(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の光路上に順次に配置された測定用参照試料とフェイズジェネレーターと被測定対象物とを有し、位相第二高調波発生法により前記被測定対象物に関するフリンジを取得する測定装置によって、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に測定する分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法であって、
前記位相第二高調波発生法により、前記測定用参照試料と前記被測定対象物との距離を固定するとともに前記フェイズジェネレーターを回転させることにより光路長を変化させて第二高調波を測定し、第二高調波の強度と前記フェイズジェネレーターの回転角との関数として、前記被測定対象物に関するフリンジを取得する第１のステップと、
前記位相第二高調波発生法により前記測定用参照試料から発生する第二高調波と前記被測定対象物から発生する第二高調波とが干渉し合う位置における第二高調波のパワーを表す演算式に、既知の値を代入してフィッティングパラメータを変化させることによって、前記第１のステップにより取得した前記フリンジのフィッティングを行って、実効的な二次非線形光学定数を得るとともに、該実効的な二次非線形光学定数の符号に基づいて分子の絶対配向方向を取得する第２のステップと
を有する分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法。
【請求項２】
光源と、前記光源の光路上に順次に配置された測定用参照試料とフェイズジェネレーターと被測定対象物とを有し、位相第二高調波発生法により前記測定参照試料と被測定対象物との距離を固定するとともに前記フェイズジェネレーターを回転させることにより光路長を変化させて第二高調波を測定し、第二高調波の強度と前記フェイズジェネレーターの回転角との関数として、前記被測定対象物に関するフリンジを得る測定装置であって、
前記位相第二高調波発生法により、前記測定用参照試料から発生する第二高調波と前記被測定対象物から発生する第二高調波とが干渉し合う位置における第二高調波のパワーを表す演算式に、既知の値を代入しフィッティングパラメータを変化させることによって、前記フリンジのフィッティングを行うフィッティング手段と、
前記フィッティング手段によるフィッティングに基づいて、実効的な二次非線形光学定数を得るとともに、該実効的な二次非線形光学定数の符号に基づいて分子の絶対配向方向を得る獲得手段と
を有する分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法を、コンピューターに実行させるためのプログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置に関し、さらに詳細には、測定系を変化させることなく分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に算出することのできる分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において、「分子の絶対配向方向」とは、「分子の極性配向の方向（ベクトルの向き）」を意味する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、ポリマー材料を用いてより大きな二次非線形光学応答を生じさせるようにすることは、ポリマー材料を用いた光能動素子の実現において重要な課題の一つとして認識されている。
【０００４】
こうした課題を達成するためには、大きな一次分極率を有する分子の開発が重要であることは勿論のことであるが、それとともに、どのようにして媒質内における分子配向の度合いを増やし、かつ、どのようにして安定した分子配向を得るかが重要な問題となっている。
【０００５】
ここで、分子配向、即ち、分子の極性配向の生成は、分子と当該分子の周りの環境によって支配されるものと考えられている。
【０００６】
こうした分子配向の生成のメカニズムを解明して、媒質内における分子配向の度合いをより一層増加させるようにするとともに、より一層安定した分子配向を得るためには、媒質内における分子の配向方向を正確に把握することが重要となってきている。
【０００７】
ところで、媒質内における分子の配向方向を測定するための従来の手法としては、例えば、位相第二高調波発生法（以下、「位相ＳＨＧ法」と適宜に称する。）が知られている。
【０００８】
そして、この位相ＳＨＧ法においては、分子の絶対配向方向が不明の被測定対象物から得られたフリンジと分子の絶対配向方向が既知の材料から得られたフリンジとを比較して、被測定対象物における分子の絶対配向方向を決定するようになされている。
【０００９】
一方、媒質内における分子の絶対配向方向に応じた当該媒質の実効的な二次非線形光学定数を決定する手法としては、例えば、メーカ・フリンジ法が知られている。
【００１０】
