JPH0810190B2 - 薄膜の電気光学効果の測定方法 - Google Patents
薄膜の電気光学効果の測定方法Info
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- JPH0810190B2 JPH0810190B2 JP62197289A JP19728987A JPH0810190B2 JP H0810190 B2 JPH0810190 B2 JP H0810190B2 JP 62197289 A JP62197289 A JP 62197289A JP 19728987 A JP19728987 A JP 19728987A JP H0810190 B2 JPH0810190 B2 JP H0810190B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ポッケルス効果やカー効果等の電気光学
効果を簡便に測定できる薄膜の電気光学的効果の測定方
法に関するものである。
効果を簡便に測定できる薄膜の電気光学的効果の測定方
法に関するものである。
〔従来の技術〕 電気光学効果、つまり電場を印加すると、物質の屈折
率が変化する現象には、電場の１乗に比例して屈折率が
変化するポッケルス効果と、電場の２乗に比例して屈折
率が変化するカー効果とがあり、いずれも物質の非線形
分極率χ(2)やχ(3)と深い関係がある。
率が変化する現象には、電場の１乗に比例して屈折率が
変化するポッケルス効果と、電場の２乗に比例して屈折
率が変化するカー効果とがあり、いずれも物質の非線形
分極率χ(2)やχ(3)と深い関係がある。
このような電気光学的効果は、電場によって光のスイ
ッチングや変調に利用することが可能であり、シャッタ
等のメカニカルなスイッチと比較すると超高速（MHz以
上）のスイッチングが可能であり、実験室レベルではポ
ッケルズセル，カーセルとして古くから利用され、光通
信や光演算処理等への応用が期待され、光回路素子も多
く作られている。
ッチングや変調に利用することが可能であり、シャッタ
等のメカニカルなスイッチと比較すると超高速（MHz以
上）のスイッチングが可能であり、実験室レベルではポ
ッケルズセル，カーセルとして古くから利用され、光通
信や光演算処理等への応用が期待され、光回路素子も多
く作られている。
ところで、このような電気光学効果の測定に当って
は、従来第９図に示すような方法が採られている。
は、従来第９図に示すような方法が採られている。
第９図において、１はレーザで、レーザ光２を出射
し、このレーザ光２は偏光子３で直線偏向され、ポッケ
ルスセルまたはカーセル等の試料４に入射する。試料４
は電極板５と電源６とで形成される電界中に置かれてお
り、印加される電界の強さによって屈折率ｎが変化す
る。レーザの出射方向をｚ軸、電界の方向をｘ軸とす
る。試料４に電界を印加していない時、レーザ光が透過
しなくなり、検光子７を回転して調整する。試料４に入
射する前は直線偏光であったレーザ光は、試料４を通過
した後、第10図に示すように、偏向面4Aが屈折率ｎの変
化量dnに依存して楕円偏光になる。したがって、検光子
７をレーザ光を透過してくるようになり、この透過光強
度を光検出器８で検出することにより楕円偏光離心率が
わかり、これから電場による屈折率の変化dnが求まる。
楕円偏光の離心率として検出されるのは、 dn＝dnx−dny で屈折率のｘ成分の変化量dnxとｙ成分の変化量dnyとの
差となる。すなわち、電場をかけたときの屈折率をｎ
（Ｅ）とすると、 ｎ（Ｅ）＝ｎ＋dn n:E＝０のときの屈折率 である。
し、このレーザ光２は偏光子３で直線偏向され、ポッケ
ルスセルまたはカーセル等の試料４に入射する。試料４
は電極板５と電源６とで形成される電界中に置かれてお
り、印加される電界の強さによって屈折率ｎが変化す
る。レーザの出射方向をｚ軸、電界の方向をｘ軸とす
る。試料４に電界を印加していない時、レーザ光が透過
しなくなり、検光子７を回転して調整する。試料４に入
射する前は直線偏光であったレーザ光は、試料４を通過
した後、第10図に示すように、偏向面4Aが屈折率ｎの変
化量dnに依存して楕円偏光になる。したがって、検光子
７をレーザ光を透過してくるようになり、この透過光強
度を光検出器８で検出することにより楕円偏光離心率が
わかり、これから電場による屈折率の変化dnが求まる。
楕円偏光の離心率として検出されるのは、 dn＝dnx−dny で屈折率のｘ成分の変化量dnxとｙ成分の変化量dnyとの
