JP6549448B2 - 自己相関測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルス光の自己相関に基づいて該パルス光のパルス幅を測定する自己相関測定装置に関するものである。

パルス光のパルス幅が短い場合（例えば１０ピコ秒以下の場合）、そのパルス幅の測定には、そのパルス光の入射により第２高調波光を発生することができる非線形光学結晶を用いたＳＨＧ（Second Harmonic Generation）自己相関測定装置が用いられる。特許文献１，２および非特許文献１には、このような自己相関測定装置が記載されている。

従来の自己相関測定装置は、ビームスプリッタ，固定反射部および可動反射部を有するマイケルソン干渉計を備える。入射パルス光は、ビームスプリッタにより２分岐されて第１パルス光および第２パルス光とされる。第１パルス光は固定反射部により反射されてビームスプリッタに戻り、第２パルス光は可動反射部により反射されてビームスプリッタに戻る。ビームスプリッタに戻った第１パルス光および第２パルス光は、ビームスプリッタを経て非線形光学結晶に入射する。

第１パルス光および第２パルス光が入射した非線形光学結晶で第２高調波光が発生し、この第２高調波光が検出部により検出される。可動反射部は移動可能であり、その移動により、非線形光学結晶に入射する第１パルス光と第２パルス光との間の遅延時間が変化する。また、この遅延時間の変化により、検出部による検出結果が変化する。したがって、この遅延時間と検出部による検出結果との関係に基づいて入射パルス光のパルス幅を解析することができる。

特開平７−２７０２４６号公報 特許第３７３６４１０号公報

長沼和則、「超短パルス光の計測」、光学、第３０巻、第１２号、pp.834-844 (2001).

従来の自己相関測定装置は、ビームスプリッタ等を有するマイケルソン干渉計を備えており、このビームスプリッタから第１パルス光および第２パルス光が互いに異なる方向へ出射される。このことから、従来の自己相関測定装置の構成は複雑で大型である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化が可能な自己相関測定装置を提供することを目的とする。

本発明の自己相関測定装置は、(1) 入射パルス光の一部を反射させる第１反射面と、該入射パルス光のうち該第１反射面を透過した光を反射させる第２反射面と、を有する第１反射部材と、(2) 第１反射部材から出射した光の一部を反射させる第１反射面と、該光のうち該第１反射面を透過した光を反射させる第２反射面と、を有する第２反射部材と、(3) 第１反射部材の第１反射面および第２反射部材の第２反射面で反射した第１パルス光、ならびに、第１反射部材の第２反射面および第２反射部材の第１反射面で反射した第２パルス光を、集光する集光部と、(4) 集光部による集光位置に配置され、第１パルス光および第２パルス光の入射により第２高調波光を発生する非線形光学結晶と、(5) 第２高調波光を検出する検出部と、(6) 非線形光学結晶に入射する第１パルス光と第２パルス光との間の遅延時間を変化させる遅延調整部と、(7) 遅延調整部により設定された遅延時間と検出部による検出結果との関係に基づいて入射パルス光のパルス幅を求める解析部と、を備える。

本発明において、第１反射部材および第２反射部材それぞれにおいて光を透過または反射させる何れかの面に、第１パルス光と第２パルス光との間の強度比を調整するための誘電体多層膜が施されているのが好適である。

本発明において、第１反射部材が、第１反射面を有する第１平板と、この第１平板に対し平行に配置され第２反射面を有する第２平板と、を含み、遅延調整部が、第１平板と第２平板との間の間隔を変化させて遅延時間を変化させるのが好適である。また、第１反射部材が、第１反射面と第２反射面との間に設けられ印加電圧値に応じて屈折率が変化する屈折率可変部材を含み、遅延調整部が、屈折率可変部材に印加する電圧値を変化させて遅延時間を変化させるのが好適である。

本発明において、非線形光学結晶に入射する第１パルス光と第２パルス光とが互いに非同軸であり、非線形光学結晶と検出部との間に、非線形光学結晶から出射された光のうち第１パルス光と第２パルス光との相関に因る第２高調波光を選択的に検出部へ通過させるアパーチャが設けられ、検出部が、第２高調波光の強度を検出するのが好適である。この場合、ノンコリニアＳＨＧ自己相関法により入射パルス光のパルス幅を求めることができる。

