JP2004212071A - Apparatus and method for measuring tertiary nonlinear optical characteristic - Google Patents

Apparatus and method for measuring tertiary nonlinear optical characteristic Download PDF

Info

Publication number
JP2004212071A
JP2004212071A JP2002378786A JP2002378786A JP2004212071A JP 2004212071 A JP2004212071 A JP 2004212071A JP 2002378786 A JP2002378786 A JP 2002378786A JP 2002378786 A JP2002378786 A JP 2002378786A JP 2004212071 A JP2004212071 A JP 2004212071A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse
chirp pulse
positive
negative
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002378786A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3928045B2 (en
Inventor
Kenji Kamata
賢司 鎌田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2002378786A priority Critical patent/JP3928045B2/en
Publication of JP2004212071A publication Critical patent/JP2004212071A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3928045B2 publication Critical patent/JP3928045B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for measuring a tertiary nonlinear reception rate spectrum by a single irradiation with pulses. <P>SOLUTION: The apparatus for measuring a tertiary nonlinear reception rate spectrum comprises: a positive chirp irradiation means (3) for irradiating a sample (6) with positive chirp pulses (L3); a negative chirp irradiation means (4) for irradiating the sample (6) with negative chirp pulses (L4); and a light reception means (5) for receiving diffraction light (L5) from the inside of the sample (6). The wavelength of the positive chirp pulse (L3) monotonously decreases from the start to the end of pulses, the wavelength of the negative chirp pulse (L4) monotonously increases, the wavelength bands of the positive and negative chirp pulses (L3, L4) are overlapped and superposed in the sample (6) that enters at a specific angle, and the light reception means (5) is arranged in a vector direction obtained by subtracting the wavenumber vector of the negative chirp pulses (L4) from the wavenumber vector being two times larger than the wavenumber vector of the positive chirp pulse (L3). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次の非線形光学過程を特徴付ける三次非線形光学特性の測定装置及び測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
三次の非線形光学過程は、入射光の3倍の周波数の光を発生させる第三高調波発生(THG:Third-Harmonic Generation)、入射した光の強度により材料の屈折率が変化する光強度依存屈折率、2個の光子を同時に吸収する二光子吸収(TPA:Two-Photon Absorption)などの非線形効果を引き起こす過程である。特に、光強度依存屈折率は、光ファイバーに波長の異なる複数の光を多重する通信方式である高密度波長分割多重方式(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)の次の実用化を目指して研究されている時間領域多重(TDM:Time Division Multiplexing)光通信に必要な超高速光スイッチに応用される可能性のある重要な現象である。また、二光子吸収は、高密度のレーザー光パルスから光検出器を守る光制限や、フォトニック結晶や光集積回路の製作方法である光微細造形などへの応用が広がりつつある。
【0003】
三次の非線形光学過程は、三次非線形感受率χ(3)で特徴づけられる。三次非線形感受率χ(3)は、複素テンソル量であり、関与する光の周波数と偏光方向に依存し、具体的には、χ(3)(−ω;ω,ω,−ω)で表わされる。ここで記号「;」の右側の記載は、入射する3つの光子の角周波数を表わし、「;」の左側の記載は、出力する光子の角周波数を表わす。従って、上記した種々の応用を目的として、半導体、金属超微粒子、π共役有機化合物など様々な材料に関して、三次非線形感受率χ(3)(−ω;ω,ω,−ω)の測定及びその測定結果を基に、物質の構造(特に電子構造)と三次非線形光学過程との関係の解明が研究されている。
【0004】
三次非線形感受率χ(3)(−ω;ω,ω,−ω)は、線形の感受率である屈折率と同様に周波数に依存し、その周波数スペクトルを測定することは、物質の構造と三次非線形光学過程との関係を解明するために、非常に重要である。例えば、量子力学の摂動論により、電子分極に基づく非線形感受率が材料の電子状態間のエネルギー差と遷移モーメントとの積で近似可能であることから、非線形感受率を測定することによって、材料の電子構造を知ることが可能となる。
【0005】
三次非線形感受率χ(3)(−ω;ω,ω,−ω)の測定方法には各種の方法があり、縮退四波混合(DFWM:Degenerate Four Wave Mixing)、Zスキャン、光カー効果(OKE:Optical Kerr Effect)、光干渉計測などの方法が知られており、例えば、下記の特許文献1〜3に開示されている。これらは、いずれも、所定の波長(周波数)の光に対する三次非線形感受率χ(3)の測定を、光の波長を変化させて繰り返し行うことによって、所定の波長帯域について三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを得る方法である。
【0006】
また、下記の非特許文献1には、フェムト秒の光パルスを使用して、光パルスに含まれる周波数成分をプリズムで分解することによって、その光パルスの周波数帯域における三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを一度に測定する方法が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−107569号公報
【0008】
【特許文献2】
特開平5−149825号公報
【0009】
【特許文献3】
特開平10−115573号公報
【0010】
【非特許文献1】
グゥアング エス.ヘ(Guang S. He)、外5名、「フェムト秒連続光生成による縮退2光子吸収スペクトルの新測定方法(New technique for degenerate two-photon absorption spectral measurements using femtosecond continuum generation)」、[online]、平成14年6月1日(1 July 2002)、オプティックス イクスプレス(OPTICS EXPRESS)、第10巻、第13号、p.566-574、米国光学会(Optical Society of America)、[平成14年11月19日検索]、インターネット<URL: http://www.opticsexpress.org/issue.cfm?issue_id=145>
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の測定方法は、所定の波長での測定であり、三次非線形感受率χ(3)のスペクトルデータを得るには、波長を変化させて測定を繰り返す必要があり、非常に長い時間がかかっていた。測定数が多いと、数日〜数週間かかる場合もあった。このため、これまでスペクトル測定の報告例はそれほど多くなく、報告されているスペクトルデータも高々10〜30個程度の測定点を有するスペクトルデータであり、精度及び再現性が低く、定量的議論の基礎とすることが困難であった。
【0012】
また、上記の非特許文献1は、三次非線形感受率χ(3)の周波数スペクトルを一度に測定することが可能ではあるが、単一の光ビームの透過光強度を測定することから、測定される三次非線形感受率χ(3)は吸収に関するものであり、屈折に関する効果は含まれていない。即ち、非特許文献1による測定方法では、光強度依存屈折率の効果を含んだ三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを一度に測定することはできない。
【0013】
