JPH0815089A - Device for evaluating nonlinear optical material - Google Patents

Device for evaluating nonlinear optical material

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JPH0815089A
JPH0815089A JP14899494A JP14899494A JPH0815089A JP H0815089 A JPH0815089 A JP H0815089A JP 14899494 A JP14899494 A JP 14899494A JP 14899494 A JP14899494 A JP 14899494A JP H0815089 A JPH0815089 A JP H0815089A
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JP
Japan
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prism
sample
optical material
material evaluation
nonlinear optical
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Application number
JP14899494A
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Japanese (ja)
Inventor
Masafumi Kiguchi
雅史 木口
Midori Katou
美登里 加藤
Morio Taniguchi
彬雄 谷口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an inexpensive compact device for evaluating nonlinear optical material which can evaluate a nonlinear optical material by simultaneously using a powder method and total reflection method. CONSTITUTION:A device for evaluating nonlinear optical material is constituted of a laser light source for generating fundamental waves, semicylindrical prism 41 for totally reflecting the laser light from the light source, mechanism for closely adhering a sample to the prism 41, photoreceptor 7 for measuring the intensity of secondary higher harmonics generated from the sample, and analyzer which processes and analyzes electric signals from the photoreceptor 7. This device can be made compacter by intruding the laser light through an optical fiber 3 and simpler and easily usable by reducing the number of mobile sections by using a light receiving system having a large aperture.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-linear optical material evaluation apparatus for wavelength conversion of light, which is used for optical communication, optical computer, optical recording, optical measurement and the like.

【0002】[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(Journal of Applied Physi
cs、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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for evaluating a nonlinear optical material, 1968, Journal of Applied Physics, Vol. 39, page 3798 (Journal of Applied Physi
The powder method described in cs, 39, 3798 (1968)) has been widely used. In addition, the measurement method using total reflection is 1
1992 Applied Physics Letter 60
Volume, 1933 (Applied Physics Letter, 60, 1933)
(1992)).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来、非線形光学材料
を評価する簡便な方法として、1968年にKurtz
とPerryによって開発された粉末法が一般に広く用
いられてきた。しかし、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。
As a conventional simple method for evaluating a non-linear optical material, Kurtz has been published in 1968.
And the powder method developed by Perry have been widely used in general. However, in the powder method, since the signal intensity depends on the sample particle size and the phase matching condition, correct evaluation was difficult.

【0004】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。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ことが
望ましい。発生する高調波は後述する(数1)を満たす
方向に出射されるため、基本波の入射角を変化させなが
らそれに応じた角度で信号を観測する必要があり、光電
子憎倍管などの受光系を回転する機構を必要としてい
た。そのため、装置も大がかりになり、コストもかか
る。また、試料取付け時などの使い勝手は考慮されてお
らず、作業効率が悪い状態であった。
Recently, a method using total internal reflection has been devised as a method for solving this problem. In order to perform the total reflection method, it is desirable to measure the harmonic intensity from the sample excited by the evanescent wave while changing the incident angle of the fundamental wave. Since the generated harmonics are emitted in the direction that satisfies (Equation 1) described later, it is necessary to observe the signal at an angle according to the incident angle of the fundamental wave while changing the incident angle. Needed a mechanism to rotate. Therefore, the device becomes large-scale and costly. In addition, the usability was not taken into consideration when mounting the sample, and the work efficiency was poor.

【0005】従来のようなレーザビームが水平方向に伝
播するような配置では、試料を入れる穴は横向きとなる
ため、試料を詰め変える際には常に試料ホルダを装置か
ら取り外す必要があった。また、プリズムの上下を支え
るためにホルダの支持部分がプリズムの円筒面の一部を
覆うことになり、入射角や観測角の範囲を狭めることが
あった。
In the conventional arrangement in which the laser beam propagates in the horizontal direction, the hole for inserting the sample is oriented laterally, and therefore the sample holder must always be removed from the device when the sample is refilled. Further, the supporting portion of the holder covers a part of the cylindrical surface of the prism in order to support the upper and lower sides of the prism, which sometimes narrows the range of the incident angle and the observation angle.

【0006】本発明は、より簡便で低コストかつ作業効
率の高い非線形光学材料の評価装置を提供する事にあ
る。
An object of the present invention is to provide an evaluation apparatus for a non-linear optical material which is simpler, lower in cost and higher in work efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】全反射法の基本装置構成
は、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
解析する解析器よりなる。
The basic device configuration of the total reflection method is a laser light source that generates a fundamental wave, a prism for totally reflecting the laser light, a mechanism for bringing a sample into close contact with the prism, and a sample. It is composed of a photodetector for measuring the intensity of the second harmonic generated from the photodetector and an analyzer for processing and analyzing the electric signal from the photodetector.

