JPH06242000A - 非線形光学材料評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉末法と全反射法を同時に測定できるよう
な、コンパクトで廉価な非線形光学材料評価装置を提供
すること。 【構成】 基本波を発生するレーザ光源と、そのレーザ
光を全反射せしめるための半円柱型のプリズムと、当該
プリズムに試料を密着せしめる機構と、試料から発生し
た２次高調波の強度を測定する受光器と、受光器からの
電気信号を処理し解析する解析器とより構成される。光
をファイバーで導くことでコンパクト化を図り、試料の
押しつけ治具を透明、あるいは高反射にすることで粉末
法に適用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の波長変換を行な
い、光通信、光コンピュータ、光記録、光計測などに利
用するところの、非線形光学材料の評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非線形光学材料を評価する方法と
して、１９６８年のジャーナル オブアプライドフィジ
ックス ３９巻３７９８頁（Jarnal of Applied Physic
s、39、 3798 (1968)) に記載されている粉末法が、広
く用いられてきた。また、全反射を用いた測定法が、１
９９２年のアプライド フィジックス レター ６０
巻、１９３３頁（Applied Physics Letter、 60、 1933
(1992)) に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、粉末法は、信号
強度が試料粒径や位相整合条件に依存するため、正しい
評価が困難であった。最近、この問題点を解決する方法
として全反射を用いた方法が考案された。しかし、この
全反射を用いた方法（以下、全反射法と呼ぶ）を実現す
る具体的な装置は提示されていなかった。本発明は、上
記２種類の方法を応用した、非線形光学材料の評価装置
を提供する事にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】全反射法を行なうために
は、エバネセント波により励起された試料からの高調波
強度を、基本波の入射角を変えながら測定する必要があ
る。そのため、基本波を発生するレーザ光源と、その偏
光方向を調節するための光学系と、そのレーザ光を全反
射せしめるためのプリズムと、当該プリズムに試料を密
着せしめる機構と、試料から発生した２次高調波の強度
を測定する受光器と、受光器からの電気信号を処理し解
析する解析器が必要となる。

【０００５】基本波の入射角と高調波の観測角は、それ
ぞれ別に設定する必要がある。そのため、ゴニオステー
ジに、レーザと受光器を乗せてもよいが、代わりに光フ
ァイバーを用いることにより、コンパクトな装置を組む
ことが可能である。２つのファイバーとプリズムのうち
２つを回転すると、入射角と観測角をそれぞれ設定する
ことが可能である。この場合は、入射側か観測側か、ど
ちらか非可動な方は、とくにファイバーを用いなくても
よい。

【０００６】また、同軸の回転台を２台用意するのは、
サイズも大きくなり、コストもかさむ。そこで、１台の
回転台を、同軸上に乗った２つの台に交互に連結、解放
することで、入射角と観測角を独自に調整できる。

【０００７】さらに、試料をプリズムに押しつける機構
を、高調波波長において透明な材料で作るか、あるい
は、押しつけ面を鏡面にすると、試料を透過してくる高
調波を観測できるようでき、粉末法と全反射法を組み合
わせて測定することが可能となる。

【０００８】

【作用】基本波レーザ光は光ファイバーを用いて導き、
回転台上にファイバーの先端を配置することにより、入
射角を変えることができる。同様に、プリズムから出射
した高調波を、片端を回転台に固定したファイバーに入
射し、もう一方の端を受光器につなげば、受光器を動か
すことなく、観測角を調節できる。このとき、プリズム
は固定し、２つのファイバーは、同軸上の２つの回転台
に設置される。

【０００９】ここで、ファイバーの一方を固定し、代わ
りにプリズムを回転させてもよい。この場合は、基本波
レーザを導くのは、鏡やプリズムを用いれば比較的簡単
であるので、入射側はファイバーを用いず、全反射プリ
ズムと受光側のファイバーを回転させるようにすれば、
部品点数を減らすことができる。

【００１０】また、２台の回転台を用いる代わりに、回
転台１台と、台を固定、解放できる機構を組み合わせて
もよい。この作用の詳細な説明は、実施例３に記す。こ
れにより、コストを抑えることができる。