本発明は、上記の課題を解決すべく、測定対象である試料へのチャープした光パルスの1回の照射によって、光強度依存屈折率の効果を含んだ三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを測定することができる三次非線形光学特性の測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【0015】
即ち、本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置(1)は、正チャープパルスを測定対象の試料に照射する正チャープ照射手段と、負チャープパルスを前記試料に照射する負チャープ照射手段と、前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスによって前記試料の三次非線形光学特性を介して同試料中に誘起された回折光子からの回折光を受光する受光手段とを備え、前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて単調に減少し、前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて単調に増加し、前記正チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部と、前記負チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部とが重複し、前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスの入射方向が所定の角度を成し、前記試料中において同時刻に、前記正チャープパルスの一部及び前記負チャープパルスの一部が重畳し、前記受光手段が、前記試料を位置の基準として、前記正チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記負チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第1のベクトルの方向、又は、前記負チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記正チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第2のベクトルの方向に配置されていることを特徴としている。
【0016】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置(2)は、上記の三次非線形光学特性の測定装置(1)において、前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に減少し、前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に増加することを特徴としている。
【0017】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置(3)は、上記の三次非線形光学特性の測定装置(1)又は(2)において、前記正チャープパルスの波長帯域と前記負チャープパルスの波長帯域とが同じであることを特徴としている。
【0018】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置(4)は、上記の三次非線形光学特性の測定装置(1)〜(3)の何れかにおいて、前記正チャープパルスのパルス幅と前記負チャープパルスのパルス幅とが同じであることを特徴としている。
【0019】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置(5)は、上記の三次非線形光学特性の測定装置(1)〜(4)の何れかにおいて、前記受光手段が2次元CCDであり、該2次元CCDの出力信号を、前記正チャープパルスの入射ベクトル及び前記負チャープパルスの入射ベクトルに垂直な方向について加算することを特徴としている。
【0020】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定方法(1)は、波長が一定の超短パルスから、パルスの先頭から末尾にかけて波長が単調に減少する正チャープパルスを生成する正チャープパルス生成ステップと、前記正チャープパルスを測定対象の試料に照射する正チャープパルス照射ステップと、前記超短パルスから、パルスの先頭から末尾にかけて波長が単調に増加する負チャープパルスを生成する負チャープパルス生成ステップと、前記正チャープパルスと同時刻に前記試料に到達するように、前記正チャープパルスの前記試料への入射方向と所定の角度を成す入射方向に、前記負チャープパルスを照射する負チャープパルス照射ステップと、前記試料を位置の基準として、前記正チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記負チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第1のベクトルの方向、又は、前記負チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記正チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第2のベクトルの方向に配置されている受光手段によって、前記試料中からの前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスによる回折光を受光する受光ステップとを含み、前記正チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部と、前記負チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部とが重複することを特徴としている。
【0021】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定方法(2)は、上記の三次非線形光学特性の測定方法(1)において、前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に減少し、前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に増加することを特徴としている。
【0022】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定方法(3)は、上記の三次非線形光学特性の測定方法(1)又は(2)において、前記正チャープパルスの波長帯域と前記負チャープパルスの波長帯域とが同じであることを特徴としている。
【0023】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定方法(4)は、上記の三次非線形光学特性の測定方法(1)〜(3)の何れかにおいて、前記正チャープパルスのパルス幅と前記負チャープパルスのパルス幅とが同じであることを特徴としている。
【0024】
また、本発明に係る三次非線形光学特性の測定方法(5)は、上記の三次非線形光学特性の測定方法(1)〜(4)の何れかにおいて、前記受光手段が2次元CCDであり、該2次元CCDの出力信号を、前記正チャープパルスの入射ベクトル及び前記負チャープパルスの入射ベクトルに垂直な方向について加算する加算ステップを含むことを特徴としている。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る三次非線形光学特性の測定装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る三次非線形光学特性の測定装置は、光パルス生成部1、スプリッタ2、正チャープ生成部3、負チャープ生成部4、検出部5を備えている。
【0026】
光パルス生成部1は、一定の時間間隔で、波長別に位相制御された広帯域超短パルスを生成する。光パルス生成部1はチタンサファイアレーザー等の5フェムト秒から100ピコ秒の超短パルスを発生するレーザー装置そのものであってもよいが、その短パルス性を失わずにその波長帯域を拡大するためにレーザー装置の出力光を、ガラス、水、重水、有機溶媒などの透明媒体中を通過させて、自己位相変調によって、広い範囲の波長成分を含んだ白色光パルスを生成し、出力する波長域拡大手段を、光パルス生成部1内部に備えることが望ましい。光パルス生成部1から出力された白色光パルスは、スプリッタ2によって、2方向(L1、L2)に光路が分離される。スプリッタ2には、ハーフミラー、プリズム等を使用することができる。
【0027】
分離された1方向の光路の光パルスL1は、正チャープ生成部3によって、後述するように正にチャープされた正チャープパルスL3となる。また、これとは別の光路の光パルスL2は、負チャープ生成部4によって、後述するように負にチャープされた負チャープパルスL4となる。正及び負チャープパルスL3、L4は、タイミングを調整され、被測定試料6に同時に照射され、被測定試料6中で干渉して、被測定試料6の三次非線形光学特性に相応した強度の回折光子が一時的に被測定試料中に発生し、その回折光子により2つのパルスL3、L4の入射方向に応じて所定の方向に回折光L5、L6を放出する。
【0028】
この回折光L5、L6は、白色光、即ち広い波長成分を含んだ光であり、所定方向の回折光L5が2次元CCDを備えた検出部5によって検出される。ここで、正及び負チャープパルスL3、L4を同時に被測定試料6に到達させることは、正及び負チャープパルスL3、L4の光路の長さを調整するためのミラー、プリズム等から構成される光学系(図示せず)を、スプリッタ2によって分離された後の光路上(L1〜L4)に配置することによって可能である。
【0029】
光パルス生成部1は、広帯域超短波パルスとして、例えば、パルス幅が約10〜500fs(フェムト秒)のフェムト秒パルスの単一波長のレーザー光を生成する。パルスを生成する時間間隔は、隣接して生成されるパルス間の干渉が生じないように、パルス幅よりも十分に長く設定され、例えば1ms(ミリ秒)に設定される。10〜500fsのフェムト秒パルスのレーザー光の波長が数nm(ナノメートル)から数十nmとすれば、このレーザー光が、光パルス生成部1に波長域拡大手段が備えられていた場合自己位相変調によって、数百nmの波長帯域を有する白色パルスとなる。即ち、パルス光の中心では光カー効果により屈折率が時間に対して急激に変化して自らの入射レーザー光のパルス形状を急激に変化させることにより、元の波長と異なった周波数成分を発生させる。これによって、元となるレーザー光の波長を中心として数百nm広がった周波数を有する白色パルスとなる。
【0030】
