(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光２次非線形性薄膜に対する２種類の基本波レーザー光の照射により実験的に測定される２種類のＳＨ−ＭＦ曲線における各入射角の測定データ間の比の算出によりＳＨ−ＭＦ比曲線を生成する処理と、
前記ＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式と実験測定曲線としての前記ＳＨ−ＭＦ比曲線との近似演算処理を実行し、前記理論関数式における２つの未知パラメータである複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を決定する処理と、
決定された前記複屈折率（Δｎ）と前記非線形光学定数比（ｄ-ratio）を出力する処理と
を有する、光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性同時測定方法。
【請求項２】
前記理論関数式は、次式で与えられる
ことを特徴とする請求項１に記載の光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性同時測定方法。
【数１】
0005382792.tif 000013
ここで、θは光２次非線形薄膜に対する基本波レーザー光の入射角であり、Ｉratio(θ)は入射角θにおける２種類のＳＨ−ＭＦ曲線の測定データ間の比であり、右辺第１項は実効非線形光学定数の比であり、右辺第２項は光２次非線形薄膜に至る基本波レーザー光の透過率の比である。
【請求項３】
前記光２次非線形性薄膜は、有機アモルファス薄膜である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性同時測定方法。
【請求項４】
前記複屈折率（Δｎ）の算出時には、０°付近の第１の入射角θ１について近似演算処理を実行し、
前記非線形光学定数成分の比（ｄ-ratio）の算出時には、前記第１の入射角θ１よりも大きい第２の入射角θ２について近似演算処理を実行する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性同時測定方法。
【請求項５】
１つの光２次非線形性薄膜に対する２種類の基本波レーザー光の照射により実験的に測定される２種類のＳＨ−ＭＦ曲線における各入射角の測定データ間の比の算出によりＳＨ−ＭＦ比曲線を生成する第１の演算部と、
前記ＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式と実験測定曲線としての前記ＳＨ−ＭＦ比曲線との近似演算処理を実行し、前記理論関数式における２つの未知パラメータである複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を決定する第２の演算部と、
決定された前記複屈折率（Δｎ）と前記非線形光学定数比（ｄ-ratio）を出力する第３の演算部と
を有する、光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性同時測定装置。
【請求項６】
１つの光２次非線形性薄膜に対する２種類の基本波レーザー光の照射により実験的に測定される２種類のＳＨ−ＭＦ曲線における各入射角の測定データ間の比の算出によりＳＨ−ＭＦ比曲線を生成する処理と、
前記ＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式と実験測定曲線としての前記ＳＨ−ＭＦ比曲線との近似演算処理を実行し、前記理論関数式における２つの未知パラメータである複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を決定する処理と、
決定された前記複屈折率（Δｎ）と前記非線形光学定数比（ｄ-ratio）を出力する処理と
をコンピュータに実行させ、光２次非線形薄膜における１次及び２次光感受率異方性を同時に測定するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光２次非線形薄膜（光２次非線形性を有する薄膜）の感受率異方性を表す光学物性値である非線形光学定数成分の比（ｄ-ratio）と複屈折率（Δｎ）を実験的に同時に決定する方法、当該方法を実行する装置及び当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。なお、光２次非線形性の代表例には、例えば電気光学（EO）効果がある。また、光２次非線形性薄膜の代表例には、例えば光２次非線形色素を含む高分子等の有機アモルファス材料によって作製される薄膜試料がある。
