JP2953184B2 - 光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定方法及びその装置 - Google Patents
光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定方法及びその装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光非線形媒質体の光誘起
屈折率効果（photorefractive effect）を利用して位相
共役波を発生する４光波混合法に関する。更に詳しくは
４光波混合法によって光非線形媒質体の屈折率格子の形
成時間を測定する方法及びその装置に関するものであ
る。
屈折率効果（photorefractive effect）を利用して位相
共役波を発生する４光波混合法に関する。更に詳しくは
４光波混合法によって光非線形媒質体の屈折率格子の形
成時間を測定する方法及びその装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図５に示すように、４光波混合装置は光
誘起屈折性結晶（photorefractive crystal）である光
非線形媒質体１を備える。光非線形媒質体１の相対向す
る両面には光入射面１ａ，１ｂが形成され、光入射面１
ａ，１ｂの法線方向と直交する方向で相対向する両面に
一対の外部電極１ｃ，１ｄが設けられる。２，３は第１
及び第２のポンプ光、４はプローブ光、５は４光波混合
で発生した位相共役波である。プローブ光４と第１のポ
ンプ光２とは、両光の間で所定の角度θをなして光非線
形媒質体１の一方の光入射面１ａに入射され、第２のポ
ンプ光３は第１のポンプ光２と同一光路で相対向して他
方の光入射面１ｂに入射される。光非線形媒質体１の光
入射面１ａに第１のポンプ光２とプローブ光４が入射す
ると、光入射面の法線方向に光の干渉縞が発生する。こ
の干渉縞により屈折率格子６が形成される。
誘起屈折性結晶（photorefractive crystal）である光
非線形媒質体１を備える。光非線形媒質体１の相対向す
る両面には光入射面１ａ，１ｂが形成され、光入射面１
ａ，１ｂの法線方向と直交する方向で相対向する両面に
一対の外部電極１ｃ，１ｄが設けられる。２，３は第１
及び第２のポンプ光、４はプローブ光、５は４光波混合
で発生した位相共役波である。プローブ光４と第１のポ
ンプ光２とは、両光の間で所定の角度θをなして光非線
形媒質体１の一方の光入射面１ａに入射され、第２のポ
ンプ光３は第１のポンプ光２と同一光路で相対向して他
方の光入射面１ｂに入射される。光非線形媒質体１の光
入射面１ａに第１のポンプ光２とプローブ光４が入射す
ると、光入射面の法線方向に光の干渉縞が発生する。こ
の干渉縞により屈折率格子６が形成される。
【０００３】この屈折率格子６の形成される過程は次の
ように説明されている。光誘起屈折結晶中には、不純物
などが電荷を持ったドナーやアクセプタとして働く準位
が存在する。図６（ａ）に示すように第１のポンプ光２
とプローブ光４の光の干渉により結晶中に光の明暗のパ
ターン、即ち干渉縞ができると、明の部分にある電荷、
例えば電子が伝導帯に励起される。結晶に外部電界を印
加しないときには、その電子は図６（ｂ）に示すように
伝導帯中を拡散し、図６（ｃ）に示すように別の準位に
トラップされ空間電荷分布は小さくなる。そのような場
合には、結晶に設けられた電極１ｃ，１ｄを介して外部
電界を印加し、励起された電子をドリフトさせることに
よって大きな移動距離を得る必要がある。このように結
晶中にある方向ｘに沿って生じた空間電荷分布によって
局所的な空間電場Ｅが誘起されると、その電界によるポ
ッケルス効果（Pockels effect）によって屈折率変化が
発生する。なお、電荷ρは ｄＥ／ｄｘ ＝ −ρ （１） で表される。電子が拡散によって移動する場合には、屈
折率変化により形成された屈折率格子６は光の強度分布
（明暗）に対してπ／２だけ位相がずれる。一方外部電
界によるドリフト過程においては、屈折率格子６と光の
強度分布はほぼ同位相となる。このように結晶に光を照
射することによって屈折率変化を生じる現象を光誘起屈
折率効果（photorefractive effect）という。
ように説明されている。光誘起屈折結晶中には、不純物
などが電荷を持ったドナーやアクセプタとして働く準位
が存在する。図６（ａ）に示すように第１のポンプ光２
とプローブ光４の光の干渉により結晶中に光の明暗のパ
ターン、即ち干渉縞ができると、明の部分にある電荷、
例えば電子が伝導帯に励起される。結晶に外部電界を印
加しないときには、その電子は図６（ｂ）に示すように
伝導帯中を拡散し、図６（ｃ）に示すように別の準位に
トラップされ空間電荷分布は小さくなる。そのような場
合には、結晶に設けられた電極１ｃ，１ｄを介して外部
電界を印加し、励起された電子をドリフトさせることに
よって大きな移動距離を得る必要がある。このように結
晶中にある方向ｘに沿って生じた空間電荷分布によって
局所的な空間電場Ｅが誘起されると、その電界によるポ
ッケルス効果（Pockels effect）によって屈折率変化が
発生する。なお、電荷ρは ｄＥ／ｄｘ ＝ −ρ （１） で表される。電子が拡散によって移動する場合には、屈
折率変化により形成された屈折率格子６は光の強度分布
（明暗）に対してπ／２だけ位相がずれる。一方外部電
界によるドリフト過程においては、屈折率格子６と光の
強度分布はほぼ同位相となる。このように結晶に光を照
射することによって屈折率変化を生じる現象を光誘起屈
折率効果（photorefractive effect）という。
【０００４】プローブ光４及びポンプ光２，３の光周波
数ωをそれぞれ等しくしておき、この屈折率格子６に別
のコヒーレントな第２のポンプ光３を光入射面１ｂに入
射させると、第２のポンプ光３は屈折率格子６によって
回折され、回折光５はプローブ光４の入射光路を逆方向
に進む。この回折光５はプローブ光４及びポンプ光２，
３の３波と光周波数ω（位相）が等しく、かつプローブ
光４の電界振幅と複素共役の関係を有する位相共役波で
ある。
数ωをそれぞれ等しくしておき、この屈折率格子６に別
のコヒーレントな第２のポンプ光３を光入射面１ｂに入
