｒ）および消衰係数（ｋ）は励起される自由キャリア密度に強く依存し、自由キャリア密度が高いほど反射率（Ｒ）は１に近づき、消衰係数（ｋ）は大きくなる。
例として、図１１に波長３×１０-4ｍの電磁波に対するシリコン（Ｓｉ）の反射率の自由キャリア密度依存性を示す。同図の横軸は自由キャリア密度、縦軸は反射率（Ｒ）である。
同図から明らかなように、およそ、６×１０21ｍ-3以上の自由キャリア密度が達成できれば反射率（Ｒ）はほぼ１となり飽和することがわかる。
励起光はその波長に応じた光侵入長だけ半導体基板に侵入し吸収され、自由キャリアを励起する。励起された自由キャリアは半導体基板内を拡散する。半導体基板に吸収される励起光量とその時間波形、光侵入長および拡散の度合いによって達成される自由キャリア密度が決まる。
【００１４】
図１２はシリコン（Ｓｉ）に対する光侵入長の波長特性を示している。横軸は波長、縦軸は光侵入長である。
光侵入長は波長２００−３００ｎｍで最も小さく（約１０ｎｍ）なるため、同じ照度で比較した場合、波長２００−３００ｎｍ近傍の光による励起では他の波長域の光による励起に比べ、表面極近傍で非常に高いキャリア密度を得ることができる。
パルス光を励起光として入射する場合、その照度が非常に大きければ、非常に高い自由キャリア密度を達成することが可能である。
【００１５】
図１３（ａ）にフラッシュランプから放射されるパルス光の光照度を示し、図１３（ｂ）にフラッシュランプのパルス光を励起光としたときの、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す。同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃの照度のパルス光を励起光としたときのＡ，Ｂ，Ｃそれぞれの立ち上がり特性を示している。
なお、フラッシュランプのパルス光のパルス幅は、図１３（ａ）に示すように概ね１０μｓ〜１０００μｓであり、これに対し、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり時間は、図１３（ｂ）に示すように概ね１ｎｓ〜１００ｎｓである。
フラッシュランプの照度は非常に大きいので、図１３に示すように、光パルスの立上り時間よりも遥かに早く被変調電磁波の反射率が飽和（≒１）に達し、パルス光の立上り時間よりも遥かに短い変調動作時間を得られる。
【００１６】
また、図１３から分かるように、励起光の照度に応じてシリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり時間は変化する。
したがって、例えば減光フィルタ等により励起光照度を調整すれば、変調動作時間を任意に調整することができる。
励起された自由キャリア密度は励起光入射終了後、拡散および励起キャリア（電子および正孔）同士の再結合により漸減する。それに従って反射率もまた励起光入射終了後漸減する。再結合までの平均時間（再結合緩和時間）が長いほど、反射率を飽和させるための励起光照度は小さくてすみ、励起光入射終了後の反射率の減少は遅くなる。
また同じ照度であっても、光侵入長が短い波長ほど、高いキャリア密度を得ることができ、短い変調動作時間を得ることができる。
図１４（ａ）にフラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルを示し、図１４（ｂ）にフラッシュランプのパルス光を励起光としたときの、波長Ａ（例えば３００ｎｍ），波長Ｂ（４００ｎｍ），波長Ｃ（５００ｎｍ）に対するシリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す。同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃの波長のパルス光を励起光としたときのＡ，Ｂ，Ｃそれぞれの立ち上がり特性を示している。
波長がＡ，Ｂ，Ｃのときの立ち上がり変調動作時間は、Ｓｉ基板上の照度が２００ｍＪ／ｃｍ2 のとき、それぞれ概ね２ｎｓ，１０ｎｓ，５０ｎｓである。
例えば、光侵入長が短い波長３００ｎｍの光（図１２参照）を励起光とした場合に、最も立ち上がり変調動作時間が短くなる。
【００１７】
本発明は以上の観点に立って成されたものであり、励起光源としてパルス幅およそ１０-4〜１０-6ｓｅｃ．のフラッシュランプを用い、フラッシュランプからのパルス光を照度または波長分布の異なる２つに分割して、２枚の半導体基板に照射し、被変調電磁波を２枚の半導体基板にて順次反射および透過させ、反射により電磁波のパルスを立ち上がりを形成し、透過によりパルスの立ち下がりを形成するように構成したものである。
これにより、一つのフラッシュランプを用いて、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を得ることができる。
また、２枚の半導体基板に照射されるパルス光の照度、２枚の半導体基板の特性、あるいは２枚の半導体基板に照射されるパルス光の波長を変えることにより、任意の立ち上がり、立下り変調動作時間のパルスチョッピングを実現でき、しかも従来のパルスレーザを励起光源として用いた電磁波変調器よりも遥かに小型で安価な構成の電磁波変調器を提供できる。
半導体基板はＳｉ，ＳｉＣ；ＧａＡｓ，ＧａＰ，Ｇｅ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ等が使用できるが、特に再結合緩和時間が長いＳｉが適している。また半導体基板への励起光の吸収効率を高めるために、半導体表面上に励起光の反射を低減する手段を備えていることがさらに望ましい。
【００１８】