正チャープ生成部3及び負チャープ生成部4は、回折格子対、プリズム対等から構成される光学系であり、入力される光パルスL1、L2の波形を変化させて、それぞれ正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4を生成する。正チャープパルスとは、図2に実線で示されるようにパルス内部で波長が短波長化していく光パルスである。破線で示されるチャープの無い入射レーザー光の波長λがパルス内で一定であるのに対して、正チャープパルスは先頭の波長λ’が長く末尾にいく程短くなる。また、これとは逆に負チャープパルスL4は、正チャープパルスL3の時間軸を反転させたパルス、即ちパルス内部で波長が長波長化していく光パルスであり、波長の短い成分(青色)がパルスの先頭に、波長の長い成分(赤色)がパルスの末尾に位置するパルスである。
【0031】
正チャープ生成部3及び負チャープ生成部4には、例えば、図3に示した光学系が使用され得る。図3は、複数の三角プリズムの組合せによって構成されている。図3において、使用するプリズムの数及びそれらの配置を変更することによって、要求される波長帯域の正又は負のチャープパルスを生成する。
【0032】
次に、図4を参照して、正及び負チャープパルスL3、L4の試料への入射及び回折に関して説明する。図4は、本発明の実施の形態に係る三次非線形光学特性の測定装置における正及び負チャープパルスL3、L4の被測定試料6への入射による回折現象を模式的に示した断面図である。
【0033】
正及び負チャープパルスL3、L4を、タイミングを調整して、一定の角度θで被測定試料6に入射して、被測定試料6の中で重畳させる。ここでは特に、正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4は、パルス内において波長が、図5に示したように線形に変化するように形成されている場合について説明する。即ち、正チャープパルスL3は、パルスの先頭(時刻t1)から末尾(時刻t2)にかけて波長がλ2からλ1(λ2>λ1)に線形に減少し、負チャープパルスL4は、パルスの先頭(時刻t1)から末尾(時刻t2)にかけて波長がλ1からλ2に線形に増加するように形成されているとする。
【0034】
被測定試料6中で重畳される正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4は、被測定試料6中の大部分の場所においては、それぞれのパルスの異なった波長部分が重なり合うが、特定の空間領域ではそれぞれのパルスの同じ周波数同士が重なりあう。図4に示した水平の破線上の2点A1、A2を結ぶ線分上(実際には、破線で表わされている平面上)の各点で、重なっている正チャープパルスL3の波長と負チャープパルスL4の波長とが同じになる。さらに、図4の破線上で点A1の側から点A2点の側に向かって、波長は長波長(λ2)から短波長(λ1)に変化する。
【0035】
この場合、2ビーム型のDFWM法に関して知られているように、2つの入射光の波数ベクトルをk1、k2とすると、回折光は波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向に発生する。従って、2つの入射光の波数ベクトルの絶対値が同じ値(|k1|=|k2|)である点からの回折光、即ち、同じ波長が重なる図4に示した2点A1、A2を結ぶ線分で表わされる平面上の各点からの回折光は、全て同じ2方向(波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向)に回折される。さらに、上記したように、回折光の波長の分布は、2つ波数ベクトルk1及びk2を含む面内で、回折方向に垂直な方向に、線形に(例えば、長波長から短波長に)変化する。
【0036】
2方向(波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向)のうちの1方向の回折光L5を、光学系(レンズ)8を用いて、被測定試料6から所定の距離だけ離して配置した2次元CCD9に結像すれば、上記したように波長毎に空間的に広がった回折光をCCD9の画素毎に対応させて受光することができる。上記したように、回折光L5の波長の分布は、回折方向に垂直な方向に、線形に変化することから、CCD9の各画素に入射する回折光L5は、2つの波数ベクトルk1及びk2に垂直な方向には、同じ波長の回折光L5が入射することとなる。従って、CCD9の各画素の出力信号を、2つの波数ベクトルk1及びk2に垂直な方向に加算することによって、S/Nを改善した回折光強度の1次元スペクトルを得ることができる。この回折光強度の1次元スペクトルから、三次非線形感受率χ(3)の周波数スペクトルを得ることができる。
【0037】
ここで、被測定試料6中の同じ波長同士が重なり合う平面以外の部分からは、互いに異なる波長の光の重ね合わせによる回折光(例えば、図4に示したL7、L8)が発生し、これらの回折光が、CCD9に入射してノイズとなることが考えられる。しかし、異なる波長の光の重畳による回折光は、同じ波長の光の重畳による回折光とは回折角度が異なることから、同じ波長の光の重畳による回折光を受信するようにCCD9を被測定試料6から適当な距離だけ離して配置すれば、異なる波長の光の重畳による回折光のCCD9への入射を防止することができる。このCCD9と被測定試料6との距離は、CCD9の出力信号の低下が許容できる範囲内で決定されることが望ましい。また、CCD9と被測定試料6との距離を十分に確保できない場合には、異なる波長の光の重畳による回折光がCCD9に入射しないように、スリットなどの光学系を設けて遮蔽することが望ましい。
【0038】
以上においては、正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4の波長が何れも線形に変化し、且つ正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4が時間軸に関して対象である場合について説明したが、図6に示すように、負チャープパルスL4の波長帯域が正チャープパルスL3の波長帯域を含む関係にあってもよい。図6では正チャープパルスL3の波長は、パルスの先頭(t=t1)から末尾(t=t2)にかけて、λ4からλ3(λ4>λ3)に変化する。負チャープパルスL4の波長は、パルスの先頭(t=t1)から末尾(t=t2)にかけて、λ5からλ6(λ5<λ6)に変化し、t=t3〜t4の間はλ3からλ4(正チャープパルスL3の波長帯域)に変化している。この場合にも、被測定試料6中の特定の平面において、正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4の波長が同じとなり、その平面からの回折光は、上記と同様に全て同じ2方向(波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向)に回折される。
【0039】
また、上記において、正チャープパルスL3と負チャープパルスL4との関係を入れ換え、正チャープパルスL3の波長帯域が負チャープパルスL4の波長帯域を含む関係にあってもよい。
【0040】
また、正チャープパルスL3の一部の波長帯域と、負チャープパルスL4の一部の波長帯域とが一致していてもよい。例えば、図7には、波長帯域λ4〜λ5(λ4>λ5)が、正チャープパルスL3及び負チャープパルスL4に含まれている状態が示されており、この場合にも、被測定試料6中の特定の平面からの回折光は、上記と同様に全て同じ2方向(波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向)に回折される。
【0041】
また、正のチャープパルスL3及び負のチャープパルスL4の波長は何れも線形に変化する場合に限定されず、正のチャープパルスL3の波長変化がパルスの先頭から末尾にかけて単調増加であり、負のチャープパルスL4の波長変化がパルスの先頭から末尾にかけて単調減少であればよい。一例を、図8に示す。この場合には、被測定試料6中の特定の曲面において、正のチャープパルスL3及び負のチャープパルスL4の波長が同じとなり、その曲面からの回折光は、上記と同様に全て同じ2方向(波数ベクトル2k1−k2及び2k2−k1の方向)に回折される。
【0042】
また、受光手段は2次元CCDに限らず、その他の2次元光センサーや、1次元のラインセンサーなどであってもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明に係る三次非線形光学特性の測定装置及び測定方法によって、1つの超短パルスの照射によって、所定の周波数帯域における三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを一度に測定することができる。これによって、従来、数日〜数週間かかっていた三次非線形感受率χ(3)のスペクトル測定を、例えば十数分に短縮することが可能となる。
【0044】
また、回折現象を利用することから、屈折の効果及び吸収の効果による三次非線形感受率χ(3)のスペクトルを、1つの超短パルスの照射によって測定することが可能となる。
【0045】
また、三次非線形感受率χ(3)のスペクトル測定を効率的に行うことができることによって、未解明である非線形光学特性と材料の電子構造との関係の解明を加速し、光強度依存屈折率の超高速スイッチへの応用や、二光子吸収の光制限材料や光微細造形への応用を推進することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る三次非線形光学特性の測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】正チャープパルスのパルス内の波長の変化を示す図である。
【図3】チャープを発生させる光学系の一例を示した図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る三次非線形光学特性の測定装置におけるチャープ光の被測定試料への入射による回折現象を模式的に示した断面図である。
【図5】波長帯域が同じ正及び負チャープパルスの波長が線形に変化するグラフの一例を示す図である。
【図6】正チャープパルスの波長帯域が負チャープパルスの波長帯域に包含され、且つ波長が線形に変化するグラフの一例を示す図である。
【図7】波長帯域の一部が重複する正及び負チャープパルスの波長が線形に変化するグラフの一例を示す図である。
【図8】波長帯域の一部が重複する正及び負チャープパルスの波長が非線形に変化するグラフの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 光パルス生成部
2 スプリッタ
3 正チャープ生成部
4 負チャープ生成部
5 検出部
6 被測定試料
7 プリズム
8 レンズ
9 CCD
L1〜L6 光パルス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a third-order nonlinear optical characteristic that characterizes a third-order nonlinear optical process.