【0008】例えば、発生する2次高調波は、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) (数1) で表される角度tの方向に指向性を持って出射される。
ここで、n(w)はプリズムの基本波波長における屈折
率、n(2w)は2次高調波波長における屈折率を表
す。全反射条件を満たしていれば、(数1)で決まる方
向に出射される高調波のみが観測されるので、特に角度
分解して観測しなくても良い。これにより、装置構成を
簡略化できる。
For example, the second harmonic generated is n (2w) sin (m) = n (w) as described in Applied Physics Letter, Vol. 60, p. 1933, for each incident angle i. The light is emitted with directivity in the direction of the angle t represented by sin (t) (Equation 1).
Here, n (w) represents the refractive index at the fundamental wavelength of the prism, and n (2w) represents the refractive index at the second harmonic wavelength. If the conditions for total reflection are satisfied, only the harmonics emitted in the direction determined by (Equation 1) are observed, so it is not particularly necessary to perform angle decomposition for observation. Thereby, the device configuration can be simplified.

【0009】レーザビームをファイバを用いて下側から
導くことにより、試料を入れる穴が縦向きになるような
ホルダ配置にすることができ、試料の詰め変え時の作業
効率を上げることができる。また、この場合はプリズム
の円筒面の一部を覆っていた支持部分を除くことがで
き、入射角や観測角の範囲を狭めることがなくなる。
By guiding the laser beam from below using a fiber, it is possible to arrange the holder so that the hole for inserting the sample is oriented vertically, and it is possible to improve the work efficiency when refilling the sample. Further, in this case, the supporting portion which covers a part of the cylindrical surface of the prism can be removed, and the range of the incident angle and the observation angle is not narrowed.

【0010】[0010]

【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。これにより、プリズムは固
定することができる。レーザ光を下側から入射せしめる
ようにすれば、プリズムの入射面、つまり円柱面は下側
になり、試料を接触せしめる面は上を向くことになる。
よって、試料を入れる穴は縦向きとなり、そのままの状
態で試料を入れることができるようになる。試料を取り
除く時も、プリズムまで取り外す必要はなくなる。
[Function] The fundamental laser light is guided using an optical fiber,
By arranging the tip of the fiber on the turntable, the incident angle can be changed. Thereby, the prism can be fixed. If the laser light is made incident from the lower side, the incident surface of the prism, that is, the cylindrical surface will be the lower side, and the surface on which the sample will be in contact will face upward.
Therefore, the hole for inserting the sample is oriented vertically, and the sample can be inserted as it is. It is not necessary to remove the prism even when removing the sample.

【0011】図1は、メタ・ニトロアニリン粉末試料と
ルチルプリズムを用いて測定した2次高調波の出射方向
依存性を示す。横軸は観測角(Obserbation angle)、縦
軸は強度(SH power)である。
FIG. 1 shows the emission direction dependence of the second harmonic measured using a meta-nitroaniline powder sample and a rutile prism. The horizontal axis is the observation angle (Obserbation angle) and the vertical axis is the intensity (SH power).

【0012】(a)は、基本波が全反射していないとき
であり、この場合は、透過基本波により発生せしめられ
た2次高調波が主に観測されており、この信号は粉末法
の信号と同等のものである。(b)は、基本波が全反射
している場合であり、プリズムから出射する高調波は、
(数1)を満たす方向にのみ観測される。
(A) shows the case where the fundamental wave is not totally reflected, and in this case, the second harmonic generated by the transmitted fundamental wave is mainly observed, and this signal is obtained by the powder method. It is equivalent to a signal. (B) is the case where the fundamental wave is totally reflected, and the harmonics emitted from the prism are
It is observed only in the direction that satisfies (Equation 1).

【0013】よって、広い開口で受光すれば、特に観測
角を変化させなくてもよい。この時は、透過基本波は存
在しないので、(a)のような指向性のない粉末法と同
等の信号は観測されず、全反射法の信号のみが観測され
ている。
Therefore, if the light is received through the wide aperture, it is not necessary to change the observation angle. At this time, since the transmitted fundamental wave does not exist, the signal equivalent to that of the powder method having no directivity as in (a) is not observed, but only the signal of the total reflection method is observed.

【0014】ここで、ファイバーは固定し、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なくてもよい。受光側
は、プリズムが回転してもすべての場合で高調波を観測
できるように広い開口を持ったレンズや鏡を用いれば良
い。また、プリズムと同時に、あるいは連動して動く鏡
等を用いれば、等価的に広い開口を実現することが容易
になる。
Here, the fiber may be fixed and the prism may be rotated instead. In this case, since it is relatively easy to guide the fundamental wave laser by using a mirror or a prism, it is not necessary to use a fiber on the incident side. On the light receiving side, a lens or mirror having a wide aperture may be used so that harmonics can be observed in all cases even if the prism rotates. Further, by using a mirror or the like that moves at the same time as or in conjunction with the prism, it becomes easy to realize an equivalently wide aperture.

