非線形光学結晶の特徴の中でWarkoffが小さいというのがあるのですが、それがどういう特徴なのかがわかりません。それを詳しく説明できるようにしたいので、わかる人がいらしたら詳しく教えてください。よろしくお願いします。

A 回答 (1件)

複屈折性を持つ結晶の中では、光の波面の進行方向とエネルギーの進行方向は必ずしも一致しません。

これは、たとえばそのような結晶に光を入射した場合、偏光方向によって常光と異常光に分離し、異常光は垂直に入射したにも関わらず斜めに進むなどから観測することが出来ます。
さて、walkoff(スペル注意)は、このずれを指します。
この値が大きいと、結晶中で(たとえば簡単には)2つの光を相互作用させようとしても、重なり合う領域が離れてしまうので、十分な効果が得られません。
逆に進行方向をそろえようとすると、位相整合がずれてしまいます。
(一つのビームであっても非線形光学効果は自分の光伝場で物質を変化させて、自分自身が変化するものなので相互作用長がこれにより制限されます。)

上記以上の説明となると専門書をご参照ください。
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この回答へのお礼

いつもありがとうございます。

お礼日時:2002/01/30 14:12

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Q非線形光学結晶を用いた高調波の発生

非線形光学結晶を用いた高調波の発生
(2次高調波の発生に関して質問させて頂きます)


質問を以下にまとめます。


1.波長2.4~2.6μm程度の光の2次高調波を発生させることは可能でしょうか。
緑レーザーなどで非線形光学結晶を用いてるようですが、同じものを2.4~2.6μm帯の光にも適用できるのでしょうか?
それとも波長にあわせて使うものを選択する必要があるのでしょうか。

2.高調波発生には、どのような光学セットアップが必要になるのでしょうか。
単純に光経路に非線形光学結晶を入れるだけで、全ての波長の2次高調波が発生するのでしょうか?

3.変換効率はどの程度になるのでしょうか。
具体的数字ではなく、大体のオーダーだけでも構いません。
もしある程度の予想がつくのであれば、ご回答いただけたらと思います。



以上です。


光学分野にはあまり馴染みがなく、非常に初歩的な質問かもしれませんが、
どうぞ宜しくお願いします。

Aベストアンサー

1. 原理的には可能。
  光が通らなければ話にならないでしょう。それと光学異方性(複屈折)が必要ですね。結晶は自分で探してください。
2. 位相整合をとらなければならないので、結晶の切り出し角度と厚さは適当であるとして、2方向の角度調整機構が必要。温度が変わっても位相整合が狂うので、温度調整可能なセル。変換光と非変換光の分離用素子(鏡、プリズム、回折格子など)。
3. 非線形効果なので、光の強さ(エネルギー束)で急激に変化します。ほとんどゼロから50%まであり得ます。

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こちらの資料はどうでしょうか。

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教えてください。

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Aベストアンサー

水晶は複屈折性がありますので依存します。
厳密にいうと、光の入射方向と言うよりも、光の電場方向に依存します。
(なので、進行方向のみならず光の偏光方向も重要となります)

これは、その結晶の電気感受率(基本的に構成している原子、分子の構造から決まります)に異方性があるためにおきます。
どの方角から見ても同じに見える結晶構造であれば、等方的なので光の電場に対する方向依存性はありません。

非常に簡単に説明すると、
原子A,Bの結合を考えたとき、その結合を担うのは電子軌道であり、この電子軌道が原子A-B間で共有されるとすると、A-B結合を正面から見たときと、横から見てA,Bが重なるようにして見たときの電子軌道は、非常に異なって見えます。
光電場が入射して、この電子軌道と相互作用する程度を表すものを電気感受率と呼びますが、物理的に見る方向によって軌道の形状が違う以上、この感受率が同じになると考える方が無理があるのは、イメージできると思います。

ガラスなどは、ランダムなアモルファス構造をしているので、平均化されてどこから見ても電気感受率に違いはありません。
結晶の場合は、等方的な構造であることはあまりないので、複屈折性を持っている方が一般的です。

#プラスチックなどは、分子がランダムになっているときには複屈折はありませんが、一方向に引っ張るなどすると、分子が並ぶので、複屈折が発生します。
#ちなみに液晶分子も同じで、これを利用してご存じの液晶ディスプレィが生まれました。

では。

水晶は複屈折性がありますので依存します。
厳密にいうと、光の入射方向と言うよりも、光の電場方向に依存します。
(なので、進行方向のみならず光の偏光方向も重要となります)

これは、その結晶の電気感受率(基本的に構成している原子、分子の構造から決まります)に異方性があるためにおきます。
どの方角から見ても同じに見える結晶構造であれば、等方的なので光の電場に対する方向依存性はありません。

非常に簡単に説明すると、
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表面のラフネスを指定しなければ、その業者の一番凹凸の大きなものを買ったことになります。ラフネスを指定すると追加料金は取られますが研磨してくれて凹凸を少なくしてくれます。確か前4万円ほどの追加料金で研磨を頼みました。業者によっては研磨技術を持っていないので、購入後外注に出すパターンもあります。

LEEDは表面の測定器の中でもかなり広範囲にわたって信号を集めます。だから原子レベルで平らな面が少しでもあれば(もちろん限度はあるけどね)スポットパターンが現れます。大きな意味での平面凹凸も、小さな原子レベルでのステップの集まりなのでLEEDで現れるんです。
でも小さな範囲で見ると(例えばSTM像とか)原子的に平らな表面も、広い範囲で見ると大きく凹凸をしています。実際完全に平坦な表面を作ること自体大変なことです。そういう研究があるくらい!(「研磨でどれだけ完全表面が作れるか!」という研究です)
でも小さな範囲で表面を捉えるような研究に支障が無いならば、大きな凹凸は別段問題にはなりません。その試料表面を使って、何が知りたいかが、問題なのでラフネスは小さければ小さいほど安心するとは言え、大金をはたいて平らにしようとするのはナンセンスだと思いますよ。

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