JPH10115573A - Method and apparatus for measurement of tertiary nonlinear susceptibility rate - Google Patents

Method and apparatus for measurement of tertiary nonlinear susceptibility rate

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JPH10115573A
JPH10115573A JP26961496A JP26961496A JPH10115573A JP H10115573 A JPH10115573 A JP H10115573A JP 26961496 A JP26961496 A JP 26961496A JP 26961496 A JP26961496 A JP 26961496A JP H10115573 A JPH10115573 A JP H10115573A
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JP
Japan
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light
sample
nonlinear susceptibility
order nonlinear
prism
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JP26961496A
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Japanese (ja)
Inventor
Masafumi Kiguchi
雅史 木口
Midori Katou
美登里 加藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method in which the tertiary nonlinear susceptibility rate of a powder sample or a film sample is measured and to provide its apparatus. SOLUTION: A rotating base 41 is turned, and a photodiode 40 is retreated to a position which is not disturbing. In succession, a shutter 3 is opened, and a sample is irradiated with a beam 32 and a beam 33. The angle of incidence of the beam 33 is set to be smaller than a total-reflection critical angle. A rotating base 10 is turned, an angle is swept at about 62 deg.C, and an angle at which a signal intensity becomes strongest is searched. At this time, the magnitude of the angle of incidence of a beam 31 is made just equal to that of the angle of incidence of the beam 32m the angle of the rotating base at this time is read out, and a precise angle of incidence is found. On the basis of the angle, a tertiary nonlinear susceptibility rate is found by a computer 16. Consequently, the tertiary nonlinear susceptibility rate of a powder sample or a nonhomogeneous film sample which is hard to measure can be measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光の波長変換、位
相共役光発生、光スイッチ、光双安定等のデバイスを通
じて、光通信、光コンピュ−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方法とその装
置、あるいは、化学物質、生体物質等の分析装置である
ところのラマン分光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to optical communication, optical computers, optical recording, optical measurement, etc. through devices such as wavelength conversion of light, generation of phase conjugate light, optical switches, and optical bistables. The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a nonlinear optical material, or a Raman spectrometer which is an analyzer for a chemical substance, a biological substance and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】3次非線形感受率は関与する4つの光の
周波数と時間の関数であり、さまざまな非線形光学現象
の大きさを定量化する上で重要な物理量である。従来、
3次非線形感受率を測定する方法として、3次高調波発
生法、縮退4光波混合法、コヒーレントラマン測定法な
どが知られている。これらの方法については、例えば、
シェン著「非線形光学の原理」(ジョン ウィリー ア
ンド サンズ、1984年)第242頁から285頁
(Y. R. Shen、 The Principles of Nonlinear Optic
s、 (John Wiley & Sons、 Inc、 1984) pp. 242-285)
をはじめ各種教科書にも記載されている。但し、それぞ
れの非線形現象で関与する3次非線形感受率が異なるた
め、各方法で得られる感受率は異なる。このうち、縮退
4光波混合法は、光スイッチや光演算への応用が可能な
現象に関与しており、この効率を調べる事は材料開発に
重要である。また、測定波長を比較的自由に選べる点、
時間分解測定を行うことにより、励起状態の緩和過程を
調べることができる点などから、多くの情報を得ること
ができるという特徴を有する。また、ラマン測定は、物
質の同程や化学結合状態を調べる為に広く用いられてお
り、3次非線形感受率のある成分を測定することで、ラ
マンスペクトルを得ることができ、これをコヒーレント
ラマン法あるいは非線形ラマン法と呼ぶ。
2. Description of the Related Art The third-order nonlinear susceptibility is a function of the frequency and time of the four lights involved, and is an important physical quantity in quantifying the magnitude of various nonlinear optical phenomena. Conventionally,
As a method for measuring the third-order nonlinear susceptibility, a third-order harmonic generation method, a degenerate four-wave mixing method, a coherent Raman measurement method, and the like are known. For these methods, for example,
Shen, Principles of Nonlinear Optics, John Wiley and Sons, 1984, pp. 242-285 (YR Shen, The Principles of Nonlinear Optic)
s, (John Wiley & Sons, Inc, 1984) pp. 242-285)
And various textbooks. However, since the third-order nonlinear susceptibility involved in each nonlinear phenomenon is different, the susceptibility obtained by each method is different. Of these, the degenerate four-wave mixing method is involved in phenomena that can be applied to optical switches and optical arithmetic, and it is important to investigate the efficiency of this in material development. Also, the point that the measurement wavelength can be selected relatively freely,
By performing time-resolved measurement, a characteristic feature is that much information can be obtained because the relaxation process of the excited state can be examined. Raman measurement is widely used to investigate the similarity and chemical bonding state of a substance. By measuring a component having a third-order nonlinear susceptibility, a Raman spectrum can be obtained. Method or nonlinear Raman method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の縮退4光波混合
法、非縮退4光波混合法、コヒーレントラマン測定法な
どは、気体や溶液試料、あるいは単結晶試料、薄膜試料
においては正確な測定が比較的容易にできるが、良質の
単結晶や薄膜試料が得られない場合には、適用が困難で
ある。
In the conventional degenerate four-wave mixing method, non-degenerate four-wave mixing method, coherent Raman measurement method, etc., accurate measurements can be compared for gas, solution samples, single crystal samples, and thin film samples. Although it can be easily achieved, it is difficult to apply this method when a high-quality single crystal or thin film sample cannot be obtained.

【0004】本発明の目的は、単結晶や薄膜試料が得ら
れない、或いは作製が困難な材料について、縮退4光波
混合や非縮退4光波混合法、コヒーレントラマン測定を
行い、それぞれに関与する3次非線形感受率、あるいは
そのスペクトルを求めることができるような測定方法な
らびにそれを実現する装置を提供することにある。
An object of the present invention is to perform degenerate four-wave mixing, non-degenerate four-wave mixing, and coherent Raman measurement on a material from which a single crystal or a thin film sample cannot be obtained or is difficult to manufacture, and which is involved in each of them. It is an object of the present invention to provide a measurement method capable of obtaining a non-linear susceptibility or a spectrum thereof and an apparatus for realizing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】一般に大きな単結晶が得
られない場合でも、粉末微結晶試料なら容易に準備する
ことができる。粉末試料を用いた場合、従来の方法で
は、粒塊による光の散乱が問題となる。不均一な膜試料
でも同様である。これを抑えるためには、試料をプリズ
ムや基板に密着させ、プリズムや基板側から光を入射
し、その界面で全反射させればよい。この時、試料側に
エバネッセント光が侵入し、これにより引き起こされる
3次非線形効果により発生する光を信号光として検出す
ればよい。
Generally, even if a large single crystal cannot be obtained, a powder microcrystal sample can be easily prepared. When a powder sample is used, the conventional method has a problem of scattering of light due to agglomerates. The same applies to non-uniform film samples. In order to suppress this, the sample may be brought into close contact with the prism or the substrate, light may be incident from the prism or the substrate side, and may be totally reflected at the interface. At this time, evanescent light enters the sample side, and light generated by the third-order nonlinear effect caused by the evanescent light may be detected as signal light.