ところが、上記した位相ＳＨＧ法により媒質内における分子の絶対配向方向を求め、また、上記したメーカ・フリンジ法により媒質内における分子の絶対配向方向に応じた当該媒質の実効的な二次非線形光学定数を求めるという従来の手法を用いると、位相ＳＨＧ法の測定系とメーカ・フリンジ法の測定系とがそれぞれ異なるために、同一の被測定対象物における同一の測定点に関して、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に算出することができないという問題点があった。
【００１１】
また、上記した従来の手法によれば、それぞれ異なる測定系によって位相ＳＨＧ法による測定とメーカ・フリンジ法による測定とをそれぞれ行う必要があるので、被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを得るための測定に要する測定時間が長時間に及び、また、被測定対象物にダメージを与えるという問題点もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定点を変えることなく被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に算出することができるようにした、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置を提供しようとするものである。
【００１３】
また、本発明の目的とするところは、被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを得るための測定に要する測定時間を短縮化することができるようにし、被測定対象物に与えるダメージを最小限にすることのできる、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被測定対象物の測定点をずらすことなしに、単一光源を用いて位相ＳＨＧ法による測定を行い、この測定により得られたフリンジをフィッティングすることにより、当該フィッティングにより得られるフィッティングカーブから分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを算出するようにしたものである。
【００１５】
従って、本発明によれば、１回の位相ＳＨＧ法による測定により、測定点を変えることなく被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に算出することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、位相ＳＨＧ法による測定を１回だけ行えばよいので、被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを得るための測定に要する測定時間を短縮化することができ、被測定対象物に与えるダメージを最小限にすることができる。
【００１７】
つまり、本発明のうちの請求項１に記載の発明は、光源と、上記光源の光路上に順次に配置された測定用参照試料とフェイズジェネレーターと被測定対象物とを有し、位相第二高調波発生法により上記被測定対象物に関するフリンジを取得する測定装置によって、分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に測定する分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法であって、上記位相第二高調波発生法により、上記測定用参照試料と上記被測定対象物との距離を固定するとともに上記フェイズジェネレーターを回転させることにより光路長を変化させて第二高調波を測定し、第二高調波の強度と上記フェイズジェネレーターの回転角との関数として、上記被測定対象物に関するフリンジを取得する第１のステップと、上記位相第二高調波発生法により上記測定用参照試料から発生する第二高調波と上記被測定対象物から発生する第二高調波とが干渉し合う位置における第二高調波のパワーを表す演算式に、既知の値を代入してフィッティングパラメータを変化させることによって、上記第１のステップにより取得した上記フリンジのフィッティングを行って、実効的な二次非線形光学定数を得るとともに、該実効的な二次非線形光学定数の符号に基づいて分子の絶対配向方向を取得する第２のステップとを有するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうちの請求項２に記載の発明は、光源と、前上記光源の光路上に順次に配置された測定用参照試料とフェイズジェネレーターと被測定対象物とを有し、位相第二高調波発生法により上記測定参照試料と被測定対象物との距離を固定するとともに上記フェイズジェネレーターを回転させることにより光路長を変化させて第二高調波を測定し、第二高調波の強度と上記フェイズジェネレーターの回転角との関数として、上記被測定対象物に関するフリンジを得る測定装置であって、上記位相第二高調波発生法により、上記測定用参照試料から発生する第二高調波と上記被測定対象物から発生する第二高調波とが干渉し合う位置における第二高調波のパワーを表す演算式に、既知の値を代入しフィッティングパラメータを変化させることによって、上記フリンジのフィッティングを行うフィッティング手段と、上記フィッティング手段によるフィッティングに基づいて、実効的な二次非線形光学定数を得るとともに、該実効的な二次非線形光学定数の符号に基づいて分子の絶対配向方向を得る獲得手段と有するようにしたものである。