差となる。すなわち、電場をかけたときの屈折率をｎ
（Ｅ）とすると、 ｎ（Ｅ）＝ｎ＋dn n:E＝０のときの屈折率 である。
上記のように、屈折率の変化量dnの測定により電気光
学効果が測定される。
学効果が測定される。
上記従来の電気光学効果の測定方法は、偏光を使用す
るため操作が難しく、電界強度を大きくするため数kV程
度の高電圧が必要であるという問題点があった。
るため操作が難しく、電界強度を大きくするため数kV程
度の高電圧が必要であるという問題点があった。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、簡単な操作で測定ができる薄膜の電気光学効果の測
定方法を提供することを目的とする。
で、簡単な操作で測定ができる薄膜の電気光学効果の測
定方法を提供することを目的とする。
この発明にかかる薄膜の電気光学効果の測定方法は、
薄膜試料の両面に半透明の金属膜を対向して設けてファ
ブリーペロー共振器を構成し、両金属膜間に電圧を印加
し、かつ一方の金属膜側から他方の金属膜側に向けて単
色光を入射せしめ、他方の金属膜側から出射する単色光
の強度変化から透過率変化量を求め、あらかじめ求めて
ある透過率変化量と屈折率変化量の関係を利用して薄膜
試料の屈折率変化量を得るものである。
薄膜試料の両面に半透明の金属膜を対向して設けてファ
ブリーペロー共振器を構成し、両金属膜間に電圧を印加
し、かつ一方の金属膜側から他方の金属膜側に向けて単
色光を入射せしめ、他方の金属膜側から出射する単色光
の強度変化から透過率変化量を求め、あらかじめ求めて
ある透過率変化量と屈折率変化量の関係を利用して薄膜
試料の屈折率変化量を得るものである。
この発明においては、薄膜試料の両面に形成した半透
明の金属膜間に電圧を印加し、一方の金属膜側から他方
の金属膜側に向けて単色光を入射し、他方の金属膜側か
ら出射する単色光の強度変化から透過率変化量を測定
し、一方、あらかじめ透過率変化量と屈折率変化量の関
係を用い、上記測定した透過率変化量から薄膜試料の屈
折率変化量を求める。
明の金属膜間に電圧を印加し、一方の金属膜側から他方
の金属膜側に向けて単色光を入射し、他方の金属膜側か
ら出射する単色光の強度変化から透過率変化量を測定
し、一方、あらかじめ透過率変化量と屈折率変化量の関
係を用い、上記測定した透過率変化量から薄膜試料の屈
折率変化量を求める。
第１図はこの発明に用いる測定装置の一実施例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
この図で、11はＷ（タングステン）ランプ、12はレン
ズ、13は分光器で、ステッピングモータ14の駆動により
波長を連続的に変えられるものである。15はアイリス、
16はレンズ、17は試料体であり、第２図に示すように、
ガラス基板17a上に金属膜17bを蒸着等で形成し、その上
に電気光学効果を測定したい薄膜試料17cを設け、さら
にその上に金属膜17bを蒸着等で形成したものである。
ズ、13は分光器で、ステッピングモータ14の駆動により
波長を連続的に変えられるものである。15はアイリス、
16はレンズ、17は試料体であり、第２図に示すように、
ガラス基板17a上に金属膜17bを蒸着等で形成し、その上
に電気光学効果を測定したい薄膜試料17cを設け、さら
にその上に金属膜17bを蒸着等で形成したものである。
この構成によって金属膜17bと17dは面が平行し、ファ
ブリーペロー共振器を構成することになる。第３図
（ａ）のような最も単純なファブリペロー共振器の透過
率Ｔは、 なお、 今、物質の屈折率ｎがわずかに変化したとすると、透
過率の変化はdT/dθに比例する。したがって、図中a,b,
c,d点のような傾きが大きいところでは、dT/dθが非常
に大きい量となり、わずかな屈折率変化で検出できるよ
うになる。
ブリーペロー共振器を構成することになる。第３図
（ａ）のような最も単純なファブリペロー共振器の透過
率Ｔは、 なお、 今、物質の屈折率ｎがわずかに変化したとすると、透
過率の変化はdT/dθに比例する。したがって、図中a,b,
c,d点のような傾きが大きいところでは、dT/dθが非常
に大きい量となり、わずかな屈折率変化で検出できるよ
うになる。
再び第１図で、18はパルスジェネレータであり、パル
スを試料体17の金属膜17bと17dに印加する。19は集光レ
ンズ、20はホトダイオード、21はロックインアンプ、22
はADコンパータ、23は制御用のマイクロコンピュータで
ある。
