JPH083447B2

JPH083447B2 - 光学測定装置

Info

Publication number: JPH083447B2
Application number: JP62128352A
Authority: JP
Inventors: 伸利浅井; 典之岸井
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPS63293430A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば光化学ホールバーニング（フォトケ
ミカルホールバーニング）等、極めて高い波長分解能を
必要とする分光測定に使用する光学測定装置に関するも
のである。

〔発明の概要〕

本発明は、光化学ホールバーニング等で使用されるク
ライオスタットのように、極めて高い波長分解能を必要
とする分光測定に用いられる光学測定装置の光学窓に対
し、無反射コーティングを施すことにより、光干渉によるノズルの低減を図り、検出感度の向上を
図ろうとするものである。

〔従来の技術〕

光記録の分野においては、記録密度の一層の向上を図
るために、レーザ波長を変化させることにより１スポッ
ト中に複数の情報を記録する，いわゆる波長多重記録の
構想が生まれてきている。光化学ホールバーニング記録
方式もその一つであり、その記録原理は、例えば特開昭
53−99735号公報等に記載されている。すなわち、透明
分散媒質に分散された感光物質が極低温において示すひ
とつの広い吸収帯（不均一吸収帯）の中に、狭帯域のレ
ーザ光を照射して鋭い窪み（ホール）を形成させるもの
であり、不均一吸収帯にはレーザ光の波長を僅かずつ変
化させることによって多数のホールを形成することがで
きることを利用したものである。

この光化学ホールバーニング記録方式によれば、情報
記録単位となる記録媒体上の１つのレーザ照射部位中に
10²〜10⁴個の情報を記録することが可能であり、したが
って既に実用に供されている光ディスクのような光記録
媒体が１つのレーザ照射部位中に１個の情報しか記録で
きないのと比較すると、情報記録密度の飛躍的な向上が
期待される。

ところで、この光化学ホールバーニング現象は、現状
では液体ヘリウム温度等の極低温中でのみ発現する現象
であり、したがって通常は光化学ホールバーニングを起
こす物質をクライオスタットで冷却して、レーザ照射に
よるホール生成や吸収スペクトル測定等を行っている。
この場合、市販のクライオスタットでは、光学測定用の
窓として厚さ数mm程度の平行透明板（材質はガラス，水
晶，サファイア等。）が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような透明板からなる光学窓を介
して光学測定を行おうとすると、空気相や真空相との界
面で反射が起き、透明板内で多重反射した光が透過光と
干渉して透過スペクトルに数cm^-1周期のノズルが現れ、
ホールの検出や正確な形状の測定を妨げている。特に、
光化学ホールバーニングのように高波長分解能を必要と
する分光測定でこの傾向が著しく、例えば微弱なホール
の検出はほとんど不可能であった。

そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、光干渉によるノズルが少なく、高波長
分解能を必要とする分光測定でも高精度な測定を可能と
する光学測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光学測定装置は、上述の目的を達成するため
に、少なくとも第１の光学窓及び第２の光学窓を平行に
配置し、これら光学窓間に試料を保持する試料容器を配
置し、前記第１の光学窓に垂直に光を入射し、該試料を
透過した光を第２を光学窓を介して分光測定器で受光し
てなる光学測定装置において、前記光学窓の少なくとも
１以上の窓面に無反射コーティングを施し、一つの光学
窓の窓面間に生じる反射光と透過光の間で生じる干渉を
抑制したことを特徴とするものである。

本発明が適用される光学測定装置は、例えば第１図に
示すように、第１光学窓（１）と第２の光学窓（２）と
の間に試料（３）を入れる空間（４）が試料容器として
形成されるもので、第１の光学窓（１）側から光を照射
して、試料（３）の吸収スペクトルを第２の光学窓
（２）側で検出するように構成されるものである。

ここで、各光学窓（１），（２）は、例えばガラス，
水晶，サファイア等の透明板により形成されるものであ
るが、本発明では、これら光学窓（１），（２）の窓面
に無反射コーティングを施して干渉によるノイズを低減
する。