本発明において、第２反射部材と非線形光学結晶との間に、第１パルス光および第２パルス光それぞれのビームが空間的に互いに重なる部分を選択的に通過させるアパーチャが設けられ、検出部が、第２高調波光の強度を検出するのが好適である。この場合、フリンジ分解ＳＨＧ自己相関法により入射パルス光のパルス幅を求めることができる。

本発明において、非線形光学結晶に入射する第１パルス光と第２パルス光とが互いに非同軸であり、非線形光学結晶と検出部との間に、非線形光学結晶から出射された光のうち第１パルス光と第２パルス光との相関に因る第２高調波光を選択的に検出部へ通過させるアパーチャが設けられ、検出部が、第２高調波光のスペクトルを検出するのが好適である。この場合、周波数分解光ゲートにより入射パルス光の振幅分布および位相分布の双方の情報を求めることができる。

本発明によれば、小型化が可能な自己相関測定装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成を示す図である。 図２は、第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの検出部５０により求められるＳＨＧ自己相関波形の一例を示す図である。 図３は、第２実施形態の自己相関測定装置１Ｂの構成を示す図である。 図４は、第３実施形態の自己相関測定装置１Ｃの構成を示す図である。 図５は、第４実施形態の自己相関測定装置１Ｄの構成を示す図である。 図６は、第５実施形態の自己相関測定装置１Ｅの構成を示す図である。 図７は、第５実施形態の自己相関測定装置１Ｅの検出部５０により求められるフリンジ分解ＳＨＧ自己相関波形の一例を示す図である。 図８は、第６実施形態の自己相関測定装置１Ｆの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成を示す図である。自己相関測定装置１Ａは、第１反射部材１０Ａ、第２反射部材２０Ａ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０、アパーチャ６１、遅延調整部７０Ａおよび解析部８０を備える。

第１反射部材１０Ａは、入射パルス光Ｌ_０の一部を反射させる第１反射面１１を有する第１平板１３と、該入射パルス光Ｌ_０のうち第１反射面１１を透過した光を反射させる第２反射面１２を有する第２平板１４と、を含む。第１平板１３の第１反射面１１と第２平板１４の第２反射面１２とは、互いに対向していて、互いに平行である。第１反射面１１と第２反射面１２との間の光路長（すなわち、第１平板１３と第２平板１４との間の間隔）は、可変であり、遅延調整部７０Ａにより設定される。第１平板１３および第２平板１４は、入射パルス光Ｌ_０に対し透明な材料（例えば合成石英やＢＫ７）からなる。

第２反射部材２０Ａは、第１反射部材１０Ａから出射した光の一部を反射させる第１反射面２１と、該光のうち第１反射面２１を透過した光を反射させる第２反射面２２と、を有する平板である。第２反射部材２０Ａの第１反射面２１および第２反射面２２は、互いに平行であるが、第１反射部材１０Ａの第１反射面１１および第２反射面１２とは平行でない。第２反射部材２０Ａは、入射パルス光Ｌ_０に対し透明な材料（例えば石英ガラスやＢＫ７）からなる。

入射パルス光Ｌ_０が第２反射部材２０Ａを透過して第１反射部材１０Ａに入射する。このとき、第１反射部材１０Ａの第１反射面１１および第２反射部材２０Ａの第２反射面２２で反射した光を第１パルス光Ｌ_１とし、第１反射部材１０Ａの第２反射面１２および第２反射部材２０Ａの第１反射面２１で反射した光を第２パルス光Ｌ_２とする。集光部３０において第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれのビームは互いに重ならない。集光部３０は、これら第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を集光する。集光部３０は、レンズであってもよいし、凹面鏡であってもよい。

非線形光学結晶４０は、集光部３０による集光位置に配置され、第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２の入射により第２高調波光Ｌ_ＳＨを発生する。非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２とは互いに非同軸である。非線形光学結晶４０として、例えば、ＢＢＯ（β-ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、ＫＴＯ（ＫＴａＯ_３）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）などが用いられる。また、非線形光学結晶４０への第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２の入射は、第一種位相整合条件が満たされるように設定される。