[0002]
[Prior art]
The third-order nonlinear optical process is a third-harmonic generation (THG) that generates light having three times the frequency of incident light, and light intensity-dependent refraction in which the refractive index of a material changes according to the intensity of incident light. Rate is a process that causes nonlinear effects such as two-photon absorption (TPA) that simultaneously absorbs two photons. In particular, the light-intensity-dependent refractive index has been studied for the next practical use of Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), which is a communication system for multiplexing a plurality of lights having different wavelengths into an optical fiber. This is an important phenomenon that may be applied to an ultra-high-speed optical switch required for time-division multiplexing (TDM) optical communication. In addition, two-photon absorption has been increasingly applied to light restriction that protects a photodetector from high-density laser light pulses, and to optical microfabrication, which is a method for manufacturing photonic crystals and optical integrated circuits.
[0003]
The third-order nonlinear optical process is characterized by a third- order nonlinear susceptibility χ (3) . The third-order nonlinear susceptibility χ (3) is a complex tensor quantity and depends on the frequency and polarization direction of the light involved, and is specifically expressed by χ (3) (−ω; ω, ω, −ω). It is. Here, the description on the right side of the symbol “;” indicates the angular frequency of the three incident photons, and the description on the left side of the symbol “;” indicates the angular frequency of the output photon. Therefore, for various applications as described above, for various materials such as semiconductors, ultrafine metal particles, and π-conjugated organic compounds, measurement of the third-order nonlinear susceptibility χ (3) (−ω; ω, ω, −ω) and its measurement Elucidation of the relationship between the structure of a substance (especially the electronic structure) and the third-order nonlinear optical process has been studied based on the measurement results.
[0004]
The third-order nonlinear susceptibility χ (3) (−ω; ω, ω, −ω) depends on the frequency as well as the refractive index, which is a linear susceptibility. It is very important to elucidate the relationship with third-order nonlinear optical processes. For example, the perturbation theory of quantum mechanics allows the nonlinear susceptibility based on electronic polarization to be approximated by the product of the energy difference between the electronic states of the material and the transition moment. It becomes possible to know the electronic structure.
[0005]
There are various methods for measuring the third-order nonlinear susceptibility χ (3) (−ω; ω, ω, −ω), including degenerate four wave mixing (DFWM), Z scan, and optical Kerr effect ( Methods such as Optical Kerr Effect (OKE) and optical interference measurement are known, and are disclosed, for example, in Patent Documents 1 to 3 below. In each of these cases, the measurement of the third- order nonlinear susceptibility に 対 す る(3) for light of a predetermined wavelength (frequency) is repeated while changing the wavelength of light, so that the third-order nonlinear susceptibility χ ( This is a method to obtain the spectrum of 3) .
[0006]
Non-Patent Document 1 below discloses that a third-order nonlinear susceptibility χ (3) in a frequency band of an optical pulse is obtained by using a femtosecond optical pulse and decomposing a frequency component included in the optical pulse by a prism. ) Is disclosed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-107569
[Patent Document 2]
JP-A-5-149825
[Patent Document 3]
JP-A-10-115573
[Non-patent document 1]
Guan S. Guang S. He, et al., “New technique for degenerate two-photon absorption spectral measurements using femtosecond continuum generation”, [online], June 1, 2002 (1 July 2002), OPTICS EXPRESS, Vol. 10, No. 13, p. 566-574, Optical Society of America, [2002 November 19 search], Internet <URL: http://www.opticsexpress.org/issue.cfm? issue_id = 145>
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional measurement method described above is a measurement at a predetermined wavelength, and in order to obtain the spectrum data of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) , it is necessary to repeat the measurement while changing the wavelength, which takes a very long time. It was hanging. If the number of measurements is large, it may take several days to several weeks. For this reason, there have not been many reports of spectrum measurement so far, and the reported spectrum data is spectrum data having at most about 10 to 30 measurement points, and has low accuracy and reproducibility. And it was difficult.
[0012]
In the above Non-Patent Document 1, although it is possible to measure the frequency spectrum of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) at a time, it is measured because the transmitted light intensity of a single light beam is measured. The third-order nonlinear susceptibility χ (3) relates to absorption and does not include refraction effects. That is, with the measurement method according to Non-Patent Document 1, the spectrum of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) including the effect of the light intensity-dependent refractive index cannot be measured at once.
[0013]
In order to solve the above problems, the present invention provides a third-order nonlinear susceptibility だ(3) spectrum including an effect of a light-intensity-dependent refractive index by a single irradiation of a sample to be measured with a chirped light pulse. It is an object of the present invention to provide a measuring device and a measuring method of a third-order nonlinear optical characteristic capable of measuring the optical characteristics.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following means.
[0015]
That is, the measuring device (1) of the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention includes: a positive chirp irradiating unit that irradiates a sample to be measured with a positive chirp pulse; a negative chirp irradiating unit that irradiates a negative chirp pulse to the sample; Light receiving means for receiving diffracted light from diffracted photons induced in the sample through the third-order nonlinear optical characteristics of the sample by the positive chirp pulse and the negative chirp pulse, wherein the wavelength in the positive chirp pulse is The wavelength in the negative chirped pulse monotonically decreases from the beginning to the end of the pulse, and the wavelength in the negative chirped pulse monotonically increases from the beginning to the end of the pulse, at least a part of the wavelength band of the positive chirped pulse, and the negative chirped pulse. At least a part of the wavelength band overlaps, the incident direction of the positive chirp pulse and the negative chirp pulse forms a predetermined angle, At the same time in the sample, a part of the positive chirp pulse and a part of the negative chirp pulse are superimposed, and the light receiving means uses the sample as a position reference and is twice the wave vector of the positive chirp pulse. By subtracting the wave vector of the positive chirp pulse from the direction of the first vector obtained by subtracting the wave vector of the negative chirp pulse from the wave vector, or the wave vector of twice the wave vector of the negative chirp pulse It is characterized by being arranged in the direction of the obtained second vector.
