JP2009229386A - Sum frequency generating spectroscopic device and its spectroscopic method - Google Patents

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Takayuki Miyamae
孝行 宮前
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a SFG spectroscopic device and its measuring method by making single channel sum frequency spectroscopic method to have a high function and making wavelength of infrared light and visible light variable. <P>SOLUTION: The sum frequency generating spectroscopic device includes: a pulse laser light source; a long wavelength exciting light generator of wavelength variable for separating the output light and for wavelength converting a part of separation; a short wavelength exciting light generator of wavelength variable for wavelength converting the other part of separation; a first optical system for irradiating the sample with the long wavelength exciting light; a second optical system of irradiating the sample with short wavelength exciting light; a delay device; a third optical system for selecting sum frequency light from light from the sample; and an optical detector. The long wavelength excitation light generator sweeps the wavelength band region, and the short wavelength generator changes output wavelength for every sample. The first optical system, the second optical system and the delay device irradiate the sample so as to synchronously superpose spatially and timely. The third optical system inhibits the light other than the selected sum frequency light by making the sum frequency light incident on the light detector by adjusting the light path of the sum frequency light. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、シングルチャネルSFG分光法に関し、表面や界面の振動スペクトルの測定あるいは界面選択的な時間分解測定を行うことができる和周波発生分光装置及びその分光方法に関している。   The present invention relates to single-channel SFG spectroscopy, and relates to a sum frequency generation spectroscopic device and a spectroscopic method thereof capable of measuring vibration spectra of surfaces and interfaces, or interface-selective time-resolved measurements.

表面や界面のみを選択的に解析する方法として、和周波発生分光法がよく知られている。和周波発生(SFG:Sum Frequency Generation)は、二次の非線形光学効果に基づく現象で、周波数ω1とω2の2種類のレーザ光(プローブ光または励起光と呼ばれる)を試料表面に照射するとω3=ω1+ω2となる和の周波数の光が発生する過程である。この過程は反転対称性のない媒体中でのみ起こり、反転対称性のある媒体中では起こらないため、表面や界面のみを選択的に解析する際に用いられる。   Sum frequency generation spectroscopy is well known as a method for selectively analyzing only the surface and interface. Sum frequency generation (SFG) is a phenomenon based on a second-order nonlinear optical effect. When a sample surface is irradiated with two types of laser light (called probe light or excitation light), ω3 = This is a process in which light having a sum frequency of ω1 + ω2 is generated. Since this process occurs only in a medium having no inversion symmetry and not in a medium having inversion symmetry, it is used when selectively analyzing only the surface or the interface.

例えば、波長を掃引できる赤外レーザ光と波長固定の可視領域(例えば532nm)のレーザ光を試料表面に同時に照射し、発生した紫外または可視領域のSFG光を検出する。表面に存在する振動準位と入射赤外光の周波数が等しい時にSFG光の増大が起こるので、赤外光の波数を掃引しながらSFG光を検出することで表面や界面の振動スペクトルを得ることができる。   For example, an infrared laser beam that can sweep the wavelength and a laser beam in a visible region (for example, 532 nm) with a fixed wavelength are simultaneously irradiated on the sample surface, and the generated SFG light in the ultraviolet or visible region is detected. Since the SFG light increases when the vibration level existing on the surface is equal to the frequency of the incident infrared light, the vibration spectrum of the surface or interface can be obtained by detecting the SFG light while sweeping the wave number of the infrared light. Can do.

このSFG分光法は1987年にY.R.Shenらにより開発された。彼らの手法の特徴は、一方の光を波長可変の赤外パルスを用いている点である。このSFG分光法は、上記のように原理的に界面選択性を有する上に、極短パルスレーザを用いるために界面選択的な時間分解測定への展開の可能性や、表面だけでなく、液体/固体、気体/液体、気体/固体、液体/液体、あるいは固体の埋もれた界面などの解析に極めて有力な手法である。   This SFG spectroscopy was first described in 1987 by Y.-S. R. Developed by Shen et al. The feature of their method is that one of the lights uses an infrared pulse whose wavelength is variable. This SFG spectroscopy has interface selectivity in principle as described above, and also uses an ultrashort pulse laser, so it can be applied to interface-resolved time-resolved measurement, and not only the surface but also liquid. / Solid, Gas / Liquid, Gas / Solid, Liquid / Liquid, or a solid buried interface.

当初のSFG分光法に用いられた装置は、ピコ秒のレーザを光源として、単色の赤外パルスと単色の可視パルスとを測定試料に同時に照射したときに発生する単色のSFG光を赤外光の波数を変化させながら一個の検出器で検出する方法であり、後述のブロードバンドSFG分光法と区別するために現在ではシングルチャネルSFG分光法とも呼ばれる。   The apparatus used in the original SFG spectroscopy uses a picosecond laser as a light source to emit monochromatic SFG light generated when a measurement sample is simultaneously irradiated with a monochromatic infrared pulse and a monochromatic visible pulse. This is a method of detecting with one detector while changing the wave number of the signal, and is now also referred to as single channel SFG spectroscopy to distinguish it from broadband SFG spectroscopy described later.

通常の可視光波長固定のピコ秒SFG分光装置において、波長可変赤外光の発振は次のように行なわれている。まずNd:YAGレーザのパルス光を2倍波もしくは3倍波に変換し、光パラメトリック発振により波長可変の可視光と近赤外光を取り出す。さらに、この近赤外光とNd:YAGの基本波(波長=1064nm)との差周波発生(DFG)によって連続的に波長可変の赤外光を作り出している。このために必要なレーザは、パルス幅20−30ps程度、最大出力は50mJ(波長=1064nm)程度のパルスレーザである。   In a normal picosecond SFG spectrometer with a fixed visible light wavelength, the wavelength variable infrared light is oscillated as follows. First, the pulsed light of the Nd: YAG laser is converted into a second harmonic or a third harmonic, and wavelength-visible visible light and near infrared light are extracted by optical parametric oscillation. Further, the wavelength-variable infrared light is continuously generated by the difference frequency generation (DFG) between the near-infrared light and the fundamental wave of Nd: YAG (wavelength = 1064 nm). The laser required for this purpose is a pulse laser having a pulse width of about 20-30 ps and a maximum output of about 50 mJ (wavelength = 1064 nm).

さらに、他のSFG分光法装置としては、次に示すものが知られている
(1)赤外自由電子レーザと可視パルスレーザの同期によるSFG分光装置。
(2)フェムト秒レーザの出力を分波して赤外光と可視光を生成するSFG分光装置。
(3)上記(2)で可視光強度を高めたSFG分光装置。
より詳細には、以下に示す。
Further, as other SFG spectroscopy apparatuses, the following ones are known: (1) SFG spectroscopy apparatus based on synchronization of an infrared free electron laser and a visible pulse laser.
(2) An SFG spectrometer that demultiplexes the output of the femtosecond laser to generate infrared light and visible light.
(3) An SFG spectrometer in which the visible light intensity is increased in (2) above.
More details are shown below.

(1)赤外自由電子レーザと可視パルスレーザの同期によるSFG分光装置。
1996年にVan de Hamらにより赤外自由電子レーザと可視パルスレーザの同期によるSFGが開発された。この赤外光は、波数幅80cm-1の広帯域光であり、一定の領域のSFGを一度に計測できる利点を有する。しかし大規模な自由電子レーザを有する施設を利用しなければならず、また可視レーザと自由電子レーザとの同期をとるため装置全体が大型でかつ複雑なものとなる。
(1) SFG spectroscope by synchronization of infrared free electron laser and visible pulse laser.
In 1996, Van de Ham et al. Developed SFG by synchronizing infrared free electron laser and visible pulse laser. This infrared light is broadband light having a wave number width of 80 cm −1 , and has an advantage that SFG in a certain region can be measured at a time. However, a facility having a large-scale free electron laser must be used, and the entire apparatus becomes large and complicated because the visible laser and the free electron laser are synchronized.

(2)フェムト秒レーザの出力を分波して赤外光と可視光を生成するSFG分光装置。
一方1999年NISTのRichterらによりフェムト秒レーザを用いた新しいSFG分光装置の報告がなされた。この方法は、単一のフェムト秒レーザから得られるパルス光を分岐して波数幅の広い広帯域赤外光(約280cm-1)と波数幅の狭い狭帯域可視光とを生成し、これらから広帯域のSFG光を発生させる手法で、一般にブロードバンドSFG分光法と呼ばれている。この方法は、前述の自由電子レーザと同様に、一度に一定波数領域のSFGを測定でき、通常のシングルチャネルのSFGに比べて優れたS/N比で測定できる利点がある。
(2) An SFG spectrometer that demultiplexes the output of the femtosecond laser to generate infrared light and visible light.
Meanwhile, a new SFG spectrometer using a femtosecond laser was reported by Richter et al. In 1999 NIST. This method splits pulsed light obtained from a single femtosecond laser to generate broadband infrared light (approximately 280 cm −1 ) having a wide wavenumber and narrowband visible light having a narrow wavenumber, and broadband from these. This technique is generally called broadband SFG spectroscopy. Similar to the above-described free electron laser, this method has the advantage that it can measure SFG in a constant wavenumber region at a time and can be measured with an S / N ratio superior to that of a normal single channel SFG.