【0015】複屈折を有するプリズムを用いた場合、
(数1)から判るように基本波の偏光方向によって高調
波の出射する方向が異なる。また、基本波と高調波の偏
光方向によりその高調波強度も異なる。よって、従来
は、解析を簡単にするために、s波の基本波のみが用い
られてきたが、本発明のように、発生するすべての高調
波を同時に観測すれば、特に基本波の偏光を選ぶ必要が
ない。粉末の結晶方位が平均化できる程度に、粉末粒径
をビーム径に比べて小さくしておけば、高調波の偏光も
選ぶ必要がなくなる。これらにより、装置構成を簡単に
することができる。偏光した光源を用いる場合には、偏
光方向についての平均化がより十分に行えるように、ま
た強度計算がより簡単になるように、偏光解消板などを
用いてもよい。 本発明の実施例や説明はすべて2次高
調波について述べているが、3次高調波についても同様
のことが可能である。また、粉末以外でも膜や単結晶試
料にも適用することができる。膜や単結晶のような板状
試料を用いる場合、試料を全面にわたってプリズムに良
好に接触せしめることが難しい。そこで、プリズムの底
面つまり試料接触面の一部の小さな面積部分のみがとび
だしたような形状にすれば、試料を押しつけるだけで、
容易に接触がとれるようになる。
When a prism having birefringence is used,
As can be seen from (Equation 1), the direction in which the harmonic is emitted differs depending on the polarization direction of the fundamental wave. Further, the harmonic intensity of the fundamental wave differs from that of the harmonic wave depending on the polarization direction. Therefore, conventionally, only the fundamental wave of the s-wave has been used to simplify the analysis, but if all the generated harmonics are simultaneously observed as in the present invention, the polarization of the fundamental wave is particularly increased. You don't have to choose. If the particle diameter of the powder is made smaller than the beam diameter to such an extent that the crystal orientation of the powder can be averaged, it is not necessary to select the polarization of higher harmonic waves. With these, the device configuration can be simplified. When a polarized light source is used, a depolarizing plate or the like may be used so that the averaging in the polarization direction can be more sufficiently performed and the intensity calculation can be simplified. Although all the embodiments and explanations of the present invention describe the second harmonic, the same can be applied to the third harmonic. In addition to powder, it can be applied to a film or a single crystal sample. When using a plate-shaped sample such as a film or a single crystal, it is difficult to bring the sample into good contact with the prism over the entire surface. Therefore, if the bottom surface of the prism, that is, only a small area of the sample contact surface is projected, the sample can be pressed.
You can easily get in touch.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

(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、信号強度は単純には2次非線形光学定数に比
例せず、これを評価することが難しかった。
(Embodiment 1) Here, the evaluation method of the second-order nonlinear optical characteristic using total reflection which is the basis of the present invention will be briefly described. When a powder sample of a nonlinear optical material is irradiated with a laser, light having a frequency twice that of the laser light is generated. Therefore, this intensity is measured and the second-order nonlinearity of the material is evaluated. This is the powder method, and its signal intensity depends on the second-order nonlinear optical constant of the material, the refractive index, the phase matching condition, the average particle diameter of the powder, and the like.
Therefore, the signal intensity is not simply proportional to the second-order nonlinear optical constant, and it is difficult to evaluate it.

【0017】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のであ
る。
What was devised to solve this problem was proposed by the inventors of the present application in Japanese Patent Application No. 03-218.
H.264, 03-314303. That is, the powder sample is brought into close contact with the prism, the laser is totally reflected using the prism, and the intensity of the second harmonic generated at that time is measured. This 2
Since the second harmonic is automatically phase-matched, its intensity can more accurately evaluate the second-order nonlinear optical constant regardless of the average particle size of the sample and the phase-matching condition.

【0018】本発明は、これを実現するより改良された
装置構成を提示するものである。
The present invention presents a more improved device configuration that accomplishes this.

【0019】図2を用いて、本発明の1実施例について
説明する。(a)に全体構成図を、(b)にレーザ光照
射端の細部を示す。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. (A) shows an overall configuration diagram, and (b) shows details of a laser light irradiation end.

