CN116391105A - 分散测定装置及分散测定方法 - Google Patents
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Abstract
分散测定装置(1A)具备脉冲形成部(3)、拍摄部(5)和运算部(6)。脉冲形成部(3)根据从脉冲激光光源(2)输出的光脉冲(Pa)来形成包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个光脉冲的光脉冲串(Pb)。拍摄部(5)具有能够以比光脉冲串(Pb)的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器(51)，拍摄从脉冲形成部(3)输出后通过了测定对象(B)的光脉冲串(Pc)，生成拍摄数据。运算部(6)接收拍摄数据，对图像传感器(51)的每个像素检测光脉冲串(Pc)的时间波形，并基于时间波形的特征量，对图像传感器(51)的每个像素推算测定对象(B)的波长分散量。由此，实现能够通过简易的结构来测定波长分散的分散测定装置和分散测定方法。
Description
技术领域
本公开涉及分散测定装置及分散测定方法。
背景技术
专利文献1及非专利文献1公开了测定激光脉冲的波长分散的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2006-502407号公报。
非专利文献
非专利文献1：Bingwei Xu et al.,"Quantitative investigation of themultiphoton intrapulse interference phase scan method for simultaneous phasemeasurement and compensation of femtosecond laser pulses",Journal of theOptical Society of America B,Vol.23,No.4,pp.750-759,2006。
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1及非专利文献1所记载的测定方法被称为MIIPS(MultiphotonIntrapulse Interference Phase Scan：多光子脉冲内干涉相位扫描)。在该测定方法中，基于与正弦波状的相位调制图案的相移量对应的发光光谱的变化来测定分散。因此，必须测定发光光谱。通常，在发光光谱的测定中，需要分光元件和光检测器的组合、或者可检测波长－强度特性的光检测器(分光器)。因此，光学系统变得复杂。
实施方式的目的在于提供能够通过简易的结构来测定波长分散的分散测定装置和分散测定方法。
用于解决问题的技术手段
实施方式是一种分散测定装置。分散测定装置具备：脉冲形成部，其根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，所述多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同；拍摄部，其具有能够以比所述光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄从所述脉冲形成部输出后通过了测定对象的所述光脉冲串，生成拍摄数据；和运算部，其接收所述拍摄数据，按所述图像传感器的每个像素检测所述光脉冲串的时间波形，并基于所述时间波形的特征量，按所述图像传感器的每个像素推算所述测定对象的波长分散量。
实施方式是一种分散测定方法。分散测定方法包括：脉冲形成步骤，根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，所述多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同；拍摄步骤，使用能够以比所述光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄通过了测定对象的所述光脉冲串，生成拍摄数据；和运算步骤，接收所述拍摄数据，按所述图像传感器的每个像素检测所述光脉冲串的时间波形，并基于所述时间波形的特征量，按所述图像传感器的每个像素推算所述测定对象的波长分散量。
在上述的装置及方法中，在脉冲形成部(脉冲形成步骤)，包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个第二光脉冲的光脉冲串是根据第一光脉冲来生成的。而且，光脉冲串通过测定对象。在这样的情况下，由于测定对象所具有的波长分散，光脉冲串的时间波形中的各种特征量(例如脉冲间隔、峰值强度、脉宽等)发生变化。即，通过了测定对象后的光脉冲串的时间波形中的各种特征量与测定对象的波长分散量具有相关。
根据上述结构，使用能够以比光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄通过了测定对象的光脉冲串，生成拍摄数据。而且，接收该拍摄数据，按图像传感器的每个像素来检测光脉冲串的时间波形，并基于时间波形的特征量，按图像传感器的每个像素来推算测定对象的波长分散量。
因此，根据上述结构，能够推算出测定对象中的波长分散的分布。而且，根据上述结构，与专利文献1及非专利文献1所记载的测定方法不同，不需要测定发光光谱，因此，能够简化拍摄部(拍摄步骤)的光学系统，能够通过简易的结构来对测定对象中的波长分散的分布进行测定。
发明效果
根据实施方式的分散测定装置及分散测定方法，能够通过简易的结构来测定波长分散。
附图说明
图1是概略性地表示一实施方式的分散测定装置的结构的图。
图2是表示脉冲形成部的结构例的图。
图3是表示空间光调制器的调制面的图。
图4中，(a)是表示进行了频带控制的多脉冲的光谱图的例子的图，(b)是表示光脉冲串的时间波形的图，及(c)是表示将三个光脉冲Pb1～Pb3合成的光谱的图。
图5中，(a)是表示未进行频带控制的多脉冲的光谱图的例子的图，(b)是表示光脉冲串的时间波形的图，及(c)是表示将三个光脉冲Pd1～Pd3合成的光谱的图。
