JPH1030965A - 光パルス特性測定装置およびその測定方法 - Google Patents
光パルス特性測定装置およびその測定方法Info
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- JPH1030965A JPH1030965A JP8185235A JP18523596A JPH1030965A JP H1030965 A JPH1030965 A JP H1030965A JP 8185235 A JP8185235 A JP 8185235A JP 18523596 A JP18523596 A JP 18523596A JP H1030965 A JPH1030965 A JP H1030965A
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- optical path
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- G04—HOROLOGY
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- G04F13/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00
- G04F13/02—Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00 using optical means
- G04F13/026—Measuring duration of ultra-short light pulses, e.g. in the pico-second range; particular detecting devices therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
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- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光検波器に広帯域特性を要求することなく、
高感度、かつ、高安定な光パルス特性測定装置およびそ
の測定方法を提供する。 【解決手段】 被測定光パルスは、入射端から入射さ
れ、光分岐器１で分岐され、一方はホモダイン検波の局
部発振光として、ミラー２で反射され、光路差調整用遅
延器３で光路長が他方と一致するように調整されて、光
合波器７に導かれる。光分岐器１で分岐されたもう一方
は信号光として、光路差変調用信号発生器４の信号で動
作する光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延器６で
反射されて、光合波器７に導かれる。光合波器７で合波
された二つの光信号は光検波器８，９で検波され、差動
増幅器１０で光路差の変調によって生じた交流信号成分
を測定可能な電圧まで増幅する。帯域通過ろ波器１１は
光路差の変調によって生じた交流信号成分のみを通過さ
せて、ＳＮ比を改善する。相関長測定用遅延器６の遅延
量に対する交流信号成分を交流電圧計１２で測定し、自
己相関波形を得る。
高感度、かつ、高安定な光パルス特性測定装置およびそ
の測定方法を提供する。 【解決手段】 被測定光パルスは、入射端から入射さ
れ、光分岐器１で分岐され、一方はホモダイン検波の局
部発振光として、ミラー２で反射され、光路差調整用遅
延器３で光路長が他方と一致するように調整されて、光
合波器７に導かれる。光分岐器１で分岐されたもう一方
は信号光として、光路差変調用信号発生器４の信号で動
作する光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延器６で
反射されて、光合波器７に導かれる。光合波器７で合波
された二つの光信号は光検波器８，９で検波され、差動
増幅器１０で光路差の変調によって生じた交流信号成分
を測定可能な電圧まで増幅する。帯域通過ろ波器１１は
光路差の変調によって生じた交流信号成分のみを通過さ
せて、ＳＮ比を改善する。相関長測定用遅延器６の遅延
量に対する交流信号成分を交流電圧計１２で測定し、自
己相関波形を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光パルスのパルス
特性測定装置およびその測定方法に関する。
特性測定装置およびその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特に光パルスのパルス幅がピコ秒、フェ
ムト秒の光パルスのパルス特性測定において、光検波器
を用いて直接検波する場合には、光検波器を含めた測定
系全体の周波数特性によって測定されたパルス特性は、
実際の値よりも大きくなる。このため、現在では１０ピ
コ秒程度のパルス特性測定が限度である。また、ストリ
ークカメラ、光サンプリングオシロスコープを用いる方
法でも、数百フェムト秒以上である。
ムト秒の光パルスのパルス特性測定において、光検波器
を用いて直接検波する場合には、光検波器を含めた測定
系全体の周波数特性によって測定されたパルス特性は、
実際の値よりも大きくなる。このため、現在では１０ピ
コ秒程度のパルス特性測定が限度である。また、ストリ
ークカメラ、光サンプリングオシロスコープを用いる方
法でも、数百フェムト秒以上である。
【０００３】さらに、非線形光学結晶を用いた自己相関
法では、０．１フェムト秒程度と高いが、高次の非線形
光学効果を利用するために、測定に必要な光量は大きく
なり、微弱な光パルスを測定することができない。ま
