JPS6239729A - 光物性測定方法 - Google Patents
光物性測定方法Info
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- JPS6239729A JPS6239729A JP17939885A JP17939885A JPS6239729A JP S6239729 A JPS6239729 A JP S6239729A JP 17939885 A JP17939885 A JP 17939885A JP 17939885 A JP17939885 A JP 17939885A JP S6239729 A JPS6239729 A JP S6239729A
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- Japan
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- light
- probe light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、固体、液体、もしくは気体の物性を光学的に
測定する装置に関するもので、更に詳しくは、試料の種
々の特性分析の２！１ｉｆａとなる光吸収特性の測定装
置に関する。本発明は、特に薄膜、例えば単分子累積膜
の形成に際して、累積すべく液面上に展開された単分子
膜の特性分析等に利用されるものである。
測定する装置に関するもので、更に詳しくは、試料の種
々の特性分析の２！１ｉｆａとなる光吸収特性の測定装
置に関する。本発明は、特に薄膜、例えば単分子累積膜
の形成に際して、累積すべく液面上に展開された単分子
膜の特性分析等に利用されるものである。
［従来の技術］
従来、ある試料の光吸収特性を測定する方法としては、
透過率又は反射率から光吸収特性を求める方法がある。
透過率又は反射率から光吸収特性を求める方法がある。
しかし、試料に光が照射された場合、透過光、反射光の
他に散乱光があり、更に高精度を期すためには光の吸収
成分を直接測定する方法が光吸収特性評価上重要となる
。
他に散乱光があり、更に高精度を期すためには光の吸収
成分を直接測定する方法が光吸収特性評価上重要となる
。
光の吸収成分を直接測定する各種の方法の中の１つとし
て、光熱偏向分光法（ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌＤｅｆ
ｌｅｃｔｉｏｎ ５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ： ＰＤ
Ｊ）と言われる方法がある。このＰＯＳ法は、試料の光
吸収による発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布が
生じて屈折率が変化し、これによってそこに入射する光
が偏向することを利用したものである。即ち、試料の測
定部位に、光吸収されたときに発熱による温度分布を生
じさせて屈折率を変化させる励起光と、これによる偏向
量を測定するためのプローブ光とを照射し、励起光の波
長とプローブ光の偏向量とから試料の光吸収特性を測定
するものである。この方法は、試料と検出系が独立に設
定でき、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発明
の基本原理もこのＰＯ３法による。
て、光熱偏向分光法（ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌＤｅｆ
ｌｅｃｔｉｏｎ ５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ： ＰＤ
Ｊ）と言われる方法がある。このＰＯＳ法は、試料の光
吸収による発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布が
生じて屈折率が変化し、これによってそこに入射する光
が偏向することを利用したものである。即ち、試料の測
定部位に、光吸収されたときに発熱による温度分布を生
じさせて屈折率を変化させる励起光と、これによる偏向
量を測定するためのプローブ光とを照射し、励起光の波
長とプローブ光の偏向量とから試料の光吸収特性を測定
するものである。この方法は、試料と検出系が独立に設