【００１１】入射角を全反射臨界角以下に設定すれば、
受光系を透過側に設定することで、通常の粉末法の測定
ができるはずである。しかし、試料をプリズムに押しつ
けるためにねじ等を使用していると透過してくる高調波
を観測することができない。そこで、高調波波長におい
て透明な材料を用いて当該押しつけ機構を作製し、受光
系を透過位置に配置すれば、上記高調波を観測すること
が可能となる。また、試料をプリズムに押しつけている
面を、高調波波長において高反射率を有する材料で作製
すれば、バルクからの高調波、つまり粉末法の信号を、
この面で反射させることにより、入射側に受光系を設定
すれば、これを観測することができる。このようにし
て、同じ装置を用いて全反射法と粉末法を測定すること
ができるようになる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）ここで，本発明の基本となる全反射を用い
た２次非線形光学特性の評価法について簡単に説明す
る。レーザを非線形光学材料の粉末試料に照射するとレ
ーザ光の２倍の周波数の光が発生するので，この強度を
測定し，材料の２次非線形性を評価する。これが粉末法
であり，その信号強度は材料の２次非線形光学定数，屈
折率，位相整合条件，粉末の平均粒径などに依存する。
そのため，純粋に２次非線形光学定数を評価することが
難しかった。この問題を解決するために考案されたもの
が本願の発明者らにより提案された特願平０３−２１８
２６４、同０３−３１４３０３に示されるような全反射
を用いた方法である。すなわち、粉末試料をプリズムに
密着させておき，レーザをプリズムを用いて全反射さ
せ，その時発生した２次高調波強度を測定する。この２
次高調波は自動的に位相整合がとれているため，その強
度は，試料の平均粒径や位相整合条件によらず，２次非
線形光学定数をより正確に評価することができる。この
測定のためには，レーザのプリズムへの入射角を変化さ
せながら，それに対応した観測角で２次高調波強度を測
定する必要がある。本発明は，これを実現するより改良
された具体的装置構成を提示するものである。

【００１３】図１を用いて、本発明の１実施例について
説明する。基本波を発生するところのＮｄ：ＹＡＧレー
ザ１の出力を光ファイバー５に入力する。光ファイバー
５は、ステッピングモータ駆動の回転台３に片端が取付
けられ、試料セル２に基本波を導いている。試料から発
生した高調波は、ステッピングモータ駆動の回転台４に
片端を固定された受光用光ファイバー６で受光器７に導
いている。ファイバー５、６の先端は、球状に加工し
て、レンズ効果を持たせているが、レンズを用いてもよ
い。回転台３、４の軸と全反射プリズム２１の底面の中
心を一致させて、入射角や観測角によって光の屈折条件
が変化しないようにしている。受光器７の信号は、ボッ
クスカー積分器で平均化してコントローラ９にデータ転
送し、解析している。２次の非線形光学材料を評価する
場合は、観測角ｔは、各入射角ｉについて１９９２年の
アプライド フィジックスレター ６０巻、１９３３頁
に記載されているように、 ｎ（２ｗ）ｓｉｎ（ｍ）＝ｎ（ｗ）ｓｉｎ（ｔ） で求めて、回転台３、４の回転角を設定した。ここで、
ｎ（ｗ）、ｎ（２ｗ）はそれぞれ基本波、２次高調波で
の全反射プリズムの屈折率である。この作業は、測定の
ための制御装置をマイコン化し、プログラム化して、自
動測定を可能にするのは容易である。ここでは、ファイ
バー５は、偏波面保存ファイバーを用いて、入射光の偏
光がｓ波になるようにしているが、通常のファイバーと
偏光子を用いてもよいし、ファイバーが短いときは、偏
光子を省くこともできる。尚、試料セル２については、
実施例４で詳しく説明する。

【００１４】（実施例２）図２を用いて、本発明の別の
実施例について説明する。本実施例では、基本波は、フ
ァイバーの代わりに、ミラー１１とレンズ１２を用いて
導いている。この時、入射角を調整するために、試料セ
ル２を回転台３と一体に動くものとしている。その他の
構成は、実施例１と同様である。

【００１５】（実施例３）図３を用いて、本発明の別の
実施例である１台の回転台を用いる方法について説明す
る。回転台４４に固定されたポール立て４３に、ポール
４２が入れてある。ポール立て４３は、電磁石によりポ
ール４２を掴んだり、解放したりできるようにしてあ
る。ポール４２は台４１に固定されており、台４１には
試料セル２が乗っている。電磁石で動くクランパ４５
は、クランパ立て４６で実験台（図示省略）に固定され
ている。回転台４４には、実施例２と同様に受光用ファ
イバーが固定されているが、図３では省略されている。
クランパ４５を解放し、ポール立て４３でポール４２を
固定して、回転台４４を回転させると、試料セル２が回
転し、入射角を調節することができる。次に、クランパ
４５を固定し、ポール立て４３を解放して、回転台４４
を回転させると、試料セル２は、クランパ４５とクラン
パ立て４６により固定されるため回転せず、回転台４４
に乗せられた受光用ファイバーのみが回転する。これに
より、観測角を調節することができる。ここでは、回転
台４４に受光系を固定したが、台４１と同様な台を設
け、その上に受光系を設置して、回転台と固定、解放で
きる機構を付加してもよい。

