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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023087726
(43)【公開日】2023-06-26
(54)【発明の名称】開放形共振器
(51)【国際特許分類】
G01N 22/00 20060101AFI20230619BHJP
【ＦＩ】
G01N22/00 J
G01N22/00 Y
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021202167
(22)【出願日】2021-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】597123515
【氏名又は名称】ＥＭラボ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121946
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 泰広
(72)【発明者】
【氏名】柳本 吉之
(57)【要約】
【課題】誘電率に異方性を有する試料の誘電特性をより高精度に測定することができる開放形共振器を提供する。
【解決手段】開放形共振器は、互いに対向して配置される２つの反射球面をそれぞれ有する２つの球面反射鏡と、２つの反射球面の間に配置される試料の誘電特性を測定するための入力信号を入力する信号注入部と、を備える。２つの球面反射鏡の少なくとも一方の球面反射鏡１１は、少なくとも一方の球面反射鏡１１の反射球面１３に沿って配置された溝１７Ａ、１７Ｂを有する。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】開放形共振器は、互いに対向して配置される２つの反射球面をそれぞれ有する２つの球面反射鏡と、２つの反射球面の間に配置される試料の誘電特性を測定するための入力信号を入力する信号注入部と、を備える。２つの球面反射鏡の少なくとも一方の球面反射鏡１１は、少なくとも一方の球面反射鏡１１の反射球面１３に沿って配置された溝１７Ａ、１７Ｂを有する。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向して配置される２つの反射球面をそれぞれ有する２つの球面反射鏡と、
前記２つの反射球面の間に配置される試料の誘電特性を測定するための入力信号を入力する信号注入部と、を備え,
前記２つの球面反射鏡の少なくとも一方の球面反射鏡は、前記少なくとも一方の球面反射鏡の反射球面に沿って配置された溝を有する、
開放形共振器。
前記２つの反射球面の間に配置される試料の誘電特性を測定するための入力信号を入力する信号注入部と、を備え,
前記２つの球面反射鏡の少なくとも一方の球面反射鏡は、前記少なくとも一方の球面反射鏡の反射球面に沿って配置された溝を有する、
開放形共振器。
【請求項2】
前記溝は、前記入力信号の電界の方向と実質的に同一の方向に形成される、
請求項１に記載の開放形共振器。
請求項１に記載の開放形共振器。
【請求項3】
前記溝の形成方向と、前記信号注入部からの前記入力信号の電界の方向とのなす角度は、３０度以下である、
請求項１に記載の開放形共振器。
請求項１に記載の開放形共振器。
【請求項4】
前記溝は、前記２つの反射球面の中心を結ぶ中心軸を通る平面に平行に配置される、
請求項１～３のいずれか一項に記載の開放形共振器。
請求項１～３のいずれか一項に記載の開放形共振器。
【請求項5】
前記溝は、前記２つの反射球面の中心を結ぶ中心軸を通る平面に沿って配置される、
請求項１～４のいずれか一項に記載の開放形共振器。
請求項１～４のいずれか一項に記載の開放形共振器。
【請求項6】
前記２つの球面反射鏡の各々は、前記反射球面の中心に結合孔を有し、
前記溝は、前記結合孔と所定の間隔を隔てて配置され、前記中心軸について軸対称および前記中心軸を通る平面について面対称の少なくとも一方の態様に配置される、
請求項１～５のいずれか一項に記載の開放形共振器。
前記溝は、前記結合孔と所定の間隔を隔てて配置され、前記中心軸について軸対称および前記中心軸を通る平面について面対称の少なくとも一方の態様に配置される、
請求項１～５のいずれか一項に記載の開放形共振器。
【請求項7】
前記溝の深さは、測定周波数に対応する波長の１／８以上１／２未満である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の開放形共振器。
請求項１～６のいずれか一項に記載の開放形共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘電体の誘電特性（複素比誘電率の実数部（比誘電率ε’）および誘電正接（ｔａｎδ））の測定に適した開放形共振器に関する。
【背景技術】
【0002】