定でき、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発明
の基本原理もこのＰＯ３法による。
第５図は、従来のＰＯ３法の１例を示す構成図である。
同図において、励起光源５１より出射された励起光５２
は、チョッパ５３で断続され、レンズ５４で集束されて
、試料５５に照射される。一方で、プローブ光源５Ｂよ
り出射されたプローブ光５７は、レンズ５８を通り、励
起光５２が照射されている試料５５の被測定部位の表面
に平行に通過して、光位置検出器５Ｂに至り、図中一点
鎖線で示されるように偏向したときの偏向量が測定され
るものである。
は、チョッパ５３で断続され、レンズ５４で集束されて
、試料５５に照射される。一方で、プローブ光源５Ｂよ
り出射されたプローブ光５７は、レンズ５８を通り、励
起光５２が照射されている試料５５の被測定部位の表面
に平行に通過して、光位置検出器５Ｂに至り、図中一点
鎖線で示されるように偏向したときの偏向量が測定され
るものである。
このＰＯ３法の理論的取扱いは、試料内の熱伝導方程式
を解けばよく、偏向角Φとして測定される偏向量は、励
起光強度、屈折率の温度係数（′ｖｎ／２７Ｔ ） 、
プローブ光の通過する領域での温度勾配Ｃ１）ｒ／ｉｘ
）等に比例することになる。試料の光吸収係数の比例
する項は（Ｖ↑／δりに含まれる。また（ａｎ／？Ｔ
）は、試料によっては正負いずれかの値をとり得、この
ことは偏向角も正負両方の場合があることを示している
。
を解けばよく、偏向角Φとして測定される偏向量は、励
起光強度、屈折率の温度係数（′ｖｎ／２７Ｔ ） 、
プローブ光の通過する領域での温度勾配Ｃ１）ｒ／ｉｘ
）等に比例することになる。試料の光吸収係数の比例
する項は（Ｖ↑／δりに含まれる。また（ａｎ／？Ｔ
）は、試料によっては正負いずれかの値をとり得、この
ことは偏向角も正負両方の場合があることを示している
。
ＰＯ３法は、Ｌ記のように、試料の励起光吸収量に応じ
たプローブ光の偏向量を測定するもので、検出器として
は、位置敏感検出器（ＰＳＤ ）を用いることが多い。
たプローブ光の偏向量を測定するもので、検出器として
は、位置敏感検出器（ＰＳＤ ）を用いることが多い。
第６図は、−次元ＰＳＤの構造例を示す縦断面図である
。ｉ６図において、１次元ＰＳＤは、平板状シリコン８
１の表面にＰ層の均一な抵抗層６２を構成し、両辺にそ
れぞれ電極ｘｌ、ｘノが配設され。
。ｉ６図において、１次元ＰＳＤは、平板状シリコン８
１の表面にＰ層の均一な抵抗層６２を構成し、両辺にそ
れぞれ電極ｘｌ、ｘノが配設され。
裏面の８層８３には共通電極ＸＬが配設されている。
第７図は、その動作原理を示す模式図である。
光Ｑの入射位置に対応させた光生成電荷は、そのエネル
ギーに相当する光電流として前記抵抗層６２に達し、そ
の位置Ｐと両端の取り出し電極ＸＩ 。
ギーに相当する光電流として前記抵抗層６２に達し、そ
の位置Ｐと両端の取り出し電極ＸＩ 。
Ｘ２との距離に逆比例して分割され、各電極から出力さ
れる。入射光による光電流を■［とすると、電極ＸＩ、
Ｘ２から出力される電流ＩＸＩ。
れる。入射光による光電流を■［とすると、電極ＸＩ、
Ｘ２から出力される電流ＩＸＩ。
■×２は、
ＩＸＩ＝ ＩＬ ゛ ＲＸ２／ （ＲＸＩ＋ＲＸ
２）ＩＸ２： Ｉｔ ・ ＲＸＩ／ （ＲＸＩ＋
ＲＸ２）となり、ざらにＸｌ−Ｘ２間の抵抗を均一の分
布を保っているので、Ｘｌ−Ｘ２間の抵抗と長さＬとの
間に次の各式が成立する。
２）ＩＸ２： Ｉｔ ・ ＲＸＩ／ （ＲＸＩ＋
ＲＸ２）となり、ざらにＸｌ−Ｘ２間の抵抗を均一の分
布を保っているので、Ｘｌ−Ｘ２間の抵抗と長さＬとの
間に次の各式が成立する。
ＲＸｌ＋ＲＸ２＝Ｌ
ＲＸＩ＝Ｘ
ＲＸ２＝Ｌ−Ｘ
このため、各電極から取り出される信号はＬとＸで表わ
され、 ＩＸＩ＝ ＩＬ ・（Ｌ−Ｘ） ／ＬＩｘ２＝１．−
Ｘ／Ｌ のようになる。即ち、光の入射位こと光強度の情報がＸ
Ｉ、Ｘ２の電極に得られることになる。さらにＩＸＩと
ＩＸ２の和と差をとり、これを位置信号Ｐの、算出デー
タとして が得られ、ｘ＝ＯからＬに対応させて、Ｘ＝０．Ｐ層１ Ｘ＝局 、Ｐ層Ｏ Ｘ＝Ｌ、Ｐ層 −１ のように、光強度の変化に急関係な位置信号を連続的に
得ることができる。
され、 ＩＸＩ＝ ＩＬ ・（Ｌ−Ｘ） ／ＬＩｘ２＝１．−
Ｘ／Ｌ のようになる。即ち、光の入射位こと光強度の情報がＸ
Ｉ、Ｘ２の電極に得られることになる。さらにＩＸＩと