射させると、第２のポンプ光３は屈折率格子６によって
回折され、回折光５はプローブ光４の入射光路を逆方向
に進む。この回折光５はプローブ光４及びポンプ光２，
３の３波と光周波数ω（位相）が等しく、かつプローブ
光４の電界振幅と複素共役の関係を有する位相共役波で
ある。
【０００５】位相共役波５はプローブ光４の辿った光路
を正確に逆行していくため、その性質を利用した実時間
ホログラムや画像修復のような応用が考えられている。
しかし、光誘起屈折率効果を利用した４光波混合法では
位相共役波の反射率は比較的低い。この位相共役波の反
射率を高めるために、この種の４光波混合装置において
光誘起屈折結晶中の干渉縞と屈折率格子を動かす動格子
法が次の文献により開示されている （ J.P.Huignard, et.al., Optics Communications 3
8,249 (1981)、 N.Nuktarev, et.al., Ferroelectrics 22,949 (197
9)、 H.Rajbenbach, et.al., Optics Letters, 9, 558 (1
984)、及び J.P. Huignard, et.al., Appl. Optics 24, 4285 (1
985)）。
を正確に逆行していくため、その性質を利用した実時間
ホログラムや画像修復のような応用が考えられている。
しかし、光誘起屈折率効果を利用した４光波混合法では
位相共役波の反射率は比較的低い。この位相共役波の反
射率を高めるために、この種の４光波混合装置において
光誘起屈折結晶中の干渉縞と屈折率格子を動かす動格子
法が次の文献により開示されている （ J.P.Huignard, et.al., Optics Communications 3
8,249 (1981)、 N.Nuktarev, et.al., Ferroelectrics 22,949 (197
9)、 H.Rajbenbach, et.al., Optics Letters, 9, 558 (1
984)、及び J.P. Huignard, et.al., Appl. Optics 24, 4285 (1
985)）。
【０００６】図７はこの動格子法に基づいた４光波混合
装置の例である。図７において、図５と同一構成要素は
同一符号で示す。第１のポンプ光２の光路にピエゾ振動
子７を取付けた反射鏡８が設けられる。ピエゾ振動子７
に鋸歯状の電圧信号を入力して反射鏡８を駆動すると、
第１のポンプ光２は鋸歯の波形によって決まる周波数だ
け変調（ドップラーシフト）するようになっている。こ
の装置では、第１のポンプ光２及びプローブ光４により
生じた干渉縞の強度分布に対応して励起された電子は光
非線形媒質体１の電極１ｃ，１ｄに印加された直流電界
によりドリフトする。この電子は空間電場を通じて光非
線形媒質体１の結晶中に屈折率格子を形成し、位相共役
波５の発生に寄与する。反射鏡８により第１のポンプ光
２の周波数を極く僅かだけ変調（ドップラーシフト）さ
せると、干渉縞を一定の速度で動かすことができる。こ
の干渉縞は、結晶中に作られてから屈折率分布が生じる
までに、一定の応答時間が必要である。例えば光非線形
媒質体がＢｉ12ＳｉＯ20（以下、ＢＳＯという）の場
合、その時間は数十ｍｓから数百ｍｓである。従って、
干渉縞を一定の速度で動かすと、屈折率格子が形成され
たときにはその屈折率格子を形成した干渉縞は既に移動
しているので、結果的に位相差がつくられたことにな
る。干渉縞の移動速度は光の周波数がどれだけ変調され
たかによって決まるので、変調の度合いを変化させるこ
とにより最適の位相差を得て、これにより位相共役波の
反射率が高められる。
装置の例である。図７において、図５と同一構成要素は
同一符号で示す。第１のポンプ光２の光路にピエゾ振動
子７を取付けた反射鏡８が設けられる。ピエゾ振動子７
に鋸歯状の電圧信号を入力して反射鏡８を駆動すると、
第１のポンプ光２は鋸歯の波形によって決まる周波数だ
け変調（ドップラーシフト）するようになっている。こ
の装置では、第１のポンプ光２及びプローブ光４により
生じた干渉縞の強度分布に対応して励起された電子は光
非線形媒質体１の電極１ｃ，１ｄに印加された直流電界
によりドリフトする。この電子は空間電場を通じて光非
線形媒質体１の結晶中に屈折率格子を形成し、位相共役
波５の発生に寄与する。反射鏡８により第１のポンプ光
２の周波数を極く僅かだけ変調（ドップラーシフト）さ
せると、干渉縞を一定の速度で動かすことができる。こ
の干渉縞は、結晶中に作られてから屈折率分布が生じる
までに、一定の応答時間が必要である。例えば光非線形
媒質体がＢｉ12ＳｉＯ20（以下、ＢＳＯという）の場
合、その時間は数十ｍｓから数百ｍｓである。従って、
干渉縞を一定の速度で動かすと、屈折率格子が形成され
たときにはその屈折率格子を形成した干渉縞は既に移動
しているので、結果的に位相差がつくられたことにな
る。干渉縞の移動速度は光の周波数がどれだけ変調され
たかによって決まるので、変調の度合いを変化させるこ
とにより最適の位相差を得て、これにより位相共役波の
反射率が高められる。
【０００７】一方、光非線形媒質体の干渉縞によって形
成される屈折率格子の形成時間は、光誘起屈折結晶の電
荷密度、モビリティ、拡散係数、トラップ密度、ドナ・
アクセプタ密度とともに基本的に重要な物性である。例
えばこの光非線形媒質体を４光波混合法などにより実時
間ホログラムに応用する場合に、屈折率格子の形成時間
は、実時間ホログラムの演算処理の時間や光非線形デバ
イスの速度を決める極めて重要なパラメータである。
成される屈折率格子の形成時間は、光誘起屈折結晶の電
荷密度、モビリティ、拡散係数、トラップ密度、ドナ・
アクセプタ密度とともに基本的に重要な物性である。例
えばこの光非線形媒質体を４光波混合法などにより実時
間ホログラムに応用する場合に、屈折率格子の形成時間
は、実時間ホログラムの演算処理の時間や光非線形デバ
イスの速度を決める極めて重要なパラメータである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来、屈折率格子の形
成時間は、セナルモン法などを用いた複屈折法により測
定されていたが、光学系が複雑で測定にかなりの時間が