車載レーダー、光通信、高速デジタル機器などの応用分野において、ミリ波帯の周波数が用いられているが、レーダーにおける位置分解能の向上、光通信における通信速度の上昇、デジタル機器における処理の高速化が必須の課題となっており、使用されるミリ波の周波数はさらに高まっていくことが想定される。現状では、それぞれ、７５－８０ＧＨｚ帯、５０ＧＨｚ帯、４０ＧＨｚ帯が最先端機器での使用周波数帯であるが、今後は１００ＧＨｚを超える周波数が想定されている。また、第５世代通信網（５Ｇ）の次に来る第６世代通信網（６Ｇ）においては、３３０ＧＨｚ帯まで使うことを想定した議論がなされている。これに伴い、それらの機器に使用される材料特性の測定においても、より高周波を用いた測定が必要となってきている。材料特性のうちでも、高周波化にともなうミリ波のエネルギー損失が大きな問題となることから、材料の誘電特性の測定が必須の課題となっている。
【0003】
ミリ波帯での誘電特性の測定においては、特にそのエネルギー損失の低減が重要な開発課題であることから、誘電正接（損失角、ｔａｎδ）の測定が重要であり、従来、共振器を用いた測定が主流である。スプリットシリンダー共振器はその代表的な装置であり、６０ＧＨｚ程度までの低損失材料の誘電正接の測定に用いられている。しかし、スプリットシリンダー共振器ではそれより高い周波数での誘電特性を正確に測定することが困難となってきており、それより上の周波数においては開放形共振器（ファブリペロ共振器）が適している（非特許文献１）。
【0004】
ファブリペロ共振器においては、互いに対向して配置された２つの球面反射鏡の間にフィルム状に加工した試料を挿入し、例えば、１００ＧＨｚ程度の周波数の入力信号を入力して共振測定を行って共振波形を取得し、その試料の誘電特性を測定する。共振測定にはネットワークアナライザを用いることが多い。ネットワークアナライザをファブリペロ共振器につないで、横軸を周波数、縦軸を透過信号強度（透過係数）としたグラフ（共振波形）を取得し、共振特性を測定する。ここで、「共振特性」とは共振の中心周波数（共振周波数）とＱ値（本明細書では中心周波数と３ｄＢバンド幅の比を採用）のことである。試料があるときとないときの共振特性から試料の比誘電率と誘電正接を計算またはシミュレーションで求めるのが一般的である。
【0005】
ファブリペロ共振器の各球面反射鏡は中心軸について軸対称であるため、入力信号の縦偏波と横偏波に対して共振器の形状が同じであり、入力される入力信号に縦偏波と横偏波が含まれる場合、試料を挿入していない状態（空状態）で測定される共振周波数は縦偏波の場合も横偏波の場合も同一である。つまり、ファブリペロ共振器におけるＴＥＭ００ｑモード共振では縦偏波の共振モードと横偏波の共振モードの２つの共振モードが縮退している。
【0006】
実際のファブリペロ共振器では、入力される入力信号のうち縦偏波のみをのみを励起するように設計しているが、加工や組み立て精度には一定の制約（誤差）があるため、横偏波も励起される。特に、異方性のある試料は縦方向の比誘電率εv’と横方向の比誘電率εh’が異なるので、空状態で縦偏波と横偏波の共振周波数が同一であるファブリペロ共振器に異方性のある試料を挿入すると、縮退が解け、縦偏波の共振周波数と横偏波の共振周波数に差が生じ、共振波形に２つの共振周波数が観測される。このように、本来測定されるべき縦偏波の共振波形に横偏波の共振波形が重畳されると、試料の誘電特性を正確に測定することが困難となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】A. L. CULLEN and P. K. YU, The accurate measurement of permittivity by means of open resonator, Proc. R. Soc. Lond. A. 325, 493-509 (1971)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
誘電率に異方性を有する試料の誘電特性をより高精度に測定することができる開放形共振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の開放形共振器は、互いに対向して配置される２つの反射球面をそれぞれ有する２つの球面反射鏡と、前記２つの反射球面の間に配置される試料の誘電特性を測定するための入力信号を入力する信号注入部と、を備える。前記２つの球面反射鏡の少なくとも一方の球面反射鏡は、前記少なくとも一方の球面反射鏡の反射球面に沿って配置された溝を有する。
【発明の効果】
【0010】
本開示の開放形共振器によれば、測定に使用する信号の縦偏波のみを実質的に用いて試料の誘電特性を測定することができるので、異方性を有する試料の誘電特性を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態１に係るファブリペロ共振器の模式図
【図2A】実施の形態１に係るファブリペロ共振器の球面反射鏡のＺ方向から見た模式図
【図3A】異方性により共振の縮退が解けた共振波形を示す図（異方性大）
【図3B】異方性により共振の縮退が解けた共振波形を示す図（異方性小）
【図3C】異方性を有しない試料の共振波形を示す図
【図4A】異方性により共振の縮退が解けた共振波形を説明する図