ＩＸ２の和と差をとり、これを位置信号Ｐの、算出デー
タとして が得られ、ｘ＝ＯからＬに対応させて、Ｘ＝０．Ｐ層１ Ｘ＝局 、Ｐ層Ｏ Ｘ＝Ｌ、Ｐ層 −１ のように、光強度の変化に急関係な位置信号を連続的に
得ることができる。
以上は１次元の場合であるが、２次元の位置検出器につ
いても同様に考えることができ、第８図のブロック図で
示される動作回路により位置信号が求められる。ここで
、ＰＳＤの動作原理から、２点以上の光入射がある場合
は、それぞれの光強度に比例して重み付けをされた位置
信号が得られる。また、光束が広がっている場合も、光
強度の重心的な位置信号が得られる。
いても同様に考えることができ、第８図のブロック図で
示される動作回路により位置信号が求められる。ここで
、ＰＳＤの動作原理から、２点以上の光入射がある場合
は、それぞれの光強度に比例して重み付けをされた位置
信号が得られる。また、光束が広がっている場合も、光
強度の重心的な位置信号が得られる。
［発明が解決しようとする問題点］
従来の光物性測定装首では、試料の被測定部位近傍にお
けるプローブ光の光束が、光束中心に関して対称的な強
度分布を有し、中心部分に最大強度が存在するのに対し
て試料を光束幅以内に接近させることができず、プロー
ブ光束の最大強度部分で高感度な測定を行うことが困難
であった。そのため、上記のＰＤＳ装置をそのまま液面
上に展開された薄膜等の超薄膜の測定に適用すると、試
料の膜厚が極めて薄いので、試料に吸収される光の量が
小さく、周囲に生じさせる屈折率変動も小さいのに、こ
れを正確に測定するだけの高感度が得られないことにな
った。
けるプローブ光の光束が、光束中心に関して対称的な強
度分布を有し、中心部分に最大強度が存在するのに対し
て試料を光束幅以内に接近させることができず、プロー
ブ光束の最大強度部分で高感度な測定を行うことが困難
であった。そのため、上記のＰＤＳ装置をそのまま液面
上に展開された薄膜等の超薄膜の測定に適用すると、試
料の膜厚が極めて薄いので、試料に吸収される光の量が
小さく、周囲に生じさせる屈折率変動も小さいのに、こ
れを正確に測定するだけの高感度が得られないことにな
った。
本発明は、このように、液面に展開された薄膜の如く、
極めて薄く特異な環境下にある試料に対しても、その光
物性を精度および感度共に良好に３１１定できるように
することを、解決すべき問題点とするものである。
極めて薄く特異な環境下にある試料に対しても、その光
物性を精度および感度共に良好に３１１定できるように
することを、解決すべき問題点とするものである。
Ｌ問題点を解決するための手段］
本発明においてＬ記の問題点を解決するために講じられ
た手段は、試料の被測定部位へ励起光を断続的に照射し
つつ、該被測定部位もしくはその近傍へ照射されたプロ
ーブ光を光位置検出器へ入射させ、このプローブ光の偏
向量から前記試料の光物性を測定する方法であって、プ
ローブ光の光束を、試料の被測定部位もしくはその近傍
で最大強度が試料への至近位置にあるような強度分布に
形成することを特徴とする光物性測定方法によるものと
する。
た手段は、試料の被測定部位へ励起光を断続的に照射し
つつ、該被測定部位もしくはその近傍へ照射されたプロ
ーブ光を光位置検出器へ入射させ、このプローブ光の偏
向量から前記試料の光物性を測定する方法であって、プ
ローブ光の光束を、試料の被測定部位もしくはその近傍
で最大強度が試料への至近位置にあるような強度分布に
形成することを特徴とする光物性測定方法によるものと
する。
上記光物性とは、例えば光吸収特性等であり、至近位置
とは、プローブ光の光束半径よりも小さくかつ可能な限
り称なる間隔の位置とする。
とは、プローブ光の光束半径よりも小さくかつ可能な限
り称なる間隔の位置とする。
し作 用」
励起光が試料たる薄膜に吸収されると、励起光の照射時
と非照射時とでは測定部位及びその近傍の屈折率が変化
するので、これをグローブ光の偏向量として検出するこ
とによって光吸収特性を測定することができる。この原
理自体は従来のＰＯＳ法と同様である。
と非照射時とでは測定部位及びその近傍の屈折率が変化
するので、これをグローブ光の偏向量として検出するこ
とによって光吸収特性を測定することができる。この原
理自体は従来のＰＯＳ法と同様である。
本発明では、光位置検出器が通常備えている特徴し１つ
として、最終的に光強度分布の重心的な位置信号を出力