(3)上記(2)で可視光強度を高めたSFG分光装置。
また、石橋らにより、上記のブロードバンドSFG分光法を改良したマルチプレックスSFG装置が、特許文献1(特開2002−90293号公報)、特許文献2(特開2002−340672号公報)に開示されている。
(3) An SFG spectrometer in which the visible light intensity is increased in (2) above.
Also, Ishibashi et al. Disclosed a multiplex SFG device in which the above broadband SFG spectroscopy is improved in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-90293) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-340672). Yes.

特許文献1の開示では、単一のフェムト秒レーザ光源から出力される基本波の分割波の一方から広帯域赤外光を作成し、また、分割波の他方から狭帯域可視光を作成している。広帯域赤外光は、光パラメトリック発生/増幅器を発振させ、シグナル光とアイドラー光の差周波を発生させて得たものである。また、狭帯域可視光は、分割波の他方を二分し逆方向にチャープさせた後合成して倍波を発生させて作成している。上記広帯域赤外光と上記狭帯域可視光を試料の表面に集光させて広帯域SFG光を発生させ、これを分光するものである。   In the disclosure of Patent Document 1, broadband infrared light is created from one of the fundamental split waves output from a single femtosecond laser light source, and narrow-band visible light is created from the other split wave. . Broadband infrared light is obtained by oscillating an optical parametric generation / amplifier and generating a difference frequency between signal light and idler light. Further, the narrow band visible light is generated by dividing the other of the divided waves into two and chirping them in the opposite direction and then combining them to generate a double wave. The broadband infrared light and the narrow-band visible light are condensed on the surface of the sample to generate broadband SFG light, which is then dispersed.

また、特許文献2の開示では、特許文献1の狭帯域可視光の作成が異なり、分割波の他方を二分し逆方向にチャープさせた後合成して倍波を発生させ狭帯域可視光を作成し、さらに作成した可視光を光パラメトリック発振させて波長を可変としている。このように、狭帯域可視光の波長を実質的に連続的に可変できるようにして、種々の測定対象に対して、意図的に可視光共鳴現象を生じさせる波長を選択し、SFG光の信号強度を高め感度向上を図るものである。   In addition, in the disclosure of Patent Document 2, the creation of narrow band visible light is different from that of Patent Document 1, and the other split wave is divided into two, chirped in the opposite direction, and then combined to generate a double wave to create narrow band visible light. Further, the wavelength of the visible light that has been created is made variable by optical parametric oscillation. In this way, the wavelength of the narrow-band visible light can be varied substantially continuously, the wavelength that intentionally causes the visible light resonance phenomenon is selected for various measurement objects, and the signal of the SFG light The strength is increased and sensitivity is improved.

しかしながら、上記ブロードバンドSFG分光法に用いる可視光を生成するには、パルスレーザ光源からの光を、波長帯の特定部分の光を分光器等を用いて切り出し、狭帯域化する必要がある。この狭帯域化によって、光パルスが長くなり、例えば、フェムト秒パルスがピコ秒パルスになり、時間的ピーク強度は低下する。さらに、この狭帯域化においてレーザ光の損失は無視できないものであり、得られる可視光強度は弱くなる。また、赤外光の生成においても、広帯域赤外光を生成する波長変換器では、広帯域赤外光を発振させるためスペクトルのピーク強度は低下する。一般に、SFGには高強度のパルス光が必要であるが、上記のブロードバンドSFG分光法では、弱い赤外光と弱い可視光の組合せを使わなければならない。例えば、誘電体試料表面などでは、一般に、検出に十分なSFG強度を得ることができない。このため、例えば、弱いSFG光を長時間蓄積して信号対雑音比を改善するなどが必要になる。一度にSFGのスペクトル測定が可能であることから短時間での測定が期待されるが、実際には上記の様に、ブロードバンドSFG法の利点を充分生かす事は難しい。   However, in order to generate visible light used in the broadband SFG spectroscopy, it is necessary to cut out light from a pulsed laser light source using a spectroscope or the like from a specific portion of the wavelength band to narrow the band. By this narrowing of the band, the optical pulse becomes longer, for example, the femtosecond pulse becomes a picosecond pulse, and the temporal peak intensity decreases. Furthermore, the loss of laser light cannot be ignored in this narrowing of the band, and the obtained visible light intensity becomes weak. Also in the generation of infrared light, the wavelength converter that generates broadband infrared light oscillates broadband infrared light, so that the peak intensity of the spectrum decreases. In general, SFG requires high-intensity pulsed light, but the broadband SFG spectroscopy described above must use a combination of weak infrared light and weak visible light. For example, a dielectric sample surface or the like generally cannot obtain an SFG intensity sufficient for detection. For this reason, for example, it is necessary to improve the signal-to-noise ratio by accumulating weak SFG light for a long time. Since SFG spectrum measurement can be performed at a time, measurement in a short time is expected. However, as described above, it is difficult to fully utilize the advantages of the broadband SFG method.

また、フェムト秒ブロードバンドSFG分光法においては、広帯域の赤外光を用いるが、この波長分布によるSFGスペクトルの強度分布を補正するために、強いSFG光を出すGaAsなどの参照試料を別途測定し、得られたスペクトルの規格化を行う操作が必要である。   In addition, in the femtosecond broadband SFG spectroscopy, broadband infrared light is used. In order to correct the intensity distribution of the SFG spectrum due to this wavelength distribution, a reference sample such as GaAs that emits strong SFG light is separately measured. An operation to normalize the obtained spectrum is required.

一方、上記シングルチャネルSFG分光法では、ブロードバンドSFG分光法より長い測定時間を要する。これは、それぞれ単色の赤外光と可視光から発生するSFGを赤外光の波数をスキャンしながら測定するためである。しかし、可視光としてレーザから取り出す光をそのまま使用するため可視光強度の減少がない。また、近年のレーザ技術の進歩によりレーザの安定性が向上して長時間の測定を行えることや、高強度で繰返し周期の早いピコ秒レーザが市販されるなどして光量が改善されており、シングルチャネルSFG分光法が未だに主力である。また、シングルチャネルSFG分光法では、SFG光の強度は赤外光および可視光の強度に比例するため、ピーク強度の大きい極短パルスレーザを用いることが望ましい。   On the other hand, the single channel SFG spectroscopy requires a longer measurement time than the broadband SFG spectroscopy. This is because SFG generated from monochromatic infrared light and visible light is measured while scanning the wave number of infrared light. However, since the light extracted from the laser as visible light is used as it is, there is no decrease in visible light intensity. In addition, recent advances in laser technology have improved laser stability, allowing long-time measurements, and high-intensity, fast-repeating picosecond lasers on the market. Single channel SFG spectroscopy is still the mainstay. In single channel SFG spectroscopy, since the intensity of SFG light is proportional to the intensity of infrared light and visible light, it is desirable to use an ultrashort pulse laser with a high peak intensity.

また、これまでの赤外光の生成方法としては複数知られているが、よく用いられる方法として、まず、ピコ秒レーザにおいてはレーザ光をLiB35結晶やβ―BaB24結晶などを用いて光パラメトリック発振させ、次に、得られた近赤外光とレーザの基本波との非線形光学結晶上での差周波発生(DFG)により波長可変の赤外光を作り出す方法がある。この非線形光学結晶としてはAgGaS2結晶が用いられることが多いが、生成する赤外光の強度に大きな波長依存性がある。 In addition, a plurality of known infrared light generation methods are known, but as a commonly used method, first, in a picosecond laser, laser light is converted into LiB 3 O 5 crystal, β-BaB 2 O 4 crystal, etc. Next, there is a method of generating an optical parametric oscillation, and then generating infrared light of variable wavelength by difference frequency generation (DFG) on the nonlinear optical crystal between the obtained near-infrared light and the fundamental wave of the laser. As this nonlinear optical crystal, an AgGaS 2 crystal is often used, but the intensity of the generated infrared light has a large wavelength dependency.

また、非特許文献1(A.L. Harris et al., Chem. Phys. Lett., 141 (1987) 350.)に記載されているラマンシフターを用いた場合や非特許文献2(和田昭英他,表面, 32 (1994) 318.)に記載されているLiNbO3など他の非線形光学結晶で赤外光を発振させた場合、CH、OH伸縮(2800〜4000cm-1)やC=O伸縮(1600〜1800cm-1)では、比較的強い赤外光を得ることが可能であるが、それより低い指紋領域(1400〜1000cm-1)では赤外光強度が弱く、SFG測定が可能になるには充分でない。このため、この指紋領域での測定には、赤外光自身の強度を上げることの他に、もう一方の可視光強度を上げてSFGの強度を高める、あるいは測定条件を測定対象に最適化してSFG強度を増強させるなどの技術が必要である。 Further, when using the Raman shifter described in Non-Patent Document 1 (AL Harris et al., Chem. Phys. Lett., 141 (1987) 350.) or Non-Patent Document 2 (Akihide Wada et al., Surface, 32 (1994) 318.), when infrared light is oscillated with other nonlinear optical crystals such as LiNbO 3 , CH, OH stretch (2800 to 4000 cm −1 ) and C═O stretch (1600 to 1800 cm). -1 ), it is possible to obtain relatively strong infrared light, but in the lower fingerprint region (1400 to 1000 cm -1 ), the infrared light intensity is weak and not sufficient to enable SFG measurement. For this reason, in the measurement in the fingerprint region, in addition to increasing the intensity of infrared light itself, the other visible light intensity is increased to increase the SFG intensity, or the measurement conditions are optimized for the measurement object. Techniques such as increasing the SFG intensity are necessary.