【００２１】
さらに、本発明のうちの請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法をコンピューターに実行させるためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録するようにしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２３】
図１には、本発明による分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定装置の実施の形態の一例の概念構成説明図が示されている。
【００２４】
この本発明による分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定装置（以下、単に「測定装置」と適宜に称する。）１０により、二次非線形光学材料である被測定対象物２００に関する位相ＳＨＧ法による測定を行うものであるが、測定装置１０は、光源１２を有し、この光源１２の光路上に、順次に、第１偏光子１４と、集光レンズ１６と、第１フィルター１８と、フェイズジェネレーター２０と、第２偏光子２２と、第２フィルター２４と、第３フィルター２６と、光電子倍増管（ＰＭ：Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ（フォトマルチプライヤーチューブ））２８とが配置され、さらに、ボックスカー（Ｂｏｘｃａｒ）３０と、パーソナルコンピューター（ＰＣ：ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）３２とを有して構成されている。
【００２５】
また、光源１２の光路上における第１フィルター１８とフェイズジェネレーター２０との間にガラス基板１０２の表面に薄膜として形成された測定用参照試料１００が配置され、光源１２の光路上におけるフェイズジェネレーター２０と第２偏光子２２との間にガラス基板２０２の表面に薄膜として形成された被測定対象物２００が配置されるものである。
【００２６】
なお、フェイズジェネレーター２０は、例えば、ガラス基板などにより構成されている。そして、フェイズジェネレーター２０は、駆動機構３００に接続されていて、駆動機構３００の駆動によって、図１における矢印Ｂに示すように回転可能となされており、例えば、図１において破線で示すように位置されて、この測定装置１０における光路長を可変できるようになされている。
【００２７】
ここで、この実施の形態においては、光源１２としては、例えば、基本波の波長（λ）が１０６４ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いることができる。
【００２８】
そして、光源１２として基本波の波長が１０６４ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた場合には、第１フィルター１８はＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）をカットし、基本波（λ＝１０６４ｎｍ）を通過させるエッジフィルターであり、第２フィルター２４は赤外光をカットするＣｕＳＯ４フィルターであり、第３フィルター２６はＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）のみを通過させるレーザーラインフィルターである。
【００２９】
また、この実施の形態においては、測定用参照試料１００として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にパラニトロアニリン（ＰＮＡ）を混合したものをガラス基板１０２の上にスピンコートして、例えば、厚さが２．５μｍ以下である薄膜（以下、ＰＭＭＡにＰＮＡを混合したものをガラス基板の上にスピンコートして形成した薄膜を「ＰＮＡ／ＰＭＭＡ」と適宜に称する。）を形成し、図２に示すようにようにして、コロナポーリングを用いてＰＮＡの双極子（μ）を電場配向させた薄膜を用いるようにした。この測定用参照試料１００として用いられる薄膜たるＰＮＡ／ＰＭＭＡにおけるＰＮＡの絶対配向方向は、コロナポーリングにより印加する電場に応じて決定される既知のものであり、ガラス基板１０２に対して垂直である。
【００３０】
以上の構成において、上記した測定装置１０においては、全体の動作がパーソナルコンピューター３２によって制御されている。
【００３１】
そして、この測定装置１０を用いて被測定対象物２００に対して位相ＳＨＧ法による測定を行うには、以下に説明する二段階の測定手順に従って測定を行う。