フィルタ６０およびアパーチャ６１は、非線形光学結晶４０と検出部５０との間に設けられている。フィルタ６０は、入射パルス光Ｌ_０の波長成分（基本波成分）を遮断し、第２高調波光Ｌ_ＳＨを透過させる。アパーチャ６１は、非線形光学結晶４０から出射された光のうち第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との相関に因る第２高調波光Ｌ_ＳＨを選択的に検出部５０へ通過させる。検出部５０は、第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との相関に因る第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度を検出する。検出部５０として例えば光電子増倍管やフォトダイオード等が用いられる。

遅延調整部７０Ａは、第１平板１３と第２平板１４との間の間隔を変化させることで、第１反射部材１０Ａの第１反射面１１と第２反射面１２との間の光路長を変化させ、これにより、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との間の遅延時間τを変化させる。遅延調整部７０Ａは、第１平板１３および第２平板１４の双方を移動させてもよいし、第１平板１３および第２平板１４のうち何れか一方を移動させてもよい。遅延調整部７０Ａとして例えば移動ステージ、ピエゾ素子およびスピーカー等が用いられ、遅延時間τを連続的に変化させることができる。

解析部８０は、遅延調整部７０Ａにより遅延時間τを変化させるとともに、各遅延時間τに設定されたときの検出部５０による検出結果（第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度Ｉ_ＳＨ(τ)）を取得する。そして、解析部８０は、遅延時間τと第２高調波光強度Ｉ_ＳＨ(τ)との関係に基づいて、下記（１）式で表されるＳＨＧ自己相関関数Ｇ_２(τ)を求め、入射パルス光Ｌ_０のパルス幅を求める。Ｉ(ｔ)は、下記（２）式のとおり入射パルス光Ｌ_０の電場振幅Ｅ(ｔ)の絶対値の２乗に比例する値、すなわち、入射パルス光Ｌ_０の強度を表すものであり、下記（３）式のとおり規格化される。ｔは時間変数である。

図２は、第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの検出部５０により求められるＳＨＧ自己相関波形の一例を示す図である。横軸は、遅延調整部７０Ａにより設定される遅延時間τであり、第１反射部材１０Ａの第１反射面１１と第２反射面１２との間の光路長に相当する。この図に示されるように、遅延時間τが０であるとき、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との時間的な重なりが最大となるので、ＳＨＧ自己相関信号の強度は最大となる。遅延時間τの絶対値が大きくなるに従い、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との時間的な重なりが小さくなるので、ＳＨＧ自己相関信号の強度も小さくなる。ＳＨＧ自己相関波形の半値全幅と入射パルス光Ｌ_０のパルス幅（半値全幅）との間には、入射パルス光Ｌ_０のパルス波形に依存した一定の関係がある。したがって、ＳＨＧ自己相関関数の形状に基づいて入射パルス光Ｌ_０のパルス幅を求めることができる。なお、このような手法はノンコリニアＳＨＧ自己相関法と呼ばれる。

本実施形態の自己相関測定装置１Ａは、入射パルス光Ｐ_０を２分岐した後の第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を互いに異なる方向へ出射するのではなく、両パルス光を同方向へ出射するので、小型化が容易である。

第１反射部材１０Ａおよび第２反射部材２０Ａそれぞれにおいて光を透過または反射させる何れかの面に誘電体多層膜が施されていることにより、第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれの強度が調整されているのが好ましく、また、両パルス光の間の強度比が調整されているのが好ましい。このようにすることで、検出部５０により検出される第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度を大きくすることができる。

例えば、第１反射部材１０Ａの第１平板１３および第２平板１４ならびに第２反射部材２０Ａの何れの面にも誘電体多層膜が形成されておらず、各面での反射率を４％とする。また、入射パルス光Ｌ_０の強度を１００ｍＷとする。このとき、第１パルス光Ｌ_１の強度は０.１３６ｍＷとなり、第２パルス光Ｌ_２の強度は０.１２５ｍＷとなる。