【図4B】異方性により共振の縮退が解けた共振波形を説明する図
【図5】実施の形態１に係るファブリペロ共振器で測定された共振波形を示す図
【図6A】実施の形態２に係るファブリペロ共振器の球面反射鏡のＺ方向から見た模式図
【図7A】実施の形態３に係るファブリペロ共振器の球面反射鏡のＺ方向から見た模式図
【発明を実施するための形態】
【0012】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るファブリペロ共振器の模式図である。図１に示すように、実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００は、固定台１０、第１の球面反射鏡１１、第２の球面反射鏡１２、試料台２０、マイクロメータ２２および覆い３０を有する。ファブリペロ共振器１００は、開放形共振器の一例である。以下の説明では、図１に示すＸＹＺ直交座標系を用いて説明し、Ｘ方向は上下方向、Ｙ方向は前後方向、Ｚ方向は左右方向に、それぞれ対応する。
図１は、実施の形態１に係るファブリペロ共振器の模式図である。図１に示すように、実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００は、固定台１０、第１の球面反射鏡１１、第２の球面反射鏡１２、試料台２０、マイクロメータ２２および覆い３０を有する。ファブリペロ共振器１００は、開放形共振器の一例である。以下の説明では、図１に示すＸＹＺ直交座標系を用いて説明し、Ｘ方向は上下方向、Ｙ方向は前後方向、Ｚ方向は左右方向に、それぞれ対応する。
【0013】
固定台１０には、図１に示すように、第１の反射球面１３を有する第１の球面反射鏡１１と第２の反射球面１４を有する第２の球面反射鏡１２が、互いに対向して配置される。このとき、第１の反射球面１３の中心と第２の反射球面１４の中心とは、所定の球面間距離Ｄ０を有する。第１の反射球面１３および第２の反射球面１４の中心には、中心軸Ｃに沿って、それぞれ第１の導波管４１および第２の導波管４２が配置され、第１の導波管４１および第２の導波管４２の球面側の先端開口部には、所望の共振特性を得る結合状態を形成するための微小の径を有する第１の結合孔１５および第２の結合孔１６がそれぞれ形成されている。第１の球面反射鏡１１の第１の導波管４１は試料の誘電特性の測定のための入力信号が入力される信号注入部であり、第２の球面反射鏡１２の第２の導波管４２は検出信号が出力される信号検出部である。
【0014】
試料台２０は、貫通孔２１を有し、互いに対向する第１の球面反射鏡１１と第２の球面反射鏡１２との間に配置される。試料台２０は、誘電特性の測定の対象となる試料２５を取り付けるホルダである。試料２５は貫通孔２１を覆うように取り付けられる。試料台２０に取り付けられた試料２５の左右方向（Ｚ方向）の位置を調整するためのマイクロメータ２２が取り付けられている。マイクロメータ２２は、固定台１０（即ち、第１の球面反射鏡１１および第２の球面反射鏡１２）に対して試料台２０のＺ方向の位置を調整することにより試料台２０に取り付けられた試料２５の位置を調整することができる位置調整機構である。
【0015】
覆い３０は、透明のアクリル板からなる前板、背板および前板と背板とを接続する天板を有してコの字形状に形成されている。図１に示すように、誘電特性の測定時においては、覆い３０の前板、背板および天板は、それぞれファブリペロ共振器１００の前面側、背面側および上面側を覆う。また、試料取付時においては、覆い３０は上方にスライドされてファブリペロ共振器１００から外され、第１の球面反射鏡１１と第２の球面反射鏡１２との間の空間（即ち、試料台が配置される空間）が露出した状態となっている。
【0016】
図２Ａは、ファブリペロ共振器１００の第１の球面反射鏡１１のＺ方向から見た模式図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す２Ｂ－２Ｂ断面線による断面を示す説明図である。図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１の球面反射鏡１１は、第１の反射球面１３、第１の反射球面１３の中心に形成された第１の結合孔１５および第１の反射球面１３に形成された溝１７Ａ、１７Ｂ（総称して、溝１７という）を有する。溝１７Ａ、１７Ｂは、第１の反射球面１３の中心軸Ｃ（Ｚ方向）を対称軸として軸対称に、第１の結合孔１５から所定の距離（実施の形態１では１ｍｍ）隔ててそれぞれ上下方向（縦方向）に第１の反射球面１３の端部まで形成されている。なお、溝１７は第１の反射球面１３の端部近傍（端部までの距離が約１ｍｍ）まで形成されていれば、必ずしも端部まで形成される必要はない。溝１７を第１の結合孔１５と隔てて配置するのは、溝１７の接続による第１の結合孔１５の形状の変形を避けるためである。
【0017】