かかっていた。更に立方晶に属するＢＳＯのような等方
性の光非線形媒質体では、複屈折はゼロなのでこの複屈
折法は適用できず、これまで屈折率格子の形成時間の確
立した測定法がなかった。本発明の目的は、ＢＳＯのよ
うな等方性結晶を含む光誘起屈折性結晶により構成され
る光非線形媒質体の屈折率格子の形成時間を一般的に、
また正確かつ迅速に測定することができる方法及びその
装置を提供することにある。
成時間は、セナルモン法などを用いた複屈折法により測
定されていたが、光学系が複雑で測定にかなりの時間が
かかっていた。更に立方晶に属するＢＳＯのような等方
性の光非線形媒質体では、複屈折はゼロなのでこの複屈
折法は適用できず、これまで屈折率格子の形成時間の確
立した測定法がなかった。本発明の目的は、ＢＳＯのよ
うな等方性結晶を含む光誘起屈折性結晶により構成され
る光非線形媒質体の屈折率格子の形成時間を一般的に、
また正確かつ迅速に測定することができる方法及びその
装置を提供することにある。
【０００９】上記目的を達成するために、図１に示すよ
うに本発明の４光波混合法は、先ずレーザ光源１０から
出射する波長λのレーザ光を第１及び第２の２本のポン
プ光２，３と１本のプローブ光４に分ける。これらのポ
ンプ光２，３を同一光路で相対向する方向から光非線形
媒質体１の相対向する両面に形成された第１及び第２の
光入射面１ａ，１ｂに入射させ、同時に第１のポンプ光
２に加えて第１の光入射面１ａにポンプ光２と角度θを
なすようにプローブ光４を入射させて第１の光入射面１
ａの法線方向に干渉縞を発生させ、これにより屈折率格
子６を形成する。この屈折率格子６に第２のポンプ光３
を照射することにより光非線形媒質体１から位相共役波
５をプローブ光４の入射光路と逆方向に出射させる方法
である。
うに本発明の４光波混合法は、先ずレーザ光源１０から
出射する波長λのレーザ光を第１及び第２の２本のポン
プ光２，３と１本のプローブ光４に分ける。これらのポ
ンプ光２，３を同一光路で相対向する方向から光非線形
媒質体１の相対向する両面に形成された第１及び第２の
光入射面１ａ，１ｂに入射させ、同時に第１のポンプ光
２に加えて第１の光入射面１ａにポンプ光２と角度θを
なすようにプローブ光４を入射させて第１の光入射面１
ａの法線方向に干渉縞を発生させ、これにより屈折率格
子６を形成する。この屈折率格子６に第２のポンプ光３
を照射することにより光非線形媒質体１から位相共役波
５をプローブ光４の入射光路と逆方向に出射させる方法
である。
【００１０】本発明の特徴ある光非線形媒質体の屈折率
格子形成時間の測定方法は、前記波長λ及び前記角度θ
の各値を次式に代入して干渉縞の波数ベクトルＫを求
め、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 第１及び第２の光入射面１ａ，１ｂの法線方向と直交す
る方向で相対向する光非線形媒質体１の両面に設けられ
た一対の外部電極１ｃ，１ｄに直流電界を干渉縞の波数
ベクトルＫと一致するように印加し、ピエゾ振動子７に
より第１のポンプ光２に周波数変調を与えて干渉縞を移
動させ、位相共役波５の光強度が最大となるときの干渉
縞の移動速度ｖを求め、前記波数ベクトルＫと前記干渉
縞の移動速度ｖの各値を次式に代入して屈折率格子６の
形成時間τを算出する方法である。 τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） また図１及び図８に示すように本発明の４光源混合装置
を用いた光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定装
置は、前記波長λ及び前記角度θの各値を次式に代入し
て前記干渉縞の波数ベクトルＫを求める手段と、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 前記第１及び第２の光入射面１ａ，１ｂの法線方向と直
交する方向で相対向する前記光非線形媒質体１の両面に
設けられた一対の外部電極１ｃ，１ｄに直流電界を前記
干渉縞の波数ベクトルＫと一致するように印加する手段
と、ピエゾ振動子７に鋸歯状の電圧信号を印加して前記
第１のポンプ光２に周波数変調を与えて前記干渉縞を移
動させる手段１６と、前記位相共役波５の光強度を検出
する光強度検出器１５と、前記検出器１５の検出強度が
最大となるときの前記干渉縞の移動速度ｖを求め、前記
波数ベクトルＫと前記干渉縞の移動速度ｖの各値を次式
に代入して前記屈折率格子６の形成時間τを算出する手
段１７と τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） を備えたものである。
格子形成時間の測定方法は、前記波長λ及び前記角度θ
の各値を次式に代入して干渉縞の波数ベクトルＫを求
め、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 第１及び第２の光入射面１ａ，１ｂの法線方向と直交す
る方向で相対向する光非線形媒質体１の両面に設けられ
た一対の外部電極１ｃ，１ｄに直流電界を干渉縞の波数
ベクトルＫと一致するように印加し、ピエゾ振動子７に
より第１のポンプ光２に周波数変調を与えて干渉縞を移
動させ、位相共役波５の光強度が最大となるときの干渉
縞の移動速度ｖを求め、前記波数ベクトルＫと前記干渉
縞の移動速度ｖの各値を次式に代入して屈折率格子６の
形成時間τを算出する方法である。 τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） また図１及び図８に示すように本発明の４光源混合装置
を用いた光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定装
置は、前記波長λ及び前記角度θの各値を次式に代入し
て前記干渉縞の波数ベクトルＫを求める手段と、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 前記第１及び第２の光入射面１ａ，１ｂの法線方向と直
交する方向で相対向する前記光非線形媒質体１の両面に
設けられた一対の外部電極１ｃ，１ｄに直流電界を前記
干渉縞の波数ベクトルＫと一致するように印加する手段
と、ピエゾ振動子７に鋸歯状の電圧信号を印加して前記
