JPH05158084A - Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rate - Google Patents
Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rateInfo
- Publication number
- JPH05158084A JPH05158084A JP1425491A JP1425491A JPH05158084A JP H05158084 A JPH05158084 A JP H05158084A JP 1425491 A JP1425491 A JP 1425491A JP 1425491 A JP1425491 A JP 1425491A JP H05158084 A JPH05158084 A JP H05158084A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- light
- refractive index
- grating coupler
- linear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、試料の線形及び非線形
光学感受率を測定する装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring linear and nonlinear optical susceptibility of a sample.
【0002】[0002]
【従来の技術】非線形光学における最初の実験は、フラ
ンケンらによって行われたルビーレーザーの第2高調波
光に関する実験であった。その後、材料の2次、3次の
非線形光学感受率を定量化するための方法が、クルツ、
カジャールらによってそれぞれ提案された。そして、こ
れまで、クルツやカジャールの提案した測定方法によっ
て、非線形光学材料の高調波光強度の入射角依存性だけ
を測定していた。BACKGROUND OF THE INVENTION The first experiment in nonlinear optics was performed by Franken et al. On the second harmonic light of a ruby laser. After that, a method for quantifying the second-order and third-order nonlinear optical susceptibility of a material is described by Kurtz,
Each was proposed by Kajar and others. Until now, only the incident angle dependence of the harmonic light intensity of the nonlinear optical material has been measured by the measurement method proposed by Kurz and Kajar.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】非線形光学材料の感受
率を測定するためには、入射光強度の他に、単結晶、フ
ィルム又は薄膜試料の膜厚、基本波による試料の屈折
率、高調波による試料の屈折率を知る必要がある。しか
るに、従来では、高調波光強度以外の、フィルム及び薄
膜試料の膜厚、基本波による試料の屈折率、高調波によ
る試料の屈折率を精度よく測定する手法として、干渉式
膜厚測定器、エリプソメトリーによる測定方法、アッベ
屈折計による屈折率測定方法、プルズムカプラーを用い
たモード・ライン法による屈折率測定方法しか無かっ
た。In order to measure the susceptibility of a nonlinear optical material, in addition to the incident light intensity, the thickness of a single crystal, film or thin film sample, the refractive index of the sample due to the fundamental wave, and the harmonic It is necessary to know the refractive index of the sample due to. However, in the past, as a method of accurately measuring the film thickness of film and thin film samples, the refractive index of the sample due to the fundamental wave, and the refractive index of the sample due to the harmonics, in addition to the harmonic light intensity, an interferometric film thickness meter, ellipsometer There are only the measurement method by the metric, the refractive index by the Abbe refractometer, and the refractive index by the mode line method using the pulsum coupler.
【0004】なお、干渉式膜厚測定器は、屈折率を仮定
しなければならないので、正確な膜厚を算出することが
できない。エリプソメトリーによる測定方法は、入射光
に対して測定不可能な膜厚領域が周期的に存在し、膜厚
の増加に伴い測定精度が悪くなる問題点を有していた。
アッベ屈折計による屈折率測定は、屈折率が1.78以
上の試料についての測定が困難であるとともに、測定波
長を自由に選べないという問題点を有していた。モード
・ライン法による屈折率測定は、光導波路として用いら
れ、サブミクロンから数ミクロン程度の薄膜試料では、
屈折率と膜厚とを同時に精度よく測定できる。しかる
に、従来の装置では、試料基板と光検知部を連動させて
数十度回転させなければならないので、屈折率を測定す
るのに時間を要するうえ、試料に光を導くプリズムを用
いるため、プリズムと試料とのカップリングが難しく、
測定結果の再現性がない。また、測定自体が困難で、高
価なプリズム及び試料自身を破損することが多いなどの
問題点を有していた。Since the interferometric film thickness measuring device has to assume the refractive index, it cannot calculate the accurate film thickness. The measurement method by ellipsometry has a problem that a film thickness region that cannot be measured with respect to incident light periodically exists, and the measurement accuracy deteriorates as the film thickness increases.
The refractive index measurement using the Abbe refractometer has problems that it is difficult to measure a sample having a refractive index of 1.78 or more and that the measurement wavelength cannot be freely selected. The refractive index measurement by the mode line method is used as an optical waveguide, and for thin film samples of submicron to several microns,
The refractive index and the film thickness can be simultaneously measured with high accuracy. However, in the conventional device, since the sample substrate and the photodetector must be rotated by several tens of degrees in cooperation with each other, it takes time to measure the refractive index and a prism for guiding light to the sample is used. Is difficult to couple with the sample,
There is no reproducibility of measurement results. Further, there are problems that the measurement itself is difficult and the expensive prism and the sample itself are often damaged.