また、溝１７は、中心軸Ｃを通るＺＸ面に沿って縦方向に形成され、中心軸Ｃを通るＹＺ面について面対称に配置されている。ここで、縦方向とは、溝１７をＸＹ平面に投影した時の溝１７が延在する方向（Ｘ方向）であり、縦方向は、ＺＸ面に平行な方向であって、入力信号の電界の方向と実質的に一致する。即ち、入力信号の電界の方向は基本的には縦方向である。基本的にというのは、入力信号は、電界の方向が縦方向（即ち、縦偏波）となるように第１の導波管４１から入力されるが、第１の導波管４１の寸法誤差、第１の結合孔１５の加工精度および第１の結合孔１５と第１の導波管４１の配置精度の関係で、事実上、実際に入力された入力信号には横方向の信号（横偏波）の成分が生じることが避けられないからである。
【0018】
ファブリペロ共振器１００では、球面間距離Ｄ０は１２０ｍｍであり、第１の反射球面１３および第２の反射球面１４の半径は９６ｍｍ、球面深さは５ｍｍ、ＸＹ面に投影した円の半径は約３０．６ｍｍであり、溝１７の深さは０．８ｍｍ、幅は０．２ｍｍである。ファブリペロ共振器１００の測定周波数は、７５～１１０ＧＨｚであり、溝１７の深さ（０．８ｍｍ）は、測定周波数の波長の１／４程度に設定している。これは、溝の深さが測定周波数の波長の１／４のときに反射球面を流れる横方向の表面電流が最も小さく（ほぼゼロに）なるからである。また、溝の深さが測定周波数の波長の１／２になると横方向の表面電流を抑制する効果がほとんどなくなるので、最も高い測定周波数においても、溝の深さが波長の１／２にならないことが望ましい。そのため、溝の深さは、測定周波数の波長の１／８以上１／２未満の範囲に設定することが望ましい。
【0019】
（誘電特性の測定）
ファブリペロ共振器１００による誘電特性の測定の手順（ステップ）は次の通りである。
１）ファブリペロ共振器１００、ネットワークアナライザおよびコントローラをケーブルで接続する。
２）試料を装着しない状態（試料無）で、測定する共振周波数において、共振特性（第１の共振特性）を測定し共振波形のバンド幅からＱ値Ｑemptyを求める。
３）測定する周波数における共振とその前後の共振とを合わせた５個の共振を測定し、５個の共振周波数から、反射球面間の球面間距離Ｄ０を計算で求める。
４）ファブリペロ共振器１００の覆い３０を外して試料２５を試料台２０に装着した後、覆い３０で第１の球面反射鏡１１と第２の球面反射鏡１２との間の空間を覆う。
５）マイクロメータ２２を操作して、試料２５の位置調整を行う（共振周波数が最小値を示す位置に試料２５の位置を合わせる）。
６）試料２５の位置調整がされた状態（試料有）で、測定する共振周波数において、共振特性（第２の共振特性）を測定し、試料２５の挿入によって移動した共振の中心周波数（共振周波数Ｆsample）とＱ値Ｑsampleを求める。
７）試料２５の厚さｔ、球面間距離Ｄ０、試料を装着しない状態のＱ値Ｑempty、試料を装着した状態の共振周波数Ｆsample、試料を装着した状態のＱ値Ｑsampleから試料の比誘電率ε’と誘電正接ｔａｎδを計算で求める。
同一の試料２５に対して複数の周波数で誘電特性を測定するときは、上記ステップ１）の後、上記ステップ２）および３）を測定対象のすべての周波数で行い、次に上記ステップ４）および５）を行った後、上記ステップ６）および７）を測定対象のすべての周波数で行う。
ファブリペロ共振器１００による誘電特性の測定の手順（ステップ）は次の通りである。
１）ファブリペロ共振器１００、ネットワークアナライザおよびコントローラをケーブルで接続する。
２）試料を装着しない状態（試料無）で、測定する共振周波数において、共振特性（第１の共振特性）を測定し共振波形のバンド幅からＱ値Ｑemptyを求める。
３）測定する周波数における共振とその前後の共振とを合わせた５個の共振を測定し、５個の共振周波数から、反射球面間の球面間距離Ｄ０を計算で求める。
４）ファブリペロ共振器１００の覆い３０を外して試料２５を試料台２０に装着した後、覆い３０で第１の球面反射鏡１１と第２の球面反射鏡１２との間の空間を覆う。
５）マイクロメータ２２を操作して、試料２５の位置調整を行う（共振周波数が最小値を示す位置に試料２５の位置を合わせる）。
６）試料２５の位置調整がされた状態（試料有）で、測定する共振周波数において、共振特性（第２の共振特性）を測定し、試料２５の挿入によって移動した共振の中心周波数（共振周波数Ｆsample）とＱ値Ｑsampleを求める。
７）試料２５の厚さｔ、球面間距離Ｄ０、試料を装着しない状態のＱ値Ｑempty、試料を装着した状態の共振周波数Ｆsample、試料を装着した状態のＱ値Ｑsampleから試料の比誘電率ε’と誘電正接ｔａｎδを計算で求める。
同一の試料２５に対して複数の周波数で誘電特性を測定するときは、上記ステップ１）の後、上記ステップ２）および３）を測定対象のすべての周波数で行い、次に上記ステップ４）および５）を行った後、上記ステップ６）および７）を測定対象のすべての周波数で行う。
【0020】
（効果等）