また、シングルチャネルSFGで励起光として用いる可視光については、レーザ光源としてピコ秒Nd:YAGレーザを用いる場合、レーザから取り出す光の2倍波532nmがもっとも一般的である。この励起光を使用した場合、界面に存在する分子は赤外光および可視光を吸収し、仮想的な準位に遷移する。   As for the visible light used as the excitation light in the single channel SFG, when a picosecond Nd: YAG laser is used as the laser light source, the double wave 532 nm of the light extracted from the laser is most common. When this excitation light is used, molecules present at the interface absorb infrared light and visible light, and transition to a virtual level.

ここで、可視励起光の波長を可変にして、界面に存在する分子の電子遷移や基板等の吸収の波長に調整するとSFG光は赤外光だけでなく可視光とも共鳴を起こし、得られるSFG光の強度の増大することが知られている。SFG分光法は、赤外光と界面に存在する分子の振動状態との共鳴を利用しているが、さらに可視光との上記の共鳴を利用(2重共鳴)することで、界面で分子がどのような配向を取っているか、分子同士の会合状態がバルクと界面で等しいのか異なっているのかといった界面におけるより詳細な情報を分子レベルで判別することが可能になる。また、2重共鳴条件を利用すれば、より少ない分子でも十分検出可能なシグナルを発生することが可能になるため、界面におけるわずかな不純物の解析や、SFGの強度が弱い振動モードの効率的な検出にも絶大な効果が期待できる。   Here, when the wavelength of visible excitation light is made variable and adjusted to the wavelength of electronic transition of molecules existing at the interface or the absorption wavelength of the substrate or the like, SFG light resonates with not only infrared light but also visible light, and the obtained SFG It is known that the intensity of light increases. SFG spectroscopy uses the resonance between the infrared light and the vibrational state of the molecules present at the interface, but by utilizing the above resonance with visible light (double resonance), the molecules at the interface It becomes possible to discriminate more detailed information at the interface such as what orientation is taken and whether the association state between molecules is the same or different between the bulk and the interface. In addition, if the double resonance condition is used, it is possible to generate a signal that can be sufficiently detected even with a smaller number of molecules. Therefore, analysis of slight impurities at the interface and efficient vibration mode with weak SFG intensity are possible. Great effect can be expected for detection.

また、対象とする試料が測定したいSFG光の波長領域に蛍光を有する場合には、試料からの蛍光により微弱なSFG光の検出は困難となってしまう。しかし、可視励起光の波長が可変の場合には、入射する可視光の波長を変えてSFG光の波長を変えることで、蛍光による影響を取り除くことができる。   Further, when the target sample has fluorescence in the wavelength region of the SFG light to be measured, it is difficult to detect weak SFG light due to the fluorescence from the sample. However, when the wavelength of visible excitation light is variable, the influence of fluorescence can be removed by changing the wavelength of incident visible light and changing the wavelength of SFG light.

特開2002−90293号公報JP 2002-90293 A 特開2002−340672号公報JP 2002-340672 A A.L. Harris et al., Chem. Phys. Lett., 141 (1987) 350.A.L.Harris et al., Chem. Phys. Lett., 141 (1987) 350. 和田昭英他,表面, 32 (1994) 318.Akihide Wada et al., Surface, 32 (1994) 318. A.A. Mani, et al., Surf. Sci., 502 (2002) 261.A.A. Mani, et al., Surf. Sci., 502 (2002) 261.

シングルチャネルSFG分光法を高機能化し、赤外光と可視光の波長を可変にした2色可変のSFG分光装置及びその測定方法を提案する。   This paper proposes a two-color variable SFG spectrometer and a method for measuring the same, in which single-channel SFG spectroscopy is enhanced and the wavelengths of infrared light and visible light are made variable.

シングルチャネルSFG分光法でありながら、2重共鳴条件が実現でき、しかも、従来SFGで多く用いられてきたCH伸縮、OH伸縮、C=O伸縮領域だけでなく、4000から1000cm-1にわたる広い赤外波数領域で測定できるようになる。 Although it is single channel SFG spectroscopy, double resonance conditions can be realized, and not only the CH stretch, OH stretch, and C = O stretch regions that have been widely used in SFG, but also a wide red range from 4000 to 1000 cm −1. It becomes possible to measure in the external wave number region.

本発明は、被測定試料の界面での和周波発生による分光分析を行うための和周波発生分光装置である。この和周波発生分光装置は、パルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源の出力光を分岐し、分岐の一部の出力光を波長変換して長波長励起光を出力する波長可変の長波長励起光発生器と、分岐の他の一部の出力光を波長変換して短波長励起光を出力する波長可変の短波長励起光発生器と、該長波長励起光を被測定試料に照射する第1光学系と、該短波長励起光を被測定試料に照射する第2光学系と、上記長波長励起光あるいは上記短波長励起光のいずれか一方あるいは両方を遅延させる単数あるいは複数の遅延器と、上記被測定試料からの光から上記長波長励起光と上記短波長励起光との和周波光を選択する第3光学系と、選択された和周波光を検出する光検出器とを備える。但し、上記長波長励起光発生器は、予め決められた波長帯域を掃引できるものであり、上記短波長励起光発生器は、被測定試料ごとに出力波長を変えることができるものである。また、第1光学系と第2光学系および上記遅延器は上記長波長励起光と上記短波長励起光とを上記被測定試料で空間的および時間的に重なるように照射する構成であり、第3光学系は、上記和周波光の光路を調整して上記光検出器に入射するようにする機能をもち、上記選択された和周波光以外の光を抑制するものである。   The present invention is a sum frequency generation spectroscopic device for performing spectroscopic analysis by sum frequency generation at an interface of a sample to be measured. This sum frequency generation spectroscopic device includes a pulsed laser light source and a wavelength-tunable long-wavelength excitation light that branches the output light of the pulsed laser light source, converts the wavelength of a part of the branched light, and outputs long-wavelength excitation light. A generator, a wavelength-tunable short-wavelength excitation light generator that outputs a short-wavelength excitation light by wavelength-converting another part of the output light, and a first that irradiates the sample to be measured with the long-wavelength excitation light An optical system, a second optical system that irradiates the sample to be measured with the short wavelength excitation light, and one or a plurality of delay devices that delay either one or both of the long wavelength excitation light and the short wavelength excitation light, A third optical system that selects the sum frequency light of the long wavelength excitation light and the short wavelength excitation light from the light from the sample to be measured; and a photodetector that detects the selected sum frequency light. However, the long wavelength excitation light generator can sweep a predetermined wavelength band, and the short wavelength excitation light generator can change the output wavelength for each sample to be measured. Further, the first optical system, the second optical system, and the delay device are configured to irradiate the long-wavelength excitation light and the short-wavelength excitation light so that they are spatially and temporally overlapped with the sample to be measured. The three optical system has a function of adjusting the optical path of the sum frequency light so as to be incident on the photodetector, and suppresses light other than the selected sum frequency light.

上記長波長励起光発生器および上記短波長励起光発生器は、それぞれパラメトリック光発振器を有し、上記長波長励起光と上記短波長励起光は、それぞれパラメトリック光発振によってパルスレーザ光源からの光が波長変換されたものである。   The long-wavelength pump light generator and the short-wavelength pump light generator each have a parametric optical oscillator, and the long-wavelength pump light and the short-wavelength pump light are respectively emitted from a pulse laser light source by parametric light oscillation. Wavelength converted.

また、上記パルスレーザ光源の出力光の一部を分岐して2倍波を発生する第1の2倍波発生器をさらに備える。この出力光を上記短波長励起光として使えるようにするため、上記短波長励起光発生器の出力光、または、第1の2倍波発生器の出力光を選択することができるようにする。   In addition, a first double wave generator is further provided that generates a double wave by branching a part of the output light of the pulse laser light source. In order to use this output light as the short wavelength excitation light, the output light of the short wavelength excitation light generator or the output light of the first second harmonic generator can be selected.

短波長励起光のカバー範囲を拡げるために、さらに、(1)上記パラメトリック光発振器の出力光の2倍波を発生する第2の2倍波発生器と、(2)上記パラメトリック光発振器の出力光と上記2倍波発生器の出力光とからのいずれか一方を選択して、上記被測定試料に照射するための光選択器と、を、備える。   In order to expand the coverage of the short wavelength pumping light, (1) a second second harmonic generator for generating a second harmonic of the output light of the parametric optical oscillator, and (2) an output of the parametric optical oscillator A light selector for selecting one of light and output light of the second harmonic generator and irradiating the sample to be measured.

また、長波長励起光や短波長励起光によって被測定試料を損傷することを防ぐために、上記長波長励起光の強度を調整する第1強度調整器と、上記短波長励起光の強度を調整する第2強度調整器とを、さらに備える。 In addition, in order to prevent the sample to be measured from being damaged by the long wavelength excitation light or the short wavelength excitation light, the first intensity adjuster for adjusting the intensity of the long wavelength excitation light and the intensity of the short wavelength excitation light are adjusted. And a second strength adjuster.

第1、第2強度調整器は、それぞれ、上記長波長励起光発生器、あるいは上記短波長励起光発生器の入射側に設けられた波長板で実現することができる。これを回転させることで各々の入射光強度を調整する。   The first and second intensity adjusters can be realized by the long wavelength excitation light generator or a wave plate provided on the incident side of the short wavelength excitation light generator, respectively. By rotating this, the intensity of each incident light is adjusted.