【0020】所定の基本波を発生するところのNd:Y
AGレーザの出力を光ファイバー3に入力する。光ファ
イバー3のレーザ光照射端4は、ステッピングモータ駆
動の回転台6に取付けられ、レンズ5を通してプリズム
41に該基本波を導いている。プリズム41の円筒面が
レンズ効果を有しているため、プリズム内でレーザ光が
平行になるようにレンズ5を用いて補正している。レン
ズの代りに、ファイバー3の先端を球状に加工してレン
ズ効果を持たせてもよい。回転台6の軸と全反射プリズ
ム41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。用いた
レーザは、直線偏光になっているが、これをそのまま用
いた。試料から発生した高調波は、受光面の大きな受光
器7でその強度を測定する。プリズム41の半径は5ミ
リであり、有効受光面が12ミリの受光器7をプリズム
表面から5ミリの距離に配置している。これにより、約
60度の範囲の観測角を覆うことができる。受光面に設
けられたフィルタ8は前記基本波を除くための赤外カッ
トフィルタである。また、受光器7は赤外感度の低い光
電子増倍感を用いている。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にデータ転送し、
解析している。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。
Nd: Y at which a predetermined fundamental wave is generated
The output of the AG laser is input to the optical fiber 3. The laser light irradiation end 4 of the optical fiber 3 is attached to a turntable 6 driven by a stepping motor, and guides the fundamental wave to a prism 41 through a lens 5. Since the cylindrical surface of the prism 41 has a lens effect, the lens 5 is used for correction so that the laser light is parallel within the prism. Instead of the lens, the tip of the fiber 3 may be processed into a spherical shape to have a lens effect. The axis of the rotary table 6 and the center of the bottom surface of the total reflection prism 41 are aligned so that the refraction condition of light does not change depending on the incident angle or the observation angle. The laser used was linearly polarized, but this was used as it was. The intensity of the harmonic generated from the sample is measured by the light receiver 7 having a large light receiving surface. The radius of the prism 41 is 5 mm, and the light receiver 7 having an effective light receiving surface of 12 mm is arranged at a distance of 5 mm from the prism surface. As a result, the observation angle in the range of about 60 degrees can be covered. The filter 8 provided on the light receiving surface is an infrared cut filter for removing the fundamental wave. Further, the light receiver 7 uses a photoelectron multiplication sensation having low infrared sensitivity. The signal from the light receiver 7 is averaged by the boxcar integrator and transferred to the controller.
I am analyzing. In this work, it is easy to convert a control device for measurement into a microcomputer and program it to enable automatic measurement.

【0021】図2では、筐体1は簡略化して示している
が、実際には外光が入らないように、全体が遮蔽板で覆
われていて、レーザ光入射口には、赤外光透過(可視光
遮断)フィルタを設けている。但し、試料ホルダの上部
のみこの筐体から出ていて、試料やプリズムの交換に
は、筐体の蓋を開ける必要は無いようになっている。
In FIG. 2, the casing 1 is shown in a simplified manner, but the whole is covered with a shielding plate so that external light does not actually enter, and the infrared light is incident on the laser light entrance. A transmission (visible light blocking) filter is provided. However, only the upper part of the sample holder is projected from this case, and it is not necessary to open the cover of the case to replace the sample and the prism.

【0022】ファイバーはプリズムの下側に配置してい
るため、試料をプリズムに押しつけ機構を有する部分を
取り外すだけで、試料セルを外さなくても試料を詰め変
えることができるようになっている。尚、試料セル2に
ついては、実施例4で詳しく説明する。
Since the fibers are arranged below the prism, the sample can be refilled without removing the sample cell simply by pressing the sample against the prism and removing the portion having the mechanism. The sample cell 2 will be described in detail in Example 4.

【0023】ここでは、所定の基本波を発生するため
に、QスイッチNd:YAGレーザを用いたが、半導体
レーザや、半導体レーザ励起Nd:YAGレーザを用い
れば、よりコンパクトな装置を構成できる。また、チタ
ンサファイヤレーザ、色素レーザ、光パラメトリック発
振機などの波長可変光源を用いれば、非線形光学定数の
波長分散特性を測定することも可能になる。
Although a Q-switched Nd: YAG laser is used here to generate a predetermined fundamental wave, a more compact device can be constructed by using a semiconductor laser or a semiconductor laser pumped Nd: YAG laser. Moreover, if a wavelength tunable light source such as a titanium sapphire laser, a dye laser, or an optical parametric oscillator is used, the wavelength dispersion characteristic of the nonlinear optical constant can be measured.

【0024】(実施例2)図3を用いて、信号光を受光
器に導く別の実施例について説明する。本実施例では、
円筒型の導波管61をプリズム41に接触させて用い
た。導波管61は、内面が鏡になった筒であり、入射し
た光は内面で反射されて受光器7に内蔵された光電子増
倍管に導かれる。入射角は60度程度変化させることが
できれば、通常の試料は十分に測定可能である。そのた
めには円筒の内径を5ミリ以上にすればよい。ここで
は、内径6ミリのものを用いた。また円筒型以外に、直
方体あるいは平行平板のものを用いても良い。これら導
波管を用いることにより、プリズムと受光器の距離を離
すことができ、設計の自由度が増す上、受光面の小さい
安価な光電子増倍感を用いることも可能になる。
(Embodiment 2) Another embodiment for guiding the signal light to the light receiver will be described with reference to FIG. In this embodiment,
The cylindrical waveguide 61 was used in contact with the prism 41. The waveguide 61 is a cylinder whose inner surface is a mirror, and the incident light is reflected on the inner surface and guided to the photomultiplier tube built in the light receiver 7. If the incident angle can be changed by about 60 degrees, an ordinary sample can be sufficiently measured. For that purpose, the inner diameter of the cylinder may be set to 5 mm or more. Here, an inner diameter of 6 mm was used. In addition to the cylindrical type, a rectangular parallelepiped or parallel plate type may be used. By using these waveguides, the distance between the prism and the light receiver can be increased, the degree of freedom in design can be increased, and an inexpensive photomultiplier with a small light receiving surface can be used.