[0016]
The measuring device (2) for a third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention is the measuring device (1) for the third-order nonlinear optical characteristic described above, wherein the wavelength in the positive chirped pulse linearly decreases from the beginning to the end of the pulse. The wavelength in the negative chirped pulse linearly increases from the beginning to the end of the pulse.
[0017]
The third-order nonlinear optical characteristic measuring device (3) according to the present invention is the above-mentioned third-order nonlinear optical characteristic measuring device (1) or (2), wherein the wavelength band of the positive chirp pulse and the wavelength of the negative chirp pulse are different from each other. It is characterized in that the band is the same.
[0018]
The measuring device (4) for the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention is the same as the measuring device (1) to (3) for the third-order nonlinear optical characteristic, wherein the pulse width of the positive chirp pulse and the negative chirp are used. The pulse width of the pulse is the same.
[0019]
Further, in the third-order nonlinear optical characteristic measuring device (5) according to the present invention, in any one of the third-order nonlinear optical characteristic measuring devices (1) to (4), the light receiving means is a two-dimensional CCD. The output signal of the two-dimensional CCD is added in a direction perpendicular to the incident vector of the positive chirp pulse and the incident vector of the negative chirp pulse.
[0020]
The method (1) for measuring a third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention includes a step of generating a positive chirp pulse for generating a positive chirp pulse whose wavelength monotonously decreases from an ultrashort pulse having a constant wavelength from the beginning to the end of the pulse. A positive chirp pulse irradiating the sample to be measured with the positive chirp pulse, and a negative chirp pulse generating step of generating a negative chirp pulse whose wavelength monotonically increases from the beginning to the end of the pulse from the ultrashort pulse. Negative chirp pulse irradiation for irradiating the negative chirp pulse in an incident direction forming a predetermined angle with the incident direction of the positive chirp pulse to the sample so that the sample reaches the sample at the same time as the positive chirp pulse. And a wave vector that is twice as large as the wave vector of the positive chirped pulse, using the sample as a position reference. The direction of the first vector obtained by subtracting the wave vector of the negative chirp pulse from the above, or the wave vector of the positive chirp pulse is subtracted from the wave vector of twice the wave vector of the negative chirp pulse. Light-receiving means arranged in the direction of the second vector, receiving light diffracted by the positive chirp pulse and the negative chirp pulse from within the sample, including at least a wavelength band of the positive chirp pulse. A part of the wavelength band overlaps with at least a part of the wavelength band of the negative chirp pulse.
[0021]
The method (2) for measuring the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention is the method for measuring the third-order nonlinear optical characteristic (1), wherein the wavelength in the positive chirped pulse decreases linearly from the beginning to the end of the pulse. The wavelength in the negative chirped pulse linearly increases from the beginning to the end of the pulse.
[0022]
The method (3) for measuring the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention is the method for measuring the third-order nonlinear optical characteristic (1) or (2), wherein the wavelength band of the positive chirped pulse and the wavelength of the negative chirped pulse are different. It is characterized in that the band is the same.
[0023]
The third-order nonlinear optical characteristic measuring method (4) according to the present invention is the method according to any of the third-order nonlinear optical characteristic measuring methods (1) to (3), wherein the pulse width of the positive chirp pulse and the negative chirp are The pulse width of the pulse is the same.
[0024]
Also, in the method (5) for measuring the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention, in any one of the methods (1) to (4) for measuring the third-order nonlinear optical characteristic, the light receiving means is a two-dimensional CCD. It is characterized by including an adding step of adding an output signal of the two-dimensional CCD in a direction perpendicular to the incident vector of the positive chirp pulse and the incident vector of the negative chirp pulse.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring third-order nonlinear optical characteristics according to an embodiment of the present invention. The measuring device of the third-order nonlinear optical characteristic according to the present embodiment includes an optical pulse generator 1, a splitter 2, a positive chirp generator 3, a negative chirp generator 4, and a detector 5.
[0026]
The optical pulse generation unit 1 generates a wide-band ultrashort pulse whose phase is controlled for each wavelength at fixed time intervals. The light pulse generation unit 1 may be a laser device itself that generates an ultrashort pulse of 5 femtoseconds to 100 picoseconds such as a titanium sapphire laser, but in order to expand its wavelength band without losing its short pulse property. The laser output light is passed through a transparent medium such as glass, water, heavy water, or an organic solvent, and a white light pulse containing a wide range of wavelength components is generated by self-phase modulation to output a wavelength range. It is desirable to provide an enlarging means inside the optical pulse generation unit 1. The optical path of the white light pulse output from the light pulse generation unit 1 is split by the splitter 2 in two directions (L1, L2). For the splitter 2, a half mirror, a prism, or the like can be used.
[0027]
The separated optical pulse L1 in the optical path in one direction becomes a positive chirp pulse L3 that is positively chirped by the positive chirp generation unit 3 as described later. In addition, the light pulse L2 in another light path becomes a negative chirp pulse L4 that is negatively chirped by the negative chirp generator 4 as described later. The positive and negative chirp pulses L3 and L4 are adjusted in timing, are simultaneously irradiated on the sample 6 to be measured, interfere with each other in the sample 6 to be measured, and have a diffracted photon having an intensity corresponding to the third-order nonlinear optical characteristic of the sample 6 to be measured. Is temporarily generated in the sample to be measured, and the diffracted photons emit diffracted lights L5 and L6 in predetermined directions according to the incident directions of the two pulses L3 and L4.
[0028]
The diffracted lights L5 and L6 are white light, that is, light containing a wide wavelength component, and the diffracted light L5 in a predetermined direction is detected by the detection unit 5 having a two-dimensional CCD. Here, the simultaneous arrival of the positive and negative chirped pulses L3 and L4 to the sample 6 is achieved by an optical system including a mirror, a prism, and the like for adjusting the length of the optical path of the positive and negative chirped pulses L3 and L4. This is possible by arranging a system (not shown) on the optical path (L1 to L4) after being separated by the splitter 2.
[0029]
The optical pulse generation unit 1 generates a single-wavelength laser beam of a femtosecond pulse having a pulse width of about 10 to 500 fs (femtosecond), for example, as a broadband ultrashort pulse. The time interval for generating the pulse is set to be sufficiently longer than the pulse width, for example, 1 ms (millisecond) so as not to cause interference between adjacently generated pulses. If the wavelength of the laser light of the femtosecond pulse of 10 to 500 fs is from several nm (nanometers) to several tens of nanometers, the laser light is self-phased when the optical pulse generation unit 1 is provided with a wavelength range expanding unit. The modulation results in a white pulse having a wavelength band of several hundred nm. That is, at the center of the pulsed light, the refractive index changes rapidly with time due to the optical Kerr effect, and the pulse shape of the incident laser light changes sharply to generate a frequency component different from the original wavelength. . As a result, a white pulse having a frequency spread by several hundred nm around the wavelength of the original laser light is obtained.