【００３２】
まず最初に、ガラス基板２０２に形成された被測定対象物２００が測定装置１０にセットされた状態、即ち、図１に示す状態において測定を行う。
【００３３】
次に、ガラス基板２０２に形成された被測定対象物２００を測定装置１０にセットすることなしに、測定用参照試料１００のみを測定装置１０にセットした状態で、測定用参照試料１００のみから発生する第二高調波の強度の測定を行う。
【００３４】
なお、上記した二段階の測定手順は、上記した手順の逆、即ち、まず最初に測定用参照試料１００のみを測定装置１０にセットした状態で測定を行い、次に、ガラス基板２０２に形成された被測定対象物２００を測定装置１０にセットした状態で測定を行うようにしてもよい。
【００３５】
そして、この測定により得られたフリンジを後述する式（１０）を用いてフィッティングすることにより、被測定対象物２００の分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを測定系を変えることなく同時に算出するものである。
【００３６】
以下、測定の手法を詳細に説明すると、光源１２たるＮｄ：ＹＡＧレーザーから出射された基本波（λ＝１０６４ｎｍ）は第１偏光子１４に入射され、この第１偏光子１４を通過することによりＰ偏光とされる。
【００３７】
そして、Ｐ偏光とされたレーザー光は集光レンズ１６により集光されてビーム径が絞られ、さらに第１フィルター１８に入射されて、この第１フィルター１８により偏光子１４などを通過することにより発生する第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）をカットする。
【００３８】
そして、第１フィルター１８を通過した基本波（λ＝１０６４ｎｍ）が測定用参照試料１００を通過する際に、第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）が発生すると同時に、基本波（λ＝１０６４ｎｍ）も測定用参照試料１００を通過する。
【００３９】
なお、このとき、測定用参照試料１００により第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）を発生させるためには、後述する図３（ａ）に示すように入射角θＲを「θＲ≠０」に設定しておく。
【００４０】
さらに、測定用参照試料１００を通過したレーザー光（基本波（λ＝１０６４ｎｍ）および第二高調波（λ＝５３２ｎｍ））をフェイズジェネレーター２０に通過させ、このときに、パーソナルコンピューター３２により制御された駆動機構３００の駆動により、フェイズジェネレーター２０を回転させて光路長を変化させる。
【００４１】
そして、フェイズジェネレーター２０を通過した基本波（λ＝１０６４ｎｍ）が二次非線形光学材料である被測定対象物２００を通過すると、被測定対象物２００により第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）が発生する。
【００４２】
ここで、上記した被測定対象物２００により発生された第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）は、測定用参照試料１００により発生された第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）と干渉し、フリンジが得られることになる。即ち、この測定装置１０においては、後述する図３（ａ）に示すように、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との距離（位置関係）を固定し、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との間に位置するフェイズジェネレーター２０を回転させることにより光路長を変化させて、フリンジを得るようになされている。
【００４３】
上記のようにして被測定対象物２００を通過したレーザー光（基本波（λ＝１０６４ｎｍ）および第二高調波（λ＝５３２ｎｍ））は、第２偏光子２２に入射され、この第２偏光子２２を通過することによりＰ偏光の光のみ選択される。
【００４４】
そして、Ｐ偏光とされたレーザー光（基本波（λ＝１０６４ｎｍ）および第二高調波（λ＝５３２ｎｍ））は第２フィルター２４に入射されて、この第２フィルター２４により赤外光をカットされ、さらに、第２フィルター２４により赤外光をカットされたレーザー光が第３フィルター２６に入射され、第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）のみが第３フィルター２６を通過して、光電子倍増管２８によって検出される。
【００４５】
こうして光電子倍増管２８によって検出された第二高調波（λ＝５３２ｎｍ）はボックスカー３０で積算され、パーソナルコンピューター３２による公知の処理によって、図６のグラフにおいて「○」印のプロットとして示すように、第二高調波の強度（図６においては、相対強度として示している。）とフェイズジェネレーター２０の回転角との関数として、被測定対象物２００に関するフリンジが出力されることになる。