【背景技術】
【０００２】
測定試料の光学物性値である非線形光学定数成分の比（ｄ-ratio）と複屈折率（Δｎ）を実験的に同時に決定できる手法として、測定試料について測定された光第２高調波のメーカーフリンジ曲線（ＳＨ−ＭＦ曲線）を解析する方法が知られている。
【０００３】
ここで、光第２高調波（ＳＨ波）は、光２次非線形性を有する試料に波長λのレーザー光（基本波と呼ぶ）を照射した場合に発生する波長λ/２を有する光波（レーザー光）のことをいう。例えば１μｍの赤外波長のレーザー光を照射した場合に発生する波長０．５μｍの緑色の光波をいう。
【０００４】
他方、メーカーフリンジ曲線は、試料中を伝搬する基本波の光路長を連続的に変化させた場合に、高調波の測定強度が光干渉によって大→小→大→小…と周期的に変化する様子をプロットした曲線をいう。因みに、試料中を伝搬する基本波の光路長は、測定試料に対する入射角に応じて連続的に変えることができる。この曲線のうち基本波の入射角とＳＨ波の強度との間に出現する周期的な変化をプロットした曲線を特にＳＨ−ＭＦ曲線という。
【０００５】
ＳＨ−ＭＦ曲線は、前述した二つの光学物性値によって、その振幅と周期が独立に変化するため、各変化量を解析することにより対応する光学物性値を求めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただし、ＳＨ−ＭＦ曲線の振幅変化と周期変化に基づく光学物性値の解析は、測定試料が十分に厚い（光路長が長い）場合に限られており、測定可能な試料に制限があった。実際、測定試料が十分な厚みを有していない場合、ＳＨ−ＭＦ曲線に周期的な変化が出現しない。その理由は、基本波の入射角を可変するために測定試料を回転させても、十分に広い範囲で基本波の光路長を変化させることができず、周期シフト量を読み出すことができないためと考えられる。従って、有機アモルファス材料のように、ほとんどが薄膜としてしか利用できない試料の場合には、従来手法を利用することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、光２次非線形性薄膜の１次及び２次光感受率の異方性を実験的に同時に測定できる手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討の結果、１つの測定試料に２種類の光を照射することで実験的に測定される２種類のＳＨ−ＭＦ曲線の比（ＳＨ−ＭＦ比曲線）を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明者は、ＳＨ−ＭＦ曲線の振幅変化と周期変化にそれぞれ対応する変化が、ＳＨ−ＭＦ比曲線の異なる入射角範囲に独立に出現することを見出した。そこで、本発明では、ＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式の２つの未知パラメータのそれぞれを対応する入射角範囲について独立に近似演算処理を実行することにより、ＳＨ−ＭＦ比曲線に近似する理論関数式を与える２つの未知パラメータを個別に決定する手法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、従来手法では、実験的に同時に測定できなかった光２次非線形性薄膜の２つの光学物性値を、同一測定試料に対する実験により同時に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】測定試料の構造例と基本波レーザー光の入射角を説明する図。
【図２】測定装置の全体構成例を説明する図。
【図３】複屈折率の決定原理を説明する図。
【図４】非線形光学定数比の決定原理を説明する図。
【図５】光学物性値の解析手順を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、後述する装置構成や処理動作の内容は一例であり、実施の形態と既知の技術との組み合わせや置換により他の実施の形態を実現することもできる。
【実施例】
【００１２】
（１）測定試料の構造例
以下の実施例では、光２次非線形性薄膜が、有機薄膜（例えば有機アモルファス薄膜）である場合について説明する。図１に、この実施例で使用する測定試料１０の構造例を示す。測定試料１０の基本構造は、ガラスその他の透明基板１１の表面に、有機アモルファス薄膜層１２を堆積させた構造である。