た、測定できるパルス幅は結晶の長さに、測定波長は結
晶の材質に依存し、それぞれ目的にあった結晶を用意し
なければならない。
法では、０．１フェムト秒程度と高いが、高次の非線形
光学効果を利用するために、測定に必要な光量は大きく
なり、微弱な光パルスを測定することができない。ま
た、測定できるパルス幅は結晶の長さに、測定波長は結
晶の材質に依存し、それぞれ目的にあった結晶を用意し
なければならない。
【０００４】高感度なパルス幅測定法として、ヘテロダ
イン法（参考文献 戸丸ほか：ヘテロダイン法による光
パルス自己相関法、第４３回応用物理学関連講演会２６
ａ−Ａ−２、１９９６）が提案されているが、この方法
では、測定用光学系に用いる周波数変調器の２次分散に
よって、実際のパルス幅に対して測定されたパルス幅は
広がる。さらに、高次の高調波によるヘテロダイン成分
の光検波が必要になり、光検波器に１０ＧＨｚ以上の広
帯域特性が要求される。
イン法（参考文献 戸丸ほか：ヘテロダイン法による光
パルス自己相関法、第４３回応用物理学関連講演会２６
ａ−Ａ−２、１９９６）が提案されているが、この方法
では、測定用光学系に用いる周波数変調器の２次分散に
よって、実際のパルス幅に対して測定されたパルス幅は
広がる。さらに、高次の高調波によるヘテロダイン成分
の光検波が必要になり、光検波器に１０ＧＨｚ以上の広
帯域特性が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、光パルスのパルス特性を測定するた
めには、広帯域特性を持つ光検波器が必要であったり、
測定に必要な光量が大きくなり測定感度に問題がある。
本発明は、上記問題点を除去し、光検波器に広帯域特性
を要求することなく、高感度、かつ、高安定な光パルス
特性測定装置およびその測定方法を提供することを目的
とする。
た従来の技術では、光パルスのパルス特性を測定するた
めには、広帯域特性を持つ光検波器が必要であったり、
測定に必要な光量が大きくなり測定感度に問題がある。
本発明は、上記問題点を除去し、光検波器に広帯域特性
を要求することなく、高感度、かつ、高安定な光パルス
特性測定装置およびその測定方法を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕光パルス特性測定装置において、被測定光パルス
を分岐する光分岐器と、この光分岐器のどちらか一方の
光路長を変調する手段と、前記光分岐器のどちらか一方
の光路長を変化させる手段と、二つの出力光を合波する
光合波器と、この光合波器の出力光を検波する光検波器
と、この光検波器の出力の交流信号の振幅を測定する手
段とを設けるようにしたものである。
成するために、 〔１〕光パルス特性測定装置において、被測定光パルス
を分岐する光分岐器と、この光分岐器のどちらか一方の
光路長を変調する手段と、前記光分岐器のどちらか一方
の光路長を変化させる手段と、二つの出力光を合波する
光合波器と、この光合波器の出力光を検波する光検波器
と、この光検波器の出力の交流信号の振幅を測定する手
段とを設けるようにしたものである。
【０００７】〔２〕光パルス特性測定方法において、被
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号の振幅
を測定する手段とを配置し、被測定光パルスを前記光分
岐器で分岐後、どちらか一方の光路長を変調してホモダ
イン検波を行い、光路長の変調により発生する交流信号
成分を測定するようにしたものである。
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号の振幅
を測定する手段とを配置し、被測定光パルスを前記光分
岐器で分岐後、どちらか一方の光路長を変調してホモダ
イン検波を行い、光路長の変調により発生する交流信号
成分を測定するようにしたものである。
【０００８】〔３〕光パルス特性測定装置において、被
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、前記光分岐
器のどちらか一方の光を断続させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波
する検波手段と、前記光を断続させる手段と同期して、
前記検波手段からの出力の振幅を同期検出する同期検出
手段とを設けるようにしたものである。
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、前記光分岐
器のどちらか一方の光を断続させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波
する検波手段と、前記光を断続させる手段と同期して、
前記検波手段からの出力の振幅を同期検出する同期検出
手段とを設けるようにしたものである。
【０００９】〔４〕光パルス特性測定方法において、被
測定光パルスを分岐する光分岐器と、前記光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、前記光分岐
器のどちらか一方の光を断続させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波
する検波手段と、前記光を断続させる手段と同期して、
前記検波手段からの出力の振幅を同期検出する同期検出
手段とを配置し、被測定光パルスを前記光分岐器で分岐
後、どちらか一方の光を断続させ、どちらか一方の光路
長を変調してホモダイン検波を行い、光路長の変調によ
り発生する交流信号成分を検波し、この検波した交流信
号成分を光の断続周期に同期して測定するようにしたも
