JPS5950927B2 - 単調増加位相変調型偏光解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば表面に薄膜のついた反射面の複屈折と
二色性、引張応力を受けている透明体の複屈折、あるい
は砂糖溶液の旋光性等の偏光特性を測定する単調増加位
相変調型偏光解析装置に関する。

（従来の技術） 偏光特性は、その物体に固有の直交する二つの方向に振
動する光波に対して異なる光路長を示し透過光の光振動
成分に位相差を与える複屈折性と、二つの光振動成分を
異なる程度で減衰させる二色性とから成り、これらが共
存する場合と、単独に存在す場合とがある。

光振動の方位を回転させる旋光性は、測定に関しては、
二色性と同等に考えられる。

これら二つの性質を、同時に、あるいは夫々単独に測定
する方法は、従来から種々考えられている。

これらは、直線偏光子によつて光が阻止されるように測
定光学系の偏光特性を補償し、測定対象を光路に入れた
ときと入れないときの補償量の変化から測定対象の偏光
特性を測定することを基本としている。

このためには、光が阻止されたかどうかの、判定が必要
になる。

この判定を行うために、偏光子方位を機械的に振動、ま
たは連続回転させるとか、測定光路中の複屈折を振動的
に変化させるという方法が採られている。

偏光子を連続回転させると偏光方位角が単調増加的に変
化する。

これらのうち、振動的変化を与えることは、機械的方法
だけでなく電気光学的にも行われている。

しかし、複屈折、すなわち二つの光振動成分の位相差を
、単調増加的に変化させる変調は、機械的にも電気的に
も得られていない。（発明の目的） 本発明の主たる目的は、二つの直交直線偏光を発振する
レーザ発振器の前記各偏光の位相差の単調増加的変調を
用いて光電的に偏光特性の測定を行う単調増加位相変調
型偏光解析装置を提供することにある。

（発明の構成） 前記目的を達成するために本発明による第１の単調増加
位相変調型偏光解析装置は、周波数差をもう二つの直交
した偏光成分を発振するレーザ発振器と光電変換素子と
を結ぶ光路中に、レーザ発振光の二つの直線偏光成分の
一つの方位と平行に直線検光子を設置し、偏光特性を測
定する対象をレーザ発振器とこの直線検光子の間に挿入
し、測定対象のもつ複屈折による信号と、二色性または
旋光性によつて生じる信号の振幅を検出して、測定対象
の偏光特性を測定するように構成されている。

前記目的を達成するために本発明による第２の単調増加
位相変調型偏光解析装置は、周波数差をもう二つの直交
した偏光成分を発振するレーザ発振器と光電変換素子と
を結ぶ光路中に、レーザ発振光の二つの直線偏光成分と
４５゜をなす方位に直線検光子を設置し、レーザ発振器
とこの直線検光子の間に複屈折測定対象を挿入したとき
、光電信号の時間変化に生じる位相の変化量から、測定
対象の複屈折を測定するように構成されている。

前記目的を達成するために本発明による第３の単調増加
位相変調型偏光解析装置は、周波数差をもう二つの直交
した偏光成分を発振するレーザ発振器と光電変換素子と
を結ぶ光路中に、１／４波長板と直線検光子を設置し、
これら１／４波長板と直線検光子の間に測定対象を挿入
したときに発生する位相変化を検出することにより測定
対象の旋光性または二色性を測定するように構成されて
いる。実施例 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による第１の単調増加位相変調・型偏光
解析装置の実施例を示すプロツク図である。

図中Ｌは内部鏡型レーザで磁石ＮＳの間に置かれ、管軸
に対して水平から４５゜の方向に横方向の磁場が加えら
れている。このレーザ発振器は前記磁場方向とこれに直
交する方向に振動する二つの直線偏光を発振する。

成分光の振動方位が±４５゜になるように設置されてお
り、これら直線偏光成分は光周波数が異なる。この周波
数差を市とすると位相差が２π市ｔで時間に比例して変
化する。