【００１３】
ところで、後述する（３）項に示すような単純化した理論関数式を用いて有機アモルファス薄膜層１２の光学物性値を解析又は測定するには、有機アモルファス薄膜層１２の厚みが予め定められた範囲に作製されていることが求められる。要求される厚みについては後述する（３）項において説明する。この他、有機アモルファス材料に光２次非線形性を付与するには、一般的に、薄膜内で光２次非線形色素を配向させる必要がある。配向処理方法としては、電界配向誘起法が最も一般的である。多くの場合、透明基板１１に対して垂直な方向に分子が配列される。
【００１４】
ただし、有機アモルファス薄膜層１２にレーザー光を直接入射させる場合、入射角θが０°の付近でＭＦ曲線をきれいに測定できないことがある。その原因の一つに、有機薄膜で発生したＳＨ波が、有機アモルファス薄膜層１２と空気との境界部分で反射することが考えられる。そこで、図１の場合には、有機アモルファス薄膜層１２の表面に有機アモルファス薄膜層１２と同様の屈折率を有し、かつ、使用するレーザー波長に比べて十分大きな厚みを有する透明層（透明バッファー層）１３を付与する構造を採用する。なお、透明層１３は、平行平板状に形成したものを使用する。
【００１５】
この場合、透明層１３は、有機アモルファス薄膜層１２と完全に密着する必要があり、有機アモルファス薄膜層１２に接していない側の面（層表面）は、光学的に平坦になるように形成されている必要がある。このような構造は、例えば光学シリコーン等のやわらかい材料をシート状に加工し、それを有機アモルファス薄膜層１２の表面に貼り付けることで実現できる。透明層１３の表面の平坦性が十分でない場合には、更にその上にガラスその他の透明な基板を完全に密着させて固定することが望ましい。
【００１６】
（２）測定装置の全体構成例
透明基板１１上に堆積された光２次非線形性を有する有機アモルファス薄膜層１２は、ほとんどの場合、光学軸を透明基板１１に対して垂直とする空間対称性を有している。このような特性を有する測定試料の場合、一般に、基本波レーザー光の二つの偏光（ｐ偏光とｓ偏光）を用いることにより、各偏光に対応する２種類のＳＨ−ＭＦ曲線Ｉpp及びＩspを測定することができる。すなわち、ｐ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線Ｉppとｓ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線Ｉspを測定することができる。
【００１７】
図２に、測定試料の光学物性値である非線形光学定数比（ｄ-ratio）と複屈折率（Δｎ）の測定に使用する測定装置１００の構成例を示す。測定装置１００は、ＳＨ−ＭＦ曲線測定光学系１１０と、物性値測定部１２０で構成される。
【００１８】
ＳＨ−ＭＦ曲線測定光学系１１０は、ｓ偏光とｐ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線を実測するために使用される装置である。この実施例の場合、ＳＨ−ＭＦ曲線測定光学系１１０は、基本波レーザー源１１１、波長板１１２、ＳＨ波カットフィルター１１３、回転ステージ１１４、基本波カットフィルター１１５、検光子１１６、光電子倍増管１１７で構成する。
【００１９】
波長板１１２は、基本波レーザー光の偏光方向（ｐ方向又はｓ方向）の選択に使用される光学素子の一つである。ｓ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線を実測する場合に、波長板１１２は、ｓ偏光を選択的に透過するように制御され、ｐ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線を実測する場合、波長板１１２は、ｐ偏光を選択的に透過するように制御される。波長板１１２の偏光方向の選択は、外部の制御装置（例えば物性値測定部１２０)が用いられる。
【００２０】
ＳＨ波カットフィルター１１３は、測定試料１０に入射する基本波レーザー光（偏光）からＳＨ波成分を除去する光学フィルターである。
【００２１】
回転ステージ１１４は、測定試料１０を取り付けた状態で回転駆動される可動機構である。この実施例の場合、回転ステージ１１４の回転角と測定試料１０に対する基本波レーザー光の入射角θとが一致するように、測定試料１０と回転ステージ１１４との取り付け位置と回転角が調整されている。このため、回転ステージ１１４の回転角の検出を通じ、基本波レーザー光の測定試料１０に対する入射角θを検出することができる。回転ステージ１１４の回転は、外部の制御装置（例えば物性値測定部１２０）により制御される。