上記第1の2倍波発生器の出力光と上記短波長励起光とを同一の光路で上記被測定試料に照射する構成とする。このとき、上記短波長励起光は上記和周波光の検出の邪魔になるので、第3光学系は、上記短波長励起光の波長に応じて濾波帯域を変更して上記和周波光を選択する濾波器を備えるようにする。   The output light of the first second harmonic generator and the short wavelength excitation light are irradiated onto the sample to be measured through the same optical path. At this time, since the short wavelength excitation light interferes with the detection of the sum frequency light, the third optical system selects the sum frequency light by changing the filtering band according to the wavelength of the short wavelength excitation light. Provide a filter.

上記の和周波発生分光装置を用いて、
(1)上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定し、
(2)波長が設定された上記短波長励起光について、上記和周波光が上記光検出器に入射するように第3光学系を調整し、
(3)上記長波長励起光の波長を掃引して和周波発生による分光分析を行なう。
Using the above sum frequency generation spectrometer,
(1) The wavelength of the short-wavelength excitation light is set to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured,
(2) Adjusting the third optical system so that the sum frequency light is incident on the photodetector with respect to the short wavelength excitation light having a set wavelength,
(3) Spectral analysis by generating the sum frequency by sweeping the wavelength of the long wavelength excitation light.

特に、上記の(1)上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定する、という手続き、は、
(1−1)上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収スペクトルを取得し
(1−2)取得した吸収スペクトルから最適ピークを探索し、
(1−3)上記最適ピークの波長に上記短波長励起光の波長を設定する、という手続きで行なうこともできる。
In particular, (1) the procedure of setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured,
(1-1) Sweeping the wavelength of the short-wavelength excitation light to acquire the absorption spectrum of the sample to be measured (1-2) Searching for the optimum peak from the acquired absorption spectrum,
(1-3) The procedure of setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to the wavelength of the optimum peak can also be performed.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

本発明は、ピコ秒シングルチャネルSFGを高機能化し、可視光の波長を可変にして2色可変とした和周波発生分光装置及びその分光方法に関するものであり、図1にそのブロック図を示す。   The present invention relates to a sum-frequency generation spectroscopic device in which a picosecond single channel SFG is enhanced and the wavelength of visible light is variable to change two colors, and a spectroscopic method thereof. FIG. 1 shows a block diagram thereof.

光源1は、例えば、Nd:YAGレーザで、パルス幅20ps程度、最大出力130mJ(波長=1064nm)のレーザである。このレーザからのパルス光を3分岐し、(1)励起光Aとしての波長可変の赤外パルス光の生成用と、(2)励起光Bとしての波長を決められた範囲で選択できる波長可変光の生成用と、(3)励起光Cとして従来、和周波測定に際して可視励起光とした2倍波(波長=532nm)用にしている。また、(4)励起光Bからさらに2倍波を生成し、励起光Dとしている。   The light source 1 is, for example, an Nd: YAG laser having a pulse width of about 20 ps and a maximum output of 130 mJ (wavelength = 1064 nm). The pulsed light from this laser is split into three, (1) for generating wavelength-tunable infrared pulsed light as pumping light A, and (2) wavelength-tunable that can select the wavelength as pumping light B within a predetermined range. Conventionally, it is used for the generation of light and (3) the excitation light C for the second harmonic wave (wavelength = 532 nm) used as the visible excitation light in the sum frequency measurement. Further, (4) a double wave is further generated from the excitation light B, and is used as the excitation light D.

上記励起光Aである赤外パルス生成用には、最大で50mJ(波長=1064nm)程度の光を波長変換器2に入射する。波長変換器2から出力される赤外光の一部を分割し、赤外光強度モニター用のジュールメータ3に入射し、赤外光強度をモニターすることができる。   In order to generate an infrared pulse that is the excitation light A, light of up to about 50 mJ (wavelength = 1064 nm) is incident on the wavelength converter 2. A part of the infrared light output from the wavelength converter 2 can be divided and incident on the infrared light intensity monitoring Joule meter 3 to monitor the infrared light intensity.

上記励起光Bである可視光は、分岐した最大で80mJ程度のレーザ光(波長=1064nm)を波長変換器4に入射して、可視域から近赤外域に渡る幅広い領域で波長を選択できる可視光を生成する。また、波長変換器4の出力である可視光を、さらに2倍波発生器6に入射して波長変換を行ない励起光Dを生成する。この2倍波発生器6によって、利用できる波長帯域を紫外域にまで伸張することも可能である。励起光Bと励起光Dから一方を、光切替ミラー16によって選択することが可能である。ここで、波長変換器4は、例えば、LiB35結晶を用いた光パラメトリック発振装置である。 The visible light that is the excitation light B is visible in which a branched laser beam (wavelength = 1064 nm) is incident on the wavelength converter 4 to select a wavelength in a wide range from the visible range to the near infrared range. Produce light. Further, visible light that is the output of the wavelength converter 4 is further incident on the second harmonic wave generator 6 to perform wavelength conversion to generate excitation light D. By using the second harmonic generator 6, it is possible to extend the usable wavelength band to the ultraviolet region. One of the excitation light B and the excitation light D can be selected by the light switching mirror 16. Here, the wavelength converter 4 is an optical parametric oscillation device using, for example, a LiB 3 O 5 crystal.

励起光Cとして、上記の2倍波(波長=532nm)は、残りの光を2倍波発生器5に入射して、532nm(波長=532nmで最大2mJ)の可視光を発生させる。この可視光は、可視光の波長が固定のシングルチャネルSFG測定に使用する。   As the excitation light C, the above-mentioned second harmonic (wavelength = 532 nm) is incident on the second harmonic generator 5 to generate the visible light of 532 nm (maximum 2 mJ at the wavelength = 532 nm). This visible light is used for single channel SFG measurement in which the wavelength of visible light is fixed.

より具体的には、赤外パルス生成用には、最大で50mJ(波長=1064nm)程度の光を波長変換器2に入射する。通常、SFG分光に用いる赤外パルス光強度としては、ピコ秒レーザの場合、30〜40mJ程度の出力のレーザを用いて、赤外光の強度で100〜200μJ(波数=3000cm-1)程度有れば十分である。この場合、余剰のレーザ光を分割して可視光波長変換器に導入して波長可変の可視光を作成することも可能である。 More specifically, for infrared pulse generation, light of a maximum of about 50 mJ (wavelength = 1064 nm) is incident on the wavelength converter 2. In general, the intensity of infrared pulse light used for SFG spectroscopy is about 100 to 200 μJ (wave number = 3000 cm −1 ) in the intensity of infrared light using a laser with an output of about 30 to 40 mJ in the case of a picosecond laser. Is sufficient. In this case, it is also possible to divide excess laser light and introduce it into a visible light wavelength converter to create visible light with variable wavelength.

波数=3000cm-1付近で、しかも、2重共鳴条件を用いてSFG測定を行うことができる場合は、高出力の可視光を用いる必要性はない。これは、上記の様に、可視光が界面の分子種の電子状態と共鳴しSFGの信号強度が増大するためである。 When SFG measurement can be performed in the vicinity of wave number = 3000 cm −1 and using double resonance conditions, there is no need to use high-power visible light. This is because, as described above, the visible light resonates with the electronic state of the molecular species at the interface, and the signal intensity of the SFG increases.

しかし、より長波長(例えば1200cm-1から1000cm-1)の赤外領域を測定しようとする場合、さらに大出力のレーザパルス光源が必要である。これは、非線形光学結晶の赤外光の発振効率が低下するためである。レーザ光源の出力に余裕がない場合、短時間でSFG測定を行うためには、レーザの出力を最大値近くまで上げて使用する必要が出てくる。このときには余剰のレーザ光が殆どないため、可視光を波長可変にした2波長可変のSFG分光を行うことは困難となる。このため、1000cm-1付近でも100μJ程度の出力を得るのに十分な強度の入射光を赤外発生器に導入することが望ましい。 However, when an infrared region having a longer wavelength (for example, 1200 cm −1 to 1000 cm −1 ) is to be measured, a laser pulse light source with a higher output is required. This is because the oscillation efficiency of the infrared light of the nonlinear optical crystal is lowered. When there is no margin in the output of the laser light source, in order to perform SFG measurement in a short time, it is necessary to increase the laser output to near the maximum value. At this time, since there is almost no surplus laser light, it is difficult to perform two-wavelength variable SFG spectroscopy in which the wavelength of visible light is variable. For this reason, it is desirable to introduce incident light having an intensity sufficient to obtain an output of about 100 μJ even in the vicinity of 1000 cm −1 to the infrared generator.

また、対象とする非測定試料がSFGの波長領域に蛍光を有する場合などの場合にも、充分出力の大きいレーザパルス光源が必要である。これは、微弱なSFG光では、強い蛍光に妨害されてSFG測定を行うことが困難であるためである。このように強い蛍光に妨害される場合には、より長波長の可視光を使用することで、使用するSFG光の波長を蛍光波長領域から十分離した状態でSFG測定が可能となる。しかし、この場合でも、可視光の共鳴条件を使用しないためSFG光の発生には十分な強度を持った波長可変の可視光が必要である。例えば、上記光源1から分岐した2倍波(波長=532nm)と同程度かそれ以上の強度を有する可視光が必要になる。   In addition, when the target non-measurement sample has fluorescence in the wavelength region of SFG, a laser pulse light source having a sufficiently large output is required. This is because weak SFG light is disturbed by strong fluorescence and it is difficult to perform SFG measurement. In such a case, the SFG measurement can be performed in a state where the wavelength of the SFG light to be used is sufficiently separated from the fluorescence wavelength region by using visible light having a longer wavelength. However, even in this case, since the resonance condition of visible light is not used, the wavelength-tunable visible light having sufficient intensity is required for the generation of SFG light. For example, visible light having an intensity comparable to or higher than the double wave (wavelength = 532 nm) branched from the light source 1 is required.