これに対して、誘電体多層膜を適宜に施すことにより、第１平板１３の第１反射面１１の反射率を４０％とし、第１平板１３の他の面（第２反射部材２０Ａに対向する面）の反射率を０％とし、第２平板１４の第２反射面１２の反射率を１００％とし、第２反射部材２０Ａの第１反射面２１の反射率を５０％とする。第２反射部材２０Ａの第２反射面２２には誘電体多層膜を施さず、第２反射面２２の反射率を４％とする。このとき、第１パルス光Ｌ_１の強度は８.８ｍＷとなり、第２パルス光Ｌ_２の強度は８.６ｍＷとなる。

第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度は、第１パルス光Ｌ_１の強度と第２パルス光Ｌ_２の強度との積に比例するので、上記のように誘電体多層膜を適宜に施すことにより約４４５０（＝(8.8×8.6)／(0.136×0.125)）倍に大きくなる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の自己相関測定装置１Ｂの構成を示す図である。自己相関測定装置１Ｂは、第１反射部材１０Ｂ、第２反射部材２０Ａ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０、アパーチャ６１、遅延調整部７０Ｂおよび解析部８０を備える。

図１に示された第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成と比較すると、図３に示される第２実施形態の自己相関測定装置１Ｂは、第１反射部材１０Ａに替えて第１反射部材１０Ｂを備える点で相違し、遅延調整部７０Ａに替えて遅延調整部７０Ｂを備える点で相違する。

第１反射部材１０Ｂは、第１反射面１１と第２反射面１２との間に設けられた屈折率可変部材１５を含む。屈折率可変部材１５の屈折率は印加電圧値に応じて変化する。屈折率可変部材１５として液晶や非線形光学結晶（例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）およびＫＴＮ（ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３）等）を用いることができ、この場合には、互いに対向する２つの主面を第１反射面１１および第２反射面１２とすることができる。また、屈折率可変部材１５として位相変調型の空間光変調器も用いることができ、この場合には、空間光変調器のＣＭＯＳチップ部およびガラス基板端面を第１反射面１１および第２反射面１２とすることができる。

遅延調整部７０Ｂは、屈折率可変部材１５に印加する電圧値を変化させることで、第１反射部材１０Ｂの第１反射面１１と第２反射面１２との間の光路長を変化させ、これにより、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との間の遅延時間τを変化させる。遅延調整部７０Ｂは、遅延時間τを連続的かつ高速に変化させることができる。

本実施形態の自己相関測定装置１Ｂも、入射パルス光Ｐ_０を２分岐した後の第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を互いに異なる方向へ出射するのではなく、両パルス光を同方向へ出射するので、小型化が容易である。

また、本実施形態においても、第１反射部材１０Ｂおよび第２反射部材２０Ａそれぞれにおいて光を透過または反射させる何れかの面に誘電体多層膜が施されていることにより、第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれの強度が調整されているのが好ましく、また、両パルス光の間の強度比が調整されているのが好ましい。このようにすることで、検出部５０により検出される第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度を大きくすることができる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の自己相関測定装置１Ｃの構成を示す図である。自己相関測定装置１Ｃは、第１反射部材１０Ａ、第２反射部材２０Ａ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０、アパーチャ６１、遅延調整部７０Ｃおよび解析部８０を備える。

図１に示された第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成と比較すると、図４に示される第３実施形態の自己相関測定装置１Ｃは、遅延調整部７０Ａに替えて遅延調整部７０Ｃを備える点で相違する。

遅延調整部７０Ｃは、第１回転ステージ７１および第２回転ステージ７２を含む。第１回転ステージ７１は、第２反射部材２０Ａを回動させる。第２回転ステージ７２は、第２反射部材２０Ａ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０およびアパーチャ６１を一体として回動させる。第１回転ステージ７１および第２回転ステージ７２それぞれの回動中心は、第２反射部材２０Ａの第１反射面２１における第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれの出射位置の中心位置である。

第１回転ステージ７１および第２回転ステージ７２それぞれの回動により、第２反射部材２０Ａが角度θだけ回動したときに、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０およびアパーチャ６１が一体として角度２θだけ回動する。第１回転ステージ７１および第２回転ステージ７２を含む遅延調整部７０Ｃは、この回動の角度θを変化させることにより、第２反射部材２０Ａの第１反射面２１と第２反射面２２との間の第１パルス光Ｌ_１の光路長を変化させ、これにより、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との間の遅延時間τを変化させる。