【0005】[0005]
【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、無機、有機物を問わず、結晶、フ
ィルム、薄膜試料の屈折率、膜厚、入射光強度を測定
し、試料の非線形光学感受率を容易に測定できる線形及
び非線形光学感受率測定装置の提供にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to measure the refractive index, film thickness and incident light intensity of crystals, films and thin film samples regardless of whether they are inorganic or organic. , And to provide a linear and nonlinear optical susceptibility measuring device capable of easily measuring the nonlinear optical susceptibility of a sample.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の線形及び非線形
光学感受率測定装置は、単結晶又は光導波用のグレーテ
ィングカプラーと接して配置されたフィルム又は薄膜状
の試料、あるいは前記グレーティングカプラーの配され
ていないフィルム又は薄膜状試料に、光を当てる光照射
手段と、前記グレーティングカプラーと接した試料に光
を当て、前記グレーティングカプラーによって一度試料
中で導波され、再び前記グレーティングカプラーの外部
へ放射された光又はブリュスターアングルを検出するリ
ニアイメージセンサと、前記グレーティングカプラーの
配されていない試料に光を当て、入射光によって励起さ
れた試料からのセカンドハーモニックゼネレーション、
あるいはサードハーモニックゼネレーションの光強度分
布を検出する光強度検出センサと、前記イメージセンサ
の検出結果から、試料の屈折率を算出する屈折率算出手
段、フィルム又は薄膜試料の膜厚を測定する膜厚算出手
段を備えるとともに、試料の屈折率、膜厚、セカンドハ
ーモニックゼネレーションあるいはサードハーモニック
ゼネレーションの光強度分布、及び前記光照射手段の高
調波光出力強度から、試料の非線形光学感受率を算出す
る非線形光学感受率算出手段を備える信号処理装置とを
具備する技術的手段を採用した。The linear and non-linear optical susceptibility measuring apparatus of the present invention comprises a film or thin film sample arranged in contact with a single-crystal or optical waveguide grating coupler, or an arrangement of the grating coupler. Light irradiation means for irradiating a film or thin film sample that has not been irradiated and light for a sample in contact with the grating coupler, and the light is guided once in the sample by the grating coupler and radiated again to the outside of the grating coupler. A linear image sensor for detecting the generated light or Brewster angle, and irradiating the sample on which the grating coupler is not arranged with light, and the second harmonic generation from the sample excited by the incident light,
Alternatively, a light intensity detection sensor for detecting the light intensity distribution of the third harmonic generation, and a refractive index calculating means for calculating the refractive index of the sample from the detection result of the image sensor, a film thickness for measuring the film thickness of the film or thin film sample. Non-linear optical susceptibility of the sample is provided from the refractive index of the sample, the film thickness, the light intensity distribution of the second harmonic generation or the third harmonic generation, and the higher harmonic light output intensity of the light irradiating means. A technical means including a signal processing device including an optical susceptibility calculating means is adopted.
【0007】[0007]
【発明の作用】光照射手段によってグレーティングカプ
ラーの配された膜状試料に光を当てる。グレーティング
カプラーで導波された光は、リニアイメージセンサによ
って検出され、信号処理装置の屈折率算出手段で試料の
屈折率を算出するとともに、信号処理装置の膜厚算出手
段によって試料の膜厚を算出する。また、非線形光学感
受率の得ようとする次数に応じて、次数の異なった波長
の光及び基本波光をグレーティングカプラーの配された
試料に当て、グレーティングカプラーで導波された光を
リニアイメージセンサによって検出し、信号処理装置の
屈折率算出手段で試料の屈折率を算出する。試料の厚み
がわかっているパルク単結晶の場合はブリュスターアン
グルをリニアイメージセンサによって検出し、信号処理
装置の屈折率算出手段で試料の屈折率を算出する。The film-shaped sample on which the grating coupler is arranged is irradiated with light by the light irradiation means. The light guided by the grating coupler is detected by the linear image sensor, the refractive index calculation means of the signal processing device calculates the refractive index of the sample, and the film thickness calculation means of the signal processing device calculates the film thickness of the sample. To do. In addition, according to the order for which the nonlinear optical susceptibility is to be obtained, light of different wavelengths and fundamental waves are applied to the sample with the grating coupler, and the light guided by the grating coupler is applied by the linear image sensor. The refractive index of the sample is calculated and the refractive index of the sample is calculated by the refractive index calculating means of the signal processing device. In the case of a park single crystal whose sample thickness is known, the Brewster angle is detected by a linear image sensor and the refractive index of the sample is calculated by the refractive index calculating means of the signal processing device.
【0008】光照射手段によってグレーティングカプラ
ーの配されていない試料に光を当てる。試料を透過した
SHGあるいはTHGの光強度分布は、光強度検出セン
サによって検出される。Light is applied to the sample on which the grating coupler is not arranged by the light irradiation means. The light intensity distribution of SHG or THG transmitted through the sample is detected by the light intensity detection sensor.