【0025】また、プリズム41の出射側の面を図4の
ように角柱に加工したプリズム42とすると、出射光に
対して集光特性を有するため、より広い観測角を覆うこ
とが容易になるとともに導波管との接触面の点でも有利
である。角の部分は、プリズムの欠けや光の散乱を防ぐ
ために、0.5ミリ半径の円弧状とされている。
Further, when the exit side surface of the prism 41 is a prism 42 processed into a prism as shown in FIG. 4, it has a condensing property with respect to the outgoing light, so that it is easy to cover a wider observation angle. At the same time, it is advantageous in terms of contact surface with the waveguide. The corners are arcuate with a radius of 0.5 mm to prevent chipping of the prism and scattering of light.

【0026】図5は、より加工が簡単なプリズム43の
一例である。図4のプリズム42に比べて、出射光の集
光特性は劣るが、この場合は、プリズム43の出射側の
面全面を利用する、より大きな開口を有する受光系を用
いるとよい。
FIG. 5 shows an example of the prism 43 which is easier to process. The light-collecting characteristic of the emitted light is inferior to that of the prism 42 in FIG. 4, but in this case, it is preferable to use a light-receiving system having a larger aperture that uses the entire surface of the prism 43 on the emitting side.

【0027】さらに、入射面も平面であっても構わな
い。ただし、この場合は、試料への入射角をスネル則に
よって求める必要があるうえ、試料面でビームが当たる
位置が入射角によって変化するため、試料面を大きくす
るなどの処置が必要となるので、円柱形のほうが望まし
い。
Further, the incident surface may be flat. However, in this case, it is necessary to obtain the incident angle to the sample by Snell's law, and since the position of the beam hitting the sample surface changes depending on the incident angle, it is necessary to take measures such as enlarging the sample surface. A cylindrical shape is preferable.

【0028】(実施例3)図6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71とレンズ72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73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。
(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fundamental wave is guided using a mirror 71 and a lens 72 instead of the fiber. At this time, in order to adjust the incident angle, the sample cell 2 moves together with the rotary table 73. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

【0029】(実施例4)図7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41を、プリズムキャリヤ22を介してステンレスで
作製したプリズムホルダ23の所定の位置に置き、プリ
ズム固定用ねじ24で固定する。プリズムホルダ23の
上部に押しつけ治具25を置き、固定用ねじ29で両者
を一体的に固定する。押しつけ治具25に設けられ、プ
リズム41の上面まで貫通した孔26に試料27を詰め
込み、ねじ28で試料をプリズムに押しつけた。ねじ2
8は、そのトルク値をトルクドライバを用いて測定して
いる。これにより、試料とプリズムの押しつけ圧を調節
することができ、結果の再現性が向上する。また、試料
をプリズムに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。
(Embodiment 4) The structure of the sample cell 2 will be described with reference to FIG. A total reflection prism 41 having a high refractive index is placed at a predetermined position of a prism holder 23 made of stainless steel via a prism carrier 22 and fixed with a prism fixing screw 24. A pressing jig 25 is placed on the upper part of the prism holder 23, and both are integrally fixed with a fixing screw 29. A sample 27 was packed in a hole 26 provided in the pressing jig 25 and penetrating to the upper surface of the prism 41, and the sample was pressed against the prism with a screw 28. Screw 2
No. 8 measures the torque value using a torque driver. As a result, the pressing pressure between the sample and the prism can be adjusted, and the reproducibility of the results is improved. In addition, as a mechanism for pressing the sample against the prism, a spring, air pressure,
Hydraulic pressure or the like may be used.

【0030】試料の交換時には、ねじ29をはずすこと
で押しつけ治具25を簡便に取り外すことができ、ねじ
28を取り外して試料を取り除くことができる。また、
プリズム41が汚れた場合には、これを取りだして洗浄
する必要があるが、取付けねじ24を外すことで、プリ
ズムを取り外すことが可能になる。プリズムキャリヤ2
2は、プリズムを容易に取付け、取外しするためのもの
であり、また、プリズムがプリズムホルダ23に押しつ
けられて破損しないように緩衝の役割も果たしている。
ここでは、ポリスチロールで作製したが、テフロンやダ
イフロン、ポリエチレンなどの合成樹脂やアルミなどの
柔らかい金属で作製しても良い。
When exchanging the sample, the pressing jig 25 can be easily removed by removing the screw 29, and the sample can be removed by removing the screw 28. Also,
When the prism 41 becomes dirty, it needs to be taken out and washed, but the prism can be removed by removing the mounting screw 24. Prism carrier 2
Reference numeral 2 is for easily attaching and detaching the prism, and also serves as a buffer so that the prism is not pressed against the prism holder 23 and damaged.
Although it is made of polystyrene here, it may be made of synthetic resin such as Teflon, diflon, or polyethylene, or a soft metal such as aluminum.

