高速シャッタービデオカメラを用いた時空間偏光分布計測

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偏光解析法は、光弾性効果による固体材料の応力解析、薄膜の膜厚測定およびその物性研究などに重要な役割を果たしている。しかしながら、現用偏光解析法には回転検光子などの機械的可動部、ないし複数の光検出器のいずれかを必要とするため、速い現象の時間変化の測定、あるいは精密な空間分布の測定の少なくとも一方を犠牲にせざるをえない状況にある。このような背景の下で本研究はでは、直交2周波局発光を用いたまったく新しい実験方法を開発し、偏光状態の時空間分布の可視化と図的表示を可能とした。実験系の概略を以下に示す。複屈折性を示すサンプルを透過した楕円偏光に、直交する2つの直線偏光成分を持つ局発光をビームスプリッタで重ね、高速電子シャッターを持つビデオカメラ上で干渉させる。局発光の2つの偏光成分の周波数をずらし、かつそれぞれの波面を被測定楕円偏光の波面に対して若干傾けておくと、時間とともに並進する網目状の干渉縞が生じる。この干渉縞をビデオカメラで取り込み、フーリエ解析を行うと、偏光状態の時空間分布が求められる。この実験方法では、ビデオカメラのシャッター時間までの高速変動現象の時空間分布を図表示することが可能である。また、従来の高速偏光計が複数の光検出器を用いているのに対して、本実験方法では一個のビデオカメラのみを用いているため、光学系が簡単かつ調整がきわめて容易である。複屈折サンプルとして、高速な応答性能を持つ反強誘電性液晶を用いて実験を行った。作製した実験系の時間及び空間分解能はそれぞれ100μsと250μmであった。液晶に印加した電圧を変化させ、その直後の複屈折分布の変化を測定した。複屈折分布の過渡応答特性の偏りを調べることができた。