即ち、広い赤外波長領域(4000cm-1から1000cm-1)でもSFG測定が可能で、且ついかなる波長においてもSFG測定が可能な波長可変の可視光を発振させるためには、元となるレーザを従来のものより高強度で発振可能なレーザを使う必要がある。 That is, in order to oscillate a tunable visible light capable of performing SFG measurement in a wide infrared wavelength region (4000 cm −1 to 1000 cm −1 ) and capable of SFG measurement at any wavelength, the original laser is used. It is necessary to use a laser that can oscillate with higher intensity than the conventional one.

従って、試料7には、波長変換器2から出力される赤外光(励起光A)と、波長変換器4の出力である可視光(励起光B)、上記光源1から分岐した2倍波(波長=532nm)(励起光C)、あるいは、2倍波発生器6の出力光(励起光D)、を照射することができる。   Therefore, the sample 7 includes infrared light (excitation light A) output from the wavelength converter 2, visible light (excitation light B) output from the wavelength converter 4, and a double wave branched from the light source 1. (Wavelength = 532 nm) (excitation light C) or output light (excitation light D) of the second harmonic generator 6 can be irradiated.

SFG光の検出においては、SFGでは位相整合条件により、様々な光学配置での測定が可能である。例えば、励起光Aの赤外光と励起光Bの可視光とが、試料7に反対の方向から入射する配置でも測定が可能である。例えば、非特許文献3(A.A. Mani, et al., Surf. Sci., 502 (2002) 261.)に記載の2色可変SFG分光装置ではこの配置である。この場合、出射されるSFG光は、図2(a)に示す様に、可視光が反射する方向とは大きく異なるため、SFG光を可視光の反射光から分離することは比較的容易である。   In the detection of SFG light, SFG can be measured with various optical arrangements depending on the phase matching condition. For example, measurement is possible even in an arrangement in which infrared light of excitation light A and visible light of excitation light B are incident on sample 7 from opposite directions. For example, this arrangement is used in the two-color variable SFG spectrometer described in Non-Patent Document 3 (A.A. Mani, et al., Surf. Sci., 502 (2002) 261.). In this case, as shown in FIG. 2A, the emitted SFG light is significantly different from the direction in which the visible light is reflected. Therefore, it is relatively easy to separate the SFG light from the reflected light of the visible light. .

しかしながら、この配置では、波長を変えるごとに検出系を移動させる必要が生じる、という短所がある。これは、励起光Bの可視光の波長を変えると出射されるSFG光の方向が大きく変化してしまうためである。   However, this arrangement has the disadvantage that the detection system must be moved each time the wavelength is changed. This is because changing the visible light wavelength of the excitation light B greatly changes the direction of the emitted SFG light.

これに対し、図2(b)に示す配置では、励起光Bの可視光と励起光Aの赤外光を試料7に対して同一方向から入射している。この配置は、SFG光の励起光Bの可視光の反射光からの分離は難しくなるという短所があるが、SFG光は指向性を有するという長所がある。例えば図1では、分光器9を試料7位置から1m以上離し、試料7との間に複数のスリット、励起光の波長領域で光学密度(O.D.)6以上の長波長カットフィルター8を配置することで、可視光の試料7での反射光や散乱光の除去を行っている。   On the other hand, in the arrangement shown in FIG. 2B, the visible light of the excitation light B and the infrared light of the excitation light A are incident on the sample 7 from the same direction. This arrangement has the disadvantage that it becomes difficult to separate the excitation light B of the SFG light from the reflected light of the visible light, but the SFG light has an advantage of having directivity. For example, in FIG. 1, the spectroscope 9 is separated from the sample 7 position by 1 m or more, a plurality of slits between the sample 7 and a long wavelength cut filter 8 having an optical density (OD) of 6 or more in the wavelength region of excitation light. By disposing, reflected light and scattered light from the visible light sample 7 are removed.

この配置にする他の長所は、励起光Bの可視光の位置合わせにおいて、励起光Cの可視光(YAGレーザの倍波532nm)を利用できる点にある。即ち赤外光は肉眼では観測不可能であるが、その試料上への照射位置を特定するために、まず励起光Cの可視光と励起光Aの赤外光からなる通常のSFG光を検出し、例えば、532nmの光の照射位置にその照射位置のガイドとなるHe−Neレーザ光を合わせておく。その後、図3(a)に示す光切替ミラー13をセットする。ここで、図3は、図1の被測定試料近傍をより詳細に示す図である。図3(b)は、光切替ミラー13をセットしない場合を示す。可視光発生器4から取り出した波長可変可視光の試料に対する照射位置は、このHe−Neレーザの照射位置に合わせる事で、赤外光との試料上での空間的な重ね合わせを取ることが可能である。空間的に重ね合わせを取った後、図1の光学的遅延回路11を走査し、最終的に赤外光と波長可変可視光との時間的な重ねあわせを取る。このように、試料7からのSFG光を、大掛かりな光路の変更なしに、効率的に捕捉することが可能である。   Another advantage of this arrangement is that the visible light of the excitation light C (double wave 532 nm of the YAG laser) can be used in the alignment of the visible light of the excitation light B. That is, infrared light cannot be observed with the naked eye, but in order to specify the irradiation position on the sample, first, normal SFG light consisting of visible light of excitation light C and infrared light of excitation light A is detected. For example, a He—Ne laser beam serving as a guide for the irradiation position is aligned with the irradiation position of the light of 532 nm. Thereafter, the light switching mirror 13 shown in FIG. Here, FIG. 3 is a diagram showing the vicinity of the sample to be measured in FIG. 1 in more detail. FIG. 3B shows a case where the light switching mirror 13 is not set. By adjusting the irradiation position of the tunable visible light sample taken out from the visible light generator 4 to the irradiation position of the He-Ne laser, it is possible to obtain a spatial superposition on the sample with the infrared light. Is possible. After spatially superimposing, the optical delay circuit 11 of FIG. 1 is scanned, and finally the temporal superposition of infrared light and wavelength-tunable visible light is obtained. As described above, it is possible to efficiently capture the SFG light from the sample 7 without a large change in the optical path.

測定対象によっては、励起光である赤外光または可視光で試料ダメージを受け易く励起光強度を抑制する必要がある。また逆に、固液界面での測定のように赤外光の強度を高くする必要がある。このため、励起光の強度は適宜調整できるものであることが望ましい。このため、図1の構成に於いては、赤外発生器2、可視光発生器4のそれぞれの入射部分に半波長板15を備える。これらをそれぞれ回転させることで各々の入射光の強度を独立に制御できる様にしている。   Depending on the object to be measured, it is necessary to suppress the intensity of the excitation light because the sample is easily damaged by infrared light or visible light as excitation light. Conversely, it is necessary to increase the intensity of infrared light as in the measurement at the solid-liquid interface. For this reason, it is desirable that the intensity of the excitation light can be adjusted as appropriate. For this reason, in the configuration of FIG. 1, a half-wave plate 15 is provided in each incident portion of the infrared generator 2 and the visible light generator 4. By rotating each of these, the intensity of each incident light can be controlled independently.

また波長可変の可視光を発生させる可視光発生器4は、光パラメトリック発振を利用した赤外光発生器2とほぼ同じ構成のものを使用しているため、励起光Cの可視光とほぼ同程度の強度を有する近赤外光の発振も可能である。近赤外光の領域は多くの物質が透明であり、2色可変SFG分光法おいて近赤外光の使用による試料ダメージの低減を図ることが可能である。例えば、ナノカーボン材料のような黒色のものや色素材料など可視領域に強い吸収を有するものがあるので、試料によっては、励起光が可視や紫外光であればそれを吸収して損傷を受けることが懸念され、近赤外光帯域で測定することが望ましい場合がある。   In addition, the visible light generator 4 for generating the wavelength-tunable visible light has substantially the same configuration as that of the infrared light generator 2 using optical parametric oscillation, and therefore is substantially the same as the visible light of the excitation light C. Oscillation of near-infrared light having a certain intensity is also possible. Many substances are transparent in the near-infrared light region, and it is possible to reduce sample damage due to the use of near-infrared light in two-color variable SFG spectroscopy. For example, there are black materials such as nanocarbon materials and pigment materials that have strong absorption in the visible region, so depending on the sample, if the excitation light is visible or ultraviolet light, it will be absorbed and damaged In some cases, it is desirable to measure in the near-infrared light band.