【0006】試料粒径よりエバネッセント光の侵入長が
短い場合は、試料による光散乱を抑えることができる。
その際、入射する3つの光の全てをエバネッセントとし
ても良いが、信号光は3つの光が重なった部分からのみ
発生するため、入射角や偏光が異なり区別できるような
配置の場合には、そのうちの一つをエバネッセントにし
ておけば十分である。この時、試料とプリズム或いは基
板との界面は、エバネッセント光の侵入長に比べて十分
小さな凹凸になるような平坦性が必要になるが、これ
は、粉末試料をプリズム或いは基板に強く押しつけるこ
とで達成できる。
When the evanescent light penetration length is shorter than the sample particle size, light scattering by the sample can be suppressed.
At this time, all of the three incident lights may be evanescent. However, since the signal light is generated only from a portion where the three lights overlap, if the arrangement is such that the incident angle and the polarization are different and can be distinguished, It is enough to make one of them evanescent. At this time, the interface between the sample and the prism or the substrate needs to have flatness such that the unevenness is sufficiently small compared to the penetration length of the evanescent light. This is achieved by strongly pressing the powder sample against the prism or the substrate. Can be achieved.

【0007】また、この方法は、膜試料にも有用であ
る。基板上に製膜する場合、基板と接する部分は比較的
容易に均質な膜を作ることができるが、空気と接する側
は、平坦にならない事が多く、この部分の散乱が問題に
なる。本方法を用いれば、エバネッセント光は基板界面
近傍にのみ存在するため、均質な部分からのみ信号が発
生するので、この問題を解決することができる。更に、
入射角を変えることによりエバネッセント光の侵入長が
調節できるので、3次非線形感受率の膜厚方向の分布を
測定することも可能となる。
[0007] This method is also useful for membrane samples. When a film is formed on a substrate, a portion in contact with the substrate can be relatively easily formed into a uniform film, but the side in contact with air is often not flat, and scattering of this portion becomes a problem. According to this method, since the evanescent light exists only near the substrate interface, a signal is generated only from a homogeneous portion, so that this problem can be solved. Furthermore,
Since the penetration length of the evanescent light can be adjusted by changing the incident angle, it is possible to measure the distribution of the third-order nonlinear susceptibility in the thickness direction.

【0008】非線形感受率はテンソルであるが、粉末試
料の場合は、光の照射部分に存在する各粉末結晶がばら
ばらの方向を向いているので、非線形感受率テンソルの
空間平均されたものが信号に関与する。しかし、配向膜
試料の場合は、テンソル成分を求めることが可能とな
り、そのためには、3つの入射光の偏光を変えて、信号
光の偏光とその強度を調べればよい。
[0008] The nonlinear susceptibility is a tensor. In the case of a powder sample, since the respective powder crystals present in the light-irradiated part are oriented in different directions, the spatially averaged nonlinear susceptibility tensor is used as the signal. Involved in. However, in the case of an alignment film sample, it is possible to obtain a tensor component. To this end, it is sufficient to change the polarization of the three incident lights and check the polarization of the signal light and its intensity.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】縮退4光混合の場合は、1つのレ
ーザ光を3つに分岐すればよいので、簡単で安価な装置
構成とすることができる。これがもっとも基本的な構成
であるので、この場合について本発明の方法を図1を用
いて詳細に説明する。図1は、屈折率npのプリズムと
屈折率nsの試料の界面を表している。4光波混合の信
号光は、位相整合の取れる方向に放射される。2つの光
のkベクトルを対向させ、それにある角度でもう1つの
光を入射させれば、信号光はこの3つめの光の軸上に反
対方向に伝播する。この時、2つの光をエバネッセント
光とすればよい。つまり、図1に示すように、ビーム1
とビーム2の2つの光を入射角t1と―t1で入射させ
ると、t1が全反射臨界角より大きいときは、2つの光
は全反射して、2つのエバネッセント光が界面に添って
対向して伝播する。その時、波数ベクトルkeは、光波長
をλとすると次の(数1)であらわされる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the case of degenerate four-wave mixing, one laser beam may be split into three, so that a simple and inexpensive device configuration can be realized. Since this is the most basic configuration, the method of the present invention in this case will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 shows an interface between a prism having a refractive index of np and a sample having a refractive index of ns. The signal light of four-wave mixing is emitted in a direction in which phase matching can be obtained. If the k vectors of the two lights are made to face each other and another light is made incident on the two vectors at a certain angle, the signal light propagates in the opposite direction on the axis of the third light. At this time, the two lights may be evanescent lights. That is, as shown in FIG.
And two beams of beam 2 are incident at incident angles t1 and -t1, when t1 is greater than the critical angle for total reflection, the two lights are totally reflected and the two evanescent lights face each other along the interface. To propagate. At this time, the wave vector ke is represented by the following (Equation 1), where λ is the light wavelength.

【0010】[0010]

【数1】 (Equation 1)

【0011】縮退4光波混合の場合は、波長が同じなの
で、同じ大きさの入射角(但し、符号は違える)で2つ
の光をプリズムに入射させて全反射させれば、対向する
同じ大きさの波数ベクトルk1、k2を有するエバネッ
セント光となる。ここに、3つめの光3を入射角t3で
入射すると、t3の方向に信号光sが放射される。実際
には、試料側にも位相整合のとれる方向が存在するが、
粉末試料を用いた場合は、他の光の散乱が大きいので、
これを分離して観測するのは難しいので、プリズム側に
放射される信号光を観測するほうがよい。良質な膜試料
等では、このかぎりではない。図1の配置では、ビーム
1と3により試料内に生じた屈折率の干渉縞によってビ
ーム2が回折されたものが信号光として観測される。ビ
ーム1と2をエバネッセント光としているので、前述の
とおりその波数ベクトルはプリズムと試料の界面に平行
であるから、ビーム3の波数ベクトルはこれに0と90
度以外の角度で入射しないと回折は生じない。よってビ
ーム3はエバネッセント光であってはならないので、t
3は、全反射臨界角より小さくする必要がある。但し、
これ以外の配置たとえば後述する実施例4の場合など
は、すべての光が全反射するほうが良い場合もある。
In the case of degenerate four-wave mixing, since the wavelengths are the same, if two lights are incident on the prism at the same incident angle (however, the signs are different) and are totally reflected, the opposite light of the same size is obtained. Evanescent light having the following wave number vectors k1 and k2. Here, when the third light 3 is incident at an incident angle t3, the signal light s is emitted in the direction of t3. Actually, there is a direction in which phase matching can be obtained on the sample side,
When a powder sample is used, the scattering of other light is large,
Since it is difficult to observe this separately, it is better to observe the signal light emitted to the prism side. This is not the case with a high-quality film sample or the like. In the arrangement shown in FIG. 1, a beam 2 diffracted by the interference fringes of the refractive index generated in the sample by the beams 1 and 3 is observed as signal light. Since the beams 1 and 2 are evanescent light, their wave vectors are parallel to the interface between the prism and the sample as described above.
No diffraction occurs unless incident at an angle other than degrees. Therefore, since beam 3 must not be evanescent light, t 3
3 needs to be smaller than the critical angle for total reflection. However,
In other arrangements, such as the case of Example 4 described later, it may be better to totally reflect all light.