【００２２】
一般に、回転ステージ１１４は、事前に定めた一定の範囲内で回動駆動される。この実施例では、入射角θが−70°から＋70°の範囲で回転駆動されるものとする。なお、入射角θとは、測定試料１０の法線面と基本波レーザーの光の入射方向との間に形成される角度をいう。従って、入射角θが０°とは、測定試料１０の法線面と基本波レーザーの光の入射方向とが一致することをいう。因みに、ＳＨ−ＭＦ曲線を高精度で測定するためには、回転ステージ１１４の回転角の刻みは０．５°以下であることが好ましい。測定試料１０に入射した基本波レーザー光は、有機アモルファス薄膜層１２においてＳＨ波を発生する。
【００２３】
基本波カットフィルター１１５は、測定試料１０の透過光に含まれる基本波レーザー光成分を除去する光学フィルターである。
【００２４】
検光子１１６は、測定試料１０で発生されるＳＨ波のうちｐ偏光成分だけを選択的に透過する光学素子である。
【００２５】
光電子増倍管１１７は、検光子１１６を通過したＳＨ波の強度を測定する受光素子である。
【００２６】
一方の物性測定部１２０は、ＳＨ−ＭＦ曲線測定光学系１１０によって実験的に測定される測定データに基づいて、測定試料１０の光学物性値（特に、複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio））を測定する装置である。この実施例の場合、物性測定部１２０は、実測データ格納部１２１、ＳＨ−ＭＦ比曲線生成部１２２、未知パラメータ決定部１２３、パラメータ出力部１２４で構成される。
【００２７】
なお、物性測定部１２０を構成する各処理部は、ハードウェアのみによっても、ソフトウェアのみによっても、ハードウェアとソフトウェアの混合構成によっても実現することができる。この実施例の場合、物性測定部１２０の各処理部は、コンピュータ上で実行されるプログラムを通じて実現されるものとする。従って、実施例における物性測定部１２０は、コンピュータの基本構造である算術論理ユニット、制御回路、記憶部、入出力装置等で構成されている。勿論、光学物性値の解析に使用されるプログラムは、記憶部に格納されている。
【００２８】
実測データ格納部１２１は、光電子増倍管１１７を通じて測定された光強度（測定データ）と基本波レーザー光の入射角θの対応関係を記憶部に格納する処理部である。この実測データ格納部１２１は、前述した外部の制御装置としても機能する。すなわち、波長板１１２における偏光方向の選択や回転ステージ１１４における回転角の制御にも使用される。実測データ格納部１２１には、入射角θの可変範囲について測定されたｓ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線の測定データＩsp（θ）とｐ偏光に対応するＳＨ−ＭＦ曲線の測定データＩpp（θ）が格納される。
【００２９】
ＳＨ−ＭＦ比曲線生成部１２２は、２つのＳＨ−ＭＦ曲線の各入射角θに対応する測定データ間の比を算出し、ＳＨ−ＭＦ比曲線を生成する処理部である。この実施例の場合、入射角θに対応するＳＨ−ＭＦ比曲線を次式で定義する。
Ｉratio（θ）＝Ｉpp（θ）／Ｉsp（θ）      （１）
【００３０】
未知パラメータ決定部１２３は、実測データに基づいて算出されたＳＨ−ＭＦ比曲線に、対応する理論関数式を近似させる複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を決定する処理を、既知の近似演算処理を通じて実現する処理部である。近似演算処理には、例えば最小二乗法を使用する。ここでの近似演算処理量を低減するための理論関数式の簡略化手法と、複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を決定する際の具体的な処理条件については後述する。
【００３１】
パラメータ出力部１２４は、近似演算処理を通じて決定された複屈折率（Δｎ）と非線形光学定数比（ｄ-ratio）を測定結果として外部に出力する処理部である。パラメータ出力部１２４は、例えばディスプレイや印刷装置などの出力装置に対して測定結果を出力する。また、パラメータ出力部１２４は、インターネットやイントラネットを通じて物性値測定部１２０に接続されたネットワーク装置に対して測定結果を出力する機能を搭載する。
【００３２】