[0030]
The positive chirp generating unit 3 and the negative chirp generating unit 4 are an optical system including a diffraction grating pair, a prism pair, and the like. The positive chirp generating unit 3 and the negative chirp generating unit 4 change the waveforms of the input light pulses L1 and L2, respectively. A chirp pulse L4 is generated. The positive chirp pulse is an optical pulse whose wavelength is shortened inside the pulse as shown by a solid line in FIG. While the wavelength λ of the incident laser light without chirp indicated by the broken line is constant within the pulse, the positive chirped pulse has a longer leading wavelength λ ′ and a shorter leading wavelength. Conversely, the negative chirp pulse L4 is a pulse obtained by inverting the time axis of the positive chirp pulse L3, that is, a light pulse whose wavelength becomes longer inside the pulse. A component having a long wavelength (red) is located at the end of the pulse.
[0031]
For example, the optical system shown in FIG. 3 can be used for the positive chirp generation unit 3 and the negative chirp generation unit 4. FIG. 3 is constituted by a combination of a plurality of triangular prisms. In FIG. 3, by changing the number of prisms used and their arrangement, a positive or negative chirped pulse in the required wavelength band is generated.
[0032]
Next, the incidence and diffraction of the positive and negative chirped pulses L3 and L4 to the sample will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a diffraction phenomenon caused by the incidence of the positive and negative chirped pulses L3 and L4 on the sample 6 to be measured in the third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
[0033]
The positive and negative chirped pulses L3 and L4 are incident on the measured sample 6 at a fixed angle θ by adjusting the timing, and are superposed in the measured sample 6. Here, particularly, a case will be described in which the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4 are formed such that the wavelengths within the pulse change linearly as shown in FIG. That is, the wavelength of the positive chirp pulse L3 decreases linearly from λ2 to λ1 (λ2> λ1) from the head (time t1) to the end (time t2) of the pulse, and the negative chirp pulse L4 changes from the head of the pulse (time t1). ) To the end (time t2), the wavelength is formed to increase linearly from λ1 to λ2.
[0034]
The positive chirped pulse L3 and the negative chirped pulse L4 superimposed in the measured sample 6 have different wavelength portions of the respective pulses overlapping in most places in the measured sample 6, but in a specific spatial region. The same frequency of each pulse overlaps. At each point on the line segment connecting the two points A1 and A2 on the horizontal broken line shown in FIG. 4 (actually on the plane indicated by the broken line), the wavelength of the overlapping positive chirp pulse L3 is The wavelength of the negative chirp pulse L4 becomes the same. Further, the wavelength changes from the long wavelength (λ2) to the short wavelength (λ1) from the point A1 to the point A2 on the broken line in FIG.
[0035]
In this case, as is known with respect to the two-beam DFWM method, assuming that the wave vectors of two incident lights are k 1 and k 2 , the diffracted light has the wave vectors 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 . Occurs in the direction. Therefore, diffracted light from the point where the absolute values of the wave vectors of the two incident lights have the same value (| k 1 | = | k 2 |), that is, the two points A1 and A2 shown in FIG. Are diffracted in the same two directions (directions of wave vectors 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 ). Further, as described above, the distribution of the wavelength of the diffracted light is linearly (eg, from a long wavelength to a short wavelength) in a direction perpendicular to the diffraction direction in a plane including the two wave number vectors k 1 and k 2. Change.
[0036]
The diffracted light L5 in one of two directions (directions of the wave vectors 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 ) is separated from the sample 6 by a predetermined distance using the optical system (lens) 8. If the image is formed on the two-dimensional CCD 9 arranged in this manner, the diffracted light spatially spread for each wavelength as described above can be received corresponding to each pixel of the CCD 9. As described above, since the wavelength distribution of the diffracted light L5 linearly changes in a direction perpendicular to the diffraction direction, the diffracted light L5 incident on each pixel of the CCD 9 has two wave number vectors k 1 and k 2. , The diffracted light L5 of the same wavelength enters. Accordingly, by adding the output signals of the pixels of the CCD 9 in the direction perpendicular to the two wave vectors k 1 and k 2 , a one-dimensional spectrum of the diffracted light intensity with improved S / N can be obtained. From the one-dimensional spectrum of the diffracted light intensity, a frequency spectrum of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) can be obtained.
[0037]
Here, diffracted light (for example, L7 and L8 shown in FIG. 4) due to superposition of light having different wavelengths is generated from a portion other than the plane where the same wavelengths overlap in the sample 6 to be measured. It is considered that the diffracted light enters the CCD 9 and becomes noise. However, since the diffracted light due to the superposition of light of different wavelengths has a different diffraction angle from the diffracted light due to the superposition of light of the same wavelength, the CCD 9 is set to receive the diffracted light due to the superposition of light of the same wavelength. 6 can be prevented from entering the CCD 9 by diffracted light due to superposition of light of different wavelengths. It is desirable that the distance between the CCD 9 and the sample 6 to be measured is determined within a range in which the output signal of the CCD 9 can be reduced. If the distance between the CCD 9 and the sample 6 to be measured cannot be sufficiently ensured, it is desirable to provide an optical system such as a slit so as to block the diffracted light resulting from the superposition of light having different wavelengths from entering the CCD 9. .
[0038]
In the above, the case where the wavelengths of the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4 both linearly change and the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4 are symmetrical with respect to the time axis has been described. As described above, the relationship may be such that the wavelength band of the negative chirp pulse L4 includes the wavelength band of the positive chirp pulse L3. In FIG. 6, the wavelength of the positive chirped pulse L3 changes from λ4 to λ3 (λ4> λ3) from the beginning (t = t1) to the end (t = t2) of the pulse. The wavelength of the negative chirp pulse L4 changes from λ5 to λ6 (λ5 <λ6) from the beginning (t = t1) to the end (t = t2) of the pulse, and from t3 to t4, from λ3 to λ4 (positive). (The wavelength band of the chirp pulse L3). Also in this case, the wavelength of the positive chirped pulse L3 and the wavelength of the negative chirped pulse L4 are the same in a specific plane in the sample 6 to be measured, and the diffracted light from that plane is in the same two directions (wave number vector) as described above. 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 directions).
[0039]
In the above description, the relationship between the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4 may be exchanged, and the wavelength band of the positive chirp pulse L3 may include the wavelength band of the negative chirp pulse L4.
[0040]
Further, a part of the wavelength band of the positive chirped pulse L3 may coincide with a part of the wavelength band of the negative chirped pulse L4. For example, FIG. 7 shows a state in which the wavelength bands λ4 to λ5 (λ4> λ5) are included in the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4. Are diffracted in the same two directions (directions of wave vectors 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 ) in the same manner as described above.