以上に基づき、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。
そして、フラッシュランプパルス光を照度の違う２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることにより、出力電磁波のパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることにより、出力電磁波のパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
（２）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。そして、フラッシュランプパルス光を２つに分割し、該分割された光を励起光として、被変調電磁波に対する変調動作時間が異なる第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
（３）半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器において、励起光源としてフラッシュランプを用いる。
そして、フラッシュランプパルス光を、波長の異なる２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする。
ことを特徴とする電磁波変調器。
（４）上記（１）〜（３）において、励起光源であるフラッシュランプを、コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、上記帰還伝送路の、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成し、フラッシュランプからの放射光を半導体基板に集光照射して励起光とする。
（５）上記（４）において、上記帰還伝送路のフラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部を、電極間軸にほぼ平行で該電極間軸に対称に配置された複数の線状の導体で構成する。
（６）上記（１）〜（５）において、半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆し、励起光反射率を低減する。
（７）上記（１）〜（６）において、半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設け、励起光反射率を低減する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）半導体基板に励起光を照射して、半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより電磁波を変調する電磁変調器において励起光を照射する励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプからのパルス光を照度または波長分布の異なる２つに分割して、２枚の半導体基板に照射し、被変調電磁波を２枚の半導体基板にて順次反射および透過させ、反射により電磁波のパルスを立ち上がりを形成し、透過によりパルスの立ち下がりを形成するように構成したので、一つのフラッシュランプを用い、かつ光を遅延させる手段を設けることなく、およそ１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲でパルス立上りおよび立下りの変調動作時間を任意に変えることができる。
また、パルスレーザを用いたものよりも遥かに小型で安価とすることができる。
（２）２枚の半導体基板に照射されるパルス光の照度、２枚の半導体基板の特性、あるいは２枚の半導体基板に照射されるパルス光の波長を変えることにより、任意の立ち上がり、立下り変調動作時間のパルスを生成することが可能となる。
（３）コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、上記帰還伝送路の、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成することにより、伝送経路インダクタンスを極端に小さくすることができ、非常に高い電流密度を得ることができる。
また、インダクタンスをほとんど増加させることなく、放射される光のほとんどを集光素子に導くことができ、結果として半導体基板への光侵入長が小さい波長２００−３００ｎｍの光を多く含む極めて高照度の照射が可能となる。
さらに、フラッシュランプの極間を短くすることができ、アーク長を短くすることができるので、楕円集光ミラーなどを用いて、フラッシュランプからの光を効率よく集光することができる。
（４）半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆したり、半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設けることにより、励起光反射率を低減することができ、照射された励起光が半導体基板に吸収される割合を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に本発明の望ましい実施形態である電磁変調器の第１の実施例を示す。
図１において、１は例えば棒状のフラッシュランプ、２はフラッシュランプの光を集光する樋状の集光ミラーであり、同図はフラッシュランプの長手方向の軸に垂直な平面できった断面図を示している。
図１に示すフラッシュランプ１は透光性材料からなるバルブ１ｅ内に放電ガスが封入され、且つ、該バルブ１ｅ内に、図示しない対向配置された一対の電極が設けられ、バルブ１ｅの外側にはトリガ線１ａが取り付けられている。