本実施形態の自己相関測定装置１Ｃも、入射パルス光Ｐ_０を２分岐した後の第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を互いに異なる方向へ出射するのではなく、両パルス光を同方向へ出射するので、小型化が容易である。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の自己相関測定装置１Ｄの構成を示す図である。自己相関測定装置１Ｄは、第１反射部材１０Ｄ、第２反射部材２０Ｄ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０、アパーチャ６１，６２、遅延調整部７０Ｄおよび解析部８０を備える。

図１に示された第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成と比較すると、図５に示される第４実施形態の自己相関測定装置１Ｄは、第１反射部材１０Ａに替えて第１反射部材１０Ｄを備える点で相違し、第２反射部材２０Ａに替えて第２反射部材２０Ｄを備える点で相違する。また、第４実施形態の自己相関測定装置１Ｄは、アパーチャ６２を更に備える点で相違し、遅延調整部７０Ａに替えて遅延調整部７０Ｄを備える点で相違する。

第１反射部材１０Ｄは、互いに対向する２つの主面を第１反射面１１および第２反射面１２として有する平板であって、第１反射面１１と第２反射面１２とが互いに非平行である。第２反射部材２０Ｄは、互いに対向する２つの主面を第１反射面２１および第２反射面２２として有する平板であって、第１反射面２１と第２反射面２２とが互いに非平行である。

遅延調整部７０Ｄは、第１反射部材１０Ｄを第１反射面１１に平行な方向に移動させることにより、第１反射部材１０Ｄの第１反射面１１と第２反射面１２との間の第２パルス光Ｌ_２の光路長を変化させることができる。遅延調整部７０Ｄは、第２反射部材２０Ｄを第１反射面２１に平行な方向に移動させることにより、第２反射部材２０Ｄの第１反射面２１と第２反射面２２との間の第１パルス光Ｌ_１の光路長を変化させることができる。遅延調整部７０Ｄは、第１反射部材１０Ｄおよび第２反射部材２０Ｄの双方または何れか一方を移動させることにより、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との間の遅延時間τを変化させる。

アパーチャ６２は、第２反射部材２０Ｄと非線形光学結晶４０との間に設けられ、好適には第２反射部材２０Ｄと集光部３０との間に設けられる。アパーチャ６２は、第１反射部材１０Ｄの第１反射面１１および第２反射部材２０Ｄの第２反射面２２で反射した第１パルス光Ｌ_１を通過させるとともに、第１反射部材１０Ｄの第２反射面１２および第２反射部材２０Ｄの第１反射面２１で反射した第２パルス光Ｌ_２を通過させる。一方、アパーチャ６２は、第１反射部材１０Ｄの第１反射面１１および第２反射部材２０Ｄの第１反射面２１で反射したパルス光Ｌ_３を遮断するともに、第１反射部材１０Ｄの第２反射面１２および第２反射部材２０Ｄの第２反射面２２で反射したパルス光Ｌ_４を遮断する。すなわち、アパーチャ６２は、相関測定の際にノイズとなるパルス光Ｌ_３およびパルス光Ｌ_４を非線形光学結晶４０に入射させないようにする。

本実施形態の自己相関測定装置１Ｄも、入射パルス光Ｐ_０を２分岐した後の第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を互いに異なる方向へ出射するのではなく、両パルス光を同方向へ出射するので、小型化が容易である。

（第５実施形態）
図６は、第５実施形態の自己相関測定装置１Ｅの構成を示す図である。自己相関測定装置１Ｅは、第１反射部材１０Ａ、第２反射部材２０Ａ、集光部３０、非線形光学結晶４０、検出部５０、フィルタ６０、アパーチャ６３、遅延調整部７０Ａおよび解析部８０を備える。

図１に示された第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成と比較すると、図６に示される第５実施形態の自己相関測定装置１Ｅは、入射パルス光Ｌ_０のビーム径の大きさの点で相違し、アパーチャ６１に替えてアパーチャ６３を備える点で相違し、また、解析部８０の処理内容の点で相違する。