スを試料体17の金属膜17bと17dに印加する。19は集光レ
ンズ、20はホトダイオード、21はロックインアンプ、22
はADコンパータ、23は制御用のマイクロコンピュータで
ある。
次に動作について説明する。
まず、パルスジェネレータ18の出力を０にしておい
て、ステッピングモータ14を駆動し、分光器13の波長を
所定範囲に亘って変化させ、各波長における試料体17を
透過した光をホトダイオード20で受光し、その出力をAD
コンパータ22でディジタル値としてマイクロコンピュー
タ23に入力する。光源11の放射光強度をＳ（λ），分光
器の透過率をＭ（λ），薄膜試料17cの透過率をＴ
（λ），ホトダイオードの検出感度特性をＰ（λ）とす
るとマイクロコンピュータは入力される値は、Ｉ＝Ｓ
（λ）Ｍ（λ）Ｔ（λ）Ｐ（λ）に比例する。
て、ステッピングモータ14を駆動し、分光器13の波長を
所定範囲に亘って変化させ、各波長における試料体17を
透過した光をホトダイオード20で受光し、その出力をAD
コンパータ22でディジタル値としてマイクロコンピュー
タ23に入力する。光源11の放射光強度をＳ（λ），分光
器の透過率をＭ（λ），薄膜試料17cの透過率をＴ
（λ），ホトダイオードの検出感度特性をＰ（λ）とす
るとマイクロコンピュータは入力される値は、Ｉ＝Ｓ
（λ）Ｍ（λ）Ｔ（λ）Ｐ（λ）に比例する。
次に、パルスジェネレータ18により波高値が既知のパ
ルスを印加しながら、前記と同様に入射させる光の波長
を変化させる。印加するパルスに同期したホトダイオー
ド20の出力をロックインアンプ21でロックイン法により
検出する。これにより電圧印加時の透過光強度の変化dI
が求まる。したがって、透過率変化量dT（λ）は、 として求めることができる。
ルスを印加しながら、前記と同様に入射させる光の波長
を変化させる。印加するパルスに同期したホトダイオー
ド20の出力をロックインアンプ21でロックイン法により
検出する。これにより電圧印加時の透過光強度の変化dI
が求まる。したがって、透過率変化量dT（λ）は、 として求めることができる。
一方、あらかじめ透過率変化量dT,屈折率変化量dnと
の関係を数値計算により求めておけるので、これを利用
して上記測定して求めた透過率変化量dT（λ）から屈折
率変化量dnを求めることができる。
の関係を数値計算により求めておけるので、これを利用
して上記測定して求めた透過率変化量dT（λ）から屈折
率変化量dnを求めることができる。
次に、この発明の具体例について説明する。
第４図は試料体17の構成を示すもので、ガラス基板17
aとして厚みｔが1mmのものを用い、その上に金属膜17b
としてAlフィルムのｔ＝135Åを設け、その上に薄膜試
料17cとしてPCフィルム17cをｔ＝1,4μｍに形成し、さ
らにその上に金属膜17dとしてAlフィルムをｔ＝100Å形
成したものを用いた。
aとして厚みｔが1mmのものを用い、その上に金属膜17b
としてAlフィルムのｔ＝135Åを設け、その上に薄膜試
料17cとしてPCフィルム17cをｔ＝1,4μｍに形成し、さ
らにその上に金属膜17dとしてAlフィルムをｔ＝100Å形
成したものを用いた。
なお、PC（ポリカーボネート樹脂）は、ポルカーボネ
ートが83重量％に対して の化合物が17重量％の組成のものである。
ートが83重量％に対して の化合物が17重量％の組成のものである。
はじめに、ガラス基板17a,金属膜17b,17d,薄膜試料17
cのそれぞれの単体についての測定波長域における屈折
率を求めておく。次に第４図のように、試料体17に一体
化したときの反射率Ｒと透過率Ｔを計算によって求め
る。
cのそれぞれの単体についての測定波長域における屈折
率を求めておく。次に第４図のように、試料体17に一体
化したときの反射率Ｒと透過率Ｔを計算によって求め
る。
まず市販の分光光度計を用いて試料17の透過率を測定
しておく。すると、第５図のグラフが得らえる。次に、
Ｗランプ11として100Wのものを用い、分光器13で半値幅
2nmの単色光とし、これを試料体17に垂直に入射させ、
透過光をホトダイオード20で検出する。
しておく。すると、第５図のグラフが得らえる。次に、
Ｗランプ11として100Wのものを用い、分光器13で半値幅
2nmの単色光とし、これを試料体17に垂直に入射させ、
透過光をホトダイオード20で検出する。
パルスジェネレータ18から500Hz,10Vppのパルス電圧
を薄膜試料17cに印加し、電圧印加による透過変化率dT/
Tを求めてグラフとすると、第６図のようになる。