上記一対の電極は、給電ライン５を介してコンデンサＣに接続され、コンデンサＣには充電電源４が接続されている。
【００２１】
上記充電電源４からコンデンサＣに充電したのち、コンデンサＣに充電されたエネルギを給電ライン５を介してフラッシュランプ１の図示しない電極に印加することにより電極間にアークが発生し、フラッシュランプ１は点灯する。これにより、フラッシュランプ１からパルス光が放射される。
トリガ線１ａとトリガパルス発生器３はトリガパルス供給ライン３ａを介して接続されており、トリガ線１ａに高電圧パルスを印加することでフラッシュランプ１の放電を始動することができる。
なお、前述したように、変調動作時間を１０-6〜１０-9ｓｅｃ．の範囲で変えることが可能な励起光を照射するためには、上記フラッシュランプとして、８ｋＡ／ｃｍ2 以上の高電流密度で駆動され、ランプパルス幅が半値幅にして１ｍｓ以下のものが望ましい。
【００２２】
フラッシュランプ１からのパルス光は集光ミラー２で集光され、ハーフミラー６ａにより照度の違う２つに分割される。すなわち、ハーフミラー６ａで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、ハーフミラー６ａを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
その際、被変調電磁波に対する変調動作時間は、第１のＳｉ基板７ａのほうが、第２のＳｉ基板７ｂよりも短くなるように励起光を分割する。
すなわち、図２（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光の照度Ｌｐ１が、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光の照度Ｌｐ２より大きくなるように励起光を分割する。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射された電磁波１０ｃは第２のＳｉ基板７ｂに入射し、第２のＳｉ基板７ｂを透過した電磁波１０ｅが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。なお、電磁波１０ｂは第１のＳｉ基板７ａの透過光、電磁波１０ｄは第２のＳｉ基板の反射光である。
【００２３】
上記のようにフラッシュランプ１からパルス光をＳｉ基板７ａ，７ｂに照射すると、Ｓｉ基板７ａ，７ｂの被変調電磁波に対する反射率はランプ光パルス立上りよりも早く１に達し飽和する。
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光の照度の方が、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光の照度より大きいため、図２（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。 前述したように、励起光により励起された自由キャリアは、励起光の照射が停止しても直ちに消滅せず、励起光照射後、反射率が励起前の値まで戻るまでに要する時間は典型的には１００μｓのオーダーである。このため、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図２（ｃ）に示すように持続する。
一方、第２のＳｉ基板７ｂにフラッシュランプ１からパルス光が照射されることにより、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大し、１に達し飽和する。
【００２４】
図２（ｂ）に示したように、大きな照度のパルス光ＬＰ１が照射される第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、パルス光ＬＰ２が照射される第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達する。このため、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図２（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間がおおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が、おおよそ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。
【００２５】
以上のように、本実施例では、ハーフミラー６ａでの励起光の強度の分割割合を変えて、第１、第２のそれぞれのＳｉ基板７ａ，７ｂ上の照度を調節することにより、立上りおよび立下り変調動作時間を任意に変えることができる。
なお、フラッシュランプを点灯するコンデンサへの充電電圧を調節したり、あるいは減光フィルタを用いたり、集光ミラーの集光点位置を変えることで照度を制御しても良いことは言うまでもない。
ここで、本実施例において、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上のパルス照度はそれぞれ約１００ｍＪ／ｃｍ2 、約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。また、フラッシュランプ１の光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１0 -4ｓｅｃ．である。被変調電磁波の波長が２．6 ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×1 ０-7ｓｅｃ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