本発明はシングルチャネルSFG分光法に属し、その利点や欠点は、従来の場合と同じである。例えば、測定に際して前述のように赤外光の波長を連続掃引するため時間がかかる欠点がある。一方、波長変換された可視励起光のパルスの時間幅の変動はフェムト秒のブロードバンドSFGと比較して無視できるほど小さく、波長可変の可視励起光の単位面積あたりの光照射量は通常の532nmを励起光として使用したSFGと同等かそれ以上を確保することは容易であるという利点がある。また、一般に、得られた赤外光強度は波数依存性を持つが、出射されるSFG光の強度補正には、原則として参照試料の必要がないという利点がある。つまり、SFG光強度は赤外光強度に比例するので、赤外光強度をジュールメータ3などでモニターしておき、得られた赤外光強度で規格化するだけでよい。また励起光Bまたは励起光Dとしての波長可変の励起光は、個々の波長におけるSFG測定においては波長を固定して使用する。また、上記可視光の強度は、レーザの揺らぎによる変動を除いて一定値をとるため、個別の波長におけるレーザ光強度をモニターしておくことで、赤外光の場合と同様に規格化することが可能であり、別途参照試料を測定しスペクトルの規格化を行う必要がない。   The present invention belongs to single channel SFG spectroscopy, and its advantages and disadvantages are the same as in the conventional case. For example, there is a drawback in that it takes time to continuously sweep the wavelength of infrared light during measurement as described above. On the other hand, the fluctuation of the time width of the pulse of the wavelength-converted visible excitation light is negligibly small as compared with the femtosecond broadband SFG, and the light irradiation amount per unit area of the wavelength-tunable visible excitation light is the usual 532 nm. There is an advantage that it is easy to ensure the same or more than the SFG used as the excitation light. In general, the obtained infrared light intensity has a wave number dependency, but there is an advantage that, in principle, a reference sample is not necessary for correcting the intensity of the emitted SFG light. That is, since the SFG light intensity is proportional to the infrared light intensity, it is only necessary to monitor the infrared light intensity with the Joule meter 3 and to normalize with the obtained infrared light intensity. The wavelength-variable excitation light as the excitation light B or the excitation light D is used with a fixed wavelength in the SFG measurement at each wavelength. In addition, the visible light intensity takes a constant value excluding fluctuations due to laser fluctuations, so it is standardized in the same way as in the case of infrared light by monitoring the laser light intensity at individual wavelengths. Therefore, it is not necessary to measure the reference sample separately and normalize the spectrum.

次に、装置の小型化を図る方法について説明する。光源用のレーザと、赤外発生器、波長可変の可視光発生器、試料測定部、およびSFG光検出部を光学定盤の上に平面状に配置した場合、かなり大型の光学定盤を使用する必要がある。極短パルス光を用いた装置では、周囲の温度変化による定盤の歪みが発生すると、光路、パルス幅などが変化するため、正確な測定を行うためには室温の精密な温度管理が必要となる。この点で大型の光学定盤は不利である。また平面状に配置した場合、各々のユニットの調整作業を進めづらいという欠点がある。これらの不利や欠点を解消するため、図4に示す様に、光学定盤を2階建て構造にして小型化を図った。これによって、小規模の温度管理ですむようになり、作業性も向上した。さらに、分光器9および光電子増倍管を用いた光検出器10は、2階構造の定盤の下部に配置し、四方を覆うことで周囲からの迷光、散乱光などを効率的に除去できるように配置した。   Next, a method for reducing the size of the apparatus will be described. When the laser for the light source, infrared generator, variable wavelength visible light generator, sample measurement unit, and SFG light detection unit are arranged in a plane on the optical platen, a fairly large optical platen is used. There is a need to. In an apparatus using ultrashort pulse light, if the surface plate is distorted due to changes in ambient temperature, the optical path, pulse width, etc. change, so accurate temperature management at room temperature is required for accurate measurement. Become. In this respect, a large optical surface plate is disadvantageous. Moreover, when it arrange | positions in planar shape, there exists a fault that adjustment work of each unit is difficult to advance. In order to eliminate these disadvantages and disadvantages, as shown in FIG. 4, the optical surface plate has a two-story structure to reduce the size. As a result, small-scale temperature control is required, and workability is improved. Further, the spectroscope 9 and the photodetector 10 using a photomultiplier tube are arranged at the lower part of the surface plate of the second floor structure, and can cover the four sides to efficiently remove stray light and scattered light from the surroundings. Arranged.

励起光Aの赤外光と、励起光Bの波長可変の可視光もしくは励起光Dの紫外光は、試料7で空間的に重ねあわせることになる。試料から出射されるSFG光は指向性を持ち、用いる励起光より短波長の光である。このため、長波長カットフィルター8を、SFG光検出のための分光器9および光検出器10の前段に配置しておくことで、試料7の表面からの散乱などによる迷光除去が可能である。赤外光と波長可変の可視光との時間的な重ね合わせは、光学的遅延回路11で実現する。これは、ステッピングモーターを用いて遅延時間を変えるもので、遠隔操作可能なものである。また、発生するSFG光は、位相整合条件により、選択した励起波長に伴って出てくる角度が若干変化する。光検出器10前に設置してあるスリットおよびミラーからなる光路調整器12の位置を微調整可能にしておくことで、分光器や検出器全体の配置を動かすことなしに連続してSFG測定を行うことが可能となる。これにより、紫外から近赤外領域の幅広い波長範囲で励起波長選択可能なSFG測定が可能となる。   The infrared light of the excitation light A and the tunable visible light of the excitation light B or the ultraviolet light of the excitation light D are spatially superimposed on the sample 7. The SFG light emitted from the sample has directivity and is light having a shorter wavelength than the excitation light used. For this reason, stray light due to scattering from the surface of the sample 7 can be removed by disposing the long wavelength cut filter 8 in front of the spectroscope 9 and the photodetector 10 for detecting SFG light. The optical delay circuit 11 realizes temporal superimposition of infrared light and wavelength-variable visible light. This uses a stepping motor to change the delay time and can be remotely operated. Further, the angle of the generated SFG light with the selected excitation wavelength varies slightly depending on the phase matching condition. By making it possible to finely adjust the position of the optical path adjuster 12 composed of slits and mirrors installed in front of the photodetector 10, SFG measurement can be continuously performed without moving the arrangement of the spectrometer and the entire detector. Can be done. As a result, SFG measurement capable of selecting an excitation wavelength in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the near infrared region is possible.

また、図1に、詳しくは図3(a)に示す様に、励起光Bの可視光、あるいはDの紫外光の試料に対する入射光路を励起光Cと同軸に配置している。さらに図3(a)に示す様に、取り外し可能な光切替用のミラー13を配置してあり、また、図3(b)に示す様にこのミラー13を取り外すと、励起光Cを用いたSFG測定と同様になり、波長532nmの励起光を使用した波長固定のシングルチャネルSFG分光を行うことができる。   Further, as shown in FIG. 1 and more specifically in FIG. 3A, the incident light path with respect to the sample of the visible light of the excitation light B or the ultraviolet light of D is arranged coaxially with the excitation light C. Further, as shown in FIG. 3A, a removable light switching mirror 13 is arranged, and when this mirror 13 is removed as shown in FIG. 3B, the excitation light C is used. Similar to SFG measurement, single-channel SFG spectroscopy with fixed wavelength using excitation light having a wavelength of 532 nm can be performed.

図1に示した装置を使用して、金基板上にオクタデカンチオール(octadecanethiol(C1837SH、ODT))を単分子膜吸着させた試料を測定したときのSFG分光スペクトルを図5に示す。このスペクトルで明確に確認できる3つのピークは、ODT分子の末端メチル基の振動に由来するものである。可視励起光の波長を順次変えて測定することにより、SFGスペクトルに現れる3本のピーク形状が変化することが分かる。長波長側での下向きに凸の形状から、短波長側での分散形に変化している。これは、波長532nmの光で励起した場合は下に凸であるが、波長を変えた場合は金基板界面で発生する非共鳴のSFG光とODTの末端メチル基の分子振動に共鳴するSFG光の干渉により位相差が変化し、スペクトル形状が変化したものである。 FIG. 5 shows an SFG spectrum obtained by measuring a sample in which octadecanethiol (C 18 H 37 SH, ODT) is adsorbed on a gold substrate using the apparatus shown in FIG. . The three peaks that can be clearly seen in this spectrum are derived from the vibration of the terminal methyl group of the ODT molecule. It can be seen that the three peak shapes appearing in the SFG spectrum change by sequentially changing the wavelength of the visible excitation light. The shape changes from a downwardly convex shape on the long wavelength side to a dispersed shape on the short wavelength side. This is convex downward when excited with light having a wavelength of 532 nm, but when the wavelength is changed, non-resonant SFG light generated at the gold substrate interface and SFG light that resonates with molecular vibration of the terminal methyl group of the ODT. The phase difference changes due to the interference, and the spectrum shape changes.

図6に黒色試料であるカーボンナノチューブを銀基板上に塗布した時のSFG分光スペクトルを示す。1600cm-1付近にみられるピークはグラファイト構造に特徴的なGバンドと呼ばれる振動モードである。このように、光を吸収しやすい試料の場合でも、良好なSFG分光スペクトルが得られることが分かる。 FIG. 6 shows an SFG spectrum when carbon nanotubes, which are black samples, are coated on a silver substrate. The peak observed in the vicinity of 1600 cm −1 is a vibration mode called G band characteristic of the graphite structure. Thus, it can be seen that a good SFG spectrum can be obtained even in the case of a sample that easily absorbs light.