を薄膜試料17cに印加し、電圧印加による透過変化率dT/
Tを求めてグラフとすると、第６図のようになる。
一方、屈折率変化量dnと透過率変化量dTの関係は、あ
らかじめ数値計算することができる。例えばdn＝１×10
-5としてdT/Tを求めると第７図（ｂ）のようになる。こ
のような微少dnについては、dT/Tはdnに比例する。した
がって、測定して求めた（dT/T）ｍと第７図（ｂ）の計
算により求めた（dT/T）ｃとから となり、屈折率変化量dnが第７図（ａ）のように求めら
れる。この第７図は印加電圧が10Vppにおける波長に対
する屈折率変化量dnを示すものである。
らかじめ数値計算することができる。例えばdn＝１×10
-5としてdT/Tを求めると第７図（ｂ）のようになる。こ
のような微少dnについては、dT/Tはdnに比例する。した
がって、測定して求めた（dT/T）ｍと第７図（ｂ）の計
算により求めた（dT/T）ｃとから となり、屈折率変化量dnが第７図（ａ）のように求めら
れる。この第７図は印加電圧が10Vppにおける波長に対
する屈折率変化量dnを示すものである。
このようにして、屈折率変化量dnを高感度で求めるこ
とができ、これから第８図のように非線形感受率χ(3)
等を求めることができる。
とができ、これから第８図のように非線形感受率χ(3)
等を求めることができる。
なお、上記実施例，具体例では薄膜試料17cとして結
晶体を用いたが、これは無定形の固体状の薄膜や、結晶
体あるいは液晶のような液体、またはLB膜（ラングミュ
アープロジェット膜：単分子累積膜）等であってもよ
く、要は２つの対向する金属膜間に挿入された形にでき
るものであればよい。また、金属膜17b,17dとしては蒸
着膜に限らず他の手段で形成したものであってもよい。
晶体を用いたが、これは無定形の固体状の薄膜や、結晶
体あるいは液晶のような液体、またはLB膜（ラングミュ
アープロジェット膜：単分子累積膜）等であってもよ
く、要は２つの対向する金属膜間に挿入された形にでき
るものであればよい。また、金属膜17b,17dとしては蒸
着膜に限らず他の手段で形成したものであってもよい。
この発明は以上説明したように、薄膜試料の両面に半
透明の金属膜を対向して設けてファブリーペロー共振器
を構成し、両金属膜間に電圧を印加し、かつ一方の金属
膜側から他方の金属膜側に向けて単色光を入射せしめ、
他方の金属膜側から出射する単色光の強度変化から透過
率変化量を求め、あらかじめ求めてある透過率変化量と
屈折率変化量の関係を利用して薄膜試料の屈折率変化量
を得るようにしたので、従来のように偏光を扱う必要が
なくなり、また、10V程度の低電圧で測定可能であるた
め、操作が格段と容易になる利点を有する。
透明の金属膜を対向して設けてファブリーペロー共振器
を構成し、両金属膜間に電圧を印加し、かつ一方の金属
膜側から他方の金属膜側に向けて単色光を入射せしめ、
他方の金属膜側から出射する単色光の強度変化から透過
率変化量を求め、あらかじめ求めてある透過率変化量と
屈折率変化量の関係を利用して薄膜試料の屈折率変化量
を得るようにしたので、従来のように偏光を扱う必要が
なくなり、また、10V程度の低電圧で測定可能であるた
め、操作が格段と容易になる利点を有する。
第１図はこの発明の一実施例を実施するための装置の構
成例を示すブロック図、第２図はこの発明で用いる試料
体の断面略図、第３図（ａ），（ｂ）はこの発明の電源
を説明するための図、第４図はこの発明の具体例におけ
る試料体の構成説明図、第５図は、第４図の試料体を用
いて得られた電界を印加しないときの透過率と波長との
関係を示す図、第６図は同じく電界を印加したときの透
過変化率と波長との関係を示す図、第７図（ａ），
（ｂ）は、第５図および第６図に基づいて作成された屈
折率変化量と波長との関係を示す図および計算によって
求めた透過変化率波長との関係を示す図、第８図は３次
の非線形感受率と波長との関係を示す図、第９図は従来
の屈折率変化量の測定方法の説明図、第10図は、第９図
における偏光面の回転を説明する図である。 図中、11はＷランプ、12,16,19はレンズ、13は分光器、
14はステッピングモータ、15はアイリス、17は試料体、
17aはガラス基板、17b,17dは薄膜金属、17cは薄膜試
料、18はパルスジェネレータ、20はホトダイオード、21
はロックインアンプ、22はADコンバータ、23はマイクロ
コンピュータである。
成例を示すブロック図、第２図はこの発明で用いる試料
体の断面略図、第３図（ａ），（ｂ）はこの発明の電源