ＢＲ４５とＢＲ−４５は、振動方向が４５゜、あるいは
一４５゜の偏光成分の一部をとり出すブリユースタ反射
器である。

これらの反射器でとり出された光は、光電変換素子Ｐｈ
４５とＰｈ−４５により光電変換される。

これらの光電信号の比はレーザ管の長さの変化に伴つて
変化するが、レーザ管は、この比を一定に保つよう電動
フアンＭＦにより、風冷制御され安定化されている。Ｂ
ＲＯは振動方向水平の偏光成分の一部をとり出すブリユ
ースタ反射器である。

反射光は光電変換素子ＰｈＯで光電変換され、位相基準
信号をつくる。

ブリユースタ反射器を通過した光は、主軸方向水平の複
屈折性と二色性とをもつ測定対象Ｒ、主軸方向水平の位
相差補償子ＳＢＣ、および方位調節できる直線検光子Ａ
を逐次通過して光電変換素子Ｐｈにより光電変換され、
光電信号をつくる。

基準状態において直線偏光子の方位は、光電信号に含ま
れる交流分が最少になる方位、これは成分光の振動方向
のうちの一つであり、約４５゜に設定される。測定対象
を光路中に設置したときにあられれる周波数市の交番光
電信号は試料の位相性複屈折により生じる信号と振幅性
複屈折により生じる信号とで電気的位相が９０゜異なる
。

これらを同期整流器ＲＥＣｌ，ＲＥＣ２により分離する
。すなわち位相基準信号と同相の成分は二色性の測度と
して指示するかこの信号成分を零とするように検光子Ａ
の方位調整にフイードバツクし、直交成分は複屈折性の
測度として指示するかこの成分を零とするように位相補
償子ＳＢＣの補償量調整にフイードバツクする。

測定対象の複屈折と二色性との値は位相基準信号と同相
の信号と直交位相の信号との値から、あるいはこれらの
信号を零とするように行つた偏光補償の補償量から求め
られる他、光電信号そのものの波形を解析しても求めら
れる。

次に周波数電気的信号に含まれる直交位相成分を分離す
るために必要な、基準位相の信号のとり出しかたの具体
例を説明する。

第２図は、バツクビームを用いた基準位相の信．号の取
り出し部を示す斜視図である。

第２図では、レーザ管Ｌの高反射側反射鏡から射出する
光を１／４波長板Ｑにより状態変換し、２つのブリユー
スタ反射器を直列に組合せた偏光成分分離器Ｗにより４
５゜の相対関係にある直線偏光．の対をとり出し、Ｐｈ
．とＰｈ４５とにより光電変換して位相基準とこれに直
交した補助位相基準信号を得る。

Ｐはレーザ反射鏡の外面に接合された角度の小さいプリ
ズムで、反射鏡内部の光の干渉による信号の変化を防止
する作用をもつ。

第３図は測定系に入る以前の基準状態から基準位相の信
号をとり出す部分を示す射視図である。

測定光路の光源直後の部分において、１／４波長板Ｑ。
により測定光の状態を変換し、４５゜の相対．関係にあ
るブリユースタ反射器ＢＲＯとＢＲ４５とで４５゜関係
にある直線偏光成分をとり出して光電変換し位相基準と
補助位相基準信号を得た後、１／４波長板Ｑ９Ｏにより
測定光の状態をもとにもどして測定光路に送り出す。各
素子をあられす記号の脚数字はその素子の基準方位に対
する方位角を度であられした値である。

第４図は本発明による第２の単調増加位相変調型偏光解
析装置の実施例を示すプロツク図であ．る。

光源部分は第１図に点線で囲んで示された部分と同一で
、射出光の振動状態を矢印で示した以外、図から省略さ
れている。ＢＲ。

は測定光から水平偏光成分の一部をとり出す反射鏡であ
る。反射光はＰｈ．により光電変換さ．れ位相基準信号
をつくる。必要ならばこれに直交方向の反射器から得ら
れる信号を逆位相に加え、信号のＳ／Ｎを改善すること
もできる。Ｒ△は複屈折性の測定対象でその主軸方位は
４５゜に設定されている。