のである。
測定光パルスを分岐する光分岐器と、前記光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変調する手段と、前記光分岐器の
どちらか一方の光路長を変化させる手段と、前記光分岐
器のどちらか一方の光を断続させる手段と、二つの出力
光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波
する光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波
する検波手段と、前記光を断続させる手段と同期して、
前記検波手段からの出力の振幅を同期検出する同期検出
手段とを配置し、被測定光パルスを前記光分岐器で分岐
後、どちらか一方の光を断続させ、どちらか一方の光路
長を変調してホモダイン検波を行い、光路長の変調によ
り発生する交流信号成分を検波し、この検波した交流信
号成分を光の断続周期に同期して測定するようにしたも
のである。
【００１０】〔５〕光パルス特性測定装置において、被
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変化させる手段と、２つの出力光
を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波す
る光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波す
る検波手段とを設けるようにしたものである。 〔６〕光パルス特性測定方法において、被測定光パルス
を分岐する光分岐器と、この光分岐器のどちらか一方の
光路長を変化させる手段と、２つの出力光を合波する光
合波器と、この光合波器の出力光を検波する光検波器
と、この光検波器の出力の交流信号を検波する検波手段
とを配置し、前記光路長を変化させる手段によって、同
時に光路差を変化させることにより発生する交流信号成
分を測定するようにしたものである。
測定光パルスを分岐する光分岐器と、この光分岐器のど
ちらか一方の光路長を変化させる手段と、２つの出力光
を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を検波す
る光検波器と、この光検波器の出力の交流信号を検波す
る検波手段とを設けるようにしたものである。 〔６〕光パルス特性測定方法において、被測定光パルス
を分岐する光分岐器と、この光分岐器のどちらか一方の
光路長を変化させる手段と、２つの出力光を合波する光
合波器と、この光合波器の出力光を検波する光検波器
と、この光検波器の出力の交流信号を検波する検波手段
とを配置し、前記光路長を変化させる手段によって、同
時に光路差を変化させることにより発生する交流信号成
分を測定するようにしたものである。
【００１１】上記のように構成したので、光パルス特
性、特に、光パルス幅測定および光パルス検出は、ホモ
ダイン自己相関法によって、ホモダイン干渉計を安定化
せず、干渉計の光路差を変調することによって発生する
安定な交流信号の振幅を測定することができる。ホモダ
イン干渉計の光路差の変動は直接出力信号の変化とな
り、一般的には干渉計を安定化する必要がある。この安
定化には負帰還制御が通常用いられる。
性、特に、光パルス幅測定および光パルス検出は、ホモ
ダイン自己相関法によって、ホモダイン干渉計を安定化
せず、干渉計の光路差を変調することによって発生する
安定な交流信号の振幅を測定することができる。ホモダ
イン干渉計の光路差の変動は直接出力信号の変化とな
り、一般的には干渉計を安定化する必要がある。この安
定化には負帰還制御が通常用いられる。
【００１２】しかし、自己相関法で光パルスのパルス幅
を測定する時には、光パルスの重なりのない状態、すな
わち、干渉計出力のない状態から測定を開始する。した
がって、この状態では安定化のための制御信号が得られ
ず、安定化は不可能である。さらに、相関長を求めるた
めに、干渉計の一方の光路を変化させる。このとき、干
渉計が安定化のための制御をしていると、制御信号がこ
の光路の変化にも追随するので、制御信号と測定信号の
分離が困難である。
を測定する時には、光パルスの重なりのない状態、すな
わち、干渉計出力のない状態から測定を開始する。した
がって、この状態では安定化のための制御信号が得られ
ず、安定化は不可能である。さらに、相関長を求めるた
めに、干渉計の一方の光路を変化させる。このとき、干
渉計が安定化のための制御をしていると、制御信号がこ
の光路の変化にも追随するので、制御信号と測定信号の
分離が困難である。
【００１３】いま、干渉計を安定化させずに、一方の光
路長を時間的に変調すると、その変調速度と振幅にした
がって干渉縞が変化し交流信号が発生する。この交流信
号の振幅は干渉の可視度に一致しているので、干渉計の
光路差を変えながらこの交流信号の振幅を測定すれば、
光路差に対する自己相関波形を求めることができる。こ
こで、干渉計が安定化されていないために生じる不安定
性は、この交流信号の位相および周波数変化に変換され
るので、振幅の変動は非常に小さくなる。
路長を時間的に変調すると、その変調速度と振幅にした
がって干渉縞が変化し交流信号が発生する。この交流信
号の振幅は干渉の可視度に一致しているので、干渉計の
光路差を変えながらこの交流信号の振幅を測定すれば、
光路差に対する自己相関波形を求めることができる。こ
こで、干渉計が安定化されていないために生じる不安定
性は、この交流信号の位相および周波数変化に変換され
るので、振幅の変動は非常に小さくなる。
【００１４】この干渉計はホモダイン検波方式であるか