【００４６】
なお、測定用参照試料１００のみから発生する第二高調波の強度の測定に際しては、上記したように、被測定対象物２００を光路上にセットしない状態で行うものである。
【００４７】
ここで、従来の位相ＳＨＧ法による測定と同様に、上記した測定手法により得られたフリンジと測定装置１０に分子の絶対配向方向が既知である被測定対象物２００をセットした際に得られたフリンジとを比較することにより、分子の絶対配向方向が未知である被測定対象物２００の分子の絶対配向方向を決定することができるが、以下に説明する本発明による分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定方法およびその装置におけるフィッティングの手法を用いると、被測定対象物２００の実効的な二次非線形光学定数を算出することができ、また、この算出に伴い被測定対象物２００の分子の絶対配向方向も算出されるものである。
【００４８】
即ち、以下に示すように、上記した測定手法により得られたフリンジをフィッティングすることにより、被測定対象物２００の実効的な二次非線形光学定数を算出することができるものである。また、この算出に伴い、被測定対象物２００の分子の絶対配向方向も算出されることになる。
【００４９】
以下、上記したフィッティングの処理について詳細に説明するが、このフィッティングの処理はパーソナルコンピューター３２の制御によって実行されるものである。
【００５０】
また、このフィッティングの処理をコンピューターに実行させるためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムに従って任意のコンピューターを動作させるようにしてもよい。
【００５１】
ここで、「フィッティング」とは、一般に、モデルを表現する理論式に含まれるパラメータを変化させて、測定値に最もよく適合するようにする解析手法をいうものである。なお、フィッティングにおいて変化させるパラメータを、「フィッティングパラメータ」と称する。
【００５２】
本発明の場合には、測定によりグラフが得られ、また、被測定対象物２００である薄膜の膜厚および屈折率は、固有の値として既知である。そして、この既知の値を理論式に代入して得られるグラフを、理論式に含まれるパラメータ（フィッティングパラメータ）を変化させて、測定により得られたグラフに近づける、即ち、フィッティングするものである。
【００５３】
このようにして、フィッティングにより得られたグラフについては、これを表現する理論式および各パラメータの値が明らかであるため、これらを利用して、現実の測定系において未知である値を決定することができる。
【００５４】
なお、フィッティングにより得られたグラフが示すカーブを、「フィッティングカーブ」と称する。
【００５５】
次に、上記した測定手法により得られたフリンジをフィッティングするにあたって、始めに、その理論背景について図３（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。
【００５６】
ここで、図３（ａ）には、図１に示す測定装置１０の要部の構成説明図が示されており、図３（ｂ）には、図３（ａ）に示すフェイズジェネレーターの拡大説明図が示されている。
【００５７】
この図３（ａ）におけるＡ点において、測定用参照試料１００から発生する波長が５３２ｎｍの第二高調波（以下、「ＳＨ波」と適宜に称する。）と被測定対象物２００から発生するＳＨ波とが干渉し合うことになる。
【００５８】
従って、まず、Ａ点において観測されるＳＨ波の振幅強度について検討すると、測定用参照試料１００から発生するＳＨ波と被測定対象物２００から発生するＳＨ波とは、それぞれ式（１）と式（２）とに示すように記述されるものである。
【００５９】
即ち、測定用参照試料１００から発生するＳＨ波の振幅強度
【数１】
0004392948.tif 000002
は、
【数２】
0004392948.tif 000003
・・・式（１）
として表される。
【００６０】
また、被測定対象物２００から発生するＳＨ波の振幅強度
【数３】
0004392948.tif 000004
は、
【数４】
0004392948.tif 000005
・・・式（２）
として表される。
【００６１】
ここで、上記した各式における各パラメータの意味するところは、次に示す通りである。
【００６２】
【数５】
0004392948.tif 000006
なお、各パラメータにおける上付の添え字「ω」は基本波（λ＝１０６４ｎｍ）の周波数を意味し、各パラメータにおける上付の添え字「２ω」はＳＨ波の周波数を意味している。
【００６３】
そして、一つのパラメータにおいて、上付の添え字「ω」および上付の添え字「２ω」の両方が示されているものは、基本波（λ＝１０６４ｎｍ）の周波数の場合とＳＨ波の周波数の場合とがそれぞれあることを示しているものである。
【００６４】