Ａ。は直線検光子でその方位は水平に設定されている。
測定対象および直線検光子を通過した光はＰｈで光電変
換されて光電信号をつくる。測定対象の複屈折量は基準
状態に対する光電信号の位相差として求められる。この
値はオシロスコープＳＣＰに直接示されるか位相差計Ｐ
ＨＭに呈示される他、測定光路に複屈折位相補償子を挿
入し光電信号の位相を基準状態にもどし、このとき加え
た複屈折補償量から求められる。第５図は本発明による
第３の単調増加位相変調型偏光解析装置の実施例を示す
プロツク図である。

光源部分はこれから射出される光を矢印で示した以外、
図から省略されている。測定光は１／４波長板Ｑ。によ
り状態変換される。ＢＲ。

はこの光から水平偏光成分の一部をとり出すブリユース
タ反射光である。反射光はＰｈＯにより光電変換され位
相基準信号をつ＜る。Ｔθは旋光性の測定対象である。

測定対象および直線検光子Ａ。を通過した光は、Ｐｈに
より光電変換されて光電信号をつくる。測定対象の旋光
角は、基準状態に対する光電信号の位相として求められ
る。この値はオシロスコープＳＣＰに直接示されるか位
相差計ＰＨＭに提示される他、位相基準信号をつくるブ
リユースタ反射器と光電変換素子を一体として方位回転
させ光電信号の相対位相を補償して測定される。次に前
記実施例装置の光学的特性について説明する。

第１図右側の点線で囲まれたレーザ発振器は横磁場とレ
ーザ管の長さの制御によつて、次の性質をもつた光を発
振する。

Ａ．±４５”の二つの直線偏光成分からなる。

ｌ）．二つの偏光成分の光周波数差ルは、数１００ＫＩ
ｔである。Ｃ．発振波長および二つの偏光成分の周波数
差は安定化されている。

第６図は、本発明による前記各装置の動作を説明するた
めのグラフである。

Ａ，ｂ，ｃの性質を持つた光は第６図第１行の図に示さ
れるような、主軸方向が水平、垂直に保たれ楕円率が時
間とともに変化する光である。

水平直線偏光成分を光電変換した位相基準信号の変化は
、第２行の図に示されるように、時刻ｔ＝０、または（
１／２）τで極値となる。但しτはこの信号の一周期時
間である。

光路中に測定対象が設置されていない基準状態で方位４
５゜の直線偏光子を通り光電変換された出力は、第３行
の図に示されるように定常で、時間的変化はない。

しかし、光路に測定対象が設置され、その光学的性質が
主軸方向±４５゜の二色性、あるいは旋光性である場合
、これを通過した光の偏光状態は第４行上段の図のよう
に方位が回転し光電出力に周期的変化を生じる。

この変化は、第２行の図に示された信号と同位相である
。

また、測定対象が複屈折性であるとき、これを通過した
光の状態変化は、第５行上段の図のように、測定対象が
ない場合に円偏光となる時刻ｔ＝（１／４）τの時に最
も大きく、光電出力は、位相基準に対しπ／２の位相関
係で変化する。

したがつて、複屈折と二色性あるいは旋光性との両方を
持つ測定対象の場合には夫々に対応した信号出力が重複
して得られる。

これを位相基準信号に対して同期整流すれば、二つの信
号成分を分離することができて複屈折性と二色性とを同
時に測定できる。

前記第２の単調増加位相変調型偏光解析装置においては
、直線検光子が水平方位に設定されているから、測定対
象のない場合の光電信号は、位相基準信号と同相である
。

゜今光路中に複屈折性の測定対象が
、主軸方位４５を保つて設置されれば、これを通過した
光は、第６行上段の図のように、第１行の図の変化を時
間変化方向へずらしたものとなり、これに伴つて光電信
号の位相が変化する。したがつて第６行下段の図に示さ
れるように測定対象の複屈折量が位相基準信号に対する
光電信号出力の相対位相から．直読できる。前記第３の
単調増加位相変調型偏光解析装置においては、第５図右
側の１／４波長板により、これを通つた後の偏光状態が
第１行の図の変化から、第７行上段の図の変化、すなわ
ち直線偏光方位の．連続回転に変換される。