することに着眼し、プローブ光の強度分布を最も偏向量
が大きい屈折率変動領域すなわち試料への至近位置に最
大強度がくるように形成するものである。
として、最終的に光強度分布の重心的な位置信号を出力
することに着眼し、プローブ光の強度分布を最も偏向量
が大きい屈折率変動領域すなわち試料への至近位置に最
大強度がくるように形成するものである。
［実施例］
以下１本発明を、実施例とその図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
：ＪＳ１図（イ）および（０）は、本発明による光物性
測定方法を実施する際の基本原理を説明する概略構成図
および光強度分布図である。図（イ）において、試料１
の被測定部位へ断続的な励起光２が照射され、試料１が
光を吸収すると、無放射輻射過程により断続的な熱が発
生し、そのため、前記被測定部位の近傍では、光の屈折
率が断続的に変動する。プローブ光３を、この屈折率変
動４が生じる領域を通過させ、変動する屈折率に対応し
て、光束中心３ａが３ａ’に偏向するのを光位置検出器
５へ入射させると、屈折率の変動は偏向量として検出さ
れる。ここで、前記被測定部位における励起光軸２ａに
沿った面上で、プローブ光３の光束の強度分布を測定す
ると、図（ａ）に示される如くになる。第２図（イ）お
よび（Ｉｌ１）は、従来の光物性測定方法について、第
１図と同様な概略構成図および光強度分布図を示したも
ので、従来はプローブ光の光束中心３ａに関して対称な
強度分布となり１図中点線で示される光束幅より試料に
接近させることができず、最大強度部分は変動領域の端
縁をかすめるだけで、偏向量も小さかったが、第１図に
示された本発明においては、プローブ光３の光束形状を
図（０）に示される如く非対称に形成し、最大強度部分
が試料ｌへの至近位置にあるようにして、屈折率変動４
の大きな領域を通過させ、第２図に比較して大きな偏向
量３ａ’を得ることができる。
測定方法を実施する際の基本原理を説明する概略構成図
および光強度分布図である。図（イ）において、試料１
の被測定部位へ断続的な励起光２が照射され、試料１が
光を吸収すると、無放射輻射過程により断続的な熱が発
生し、そのため、前記被測定部位の近傍では、光の屈折
率が断続的に変動する。プローブ光３を、この屈折率変
動４が生じる領域を通過させ、変動する屈折率に対応し
て、光束中心３ａが３ａ’に偏向するのを光位置検出器
５へ入射させると、屈折率の変動は偏向量として検出さ
れる。ここで、前記被測定部位における励起光軸２ａに
沿った面上で、プローブ光３の光束の強度分布を測定す
ると、図（ａ）に示される如くになる。第２図（イ）お
よび（Ｉｌ１）は、従来の光物性測定方法について、第
１図と同様な概略構成図および光強度分布図を示したも
ので、従来はプローブ光の光束中心３ａに関して対称な
強度分布となり１図中点線で示される光束幅より試料に
接近させることができず、最大強度部分は変動領域の端
縁をかすめるだけで、偏向量も小さかったが、第１図に
示された本発明においては、プローブ光３の光束形状を
図（０）に示される如く非対称に形成し、最大強度部分
が試料ｌへの至近位置にあるようにして、屈折率変動４
の大きな領域を通過させ、第２図に比較して大きな偏向
量３ａ’を得ることができる。
第３図は、本発明を実施するための光束形成手段の１例
を示す概略構成図で、プローブ光３が被測定部位の面２
ａ上に到達する直前の手前に１部分的な遮光板６を配設
し、光束の下半部をカットすることにより、被測定部位
以後の光束は最大強度が光束下端にあるようにする実施
例である。
を示す概略構成図で、プローブ光３が被測定部位の面２
ａ上に到達する直前の手前に１部分的な遮光板６を配設
し、光束の下半部をカットすることにより、被測定部位
以後の光束は最大強度が光束下端にあるようにする実施
例である。
第４図は、本発明を実施するための光束形成手段の別な
１例を示す概略構成図で、プローブ光３が、被測定部位
もしくはその近傍で、光束の試料側周縁に最大強度があ
るように、予め設計されたレンズ７′により光束を偏光
させる実施例である。
１例を示す概略構成図で、プローブ光３が、被測定部位
もしくはその近傍で、光束の試料側周縁に最大強度があ
るように、予め設計されたレンズ７′により光束を偏光
させる実施例である。
［発明の効果］
本発明によれば、液面に展開された薄膜の如く光吸収の