また、各パラメータにおける下付の添え字「Ｒ」は測定用参照試料１００を意味し、各パラメータにおける下付の添え字「Ｓ」は被測定対象物２００を意味している。
【００６５】
そして、一つのパラメータにおいて、下付の添え字「Ｒ」および下付の添え字「Ｓ」の両方が示されているものは、測定用参照試料１００の場合と被測定対象物２００の場合とがそれぞれあることを示しているものである。
【００６６】
ここで、
【数６】
0004392948.tif 000007
は、式（３）に示すメーカ・フリンジの理論式で与えられる。
【００６７】
【数７】
0004392948.tif 000008
・・・式（３）
なお、式（３）において、
【数８】
0004392948.tif 000009
は、測定用参照試料１００ならびに被測定対象物２００の真空中の透磁率、真空中の誘電率、周波数２ω、屈折率を含む定数を表し、
【数９】
0004392948.tif 000010
は、測定用参照試料１００ならびに被測定対象物２００の実効的な二次非線形光学定数を表し、
【数１０】
0004392948.tif 000011
は、測定用参照試料１００ならびに被測定対象物２００に対する基本波の透過率を表し、
【数１１】
0004392948.tif 000012
は、測定用参照試料１００を通過する前での基本波の振幅強度を表す。
【００６８】
ところで、上記した式（３）に示すメーカ・フリンジの理論式とは、光波が非線形媒質を伝搬する距離（光路長）を変化させたときに得られる第二高調波出力の干渉縞から二次非線形光学定数を求めるための演算式である。媒質の二次非線形光学定数を求めるには、通常はこのメーカ・フリンジの理論式を利用する。
【００６９】
ところで、図３（ａ）におけるＡ点において観測されるＳＨパワー
【数１２】
0004392948.tif 000013
は、式（１）ならびに式（２）を用いて、式（４）により表される。
【００７０】
【数１３】
0004392948.tif 000014
・・・式（４）
ここで、測定用参照試料１００の非線形層ならびに被測定対象物２００の非線形層の厚さは薄く、光波の位相変化への寄与が無視できる、即ち、
【数１４】
0004392948.tif 000015
であると仮定しときには、式（４）は各パラメータを使用して式（５）に示すように簡略化して展開することができる。
【００７１】
【数１５】
0004392948.tif 000016
・・・式（５）
この式（５）の第３項に現れる
【数１６】
0004392948.tif 000017
が観測されるフリンジ周期を表し、基本波（λ＝１０６４ｎｍ）に対しての空気の屈折率たる
【数１７】
0004392948.tif 000018
と、ＳＨ波に対しての空気の屈折率たる
【数１８】
0004392948.tif 000019
と、基本波（λ＝１０６４ｎｍ）に対してのフェイズジェネレーター２０の屈折率たる
【数１９】
0004392948.tif 000020
と、ＳＨ波に対してのフェイズジェネレーター２０の屈折率たる
【数２０】
0004392948.tif 000021
と、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との距離たる
【数２１】
0004392948.tif 000022
と、フェイズジェネレーター２０の厚さ
【数２２】
0004392948.tif 000023
とで構成される。
【００７２】
即ち、
【数２３】
0004392948.tif 000024
・・・式（６）
【数２４】
0004392948.tif 000025
・・・式（７）
であるから、
【数２５】
0004392948.tif 000026
・・・式（８）
となる。
【００７３】
なお、上記した式（６）、式（７）ならびに式（８）において、「λω」は基本波の波長（１０６４ｎｍ）を表す。
【００７４】
ここで、空気の分散たる△ｎａｉｒとフェイズジェネレーター２０の分散たる△ｎＰＧとの間に、「△ｎａｉｒ≪△ｎＰＧ」なる関係が成立するから、最終的に式（８）は式（９）に示すように表すことができる。
【００７５】
【数２６】
0004392948.tif 000027
・・・式（９）
ここで、式（５）と式（９）とを用いることにより、式（９）を式（５）に代入して既知の値を代入し、フィッティングパラメータを変化させることによりフィッティングを行うことができ、これにより図６に示すようなフィッティングカーブを得ることが可能となって、測定により得られたグラフに近づけた理論式のグラフを得ることができるものである。
【００７６】
即ち、測定用参照試料１００から発生する第二高調波（ＳＨ波）と被測定対象物２００から発生する第二高調波（ＳＨ波）とが干渉し合う位置たるＡ点における第二高調波（ＳＨ波）のＳＨパワーを表す式（５）に既知の値を代入しフィッティングパラメータを変化させることにより、フリンジのフィッティングを行うことができる。
【００７７】