（３）ＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式
まず、理論関数式を示す上で必要になる定数を定義する。なお、ここでの定義は、測定試料１０が図１に示す構造（すなわち、透明基板１１、有機アモルファス薄膜層１２、透明層１３）を有する場合を想定する。また、基本波レーザー光は波長lを有し、入射角θで透明層１３に入射するものとする。以下の説明では、「基本波レーザー光」を「基本波」ともいう。
【００３３】
さらに、透明層１３は等方媒質であり、基本波に対して屈折率ｎ1cを有するものとする。また、光2次非線形効果を有する有機アモルファス薄膜層１２は、配向処理前の等方媒質の屈折率として、基本波に対してn１0を有し、ＳＨ波に対してn10＋Δn120を有するものとする。また、配向処理後の有機アモルファス薄膜層１２は、基本波に対して常光屈折率n1oと異常光屈折率n1e、発生するＳＨ波に対して常光屈折率n2oと異常光屈折率n2eを有するものとする。このとき、求めるべき複屈折率Δｎを、基本波とＳＨ波に対してそれぞれΔn1とΔn2と定義すれば、以下のようになる。
【００３４】
Δn1 ＝n1e−n1o      （２）
Δn2 ＝n2e−n2o      （３）
ただし、両者は波長依存を示す定数mによって、以下に示す関係式によって結びつけることができる。
【００３５】
Δn2 ＝m・Δn1      （４）
ここで、Δn120、Δn1、mについては、光吸収のない波長域ではほぼ全ての有機アモルファス材料を網羅する以下の範囲を考える。
【００３６】
0＜Δn120＜0.1      （５）
0＜Δn1＜0.1        （６）
2＜m＜4            （７）
配向処理前の屈折率n10については、ここでは代表値である１．７のみを考える。実際には、光吸収のない波長域では、ほぼ全ての有機アモルファス材料のそれは１．６〜１．８の範囲に分布するが、以下で導かれる結論は変わらない。
【００３７】
電気光学（EO）効果を有する薄膜の光２次非線形定数テンソルについては、以下の典型的な成分を考える。
【００３８】
【数１】
0005382792.tif 000002
ただしd31=d32=d24=d15
【００３９】
このとき、求めるべき非線形光学定数比は一種類となりd33/d31で与えられる。この比d33/d31が、特許請求の範囲における非線形光学定数比（ｄ-ratio）に対応する。
【００４０】
さて、前述したパラメータをもつ光2次非線形効果を有する薄膜（この実施例では、有機アモルファス薄層）に対するＳＨ−ＭＦ曲線（Ｉpp(θ)とＩsp(θ)）の理論関数式は既に明らかになっている（例えば論文J. Opt. Soc. Am. B 12 (1995) 416を参照。）。それらを引用すれば、ＳＨ−ＭＦ比曲線に対する理論関数式は、以下のように整理できる。
【００４１】
【数２】
0005382792.tif 000003
【００４２】
ここで、（９）式の右辺第１項は、実効非線形光学定数比であり、次の(１０)式で与えられる。
【００４３】
【数３】
0005382792.tif 000004
【００４４】
ただし、θ1p,θ2pとγ1p,γ2pは、次式で表すことができる。
【００４５】
【数４】
0005382792.tif 000005
【００４６】
【数５】
0005382792.tif 000006
【００４７】
なお、θ1p，θ2pは、それぞれｐ偏光基本波，ｐ偏光ＳＨ波の伝搬角（（１１）式）であり、γ1p，γ2pは、それぞれｐ偏光基本波，ｐ偏光ＳＨ波に対するウォークオフ角（（１２）式）である。（１０）式〜（１２）式より（９）式の右辺第１項は、求めるべき複屈折Δｎと非線形光学定数比（ｄ-ratio）の両者を含むことが分かる。
【００４８】
さらに、（９）式の右辺第２項は、光２次非線形効果を有する薄膜（この実施例では、有機アモルファス薄膜層１２）に至る基本波の透過率の比である。前述の通り、透過層１３と有機アモルファス薄膜層１２の屈折率がほぼ同じと仮定するときは、次式で表すことができる。
【００４９】
【数６】
0005382792.tif 000007
【００５０】
すなわち、（９）式の右辺第２項は、透過層１３の屈折率と基本波の入射角θのみで記述できる。
さらに、（９）式の右辺第３項は、屈折率よりなる係数項である。
【００５１】
【数７】
0005382792.tif 000008
【００５２】
