JP6368880B1 - 旋光度測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
θf=V×l×H ・・・(式1)
で表され、Vはヴェルデ定数と呼ばれる。例えば、比較的大きなヴェルデ定数を持つ重フリントガラス(V=1.3×10−1分/A)を用いた場合、数度の旋光角を得るためには、式1より、H〜105A/m(ただし、l=1cm)となり、ファラデーコイルの直径や巻き線数にもよるが、数Aの電流が必要となる。
図1、図2は、本発明の第1の実施形態にかかる旋光度測定装置10を模式的に示す構成図である。図中の点線の矢印は光路であり、旋光度測定装置10は、磁気カー効果の一つである横カー効果光学系を基本とし、図1および図2に示すように、磁気光学変調素子として機能する積層体15の表面に対して、斜め方向から光を照射した状態で、入射光と反射光の反射面(積層体15)への射影に対して直交する方向、つまり図1および図2の描画面に対して垂直方向に交流磁場を印加し、積層体15からの反射光の強度の変化である磁気光学信号を計測することで、積層体15に入射した光の偏光面の角度を測定する。光源ユニットUは、光源11、回動手段としての中空モータ12、および偏光子13を備えている。本実施形態では、旋光度測定装置10は、光源11から出射された光を直線偏光とする偏光子13と、測定対象を入れるサンプルセル14と、測定対象を通過した計測光を磁気光学効果により変調するための積層体15と、該積層体から反射された光をバンドパスフィルタ16に入射し、該バンドパスフィルタを通過した光を検出する光検出器17によって構成される。
より導出することができる。
図5(b)は、磁気光学変調素子40に入射する計測光の偏光角、つまり旋光度が、偏光子を回動させることで初期状態から+1.2度回転した場合に、磁気光学変調素子40から出射される磁気光学信号の変化する様子を示している。最初に、磁気光学変調素子40から出射される磁気光学信号、つまり反射光の強度変化が最も大きくなるように偏光子を回動させて、これを初期状態、つまり旋光度がゼロとする。次に、偏光子を時計回りに回動させることで偏光角を+1.2度に設定して、同様に磁気光学変調素子40から出射される磁気光学信号を計測する。このとき、図5(b)から分かるように、光検出器17で計測される磁気光学信号は、初期状態の±48.4%から、偏光角を+1.2度とすることで±38.4%に変化した。したがって、式3にΔR/R=38.4を代入することで、旋光度θPは+1.21度と求めることができ、偏光子による設定値とよく一致することが確認できた。
図6は、本発明の第2の実施形態にかかる旋光度測定装置50を模式的に示す構成図である。旋光度測定装置50は、磁気カー効果の一つである縦カー効果光学系を基本とし、磁気光学変調素子として機能する積層体15の表面に対して、斜め方向から光を照射した状態で、入射光と反射光の反射面への射影に対して同一方向、つまり図6の描画面に対して面内方向に交流磁場を印加したときに生じる反射光の偏光面の角度変化である磁気光学信号を計測することで旋光度を測定する。本実施形態では、旋光度測定装置50は、光源11から出射された光を直線偏光とする偏光子13と、測定対象を入れるサンプルセル14と、測定対象を通過した光を偏光角の変化である磁気光学信号に変換するための積層体15と、該積層体から反射した磁気光学信号を光の強度における変化に変換するための検光子23と、該検光子を透過した光の強度を検出するための光検出器17によって構成される。
図9は、本発明の第3の実施形態にかかる旋光度測定装置60を模式的に示す構成図である。図9および図10に示すように、旋光度測定装置60は、磁気カー効果の一つである極カー効果光学系を基本とし、磁気光学変調素子として機能する積層体15の表面に対して、垂直方向から光を照射した状態で、入射光と同じ方向に積層体15に交流磁場を印加したときに生じる反射光の偏光面の角度変化(+Δθ3あるいは−Δθ3)である磁気光学信号を計測することで旋光度を測定する。磁気光学変調素子を構成する積層体15の磁気光学曲線は、印加磁場に応じて図10(b)に示す通りとなる。本実施形態では、旋光度測定装置60は、光源11から出射された光を直線偏光とする偏光子13と、測定対象を入れるサンプルセル14と、測定対象を通過した計測光を磁気光学効果によって偏光角における変化である磁気光学信号に変換するための積層体15と、積層体15から反射した磁気光学信号をバンドパスフィルタ16に導くためのハーフミラー22と、バンドパスフィルタ16を通過した磁気光学信号を光の強度における変化に変換するための検光子23と、検光子23を透過した光の強度を検出するための光検出器17によって構成される。
12…中空モータ、13…偏光子、14…サンプルセル、15,41,71…積層体、
16…バンドパスフィルタ、17…光検出器、18…磁場印加機構、19…電流源、
20…コンピュータ、21…モータドライバ、22…ハーフミラー、23…検光子、
30,42,74…金属反射層、31,43,73…誘電体光干渉層、
32,44,72…金属磁性層、33…絶縁体層、34…金属電流層、
40,70…磁気光学変調素子、45,75…下地層、46,76…ガラス基板。
Claims (10)
- 少なくとも、直線偏光を出射する光源ユニット、金属磁性層と誘電体光干渉層と金属反射層とを含む積層体で構成された磁気光学変調素子、磁場印加機構および光検出器を有し、
前記光源ユニットから出射された前記直線偏光を測定対象に入射し、前記測定対象を通過した後の前記直線偏光が前記磁気光学変調素子に入射光として入射したときに、前記積層体で発生する多重反射によって、磁気光学信号が増強する条件で前記光源ユニットから光を照射し、
前記測定対象の通過にともなう前記直線偏光の偏光面の回転角度を、前記磁場印加機構によって前記積層体の磁化を制御することにより、前記積層体からの反射光の変化である前記磁気光学信号に変換して前記光検出器によって計測することにより、前記測定対象の旋光度を測定することを特徴とする旋光度測定装置。 - 前記光源ユニットが、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を前記直線偏光とする偏光子と、
前記磁気光学変調素子に照射する前記直線偏光の前記偏光面の角度を調整するために、前記偏光子を回動させる回動手段と、
を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。 - 前記磁場印加機構が、金属電流層と、前記積層体と前記金属電流層との間に形成された絶縁体層と、を備え、
前記磁場印加機構が、前記金属電流層に交流電流が印加されることで前記積層体を構成する前記金属磁性層の磁化を制御することを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。 - 前記磁場印加機構が、前記積層体への前記入射光と前記反射光との射影に対して直交する方向に磁場を印加し、かつ前記光検出器が前記反射光の強度の変化である前記磁気光学信号を検出することを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。
- 前記磁場印加機構が、前記積層体への前記入射光と前記反射光との射影に対して同一の方向に磁場を印加し、かつ前記光検出器が前記反射光の偏光面の角度の変化である前記磁気光学信号を検出することを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。
- 前記磁場印加機構が、前記積層体への前記入射光と前記反射光との法線方向に磁場を印加し、かつ前記光検出器が前記反射光の偏光面の角度の変化である前記磁気光学信号を検出することを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。
- 前記積層体を構成する前記金属磁性層が、膜面内方向に磁化容易軸を有する磁性材料であることを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。
- 前記積層体を構成する前記金属磁性層が、鉄とコバルトとの合金薄膜であることを特徴とする請求項7に記載の旋光度測定装置。
- 前記積層体を構成する前記金属磁性層が、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する磁性材料であることを特徴とする、請求項1に記載の旋光度測定装置。
- 前記積層体を構成する前記金属磁性層が、コバルトと白金との合金薄膜であることを特徴とする請求項9に記載の旋光度測定装置。
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