を説明するための図、第４図はこの発明の具体例におけ
る試料体の構成説明図、第５図は、第４図の試料体を用
いて得られた電界を印加しないときの透過率と波長との
関係を示す図、第６図は同じく電界を印加したときの透
過変化率と波長との関係を示す図、第７図（ａ），
（ｂ）は、第５図および第６図に基づいて作成された屈
折率変化量と波長との関係を示す図および計算によって
求めた透過変化率波長との関係を示す図、第８図は３次
の非線形感受率と波長との関係を示す図、第９図は従来
の屈折率変化量の測定方法の説明図、第10図は、第９図
における偏光面の回転を説明する図である。 図中、11はＷランプ、12,16,19はレンズ、13は分光器、
14はステッピングモータ、15はアイリス、17は試料体、
17aはガラス基板、17b,17dは薄膜金属、17cは薄膜試
料、18はパルスジェネレータ、20はホトダイオード、21
はロックインアンプ、22はADコンバータ、23はマイクロ
コンピュータである。
Claims (1)
- 【請求項１】薄膜試料の両面に半透明の金属膜を対向し
て設けてファブリーペロー共振器を構成し、前記両金属
膜間に電圧を印加し、かつ前記一方の金属膜側から他方
の金属膜側に向けて単色光を入射せしめ、前記他方の金
属膜側から出射する単色光の強度変化から透過率変化量
を求め、あらかじめ求めてある透過率変化量と屈折率変
化量の関係を利用して前記薄膜試料の屈折率変化量を得
ることを特徴とする薄膜の電気光学効果の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62197289A JPH0810190B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 薄膜の電気光学効果の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62197289A JPH0810190B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 薄膜の電気光学効果の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6441838A JPS6441838A (en) | 1989-02-14 |
| JPH0810190B2 true JPH0810190B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16371987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62197289A Expired - Fee Related JPH0810190B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 薄膜の電気光学効果の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810190B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3925692C1 (ja) * | 1989-08-03 | 1990-08-23 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt, De |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5020748A (ja) * | 1973-06-21 | 1975-03-05 | ||
| JPS533363A (en) * | 1976-06-30 | 1978-01-13 | Canon Inc | Measurement method and measurement device |
| JPS63205543A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | Fujitsu Ltd | 電気光学効果の評価方法 |
-
1987
- 1987-08-08 JP JP62197289A patent/JPH0810190B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6441838A (en) | 1989-02-14 |
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