【0012】また、入射光の波長を変えることで、非縮
退4光波混合となり、3次非線形感受率の波長特性も測
定できる。この場合には、信号光の放射される方向は、
位相整合の取れる方向であり、入射角と波長により容易
に計算できるので、その位置に受光系を配置するように
すればよい。
Also, by changing the wavelength of the incident light, non-degenerate four-wave mixing is achieved, and the wavelength characteristics of the third-order nonlinear susceptibility can be measured. In this case, the direction in which the signal light is emitted is
Since this is a direction in which phase matching can be obtained and can be easily calculated based on the incident angle and the wavelength, a light receiving system may be arranged at that position.

【0013】特別な場合として、2つの光の波長を同じ
にし、もう1つの光の波長を掃引すれば、波長差が試料
の振動エネルギーに共鳴したところで信号強度が強くな
ったり、偏光が変化するという現象がある。これらがコ
ヒーレントラマンであり、ラマンスペクトルの測定に使
用されているが、本発明の方法でも、ラマンスペクトル
の測定が可能であり、粉末試料測定や膜試料の厚み方向
の分布測定に有効である。
As a special case, if the wavelengths of the two lights are made the same and the wavelength of the other light is swept, the signal intensity increases or the polarization changes when the wavelength difference resonates with the vibration energy of the sample. There is a phenomenon. These are coherent traman and are used for measurement of Raman spectrum. The method of the present invention can also measure Raman spectrum and is effective for measurement of powder sample and distribution of film sample in the thickness direction.

【0014】本発明の方法を実現する装置としては、全
反射を生じさせるための高屈折率プリズムとそのプリズ
ムに試料を密着させるための機構が必要である。
An apparatus for realizing the method of the present invention requires a high refractive index prism for generating total reflection and a mechanism for bringing a sample into close contact with the prism.

【0015】プリズムには、全反射させるべき光の波長
で試料より屈折率が高く、関与するすべての光波長で透
明な材料のものを選ぶ。プリズムは、半球形あるいは半
円柱形にしておき、中心を通るように光を入射させれ
ば、屈折のため入射角が変わったり、試料の照射位置が
変わったりすることがないので、入射角を変化させる場
合に便利である。試料をプリズムに粉末試料を密着させ
るには、粉末を穴の開いたセルにいれ、片方からねじで
プリズムに押し付ける。このとき、ねじにかけるトルク
を調節することにより、押し付け具合を制御することが
でき、結果の再現性を向上させることが可能となる。膜
試料の場合、プリズムに直接塗布するか、あるいは基板
をプリズムの代わりにしてもよい。
For the prism, a material having a higher refractive index than the sample at the wavelength of the light to be totally reflected and transparent at all the light wavelengths involved is selected. The prism should be hemispherical or semi-cylindrical, and if the light is allowed to pass through the center, the angle of incidence will not change due to refraction and the irradiation position of the sample will not change. Useful for changing. In order to make the powder sample adhere to the prism, the powder is placed in a cell with a hole, and one side is pressed against the prism with a screw. At this time, by adjusting the torque applied to the screw, the degree of pressing can be controlled, and the reproducibility of the result can be improved. In the case of a film sample, it may be applied directly to the prism, or the substrate may be used instead of the prism.

【0016】入射光は、空中伝播光を用いてもよいが、
光ファイバを用いてプリズム直前まで導く方が、入射角
を調節するのに便利であり、装置をコンパクトにするこ
とができる。非線形感受率のテンソル成分を求めるため
には、各々の入射光の偏光を制御し、信号光の偏光解析
を行えばよい。これには、波長板と偏光子、検光子を用
いる通常の方法を組み合わせればよい。
The incident light may be airborne light,
It is more convenient to control the incident angle by guiding the light to just before the prism using an optical fiber, and the apparatus can be made compact. In order to determine the tensor component of the nonlinear susceptibility, the polarization of each incident light may be controlled and the polarization analysis of the signal light may be performed. This can be achieved by combining a normal method using a wave plate, a polarizer, and an analyzer.

【0017】非縮退4光波混合で非線形感受率の波長特
性を測定するには、3つの入射光が波長可変である必要
があるので、3つの波長可変レーザを用意する。ラマン
スペクトルを得るためには、3つの入射光のうち2つは
同じ波長でよいので、レーザは2つでよいが、少なくと
も1つは波長可変である必要がある。縮退4光波混合の
場合は、必要なレーザは1つであるが、これが波長可変
ならば、縮退4光波混合に寄与する非線形感受率の波長
分散を測定できる。
In order to measure the wavelength characteristics of the non-linear susceptibility by non-degenerate four-wave mixing, three wavelength-variable lasers are prepared because three incident lights need to be variable in wavelength. In order to obtain a Raman spectrum, two out of three incident lights may have the same wavelength, so that only two lasers are required, but at least one needs to be tunable. In the case of degenerate four-wave mixing, one laser is required, but if this is tunable, the chromatic dispersion of the nonlinear susceptibility that contributes to degenerate four-wave mixing can be measured.

【0018】更に、非線形感受率は時間の関数であり、
吸収領域では、励起状態の寿命やキャリヤの拡散速度等
により決まる。これらを測定することは、物理的に意味
があるだけでなく、実際の素子へ応用した場合の応答速
度に関与するために重要である。これを測定するために
は、3つの入射光のうち少なくとも1つをパルスレーザ
として、信号光を時間分解解析すればよい。オシロスコ
ープやボックスカー積算器のような電気的方法を用いて
もよいし、より高速な応答の場合は、光遅延法を用いれ
ばよい。
Further, the non-linear susceptibility is a function of time,
In the absorption region, it is determined by the lifetime of the excited state, the diffusion speed of the carrier, and the like. Measuring these is not only physically meaningful, but also important because it contributes to the response speed when applied to actual devices. In order to measure this, the signal light may be time-resolved and analyzed using at least one of the three incident lights as a pulse laser. An electrical method such as an oscilloscope or a boxcar integrator may be used, and for a faster response, an optical delay method may be used.