第１のポンプ光２に周波数変調を与えて前記干渉縞を移
動させる手段１６と、前記位相共役波５の光強度を検出
する光強度検出器１５と、前記検出器１５の検出強度が
最大となるときの前記干渉縞の移動速度ｖを求め、前記
波数ベクトルＫと前記干渉縞の移動速度ｖの各値を次式
に代入して前記屈折率格子６の形成時間τを算出する手
段１７と τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） を備えたものである。
【００１１】本発明の光非線形媒質体１としては、Ｌｉ
ＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ 3，Ｂａ2ＮａＮｂ5
Ｏ15，又はＢＳＯ，ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20），ＢＴＯ
（Ｂｉ12ＴｉＯ20）等の光誘起屈折率効果のある結晶が
挙げられる。またポンプ光２、３及びプローブ光４の供
給光源としては、アルゴンレーザ（波長λ＝５１４．５
ｎｍ），クリプトンレーザ（波長λ＝５６８ｎｍ，６４
７．１ｎｍ）又はルビーレーザ（波長λ＝６９４．３ｎ
ｍ）等のレーザ光源１０を用いることができる。
ＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＢａＴｉＯ 3，Ｂａ2ＮａＮｂ5
Ｏ15，又はＢＳＯ，ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20），ＢＴＯ
（Ｂｉ12ＴｉＯ20）等の光誘起屈折率効果のある結晶が
挙げられる。またポンプ光２、３及びプローブ光４の供
給光源としては、アルゴンレーザ（波長λ＝５１４．５
ｎｍ），クリプトンレーザ（波長λ＝５６８ｎｍ，６４
７．１ｎｍ）又はルビーレーザ（波長λ＝６９４．３ｎ
ｍ）等のレーザ光源１０を用いることができる。
【００１２】
【作用】ピエゾ振動子７に鋸歯状の電圧信号を入力して
反射鏡８を駆動すると、第１のポンプ光２は鋸歯の波形
によって決まる周波数だけ変調（ドップラーシフト）
し、これにより干渉縞を一定の速度で動かすことができ
る。第２のポンプ光３の入射により生じた位相共役波５
の光強度を光強度検出器１５で検出し、その検出値から
最大の光強度を与える干渉縞の移動速度を求め、屈折率
格子６の形成時間を決定する。ピエゾ振動子に印加する
電圧の振幅と周波数をそれぞれＶとｆ、変位の係数をｘ
とすると、ピエゾ振動子の移動速度ｖpは ｖp ＝ ｘ・ｆ・Ｖ （２） で与えられので、干渉縞の移動速度ｖは、反射鏡への入
射光が法線となす角をφとすると、 ｖ ＝ ｖp ｃｏｓφ／（２ ｓｉｎ(θ／２)） （３） である。角度θは理論上、０≦θ≦１８０度の範囲にあ
る。また干渉縞の波数ベクトルＫは、プローブ光と第１
のポンプ光の両光のなす角をθ、プローブ光と第２のポ
ンプ光の波長をそれぞれλとすると、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ （４） で与えられる。一方、干渉縞の移動速度ｖと、干渉縞の
波数ベクトルＫと、屈折率格子の形成時間τとは Ｋ・ｖ・τ ＝ １ （５） の関係にあるので、屈折率格子の形成時間τは、 τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） （６） で表される。上記（３）式から干渉縞の最適な移動速度
をｖに、また上記（４）式から求めた数値をＫにそれぞ
れ代入すれば、屈折率格子の形成時間τが求められる。
反射鏡８を駆動すると、第１のポンプ光２は鋸歯の波形
によって決まる周波数だけ変調（ドップラーシフト）
し、これにより干渉縞を一定の速度で動かすことができ
る。第２のポンプ光３の入射により生じた位相共役波５
の光強度を光強度検出器１５で検出し、その検出値から
最大の光強度を与える干渉縞の移動速度を求め、屈折率
格子６の形成時間を決定する。ピエゾ振動子に印加する
電圧の振幅と周波数をそれぞれＶとｆ、変位の係数をｘ
とすると、ピエゾ振動子の移動速度ｖpは ｖp ＝ ｘ・ｆ・Ｖ （２） で与えられので、干渉縞の移動速度ｖは、反射鏡への入
射光が法線となす角をφとすると、 ｖ ＝ ｖp ｃｏｓφ／（２ ｓｉｎ(θ／２)） （３） である。角度θは理論上、０≦θ≦１８０度の範囲にあ
る。また干渉縞の波数ベクトルＫは、プローブ光と第１
のポンプ光の両光のなす角をθ、プローブ光と第２のポ
ンプ光の波長をそれぞれλとすると、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ （４） で与えられる。一方、干渉縞の移動速度ｖと、干渉縞の
波数ベクトルＫと、屈折率格子の形成時間τとは Ｋ・ｖ・τ ＝ １ （５） の関係にあるので、屈折率格子の形成時間τは、 τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） （６） で表される。上記（３）式から干渉縞の最適な移動速度
をｖに、また上記（４）式から求めた数値をＫにそれぞ
れ代入すれば、屈折率格子の形成時間τが求められる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。図１及び図２において、図７と同一構成要
素は同一符号で示す。レーザ光源１０は波長λが５１
４．５ｎｍの連続発振のアルゴンレーザである。また光
非線形媒質体１は一辺が１ｃｍの立方体からなるＢＳＯ
であって、図２に示すように立
く説明する。図１及び図２において、図７と同一構成要
素は同一符号で示す。レーザ光源１０は波長λが５１
４．５ｎｍの連続発振のアルゴンレーザである。また光
非線形媒質体１は一辺が１ｃｍの立方体からなるＢＳＯ
であって、図２に示すように立
【外１】 方晶のミラー指数が（１０）面の両面に熱硬化性のＡ
ｇペーストを塗布して外部電極１ｃ及び１ｄが形成され
る。また（１１０）面に入射面１ａ，１ｂが設けられ
る。１１，１２及び１３はビームスプリッタ、１４は反
射鏡、１５は光非線形媒質体１から出射する位相共役波
５の光強度を検出する光強度検出器である。ピエゾ振動
子７を取付けた反射鏡８は図では傾斜して置かれている
が、実際にはこの反射鏡８は安定した動作を示すよう