【0031】全反射法は、前述の実施例のように測定す
ればよい。従来の粉末法で測定する場合は、入射角を全
反射臨界角より小さい角度に設定すればよい。これによ
り、全反射法と粉末法の両方の測定を同じ装置と試料セ
ルを用いて行うことができる。
The total internal reflection method may be measured as in the above embodiment. When the measurement is performed by the conventional powder method, the incident angle may be set to an angle smaller than the total reflection critical angle. As a result, both the total reflection method and the powder method can be measured using the same device and sample cell.

【0032】(実施例5)図8−10を用いて、試料セ
ル2の別の構造について説明する。ここでは、プリズム
41に試料を押しつけるねじ部分30が、トルク値をモ
ニタできるようにした。その詳細図を図9に、ホルダと
プリズムの関係を図10に示す。
(Embodiment 5) Another structure of the sample cell 2 will be described with reference to FIGS. Here, the screw portion 30 that presses the sample against the prism 41 is adapted to monitor the torque value. The detailed view is shown in FIG. 9, and the relationship between the holder and the prism is shown in FIG.

【0033】図10に示すように、プリズムホルダ5
0、プリズムキャリヤ42を用いて、プリズム41を装
着するようになっている。プリズムホルダ50の中央部
にはプリズムを貫通させるための切欠き51が設けら
れ、プリズムキャリヤ42が接触する面は、その厚みだ
けへこませ、さらに窪み52を設けた。53はねじ穴で
ある図8、9に示すように、プリズムホルダ50の上部
に押しつけ治具40を置き、固定用ねじ54で両者を一
体的に固定する。押しつけ治具40に設けられ、プリズ
ム41の上面まで貫通した孔60に試料を詰め込み、ね
じ37で試料をプリズムに押しつけた。ねじ37は巻バ
ネ35を介してハンドル軸32に付いている。指示針3
3は、ハンドル軸32に固定されている。目盛板34は
外筒36を介してねじ37と一体になっている。ハンド
ル31をまわすことにより、巻バネ35を介してねじ3
7が回転するが、ねじ37の回転角はハンドル31の回
転角とずれるので、これより、その時のトルク値を測定
できる。目盛板34上には、校正されたトルク値の目盛
38が表示されている。
As shown in FIG. 10, the prism holder 5
0, the prism 41 is mounted using the prism carrier 42. A notch 51 for penetrating the prism is provided in the central portion of the prism holder 50, and the surface in contact with the prism carrier 42 is dented only by the thickness thereof, and further a dent 52 is provided. Reference numeral 53 is a screw hole, as shown in FIGS. 8 and 9, the pressing jig 40 is placed on the upper portion of the prism holder 50, and both are integrally fixed by the fixing screw 54. The sample was packed in a hole 60 provided in the pressing jig 40 and penetrating to the upper surface of the prism 41, and the sample was pressed against the prism with a screw 37. The screw 37 is attached to the handle shaft 32 via a coil spring 35. Pointer 3
3 is fixed to the handle shaft 32. The scale plate 34 is integrated with a screw 37 via an outer cylinder 36. By turning the handle 31, the screw 3
Although 7 rotates, the rotation angle of the screw 37 deviates from the rotation angle of the handle 31, so that the torque value at that time can be measured. A scale 38 of the calibrated torque value is displayed on the scale plate 34.

【0034】本ホルダを組立てた後の鳥かん図を図11
に示す。
FIG. 11 is a bird cage diagram after the holder is assembled.
Shown in

【0035】(実施例6)図12を用いて、全反射用プ
リズムの板状試料への適用も可能な構造について説明す
る。プリズムの底面を、中心が飛び出すように大きな曲
率をもたせている。中心部と端部で高さが0.1ミリメ
ートル違うようにした。図13は、プリズムの半径方向
のみならず高さ方向にも同様な加工を施した例である。
(Embodiment 6) A structure in which the prism for total reflection can be applied to a plate sample will be described with reference to FIG. The bottom of the prism has a large curvature so that the center of the prism pops out. The height is different by 0.1 mm between the center and the end. FIG. 13 shows an example in which similar processing is performed not only in the radial direction of the prism but also in the height direction.

【0036】平坦度が充分でない板状試料の場合は、プ
リズム底面と全面にわたり良好な接触を実現することは
難しいが、この加工により、プリズム底面の中心部を試
料と密着せしめることが容易になる。
In the case of a plate-shaped sample having insufficient flatness, it is difficult to achieve good contact with the entire bottom surface of the prism, but this processing makes it easy to bring the central portion of the prism bottom surface into close contact with the sample. .