n1(θ1p)，n1(θ1s)は、それぞれ入射角θ1p，θ1sで伝搬する基本波が感じる屈折率、n2(θ2p)，n2(θ1p)，n2(θ1s)はそれぞれ角度θ2p，θ1p，θ1sで伝搬するＳＨ波が感じる屈折率を示す。
【００５３】
さらに、（９）式の右辺第４項は、基本波（非線形分極波）とＳＨ波の位相ずれに関する項である。
【００５４】
【数８】
0005382792.tif 000009
【００５５】
上記第３項と第４項は、光学的異方性媒質に特有に現れる項であり、異方性が大きくなるほど１からずれた値をもつ。
【００５６】
このように、ＳＨ−ＭＦ比曲線に対する理論関数式（（９）式〜（１５）式）は、一般に煩雑な形をもつ。しかしながら、これから示すように、第３項のＡ(θ)と第４項のＢ(θ)については、ある条件化では、異方性媒質であっても共にほぼ１（定数）とみなすことが可能となる。
【００５７】
先ず、第３項のＡ(θ)について考える。（１４）式からＡ(θ)の値の変化に支配的に寄与するn2(θ1s)，n2(θ1p)，n2(θ2p)に着目する。これらの変数は、いずれもθ，m，Δn1，Δn120に比例して大きくなる。しかし、この関係を考慮すると、設定条件では、n2(θ1p)とn2(θ2p)の値はn2(θ1s)に対して最大でもそれぞれ０．２％と０．６％ずれるだけであることが分かる。従って、Ａ(θ)は１に対して１％よりはるかに小さなずれしか示さないため、最終的に定数１とみなしてよい。
【００５８】
次に、第４項のＢ(θ)について考える。Ｂ(θ)の大きさは、λ/L，θ，Δn1，Δn120については比例関係にあるものの、mについては逆比例の関係にある。この関係を考慮すると、設定条件では、１からの最大のずれはλ/L=1のとき１３％となる。このＢ(θ)のずれは、以下の項目で示す方法で算出する物性値に対しては５％程度のずれとなる。この程度のずれは本実験での測定誤差として一般的である。このため、厚さが基本波レーザー光の波長と同じ値（λ/L=1）よりも小さな光2次非線形効果を有する薄膜（この実施例では、有機アモルファス薄膜）を使うことで、Ａ(θ)とＢ(θ)の両者を定数１として実質的にみてよいことになる。
【００５９】
以上より、厚さが基本波レーザー光の波長と同じ値よりも小さな光2次非線形効果を有する薄膜を用いると、（９）式は近似的に簡略化された次式で表すことができる。
【００６０】
【数９】
0005382792.tif 000010
【００６１】
前述したように、（１６）式では、右辺第１項のみが求めたい非線形光学定数比d33/d31と複屈折率Δn1，Δn2を含んでいる。更にその記述式（（１０）式〜（１２）式）については、θが０°付近では、次式が成立する。
【００６２】
【数１０】
0005382792.tif 000011
【００６３】
すなわち、入射角θが０°付近の値は複屈折率を含む屈折率のみで記述できることが分かる。このことから、入射角θが０oの近傍付近のＳＨ−ＭＦ比の値から複屈折率Δｎを求めることができる。図３に、複屈折率Δｎの可変制御によって理論関数式の形状に現れる変化のイメージを示す。なお、図３の横軸は入射角θであり、縦軸はＳＨ−ＭＦ比である。
【００６４】
図３より分かるように、複屈折率Δｎの変化に伴うＳＨ−ＭＦ比の振幅変化は、入射角θが０°付近で最大となり、入射角θが大きくなるほどＳＨ−ＭＦ比の振幅変化は小さくなる。このため、入射角θが０°の近辺において、実験測定値であるＳＨ−ＭＦ比曲線と理論関数式との近似演算処理を実行し、実験測定値のＳＨ−ＭＦ比曲線に最も近似する理論関数式を与える複屈折率Δｎを決定すれば、測定試料１０の複屈折率Δｎを測定できたことになる。
【００６５】
一方で、（１０）式より、非線形光学定数比d33/d31の影響は、入射角θが大きいほど大きく現れることが分かる。図４に、非線形光学定数比d33/d31の可変制御によって理論関数式の形状に現れる変化のイメージを示す。なお、図４の横軸は入射角θであり、縦軸はＳＨ−ＭＦ比である。
【００６６】
図４より分かるように、非線形光学定数比d33/d31の変化に伴うＳＨ−ＭＦ比の振幅変化は入射角θが大きい領域ほど大きくなり、入射角θが０°に近づくほどＳＨ−ＭＦ比の振幅変化は小さくなる。このため、入射角θが大きい領域において、実験測定値であるＳＨ−ＭＦ比曲線と理論関数式との近似演算処理を実行し、実験測定値のＳＨ−ＭＦ比曲線に最も近似する理論関数式を与える非線形光学定数比d33/d31を決定すれば、測定試料１０の非線形光学定数比d33/d31を測定できたことになる。
【００６７】