【0009】そして、信号処理装置の非線形光学感受率
算出手段は、上記で得られた試料の屈折率、膜厚、SH
GあるいはTHGの光強度分布、及び光照射手段の光出
力強度から、試料の非線形光学感受率を算出する。Then, the nonlinear optical susceptibility calculating means of the signal processing device is adapted to the refractive index, film thickness and SH of the sample obtained above.
The nonlinear optical susceptibility of the sample is calculated from the light intensity distribution of G or THG and the light output intensity of the light irradiation means.
【0010】[0010]
【発明の効果】本発明の線形及び非線形光学感受率測定
装置は、上記の作用で示したように、試料の屈折率、膜
厚、SHGあるいはTHGの光強度分布、及び光照射手
段の光出力強度から、試料の非線形光学感受率を測定す
ることができる。As described above, the linear and nonlinear optical susceptibility measuring apparatus of the present invention has a refractive index of a sample, a film thickness, a light intensity distribution of SHG or THG, and a light output of a light irradiation means. From the intensity, the nonlinear optical susceptibility of the sample can be measured.
【0011】[0011]
【実施例】次に、本発明の線形及び非線形光学感受率測
定装置を、図に示す一実施例に基づき説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the linear and nonlinear optical susceptibility measuring apparatus of the present invention will be explained based on an embodiment shown in the drawings.
【0012】〔実施例の構成〕図1ないし図4は本発明
の実施例を示すもので、図1及び図2は線形及び非線形
光学感受率測定装置の概略構成図である。線形及び非線
形光学感受率測定装置1は、光照射手段2、試料3を支
持し、その配向を自動的に行うステージ4、グレーティ
ングカプラー5と接する膜状試料3によって導波された
光を検出するリニアイメージセンサ6、あるいは単結晶
のブリュスターアングルを検出するリニアイメージセン
サ6、グレーティングカプラー5の配されていない試料
3を透過したSHG又はTHGの光強度分布を検出する
光強度検出センサ7、電気回路ボックス8、及び光照射
手段2によって放射された光を試料3に導くポラライザ
ー9、試料3を透過した光を光強度検出センサ7に導く
アナライザー10からなる。[Configuration of Embodiment] FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 and 2 are schematic configuration diagrams of a linear and nonlinear optical susceptibility measuring apparatus. The linear and non-linear optical susceptibility measuring apparatus 1 detects light guided by a film-shaped sample 3 which is in contact with a stage 4, which automatically supports the light irradiating means 2 and the sample 3, and whose orientation is automatically aligned, and a grating coupler 5. Linear image sensor 6, or linear image sensor 6 for detecting the Brewster angle of a single crystal, light intensity detection sensor 7 for detecting the light intensity distribution of SHG or THG transmitted through sample 3 in which grating coupler 5 is not arranged, electrical It comprises a circuit box 8, a polarizer 9 for guiding the light emitted by the light irradiation means 2 to the sample 3, and an analyzer 10 for guiding the light transmitted through the sample 3 to the light intensity detection sensor 7.
【0013】光照射手段2は、He−Neレーザー及び
Nd:YAGレーザーを放射するもので、光放射部分に
倍波結晶を装着することで、光照射手段2の発する光の
波長を1/2にする。なお、本実施例に示すレーザー
は、一例であって、他の光源を用いても良いことは言う
までも無い。The light irradiating means 2 emits a He-Ne laser and an Nd: YAG laser, and a wavelength of light emitted by the light irradiating means 2 is halved by mounting a harmonic crystal on the light emitting portion. To It is needless to say that the laser shown in this embodiment is an example, and other light sources may be used.
【0014】ポラライザー9は、光照射手段2の発した
光を試料3に導くもので、本実施例では2枚のミラー1
1、12、紫外線可視光カットフィルター13、1/2
波長板14、偏光板15、レンズ16からなる。The polarizer 9 guides the light emitted from the light irradiation means 2 to the sample 3. In this embodiment, the two mirrors 1 are used.
1, 12, UV visible light cut filter 13, 1/2
It includes a wave plate 14, a polarizing plate 15, and a lens 16.
【0015】アナライザー10は、試料3を通過した光
を光強度検出センサ7に導くもので、本実施例では、レ
ンズ17、SHGあるいはTHGのみを透過させる2枚
のフィルター18、19、偏光板20、フォーカシング
レンズ21からなる。The analyzer 10 guides the light passing through the sample 3 to the light intensity detection sensor 7. In this embodiment, the lens 17, two filters 18, 19 for transmitting only SHG or THG, and a polarizing plate 20. , Focusing lens 21.