ファブリペロ共振器は、入力される入力信号を互いに対向する反射球面の金属表面で反射させることにより共振特性を測定する。入力される入力信号が反射球面で反射されるのは、金属表面に電流が流れ、金属内部には電界が入れない（金属表面における境界条件：Ｅ＝０）ためである。このため、溝１７を有しない均一な金属表面の反射球面では入力信号の縦偏波も横偏波も同じように反射される。これに対し、図２Ａおよび図２Ｂに示すファブリペロ共振器１００の第１の反射球面１３のように、ＺＸ面に沿って溝１７を形成すると、ＺＸ面と平行な方向（縦方向）に流れる表面電流は影響を受けないが、ＺＸ面と交差する方向（横方向）の表面電流は流れにくくなる。このため、入力信号の縦偏波は全反射されるが、横偏波の電磁波の反射は弱く、横偏波の共振はほとんど消滅し観測不能なレベルとなる。
ファブリペロ共振器は、入力される入力信号を互いに対向する反射球面の金属表面で反射させることにより共振特性を測定する。入力される入力信号が反射球面で反射されるのは、金属表面に電流が流れ、金属内部には電界が入れない（金属表面における境界条件：Ｅ＝０）ためである。このため、溝１７を有しない均一な金属表面の反射球面では入力信号の縦偏波も横偏波も同じように反射される。これに対し、図２Ａおよび図２Ｂに示すファブリペロ共振器１００の第１の反射球面１３のように、ＺＸ面に沿って溝１７を形成すると、ＺＸ面と平行な方向（縦方向）に流れる表面電流は影響を受けないが、ＺＸ面と交差する方向（横方向）の表面電流は流れにくくなる。このため、入力信号の縦偏波は全反射されるが、横偏波の電磁波の反射は弱く、横偏波の共振はほとんど消滅し観測不能なレベルとなる。
【0021】
図３Ａ～図３Ｃは、溝１７を有しない従来のファブリペロ共振器を用いて、３種類の試料（異方性大：図３Ａ、異方性小：図３Ｂ、異方性無：図３Ｃ）の共振特性を測定したときの共振波形を示す図である。反射球面が溝１７を有しない従来のファブリペロ共振器を用いて、異方性の大きい試料（液晶ポリマー（ＬＣＰ））の共振特性を測定すると、図３Ａに示すように、共振が大きく分離し、共振波形に２つの共振が観測される。異方性の小さい試料（ポリイミド）の場合は、図３Ｂに示すように、共振のピークの比較的近く（共振周波数よりも低い周波数側）に「コブ」が現れ、共振波形の変形が観測される。異方性を有しない試料（シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ））の場合は、図３Ｃに示すように、測定された共振波形に変形は観測されない。
【0022】
図４Ａおよび図４Ｂは、異方性により共振の縮退が解けた共振波形を説明する図である。図４Ａに示す場合のように、試料２５の異方性により共振の縮退が解けて縦偏波の共振周波数の近傍に横偏波の共振周波数が存在すると、測定される共振波形において縦偏波の共振周波数から横偏波の共振周波数の方へシフトした共振周波数が測定されることになる。共振周波数がシフトすると比誘電率の測定値に誤差を生じすることになる。また、図４Ｂに示す場合のように、試料２５の異方性により共振の縮退が解けて縦偏波の共振波形の３ｄＢバンド幅ＢＷ３ｄＢ内に横偏波の共振周波数が存在すると、測定される共振波形において縦偏波の共振波形の３ｄＢバンド幅ＢＷ３ｄＢよりも大きい３ｄＢバンド幅ＢＷ３ｄＢが測定されることになる。３ｄＢバンド幅ＢＷ３ｄＢが大きくなると誘電正接の測定値に誤差を生じすることになる。なお、横偏波の共振が縦偏波の共振に対して高周波側と低周波側のどちらに位置するかは測定される試料２５の縦方向の誘電率と横方向の誘電率の大小関係による。
【0023】
図５は、第１の球面反射鏡１１が溝１７を有するファブリペロ共振器１００を用いて、比較的異方性の小さい試料の共振特性を測定したときの共振波形を示す図である。第１の球面反射鏡１１が溝１７を有するファブリペロ共振器１００を用いて、比較的異方性の小さい試料（ポリイミド）のの共振特性を測定すると、図５に示すように、上記図３Ｂに示したような「コブ」は現れず、共振波形に変形は観測されない。これは、溝１７により第１の反射球面１３の表面に生じる横方向の表面電流が抑制され、入力信号の横偏波による共振が実質的に消滅し縦偏波の共振のみが観測されるためである。
【0024】
ファブリペロ共振器１００では、第１の球面反射鏡１１の第１の反射球面１３に２つの溝１７Ａ、１７Ｂを形成したが、例えば、第２の球面反射鏡１２の第２の反射球面１４にも溝１７Ａ、１７Ｂと同様に２つの溝を設けてもよいし、溝１７Ｂを第１の反射球面１３ではなく第２の反射球面１４に設けてもよい。このように、溝１７は、第１の反射球面１３および第２の反射球面１４の一方のみに設けられてもよいし、両方に設けられてもよく、両方に設けられる場合、溝の形状は同じであってもよいし異なってもよい。入力される入力信号の横偏波の反射を十分に抑えることができるように、２つの反射球面に縦方向に設けられる溝１７の数（即ち、溝１７の縦方向の総長さ）を設定することができる。
【0025】
ファブリペロ共振器１００では、中心軸Ｃを通るＺＸ平面に沿って、溝１７Ａを第１の結合孔１５の近傍から＋Ｘ方向に第１の反射球面１３の端部まで、溝１７Ｂを第１の結合孔１５の近傍から－Ｘ方向に第１の反射球面１３の端部まで形成し、溝１７を軸対称かつ面対称に配置したが、必ずしも溝１７を軸対称かつ面対称に配置する必要はない。例えば、２つの溝１７の少なくとも一方の長さを短くしてしてもよい。反射球面に縦方向の溝を形成すれば、入力される入力信号の横偏波の反射を抑制することができ、横偏波の反射を十分に抑えることができるように、溝１７の縦方向の総長さを設定することができる。