したがつて測定光路に旋光性または二色性の測定対象が
設置されれば、光電信号の位相が変化し、この変化量か
ら旋光角または、二色性の量が求められる。（発明の効
果） 以上詳しく説明したように本発明によれば、これまで不
可能であつた高速の単調増加位相変調を利用した結果、
高速高感度の偏光測定が可能となる。

また本発明による複屈折測定装置は直交直線偏光を発振
するレーザ光の偏光特性を利用しているから、測定光学
系に用いる偏光プリズムは１ケだけで一般の偏光特性を
測定することができる。

なお、普通は偏光子と検光子の一組が必要である。また
、光源の輝度が高く指向性が高いから、信号対雑音比お
よび光束の平行化において通常の光源を用いた方法に比
べて有利であり高精度化の可能性がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による第１の単調増加位相変調型偏光解
析装置の実施例を示すプロツク図である。 第２図は、バツタビームを用いた基準位相の信号の取り
出し部を示す斜視図である。第３図は測定系に入る以前
の基準状態から基準位相の信号をとり出す部分を示す斜
視図である。第４図は本発明による第２の単調増加位相
変調型偏光解析装置の実施例を示すプロツク図である。
第５図は本発明による第３の単調増加位相変調型偏光解
析装置の実施例を示すプロツク図である。第６図は、本
発明による前記各装置の動作を説明するためのグラフで
ある。Ｌ・・・・・・内部鏡型レーザ、ＮＳ・・・・・
・永久磁石、ＭＦ・・・・・・電動送風器、ＢＲ±４５
・・・・・・方位角±４５゜のブリユースタ反射器、Ｂ
Ｒ・・・・・・方位角水平ブリュースタ反射器、ＰｈＯ
・・・・・・方位水平の偏光成分の光電変換器、Ｐｈ±
４５・・・・・・方位角±４５゜の偏光成分の光電変換
器、Ｐｈ９Ｏ・・・・・・方位９０゜の偏光成分の光電
変換器、Ｐｈ・・・・・・光電信号用変換器、Ｒ・・・
・・・方位角水平の二色性複屈折測定対象、ＳＢＣ・・
・・・・偏光成分位相差補償子、Ａ・・・・・・直線検
光子、ＡＯ・・・・・・方位角水平の直線検光子、ＲＥ
Ｃｌ，ＲＥＣ２・・・・・・同期整流器、Ｗ・・・・・
・偏光成分分離器、Ｐ・・・・・・楔状プリズム、Ｒ△
・・・・・・複屈折性測定対象、ＳＣＰ・・・・・・オ
シロスコープ、ＰＨＭ・・・・・・位相計、Ｑ・・・・
・・１／４波長板、Ｔθ・・・・・・旋光性測定対象。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数差をもつ二つの直交した偏光成分を発振する
   レーザ発振器と光電変換素子とを結ぶ光路中に、レーザ
   発振光の二つの直線偏光成分の一つの方位と平行に直線
   検光子を設置し、偏光特性を測定する対象をレーザ発振
   器とこの直線検光子の間に挿入し、測定対象のもつ複屈
   折による信号と、二色性または旋光性によつて生じる信
   号の振幅を検出して、測定対象の偏光特性を測定する単
   調増加位相変調型偏光解析装置。 ２ 周波数差をもつ二つの直交した偏光成分を発振する
   レーザ発振器と光電変換素子とを結ぶ光路中に、レーザ
   発振光の二つの直線偏光成分と４５°をなす方位に直線
   検光子を設置し、レーザ発振器とこの直線検光子の間に
   複屈折測定対象を挿入したとき、光電信号の時間変化に
   生じる位相の変化量から、測定対象の複屈折を測定する
   単調増加位相変調型偏光解析装置。 ３ 周波数差をもつ二つの直交した偏光成分を発振する
   レーザ発振器と光電変換素子とを結ぶ光路中に、１／４
   波長板と直線検光子を設置し、これらの１／４波長板と
   直線検光子の間に測定対象を挿入したときに発生する位
   相変化を検出することにより測定対象の旋光性または二
   色性を測定する単調増加位相変調型偏光解析装置。