ら、一方の光路を局部発振光として十分な光量を用いれ
ば、他方の光路の信号光の強度は非常に小さくすること
が可能であり、高感度な光パルスの検出ができる。さら
に、ここで用いる光検波器は、光路差を変調したときに
発生する交流信号を検波するのに必要な帯域幅で十分で
ある。１例として、光路の変調波形を三角波で行い、そ
の周期を１００Ｈｚ、振幅を光波長の１０倍とすると、
発生する交流信号の周波数は２ｋＨｚとなり、通常の光
検波器で十分である。
ら、一方の光路を局部発振光として十分な光量を用いれ
ば、他方の光路の信号光の強度は非常に小さくすること
が可能であり、高感度な光パルスの検出ができる。さら
に、ここで用いる光検波器は、光路差を変調したときに
発生する交流信号を検波するのに必要な帯域幅で十分で
ある。１例として、光路の変調波形を三角波で行い、そ
の周期を１００Ｈｚ、振幅を光波長の１０倍とすると、
発生する交流信号の周波数は２ｋＨｚとなり、通常の光
検波器で十分である。
【００１５】被測定光パルスのパルス幅は、光路差を変
えながら自己相関波形を測定して求める。いま、自己相
関波形の半値幅をΔＬ（ｍ）とすると、パルス幅Δτ
は、 Δτ＝ΔＬ／Ｋ（ｓｅｃ） …（１） となる。ここで、被測定光パルス波形をガウス形とする
と、Ｋ＝４．２４×１０8 となる。
えながら自己相関波形を測定して求める。いま、自己相
関波形の半値幅をΔＬ（ｍ）とすると、パルス幅Δτ
は、 Δτ＝ΔＬ／Ｋ（ｓｅｃ） …（１） となる。ここで、被測定光パルス波形をガウス形とする
と、Ｋ＝４．２４×１０8 となる。
【００１６】また、Ｓｅｃｈ2 形とすると、Ｋ＝４．６
５×１０8 になる。光路差を強制的に変調しているため
に、パルス幅測定の分解能が制限される。変調振幅を被
測定光パルスの半波長にすると、往復の振幅変化によっ
て、交流信号は１周期分が発生し、交流信号の振幅の測
定が可能となる。従って、半波長分がパルス位置の分解
能に相当する。いま、光波長を１μｍ、光パルス波形を
Ｓｅｃｈ2 形とすると、分解能は、上記（１）式より、
約２．５ｆｓｅｃになり、非常に高分解能である。
５×１０8 になる。光路差を強制的に変調しているため
に、パルス幅測定の分解能が制限される。変調振幅を被
測定光パルスの半波長にすると、往復の振幅変化によっ
て、交流信号は１周期分が発生し、交流信号の振幅の測
定が可能となる。従って、半波長分がパルス位置の分解
能に相当する。いま、光波長を１μｍ、光パルス波形を
Ｓｅｃｈ2 形とすると、分解能は、上記（１）式より、
約２．５ｆｓｅｃになり、非常に高分解能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１
実施例について説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す光パルス特性測定装置の構成図である。この図に示
すように、光パルス特性測定装置は、光分岐器１、ミラ
ー２、光路差調整用遅延器３、光路差変調用信号発生器
４、光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延器６、光
合波器７、光検波器８，９、差動増幅器１０、帯域通過
ろ波器１１、交流電圧計１２により構成されている。
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１
実施例について説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す光パルス特性測定装置の構成図である。この図に示
すように、光パルス特性測定装置は、光分岐器１、ミラ
ー２、光路差調整用遅延器３、光路差変調用信号発生器
４、光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延器６、光
合波器７、光検波器８，９、差動増幅器１０、帯域通過
ろ波器１１、交流電圧計１２により構成されている。
【００１８】ここで、光路差変調用信号発生器４、光路
差変調用ミラー５は光路長を変調する手段に、相関長測
定用遅延器６は光路長を変化させる手段に、差動増幅器
１０、帯域通過ろ波器１１、交流電圧計１２は交流信号
の振幅を測定する手段にそれぞれ対応する。光分岐器１
は被測定光パルスを分岐するものであり、光合波器７は
二つの光を合波するもので、ハーフミラー、無偏光ビー
ムスプリッタ、光方向性結合器などが使用可能である。
差変調用ミラー５は光路長を変調する手段に、相関長測
定用遅延器６は光路長を変化させる手段に、差動増幅器
１０、帯域通過ろ波器１１、交流電圧計１２は交流信号
の振幅を測定する手段にそれぞれ対応する。光分岐器１
は被測定光パルスを分岐するものであり、光合波器７は
二つの光を合波するもので、ハーフミラー、無偏光ビー
ムスプリッタ、光方向性結合器などが使用可能である。
【００１９】光路差変調用ミラー５は光波長の数倍の振
動が得られれば十分であり、ピエゾ素子にミラーを張り
付けたものが使用可能である。さらに、この作用は、光
の位相を連続的に変化させるもので、同等の位相変化が
得られるものならばどんなものでも良い。相関長測定用
遅延器６はパルス幅を測定するときに用いるもので、そ
の遅延距離は被測定光パルスのパルス幅に依存する。光
路差調整用遅延器３は光分岐器１と光合波器７との間の
二つの光路長を等しくするために設ける。これらの遅延
器の一つに光路差変調用ミラー５を設けることも可能で
ある。
動が得られれば十分であり、ピエゾ素子にミラーを張り
付けたものが使用可能である。さらに、この作用は、光
の位相を連続的に変化させるもので、同等の位相変化が
得られるものならばどんなものでも良い。相関長測定用