【0026】
（実施の形態２）
図６Ａは、実施の形態２に係るファブリペロ共振器の第１の球面反射鏡１１１のＺ方向から見た模式図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す６Ｂ－６Ｂ断面線による断面を示す説明図である。第１の球面反射鏡１１１は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、Ｙ方向に並んで第１の反射球面１１３に形成された２つの溝１１７Ａ、１１７Ｂ（総称して、溝１１７という）を有する点で、Ｘ方向に並んで第１の反射球面１３に形成された２つの溝１７を有する実施の形態１の第１の球面反射鏡１１と異なる。具体的には、実施の形態２の２つの溝１１７は、実施の形態１の２つの溝１７と同様にＺＸ面と平行（即ち、縦方向）に形成されているが、実施の形態１の２つの溝１７が第１の反射球面１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面に沿って配置されているに対して、実施の形態２の２つの溝１１７は第１の反射球面１１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面上には配置されていない。溝１１７Ａは中心軸Ｃの＋Ｙ方向側に、溝１１７Ｂは中心軸Ｃの－Ｙ方向側に、第１の反射球面１１３の端部から端部まで縦方向に形成され、溝１１７はＺＸ面について面対称に配置されている。なお、溝１１７は第１の反射球面１１３の端部近傍（端部までの距離が約１ｍｍ）まで形成されていれば、必ずしも端部まで形成される必要はない。溝１１７の深さおよび幅は実施の形態１の溝１７と同じであり、実施の形態２に係るファブリペロ共振器の他の構成は実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
図６Ａは、実施の形態２に係るファブリペロ共振器の第１の球面反射鏡１１１のＺ方向から見た模式図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す６Ｂ－６Ｂ断面線による断面を示す説明図である。第１の球面反射鏡１１１は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、Ｙ方向に並んで第１の反射球面１１３に形成された２つの溝１１７Ａ、１１７Ｂ（総称して、溝１１７という）を有する点で、Ｘ方向に並んで第１の反射球面１３に形成された２つの溝１７を有する実施の形態１の第１の球面反射鏡１１と異なる。具体的には、実施の形態２の２つの溝１１７は、実施の形態１の２つの溝１７と同様にＺＸ面と平行（即ち、縦方向）に形成されているが、実施の形態１の２つの溝１７が第１の反射球面１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面に沿って配置されているに対して、実施の形態２の２つの溝１１７は第１の反射球面１１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面上には配置されていない。溝１１７Ａは中心軸Ｃの＋Ｙ方向側に、溝１１７Ｂは中心軸Ｃの－Ｙ方向側に、第１の反射球面１１３の端部から端部まで縦方向に形成され、溝１１７はＺＸ面について面対称に配置されている。なお、溝１１７は第１の反射球面１１３の端部近傍（端部までの距離が約１ｍｍ）まで形成されていれば、必ずしも端部まで形成される必要はない。溝１１７の深さおよび幅は実施の形態１の溝１７と同じであり、実施の形態２に係るファブリペロ共振器の他の構成は実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【0027】
実施の形態２に係るファブリペロ共振器においても、溝１１７と交差する方向に流れる表面電流が抑制されるので、入力信号の横偏波の反射が抑制され、異方性を有する試料２５の共振特性を測定した場合も、測定される共振波形に変形は生じない。
【0028】
実施の形態２のファブリペロ共振器では、第１の反射球面および第２の反射球面のうち第１の反射球面１１３にのみ溝１１７を形成する例を説明したが、溝が第１の反射球面および第２の反射球面の両方に設けられてもよい点、両方に溝を設ける場合、溝の形状は同じであっても異なってもよい点は、実施の形態１の場合と同様であるので、説明を省略する。
【0029】
実施の形態２のファブリペロ共振器では、第１の球面反射鏡１１１の第１の反射球面１１３に２つの溝１１７を形成したが、溝１１７の数は１つでもよいし、３以上でもよい。また、溝１１７を面対称に配置する例を説明したが、必ずしも面対称である必要はない。入力される入力信号の横偏波の反射を十分に抑えることができるように、溝１１７の数（即ち、溝１１７の縦方向の総長さ）を設定することができる。
【0030】
（実施の形態３）