【0016】ステージ4は、図3の概略図に示すよう
に、試料3を搭載し、搭載した試料3を試料3の平面方
向へ傾ける第1ゴニオステージ22と、この第1ゴニオ
ステージ22を支持し、第1ゴニオステージ22を試料
3の平面方向と直行する方向へ傾ける第2ゴニオステー
ジ23と、この第2ゴニオステージ23を支持し、第2
ゴニオステージ23を回転する回転ステージ24とから
なる。また、回転ステージ24には、第2ゴニオステー
ジ23及び第1ゴニオステージ22を介して搭載される
サンプルをスライドするスライド部25が設けられてい
る。このスライド部25は、ポラライザー9を経て導か
れた光をグレーティングカプラー5の配された試料に当
てる、あるいはグレーティングカプラー5の配されてい
ない試料へ当てるためのものである。なお、第1ゴニオ
ステージ22、第2ゴニオステージ23、回転ステージ
24、及びスライド部25には、それぞれ電動モータ等
の電動アクチュエータ(図示しない)が設けられてお
り、それぞれ電気回路ボックス8によって制御される。As shown in the schematic view of FIG. 3, the stage 4 supports the first goniometer stage 22 on which the sample 3 is mounted and which tilts the mounted sample 3 in the plane direction of the sample 3, and the first goniometer stage 22. Then, the second goniometer stage 23 that tilts the first goniometer stage 22 in a direction orthogonal to the plane direction of the sample 3 and the second goniometer stage 23 is supported.
The gonio stage 23 is composed of a rotary stage 24 that rotates. Further, the rotary stage 24 is provided with a slide portion 25 that slides the sample mounted via the second goniometer stage 23 and the first goniometer stage 22. The slide portion 25 is for applying the light guided through the polarizer 9 to the sample on which the grating coupler 5 is arranged or to the sample on which the grating coupler 5 is not arranged. Each of the first goniometer stage 22, the second goniometer stage 23, the rotary stage 24, and the slide portion 25 is provided with an electric actuator (not shown) such as an electric motor, which is controlled by the electric circuit box 8. It
【0017】なお、試料3は、図4に示すように、2枚
の透明基板26、27の間に保持された1μm〜3μm
ほどのフィルム状のもので、一方の基板の一部に深さ
0.5μm程の溝が多数形成されたグレーティングカプ
ラー5を有するもの、あるいは単結晶である。なお、光
が入射する側の透明基板26は、他の透明基板27より
も屈折率が小さく設けられている。また、試料は2枚の
透明基板26、27の間に充填しても良く、また試料が
グレーティングカプラー5とカップリングできるもので
あれば、一方の基板を無くしても良い。グレーティング
カプラー5は、複数の溝を有するものでなくとも、導波
光を得る物であれば他の物でも良い。The sample 3 is, as shown in FIG. 4, 1 μm to 3 μm held between two transparent substrates 26 and 27.
A film-like one having a grating coupler 5 in which a large number of grooves having a depth of about 0.5 μm are formed in a part of one substrate, or a single crystal. The transparent substrate 26 on the side where light is incident is provided with a smaller refractive index than the other transparent substrates 27. Further, the sample may be filled between the two transparent substrates 26 and 27, and if the sample can be coupled with the grating coupler 5, one of the substrates may be omitted. The grating coupler 5 does not have to have a plurality of grooves, but may be another one as long as it can obtain guided light.
【0018】リニアイメージセンサ6は、試料3に導波
された光あるいは試料3に当たって反射した光を直線的
に解析するべく、CCDなどのモニター手段が用いられ
ている。そして、このリニアイメージセンサ6の出力
は、電気回路ボックス8に出力される。The linear image sensor 6 uses a monitor means such as a CCD in order to linearly analyze the light guided to the sample 3 or the light reflected by the sample 3. The output of the linear image sensor 6 is output to the electric circuit box 8.
【0019】光強度検出センサ7は、試料3を通過した
光の強度を検出するので、フォトマルチセンサや、光電
管、フォトダイオードなど、光の強度を検出可能な素子
が用いられている。そして、この光強度検出センサ7の
出力は、電気回路ボックス8に出力される。Since the light intensity detection sensor 7 detects the intensity of the light passing through the sample 3, an element capable of detecting the light intensity such as a photomultisensor, a photoelectric tube, or a photodiode is used. The output of the light intensity detection sensor 7 is output to the electric circuit box 8.
【0020】電気回路ボックス8は、インターフェイス
8a、信号処理装置8b、使用者に結果をディスプレイ
や印字によって表示する表示手段8c、駆動制御装置8
dからなる。なお、信号処理装置8bは、倍波結晶28
の有無によるリニアイメージセンサ6の出力や光強度検
出センサ7の出力から、試料3の屈折率、膜厚、及び非
線形光学感受率を算出する屈折率算出手段29、膜厚算
出手段30、非線形光学感受率算出手段32を備える。
また、駆動制御装置8dは、ステージ4の第1ゴニオス
テージ22、第2ゴニオステージ23、回転ステージ2
4、及びスライド部25の電動アクチュエータを駆動制
御するものである。The electric circuit box 8 includes an interface 8a, a signal processing device 8b, a display means 8c for displaying a result to a user by a display or printing, and a drive control device 8.