【0037】これを、実施例2で示した形状のプリズム
に適用してもよい。これらのプリズムは、粉末試料にも
板状試料にも共通に利用できる。
This may be applied to the prism having the shape shown in the second embodiment. These prisms can be commonly used for powder samples and plate samples.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によると、コンパクトで低コスト
で使いやすい装置を提供できる。また、全反射臨界角よ
り小さな入射角で測定した結果は、従来の粉末法と同等
である。よって、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。
According to the present invention, it is possible to provide a compact, low-cost and easy-to-use device. The result of measurement at an incident angle smaller than the total reflection critical angle is equivalent to that of the conventional powder method. Therefore, if the sample is set in the cell once, it is possible to perform both the powder method and the total reflection method without changing the measuring device. By comparing the results of the two methods, it is possible to obtain information regarding whether or not the phase matching of the sample is possible.

【0039】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。
Since the observation angle is determined only by the refractive index of the total reflection prism and the incident angle without depending on the sample, it is not necessary to change the measurement system for each sample, and the automation of the measurement is easy. This automation improves work efficiency and improves reproducibility and reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】反射配置での2次高調波発生強度の角度依存性
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing the angle dependence of second harmonic generation intensity in a reflective arrangement.

【図2】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例を示
す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of a nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図3】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
ける導波管を用いた光学系を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an optical system using a waveguide in an embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図4】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
けるプリズムの一例図。
FIG. 4 is an example diagram of a prism in an embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図5】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
けるプリズムの一例図。
FIG. 5 is an example diagram of a prism in an embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図6】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例にお
けるファイバを用いない場合の装置を示す構成図。
FIG. 6 is a block diagram showing an apparatus in the case where a fiber is not used in the embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図7】本発明の非線形光学材料評価装置用の試料ホル
ダの実施例における構成図。
FIG. 7 is a configuration diagram of an example of a sample holder for a nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図8】本発明の非線形光学材料評価装置用の試料ホル
ダの実施例におけるトルクを測定できる機構を有するホ
ルダの断面図。
FIG. 8 is a sectional view of a holder having a mechanism capable of measuring torque in an example of a sample holder for a nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【図9】図8の実施例におけるトルクを測定できるねじ
部の構成例を示す図。
9 is a diagram showing a configuration example of a screw portion capable of measuring torque in the embodiment of FIG.

【図10】図8で示した実施例におけるプリズムホルダ
の構成例を示す図。
10 is a diagram showing a configuration example of a prism holder in the embodiment shown in FIG.

【図11】図8で示した実施例における資料ホルダーの
鳥かん図。
FIG. 11 is a bird's-eye view of the material holder in the embodiment shown in FIG.

【図12】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例に
おけるプリズムの一例を示す図。
FIG. 12 is a view showing an example of a prism in the embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the invention.