遅延器６はパルス幅を測定するときに用いるもので、そ
の遅延距離は被測定光パルスのパルス幅に依存する。光
路差調整用遅延器３は光分岐器１と光合波器７との間の
二つの光路長を等しくするために設ける。これらの遅延
器の一つに光路差変調用ミラー５を設けることも可能で
ある。
【００２０】光合波器７の出力の光検波として、１個の
光検波器を用いる方法もあるが、この実施例に示すよう
に、２個の光検波器と差動増幅器を用いる構成の方が、
入力光の持つ振幅雑音が抑圧され、雑音がショット雑音
レベルになるので、ＳＮ比が改善されることは明らかで
ある。図１において、被測定光パルスは、入射端から入
射され、光分岐器１で分岐され、一方はホモダイン検波
の局部発振光として、ミラー２で反射され、光路差調整
用遅延器３で光路長が他方と一致するように調整され
て、光合波器７に導かれる。光分岐器１で分岐されたも
う一方は信号光として、光路差変調用信号発生器４の信
号で動作する光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延
器６で反射されて、光合波器７に導かれる。
光検波器を用いる方法もあるが、この実施例に示すよう
に、２個の光検波器と差動増幅器を用いる構成の方が、
入力光の持つ振幅雑音が抑圧され、雑音がショット雑音
レベルになるので、ＳＮ比が改善されることは明らかで
ある。図１において、被測定光パルスは、入射端から入
射され、光分岐器１で分岐され、一方はホモダイン検波
の局部発振光として、ミラー２で反射され、光路差調整
用遅延器３で光路長が他方と一致するように調整され
て、光合波器７に導かれる。光分岐器１で分岐されたも
う一方は信号光として、光路差変調用信号発生器４の信
号で動作する光路差変調用ミラー５、相関長測定用遅延
器６で反射されて、光合波器７に導かれる。
【００２１】光合波器７で合波された二つの光信号は光
検波器８，９で検波され、差動増幅器１０で光路差の変
調によって生じた交流信号成分を測定可能な電圧まで増
幅する。帯域通過ろ波器１１は光路差の変調によって生
じた交流信号成分のみを通過させて、ＳＮ比を改善す
る。相関長測定用遅延器６の遅延量に対する交流信号成
分を交流電圧計１２で測定すれば、自己相関波形が得ら
れる。
検波器８，９で検波され、差動増幅器１０で光路差の変
調によって生じた交流信号成分を測定可能な電圧まで増
幅する。帯域通過ろ波器１１は光路差の変調によって生
じた交流信号成分のみを通過させて、ＳＮ比を改善す
る。相関長測定用遅延器６の遅延量に対する交流信号成
分を交流電圧計１２で測定すれば、自己相関波形が得ら
れる。
【００２２】この第１実施例では、光路差の変調によっ
て発生した交流信号成分を測定するときには、帯域通過
ろ波器を用いればＳＮ比が改善できる。次に、第１実施
例を用いて、微弱な光パルスを検出する方法について述
べる。当然、帯域通過ろ波器１１は光路差の変調によっ
て生じた交流信号成分が通過するように調整する。
て発生した交流信号成分を測定するときには、帯域通過
ろ波器を用いればＳＮ比が改善できる。次に、第１実施
例を用いて、微弱な光パルスを検出する方法について述
べる。当然、帯域通過ろ波器１１は光路差の変調によっ
て生じた交流信号成分が通過するように調整する。
【００２３】（１）入力側光分岐器１の分岐比を調整し
て、必要かつ十分な局部発振光側の光量を設定する。 （２）信号光側に設置した被測定試料からの透過光、反
射光または発光光の光路長を光路差調整用遅延器３で局
部発振光側と一致させる。 （３）光路差調整用遅延器３、相関長測定用遅延器６を
用いて、光路長を変調して発生する交流信号成分が最大
になるように調整する。
て、必要かつ十分な局部発振光側の光量を設定する。 （２）信号光側に設置した被測定試料からの透過光、反
射光または発光光の光路長を光路差調整用遅延器３で局
部発振光側と一致させる。 （３）光路差調整用遅延器３、相関長測定用遅延器６を
用いて、光路長を変調して発生する交流信号成分が最大
になるように調整する。
【００２４】（４）既知の信号光側の光強度の交流信号
の振幅と比較して、被測定パルスの強度を求める。さら
に、第１実施例を用いて、光パルスの位相特性を測定す
る方法について述べる。本実施例の出力交流信号の位相
は、局部発振光と信号光との位相差を示している。
の振幅と比較して、被測定パルスの強度を求める。さら
に、第１実施例を用いて、光パルスの位相特性を測定す
る方法について述べる。本実施例の出力交流信号の位相
は、局部発振光と信号光との位相差を示している。
【００２５】したがって、この出力交流信号の位相を測
定すれば光パルスの位相特性を測定することが可能であ
る。位相測定には位相の基準となる交流信号が必要であ
るが、本実施例では、それが得られない。そこで、本実
施例の出力交流信号と周波数がほぼ等しい基準交流信号
を別に用意して、この基準信号と出力交流信号との位相
差を位相検波器で測定する。しかし、位相検波器の出力
には、基準信号と出力交流信号との定常的な位相差が加
わる。ここで短時間の測定ならば、この定常位相差はほ
ぼ直線になり、測定結果からこの直線成分を差し引くこ
とによって、光パルスの位相特性を求めることができ
る。
定すれば光パルスの位相特性を測定することが可能であ
る。位相測定には位相の基準となる交流信号が必要であ
るが、本実施例では、それが得られない。そこで、本実
施例の出力交流信号と周波数がほぼ等しい基準交流信号
を別に用意して、この基準信号と出力交流信号との位相
差を位相検波器で測定する。しかし、位相検波器の出力
には、基準信号と出力交流信号との定常的な位相差が加
わる。ここで短時間の測定ならば、この定常位相差はほ