【００２６】
図３に本発明の望ましい実施形態である電磁波変調器の第２の実施例を示す。
図３において、１は例えば棒状のフラッシュランプ、２はフラッシュランプの光を集光する樋状の集光ミラーであり、同図はフラッシュランプの長手方向の軸に垂直な平面できった断面図を示している。
図３に示すフラッシュランプ１は、前記第１の実施例で説明のと同様のものであり、図示しない一対の電極は、給電ライン５を介してコンデンサＣに接続され、コンデンサＣには充電電源４が接続されている。
【００２７】
図３において、フラッシュランプ１からのパルス光は集光ミラー２で集光され、波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う2 つに分割される。
すなわち、波長分割ミラー６ｂで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、波長分割ミラー６ｂを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
その際、被変調電磁波に対する変調動作時間は、第１のＳｉ基板７ａのほうが、第２のＳｉ基板７ｂよりも短くなるように励起光を分割する。
すなわち、図４（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１のスペクトルＳ１が、例えば約４００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２のスペクトルＳ２が、例えば約４００ｎｍより大きい波長を多く含むように励起光を分割する。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射され、第２のＳｉ基板７ｂで透過したものが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。
【００２８】
上記のようにフラッシュランプ１からパルス光をＳｉ基板７ａ，７ｂに照射すると、Ｓｉ基板７ａ，７ｂの被変調電磁波に対する反射率はランプ光パルス立上りよりも早く１に達し飽和する。
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１は、例えば約４００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２は、例えば約４００ｎｍより大きい波長多く含んでいるため、図４（ｂ）に示すように第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。
また、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図４（ｃ）に示すように持続する。
【００２９】
図４（ｂ）に示したように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達する。このため、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図４（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間が、おおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が、おおよそ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。
すなわち、波長分割ミラー６ｂによる波長分布の分割状況により、出力電磁波の立上りおよび立下り変調動作時間を任意に変えることができる。
【００３０】
本実施例では波長約４００ｎｍ以短を反射するコールドミラーによりフラッシュランプ光を分割し、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上に、それぞれ波長約４００ｎｍ以短と波長４００ｎｍ以長の光を照射している。また、パルス照度は第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上でともに約５０ｍＪ／ｃｍ2 である。
さらに、フラッシュランプの光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１０-4ｓｅｃ．である。
被変調電磁波の波長が２．６ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×１０-7ｓｅｓ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
なお、上記第１、第２の実施例では、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射するパルス光の照度を変えたり、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂに照射するパルス光の波長分布を異ならせて、被変調電磁波を変調する例について説明したが、同じ照度で同じ波長のパルス光を照射したときの反射率の立ち上がり特性の異なる２枚の半導体基板７ａ，７ｂを用いても、上記と同様に、立上りおよび立下り変調動作時間の異なる出力電磁波を得ることができる。
例えば、第一の半導体基板として表面に約１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成してフラッシュランプ光の反射率を低減したＳｉ基板を、第二の半導体基板として表面に処理を施していないＳｉ基板を用い、同一照度・波長のフラッシュランプ光を照射した場合、波長２．６ｍｍの電磁波に対する変調動作時間はそれぞれの基板で２×１０-7ｓｅｃ．、４×１０-7ｓｅｃ．であった。