【0019】本発明の重要な点は、すくなくとも一つの
光を全反射せしめるところにある。よって、全反射臨界
角を同時に測定できるようにしておくことは、便利であ
ると同時に重要である。入射角を変化させながら反射率
を測定すれば、全反射臨界角を知ることができる。プリ
ズムの屈折率と全反射臨界角より、試料の屈折率を求め
ることができる。この測定と上記非線形感受率の測定の
装置構成は殆ど同じなので、光検出器を追加すればこれ
が実現でき、自動化も容易である。励起用レーザビーム
をそのまま使うことができるため、3次非線形感受率を
測定する時と試料の同じ測定部分を同じ状態で測定でき
るという効果がある。
An important point of the present invention is that at least one light is totally reflected. Therefore, it is important as well as convenient to be able to measure the total reflection critical angle simultaneously. By measuring the reflectance while changing the incident angle, the critical angle of total reflection can be known. The refractive index of the sample can be determined from the refractive index of the prism and the critical angle for total reflection. Since the device configuration for this measurement and the measurement of the nonlinear susceptibility are almost the same, this can be realized by adding a photodetector, and automation is easy. Since the excitation laser beam can be used as it is, there is an effect that the same measurement portion of the sample can be measured in the same state as when measuring the third-order nonlinear susceptibility.

【0020】(実施例1)本発明の代表的実施例である
縮退4光波混合による測定を図2を用いて説明する。励
起用レーザ1として、QスイッチNd:YAGレーザを用い
た。出射光をビームスプリッタ21と22で3つに分け
る。この時、ビームスプリッタの反射率は21と22で
それぞれ40%、30%とした。分岐された光は、ミラ
ー4で導かれ、レンズ20を通してルチルプリズム6に
入射する。ルチルプリズムは半円柱形でc軸が紙面に垂
直になるように加工している。各光線の偏光を調節する
ために波長板5が配置されている。プリズム6には、試
料セル7に入れられた試料8が、ねじ9により押しつけ
られている。この時、ねじのトルク値は2kgfcmとし
た。この6から9の部品はプリズム底面の真中が中心軸
と一致するように回転台10に配置されている。発生し
た信号光34は、50%反射のビームスプリッタ12に
より光電子増倍管14で受光され、ボックスカー積分器
15で積算される。光電子増倍管の前には偏光解析をす
るための検光子13と、光量調節のためのフィルタ18
が挿入されている。ボックスカー積分器15で積算した
データはコンピュータ16に送り、解析する。全反射臨
界角を測定するために、フォトダーオード40が回転台
41上に配置されている。回転台10と41を駆動する
ドライバー11もコンピュータ16で制御している。本
実施例では、簡単のためすべての光がs偏光の時につい
て記述する。
(Embodiment 1) Measurement by degenerate four-wave mixing which is a typical embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As the excitation laser 1, a Q-switched Nd: YAG laser was used. The emitted light is split into three light beams by the beam splitters 21 and 22. At this time, the reflectivity of the beam splitter was set to 40% and 30% at 21 and 22, respectively. The split light is guided by the mirror 4 and enters the rutile prism 6 through the lens 20. The rutile prism has a semi-cylindrical shape and is processed so that the c-axis is perpendicular to the paper surface. A wave plate 5 is arranged to adjust the polarization of each light beam. A sample 8 placed in a sample cell 7 is pressed against the prism 6 by screws 9. At this time, the torque value of the screw was 2 kgfcm. The components 6 to 9 are arranged on the turntable 10 such that the center of the bottom of the prism coincides with the central axis. The generated signal light 34 is received by the photomultiplier 14 by the 50% -reflecting beam splitter 12 and integrated by the boxcar integrator 15. In front of the photomultiplier tube, an analyzer 13 for analyzing the polarization and a filter 18 for adjusting the light quantity are provided.
Is inserted. The data integrated by the boxcar integrator 15 is sent to a computer 16 for analysis. In order to measure the critical angle for total reflection, a photo diode 40 is arranged on a turntable 41. The driver 11 for driving the turntables 10 and 41 is also controlled by the computer 16. In this embodiment, the case where all the light is s-polarized light will be described for simplicity.

【0021】以下に、装置の調製の手順を説明する。ル
チルプリズムのNd:YAGレーザの発振波長1064 nmにおけ
る屈折率はs偏光については、2.74である。全反射
臨界角は、試料の屈折率によるが、屈折率2.4に対し
ては61.2度となる。透明領域では、ほとんどの物質
の屈折率はこれより小さいので、入射角をこれ以上にす
れば全反射条件を満たすことができる。更に、図3に示
すように、この程度入射角が大きくなるとエバネッセン
ト光の侵入長は、あまり試料の屈折率に寄らなくなる。
ここでは、ビーム31と32の入射角がそれぞれほぼ6
2度と―62度になるように、幾何学的に計算して光学
配置を決定する。その後、シャッター3を閉じて、ビー
ム31以外のビームは遮蔽しておき、回転台10を回転
して、ビーム31のプリズム6の底面からの反射光をア
パーチャー17に戻す。この時、ビーム31はプリズム
底面に対し垂直入射している。この時の回転台の読み角
を基準値0とする。
Hereinafter, the procedure for preparing the apparatus will be described. The refractive index of the rutile prism at the oscillation wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser is 2.74 for s-polarized light. The critical angle for total reflection depends on the refractive index of the sample, but is 61.2 degrees for a refractive index of 2.4. In the transparent region, since the refractive index of most substances is smaller than this, if the incident angle is made larger, the condition of total reflection can be satisfied. Further, as shown in FIG. 3, when the incident angle is increased to such an extent, the penetration length of the evanescent light is not so close to the refractive index of the sample.
Here, the incident angles of the beams 31 and 32 are approximately 6 respectively.
The optical arrangement is determined geometrically to be 2 degrees and -62 degrees. Thereafter, the shutter 3 is closed, beams other than the beam 31 are shielded, and the turntable 10 is rotated to return the beam 31 reflected from the bottom surface of the prism 6 to the aperture 17. At this time, the beam 31 is perpendicularly incident on the prism bottom surface. The reading angle of the turntable at this time is set to the reference value 0.

【0022】ここで、全反射臨界角の測定する方法につ
いて説明する。回転台10を回転させて、ビーム31の
入射角を変えながら、回転台41を回して反射位置にフ
ォトダイオード40を持って行き、その反射光強度を測
定すると図4のようになる。図4は粉末水晶を持ちいた
測定結果であり、実線は次の(数2)を用いてパラメー
タフィッティングしたものである。
Here, a method of measuring the critical angle of total reflection will be described. By rotating the turntable 10 and changing the angle of incidence of the beam 31, the turntable 41 is turned to bring the photodiode 40 to the reflection position, and the reflected light intensity is measured, as shown in FIG. FIG. 4 shows the measurement results with the powdered quartz, and the solid line is obtained by parameter fitting using the following (Equation 2).