無反射コーティングは、これら光学窓（１），（２）
の窓面のいずれか１面以上に設ければ効果があり、第１
図ないし第４図に示すようにどの面に無反射コーティン
グを施しても原理的に同じ効果が得られる。

また、第５図ないし第８図に示すように、全ての窓の
任意の片窓面に無反射コーティングを施せば更に干渉ノ
イズ低減効果は高まる。

一般に無反射コーティングでも完全に反射率を零にす
ることはできないので、第９図ないし第12図に示すよう
に、一枚の窓の両面に無反射コーティングを施せば更に
効果が高まり、第13図に示すように全ての窓面に無反射
コーティングすれば最も効果が高い。

無反射コーティングの手法としては、公知の技術がい
ずれも使用できる。例えばMgF₂,CaF₂,SiO₂等の低屈折率
材料とZnS,TiO₂等の高屈折率材料とを交互に蒸着すれば
良い。

無反射コーティング以外にも、光学窓部に平行度の悪
い透明板，例えばレンズ，プリズム等を使用しても、干
渉パターンが細かくなるため、照射光の断面積が充分大
きければ空間的に平均化され、やはりノイズを消すこと
ができる。

以上、光学窓が試料の両側に２枚取付けられたものを
例に説明したが、これに限らず、例えば光学窓の数はい
くつであっても良い。

〔作用〕

光学窓を介して試料の吸収スペクトルを分光測定しよ
うとすると、第14図に示すように、所定の透過光P₁の他
に、光学窓Ａの窓面ｂとａの間で反射された反射光P₂が
生じ、これらP₁,P₂間での干渉によりノイズが発生す
る。

なお、同図では、入射光P₀は窓面ｂで斜めに反射して
いるように図示しているが、これは説明の都合によるも
のであり、入射光P₀は実際には窓面ｂに垂直方向に反射
するものである。

ここで、入射光振幅をP₀,光学窓Ａの窓面ａでの反射
係数をR₁,窓面ｂでの反射係数をR₂,窓面ｂでの透過係数
をT₂とすると、前記透過光振幅P₁及び反射光振幅P₂はそ
れぞれ次式で表される。

P₁＝P₀×T₂ ・・・（１） P₂＝P₀×R₁×R₂×T₂ ・・・（２）本発明では、光学窓の窓面に無反射コーティングを施
しているので、前記反射光P₂が低減され、干渉が抑えら
れる。すなわち、光学窓Ａの窓面ａまたは窓面ｂあるい
はれら両者に無反射コーティングを施すと、（２）式に
おけるR₁またはR₂あるいはこれら両者が減少し、結果と
して反射光P₂の強度が弱くなり、干渉が減少する。

〔実施例〕

以下、本発明を光化学ホールバーニング現象の分光測
定に使用されるクライオスタットに適用した実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。

使用したクライオスタットは英国オクスフォードイン
ストゥルメント社製,CF−1204であり、その構造は第15
図に示すようなものである。

すなわち、当該クライオスタットは、円筒状の容器
（11），（12），（13）からなる３重構造を有するもの
で、その最も内側の容器（13）の内部が試料室となって
いる。

上記容器（13）の図中最上部位置には、Ｏリングでシ
ールされた試料出入れ口（14）が設けられており、さら
にその試料出入れ口（14）近傍には、安全弁を有する排
気装置（15）が接続されている。

また、最も内側の容器（13）の周囲には、冷却された
ヘリウムガスが循環されるとともに、各容器（11），
（12），（13）間の空間は真空とされ、容器（13）内は
液体ヘリウム温度（4K）まで冷却されている。

一方、各容器（11），（12），（13）の周壁には、そ
れぞれ180゜対向する位置に２ケ所ずつ光学窓（16），
（17），（18），（19），（20），（21）が嵌め込まれ
ており、これら光学窓（16），（17），（18），（1
9），（20），（21）を介して容器（13）内部の試料の
分光測定を分光測定器で行うようになっている。なお、
光学窓（16），（17），（18），（19），（20），（2
1）を構成する窓板は、全て厚さ2mmの水晶（クォーツ）
板とした。