【００３１】
図５（ａ）は、一般的なフラッシュランプ点灯回路の例を模式的に表したものであり、同図はフラッシュランプ１を、その管軸を通る平面で切った断面図を示している。
図５（ａ）に示すフラッシュランプ１は棒状ランプであり、透光性材料からなるバルブ１ｅ内に放電ガスが封入され、且つ、該バルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極１ｂ（陽極）と電極１ｃ（陰極）が設けられ、バルブ１ｅの外側にトリガ線１ａが取り付けられたものである。
上記一対の電極１ｂ，１ｃは、電極棒１ｆを介して給電ライン５に接続され、給電ライン５の他端は、充電電源４が接続されたコンデンサＣに接続されている。
図５（ａ）において、充電電源４よりコンデンサＣに電荷を蓄え、トリガパルス発生器３から外部トリガ１ａにトリガパルスを印加することにより、コンデンサＣの蓄積電荷がランプに瞬時に供給され、電極１ｂ，１ｃ間にアークが発生し、パルス発光を得る。
【００３２】
図５（ａ）では、電極間の距離がＬの棒状ランプを示したが、フラッシュランプをできるだけ高照度で照射するためには、ミラー等の集光素子により効率よく集光することができる点光源であること、即ちフラッシュランプの極間が短いことが望ましい。
いまフラッシュランプの点灯回路におけるコンデンサ容量をＣ、回路インダクタンスをＬ、コンデンサ充電電圧をＶ、ピーク電流をＪとすると、点灯パルス時間幅（τ）及びダンピングファクター（α）は次式で表される。
τ＝（ＬＣ）-1/2 （１）
α＝ＶＪ-1/2／｛Ｖ（Ｌ／Ｃ）1/2 ｝1/2 （２）
ここで、ダンピングファクター（α）は、フラッシュランプ１に流れる電流の時間波形を表す因子である。
α≒０．７５の場合、電流波形は臨界制動となり、配線経路の僅かな抵抗を無視すると、コンデンサへの充電エネルギは全てフラッシュランプで消費される。α＞０．７５の場合、電流波形は過制動となり臨界制動の場合よりピーク電流値が小さくなる。また、α＜０．７５の場合、電流波形は過小制動（振動波形）となる。
【００３３】
点光源として扱える短極間のフラッシュランプの場合、ランプインピーダンスが小さくなる、すなわちＶＪ-1/2の値が小さくなる。このため従来の給電方法を用いると、αの値が０．７５よりも遥かに小さくなり、ランプ電流の時間波形は振動波形となる。このため、極間を小さくしてもピーク照度を大きくすることができないこととなる。
図５（ａ）の例ではフラッシュランプのＸｅ封入圧は３ａｔｍ、電極及び電極棒の長さは両極とも５０ｍｍ、コンデンサ充電電圧は３００Ｖ、コンデンサ容量は１００μＦのものを使用した。コンデンサ・フラッシュランプ間の伝送路長は２００ｍｍであり、Ф２．５ｍｍ導線を使用した。回路インダクタンスの実測値は２．０μＦであった。このとき極間長５ｍｍ，３０ｍｍの場合のαの値はそれぞれ０．４０，０．７５であり、それぞれ場合のランプ電流波形は図５（ｂ）に示すようになる。同図のＡは極間長３０ｍｍの時の電流波形を示し、Ｂは、極間長５ｍｍのときの電流波形を示す。
同図から分かるように、極間長を短くし５ｍｍとしても振動波形となりピーク照度を大きくできない。
【００３４】
図６に本発明のさらに望ましい形態である電磁波変調器の第３の実施例を示し、図６（ａ）に本実施例で使用されるフラッシュランプの構成を示し、図６（ｂ）に本実施例の電磁波変調器の構成を示す。
本実施例においては極間が短い (例えば５ｍｍ) フラッシュランプ１を使用し、このランプ光を楕円集光鏡からなる集光ミラー２により集光し、前記第２の実施例と同様に、波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う2 つに分割している。
図６（ａ）はフラッシュランプ１をその管軸を通る平面で切った断面図で示しており、フラッシュランプ１には、放電ガスが封入された透光性材料からなるバルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極（陽極）１ｂと電極１ｃ（陰極）が設けられ、バルブ１ｅの外側にはトリガ線１ａが取り付けられている。
フラッシュランプ１の電極１ｂ，１ｃの極間は例えば５ｍｍと短く、電極１ｂ，１ｃはパルス光の照射方向に配置されている。
フラッシュランプ１のアーク位置は集光ミラー２の１つの焦点と一致するように設置されており、アークからのパルス光は集光ミラー２によりもう一方の焦点に集光される。
【００３５】
上記電極（陽極）１ｂは、電極棒１ｆおよび陽極側伝送経路５ａを介してコンデンサＣの一方の端子に接続され、電極１ｃ（陰極）は電極棒１ｆ及び陰極側（帰還）伝送経路５ｂ及び４本の線状導体５ｃを介してコンデンサＣの他方の端子に接続されている。すなわち、陽極側伝送経路５ａと、陰極側（帰還）伝送経路５ｂ及び線状導体５ｃの往復で略同軸構造を成している。
図示しない充電電源により上記コンデンサＣに電荷を蓄え、トリガパルス発生器３から外部トリガ１ａにトリガパルスを印加することにより、コンデンサＣの蓄積電荷がランプに瞬時に供給され、電極１ｂ，１ｃ間にアークが発生し、パルス発光を得る。
このパルス光は集光ミラー２で集光され、被変調電磁波が入射しているＳｉ基板７に照射される。
【００３６】
図６（ａ）に示す本実施例のフラッシュランプ１は、極間が短い（５ｍｍ）ために、ランプ光を楕円ミラー２などの集光素子により効率よく集光することができる。