ぼ直線になり、測定結果からこの直線成分を差し引くこ
とによって、光パルスの位相特性を求めることができ
る。
【００２６】一方、光走査トンネル顕微鏡の検出手段に
用いることにより、被測定試料の局所時間分光、局所コ
ヒーレント発光を高感度に測定できる。次に、本発明の
第２実施例について説明する。図２は本発明の第２実施
例を示す光パルス特性測定装置の構成図である。なお、
第１実施例と同じ部分には同じ符号を付してその説明は
省略する。
用いることにより、被測定試料の局所時間分光、局所コ
ヒーレント発光を高感度に測定できる。次に、本発明の
第２実施例について説明する。図２は本発明の第２実施
例を示す光パルス特性測定装置の構成図である。なお、
第１実施例と同じ部分には同じ符号を付してその説明は
省略する。
【００２７】この実施例の特徴は、第１実施例の構成
に、光チョッパ１３、検波器１４、同期検出器１５を加
えた点である。光チョッパ１３は光を断続する手段に、
検波回路１４は光路差の変調によって生じた交流信号を
検波する手段に、同期検出器１５は光を断続させる手段
と同期して、交流信号検波器の出力の振幅を測定する同
期検出手段にそれぞれ対応する。
に、光チョッパ１３、検波器１４、同期検出器１５を加
えた点である。光チョッパ１３は光を断続する手段に、
検波回路１４は光路差の変調によって生じた交流信号を
検波する手段に、同期検出器１５は光を断続させる手段
と同期して、交流信号検波器の出力の振幅を測定する同
期検出手段にそれぞれ対応する。
【００２８】この実施例では、交流信号の検波後に、通
常のＲＣ形の平滑回路が使用できるが、カットオフ特性
の急峻な低域通過ろ波器、帯域通過ろ波器を用いれば、
高効率な同期信号成分とのＳＮ比の改善が可能である。
同期検出の手段としては通常のロックインアンプが使用
できる。また、一般に、同期検出を行えばさらに高感度
になる。しかし、光路差の変調で発生した交流信号を用
いて同期検出を行うことは、参照信号が得られず不可能
である。そこで、一方の光路に光チョッパを設けて光を
断続すれば、光路差の変調によって生じた交流信号が断
続される。この断続交流信号成分を検波すれば、光チョ
ッパに同期した信号が得られ、同期検出を行うことが可
能になる。
常のＲＣ形の平滑回路が使用できるが、カットオフ特性
の急峻な低域通過ろ波器、帯域通過ろ波器を用いれば、
高効率な同期信号成分とのＳＮ比の改善が可能である。
同期検出の手段としては通常のロックインアンプが使用
できる。また、一般に、同期検出を行えばさらに高感度
になる。しかし、光路差の変調で発生した交流信号を用
いて同期検出を行うことは、参照信号が得られず不可能
である。そこで、一方の光路に光チョッパを設けて光を
断続すれば、光路差の変調によって生じた交流信号が断
続される。この断続交流信号成分を検波すれば、光チョ
ッパに同期した信号が得られ、同期検出を行うことが可
能になる。
【００２９】ここで、第２実施例による実験結果につい
て説明する。第２実施例の実験結果である受動モード同
期チタンサファイア・パルスレーザの自己相関波形を測
定した結果を図３に示す。この図において、横軸は相関
長測定用遅延器６の移動距離による光路差を、縦軸は同
期検出器１５の出力振幅を示す。
て説明する。第２実施例の実験結果である受動モード同
期チタンサファイア・パルスレーザの自己相関波形を測
定した結果を図３に示す。この図において、横軸は相関
長測定用遅延器６の移動距離による光路差を、縦軸は同
期検出器１５の出力振幅を示す。
【００３０】光分岐後の局部発振光側の光強度は、５ｍ
Ｗ、信号光側の光強度は１５ｆＷである。この結果、自
己相関波形の半値幅の光路差は９３．５７μｍであり、
前記（１）式を用いて求めたパルス幅は２０１．２ｆｓ
ｅｃとなり、非線形光学結晶を用いた測定値とよく一致
している。図４に示す（Ａ）は、第２実施例の結果、つ
まり受動モード同期チタンサファイア・パルスレーザの
自己相関波形を測定した結果（図３）をｄＢ表示したも
のであり、ＳＮ比が２５ｄＢ以上確保されていることが
わかる。なお、ここでは、同期検出器としてロックイン
アンプを用い、その積分時間を１秒に設定した。図４に
示す（Ｂ）は第１実施例による実験結果である。この結
果より、ＳＮ比を比べると、第２実施例の場合では、１
０ｄＢ以上良く、高感度であることを示している。ホモ
ダイン検波の信号出力は、局部発振光と信号光の積の平
方根に比例するので、もしこの測定条件で、入力側光分
岐器１の分岐比を１：１にすると、入力光量約８．６ｎ
Ｗの光パルスのパルス幅測定が、ＳＮ比２５ｄＢ以上で
可能であり、非常に高感度であることを示している。
Ｗ、信号光側の光強度は１５ｆＷである。この結果、自
己相関波形の半値幅の光路差は９３．５７μｍであり、
前記（１）式を用いて求めたパルス幅は２０１．２ｆｓ
ｅｃとなり、非線形光学結晶を用いた測定値とよく一致
している。図４に示す（Ａ）は、第２実施例の結果、つ
まり受動モード同期チタンサファイア・パルスレーザの
自己相関波形を測定した結果（図３）をｄＢ表示したも
のであり、ＳＮ比が２５ｄＢ以上確保されていることが
わかる。なお、ここでは、同期検出器としてロックイン
アンプを用い、その積分時間を１秒に設定した。図４に
示す（Ｂ）は第１実施例による実験結果である。この結
果より、ＳＮ比を比べると、第２実施例の場合では、１
０ｄＢ以上良く、高感度であることを示している。ホモ
ダイン検波の信号出力は、局部発振光と信号光の積の平
方根に比例するので、もしこの測定条件で、入力側光分
岐器１の分岐比を１：１にすると、入力光量約８．６ｎ
Ｗの光パルスのパルス幅測定が、ＳＮ比２５ｄＢ以上で
可能であり、非常に高感度であることを示している。