波長可変の可視光発生器4は、赤外発生器とほぼ同じものを使用することができる。この場合は、光パラメトリック発振で発生した可視から近赤外に渡る光を、内蔵するAgGaS2結晶に導入し、差周波発生(DFG)により赤外光を作ることも可能である。上記に加えて、この構成を用いることにより、紫外から可視、近赤外、赤外の幅広い波長領域で波長を任意に選択した光を取り出すことが可能になる。このように任意の波長を選択できることを利用して界面選択的な光励起時間分解振動スペクトルの測定が可能となる。この際、図7のミラー14として、532nmの光が透過し、他の波長の光が反射するダイクロイックフィルタを用いる。さらに図1の光学遅延回路11を制御して走査することで、光学配置を大きく変更することなしに、特定波長で励起した界面の時間分解SFG測定が可能となる。ここで、界面の時間分解SFG測定とは、2倍波と赤外光との和周波を測定する条件で、さらに2倍波より高い出力値を有する波長可変のパルス光をポンプ光として照射して行なう測定である。ポンプ光パルスが試料に照射されるタイミングを光学的遅延回路11で制御して、つまり、和周波が発生するタイミングと少しずつずらしていき、ポンプ光が照射されたときの変化(界面で分子が動いたり変形したりする反応の前駆状態をとる)を和周波で測定(プローブ)することを云う。レーザのパルス幅より長い時間領域での変化は、スペクトル上での強度変化や形状変化となって現れる。このような測定は、通常、時間分解測定(またはポンプアンドプローブ法)と呼ばれている。 The tunable visible light generator 4 can be the same as the infrared generator. In this case, light from visible to near infrared generated by optical parametric oscillation can be introduced into the built-in AgGaS 2 crystal, and infrared light can be produced by difference frequency generation (DFG). In addition to the above, by using this configuration, it is possible to take out light whose wavelength is arbitrarily selected in a wide wavelength range from ultraviolet to visible, near infrared, and infrared. Thus, it is possible to measure the interface-selective photoexcitation time-resolved vibration spectrum by utilizing the fact that an arbitrary wavelength can be selected. At this time, a dichroic filter that transmits light of 532 nm and reflects light of other wavelengths is used as the mirror 14 in FIG. Further, by controlling and scanning the optical delay circuit 11 in FIG. 1, it is possible to perform time-resolved SFG measurement of the interface excited at a specific wavelength without greatly changing the optical arrangement. Here, the time-resolved SFG measurement of the interface is a condition for measuring the sum frequency of the second harmonic and the infrared light, and further irradiates the pumping light with the wavelength variable pulse light having an output value higher than the second harmonic. Measurement. The timing at which the sample is irradiated with the pump light pulse is controlled by the optical delay circuit 11, that is, gradually shifted from the timing at which the sum frequency is generated. It measures (probes) the sum frequency at a precursor state of a reaction that moves or deforms. Changes in the time domain longer than the pulse width of the laser appear as intensity changes and shape changes on the spectrum. Such measurement is usually called time-resolved measurement (or pump-and-probe method).

上記の和周波発生分光装置を用いて2重共鳴条件で測定を行なう場合は次のようにする。
(1)まず、上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定する。
(2)次に、波長が設定された上記短波長励起光について、上記和周波光が上記光検出器に入射するように第3光学系を調整する。
(3)上記長波長励起光の波長を掃引して和周波発生による分光分析を行なう。
上記の様に、2重共鳴条件を用いてSFG測定を行うことができる場合は、高出力の可視光を用いる必要性はない。従って、可視光の照射によって被測定試料を損傷することを抑制することができる。
When measurement is performed under the double resonance condition using the above sum frequency generation spectroscopic device, the following is performed.
(1) First, the wavelength of the short wavelength excitation light is set to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured.
(2) Next, the third optical system is adjusted so that the sum frequency light is incident on the photodetector with respect to the short wavelength excitation light having a set wavelength.
(3) Spectral analysis by generating the sum frequency by sweeping the wavelength of the long wavelength excitation light.
As described above, when SFG measurement can be performed using double resonance conditions, there is no need to use high-power visible light. Therefore, it is possible to suppress damage to the sample to be measured by irradiation with visible light.

例えば図8に示す光学系などを用いて、上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収または反射スペクトルが得られるときには、可視光用に用いる共鳴準位を測定して決定することができる。この場合、上記の(1)上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定する、という手続きを、次のようにする。
(1−1)上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収または反射スペクトルを取得する。この際、光検出器として、光検出器10を使うように光路を構成することは容易である。
(1−2)取得した吸収スペクトルから最適ピークを探索し、
(1−3)上記最適ピークの波長に上記短波長励起光の波長を設定する。
但し、SFG測定を行う場合は、例えば、図9に示す光学系を用いる。
For example, when the absorption or reflection spectrum of the sample to be measured is obtained by sweeping the wavelength of the short-wavelength excitation light using the optical system shown in FIG. 8, the resonance level used for visible light is measured and determined. can do. In this case, the procedure of (1) setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured is as follows.
(1-1) The absorption or reflection spectrum of the sample to be measured is acquired by sweeping the wavelength of the short wavelength excitation light. At this time, it is easy to configure the optical path so that the photodetector 10 is used as the photodetector.
(1-2) Search the optimum peak from the acquired absorption spectrum,
(1-3) The wavelength of the short wavelength excitation light is set to the wavelength of the optimum peak.
However, when performing SFG measurement, for example, an optical system shown in FIG. 9 is used.

SFG分光法は、界面選択的な振動分光法であり、測定対象に対する制約が少ないため汎用性が高い分光法である。しかし、高強度のパルスレーザを用いるが検出する光は微弱で高感度の検出器が必要で散乱光や迷光、蛍光に弱いため、実際の系の測定では測定が事実上不可能なものも多い。本発明ではこれらの点を考慮し、(1)試料の発光や蛍光、損傷の影響を受けにくくするため多波長で測定可能とし、(2)機能性有機材料の電子状態に共鳴可能な紫外領域まで可視励起波長を拡張可能とし、(3)実材料の分析に強くするため平滑でない試料に対しても適用可能とし、(4)ミラーの交換だけで時間分解SFG測定が可能とし、(5)二次の非線形効果による界面の振動状態だけでなく種々の非線形分光の測定を可能とし、(6)広い赤外波長領域でSFG測定を可能としている。これによって、強力な界面分光分析装置となった。   SFG spectroscopy is an interface-selective vibrational spectroscopy, and is a highly versatile spectroscopy because there are few restrictions on the object to be measured. However, although a high-intensity pulse laser is used, the light to be detected is weak and a highly sensitive detector is required, and since it is vulnerable to scattered light, stray light, and fluorescence, there are many things that are practically impossible to measure in actual systems. . In the present invention, in consideration of these points, (1) it is possible to measure at multiple wavelengths to make it less susceptible to light emission, fluorescence, and damage of the sample, and (2) an ultraviolet region that can resonate with the electronic state of the functional organic material. (3) It can be applied to non-smooth samples to strengthen the analysis of real materials, (4) Time-resolved SFG measurement can be performed only by exchanging mirrors, (5) Not only the vibration state of the interface due to the second-order nonlinear effect but also various nonlinear spectroscopy can be measured, and (6) SFG measurement is possible in a wide infrared wavelength region. This provided a powerful interface spectroscopic analyzer.

また、本発明を適用することができる分野としては、機能性有機を用いたデバイスとしては液晶ディスプレィ、有機ELディスプレィや有機電界効果トランジスタなどの分野がある。これらの分野は何れでも、有機材料同士、あるいは、有機材料と金属との界面の分子レベルでの制御がそのデバイスの性能を左右している。有機EL材料は、元来可視域に蛍光を発する材料であり、従来型の可視波長固定型SFG分光装置では界面の測定が困難な対象である。さらに、異種材料の接合界面における接着や剥離、界面偏析などの現象は、埋もれた界面での現象であるが、このため他の表面分析手法では解析することが困難であることが知られている。しかし、SFG分光法は、光を使った解析法であるため、対象とする界面に光が届けば、埋もれた界面を対象とすることも可能である。   The fields to which the present invention can be applied include fields such as liquid crystal displays, organic EL displays, and organic field effect transistors as devices using functional organics. In any of these fields, the molecular level control of the interface between organic materials or between an organic material and a metal affects the performance of the device. The organic EL material is a material that originally emits fluorescence in the visible range, and it is difficult to measure the interface with a conventional visible wavelength fixed SFG spectrometer. Furthermore, phenomena such as adhesion, delamination and interface segregation at the bonding interface of dissimilar materials are phenomena at the buried interface, which makes it difficult to analyze with other surface analysis techniques. . However, since SFG spectroscopy is an analysis method using light, if light reaches the target interface, it is also possible to target the buried interface.

SFG分光法は、光源に極短パルスレーザを使用するので、本発明を適用することでも高い時間分解能を利用した時間分解SFG測定が可能である。例えば、界面での時間分解測定による分子のダイナミクス解析に適用することができる。   Since the SFG spectroscopy uses an ultrashort pulse laser as a light source, time-resolved SFG measurement utilizing high time resolution is possible even by applying the present invention. For example, it can be applied to molecular dynamics analysis by time-resolved measurement at the interface.

さらに、ナノカーボン材料を始めとする黒色試料や色素材料などの界面や、生体材料や電気化学分野における水との界面の構造解析に、さらに、従来型の可視光波長固定型SFG分光法の適用が困難であった系や、未解明であった界面の構造解析にも本発明を適用することができる。   Furthermore, the conventional visible light wavelength fixed SFG spectroscopy is applied to the structural analysis of the interface with black samples and pigment materials including nanocarbon materials, and the interface with water in biomaterials and electrochemistry. The present invention can also be applied to systems that have been difficult to solve, and structural analysis of interfaces that have not yet been elucidated.