なお、上記したように、式（５）に示す理論式を用いてフィッティングの処理を行ってもよいが、式（５）に示す理論式においては、ＳＨ波のビーム幅に関する情報は含まれていないため、ＳＨ波のビーム幅に関する情報を含めて計算を行うようにしてもよい。後述する図６に示すフィッティングカーブを得るに際しては、ＳＨ波のビーム幅に関する情報を含めて計算を行っている。
【００７８】
具体的には、集光レンズ１６の集光による基本波スポットサイズ（パワー密度）の違いから生じるフリンジのベース変化を考慮してフィッティング計算を行った。
【００７９】
即ち、上記した集光レンズ１６の集光による基本波スポットサイズの違いから生じるフリンジのベース変化をパラメータＳで与え、観測点（図３（ａ）におけるＡ点）における被測定対象物２００から発生したＳＨビームの幅を、観測点（図３（ａ）におけるＡ点）における測定用参照試料１００から発生したＳＨビームの幅に対する比として含めるようにして式（５）を修正し、ＳＨパワーを表す式として式（１０）を得た。
【００８０】
【数２７】
0004392948.tif 000028
・・・式（１０）
そして、フィッティングの処理に際しては、式（５）に代えて式（１０）を用いるようにすればよい。
【００８１】
なお、上記したフィッティングの処理により出力として得られる値たる被測定対象物２００の実効的な二次非線形光学定数
【数２８】
0004392948.tif 000029
は、フィッティングパラメータとの関係においては、図４に示すような関係により得られるものである。
【００８２】
即ち、フェイズジェネレーター２０における角度θＰＧに基づいて、フリンジの極小点のフィッティングにより
【数２９】
0004392948.tif 000030
を求め、測定用参照試料１００の実効的な二次非線形光学定数
【数３０】
0004392948.tif 000031
に基づいて、測定用参照試料１００のみから発生したＳＨ波の強度フィッティングより測定用参照試料１００を通過する前の基本波の振幅強度
【数３１】
0004392948.tif 000032
を求めた
【数３２】
0004392948.tif 000033
に基づいて、フリンジの強度のフィッティングにより、被測定対象物２００の実効的な二次非線形光学定数
【数３３】
0004392948.tif 000034
を求めるものである。
【００８３】
なお、以下に示すものは、図３（ａ）におけるＡ点で観測されるＳＨパワーを求める際に必要な値である既知の値およびフィッティングパラメータである。
【００８４】
即ち、図３（ａ）におけるＡ点で観測されるＳＨ波パワーを求める際に必要な既知の値としては、基本波の波長（λω＝１０６４ｎｍ）、測定用参照試料１００たる薄膜ならびに被測定対象物２００たる薄膜についての周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、ガラス基板１０２ならびにガラス基板２０２の周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、測定用参照試料１００の二次非線形光学定数（ｄ３１ならびにｄ３３の値）、測定用参照試料１００たる薄膜ならびに被測定対象物２００たる薄膜に対する基本波の入射角、測定用参照試料１００たる薄膜、被測定対象物２００たる薄膜の膜厚がある。
【００８５】
また、式（５）ならびに式（５）を修正した式（１０）の第３項に現れる
【数３４】
0004392948.tif 000035
は、フリンジの周期を表しており、既知の値である周波数ωならびに周波数２ωにおける空気の屈折率の他に、フィッティングパラメータとして、以下の値を導入する。
【００８６】
即ち、導入する値は、フェイズジェネレーター２０の厚さ、フェイズジェネレーター２０の周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との距離であり、これらは、図４に示すブロック４０４の中に示すパラメータである。
【００８７】
次に、実際の測定手順について説明すると、まず、被測定対象物２００を測定装置１０の光路上にセットした際に得られたフリンジを出力する。そして、０゜からのずれを補正し、フリンジの谷の位置を決める。その後に、既知の値である基本波の波長（λω＝１０６４ｎｍ）、測定用参照試料１００たる薄膜ならびに被測定対象物２００たる薄膜についての周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、ガラス基板１０２ならびにガラス基板２０２の周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、測定用参照試料１００の二次非線形光学定数（ｄ３１ならびにｄ３３の値）、測定用参照試料１００たる薄膜、被測定対象物２００たる薄膜に対する基本波の入射角、測定用参照試料１００たる薄膜ならびに被測定対象物２００たる薄膜の膜厚を入力し、フィッティングパラメータであるフェイズジェネレーター２０の厚さ、フェイズジェネレーター２０の周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との距離を入力する。