希ガス封入フラッシュランプでは、ピーク電流にして８ｋＡ／ｃｍ2 程度以上の高電流密度で駆動した場合、高温希ガスプラズマからのイオン線を含む波長２００−３００ｎｍの放射を高効率で得られることが知られている。
ところが先に示したとおり、フラッシュランプ１の極間が短くランプインピーダンスが低い場合、コンデンサＣとフラッシュランプ１を導線で接続する通常の回路では、経路インダクタンスが大きいために電流が振動波形となる、いわゆるアンダーダンピングの状態となり、高い電流密度を得ることができない。
そこで、本実施例のフラッシュランプでは、フラッシュランプ１とコンデンサＣとの間の伝送経路５ａ，５ｂと線状導体５ｃを往復で略同軸構造を成す形状としている。これにより、伝送経路インダクタンスを極端に小さくすることができ、非常に高い電流密度を得ることができる。
さらに、極間からほぼ全周囲方向に放射されるランプ光を遮ることなく集光素子２に導くために、略同軸構造の伝送経路の外側を成す帰還伝送路５ｂの極間部に相当する部分を、ランプ中心軸の周りに均等に配置された４本の線状導体５ｃとしている。
これによりインダクタンスをほとんど増加させることなく、放射される光のほとんどを集光素子に導くことができる。結果として波長２００−３００ｎｍの光を多く含む極めて高照度の照射が可能である。従って、被変調電磁波の反射率はより一層早く飽和に達する。
【００３７】
本実施例では、図６（ｂ）に示すようにフラッシュランプ１からのパルス光を集光ミラー２で集光し、波長約３００ｎｍ以短を反射する波長分割ミラー６ｂ（コールドミラーあるいはホットミラー）により波長分布の違う２つに分割している。集光ミラー２は楕円集光鏡であり、その中央に開口が設けられ、該開口から、フラッシュランプ１が、楕円集光鏡の光軸に沿って挿入されている。 フラッシュランプ１のアーク位置は集光ミラー２の１つの焦点と一致するように設置されており、アークからのパルス光は集光ミラー２によりもう一方の焦点に集光される。
波長分割ミラー６ｂで反射した光は、ミラー８で反射され、レンズ９を介して第１のＳｉ基板（半導体基板）７ａに照射される。また、波長分割ミラー６ｂを透過した光は、第２のＳｉ基板（半導体基板）７ｂに照射される。
すなわち、図７（ａ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光ＬＰ１のスペクトルＳ１が、約３００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光ＬＰ２のスペクトルＳ２が、例えば約３００ｎｍより大きい波長を多く含むように励起光が分割される。
パルス照度は第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂ上でともに約２００ｍＪ／ｃｍ2 である。また、フラッシュランプ１の光パルス波形は略正弦波であり、パルス時間幅は約１０-5ｓｅｃ．である。
電磁波源１３から放射された被変調電磁波は軸外し放物面ミラー１１を経て、第１、第２のＳｉ基板７ａ，７ｂにて変調を受け、第１のＳｉ基板７ａで反射され、第２のＳｉ基板７ｂで透過したものが軸外し放物面ミラー１２を経て出力され、出力電磁波として照射対象１４に照射される。
【００３８】
ここで、第１のＳｉ基板７ａに照射されるパルス光は、例えば約３００ｎｍより小さい波長を多く含み、第２のＳｉ基板７ｂに照射されるパルス光は、例えば約３００ｎｍより大きい波長多く含んでいるため、図７（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和する。
また、第１のＳｉ基板７ａの反射率は直ちには小さくならず、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、図７（ｃ）に示すように持続する。
上記のように、第１のＳｉ基板７ａの反射率の方が、第２のＳｉ基板７ｂでの反射率よりもより早く１に達し飽和するので、第１のＳｉ基板７ａの反射率が１になった後、第２のＳｉ基板の反射率が１に達し、第１のＳｉ基板７ａで反射した電磁波は、第２のＳｉ基板の反射率が高くなるまでの間、第２のＳｉ基板７ｂを透過し、出力電磁波として、軸外し放物面ミラー１２を経て出力される。
そして、第２のＳｉ基板７ｂの反射率が増大すると、それに応じて出力電磁波は小さくなる。
その結果、第１のＳｉ基板７ａの反射率が増大してから、第２のＳｉ基板の反射率が増大するまでの間、図７（ｄ）に示すようなパルス状の電磁波が出力される。すなわち、出力電磁波は立上り変調動作時間が、おおよそ第１のＳｉ基板７ａの変調動作時間ｔ１で、立下り変調動作時間が凡そ第２のＳｉ基板７ｂの変調動作時間ｔ２で決まるパルスとなる。被変調電磁波の波長が２．６ｍｍの場合、立上りおよび立下り変調動作時間はそれぞれ約２×１０-9ｓｅｃ．、４×１０-9ｓｅｃ．であった。
この立上りおよび立下り変調動作時間は、波長分割ミラー６ｂによる波長分布の分割状況により、任意に変えることができる。
【００３９】
図８に本発明で使用するのにさらに望ましいフラッシュランプの構成を示す。
同図はフラッシュランプ１を、その管軸を通る平面で切った断面図を示している。
図８において、放電ガスが封入された透光性材料からなるバルブ１ｅ内に、対向配置された一対の電極（陽極）１ｂと電極１ｃ（陰極）が設けられ、電極１ｂ，１ｃ間にトリガ電極１ｇが設けられている。バルブ１ｅの両端は封止部１ｄで封止され、封止部１ｄを上記電極１ｂ，１ｃに接続された電極棒１ｆが貫通している。
上記電極（陽極）１ｂは、電極棒１ｆに接続され、電極１ｃ（陰極）は電極棒１ｆ’を介して、帰還伝送路５ｂ、線状導体５ｃ及び帰還伝送路５ｂ’に接続されている。本実施例において線状導体５ｃは８本であり、ランプ中心軸の周りに均等に配置されている。