It consists of d. In addition, the signal processing device 8b includes the harmonic crystal 28
Based on the output of the linear image sensor 6 and the output of the light intensity detection sensor 7 depending on the presence / absence of the refractive index, the film thickness and the nonlinear optical susceptibility of the sample 3, the refractive index calculating unit 29, the film thickness calculating unit 30, the nonlinear optical The susceptibility calculating means 32 is provided.
In addition, the drive control device 8d includes the first goniometer stage 22, the second goniometer stage 23, and the rotary stage 2 of the stage 4.
4 and the electric actuator of the slide portion 25 are driven and controlled.
【0021】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。まず、透明基板26、27に挟まれ
た膜状試料3あるいは単結晶試料3のみステージ4にセ
ットする。試料が単結晶の場合、光照射手段2から、光
を試料3に照射する。そして、試料3の後方に置かれた
アナライザー10を透過した光の強度を光強度検出セン
サ7によって検出する。この時、第1ゴニオステージ2
2を左右に傾け、透過光強度が最も弱くなる位置に試料
3を配向させる。[Operation of Embodiment] Next, the operation of the above embodiment will be briefly described. First, only the film sample 3 or the single crystal sample 3 sandwiched between the transparent substrates 26 and 27 is set on the stage 4. When the sample is a single crystal, the light irradiating means 2 irradiates the sample 3 with light. Then, the light intensity detection sensor 7 detects the intensity of the light transmitted through the analyzer 10 placed behind the sample 3. At this time, the first goniometer stage 2
2 is tilted to the left and right, and the sample 3 is oriented at the position where the transmitted light intensity is the weakest.
【0022】次に、試料3を90°回転させ、光照射手
段2から、ガイド光を試料3に照射する。そして、試料
3の後方に置かれたアナライザー10を透過した光の強
度を光強度検出センサ7によって検出する。この時、第
2ゴニオステージ23を左右に傾け、再び透過光強度が
最も弱くなる位置に試料3を配向させる。Next, the sample 3 is rotated by 90 °, and the light irradiation means 2 irradiates the sample 3 with guide light. Then, the light intensity detection sensor 7 detects the intensity of the light transmitted through the analyzer 10 placed behind the sample 3. At this time, the second gonio stage 23 is tilted to the left and right, and the sample 3 is oriented again at the position where the transmitted light intensity is the weakest.
【0023】この結果、単結晶試料3の誘電主軸は、入
射光の偏光方向に対して平行となる。つまり、試料3の
誘電主軸が見出されたことになる。このように、誘電主
軸が結晶成長面内に有る場合は、自動的に誘電主軸を見
出すことができる。なお、誘電主軸が結晶成長面内に無
い場合は、誘電主軸に対して入射光軸が垂直になるよう
に試料3を加工して第1ゴニオステージ22にセット
し、透過光強度の極小値を測定して誘電主軸を決定する
ことができる。次に、単結晶及び膜状試料からの反射光
をリニアイメージセンサで検出し、光軸に対して重要な
面がでるようステージを回転させる。As a result, the dielectric main axis of the single crystal sample 3 becomes parallel to the polarization direction of the incident light. That is, the dielectric main axis of the sample 3 is found. In this way, when the dielectric main axis is in the crystal growth plane, the dielectric main axis can be automatically found. When the dielectric main axis is not in the crystal growth plane, the sample 3 is processed so that the incident optical axis is perpendicular to the dielectric main axis and set on the first goniometer stage 22, and the minimum value of the transmitted light intensity is set. The dielectric principal axis can be determined by measurement. Next, the reflected light from the single crystal and the film sample is detected by the linear image sensor, and the stage is rotated so that an important plane is exposed with respect to the optical axis.
【0024】次に、試料が膜状で透明基板26、27に
はさまれている場合は、試料3からの導波光がリニアイ
メージセンサ6に当たるように試料面を回転させる。Next, when the sample is in the form of a film and is sandwiched between the transparent substrates 26 and 27, the sample surface is rotated so that the guided light from the sample 3 strikes the linear image sensor 6.