【００３１】なお、第１実施例及び第２実施例ではマッ
ハツェンダー形干渉計での構成を示したが、マイケルソ
ン形干渉計などの構成でも同様の動作を行わせることが
できる。さらに、構成部品も光ファイバを用いた部品の
使用も可能である。なお、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形
が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
ハツェンダー形干渉計での構成を示したが、マイケルソ
ン形干渉計などの構成でも同様の動作を行わせることが
できる。さらに、構成部品も光ファイバを用いた部品の
使用も可能である。なお、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形
が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
【００３２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下に示すような効果を奏することができる。 （１）ホモダイン自己相関法を用いるために、非常に高
感度である。 （２）さらに、干渉計を安定化する必要もなく、単に光
路差を変調して発生する交流信号成分を測定するため
に、非常に安定であり、光検波器の周波数特性も広帯域
特性を必要とせず、構成も簡単である。
よれば、以下に示すような効果を奏することができる。 （１）ホモダイン自己相関法を用いるために、非常に高
感度である。 （２）さらに、干渉計を安定化する必要もなく、単に光
路差を変調して発生する交流信号成分を測定するため
に、非常に安定であり、光検波器の周波数特性も広帯域
特性を必要とせず、構成も簡単である。
【００３３】（３）また、非常に微弱な光パルスの検出
も可能である。 （４）光パルスの位相も測定可能である。
も可能である。 （４）光パルスの位相も測定可能である。
【図１】本発明の第１実施例を示す光パルス特性測定装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す光パルス特性測定装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図３】第２実施例の実験結果である受動モード同期チ
タンサファイア・パルスレーザの自己相関波形を測定し
た結果を示す図である。
タンサファイア・パルスレーザの自己相関波形を測定し
た結果を示す図である。
【図４】第２実施例及び第１実施例の実験結果である受
動モード同期チタンサファイア・パルスレーザの自己相
関波形を測定した結果を示す図である。
動モード同期チタンサファイア・パルスレーザの自己相
関波形を測定した結果を示す図である。
１ 光分岐器 ２ ミラー ３ 光路差調整用遅延器 ４ 光路差変調用信号発生器 ５ 光路差変調用ミラー ６ 相関長測定用遅延器 ７ 光合波器 ８，９ 光検波器 １０ 差動増幅器 １１ 帯域通過ろ波器 １２ 交流電圧計 １３ 光チョッパ １４ 検波回路 １５ 同期検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 喜久 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 スタ ンフォード ライアンコート ８
Claims (6)
- 【請求項１】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、（ｂ）該光分岐器のどちらか一方の光路長を変調す
る手段と、（ｃ）前記光分岐器のどちらか一方の光路長
を変化させる手段と、（ｄ）二つの出力光を合波する光
合波器と、（ｅ）該光合波器の出力光を検波する光検波
器と、（ｆ）該光検波器の出力の交流信号の振幅を測定
する手段とを備えたことを特徴とする光パルス特性測定
装置。 - 【請求項２】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、該光分岐器のどちらか一方の光路長を変調する手段
と、前記光分岐器のどちらか一方の光路長を変化させる
手段と、二つの出力光を合波する光合波器と、該光合波
器の出力光を検波する光検波器と、該光検波器の出力の
交流信号の振幅を測定する手段とを配置し、（ｂ）被測
定光パルスを前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光
路長を変調してホモダイン検波を行い、光路長の変調に
より発生する交流信号成分を測定することを特徴とする
光パルス特性測定方法。 - 【請求項３】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、（ｂ）該光分岐器のどちらか一方の光路長を変調す
る手段と、（ｃ）前記光分岐器のどちらか一方の光路長
を変化させる手段と、（ｄ）前記光分岐器のどちらか一
方の光を断続させる手段と、（ｅ）二つの出力光を合波
する光合波器と、（ｆ）該光合波器の出力光を検波する
光検波器と、（ｇ）該光検波器の出力の交流信号を検波
する検波手段と、（ｈ）前記光を断続させる手段と同期
して、前記検波手段からの出力の振幅を同期検出する同
期検出手段とを備えたことを特徴とする光パルス特性測
定装置。 - 【請求項４】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、前記光分岐器のどちらか一方の光路長を変調する手
段と、前記光分岐器のどちらか一方の光路長を変化させ
る手段と、前記光分岐器のどちらか一方の光を断続させ