[0041]
Further, the wavelength of each of the positive chirp pulse L3 and the negative chirp pulse L4 is not limited to the case where the wavelength changes linearly, and the wavelength change of the positive chirp pulse L3 increases monotonously from the beginning to the end of the pulse. It is sufficient that the wavelength change of the chirp pulse L4 monotonically decreases from the beginning to the end of the pulse. An example is shown in FIG. In this case, the wavelength of the positive chirp pulse L3 and the wavelength of the negative chirp pulse L4 are the same on a specific curved surface in the sample 6 to be measured, and the diffracted light from the curved surface is in the same two directions ( (In the directions of the wave vectors 2k 1 -k 2 and 2k 2 -k 1 ).
[0042]
The light receiving means is not limited to a two-dimensional CCD, but may be another two-dimensional light sensor, a one-dimensional line sensor, or the like.
[0043]
【The invention's effect】
According to the measuring device and measuring method of the third-order nonlinear optical characteristic according to the present invention, the spectrum of the third- order nonlinear susceptibility に お け る(3) in a predetermined frequency band can be measured at once by irradiating one ultrashort pulse. As a result, the spectrum measurement of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) , which conventionally took several days to several weeks, can be reduced to, for example, more than ten minutes.
[0044]
In addition, since the diffraction phenomenon is used, the spectrum of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) due to the effect of refraction and the effect of absorption can be measured by irradiation of one ultrashort pulse.
[0045]
In addition, the ability to efficiently measure the spectrum of the third- order nonlinear susceptibility χ (3) accelerates the elucidation of the relationship between unclear nonlinear optical properties and the electronic structure of materials, and increases the light-intensity-dependent refractive index. It will be possible to promote applications to ultra-high-speed switches and applications to light-limiting materials for two-photon absorption and optical microfabrication.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a measuring device of a third-order nonlinear optical characteristic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a change in wavelength within a positive chirp pulse.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an optical system that generates chirp.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a diffraction phenomenon due to the incidence of chirp light on a sample to be measured in the measuring device for third-order nonlinear optical characteristics according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a graph in which the wavelengths of positive and negative chirped pulses having the same wavelength band linearly change.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a graph in which the wavelength band of a positive chirped pulse is included in the wavelength band of a negative chirped pulse and the wavelength changes linearly.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a graph in which the wavelength of positive and negative chirped pulses in which a part of the wavelength band overlaps changes linearly;
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a graph in which the wavelengths of positive and negative chirped pulses in which a part of the wavelength band overlaps change nonlinearly.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 light pulse generating unit 2 splitter 3 positive chirp generating unit 4 negative chirp generating unit 5 detecting unit 6 sample under test 7 prism 8 lens 9 CCD
L1 to L6 light pulse

Claims (10)

正チャープパルスを測定対象の試料に照射する正チャープ照射手段と、
負チャープパルスを前記試料に照射する負チャープ照射手段と、
前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスによって前記試料中に誘起される回折格子から生じる回折光を受光する受光手段とを備え、
前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて単調に減少し、
前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて単調に増加し、
前記正チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部と、前記負チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部とが重複し、
前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスの入射方向が所定の角度を成し、
前記試料中において同時刻に、前記正チャープパルスの一部及び前記負チャープパルスの一部が重畳し、
前記受光手段が、前記試料を位置の基準として、前記正チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記負チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第1のベクトルの方向、又は、前記負チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記正チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第2のベクトルの方向に配置されていることを特徴とする三次非線形光学特性の測定装置。
Positive chirp irradiating means for irradiating the sample to be measured with a positive chirp pulse,
Negative chirp irradiating means for irradiating the sample with a negative chirp pulse,
Light receiving means for receiving diffracted light generated from the diffraction grating induced in the sample by the positive chirp pulse and the negative chirp pulse,
The wavelength in the positive chirped pulse monotonically decreases from the beginning to the end of the pulse,
The wavelength in the negative chirp pulse monotonically increases from the beginning to the end of the pulse,
At least a portion of the wavelength band of the positive chirp pulse and at least a portion of the wavelength band of the negative chirp pulse overlap,
The incident direction of the positive chirp pulse and the negative chirp pulse forms a predetermined angle,
At the same time in the sample, a part of the positive chirp pulse and a part of the negative chirp pulse are superimposed,
The light receiving means, with the sample as a position reference, the direction of a first vector obtained by subtracting the wave vector of the negative chirp pulse from the wave vector of twice the wave vector of the positive chirp pulse, or An apparatus for measuring a third-order nonlinear optical characteristic, which is arranged in a direction of a second vector obtained by subtracting a wave vector of a positive chirp pulse from a wave vector twice as large as a wave vector of a negative chirp pulse.
前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に減少し、
前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に増加することを特徴とする請求項1に記載の三次非線形光学特性の測定装置。
The wavelength in the positive chirped pulse decreases linearly from the beginning to the end of the pulse,
The measuring device of the third-order nonlinear optical characteristic according to claim 1, wherein the wavelength in the negative chirped pulse increases linearly from the beginning to the end of the pulse.
前記正チャープパルスの波長帯域と前記負チャープパルスの波長帯域とが同じであることを特徴とする請求項1又は2に記載の三次非線形光学特性の測定装置。3. The measuring device of the third-order nonlinear optical characteristic according to claim 1, wherein a wavelength band of the positive chirp pulse and a wavelength band of the negative chirp pulse are the same. 前記正チャープパルスのパルス幅と前記負チャープパルスのパルス幅とが同じであることを特徴とする請求項1〜3の何れかの項に記載の三次非線形光学特性の測定装置。The measuring device of the third-order nonlinear optical characteristic according to any one of claims 1 to 3, wherein a pulse width of the positive chirp pulse and a pulse width of the negative chirp pulse are the same. 前記受光手段が2次元CCDであり、
該2次元CCDの出力信号を、前記正チャープパルスの入射ベクトル及び前記負チャープパルスの入射ベクトルに垂直な方向について加算することを特徴とする請求項1〜4の何れかの項に記載の三次非線形光学特性の測定装置。
The light receiving means is a two-dimensional CCD,
5. The tertiary order according to claim 1, wherein the output signal of the two-dimensional CCD is added in a direction perpendicular to the incidence vector of the positive chirp pulse and the incidence vector of the negative chirp pulse. Measurement device for nonlinear optical characteristics.