に、反射面が水平になるように設置される。発振器１６
からピエゾ振動子７に鋸歯状の電圧信号が印加され、ま
た光非線形媒質体１の外部電極１ｃ，１ｄには５ｋＶ／
ｃｍの直流電界が干渉縞の波数ベクトルＫと一致するよ
うに印加される。
ｇペーストを塗布して外部電極１ｃ及び１ｄが形成され
る。また（１１０）面に入射面１ａ，１ｂが設けられ
る。１１，１２及び１３はビームスプリッタ、１４は反
射鏡、１５は光非線形媒質体１から出射する位相共役波
５の光強度を検出する光強度検出器である。ピエゾ振動
子７を取付けた反射鏡８は図では傾斜して置かれている
が、実際にはこの反射鏡８は安定した動作を示すよう
に、反射面が水平になるように設置される。発振器１６
からピエゾ振動子７に鋸歯状の電圧信号が印加され、ま
た光非線形媒質体１の外部電極１ｃ，１ｄには５ｋＶ／
ｃｍの直流電界が干渉縞の波数ベクトルＫと一致するよ
うに印加される。
【００１４】レーザ光源１０の出射光はビームスプリッ
タ１２及び反射鏡８を介してポンプ光２として入射面１
ａに入射する。またレーザ光源１０の出射光は反射鏡１
４を介してポンプ光３として入射面１ｂに入射する。ポ
ンプ光２と３は同一光路で相対向する方向からそれぞれ
光入射面１ａ，１ｂに入射する。更にレーザ光源１０の
出射光はビームスプリッタ１１及び１３を介してプロー
ブ光４として入射面１ａに入射する。ポンプ光２とプロ
ーブ光４とがなす角度θは５度に設定される。第１のポ
ンプ光２の光路長と第２のポンプ光３の光路長とを等し
くし、プローブ光４の光路長をこれらの光路長と異なら
せることにより、アルゴンレーザの可干渉距離が短い
（約１０ｃｍ）ことを利用して、第１のポンプ光２とプ
ローブ光４だけが干渉するようにしている。ポンプ光３
が屈折率格子６によって回折された回折光５は位相共役
波としてプローブ光４の入射光路を逆方向に進む。この
例では、第１のポンプ光２の強度をＥ1、第２のポンプ
光３の強度をＥ2、プローブ光４の強度をＥ3とすると
き、これらの強度比は Ｅ1：Ｅ2：Ｅ3 ＝ ２：１：１ に決められる。ポンプ光２の光非線形媒質体１に入射す
る前のパワー密度は１１．８ｍＷ／ｃｍ2である。図８
に示すように、コンピュータのＣＰＵ１７には光非線形
媒質体１の外部電極と、発振器１６の出力を増幅する増
幅器１８の出力と、光強度検出器１５の出力がそれぞれ
接続される。またＣＰＵ１７にはプローブ光と第１のポ
ンプ光の両光のなす角θ及びプローブ光と第２のポンプ
光の波長λが入力するようになっている。更にＣＰＵ１
７には前述した式（４）及び式（６）の関係が記憶され
たメモリと、記録計がそれぞれ接続される。上記外部電
極に印加された直流電界と増幅器１８の出力と光強度検
出器１５の出力からＣＰＵ１７は干渉縞の移動速度ｖを
求め、角度θと波長λの各値をメモリに記憶された式
（４）に代入して波数ベクトルＫを求める。更にＣＰＵ
１７は求められたベクトルＫと速度ｖの各値を式（６）
に代入して屈折率格子の形成時間τを求め、記録計に記
録する。波長λ及び角度θの数値は手操作により又はプ
ログラムされたコンピュータのデータとして入力しても
よい。位相共役波５の光強度が最大となるときの干渉縞
の移動速度ｖの数値は光非線形媒質体１とピエゾ振動子
７とに印加された電圧に基づくコンピュータのデータ及
び光強度検出器１５の出力から決定してもよい。増幅器
１８は光非線形媒質体１内の干渉縞を一定速度で移動さ
せるためにＣＰＵ１７によって制御される。
タ１２及び反射鏡８を介してポンプ光２として入射面１
ａに入射する。またレーザ光源１０の出射光は反射鏡１
４を介してポンプ光３として入射面１ｂに入射する。ポ
ンプ光２と３は同一光路で相対向する方向からそれぞれ
光入射面１ａ，１ｂに入射する。更にレーザ光源１０の
出射光はビームスプリッタ１１及び１３を介してプロー
ブ光４として入射面１ａに入射する。ポンプ光２とプロ
ーブ光４とがなす角度θは５度に設定される。第１のポ
ンプ光２の光路長と第２のポンプ光３の光路長とを等し
くし、プローブ光４の光路長をこれらの光路長と異なら
せることにより、アルゴンレーザの可干渉距離が短い
（約１０ｃｍ）ことを利用して、第１のポンプ光２とプ
ローブ光４だけが干渉するようにしている。ポンプ光３
が屈折率格子６によって回折された回折光５は位相共役
波としてプローブ光４の入射光路を逆方向に進む。この
例では、第１のポンプ光２の強度をＥ1、第２のポンプ
光３の強度をＥ2、プローブ光４の強度をＥ3とすると
き、これらの強度比は Ｅ1：Ｅ2：Ｅ3 ＝ ２：１：１ に決められる。ポンプ光２の光非線形媒質体１に入射す
る前のパワー密度は１１．８ｍＷ／ｃｍ2である。図８
に示すように、コンピュータのＣＰＵ１７には光非線形
媒質体１の外部電極と、発振器１６の出力を増幅する増
幅器１８の出力と、光強度検出器１５の出力がそれぞれ
接続される。またＣＰＵ１７にはプローブ光と第１のポ
ンプ光の両光のなす角θ及びプローブ光と第２のポンプ
光の波長λが入力するようになっている。更にＣＰＵ１
７には前述した式（４）及び式（６）の関係が記憶され
たメモリと、記録計がそれぞれ接続される。上記外部電
極に印加された直流電界と増幅器１８の出力と光強度検
出器１５の出力からＣＰＵ１７は干渉縞の移動速度ｖを
求め、角度θと波長λの各値をメモリに記憶された式
（４）に代入して波数ベクトルＫを求める。更にＣＰＵ
１７は求められたベクトルＫと速度ｖの各値を式（６）
に代入して屈折率格子の形成時間τを求め、記録計に記
録する。波長λ及び角度θの数値は手操作により又はプ
ログラムされたコンピュータのデータとして入力しても
よい。位相共役波５の光強度が最大となるときの干渉縞
の移動速度ｖの数値は光非線形媒質体１とピエゾ振動子
７とに印加された電圧に基づくコンピュータのデータ及
び光強度検出器１５の出力から決定してもよい。増幅器
１８は光非線形媒質体１内の干渉縞を一定速度で移動さ
せるためにＣＰＵ１７によって制御される。
【００１５】このような構成の４光波混合装置では、ピ
エゾ振動子７に印加する鋸歯電圧の立上がり時間を光非
線形媒質体１の屈折率格子の形成時間より十分に長く、
立下がり時間をその屈折率格子の形成時間より十分に短
くする。反射鏡８はこの鋸歯電圧に比例して変位し、第
１のポンプ光２に周波数変調を与える。これにより光非