そして本実施例では、かかるクライオスタットの光が
透過する全ての光学窓（16），（17），（18），（1
9），（20），（21）に無反射コーティング（22）を施
した。

このように無反射コーティングを施したクライオスタ
ットと、全く無反射コーティングを施していないクライ
オスタットについて、照射光の透過スペクトルを測定し
た。結果を第16図に示す。なお、測定に用いた照明光は
ハロゲンランプ（米国ニューポート社製，モデル178
0）、分光測定器はフランスのジョバン・イヴォン（Job
in Yvon）社製,U−1000である。分光測定器のスリット
幅は、入射側，出射側ともに40ミクロンである。

図中、S₁が無反射コーティングを施したクライオスタ
ットの透過スペクトル、S₂が無反射コーティングを施し
ていないクライオスタットの透過スペクトルを示す。

無反射コーティングなしの場合、波数の周期がＫ＝1/
2nd（但し、ｎは窓板の屈折率であり、ｄは窓板の厚み
である。）で定まる周期性のあるノイズが現れている。
この場合ではＫ＝1.7cm^-1である。無反射コーティング
ありの場合、このノイズが殆ど消え、クライオスタット
を通さない場合（図中S₃で示す。）とノイズの量は殆ど
変わっていない。

次に、実際に光化学ホールバーニングを測定した例を
示す。

試料は、1mm厚のTPP/PMMA（テトラフェニルポルフィ
ンをポリメチルメタクリレートに１×10^-4重量％で分散
させたもの。）を用いた。これを前述のクライオスタッ
トに入れ、4Kに冷却した状態で、波長650nm程度のレー
ザ照射前後での吸収スペクトルの変化を測定した。第17
図は無反射コーティングなしの場合のホールのスペクト
ルであり、第18図は無反射コーティングありの場合のホ
ールのスペクトルである。レーザ照射量は、無反射コー
ティングなしの場合15J/cm²、無反射コーティングあり
の場合0.02J/cm²である。

無反射コーティングなしの場合、より深いホールが形
成されているのにノイズに埋もれてもわずかにその存在
がわかる程度であるのに対して、無反射コーティングを
施すと、より浅いホールの形状も高精度に測定されてい
る。

以上、本発明をクライオスタットを例に説明したが、
本発明がこれに限定されるものではなく、高い波長分解
能を必要とする分光測定に使用する光学測定装置であれ
ばいずれにも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の光学測定
装置においては、光学窓に無反射コーティングを施して
いるので、窓内での多重反射による光干渉が解消され、
ノイズを低減し信号検出感度を高めることが可能であ
る。

したがって、例えば光化学ホールバーニングに使用す
る光学測定装置に適用した場合には、従来では光干渉ノ
イズに埋もれて測定が難しかった微弱なホールまで検出
できるようになり、より高精度なホールの形状測定が可
能になる。勿論、他の高分解能分光測定でもより微細な
信号検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第13図はそれぞれ基本的な構成の光学測定
装置に対する無反射コーティング例を示す模式図であ
る。第14図は光学窓における干渉を説明するための模式図で
ある。第15図は本発明を光化学ホールバーニングの分光測定に
使用されるクライオスタットに適用した一実施例を示す
一部破断側面図、第16図は光学窓に無反射コーティング
を施した場合の透過スペクトルを無反射コーティングを
施さない場合と比較して示す特性図、第17図は無反射コ
ーティングなしの場合のホールのスペクトルを示す特性
図、第18図は無反射コーティングありの場合のホールの
スペクトルを示す特性図である。 1,2,16,17,18,19,20,21……光学窓 5,22……無反射コーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１の光学窓及び第２の光学窓
を平行に配置し、これら光学窓間に試料を保持する試料
容器を配置し、前記第１の光学窓に垂直に光を入射し、
該試料を透過した光を第２の光学窓を介して分光測定器
で受光してなる光学測定装置において、前記光学窓の少なくとも１以上の窓面に無反射コーティ
ングを施し、一つの光学窓の窓面間に生じる反射光と透
過光の間で生じる干渉を抑制したことを特徴とする光学
測定装置。