【図13】本発明の非線形光学材料評価装置の実施例に
おけるプリズムの一例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a prism in an embodiment of the nonlinear optical material evaluation apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:筐体、2:試料ホルダ、3:光ファイバ、4:ファ
イバ、レンズ固定治具、5:レンズ、6:ステッピング
モータ駆動の回転軸に固定された腕、7:光電子増倍
管、22:プリズムキャリヤ、23:プリズムホルダ、
24:プリズム固定用ねじ、25:試料セル、26:試
料挿入用ねじ穴、27:粉末試料、28:試料押しつけ
用ねじ、29:固定用ねじ、30:特殊ねじ、31:ハ
ンドル、32:ハンドル軸、33:目盛針、34:目盛
板、35:巻ばね、36:外筒、37:ねじ、38:目
盛、40:試料セル、41:全反射プリズム、42:プ
リズムキャリヤ、50:プリズムホルダ、51:プリズ
ムキャリヤ装着用穴、52:窪み、53:固定用ねじ
穴、54:固定用ねじ、55:試料ホルダ固定用ねじ
穴、61:円筒導波管、64:固定ねじ、71:ミラ
ー、72:レンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Housing, 2: Sample holder, 3: Optical fiber, 4: Fiber, lens fixing jig, 5: Lens, 6: Arm fixed to the rotating shaft of a stepping motor drive, 7: Photomultiplier tube, 22 : Prism carrier, 23: prism holder,
24: Screw for fixing prism, 25: Sample cell, 26: Screw hole for inserting sample, 27: Powder sample, 28: Screw for pressing sample, 29: Fixing screw, 30: Special screw, 31: Handle, 32: Handle Axis, 33: Scale needle, 34: Scale plate, 35: Winding spring, 36: Outer cylinder, 37: Screw, 38: Scale, 40: Sample cell, 41: Total reflection prism, 42: Prism carrier, 50: Prism holder , 51: prism carrier mounting hole, 52: dent, 53: fixing screw hole, 54: fixing screw, 55: sample holder fixing screw hole, 61: cylindrical waveguide, 64: fixing screw, 71: mirror , 72: lens.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の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、該基本波を光ファイバーを
用いてプリズムに入射せしめ、その光ファイバーの出射
側先端部を可動にして基本波の入射角を変化せしめる機
構と、プリズムより出射した2次高調波を、大きな開口
を有する固定された受光系で観測することを特徴とする
非線形光学材料評価装置。
1. A laser light source for generating a predetermined fundamental wave, a prism for totally reflecting the laser light, a mechanism for bringing a sample into close contact with the prism, and measuring the intensity of a second harmonic generated by the sample. In a non-linear optical material evaluation apparatus composed of a light receiving device and an analyzer for processing and analyzing an electric signal from the light receiving device, the fundamental wave is made incident on a prism by using an optical fiber, and the output side end portion of the optical fiber is applied. A non-linear optical material evaluation system characterized by observing secondary harmonics emitted from a prism with a fixed light receiving system having a large aperture, and a mechanism for moving the lens to change the incident angle of the fundamental wave.
【請求項2】全反射せしめるためのプリズムとして、半
円柱型のプリズムを用いる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。
2. The non-linear optical material evaluation apparatus according to claim 1, wherein a semi-cylindrical prism is used as the prism for performing total reflection.
【請求項3】全反射せしめるためのプリズムとして、基
本波入射側が円柱型で、高調波出射側が角柱型のプリズ
ムを用いる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. The nonlinear optical material evaluation apparatus according to claim 1, wherein a prism having a fundamental wave incident side having a cylindrical shape and a harmonic wave emitting side having a prismatic shape is used as a prism for performing total reflection.
【請求項4】全反射せしめるためのプリズムとして、板
状試料との接触が中心部の狭い領域で良好に行えるよう
に、試料が接する面を、中心部を高く研磨加工したプリ
ズムを用いる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. As a prism for performing total reflection, a prism whose surface in contact with a sample is highly polished in the center is used so that the plate-shaped sample can be satisfactorily contacted in a narrow region in the center. The nonlinear optical material evaluation device according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項5】プリズムの基本波入射面ならびに高調波出
射面を下側に配置せしめ、試料面を上側にしたことを特
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. The nonlinear optical material evaluation apparatus according to claim 1, wherein the fundamental wave entrance surface and the harmonic wave exit surface of the prism are arranged on the lower side and the sample surface is on the upper side. .
【請求項6】プリズムから出射した高調波を受光器に導
くための導波管を有することを特徴とする請求項1から
5のいずれかに記載の非線形光学材料評価装置。
6. The nonlinear optical material evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a waveguide for guiding a harmonic wave emitted from the prism to a light receiver.
【請求項7】所定の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
光学材料評価装置であり、該基本波を光ファイバーを用
いてプリズムに入射せしめ、その光ファイバーの出射側
先端部を可動にして基本波の入射角を変化せしめる機構
と、プリズムより出射した2次高調波を、大きな開口を
有する固定された受光系で観測する非線形光学材料評価
装置において、前記プリズムに試料を密着せしめる機構
が締め付けトルク値を測定することが可能なねじを用い
て試料をプリズムに押しつける構造であることを特徴と
する非線形光学材料評価装置用試料ホルダ。
7. A laser light source for generating a predetermined fundamental wave, a prism for totally reflecting the laser light, a mechanism for bringing a sample into close contact with the prism, and measuring the intensity of the second harmonic generated from the sample. A non-linear optical material evaluation apparatus comprising an optical receiver for receiving light and an analyzer for processing and analyzing an electric signal from the optical receiver, in which the fundamental wave is incident on a prism using an optical fiber, and the output side end of the optical fiber is applied. In the non-linear optical material evaluation apparatus for observing the second harmonic wave emitted from the prism with a fixed light receiving system having a large opening, a sample is placed on the prism. Non-linear optical material characterized in that the contacting mechanism has a structure in which the sample is pressed against the prism using a screw capable of measuring the tightening torque value. Sample holder for the evaluation device.
【請求項8】非線形光学材料評価装置が請求項2から5
のいずれかの特徴を有するものである請求項7記載の試
料ホルダ
8. A nonlinear optical material evaluation apparatus according to any one of claims 2 to 5.
The sample holder according to claim 7, which has any one of the features
【請求項9】試料ホルダがプリズムを保持するための部
材と、前記プリズムの一面に試料を圧着させるための貫
通孔を有する部材とが結合されたものであることを特徴
とする請求項7または8記載の非線形光学材料評価装置
用試料ホルダ。
9. The sample holder according to claim 7, wherein a member for holding the prism and a member having a through hole for pressing the sample on one surface of the prism are combined with each other. 8. A sample holder for a nonlinear optical material evaluation device according to item 8.
【請求項10】プリズムを保持するための部材に、プリ
ズムがプリズムホルダを介して装着されることを特徴と
する請求項9記載の非線形光学材料評価装置用試料ホル
ダ。
10. The sample holder for a nonlinear optical material evaluation apparatus according to claim 9, wherein the prism is attached to a member for holding the prism via a prism holder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018197769A (en) * 2017-05-22 2018-12-13 株式会社リコー Terahertz wave generation device and inspection device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018197769A (en) * 2017-05-22 2018-12-13 株式会社リコー Terahertz wave generation device and inspection device

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