線形媒質体１内の干渉縞が一定の速度で移動する。回折
光５は干渉縞の移動速度に依存して強度が変化する。図
３に本実施例の干渉縞の移動速度（fringe velocity）
に応じた回折光強度（reflectivity）の測定結果を示
す。図３から明らかなように、この例では回折光強度を
最大にする干渉縞の移動速度ｖは１６μｍ／ｓｅｃであ
る。前述した式（４）のλに５１４．５ｎｍを、またθ
に５度をそれぞれ代入すると、波数ベクトルＫは約１×
１０6 [１／ｍ]になる。このＫの値とｖ＝１６μｍ／ｓ
ｅｃを前述した式（６）に代入すると、屈折率格子の形
成時間τが得られ、その値は６０ｍｓであった。
エゾ振動子７に印加する鋸歯電圧の立上がり時間を光非
線形媒質体１の屈折率格子の形成時間より十分に長く、
立下がり時間をその屈折率格子の形成時間より十分に短
くする。反射鏡８はこの鋸歯電圧に比例して変位し、第
１のポンプ光２に周波数変調を与える。これにより光非
線形媒質体１内の干渉縞が一定の速度で移動する。回折
光５は干渉縞の移動速度に依存して強度が変化する。図
３に本実施例の干渉縞の移動速度（fringe velocity）
に応じた回折光強度（reflectivity）の測定結果を示
す。図３から明らかなように、この例では回折光強度を
最大にする干渉縞の移動速度ｖは１６μｍ／ｓｅｃであ
る。前述した式（４）のλに５１４．５ｎｍを、またθ
に５度をそれぞれ代入すると、波数ベクトルＫは約１×
１０6 [１／ｍ]になる。このＫの値とｖ＝１６μｍ／ｓ
ｅｃを前述した式（６）に代入すると、屈折率格子の形
成時間τが得られ、その値は６０ｍｓであった。
【００１６】また、入射光の強度比を、Ｅ1：Ｅ2：Ｅ3
＝２：１：１（Ｅ1／Ｅ3＝２）からプローブ光のＥ3の
み弱めて、Ｅ1／Ｅ3＝２００程度にすると、図４に示す
ように回折光強度は１〜２％（Ａ点）から約６５％（Ｂ
点）と著しく増加し、３０〜６０倍の高い反射率が得ら
れた。
＝２：１：１（Ｅ1／Ｅ3＝２）からプローブ光のＥ3の
み弱めて、Ｅ1／Ｅ3＝２００程度にすると、図４に示す
ように回折光強度は１〜２％（Ａ点）から約６５％（Ｂ
点）と著しく増加し、３０〜６０倍の高い反射率が得ら
れた。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、従来、静的な複屈折
法で屈折率格子の形成時間を測定していたものが、本発
明はピエゾ振動子付きの反射鏡を用いて第１のポンプ光
の周波数を僅かに変調させて結晶中の干渉縞を最適な速
度で移動させることにより、強度が最大になる最適の干
渉縞の移動速度から屈折率格子の形成時間を一般的に、
また正確かつ迅速に測定できる。本発明によれば、従来
の複屈折法では測定できなかった等方性の光非線形媒質
体の屈折率格子の形成時間も測定可能となる。また、ピ
エゾ振動子に印加する鋸歯電圧の振幅と周波数を任意に
とることによって、あらゆる光非線形媒質体の屈折率格
子の形成時間を測定できる。
法で屈折率格子の形成時間を測定していたものが、本発
明はピエゾ振動子付きの反射鏡を用いて第１のポンプ光
の周波数を僅かに変調させて結晶中の干渉縞を最適な速
度で移動させることにより、強度が最大になる最適の干
渉縞の移動速度から屈折率格子の形成時間を一般的に、
また正確かつ迅速に測定できる。本発明によれば、従来
の複屈折法では測定できなかった等方性の光非線形媒質
体の屈折率格子の形成時間も測定可能となる。また、ピ
エゾ振動子に印加する鋸歯電圧の振幅と周波数を任意に
とることによって、あらゆる光非線形媒質体の屈折率格
子の形成時間を測定できる。
【図１】本発明実施例の４光波混合装置による光非線形
媒質体の特性測定装置の構成図。
媒質体の特性測定装置の構成図。
【図２】その光非線形媒質体の外観斜視図。
【図３】その干渉縞の移動速度と回折光強度の関係を示
す図。
す図。
【図４】その入射光の強度比（Ｅ1／Ｅ3）と回折光強度
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図５】４光波混合装置の光誘起屈折性結晶による位相
共役波発生の原理図。
共役波発生の原理図。
【図６】その光非線形媒質体に生じた干渉縞から屈折率
格子が形成されるまでの状況説明図。
格子が形成されるまでの状況説明図。
【図７】４光波混合装置の動格子法に基づく位相共役波
発生の原理図。
発生の原理図。
【図８】本発明実施例の測定装置のコンピュータを含む
回路構成図。
回路構成図。
１ 光非線形媒質体 １ａ，１ｂ 光入射面 １ｃ，１ｄ 一対の外部電極 ２ 第１のポンプ光 ３ 第２のポンプ光 ４ プローブ光 ５ 位相共役波（回折光） ６ 屈折率格子 ７ ピエゾ振動子 ８，１４ 反射鏡 １０ レーザ光源 １１，１２，１３ ビームスプリッタ １５ 光強度検出器 １６ 発振器 １７ ＣＰＵ １８ 増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 疋田 和康 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 セラミックス 研究所内 (72)発明者 飯塚 博之 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 セラミックス 研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光源(10)から出射する波長(λ)の
レーザ光を第１及び第２の２本のポンプ光(2,3)と１本
のプローブ光(4)に分け、 前記第１及び第２のポンプ光(2,3)を同一光路で相対向
する方向から光非線形媒質体(1)の相対向する両面に形
成された第１及び第２の光入射面(1a,1b)に入射させ、 前記第１のポンプ光(2)に加えて前記第１の光入射面(1
a)に前記ポンプ光(2)と角度(θ)をなすように前記プロ
ーブ光(4)を入射させて前記第１の光入射面(1a)の法線
方向に干渉縞を発生させ、これにより屈折率格子(6)を
形成し、 前記屈折率格子(6)に前記第２のポンプ光(3)を照射する
ことにより前記光非線形媒質体(1)から位相共役波(5)を
前記プローブ光(4)の入射光路と逆方向に出射させる４
光波混合法において、 前記波長(λ)及び前記角度(θ)の各値を次式に代入して