第１〜第４の実施形態においては、入射パルス光Ｌ_０のビーム径は、第２反射部材から出射された第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれのビームが空間的に重ならない程度とされる。これに対して、第５実施形態においては、入射パルス光Ｌ_０のビーム径は、第２反射部材から出射された第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれのビームが空間的に互いに重なる程度とされる。

アパーチャ６３は、第２反射部材２０Ａと非線形光学結晶４０との間に設けられ、好適には第２反射部材２０Ａと集光部３０との間に設けられる。アパーチャ６３は、第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２それぞれのビームが空間的に互いに重なる部分を選択的に通過させる。

非線形光学結晶４０は、集光部３０による集光位置に配置され、第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２の入射により第２高調波光Ｌ_ＳＨを発生する。本実施形態では、非線形光学結晶４０において発生する第２高調波光Ｌ_ＳＨは、第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との相関に因る第２高調波光だけでなく、第１パルス光Ｌ_１のみに因る第２高調波光および第２パルス光Ｌ_２のみに因る第２高調波光も含む。検出部５０は、これらの第２高調波光の強度を検出する。

解析部８０は、遅延調整部７０Ａにより遅延時間τを変化させるとともに、各遅延時間τに設定されたときの検出部５０による検出結果（第２高調波光Ｌ_ＳＨの強度Ｉ_ＳＨ(τ)）を取得する。そして、解析部８０は、遅延時間τと第２高調波光強度Ｉ_ＳＨ(τ)との関係に基づいて、下記（４）式で表されるＳＨＧ自己相関関数Ｓ_２(τ)を求め、入射パルス光Ｌ_０のパルス幅を求める。この式の右辺第３項は下記（５）式で表され、右辺第４項は下記（６）式で表される。ω_０は入射パルス光の中心角周波数である。

図７は、第５実施形態の自己相関測定装置１Ｅの検出部５０により求められるＳＨＧ自己相関波形の一例を示す図である。横軸は、遅延調整部７０Ａにより設定される遅延時間τであり、第１反射部材１０Ａの第１反射面１１と第２反射面１２との間の光路長に相当する。この図に示されるように、遅延時間τが０であるとき、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との時間的な重なりが最大となるので、ＳＨＧ自己相関関数の包絡線関数の値は最大となる。遅延時間τの絶対値が大きくなるに従い、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との時間的な重なりが小さくなるので、包絡線関数の値も小さくなる。包絡線関数の半値全幅と入射パルス光Ｌ_０のパルス幅（半値全幅）との間には、入射パルス光Ｌ_０のパルス波形に依存した一定の関係がある。したがって、包絡線関数の形状に基づいて入射パルス光Ｌ_０のパルス幅を求めることができる。なお、このような手法はフリンジ分解ＳＨＧ自己相関法と呼ばれる。

本実施形態の自己相関測定装置１Ｅも、入射パルス光Ｐ_０を２分岐した後の第１パルス光Ｌ_１および第２パルス光Ｌ_２を互いに異なる方向へ出射するのではなく、両パルス光を同方向へ出射するので、小型化が容易である。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態の自己相関測定装置１Ｆの構成を示す図である。図１に示された第１実施形態の自己相関測定装置１Ａの構成と比較すると、図８に示される第６実施形態の自己相関測定装置１Ｆは、検出部５０として分光器を用いる点で相違し、解析部８０の処理内容の点で相違する。

本実施形態では、検出部５０は、第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との相関に因る第２高調波光Ｌ_ＳＨのスペクトルを検出する。解析部８０は、遅延調整部７０Ａにより遅延時間τを変化させるとともに、各遅延時間τに設定されたときの検出部５０による検出結果（第２高調波光Ｌ_ＳＨのスペクトル）を取得する。そして、解析部８０は、遅延時間τと第２高調波光のスペクトルとの関係に基づいて、入射パルス光Ｌ_０の振幅分布および位相分布の双方の情報を求める。なお、このような手法は周波数分解光ゲートと呼ばれる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第５および第６の実施形態において、非線形光学結晶４０に入射する第１パルス光Ｌ_１と第２パルス光Ｌ_２との間の遅延時間τを変化させる方法として、第２〜第４の実施形態で説明した方法を採用することができる。