【0025】光照射手段2の光をグレーティングカプラ
ー5の配された試料3に照射する(図1参照)。そし
て、グレーティングカプラー5で導波した光のモードラ
インをリニアイメージセンサ6を用いて測定する。そし
て、信号処理装置8bは、リニアイメージセンサ6で得
られたモードラインから、屈折率算出手段29及び膜厚
算出手段30によって屈折率と膜厚とを算出する。次い
で、光照射手段2の光出力部分に倍波結晶28を配し、
1/2あるいは1/3波長の光を再びグレーティングカ
プラー5の配された試料3に照射する。そして、グレー
ティングカプラー5で導波した光によって生じたモード
ラインをリニアイメージセンサ6を用いて測定し、信号
処理装置8bの屈折率算出手段29によって、1/2あ
るいは1/3波長の時の屈折率を算出する。試料3の厚
さが既知である単結晶の場合は、まず1/2偏向板14
によってP変更された光照射手段2の光を試料3に照射
する。そして、ステージ24を回転させ、試料表面から
の反射光がなくなる回転角(ブリュスターアングル)を
リニアイメージセンサ6を用いて測定する。そして、信
号処理装置8bは、リニアイメージセンサ6で得られた
ブリュスターアングルから、屈折率算出手段29によっ
て屈折率を算出する。次いで、光照射手段2の光出力部
分に倍波結晶28を配し、1/2あるいは1/3波長の
光を再び試料3に照射する。そして、ブリュスターアン
グルをリニアイメージセンサ6を用いて測定し、信号処
理装置8bの屈折率算出手段29によって1/2あるい
は1/3波長の時の屈折率を算出する。The light from the light irradiation means 2 is applied to the sample 3 on which the grating coupler 5 is arranged (see FIG. 1). Then, the mode line of the light guided by the grating coupler 5 is measured using the linear image sensor 6. Then, the signal processing device 8b calculates the refractive index and the film thickness from the mode line obtained by the linear image sensor 6 by the refractive index calculating means 29 and the film thickness calculating means 30. Next, a harmonic crystal 28 is arranged in the light output portion of the light irradiation means 2,
The sample 3 in which the grating coupler 5 is arranged is again irradiated with the light of 1/2 or 1/3 wavelength. Then, the mode line generated by the light guided by the grating coupler 5 is measured by using the linear image sensor 6, and the refractive index calculation means 29 of the signal processing device 8b measures the refraction at 1/2 or 1/3 wavelength. Calculate the rate. In the case of a single crystal of which the thickness of the sample 3 is known, first, the 1/2 deflection plate 14
The sample 3 is irradiated with the light of the light irradiating means 2 changed by P. Then, the stage 24 is rotated, and the rotation angle (Brewster angle) at which the reflected light from the sample surface disappears is measured using the linear image sensor 6. Then, the signal processing device 8b calculates the refractive index by the refractive index calculating means 29 from the Brewster angle obtained by the linear image sensor 6. Next, the harmonic crystal 28 is arranged in the light output portion of the light irradiation means 2, and the sample 3 is irradiated again with the light of 1/2 or 1/3 wavelength. Then, the Brewster angle is measured using the linear image sensor 6, and the refractive index calculation means 29 of the signal processing device 8b calculates the refractive index at the time of 1/2 or 1/3 wavelength.
【0026】次に、試料が膜状物質の場合、光の照射位
置がグレーティングカプラー5の配されていない部分と
なるように、試料3をスライドする(図2参照)。試料
3がグレーティングと接していない単結晶の場合は、こ
の操作は行わない。そして、光照射手段2の光を、グレ
ーティングカプラー5の配されていない膜状試料あるい
は単結晶試料3に照射する。そして、試料3に入射した
光によって励起された試料からのSHG又はTHGの光
強度分布を光強度検出センサ7によって測定する。Next, when the sample is a film-like substance, the sample 3 is slid so that the light irradiation position is a portion where the grating coupler 5 is not arranged (see FIG. 2). If the sample 3 is a single crystal that is not in contact with the grating, this operation is not performed. Then, the light of the light irradiation means 2 is applied to the film sample or the single crystal sample 3 in which the grating coupler 5 is not arranged. Then, the light intensity distribution of SHG or THG from the sample excited by the light incident on the sample 3 is measured by the light intensity detection sensor 7.
【0027】そして、信号処理装置8bの非線形光学感
受率算出手段32は、上記によって得られた各データ
(屈折率、膜厚、1/2又は1/3波長時の屈折率、S
HG又はTHGの光強度分布)及び光照射手段2の光出
力強度から非線形光学感受率を算出する。なお、非線形
光学感受率算出手段32は、計算によって得られた実験
値フリンジと、理論フリンジとを比較し、理論フリンジ
に最も近い実験値を非線形光学感受率とする演算機能を
有している。そして、信号処理装置8bで算出された屈
折率、1/2又は1/3波長時の屈折率、膜厚、非線形
光学感受率や、SHG又はTHGの光強度分布、光照射
手段2の光出力強度は、表示手段8cによって使用者に
表示される。Then, the non-linear optical susceptibility calculating means 32 of the signal processing device 8b uses the respective data (refractive index, film thickness, refractive index at 1/2 or 1/3 wavelength, S
The nonlinear optical susceptibility is calculated from the light intensity distribution of HG or THG) and the light output intensity of the light irradiation means 2. The non-linear optical susceptibility calculating means 32 has a calculation function of comparing the experimental value fringe obtained by the calculation with the theoretical fringe and setting the experimental value closest to the theoretical fringe as the non-linear optical susceptibility. Then, the refractive index calculated by the signal processing device 8b, the refractive index at the time of 1/2 or 1/3 wavelength, the film thickness, the non-linear optical susceptibility, the light intensity distribution of SHG or THG, the light output of the light irradiation means 2. The intensity is displayed to the user by the display means 8c.