【0023】[0023]

【数2】 (Equation 2)

【0024】これより、全反射臨界角がわかり、試料の
屈折率も求まる。図2には描かれていないが、フォトダ
イオード40の前には光強度を調節するためのフィルタ
ーが挿入されている。
From this, the critical angle of total reflection can be determined, and the refractive index of the sample can be determined. Although not shown in FIG. 2, a filter for adjusting light intensity is inserted in front of the photodiode 40.

【0025】次に、3次非線形感受率の測定手順につい
て説明する。まず、回転台41を回して、フォトダイオ
ード40を邪魔にならないような位置、例えば図2の場
合の3時の位置に退避させる。続いてシャッター3を開
いて、ビーム32、33を試料に照射する。ビーム33
の入射角は、全反射臨界角より小さくする。回転台10
を回転して62度近傍で角度を掃引して、信号強度が最
も強くなる角度を探す。この時が、ビーム31と32の
入射角の大きさが丁度等しくなった時であるので、この
時の回転台の角度を読めば、正確な入射角が分かる。全
反射臨界角測定を含め、これらの作業は、コンピュータ
16により自動化している。
Next, the procedure for measuring the third-order nonlinear susceptibility will be described. First, the turntable 41 is turned to retract the photodiode 40 to a position where it does not interfere, for example, the 3 o'clock position in FIG. Subsequently, the shutter 3 is opened, and the beams 32 and 33 are irradiated on the sample. Beam 33
Is smaller than the critical angle for total reflection. Turntable 10
Is rotated to sweep the angle in the vicinity of 62 degrees to search for an angle at which the signal intensity is the strongest. Since this time is when the incident angles of the beams 31 and 32 are just equal, the angle of the turntable at this time can be read to find the exact incident angle. These operations, including the critical angle of total reflection measurement, are automated by the computer 16.

【0026】図5に、試料としてフタロシアニン粉末に
ついて測定した結果を示す。横軸は、回転台の読み角で
あり、縦軸は信号光強度を示す。入射角が62.8度の
ところで、位相整合がとれて、ピークが観測される。そ
れ以外の角度のところでも光強度が0でないのは、プリ
ズムの入射面からの反射光や波長板からの反射光、なら
びに電気系の雑音等である。これを差し引いてピークの
高さを測定し、標準試料と比較すれば、3次非線形感受
率が求まる。
FIG. 5 shows the results of measurements on a phthalocyanine powder as a sample. The horizontal axis indicates the reading angle of the turntable, and the vertical axis indicates the signal light intensity. At an incident angle of 62.8 degrees, phase matching is achieved and a peak is observed. The light intensity that is not 0 even at other angles is reflected light from the incident surface of the prism, reflected light from the wave plate, and noise in the electrical system. By subtracting this, the peak height is measured and compared with a standard sample to determine the third-order nonlinear susceptibility.

【0027】レーザ1として、色素レーザ、半導体レー
ザ、チタンサファイヤレーザ、カラーセンターレーザ、
光パラメトリック発振器などの、波長可変レーザを用い
れば、3次非線形感受率の波長分散を求めることができ
る。波長を変化させると、プリズムと試料の屈折率が異
なるので、エバネッセント光侵入長も変化するので、こ
れは、計算機で解析時に補正している。また、ビーム3
2を別のレーザ光源から得るようにし、ビーム31と3
3を波長可変にすることで、2つの波長が関与する3次
非線形感受率の測定が可能となる。これは、ラマンスペ
クトル測定や、ある光で別の波長の光をスイッチングす
るような素子に応用できるような材料評価に有用であ
る。
As the laser 1, a dye laser, a semiconductor laser, a titanium sapphire laser, a color center laser,
If a tunable laser such as an optical parametric oscillator is used, the chromatic dispersion of the third-order nonlinear susceptibility can be obtained. When the wavelength is changed, the refractive index between the prism and the sample is different, and the evanescent light penetration length is also changed. This is corrected by a computer at the time of analysis. Beam 3
2 from another laser source and beams 31 and 3
By making 3 a wavelength variable, it becomes possible to measure a third-order nonlinear susceptibility involving two wavelengths. This is useful for Raman spectrum measurement and material evaluation that can be applied to an element in which certain light switches light of another wavelength.

【0028】ここでは、レーザ光は空中伝播させたが、
光ファイバを用いて導くようにすれば、装置もコンパク
トになり、取り扱いも容易になる。
Here, the laser light is propagated in the air,
If the optical fiber is used for guiding, the device becomes compact and the handling becomes easy.

【0029】(実施例2)図6を用いて、本発明の別の
実施例について説明する。装置構成は、ほぼ図2と同じ
であるが、ビーム231と232を光ファイバ201、
202を用いて導いている。光ファイバ201、202
には、先端にレンズが付けてあり、ビームがプリズム内
で平行光となるように調製されている。尚、レーザ光強
度が弱い場合や試料の非線形性が小さい場合には、試料
表面でビームが集光されるように調節してもよい。これ
らの先端部はの2つの回転台211と212上に固定さ
れ、独立に入射角を調節できるようにした。尚、回転台
211と212の回転軸は回転台10と41と同軸にな
っている。また、ファイバ201と212の長さは、ビ
ーム231と232の光路長が同じになるように調節し
た。ここでは、ファイバの長さが短いので、通常のファ
イバを用いたが、偏波面保存ファイバを用いれは、より
高精度な偏光解析測定ができる。
(Embodiment 2) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device configuration is almost the same as that of FIG. 2, except that the beams 231 and 232 are
Guided using 202. Optical fibers 201, 202
Is equipped with a lens at the tip and is adjusted so that the beam becomes parallel light in the prism. When the intensity of the laser beam is weak or the nonlinearity of the sample is small, adjustment may be made so that the beam is focused on the surface of the sample. These tips are fixed on the two rotating tables 211 and 212 so that the incident angle can be adjusted independently. The rotation axes of the rotary tables 211 and 212 are coaxial with the rotary tables 10 and 41. The lengths of the fibers 201 and 212 were adjusted so that the optical path lengths of the beams 231 and 232 were the same. Here, since the length of the fiber is short, a normal fiber is used. However, if a polarization-maintaining fiber is used, more accurate polarization analysis measurement can be performed.