前記干渉縞の波数ベクトル(K)を求め、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 前記第１及び第２の光入射面(1a,1b)の法線方向と直交
する方向で相対向する前記光非線形媒質体(1)の両面に
設けられた一対の外部電極(1c,1d)に直流電界を前記干
渉縞の波数ベクトル(K)と一致するように印加し、 ピエゾ振動子(7)により前記第１のポンプ光(2)に周波数
変調を与えて前記干渉縞を移動させ、 前記位相共役波(5)の光強度が最大となるときの前記干
渉縞の移動速度(v)を求め、 前記波数ベクトル(K)と前記干渉縞の移動速度(v)の各値
を次式に代入して前記屈折率格子(6)の形成時間(τ)を
算出する τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） ことを特徴とする光非線形媒質体の屈折率格子形成時間
の測定方法。 - 【請求項２】 レーザ光源(10)から出射する波長(λ)の
レーザ光を第１及び第２の２本のポンプ光(2,3)と１本
のプローブ光(4)に分ける手段と、 前記第１及び第２のポンプ光(2,3)を同一光路で相対向
する方向から光非線形媒質体(1)の相対向する両面に形
成された第１及び第２の光入射面(1a,1b)に入射するよ
うに導く手段と、 前記第１の光入射面(1a)に前記第１のポンプ光(2)と角
度(θ)をなすように前記プローブ光(4)を入射させて前
記第１の光入射面(1a)の法線方向に干渉縞を発生させ、
これにより屈折率格子(6)を形成する手段と、 前記屈折率格子(6)に前記第２のポンプ光(3)を照射する
ことにより前記光非線形媒質体(1)から位相共役波(5)を
前記プローブ光(4)の入射光路と逆方向に出射させる手
段とを備えた４光波混合装置において、 前記波長(λ)及び前記角度(θ)の各値を次式に代入して
前記干渉縞の波数ベクトル(K)を求める手段と、 Ｋ ＝ （４π ｓｉｎ(θ／２)）／λ 前記第１及び第２の光入射面(1a,1b)の法線方向と直交
する方向で相対向する前記光非線形媒質体(1)の両面に
設けられた一対の外部電極(1c,1d)に直流電界を前記干
渉縞の波数ベクトル(K)と一致するように印加する手段
と、 ピエゾ振動子(7)に鋸歯状の電圧信号を印加して前記第
１のポンプ光(2)に周波数変調を与えて前記干渉縞を移
動させる手段(16)と、 前記位相共役波(5)の光強度を検出する光強度検出器(1
5)と、 前記検出器(15)の検出強度が最大となるときの前記干渉
縞の移動速度(v)を求め、前記波数ベクトル(K)と前記干
渉縞の移動速度(v)の各値を次式に代入して前記屈折率
格子(6)の形成時間(τ)を算出する手段(17)と τ ＝ １／（Ｋ・ｖ） を備えたことを特徴とする光非線形媒質体の屈折率格子
形成時間の測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4093546A JP2953184B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定方法及びその装置 |
| US07/949,392 US5303032A (en) | 1992-03-19 | 1992-09-22 | Method of measuring the time for forming refractive index grating of a photo-nonlinear medium |
| GB9220276A GB2265216B (en) | 1992-03-19 | 1992-09-25 | Method of measuring the time for forming refractive index grating of a photo-nonlinear medium |
| DE4233059A DE4233059A1 (de) | 1992-03-19 | 1992-10-01 | Verfahren zum messen der zeit zum ausbilden eines brechungsindex-beugungsgitters eines photo-nichtlinearen mediums |
| FR929212374A FR2688899B1 (fr) | 1992-03-19 | 1992-10-09 | Procede de mesure du temps pour former un reseau d'indices de refraction d'un milieu photo-non lineaire. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4093546A JP2953184B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05265059A JPH05265059A (ja) | 1993-10-15 |
| JP2953184B2 true JP2953184B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=14085265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4093546A Expired - Lifetime JP2953184B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光非線形媒質体の屈折率格子形成時間の測定方法及びその装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5303032A (ja) |
| JP (1) | JP2953184B2 (ja) |
| DE (1) | DE4233059A1 (ja) |
| FR (1) | FR2688899B1 (ja) |
| GB (1) | GB2265216B (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4444813B4 (de) * | 1994-08-11 | 2008-06-12 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallines Medium |