すなわち、電極１ｂ，電極棒１ｆと、電極１ｃ、電極棒１ｆ’帰還伝送経路５ｂ、線状導体５ｃ、帰還伝送路５ｂ’の往復で略同軸構造を成している。
上記のように、本実施例のフラッシュランプにおいて、帰還伝送路は８本の線状導体５ｃで構成され、ランプ中心軸に対称に配置されている。アークは帰還伝送路を流れる電流から反発力を受けるが、伝送路が軸対称に配置されているため、結果的にアークはランプ中心軸に戻されるように力が働き、アークが安定化する。
【００４０】
図９に、本発明のさらに望ましい形態の実施例を示し、本実施例は本発明で使用される半導体基板の望ましい構成例を示す。
本実施例では同図に示すように、Ｓｉ基板７の表面上にＳｉＯ2 の薄膜１５が形成されている。
ＳｉＯ2 の屈折率はＳｉよりも小さいため、励起光の反射率を低減することができ、照射された励起光がＳｉ基板に吸収される割合を増やすことができる。ＳｉＯ2 以外にも例えばＣａＦ2 ，ＬｉＦ2 ，ｋＢｒ，ＣａＢｒ2 ，ＫＩ，ＣａＩ2 ，ＣｓＩ，ＳｉＮなどを使用してもよい。ＳｉＯ2 は使用するＳｉ基板を熱処理する等の方法にて比較的容易に薄膜形成することができるためこの目的には最適である。
【００４１】
図１０に本発明のさらに望ましい形態の実施例を示し、本実施例は本発明で使用される半導体基板のＳｉ基板の望ましい他の構成例を示す。
Ｓｉ基板７の表面上にリソグラフィによりレジストパターンを形成し、プラズマエッチングにより凹凸層１６が形成されている。
凹凸の深さｄおよび凹凸パターンの大きさｐは励起光波長程度であり、実施例ではともに３００ｎｍである。凹凸層１６の励起光に対する実効的な屈折率はＳｉ基板そのものよりも小さいため、励起光の反射率を低減することができ、照射された励起光がＳｉ基板７に吸収される割合を増やすことができる。
凹凸を形成する方法として、上記のプラズマエッチングのほかにもナノインプリント法等を用いてもよい。
また、図８に示すようにＳｉ基板７の表面上にＳｉＯ2 の薄膜１５を形成するとともに、図９に示すように、凹凸層１６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の電磁変調器の第１の実施例を示す図である。
【図２】フラッシュランプから放射されるパルス光の強度と出力電磁波強度を示す図である。
【図３】本発明の電磁変調器の第２の実施例を示す図である。
【図４】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと出力電磁波強度を示す図である。
【図５】一般的なフラッシュランプ点灯回路およびランプ電流波形を示す図である。
【図６】本発明の電磁変調器の第３の実施例を示す図である。
【図７】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと出力電磁波強度を示す図である。
【図８】本発明で使用するのに望ましいフラッシュランプの構成を示す図である。
【図９】本発明で使用するのに好適な半導体基板の構成例（１）を示す図である。
【図１０】本発明で使用するのに好適な半導体基板の構成例（２）を示す図である。
【図１１】波長３×１０-4ｍの電磁波に対するシリコン（Ｓｉ）の反射率の自由キャリア密度依存性を示す図である。
【図１２】シリコン（Ｓｉ）に対する光侵入長の波長特性を示す図である。
【図１３】フラッシュランプから放射されるパルス光の光照度と、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す図である。
【図１４】フラッシュランプから放射されるパルス光のスペクトルと、シリコン（Ｓｉ）基板の反射率（Ｒ）の立ち上がり特性を示す図である。
【図１５】励起光源としてパルスレーザを用いた従来の電磁波変調器の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示す電磁波変調器のレーザ光照度と出力電磁波強度を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ フラッシュランプ
１ａ トリガ線
１ｂ，１ｃ 電極
１ｄ 封止部
１ｅ バルブ
１ｆ 電極棒
１ｇ 外部トリガ電極
２ 集光ミラー
３ トリガパルス発生器
４ 充電電源
４ａ 電圧制御手段
５ 給電ライン
６ａ ハーフミラー
６ｂ 波長分割ミラー（コールドミラーあるいはホットミラー）
７ａ，７ｂ Ｓｉ基板（半導体基板）
８ ミラー
９ レンズ
１０ａ〜１０ｅ 電磁波
１１，１２ 入射側軸外し放物面ミラー
１３ 電磁波源
１４ 電磁波照射対象
１５ ＳｉＯ2 層
１６ 凹凸層
Ｃ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を照度の違う２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることにより、出力電磁波のパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることにより、出力電磁波のパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項２】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を、波長の異なる２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項３】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を同一照度で同一波長の２つに分割し、該分割された光を励起光として、被変調電磁波に対する変調動作時間が異なる第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項４】