【００８８】
そして、フェイズジェネレーター２０の厚さ、フェイズジェネレーター２０の周波数ωならびに周波数２ωにおける屈折率、測定用参照試料１００と被測定対象物２００との距離に関しては、検索範囲と検索刻み幅とを入力する。
【００８９】
次に、被測定対象物２００を測定装置１０の光路上にセットしない状態、即ち、測定用参照試料１００のみから発生したＳＨ波の強度を出力し、測定用参照試料１００を通過する前の振幅強度を求める。
【００９０】
最後に、被測定対象物２００の二次非線形光学定数
【数３５】
0004392948.tif 000036
の検索刻み幅を入力し、フィッティングカーブを得るものである。
【００９１】
なお、図６には、各パラメータの値が図５に示すものである場合において、測定用参照試料１００ならびに被測定対象物２００としてともにＰＮＡ／ＰＭＭＡ（より詳細には、ＰＮＡ／ＰＭＭＡは、０．２％ＰＮＡ／ＰＭＭＡポールドポリマーである。）を使用した場合における、上記した測定手法により得られたＰＮＡ／ＰＭＭＡのフリンジならびに上記したフィッティングの手法により得られたフィッティングカーブが示されている。
【００９２】
この図６に示すフィッティングカーブから実効的な二次非線形光学定数を算出した結果、「−０．９±０．１（ｐｍ／Ｖ）」となった。
【００９３】
ここで、上記した算出結果の符号（「＋」または「−」）は、測定用参照試料１００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向に対する、被測定対象物２００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向の相対的な向きを示している。
【００９４】
即ち、図６に示す算出結果たる「−０．９±０．１（ｐｍ／Ｖ）」に関しては、符号が「−」であるので、測定用参照試料１００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向と被測定対象物２００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向とは互いに逆方向を向いている。
【００９５】
一方、上記した算出結果を示す符号が「＋」である場合には、測定用参照試料１００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向と被測定対象物２００であるＰＮＡ／ＰＭＭＡの分子の絶対配向方向とは互いに同方向を向いているものである。
【００９６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、測定点を変えることなく被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを同時に算出することができるという優れた効果を奏する。
【００９７】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、被測定対象物における分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数とを得るための測定に要する測定時間を短縮化し、被測定対象物に与えるダメージを最小限にすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による分子の絶対配向方向と実効的な二次非線形光学定数との同時測定装置の実施の形態の一例の概念構成説明図である。
【図２】コロナポーリングの説明図である。
【図３】位相ＳＨＧ法による測定ならびにフィッティングに用いるパラメータを示す説明図であり、（ａ）は図１に示す測定装置の要部の構成説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示すフェイズジェネレーターの拡大説明図である。
【図４】入力パラメータとフィッティングの処理により出力として得られるパラメータとの関係を示す説明図である。
【図５】フィッティングの処理を行う際に用いるパラメータの一例を示す図表である。
【図６】ＰＮＡ／ＰＭＭＡのフリンジとフィッティングカーブを示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 測定装置
１２ 光源
１４ 第１偏光子
１６ 集光レンズ
１８ 第１フィルター
２０ フェイズジェネレーター
２２ 第２偏光子
２４ 第２フィルター
２６ 第３フィルター
２８ 光電子倍増管
３０ ボックスカー
３２ パーソナルコンピューター
１００ 測定用参照試料
１０２、２０２ ガラス基板
２００ 被測定対象物
３００ 駆動機構
【図１】
0004392948.tif 000037
【図２】
0004392948.tif 000038
【図３】
0004392948.tif 000039
【図４】
0004392948.tif 000040
【図５】
0004392948.tif 000041
【図６】
0004392948.tif 000042