る手段と、二つの出力光を合波する光合波器と、該光合
波器の出力光を検波する光検波器と、該光検波器の出力
の交流信号を検波する検波手段と、前記光を断続させる
手段と同期して、前記検波手段からの出力の振幅を同期
検出する同期検出手段とを配置し、（ｂ）被測定光パル
スを前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光を断続さ
せ、どちらか一方の光路長を変調してホモダイン検波を
行い、光路長の変調により発生する交流信号成分を検波
し、該検波した交流信号成分を光の断続周期に同期して
測定することを特徴とする光パルス特性測定方法。 - 【請求項５】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、（ｂ）該光分岐器のどちらか一方の光路長を変化さ
せる手段と、（ｃ）２つの出力光を合波する光合波器
と、（ｄ）該光合波器の出力光を検波する光検波器と、
（ｅ）該光検波器の出力の交流信号を検波する検波手段
とを備えたことを特徴とする光パルス特性測定装置。 - 【請求項６】（ａ）被測定光パルスを分岐する光分岐器
と、該光分岐器のどちらか一方の光路長を変化させる手
段と、２つの出力光を合波する光合波器と、該光合波器
の出力光を検波する光検波器と、該光検波器の出力の交
流信号を検波する検波手段とを配置し、（ｂ）前記光路
長を変化させる手段によって、同時に光路差を変化させ
ることにより発生する交流信号成分を測定することを特
徴とする光パルス特性測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18523596A JP3657362B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 光パルス特性測定装置およびその測定方法 |
| US08/893,647 US6057919A (en) | 1996-07-16 | 1997-07-11 | Apparatus and method for measuring characteristics of optical pulses |
| EP97112135A EP0819924A3 (en) | 1996-07-16 | 1997-07-16 | Apparatus and method for measuring characteristics of optical pulses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18523596A JP3657362B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 光パルス特性測定装置およびその測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1030965A true JPH1030965A (ja) | 1998-02-03 |
| JP3657362B2 JP3657362B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=16167255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18523596A Expired - Fee Related JP3657362B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 光パルス特性測定装置およびその測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6057919A (ja) |
| EP (1) | EP0819924A3 (ja) |
| JP (1) | JP3657362B2 (ja) |
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| CN112033279A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-12-04 | 长沙麓邦光电科技有限公司 | 白光干涉系统 |
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| US8311069B2 (en) | 2007-12-21 | 2012-11-13 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Direct ultrashort laser system |
| CN100595537C (zh) * | 2008-02-01 | 2010-03-24 | 北京工业大学 | 飞秒激光脉冲自相关测试仪及其方法 |
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| US8630322B2 (en) * | 2010-03-01 | 2014-01-14 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Laser system for output manipulation |
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- 1997-07-11 US US08/893,647 patent/US6057919A/en not_active Expired - Fee Related
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