図７Ａは、実施の形態３に係るファブリペロ共振器の第１の球面反射鏡２１１のＺ方向から見た模式図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す７Ｂ－７Ｂ断面線による断面を示す説明図である。第１の球面反射鏡２１１は、図７Ａに示すように、中心軸Ｃを中心としたＺ方向視で左上側（＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向側）と右下側（－Ｘ方向かつ－Ｙ方向側）にそれぞれ溝２１７Ａ、２１７Ｂ（総称して、溝２１７という）を有する点で、Ｙ方向に並んだ２つの溝１１７を有する実施の形態２の第１の球面反射鏡１１１と異なる。具体的には、溝２１７Ａは、中心軸Ｃの＋Ｙ方向側に、中心軸Ｃを通るＹＺ平面から＋Ｘ方向に第１の反射球面２１３の端部近傍まで縦方向に形成され、溝２１７Ｂは、中心軸Ｃの－Ｙ方向側に、中心軸Ｃを通るＹＺ平面から－Ｘ方向に第１の反射球面２１３の端部近傍まで縦方向に形成されている。溝２１７の形成を第１の反射球面２１３の端部近傍までに留め、端部まで形成しないのは、端部に近づくにつれて高精度での加工が困難となるからである。溝２１７は、実施の形態２の溝１１７と同様にＺＸ面と平行（即ち、縦方向）に形成されているが、溝１１７よりも溝の長さが短い。また、溝２１７は中心軸Ｃについて軸対称に配置されている。溝２１７の深さおよび幅は実施の形態１の溝１７と同じであり、実施の形態３に係るファブリペロ共振器の他の構成は実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
図７Ａは、実施の形態３に係るファブリペロ共振器の第１の球面反射鏡２１１のＺ方向から見た模式図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す７Ｂ－７Ｂ断面線による断面を示す説明図である。第１の球面反射鏡２１１は、図７Ａに示すように、中心軸Ｃを中心としたＺ方向視で左上側（＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向側）と右下側（－Ｘ方向かつ－Ｙ方向側）にそれぞれ溝２１７Ａ、２１７Ｂ（総称して、溝２１７という）を有する点で、Ｙ方向に並んだ２つの溝１１７を有する実施の形態２の第１の球面反射鏡１１１と異なる。具体的には、溝２１７Ａは、中心軸Ｃの＋Ｙ方向側に、中心軸Ｃを通るＹＺ平面から＋Ｘ方向に第１の反射球面２１３の端部近傍まで縦方向に形成され、溝２１７Ｂは、中心軸Ｃの－Ｙ方向側に、中心軸Ｃを通るＹＺ平面から－Ｘ方向に第１の反射球面２１３の端部近傍まで縦方向に形成されている。溝２１７の形成を第１の反射球面２１３の端部近傍までに留め、端部まで形成しないのは、端部に近づくにつれて高精度での加工が困難となるからである。溝２１７は、実施の形態２の溝１１７と同様にＺＸ面と平行（即ち、縦方向）に形成されているが、溝１１７よりも溝の長さが短い。また、溝２１７は中心軸Ｃについて軸対称に配置されている。溝２１７の深さおよび幅は実施の形態１の溝１７と同じであり、実施の形態３に係るファブリペロ共振器の他の構成は実施の形態１に係るファブリペロ共振器１００と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【0031】
実施の形態３に係るファブリペロ共振器においても、溝２１７Ａ、２１７Ｂと交差する方向に流れる表面電流が抑制されるので、入力信号の横偏波の反射が抑制され、異方性を有する試料２５の共振特性を測定した場合も、測定される共振波形に変形は生じない。
【0032】
実施の形態３のファブリペロ共振器では、第１の反射球面および第２の反射球面のうち第１の反射球面２１３にのみ溝２１７を形成したが、溝が第１の反射球面および第２の反射球面の両方に設けられてもよい点、両方に溝を設ける場合、溝の形状は同じであっても異なってもよい点は、実施の形態１の場合と同様であるので、説明を省略する。
【0033】
実施の形態３のファブリペロ共振器では、第１の球面反射鏡２１１の第１の反射球面２１３に２つの溝２１７Ａ、２１７Ｂを形成したが、溝２１７Ａまたは溝２１７Ｂの一方のみでもよい。また、溝２１７を軸対称に配置する例を説明したが、必ずしも軸対称である必要はない。さらに、溝２１７の数は３以上となるように、中心軸Ｃを中心としたＺ方向視で右上側（＋Ｘ方向かつ－Ｙ方向側）および左下側（－Ｘ方向かつ＋Ｙ方向側）の少なくとも一方にも配置してもよい。反射球面に縦方向の溝を形成すれば、入力される入力信号の横偏波の反射を抑制することができ、横偏波の反射を十分に抑えることができるように、溝２１７の数（即ち、溝２１７の縦方向の総長さ）を設定することができる。
【0034】
（他の実施の形態）
実施の形態１のファブリペロ共振器１００では、溝１７が第１の反射球面１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面上に配置される例を説明したが、溝１７に加えて実施の形態２で説明した２つの溝１１７を第１の反射球面１３に形成してもよい。入力される入力信号の横偏波の反射を十分に抑えることができない場合は、縦方向の溝を増やすことによって、さらに横偏波の反射を抑えることができる。