パルスの先頭から末尾にかけて波長が一定の超短パルスから、パルスの先頭から末尾にかけて波長が単調に減少する正チャープパルスを生成する正チャープパルス生成ステップと、
前記正チャープパルスを測定対象の試料に照射する正チャープパルス照射ステップと、
前記超短パルスから、パルスの先頭から末尾にかけて波長が単調に増加する負チャープパルスを生成する負チャープパルス生成ステップと、
前記正チャープパルスと同時刻に前記試料に到達するように、前記正チャープパルスの前記試料への入射方向と所定の角度を成す入射方向に、前記負チャープパルスを照射する負チャープパルス照射ステップと、
前記試料を位置の基準として、前記正チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記負チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第1のベクトルの方向、又は、前記負チャープパルスの波数ベクトルの2倍の波数ベクトルから前記正チャープパルスの波数ベクトルを減算して得られる第2のベクトルの方向に配置されている受光手段によって、前記正チャープパルス及び前記負チャープパルスによって前記試料中に誘起される回折格子から生じる回折光を受光する受光ステップとを含み、
前記正チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部と、前記負チャープパルスの波長帯域の少なくとも一部とが重複することを特徴とする三次非線形光学特性の測定方法。
A positive chirp pulse generating step of generating a positive chirp pulse in which the wavelength monotonically decreases from the beginning to the end of the pulse from an ultrashort pulse having a constant wavelength from the beginning to the end of the pulse,
A positive chirp pulse irradiation step of irradiating the sample to be measured with the positive chirp pulse,
From the ultrashort pulse, a negative chirp pulse generating step of generating a negative chirp pulse whose wavelength monotonically increases from the beginning to the end of the pulse,
A negative chirp pulse irradiation step of irradiating the negative chirp pulse in an incident direction forming a predetermined angle with the incident direction of the positive chirp pulse on the sample so as to reach the sample at the same time as the positive chirp pulse. ,
The direction of the first vector obtained by subtracting the wave vector of the negative chirp pulse from the wave vector twice as large as the wave vector of the positive chirp pulse, using the sample as a position reference, or the wave number of the negative chirp pulse The light-receiving means arranged in the direction of a second vector obtained by subtracting the wave vector of the positive chirp pulse from the wave vector of twice the vector, the positive chirp pulse and the negative chirp pulse cause the sample to enter the sample by the light receiving means. Receiving a diffracted light generated from the induced diffraction grating,
A method for measuring a third-order nonlinear optical characteristic, wherein at least a part of the wavelength band of the positive chirp pulse and at least a part of the wavelength band of the negative chirp pulse overlap.
前記正チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に減少し、
前記負チャープパルス内の波長が、パルスの先頭から末尾にかけて線形に増加することを特徴とする請求項6に記載の三次非線形光学特性の測定方法。
The wavelength in the positive chirped pulse decreases linearly from the beginning to the end of the pulse,
The method according to claim 6, wherein the wavelength in the negative chirped pulse increases linearly from the beginning to the end of the pulse.
前記正チャープパルスの波長帯域と前記負チャープパルスの波長帯域とが同じであることを特徴とする請求項6又は7に記載の三次非線形光学特性の測定方法。The method according to claim 6, wherein the wavelength band of the positive chirp pulse is the same as the wavelength band of the negative chirp pulse. 9. 前記正チャープパルスのパルス幅と前記負チャープパルスのパルス幅とが同じであることを特徴とする請求項6〜8の何れかの項に記載の三次非線形光学特性の測定方法。9. The method for measuring third-order nonlinear optical characteristics according to claim 6, wherein the pulse width of the positive chirp pulse and the pulse width of the negative chirp pulse are the same. 前記受光手段が2次元CCDであり、
該2次元CCDの出力信号を、前記正チャープパルスの入射ベクトル及び前記負チャープパルスの入射ベクトルに垂直な方向について加算する加算ステップを含むことを特徴とする請求項6〜9の何れかの項に記載の三次非線形光学特性の測定方法。
The light receiving means is a two-dimensional CCD,
10. An adding step of adding an output signal of the two-dimensional CCD in a direction perpendicular to the incident vector of the positive chirp pulse and the incident vector of the negative chirp pulse. 3. The method for measuring a third-order nonlinear optical characteristic according to 1.
JP2002378786A 2002-12-27 2002-12-27 Third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus and measuring method Expired - Lifetime JP3928045B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002378786A JP3928045B2 (en) 2002-12-27 2002-12-27 Third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus and measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002378786A JP3928045B2 (en) 2002-12-27 2002-12-27 Third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus and measuring method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004212071A true JP2004212071A (en) 2004-07-29
JP3928045B2 JP3928045B2 (en) 2007-06-13

Family

ID=32815510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002378786A Expired - Lifetime JP3928045B2 (en) 2002-12-27 2002-12-27 Third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus and measuring method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3928045B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009014889A (en) * 2007-07-03 2009-01-22 Japan Atomic Energy Agency Analyzer for evaluating performance of optical shutter

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220030067A (en) 2020-09-02 2022-03-10 삼성전자주식회사 Wafer inspection apparatus and system including same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009014889A (en) * 2007-07-03 2009-01-22 Japan Atomic Energy Agency Analyzer for evaluating performance of optical shutter

Also Published As

Publication number Publication date
JP3928045B2 (en) 2007-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120287428A1 (en) Nonlinear raman spectroscopic apparatus, microspectroscopic apparatus, and microspectroscopic imaging apparatus
ITMI20081448A1 (en) SYSTEM OF GENERATION OF RAMAN SIGNAL ANALYSIS
JP6654948B2 (en) Method and apparatus for measuring pulse light waveform
JP2008544238A (en) Method and apparatus for generating and detecting Raman spectra
JP2005233683A (en) Multichannel terahertz wave spectrum measuring method and measuring device
US9752927B2 (en) Transient grating time resolved luminescence measurements
US20210389248A1 (en) Method and Apparatus for Terahertz or Microwave Imaging
US6204926B1 (en) Methods and system for optically correlating ultrashort optical waveforms
US7847933B2 (en) Cars microscopy and spectroscopy using ultrafast chirped pulses
JP2008008862A (en) Electromagnetic wave measuring instrument
JP6387106B2 (en) Noise reduction device and detection device including the same
JP3928045B2 (en) Third-order nonlinear optical characteristic measuring apparatus and measuring method
WO2014125775A1 (en) Infrared spectrum measuring device and method
Sato et al. Improvement of on/off ratio in single-shot multichannel demultiplexing by using an optical Kerr gate of a squarylium dye J aggregate film
JP2008008842A (en) Electromagnetic wave measuring instrument
WO2021172290A1 (en) Analysis method, light emission analysis device, diffuse optical tomography, imaging device, reflectivity measurement device, analysis device, and program
KR100337646B1 (en) Apparatus for measurement of an optical pulse shape
JP4091193B2 (en) Nonlinear optical response measuring device for medium
JP7000117B2 (en) Noise reduction device and detection device with it
WO2008029187A2 (en) Bandwidth-independent method and setup for detecting and stabilizing carrier-envelope phase drift of laser pulses by means of spectrally and spatially resolved interferometry
US6356349B1 (en) Polariton wave imaging
JP2666038B2 (en) Sum frequency measuring device
JP2016029340A (en) Measuring device
JP3102811B2 (en) Ultrafast optical waveform measurement method
US10132681B2 (en) Noise reduction apparatus and detection apparatus including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040818

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061121

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070206

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3928045

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term