【0030】実施例1の構成は、可動部分も少なく、部
品も少なくできるという効果はあるが、反面、ビームの
入射角を変えるのが難しい。そのため、試料の屈折率に
よって、または、レーザの波長によってエバネッセント
光の侵入長が変わるため、結果の精度が悪くなる。本実
施例の装置構成にした場合、ビーム231と232の入
射角を変えられるので、常に同じ侵入長にするように調
節できる。或いは、非線形感受率が小さい試料の場合に
は、ビーム231と232の入射角を小さくしてエバネ
ッセント光の侵入長を大きくすることで、大きな信号強
度を得ることができるようになり、SN比を改善でき
る。更に、エバネッセント光の侵入長が変えられるの
で、試料の深さ方向の非線形感受率のプロファイルを測
定することも可能となる。更に、非線形感受率の波長特
性を取るために、3つの光の波長を変えた場合には、ビ
ーム3もファイバを用いて同様に入射角を調節できるよ
うにして、3つのビームの入射角を独立に調節して、信
号光の放射される方向を常に光検出器の方向にすること
ができる。これらの入射角は、位相整合条件から容易に
計算でき、回転台がコンピュータ制御されているため、
自動調節可能である。
The structure of the first embodiment has the effect of reducing the number of movable parts and the number of parts, but it is difficult to change the incident angle of the beam. Therefore, since the penetration length of the evanescent light changes depending on the refractive index of the sample or the wavelength of the laser, the accuracy of the result is deteriorated. In the case of the device configuration of the present embodiment, the incident angles of the beams 231 and 232 can be changed, so that the beam 231 and the beam 232 can always be adjusted to have the same penetration length. Alternatively, in the case of a sample having a small nonlinear susceptibility, a large signal intensity can be obtained by reducing the incident angle of the beams 231 and 232 to increase the penetration length of the evanescent light. Can be improved. Further, since the penetration length of the evanescent light can be changed, it is possible to measure the profile of the nonlinear susceptibility in the depth direction of the sample. Further, when the wavelengths of the three lights are changed to obtain the wavelength characteristic of the nonlinear susceptibility, the incident angle of the beam 3 can be similarly adjusted using a fiber so that the incident angles of the three beams are changed. By independent adjustment, the direction in which the signal light is emitted can always be in the direction of the photodetector. These angles of incidence can be easily calculated from the phase matching conditions and the turntable is computer controlled,
Automatically adjustable.

【0031】(実施例3)図7を用いて、本発明の時間
分解測定への適用の実施例について説明する。装置構成
は図2とほぼ同じであり、励起用レーザとして、パルス
幅10psのモードロックYAGレーザ300で励起した色
素レーザ301を用いた。QスイッチNd:YAGレーザの場
合は、パルス幅は10nsであったので、距離に換算する
と3mに相当するので、3つの光のパルスを試料表面で
時間的に重ねる事は容易であった。しかし、10psの場
合は、3mmしかないので、3つの光の光路長を等しくす
るために、光遅延路311、312、313を用いてい
る。実施例1と同様にして回転台10を位相整合の丁度
とれる位置に設定し、どれか一つの遅延時間を変化させ
て、それによる信号の変化を測定すれば、非線形感受率
の時間変化を観察できる。ここでは実施例1の構成とし
たが、実施例2と同様の構成としても良い。また、フェ
ムト秒レーザを用いることにより、より時間分解能の高
い測定も可能となる。逆に、もっと遅い現象を観察する
なら、信号の時間変化をオシロスコープやボックスカー
積分器などの電気的手法を用いて測定でき、この場合に
はビーム331は連続光とする。図8に、レーザ色素に
ローダミン6Gを用いて、600nmのレーザ光を発振さ
せ、図7の構成で測定したフタロシアニン蒸着膜の3次
非線形感受率の時間特性を示す。
(Embodiment 3) An embodiment in which the present invention is applied to time-resolved measurement will be described with reference to FIG. The apparatus configuration is almost the same as that of FIG. 2, and a dye laser 301 excited by a mode-locked YAG laser 300 having a pulse width of 10 ps was used as an excitation laser. In the case of the Q-switched Nd: YAG laser, the pulse width was 10 ns, which was equivalent to 3 m in terms of distance, so that it was easy to temporally overlap three light pulses on the sample surface. However, in the case of 10 ps, since there is only 3 mm, the optical delay paths 311, 312, and 313 are used to equalize the optical path lengths of the three lights. When the turntable 10 is set to a position where phase matching can be obtained just as in the first embodiment, any one of the delay times is changed, and a change in the signal due to the change is measured. it can. Here, the configuration of the first embodiment is used, but a configuration similar to that of the second embodiment may be used. Further, by using a femtosecond laser, measurement with higher time resolution is possible. Conversely, if a slower phenomenon is observed, the time change of the signal can be measured using an electrical method such as an oscilloscope or a boxcar integrator. In this case, the beam 331 is continuous light. FIG. 8 shows the time characteristic of the third-order nonlinear susceptibility of the phthalocyanine vapor-deposited film measured with the configuration of FIG. 7 by oscillating a laser beam of 600 nm using rhodamine 6G as the laser dye.

【0032】(実施例4)図9を用いて、本発明のラマ
ン分光装置への適用の実施例について説明する。ここで
は、アルゴンレーザ励起の周波数ω1の連続発振色素レ
ーザ401と、窒素レーザ励起の周波数ω2のナノ秒パ
ルスの色素レーザ402を用いた。2つの光431と4
32を図のようにプリズムに入射させる。この場合はビ
ームは2つしかないが、ビーム432が2つの光の役目
をする。ここでは、試料内での光の重なりが一番大きく
なるように、両方のビームを全反射させている。受光器
404はビーム431の正反射の位置に置き、その強度
を測定する。受光器404としてシリコンフォトダイオ
ードを用いた。ω2の光の散乱を除くために、アパーチ
ャ403と、ω1のバンドパスフィルター405を受光
器404の前に置いている。色素レーザ402の波長を
掃引すると、試料のラマン周波数が2×ω2―ω1に一
致したときビーム431の強度が増加する。ビーム40
2はパルスであるので、信号もパルスとなる。このパル
スの先頭値をサンプリングオシロスコープを用いて測定
する。これは、いわゆるラマン利得スペクトルである。
同様にして、逆ラマン損失スペクトルも取ることができ
る。
(Embodiment 4) An embodiment in which the present invention is applied to a Raman spectrometer will be described with reference to FIG. Here, a continuous-wave dye laser 401 with a frequency ω1 of argon laser excitation and a nanosecond pulse dye laser 402 with a frequency ω2 of nitrogen laser excitation were used. Two lights 431 and 4
32 is made to enter the prism as shown in the figure. In this case, there are only two beams, but beam 432 serves as two lights. Here, both beams are totally reflected so that the overlap of light in the sample becomes the largest. The light receiver 404 is placed at the position of regular reflection of the beam 431, and measures the intensity. A silicon photodiode was used as the light receiver 404. An aperture 403 and a bandpass filter 405 of ω1 are placed in front of the light receiver 404 to eliminate scattering of light of ω2. When the wavelength of the dye laser 402 is swept, the intensity of the beam 431 increases when the Raman frequency of the sample matches 2 × ω2−ω1. Beam 40
Since 2 is a pulse, the signal is also a pulse. The leading value of this pulse is measured using a sampling oscilloscope. This is a so-called Raman gain spectrum.
Similarly, an inverse Raman loss spectrum can be taken.