実施の形態１のファブリペロ共振器１００では、溝１７が第１の反射球面１３の中心軸Ｃを通るＺＸ面上に配置される例を説明したが、溝１７に加えて実施の形態２で説明した２つの溝１１７を第１の反射球面１３に形成してもよい。入力される入力信号の横偏波の反射を十分に抑えることができない場合は、縦方向の溝を増やすことによって、さらに横偏波の反射を抑えることができる。
【0035】
実施の形態１～３では、第１の反射球面１３、１１３、２１３にそれぞれ溝１７、１１７、２１７を形成する例について説明し、第２の反射球面１４にも溝１７、１１７、２１７と同様の溝を形成してもよい旨を述べた。第１の反射球面と第２の反射球面の両方に溝を形成する場合、第１の反射球面に形状される溝の形状パターンと第２の反射球面に形状される溝の形状パターンとは必ずしも同一である必要はない。例えば、実施の形態１のファブリペロ共振器１００において、第２の反射球面１４に実施の形態２の溝１１７または実施の形態３の溝２１７と同様の溝を形成してもよい。このように、実施の形態１～３で説明した溝１７、１１７、２１７を適宜組み合わせて、第１の反射球面および第２の反射球面に形成することも可能である。
【0036】
実施の形態１～３では、溝１７、１１７、２１７の形成方向である縦方向と入力信号の電界の方向とを実質的に一致させる例を説明した。溝の形成方向と入力信号の電界の方向とが厳密には一致する場合に、縦方向の表面電流には実質的に影響を与えることなく、最も効率よく横方向の表面電流を抑制することとなり、入力信号の横偏波の成分による共振は観測不能なレベルまで減衰する。しかし、溝の形成方向と入力信号の電界の方向とが厳密には一致せず、ある程度の角度を有する場合であっても、縦方向の表面電流に比べて横方向の表面電流を大きく抑制できる場合は、入力信号の縦偏波に比べて横偏波による共振は大きく減衰する。このような場合は、入力信号の横偏波による共振の影響を受けることなく、縦偏波による共振測定が可能となるので、溝の形成方向と入力信号の電界の方向とが実質的に一致していると言える。溝の形成方向と入力信号の電界の方向とのなす角度が大きくなるにつれて、縦方向の表面電流への影響が大きくなって入力信号の縦偏波による共振の減衰が大きくなる一方、横方向の表面電流に対する抑制は減少し入力信号の横偏波による共振の減衰は小さくなる。従って、効率よく入力信号の横偏波による共振を除去して縦偏波による共振測定を行うためには、ＸＹ平面（中心軸Ｃに垂直な平面）に投影した場合の溝の形成方向と入力信号の電界の方向とのなす角度が３０度（望ましくは１５度、より望ましくは５度）以下になるように、合わせる必要がある。
【0037】
実施の形態１、２に係るファブリペロ共振器では、信号注入部および信号検出部に導波管を用いた。測定周波数に応じて、導波管に代えて、先端にループアンテナを有する同軸ケーブルを用いることもできる。
【0038】
実施の形態１、２に係るファブリペロ共振器では、第１の反射球面１３、１１３に縦方向の溝１７、１１７を形成し電界の方向が縦方向の入力信号を入力する例を説明したが、反射球面に横方向の溝を形成し電界の方向が横方向の入力信号を入力して、試料の誘電特性を測定してもよい。即ち、縦方向および横方向に限らず、反射球面に形成された溝の形成方向を入力信号の電界の方向と実質的に合わせることにより、異方性を有する試料の誘電特性をより正確に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明の開放形共振器は、誘電率に異方性を有する試料の誘電特性をより高精度に測定することに適している。
【符号の説明】
【0040】
１０ 固定台
１１、１１１、２１１ 第１の球面反射鏡
１２ 第２の球面反射鏡
１３、１１３、２１３ 第１の反射球面
１４ 第２の反射球面
１５ 第１の結合孔
１６ 第２の結合孔
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１１７、１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７、２１７Ａ、２１７Ｂ 溝
２０ 試料台
２１ 貫通孔
２２ マイクロメータ
２５ 試料
３０ 覆い
４１ 第１の導波管
４２ 第２の導波管
１００ ファブリペロ共振器
ＢＷ３ｄＢ ３ｄＢバンド幅
Ｃ 中心軸
Ｄ０ 球面間距離
１１、１１１、２１１ 第１の球面反射鏡
１２ 第２の球面反射鏡
１３、１１３、２１３ 第１の反射球面
１４ 第２の反射球面
１５ 第１の結合孔
１６ 第２の結合孔
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１１７、１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７、２１７Ａ、２１７Ｂ 溝
２０ 試料台
２１ 貫通孔
２２ マイクロメータ
２５ 試料
３０ 覆い
４１ 第１の導波管
４２ 第２の導波管
１００ ファブリペロ共振器
ＢＷ３ｄＢ ３ｄＢバンド幅
Ｃ 中心軸
Ｄ０ 球面間距離
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】