【００１６】（実施例４）図４を用いて、試料セル２の
構造について説明する。高屈折率を有する全反射プリズ
ム２１をプリズムホルダ２３で固定し、中央に設けた穴
に試料２２を詰め込み、押しつけ治具２４とねじ２５で
試料をプリズムに押しつけた。押しつけ圧は、トルクド
ライバで調節している。押しつける機構として、バネ
や、空気圧、油圧などを用いてもよい。プリズムホルダ
２３は、ステンレスで作製し、押しつけ治具２４は、透
明アクリルで作製した。

【００１７】全反射法は、前述の実施例のように測定す
ればよい。粉末法で測定する場合は、入射角を全反射臨
界角以下に設定し、透過してくる高調波をプリズム背面
側に受光系を持ってきて観測すればよい。このとき、界
面での反射を減らすために、プリズム底面に垂直に基本
波を入射することが望ましい。

【００１８】図５は、ステンレスで作った押しつけ治具
２６の上部にアルミを蒸着して、反射層２７を設けたも
のである。これを用いると、粉末法の信号である高調波
は、反射層２７で反射され、プリズム側に出てくる。こ
の出射角は、試料厚が薄いときには、ほぼ入射角に等し
いので、受光系をこの角度に設定して、高調波強度を測
定すればよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によると、試料を１度セルにセッ
トすれば、測定装置を変えることなく、粉末法と全反射
法の両方で測定することが可能となる。２つの方法の結
果を比較することにより、試料の位相整合の可否に関す
る情報を得ることができる。

【００２０】観測角は試料に依らず全反射プリズムの屈
折率と入射角だけで決まるので，試料毎に測定系を変更
する必要が無いため，測定の自動化が容易である。この
自動化により作業効率が向上するとともに、再現性や信
頼性もあげることができる。さらに、コンパクトで低コ
ストの装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例を平
面図的に示す概念図。

【図２】受光系のみにファイバーを用いた本発明の非線
形光学材料評価装置の他の実施例を平面図的に示す概念
図。

【図３】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
ける１台の回転台による試料セルの指示部分を示す構成
図。

【図４】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
ける試料セルの断面図。

【図５】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
ける試料セルの鏡面押しつけ治具断面図。

【符号の説明】

１：基本波発生用レーザ、２：試料セル、３、４：回転
台、５、６：光ファイバー、７：受光器、８：ボックス
カー積分器、９：コントローラ、１１：ミラー、１２：
レンズ、２１：全反射プリズム、２２：粉末試料、２
３：プリズムホルダ、２４、２６：押しつけ治具、２
５：ねじ、４１：台、４２：ポール、４３：ポール立
て、４４：回転台、４５：クランパ、４６：クランパ立
て。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基本波を発生するレーザ光源と、その偏光
   方向を調節するための光学系と、そのレーザ光を全反射
   せしめるための半円柱型のプリズムと、当該プリズムに
   試料を密着せしめる機構と、試料から発生した２次高調
   波の強度を測定する受光器と、受光器からの電気信号を
   処理し解析する解析器とより構成される非線形光学材料
   評価装置において、基本波を光ファイバーを用いてプリ
   ズムに入射せしめる機構と、プリズムより出射した２次
   高調波を光ファイバーに入射し、受光器に導く機構の少
   なくとも一方を有することを特徴とする非線形光学材料
   評価装置。
2. 【請求項２】プリズムを固定し、２つの当該ファイバー
   を別々の回転ステージ上に配置し、それぞれを調整して
   入射角と、観測角を独自に調節できるようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の非線形光学材料評価装置。
3. 【請求項３】プリズムを回転ステージ上に配置し、基本
   波を導くための光ファイバーか、高調波を導くための光
   ファイバーのどちらか一方を、別の回転ステージ上に配
   置し、基本波のプリズムに対する入射角と、観測角を独
   自に調節できるようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の非線形光学材料評価装置。
4. 【請求項４】２つの可動部品、つまりプリズム、２種類
   の光ファイバー、あるいは受光器のうちどれか２つを同
   じ回転ステージ上か、あるいは回転ステージ上に配置し
   たレール上に配置し、可動部品を回転ステージにそれぞ
   れ、あるいは一方のみを固定、解放する機構を有し、こ
   れを固定、解放して回転ステージを回転し、上記入射角
   と観測角を調節することを特徴とする請求項１から３の
   いずれかに記載の非線形光学材料評価装置
5. 【請求項５】高調波波長において透明な材料を用いて試
   料をプリズムに押しつけ、入射角を全反射臨界角以下に
   したときに、試料を透過してくる高調波を観測できるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに
   記載の非線形光学材料評価装置。
6. 【請求項６】試料をプリズムに押しつける面を鏡面に
   し、試料を透過してくる高調波を反射させて、プリズム
   外に取り出し、その強度を観測できるようにしたことを
   特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の非線形光
   学材料評価装置。