【0033】ここでは、レーザ401も波長可変なの
で、試料により適当なω1を選ぶことができるが、安価
な装置とするためには、このレーザは波長可変でなくて
も良い。また、連続発振レーザとパルスレーザを用いて
いるが、両方を連続発振レーザにしたり、両方をパルス
レーザにする方法も知られており、本発明の方法でも同
様に応用できる。さらに、本実施例ではビーム432を
光ファイバ201を用いて導いたが、ビーム431やそ
の反射光、つまり信号光も同様に光ファイバを用いて導
くと、よりコンパクトで使いやすい装置となる。
Since the wavelength of the laser 401 is also variable here, an appropriate ω1 can be selected depending on the sample. However, this laser does not have to be variable in order to obtain an inexpensive device. Although a continuous wave laser and a pulsed laser are used, a method of using both as a continuous wave laser or a method of using both as a pulsed laser is also known, and the method of the present invention can be similarly applied. Further, in the present embodiment, the beam 432 is guided by using the optical fiber 201. However, if the beam 431 and its reflected light, that is, signal light are similarly guided by using an optical fiber, the device becomes more compact and easy to use.

【0034】本実施例はラマン利得法のための装置配置
としたが、同様にして、コヒーレント・アンチストーク
ス・ラマン分光(CARS)やラマン・インデュースド
・カー効果分光(RIKES)などの他のコヒーレント
ラマン分光も行うことができる。
In this embodiment, the arrangement of the apparatus for the Raman gain method is used. Coherent Raman spectroscopy can also be performed.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、今迄測定不可能あるい
は困難であった試料、たとえば粉末試料や、均質な膜質
の作製が困難な膜試料などの3次非線形感受率の簡便な
測定が可能となる。単結晶や良質な膜試料とは異なり、
このような試料ならば容易に準備できるので、数多くの
材料や系統的に合成された材料を評価することができ
る。これにより、材料開発の速度が飛躍的に上がり、ま
た、材料設計の指針を探すこともできる。
According to the present invention, it is possible to easily measure the third-order nonlinear susceptibility of a sample which has been impossible or difficult to measure, for example, a powder sample or a film sample in which it is difficult to produce a uniform film quality. It becomes possible. Unlike single crystals or good quality film samples,
Since such a sample can be easily prepared, a large number of materials and materials synthesized systematically can be evaluated. As a result, the speed of material development is dramatically increased, and a guideline for material design can be found.

【0036】錯体や塩など、分子間の電荷移動により非
線形性が大きくなるような材料では、溶液と固体状態で
電子状態が大きく異なり、溶液を用いた3次非線形感受
率の測定は意味をなさないので、固体状態で測定するこ
とが重要である。このような材料の評価には本発明は特
に有役なものとなる。
In the case of a material such as a complex or a salt in which nonlinearity is increased by charge transfer between molecules, the electronic state greatly differs between a solution and a solid state, and it is meaningless to measure the third-order nonlinear susceptibility using a solution. Therefore, it is important to measure in the solid state. The present invention is particularly useful for evaluating such materials.

【0037】また、試料の深さ方向の非線形感受率の大
きさを測定できるので、膜内の非線形分子の濃度分布な
ども知ることができる。更に、波長可変レーザを用いる
ことにより、3次非線形感受率の波長特性も測定でき、
特別な場合としてラマンスペクトルの測定も可能であ
る。前述の有機材料や生体試料など、散乱の多い試料の
ラマンスペクトル測定は困難であったが、本発明による
とこれが可能となる。
Further, since the magnitude of the non-linear susceptibility in the depth direction of the sample can be measured, the concentration distribution of the non-linear molecules in the film can be known. Further, by using the wavelength tunable laser, the wavelength characteristic of the third-order nonlinear susceptibility can be measured,
As a special case, measurement of the Raman spectrum is also possible. Although Raman spectrum measurement of a sample with much scattering, such as the above-mentioned organic material and biological sample, has been difficult, the present invention makes it possible.

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

【図1】本発明の代用的な原理図。FIG. 1 is an alternative principle diagram of the present invention.

【図2】縮退4光波混合の装置構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for degenerate four-wave mixing.

【図3】ルチルプリズム(np=2.74)と屈折率nの試料
の界面におけるエバネッセント光の侵入長を示す図。
FIG. 3 is a view showing the penetration length of evanescent light at the interface between a rutile prism (np = 2.74) and a sample having a refractive index of n.

【図4】全反射臨界角の測定データを示す図。FIG. 4 is a view showing measurement data of a critical angle of total reflection.

【図5】縮退4光波混合の信号例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a signal example of degenerate four-wave mixing.

【図6】光ファイバを用いた縮退4光波混合の装置構成
図。
FIG. 6 is a configuration diagram of an apparatus for degenerate four-wave mixing using an optical fiber.

【図7】時間分解縮退4光波混合の装置構成図。FIG. 7 is a diagram showing a device configuration of time-resolved degenerate four-wave mixing.

【図8】時間分解縮退4光波混合の信号例を示す図。FIG. 8 is a diagram illustrating a signal example of time-resolved degenerate four-wave mixing.