本発明の和周波発生分光装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a sum frequency generation spectroscopic device of the present invention. FIG. SFG光を励起光から分離する構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which isolate | separates SFG light from excitation light. 赤外の励起光と可視の励起光を空間的に重ねあわせ易くするための構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure for making it easy to superimpose infrared excitation light and visible excitation light spatially. 光学定盤を2階建て構造にして小型化を図った和周波発生分光装置を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a sum frequency generation spectroscopic device in which the optical surface plate has a two-story structure and is miniaturized. 金基板上にオクタデカンチオール(octadecanethiol(C1837SH、ODT))を単分子膜吸着させた試料を測定したときのSFG分光スペクトルを示す図である。Octadecanethiol the gold substrate (octadecanethiol (C 18 H 37 SH , ODT)) which is a diagram illustrating an SFG spectrum of when the sample was measured obtained by monolayer adsorption. カーボンナノチューブを銀基板上に塗布した時のSFG分光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows a SFG spectrum when a carbon nanotube is apply | coated on the silver substrate. 界面選択的な時間分解振動スペクトルの測定を行うための光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical system for measuring an interface selective time-resolved vibration spectrum. 上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収または反射スペクトルを得るための光学系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical system for sweeping the wavelength of the said short wavelength excitation light, and obtaining the absorption or reflection spectrum of the said to-be-measured sample. 上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収または反射スペクトルを得て、2重共鳴SFG測定を行うための光学系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical system for sweeping the wavelength of the said short wavelength excitation light, obtaining the absorption or reflection spectrum of the said to-be-measured sample, and performing a double resonance SFG measurement.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 波長変換器
3 ジュールメータ
4 波長変換器
5、6 2倍波発生器
7 試料
8 長波長カットフィルター
9 分光器
10 光検出器
11 光学的遅延回路
12 光路調整器
13 、14 ミラー
15 半波長板
16 光切替ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Wavelength converter 3 Joule meter 4 Wavelength converter 5, 6 2nd harmonic wave generator 7 Sample 8 Long wavelength cut filter 9 Spectrometer 10 Optical detector 11 Optical delay circuit 12 Optical path adjuster 13, 14 Mirror 15 Half Wave plate 16 Optical switching mirror

Claims (9)

パルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源の出力光を分岐し、分岐の一部の出力光を波長変換して長波長励起光を出力する波長可変の長波長励起光発生器と、分岐の他の一部の出力光を波長変換して短波長励起光を出力する波長可変の短波長励起光発生器と、該長波長励起光を被測定試料に照射する第1光学系と、該短波長励起光を被測定試料に照射する第2光学系と、上記長波長励起光あるいは上記短波長励起光のいずれか一方あるいは両方を遅延させる単数あるいは複数の遅延器と、上記被測定試料からの光から上記長波長励起光と上記短波長励起光との和周波光を選択する第3光学系と、選択された和周波光を検出する光検出器とを備え、
上記長波長励起光発生器は、予め決められた波長帯域を掃引できるものであり、
上記短波長励起光発生器は、被測定試料ごとに出力波長を変えることができるものであり、
第1光学系と第2光学系および上記遅延器は上記長波長励起光と上記短波長励起光とを上記被測定試料で空間的および時間的に重なるように照射する構成であり、
第3光学系は、上記和周波光の光路を調整して上記光検出器に入射するようにする機能をもち、上記選択された和周波光以外の光を抑制するものであり、
上記被測定試料の界面での和周波発生による分光分析に用いることを特徴とする和周波発生分光装置。
A pulsed laser light source, a wavelength-tunable long-wavelength pumping light generator for branching the output light of the pulsed laser light source, wavelength-converting part of the output light of the branching to output a long-wavelength pumping light, A wavelength-tunable short wavelength excitation light generator for converting a part of output light to output short wavelength excitation light, a first optical system for irradiating the sample to be measured with the long wavelength excitation light, and the short wavelength excitation A second optical system for irradiating the sample to be measured, one or a plurality of delay devices for delaying one or both of the long wavelength excitation light and the short wavelength excitation light, and light from the sample to be measured A third optical system for selecting the sum frequency light of the long wavelength excitation light and the short wavelength excitation light, and a photodetector for detecting the selected sum frequency light,
The long wavelength excitation light generator is capable of sweeping a predetermined wavelength band,
The short wavelength excitation light generator can change the output wavelength for each sample to be measured.
The first optical system, the second optical system, and the delay device are configured to irradiate the long-wavelength excitation light and the short-wavelength excitation light so as to be spatially and temporally overlapped with the sample to be measured.
The third optical system has a function of adjusting the optical path of the sum frequency light so as to be incident on the photodetector, and suppresses light other than the selected sum frequency light,
A sum frequency generation spectroscopic apparatus for use in spectroscopic analysis by sum frequency generation at an interface of the sample to be measured.
上記長波長励起光発生器および上記短波長励起光発生器はそれぞれパラメトリック光発振器を有することを特徴とする請求項1に記載の和周波発生分光装置。   The sum frequency generation spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein each of the long wavelength excitation light generator and the short wavelength excitation light generator includes a parametric optical oscillator. 上記パルスレーザ光源の出力光の一部を分岐して2倍波を発生する第1の2倍波発生器をさらに備え、
上記短波長励起光として、上記短波長励起光発生器の出力光または、第1の2倍波発生器の出力光を選択することができることを特徴とする請求項1あるいは2のいずれか一方に記載の和周波発生分光装置。
A first double wave generator for branching a part of the output light of the pulse laser light source to generate a double wave;
The output light of the short wavelength excitation light generator or the output light of the first second harmonic wave generator can be selected as the short wavelength excitation light, according to any one of claims 1 and 2. The sum-frequency generation spectroscopic apparatus described.
上記パラメトリック光発振器の出力光の2倍波を発生する第2の2倍波発生器と、
上記パラメトリック光発振器の出力光と上記2倍波発生器の出力光とからのいずれか一方を選択して、上記被測定試料に照射するための光選択器と、
を、さらに備えることを特徴とする請求項1あるいは2のいずれか一方に記載の和周波発生分光装置。
A second harmonic generator for generating a second harmonic of the output light of the parametric optical oscillator;
A light selector for selecting one of the output light of the parametric light oscillator and the output light of the second harmonic generator and irradiating the sample to be measured;
The sum frequency generation spectroscopic device according to claim 1, further comprising:
上記長波長励起光の強度を調整する第1強度調整器と、
上記短波長励起光の強度を調整する第2強度調整器と、
を、さらに備えることを特徴とする請求項4に記載の和周波発生分光装置。
A first intensity adjuster for adjusting the intensity of the long wavelength excitation light;
A second intensity adjuster for adjusting the intensity of the short wavelength excitation light;
The sum frequency generation spectroscopic device according to claim 4, further comprising:
第1あるいは第2強度調整器は、それぞれ、上記長波長励起光発生器、あるいは上記短波長励起光発生器の入射側に設けられた波長板であって、これを回転させることで各々の入射光強度を調整することを特徴とする請求項5に記載の和周波発生分光装置。   Each of the first and second intensity adjusters is a wavelength plate provided on the incident side of the long wavelength excitation light generator or the short wavelength excitation light generator. 6. The sum frequency generation spectroscopic device according to claim 5, wherein the light intensity is adjusted. 第3光学系は、濾波帯域を変更して上記和周波光を選択する濾波器を備え、 上記第1の2倍波発生器の出力光と上記短波長励起光とを同一の光路で上記被測定試料に照射する構成であること特徴とする請求項3に記載の和周波発生分光装置。   The third optical system includes a filter that changes the filter band and selects the sum frequency light, and the output light of the first second harmonic generator and the short wavelength excitation light are transmitted in the same optical path. 4. The sum frequency generation spectroscopic apparatus according to claim 3, wherein the sum frequency generation spectroscopic apparatus is configured to irradiate a measurement sample. 請求項1から7のいずれかの1つに記載された和周波発生分光装置を用いた分光方法であって、
(1)上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定する手続きと、
(2) 波長が設定された上記短波長励起光について、上記和周波光が上記光検出器に入射するように第3光学系を調整する手続きと、
(3) 上記長波長励起光の波長を掃引して和周波発生による分光分析を行なう手続きと、
を含むことを特徴とする分光方法。
A spectroscopic method using the sum frequency generation spectroscopic device according to any one of claims 1 to 7,
(1) a procedure for setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured;
(2) a procedure for adjusting the third optical system so that the sum frequency light is incident on the photodetector with respect to the short wavelength excitation light having a set wavelength;
(3) a procedure for performing spectral analysis by generating the sum frequency by sweeping the wavelength of the long-wavelength excitation light;
A spectroscopic method comprising:
上記の
(1) 上記短波長励起光の波長を上記被測定試料の測定しようとする界面の何れかの共鳴準位に設定する手続き、は、
(1−1)上記短波長励起光の波長を掃引して上記被測定試料の吸収スペクトルを取得する手続きと、
(1−2)取得した吸収スペクトルから最適ピークを探索する手続きと、
(1−3)上記最適ピークの波長に上記短波長励起光の波長を設定する手続きと、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の分光方法。
(1) The procedure for setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to any resonance level of the interface to be measured of the sample to be measured,
(1-1) a procedure for acquiring the absorption spectrum of the sample to be measured by sweeping the wavelength of the short-wavelength excitation light;
(1-2) a procedure for searching for an optimum peak from the acquired absorption spectrum;
(1-3) a procedure for setting the wavelength of the short-wavelength excitation light to the wavelength of the optimum peak;
The spectroscopic method according to claim 8, comprising:
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