以上より、入射角θが０o付近のＳＨ−ＭＦ比曲線Ｉratio(θ)の値からは複屈折率Δｎが、入射角θが大きい範囲(例えばθ＝±70°)の値からは非線形光学定数比d33/d31を求めることができることが分かる。
【００６８】
（４）光学物性値の解析手順
図５を用いて、物性値測定部１２０において実行される光学物性値の解析手順の概要例を説明する。すなわち、未知パラメータ決定部１２３が、有機アモルファス薄膜の２つの光学物性値（複屈折率Δｎ（詳しくはΔn1とΔn２）及び非線形光学定数比d33/d31）を、ＳＨ−ＭＦ比曲線の解析を通じて決定する際に実行される処理手順の概要を説明する。
【００６９】
この解析処理では、実験測定値に基づいて得たＳＨ−ＭＦ比曲線に理論関数式の曲線（（１６）式）を合わせこむことにより、複屈折率Δn1とΔn２及び非線形光学定数比d33/d31の決定が実行される。ここでの合わせこみ処理を、フィッティング処理ともいう。
【００７０】
合わせこみ処理には、例えば最小二乗法などの既知の近似演算処理が用いられる。具体的には、両曲線間の誤差が最も小さくなる複屈折率Δn1とΔn２及び非線形光学定数比d33/d31を、コンピュータ上で実行される近似演算処理を通じて決定する。ただし、合わせこみ処理時の処理負荷を低減するには、ＳＨ−ＭＦ比曲線の理論関数式の未知パラメータ数を予め削減しておくことが好ましい。
【００７１】
この実施例では、配向処理前の光2次非線形効果を有する薄膜のＳＨ−ＭＦ比曲線に対応する理論関数式の５つの未知パラメータのうち３つのパラメータ、すなわちn10、Δn120、mを事前に測定し、パラメータ数を削減しておく（処理ａ）。因みに、n10、Δn120は、エリプソメトリー法やモードライン法等によって測定することができる。mは、例えば光吸収スペクトル測定によって得ることのできる吸収ピーク波長λegを、エネルギー２準位モデルに基づいて導いた次式に代入することにより求めることができる。
【００７２】
【数１１】
0005382792.tif 000012
【００７３】
この処理ａの適用により、ＳＨ−ＭＦ比曲線の理論関数式（（１６）式）の未知パラメータは、Δn1とd33/d31の２つとなる。
【００７４】
次に、未知パラメータ決定部１２３は近似演算処理を実行し、これら２つの未知パラメータを変数とする理論関数式（（１６）式）を、実験測定値であるＳＨ−ＭＦ比曲線に合わせこむ処理ｂを実行する。
【００７５】
未知パラメータ決定部１２３は、入射角θの０°付近について複屈折率Δｎ1を可変することで、実験測定値であるＳＨ−ＭＦ比曲線に最も近似する理論関数式（（１６）式）を与える複屈折率Δｎ1を決定する。また、未知パラメータ決定部１２３は、入射角θが大きい領域（例えば70°）付近について複非線形光学定数比d33/d31を可変することで、実験測定値であるＳＨ−ＭＦ比曲線に最も近似する理論関数式（（１６）式）を与える非線形光学定数比d33/d31を決定する。
【００７６】
以上の処理の後、パラメータ出力部１２４は、処理ｂにおける合わせ込みで決定した２つのパラメータを最終値として出力する。すなわち、処理ｃを実行する。
【００７７】
（５）まとめ
この実施例によれば、１つの測定試料１０を回転テーブル１１４に装着した後は、１つの基本波レーザー光源１１１から射出されるｐ偏光とｓ偏光について２つのＳＨ−ＭＦ曲線を実測するだけで、有機アモルファス薄膜等の非常に膜厚の小さい試料における複屈折率Δｎ1と複非線形光学定数比d33/d31とを同時に測定することができる。
【００７８】
このように、実施例に係る測定装置１００は、従来装置のように各光学物性値に応じて異なる試料や測定条件を用意しなくて済むため、測定結果の信頼性を高めることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…測定試料、１１…透明基板、１２…有機アモルファス薄膜層、１３…透明層、１００…測定装置、１１０…ＳＨ−ＭＦ曲線測定光学系、１１１…基本波レーザー源、１１２…波長板、１１３…ＳＨ波カットフィルター、１１４…回転ステージ、１１５…基本波カットフィルター、１１６…検光子、１１７…光電子倍増管、１２０…物性値測定部、１２１…実測データ格納部、１２２…ＳＨ−ＭＦ比曲線生成部、１２３…未知パラメータ決定部、１２４…パラメータ出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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