【図9】ラマン散乱測定の装置構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of an apparatus for Raman scattering measurement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1....レーザ、3....シャッター、4....ミラー、
5....半波長板、6....プリズム、7....試料セル、
8....試料、9....ねじ、10....回転台、11....回
転台駆動回路、12....ビームスプリッタ、13....検
光子、14....受光器、15....ボックスカー積分器、
16....コンピュータ、20....レンズ、21、2
2....ビームスプリッタ、31、32、33....レーザ
ビーム、40....受光器、41....回転台、201、2
02....光ファイバー、211、212....回転台、2
31、232....レーザビーム、300....モードロッ
クNd:YAGレーザ、301....色素レーザ、311、31
2、313....光遅延器、401....アルゴンレーザ励
起CW色素レーザ、402....窒素レーザ励起色素レー
ザ、403....アパーチャ、404....受光器、40
5....バンドパスフィルタ、431、432....レーザ
ビーム。
1 ... Laser, 3 ... Shutter, 4 ... Mirror,
5. Half-wave plate, 6 ... Prism, 7 ... Sample cell,
8. Sample, 9. Screw, 10 Turntable, 11. Turntable drive circuit, 12. Beam splitter, 13 Analyzer, 14. ... receiver, 15 ... boxcar integrator,
16. Computer, 20. Lens, 21, 2
2 .... Beam splitter, 31, 32, 33 ... Laser beam, 40 ... Receiver, 41 ... Turn table, 201, 2
02 .... optical fiber, 211, 212 ... turntable, 2
31, 232: laser beam, 300: mode-locked Nd: YAG laser, 301: dye laser, 311, 31
2, 313 ... optical delay device, 401 ... argon laser excited CW dye laser, 402 ... nitrogen laser excited dye laser, 403 ... aperture, 404 ... light receiver, 40
5. Bandpass filters, 431, 432 ... laser beams.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プリズムもしくは基板に被測定試料を密着
させ、3つのレーザ光を用いて、被測定試料内で4光波
混合を行う際に、すくなくとも1つの光をプリズムもし
くは基板内で全反射せしめ、試料より発生する光の偏
光、強度を測定することにより、試料の3次非線形感受
率を測定する3次非線形感受率測定方法。
1. A sample to be measured is brought into close contact with a prism or a substrate, and at the time of performing four-wave mixing in the sample to be measured using three laser beams, at least one light is totally reflected in the prism or the substrate. A third-order nonlinear susceptibility measuring method for measuring the third-order nonlinear susceptibility of a sample by measuring the polarization and intensity of light generated from the sample.
【請求項2】入射する3つの光の偏光方向を各々変える
ことで、試料の3次非線形感受率のテンソル成分を測定
することを特徴とする請求項1記載の3次非線形感受率
測定方法。
2. The method according to claim 1, wherein the tensor component of the third-order nonlinear susceptibility of the sample is measured by changing the polarization directions of the three incident lights.
【請求項3】一つの光源を3つに分岐し、2つの光の入
射角を全反射臨界角以上で、符号が異なり同じ大きさと
し、3つめの光の入射角を全反射臨界角未満とし、縮退
4光波混合を行い、3つめの光の軸上に反対方向に放射
される信号光を観測することを特徴とする請求項1又は
2記載の3次非線形感受率測定方法。
3. A single light source is branched into three light beams, the incident angles of the two light beams are equal to or greater than the critical angle for total reflection, the signs are the same, and the signs are the same. 3. The method for measuring a third-order nonlinear susceptibility according to claim 1, wherein degenerate four-wave mixing is performed, and signal light emitted in the opposite direction on the axis of the third light is observed.
【請求項4】光源波長を同時に変えることで、試料の3
次非線形感受率の波長分散を測定することを特徴とする
請求項3記載の3次非線形感受率測定方法。
4. Simultaneously changing the wavelength of the light source to obtain a 3
4. The method of measuring a third-order nonlinear susceptibility according to claim 3, wherein the chromatic dispersion of the second-order nonlinear susceptibility is measured.
【請求項5】入射する3つの光の波長を各々変えること
で、試料の3次非線形感受率の波長特性を測定すること
を特徴とする請求項1又は2記載の3次非線形感受率測
定方法。
5. The method of measuring a third-order nonlinear susceptibility according to claim 1, wherein the wavelength characteristics of the third-order nonlinear susceptibility of the sample are measured by respectively changing the wavelengths of the three incident lights. .
【請求項6】入射する2つの光の波長を同じにし、当該
波長か或いはもう1つの光の波長のどちらかを掃引する
ことで、試料のラマンスペクトルを測定することを特徴
とする請求項1又は2記載の3次非線形感受率測定方
法。
6. The Raman spectrum of a sample is measured by setting the wavelengths of two incident lights to be the same, and sweeping either the wavelength or the wavelength of another light. Or the third-order nonlinear susceptibility measuring method according to 2.
【請求項7】3つの光のうち少なくとも1つをパルス光
とし、光遅延器あるいは電気的手法を用いて、信号光の
時間分解測定を行うことにより、非線形感受率の時間応
答特性を測定することを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれかに記載の3次非線形感受率測定方法。
7. A time response characteristic of a non-linear susceptibility is measured by performing time-resolved measurement of a signal light by using at least one of the three lights as a pulse light and using an optical delay unit or an electrical method. The method of measuring a third-order nonlinear susceptibility according to any one of claims 1 to 6, wherein:
【請求項8】3つのレーザ光を得るための1つから3つ
のレーザ光源と、レーザ光の各々の偏光方向を調節する
ための光学系と、レーザ光を全反射せしめるためのプリ
ズムと、試料から発生した信号光の偏光と強度を測定す
る光学系ならびに受光器と、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3次非線形感受率
測定装置。
8. One to three laser light sources for obtaining three laser beams, an optical system for adjusting the polarization direction of each of the laser beams, a prism for totally reflecting the laser beams, and a sample. A third-order non-linear susceptibility measurement device comprising an optical system and a light receiver for measuring the polarization and intensity of the signal light generated from the light receiver, and an analyzer for processing and analyzing the electric signal from the light receiver.
【請求項9】少なくとも1つのレーザ光をファイバ−を
用いて導く機構を有し、光ファイバーおよびプリズムが
回転台上に配置され、レーザ光のプリズムに対する入射
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8記載の3次非線形感受率測定装置。
9. A system for guiding at least one laser beam using a fiber, wherein an optical fiber and a prism are arranged on a turntable so that an incident angle of the laser beam with respect to the prism can be adjusted independently. 9. The third-order nonlinear susceptibility measuring device according to claim 8, wherein:
【請求項10】1つのレーザ光源からのレーザ光を3つ
に分岐するか、または2つのレーザ光源の片方のレーザ
光を2つに分岐し、前者の3つの内2つのビームか、ま
たは後者の分岐した2つのビームの入射角をプリズムと
試料の界面に垂直な面に対して対称とするために、プリ
ズムを回転させる調節機構を有することを特徴とする請
求項8又は9記載の3次非線形感受率測定装置。
10. A laser beam from one laser light source is split into three, or one laser light of two laser light sources is split into two, and two of the former three beams or the latter are split. 10. The tertiary beam according to claim 8, further comprising an adjustment mechanism for rotating the prism so that the incident angle of the two split beams is symmetric with respect to a plane perpendicular to the interface between the prism and the sample. Non-linear susceptibility measurement device.
【請求項11】3つのレーザ光のうち少なくとも1方は
波長可変とし、3次非線形感受率の波長特性を測定でき
るようにしたことを特徴とする請求項8乃至10のいず
れかに記載の3次非線形感受率測定装置。
11. The method according to claim 8, wherein at least one of the three laser beams is variable in wavelength so that the wavelength characteristic of the third-order nonlinear susceptibility can be measured. Next-order nonlinear susceptibility measurement device.
【請求項12】半球形あるいは半円柱形のプリズムを用
いることを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記
載の3次非線形感受率測定装置。
12. The third-order nonlinear susceptibility measuring apparatus according to claim 8, wherein a hemispherical or semi-cylindrical prism is used.
【請求項13】入射角を変える機構と反射光強度を測定
する機構を付加し、全反射臨界角を測定できるようにし
たことを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載
の3次非線形感受率測定装置。
13. The tertiary order according to claim 8, wherein a mechanism for changing the incident angle and a mechanism for measuring the intensity of reflected light are added so that the critical angle for total reflection can be measured. Non-linear susceptibility measurement device.
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