請求項１，２または請求項３に記載の電磁波変調器であって、
上記励起光源であるフラッシュランプは、コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、
上記帰還伝送路は、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成され、
該フラッシュランプからの放射光を半導体基板に集光照射して励起光とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項５】
上記帰還伝送路のフラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が電極間軸にほぼ平行で該電極間軸に対称に配置された複数の線状の導体で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電磁波変調器。
【請求項６】
半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆し、励起光反射率を低減した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４または請求項５に記載の電磁波変調器。
【請求項７】
半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設け、励起光反射率を低減した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または請求項６に記載の電磁波変調器。
【請求項１】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を照度の違う２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることにより、出力電磁波のパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることにより、出力電磁波のパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項２】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を、波長の異なる２つに分割し、該分割された光を励起光として、第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項３】
半導体基板に励起光を照射して、波長が１×１０-2〜１×１０-5ｍの電磁波に対する該半導体基板の反射率もしくは透過率を制御することにより上記電磁波を変調する電磁変調器であって、
前記励起光源としてフラッシュランプを用い、フラッシュランプパルス光を同一照度で同一波長の２つに分割し、該分割された光を励起光として、被変調電磁波に対する変調動作時間が異なる第１の半導体基板および第２の半導体基板に照射し、
被変調電磁波を上記第１の半導体基板で反射させることによりパルスの立ち上がりを形成し、上記第２の半導体基板を透過させることによりパルスの立下りを形成し、第１の半導体基板で反射し第２の半導体基板を透過した電磁波を出力電磁波とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項４】
請求項１，２または請求項３に記載の電磁波変調器であって、
上記励起光源であるフラッシュランプは、コンデンサからフラッシュランプの一方の極に至る伝送経路及び両極の電極棒と、フラッシュランプの他方の極からコンデンサに至る略円筒状の帰還伝送路とが、略同軸構造を成し、
上記帰還伝送路は、フラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が、線状または網目状の導体、または透光性導体で構成され、
該フラッシュランプからの放射光を半導体基板に集光照射して励起光とする
ことを特徴とする電磁波変調器。
【請求項５】
上記帰還伝送路のフラッシュランプの電極間の外側に相当する部分の少なくとも一部が電極間軸にほぼ平行で該電極間軸に対称に配置された複数の線状の導体で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電磁波変調器。
【請求項６】
半導体基板の少なくとも一部を、半導体基板の励起光に対する屈折率よりも小さな屈折率で、かつ励起光の少なくとも一部を透過する物質の薄膜で被覆し、励起光反射率を低減した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４または請求項５に記載の電磁波変調器。
【請求項７】
半導体基板の少なくとも一部に、励起光波長に相当する大きさの凹凸を設け、励起光反射率を低減した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または請求項６に記載の電磁波変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１６０６７１（Ｐ２００８−１６０６７１Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４９４５５（Ｐ２００６−３４９４５５）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
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