小さな試料に対しても、吸収により生じる屈折率変動の
最も大きな領域に、プローブ光の最大強度部分を通過さ
せて、高感度かつ高精度の光物性測定装置を提供するこ
とができる。
小さな試料に対しても、吸収により生じる屈折率変動の
最も大きな領域に、プローブ光の最大強度部分を通過さ
せて、高感度かつ高精度の光物性測定装置を提供するこ
とができる。
第１図は本発明の基本原理の説明図、第２図は従来例の
説明図、第３図および第４図は未発１す１の各実施例の
構成図、第５図は従来例の構成図。 第６図ないし第８図はＰＳＤの説明図である。 ｌ：試料、２：励起光、３ニブローブ光、４：屈折率変
動、５：光位置検出器、 ６：遮光板、７：レンズ。
説明図、第３図および第４図は未発１す１の各実施例の
構成図、第５図は従来例の構成図。 第６図ないし第８図はＰＳＤの説明図である。 ｌ：試料、２：励起光、３ニブローブ光、４：屈折率変
動、５：光位置検出器、 ６：遮光板、７：レンズ。
Claims (1)
- １）試料の被測定部位へ励起光を断続的に照射しつつ、
該被測定部位もしくはその近傍へ照射されたプローブ光
を光位置検出器へ入射させ、このプローブ光の偏向量か
ら前記試料の光物性を測定する方法であって、プローブ
光の光束を、試料の被測定部位もしくはその近傍で最大
強度が試料への至近位置にあるような強度分布に形成す
ることを特徴とする光物性測定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17939885A JPS6239729A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定方法 |
| US06/897,055 US4790664A (en) | 1985-08-16 | 1986-08-15 | Device and method for measuring optical properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17939885A JPS6239729A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6239729A true JPS6239729A (ja) | 1987-02-20 |
Family
ID=16065167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17939885A Pending JPS6239729A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6239729A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009023173A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-19 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Photoacoustic joulemeter utilizing beam deflection technique |
-
1985
- 1985-08-16 JP JP17939885A patent/JPS6239729A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009023173A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-19 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Photoacoustic joulemeter utilizing beam deflection technique |
| US8711342B2 (en) | 2007-08-10 | 2014-04-29 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Photoacoustic joulemeter utilizing beam deflection technique |
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