| US5653537A (en) * | 1995-03-17 | 1997-08-05 | Ircon, Inc. | Non-contacting infrared temperature thermometer detector apparatus |
| US6008906A (en) * | 1995-08-25 | 1999-12-28 | Brown University Research Foundation | Optical method for the characterization of the electrical properties of semiconductors and insulating films |
| WO1997021120A1 (en) * | 1995-12-01 | 1997-06-12 | The University Of Sydney | Ring interferometer configuration for writing gratings |
| US5693354A (en) * | 1996-05-01 | 1997-12-02 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of disinfecting fresh vegetables by processing the same with a liquid containing a mixture of argon:carbon dioxide |
| US5729380A (en) * | 1996-10-30 | 1998-03-17 | Hughes Electronics | Loop phase-conjugate mirror for depolarized beams |
| US5726795A (en) * | 1996-10-30 | 1998-03-10 | Hughes Electronics | Compact phase-conjugate mirror utilizing four-wave mixing in a loop configuration |
| WO1999013318A1 (en) * | 1997-09-05 | 1999-03-18 | Brown University Research Foundation | Optical method for the characterization of the electrical properties of semiconductors and insulating films |
| US5812270A (en) * | 1997-09-17 | 1998-09-22 | Ircon, Inc. | Window contamination detector |
| US7830594B2 (en) * | 2005-03-29 | 2010-11-09 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Method and apparatus for electro-optical and all-optical beam steering, self-deflection and electro-optic routing |
| GB201208335D0 (en) * | 2012-05-14 | 2012-06-27 | Copner Nigel J | Fast optical wavelength conversion |
| CN108107020B (zh) * | 2018-02-07 | 2023-09-19 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种材料非线性折射率系数的测量装置及测量方法 |
| US10768361B1 (en) * | 2018-08-03 | 2020-09-08 | Facebook Technologies, Llc | System for monitoring grating formation |
| CN114719781B (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-16 | 广东工业大学 | 一种三维测量方法及相关装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4453803A (en) * | 1981-06-25 | 1984-06-12 | Agency Of Industrial Science & Technology | Optical waveguide for middle infrared band |
| GB8428529D0 (en) * | 1984-11-12 | 1984-12-19 | Gen Electric Co Plc | Optical processing apparatus |
| US5006813A (en) * | 1986-02-10 | 1991-04-09 | Rockwell International Corporation | Nonlinear optical doppler imaging amplifier |
| US4869579A (en) * | 1986-07-31 | 1989-09-26 | Technion Research & Development Foundation | Optical apparatus and method for beam coupling useful in light beam steering and spatial light modulation |
| FR2608792B1 (fr) * | 1986-12-23 | 1989-03-31 | Thomson Csf | Dispositif d'amplification de signaux optiques a milieu photosensible |
-
1992
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