【0028】〔実施例の効果〕本実施例の線形及び非線
形光学感受率測定装置1は、試料3を第1ゴニオステー
ジ22に置き、装置を起動させるのみで、試料3を破壊
すること無く、再現性も容易で、試料3の屈折率、膜
厚、SHG又はTHGの光強度分布、非線形光学感受率
などが、自動的に測定できる。つまり、各値が容易に得
られるため、従来知られている光学材料よりもさらに優
れた材料の発見が容易に行われるであろう。また、材料
の非線形感受率、屈折率などは、各デバイスを設計する
ためにも必要不可欠なパラメータであり、本発明の線形
及び非線形光学感受率測定装置1を用いることにより、
今後のオプトエレクトロニクス技術を発展させるために
も、その実用的な効果は大きなものとなる。[Effects of Embodiment] In the linear and nonlinear optical susceptibility measuring apparatus 1 of this embodiment, the sample 3 is placed on the first goniometer stage 22 and the apparatus is activated, without destroying the sample 3. The reproducibility is also easy, and the refractive index of the sample 3, the film thickness, the light intensity distribution of SHG or THG, the nonlinear optical susceptibility, etc. can be automatically measured. That is, since each value can be easily obtained, it will be easier to find a material superior to the conventionally known optical materials. Further, the nonlinear susceptibility, refractive index, etc. of a material are indispensable parameters for designing each device, and by using the linear and nonlinear optical susceptibility measuring apparatus 1 of the present invention,
In order to develop the optoelectronic technology in the future, its practical effect will be great.
【0029】[0029]
【変形例】上記の実施例では、試料3を回転させたが、
試料3を固定して光照射手段2やリニアイメージセンサ
6、光強度検出センサ7など他の光学系を回転させても
良い。[Modification] In the above embodiment, the sample 3 was rotated,
The sample 3 may be fixed and other optical systems such as the light irradiation means 2, the linear image sensor 6, and the light intensity detection sensor 7 may be rotated.
【0030】また、図5に示すように、光を多分割して
試料3の異なった位置に照射し、試料3から発生したS
HGあるいはTHGを同時測定し、1つの試料3におけ
る複数の高調波光強度分布を測定したり、あるいは複数
の材料の高調波光強度を1度に測定するように設けても
良い。Further, as shown in FIG. 5, the light generated by the sample 3 is multi-split and irradiated on different positions of the sample 3 to generate S.
It is also possible to simultaneously measure HG or THG to measure a plurality of harmonic light intensity distributions in one sample 3, or to measure the harmonic light intensities of a plurality of materials at once.
【図1】線形及び非線形光学感受率測定装置の概略図で
ある。FIG. 1 is a schematic diagram of a linear and nonlinear optical susceptibility measuring device.
【図2】線形及び非線形光学感受率測定装置の概略図で
ある。FIG. 2 is a schematic view of a linear and nonlinear optical susceptibility measuring device.
【図3】ステージの概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a stage.
【図4】2枚の透明基板で挟まれた試料の部分断面図で
ある。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a sample sandwiched between two transparent substrates.
【図5】他の変形例を示す非線形光学感受率測定装置の
概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a non-linear optical susceptibility measuring apparatus showing another modification.
1 線形及び非線形光学感受率測定装置 2 光照射手段 3 試料 6 リニアイメージセンサ 7 光強度検出センサ 8b 信号処理装置 29 屈折率算出手段 30 膜厚算出手段 32 非線形光学感受率算出手段 1 linear and non-linear optical susceptibility measuring device 2 light irradiation means 3 sample 6 linear image sensor 7 light intensity detection sensor 8b signal processing device 29 refractive index calculating means 30 film thickness calculating means 32 non-linear optical susceptibility calculating means
Claims (1)
グカプラーと接して配置されたフィルム又は薄膜状の試
料、あるいは前記グレーティングカプラーの配されてい
ないフィルム又は薄膜状試料に、光を当てる光照射手段
と、 (b) 前記グレーティングカプラーと接した試料に光を当
て、前記グレーティングカプラーによって一度試料中で
導波され、再び前記グレーティングカプラーの外部へ放
射された光又はブリュスターアングルを検出するリニア
イメージセンサと、 (c) 前記グレーティングカプラーの配されていない試料
に光を当て、入射光によって励起された試料からのセカ
ンドハーモニックゼネレーション、あるいはサードハー
モニックゼネレーションの光強度分布を検出する光強度
検出センサと、 (d) 前記イメージセンサの検出結果から、試料の屈折率
を算出する屈折率算出手段、フィルム又は薄膜試料の膜
厚を測定する膜厚算出手段を備えるとともに、試料の屈
折率、膜厚、セカンドハーモニックゼネレーションある
いはサードハーモニックゼネレーションの光強度分布、
及び前記光照射手段の高調波光出力強度から、試料の非
線形光学感受率を算出する非線形光学感受率算出手段を
備える信号処理装置とを具備する線形及び非線形光学感
受率測定装置。1. A light for irradiating a film or thin film sample arranged in contact with (a) a single crystal or an optical waveguide grating coupler, or a film or thin film sample without the grating coupler. Irradiation means, (b) irradiating light to the sample in contact with the grating coupler, linearly detecting light or Brewster angle emitted to the outside of the grating coupler once again guided in the sample by the grating coupler. An image sensor, and (c) Light intensity detection to detect the light intensity distribution of the second harmonic generation or the third harmonic generation from the sample excited by the incident light by irradiating the sample on which the grating coupler is not arranged. Sensor, and (d) the detection result of the image sensor. , A refractive index calculating means for calculating the refractive index of the sample, a film thickness calculating means for measuring the film thickness of the film or thin film sample, and the refractive index of the sample, the film thickness, the light of the second harmonic generation or the third harmonic generation Intensity distribution,