１Ａ〜１Ｆ…自己相関測定装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄ…第１反射部材、１１…第１反射面、１２…第２反射面、１３…第１平板、１４…第２平板、１５…屈折率可変部材、２０Ａ，２０Ｄ…第２反射部材、２１…第１反射面、２２…第２反射面、３０…集光部、４０…非線形光学結晶、５０…検出部、６０…フィルタ、６１〜６３…アパーチャ、７０Ａ〜７０Ｅ…遅延調整部、７１…第１回転ステージ、７２…第２回転ステージ、８０…解析部、Ｌ_０…入射パルス光、Ｌ_１…第１パルス光、Ｌ_２…第２パルス光、Ｌ_ＳＨ…第２高調波光。

Claims (7)

1. 入射パルス光の一部を反射させる第１反射面と、該入射パルス光のうち該第１反射面を透過した光を反射させる第２反射面と、を有する第１反射部材と、
   前記第１反射部材から出射した光の一部を反射させる第１反射面と、該光のうち該第１反射面を透過した光を反射させる第２反射面と、を有する第２反射部材と、
   前記第１反射部材の前記第１反射面および前記第２反射部材の前記第２反射面で反射した第１パルス光、ならびに、前記第１反射部材の前記第２反射面および前記第２反射部材の前記第１反射面で反射した第２パルス光を、集光する集光部と、
   前記集光部による集光位置に配置され、前記第１パルス光および前記第２パルス光の入射により第２高調波光を発生する非線形光学結晶と、
   前記第２高調波光を検出する検出部と、
   前記非線形光学結晶に入射する前記第１パルス光と前記第２パルス光との間の遅延時間を変化させる遅延調整部と、
   前記遅延調整部により設定された前記遅延時間と前記検出部による検出結果との関係に基づいて前記入射パルス光のパルス幅を求める解析部と、
   を備える自己相関測定装置。
2. 前記第１反射部材および前記第２反射部材それぞれにおいて光を透過または反射させる何れかの面に、前記第１パルス光と前記第２パルス光との間の強度比を調整するための誘電体多層膜が施されている、
   請求項１に記載の自己相関測定装置。
3. 前記第１反射部材が、前記第１反射面を有する第１平板と、この第１平板に対し平行に配置され前記第２反射面を有する第２平板と、を含み、
   前記遅延調整部が、前記第１平板と前記第２平板との間の間隔を変化させて前記遅延時間を変化させる、
   請求項１または２に記載の自己相関測定装置。
4. 前記第１反射部材が、前記第１反射面と前記第２反射面との間に設けられ印加電圧値に応じて屈折率が変化する屈折率可変部材を含み、
   前記遅延調整部が、前記屈折率可変部材に印加する電圧値を変化させて前記遅延時間を変化させる、
   請求項１または２に記載の自己相関測定装置。
5. 前記非線形光学結晶に入射する前記第１パルス光と前記第２パルス光とが互いに非同軸であり、
   前記非線形光学結晶と前記検出部との間に、前記非線形光学結晶から出射された光のうち前記第１パルス光と前記第２パルス光との相関に因る前記第２高調波光を選択的に前記検出部へ通過させるアパーチャが設けられ、
   前記検出部が、前記第２高調波光の強度を検出する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の自己相関測定装置。
6. 前記第２反射部材と前記非線形光学結晶との間に、前記第１パルス光および前記第２パルス光それぞれのビームが空間的に互いに重なる部分を選択的に通過させるアパーチャが設けられ、
   前記検出部が、前記第２高調波光の強度を検出する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の自己相関測定装置。
7. 前記非線形光学結晶に入射する前記第１パルス光と前記第２パルス光とが互いに非同軸であり、
   前記非線形光学結晶と前記検出部との間に、前記非線形光学結晶から出射された光のうち前記第１パルス光と前記第２パルス光との相関に因る前記第２高調波光を選択的に前記検出部へ通過させるアパーチャが設けられ、
   前記検出部が、前記第２高調波光のスペクトルを検出する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の自己相関測定装置。

Images