And a signal processing device comprising a nonlinear optical susceptibility calculating means for calculating the nonlinear optical susceptibility of the sample from the harmonic light output intensity of the light irradiating means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1425491A JPH05158084A (en) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1425491A JPH05158084A (en) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05158084A true JPH05158084A (en) | 1993-06-25 |
Family
ID=11855956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1425491A Pending JPH05158084A (en) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05158084A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011191285A (en) * | 2010-02-22 | 2011-09-29 | Takaoka Electric Mfg Co Ltd | Method for measurement of stepped structure in light transmissive material |
JP2013002900A (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | Ellipsometer device and measuring method for anti-reflection film formed on mono-crystalline silicon |
JP2014194352A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | Method for measuring plane orientation of single crystal substrate comprising uniaxial crystal, and device for measuring plane orientation used for the method |
JP2016014563A (en) * | 2014-07-01 | 2016-01-28 | 大日本印刷株式会社 | Inspection device of plant body and inspection method |
-
1991
- 1991-02-05 JP JP1425491A patent/JPH05158084A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011191285A (en) * | 2010-02-22 | 2011-09-29 | Takaoka Electric Mfg Co Ltd | Method for measurement of stepped structure in light transmissive material |
JP2013002900A (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | Ellipsometer device and measuring method for anti-reflection film formed on mono-crystalline silicon |
JP2014194352A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | Method for measuring plane orientation of single crystal substrate comprising uniaxial crystal, and device for measuring plane orientation used for the method |
JP2016014563A (en) * | 2014-07-01 | 2016-01-28 | 大日本印刷株式会社 | Inspection device of plant body and inspection method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6473179B1 (en) | Birefringence measurement system | |
JP4921090B2 (en) | Optical anisotropy parameter measuring method and measuring apparatus | |
US6268914B1 (en) | Calibration Process For Birefringence Measurement System | |
US20040233434A1 (en) | Accuracy calibration of birefringence measurement systems | |
US6697157B2 (en) | Birefringence measurement | |
JP2007514164A (en) | System and method for measuring birefringence in optical materials | |
US6628389B1 (en) | Method and apparatus for measuring cell gap of VA liquid crystal panel | |
KR100293008B1 (en) | Measuring method of liquid crystal pretilt angle and measuring equipment of liquid crystal pretilt angle | |
JPH05158084A (en) | Measuring instrument for linear and nonlinear optical sensing rate | |
JP3131242B2 (en) | Method of measuring incident angle of light beam, measuring device and method of using the device for distance measurement | |
US7002685B2 (en) | System for measuring of both circular and linear birefringence | |
JPH10115573A (en) | Method and apparatus for measurement of tertiary nonlinear susceptibility rate | |
US7312869B2 (en) | Out-of-plane birefringence measurement | |
JP4728830B2 (en) | Optical anisotropy parameter measuring method and measuring apparatus | |
JPH06317518A (en) | Dichroism dispersion meter | |
KR100945387B1 (en) | Apparatus for inspecting homogeneity of the coefficient of the optically induced linear birefringence in thin film | |
JP3855080B2 (en) | Optical characteristic measuring method for liquid crystal element and optical characteristic measuring system for liquid crystal element | |
JP3276033B2 (en) | Apparatus and method for measuring equivalent refractive index and refractive index of optical transmission medium | |
RU2102700C1 (en) | Two-beam interferometer for measuring of refractive index of isotropic and anisotropic materials | |
JP2005283552A (en) | Birefringence measurement device and birefringence measurement method | |
JP2006189411A (en) | Measuring instrument and measuring method for phase delay | |
SU1670542A1 (en) | Method of measuring angles of refraction | |
RU2157513C1 (en) | Ellipsometric transmitter | |
JPH088242B2 (en) | Etching depth measuring device | |
JPH11352054A (en) | Ellipsometry apparatus |