图6中，(a)是表示测定对象没有波长分散时的光脉冲串的时间波形的例子的图，及(b)是表示测定对象具有波长分散时的光脉冲串的时间波形的例子的图。
图7是概略性地表示运算部的硬件的结构例的图。
图8是表示分散测定方法的流程图。
图9中，(a)是表示单脉冲状的光脉冲的光谱波形的图，及(b)是表示光脉冲的时间强度波形的图。
图10中，(a)是表示在空间光调制器中赋予矩形波状的相位光谱调制时的来自脉冲形成部的输出光的光谱波形的图，及(b)是表示输出光的时间强度波形的图。
图11是表示对空间光调制器的调制图案进行运算的调制图案计算装置的结构的图。
图12是表示相位光谱设计部及强度光谱设计部的内部结构的框图。
图13是表示基于迭代傅里叶变换法的相位光谱的计算步骤的图。
图14是表示相位光谱设计部中的相位光谱函数的计算步骤的图。
图15是表示强度光谱设计部中的光谱强度的计算步骤的图。
图16是表示目标生成部中的目标光谱图的生成步骤的一例的图。
图17是表示计算强度光谱函数的步骤的一例的图。
图18中，(a)是表示光谱图SGIFTA(ω，t)的图，及(b)是表示光谱图SGIFTA(ω，t)变化的目标光谱图TargetSG0(ω，t)的图。
图19中，(a)是表示计算出的调制图案的图表，及(b)是表示通过模拟创建的光脉冲串的时间波形的图表。
图20是通过模拟创建的光脉冲串的光谱图。
图21中，(a)是表示计算出的调制图案的图表，及(b)是表示通过模拟创建的光脉冲串的时间波形的图表。
图22是通过模拟创建的光脉冲串的光谱图。
图23中，(a)、(b)是标绘了光脉冲的二次分散量和峰值时间间隔的平均值的关系的图表。
图24是关于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串的情况，标绘了光脉冲的二次分散量和峰值强度的关系的图表。
图25是关于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串的情况，标绘了光脉冲的二次分散量和半峰全宽的关系的图表。
图26中，(a)、(b)是标绘了光脉冲的三次分散量和峰值时间间隔之差的关系的图表。
图27是关于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串的情况，标绘了光脉冲的三次分散量和峰值强度的关系的图表。
图28是关于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串的情况，标绘了光脉冲的三次分散量和半峰全宽的关系的图表。
图29是作为第一变形例表示脉冲形成部的结构的图。
图30是表示第二变形例的分散测定装置的结构的图。
图31是作为相关光学系统的结构例概略性地表示用于生成包含光脉冲串的自相关的相关光的相关光学系统的图。
图32是作为相关光学系统的另一结构例概略性地表示用于生成包含光脉冲串的互相关的相关光的相关光学系统的图。
图33是作为相关光学系统的又一结构例概略性地表示用于生成包含光脉冲串的互相关的相关光的相关光学系统的图。
图34是表示第二变形例的分散测定方法的流程图。
图35中，(a)是表示用于生成进行了频带控制的多脉冲的光谱波形的一例的图表，及(b)是表示与(a)所示的光谱波形对应的光脉冲串的时间波形的图表。
图36中，(a)是表示用于生成进行了频带控制的多脉冲的光谱波形的另一例的图表，及(b)是表示与(a)所示的光谱波形对应的光脉冲串的时间波形的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对分散测定装置及分散测定方法的实施方式进行详细说明。此外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。本发明不限于这些例示。
图1是概略性地表示一实施方式的分散测定装置的结构的图。该分散测定装置1A是对测定对象B的波长分散的二维分布进行测定的装置。分散测定装置1A具备脉冲激光光源2、脉冲形成部3、拍摄部5和运算部6。
脉冲形成部3的光输入端3a在空间上或经由光纤等光波导与脉冲激光光源2光学耦合。拍摄部5在空间上或经由光纤等光波导与脉冲形成部3的光输出端3b光学耦合。测定对象B配置在脉冲形成部3与拍摄部5之间的光路上。运算部6与脉冲形成部3和拍摄部5电连接。
脉冲激光光源2输出相干光脉冲Pa。脉冲激光光源2例如是飞秒激光器，在一实施例中，是LD直接激励型Yb:YAG脉冲激光器等固体激光光源。
光脉冲Pa是本实施方式的第一光脉冲的例子，其时间波形例如为高斯函数状。光脉冲Pa的半峰全宽(FWHM)例如在10fs～10000fs的范围内，在一例中为100fs。该光脉冲Pa是具有某种程度的带宽的光脉冲，包含连续的多个波长成分。在一实施例中，光脉冲Pa的带宽为10nm，光脉冲Pa的中心波长为1030nm。
脉冲形成部3是根据光脉冲Pa形成包含多个光脉冲(第二光脉冲)的光脉冲串Pb的部分。光脉冲串Pb是将构成光脉冲Pa的光谱分为多个波长频带并使用各个波长频带生成的单脉冲组。此外，在多个波长频带的边界处，也可以有相互重合的部分。在以下的说明中，有时将光脉冲串Pb称为“进行了频带控制的多脉冲”。
图2是表示脉冲形成部3的结构例的图。该脉冲形成部3具有衍射光栅12、透镜13、空间光调制器(SLM)14、透镜15及衍射光栅16。衍射光栅12是本实施方式的分光元件，与脉冲激光光源2光学耦合。SLM14经由透镜13与衍射光栅12光学耦合。衍射光栅12将光脉冲Pa中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离。此外，作为分光元件，也可以取代衍射光栅12而使用棱镜等其它光学零件。
光脉冲Pa相对于衍射光栅12倾斜地入射，被分光为多个波长成分。包含该多个波长成分的光P1通过透镜13按各波长成分聚光，在SLM14的调制面上成像。透镜13可以是由光透射部件构成的凸透镜，也可以是具有凹状的光反射面的凹面镜。
SLM14为了将光脉冲Pa转换为光脉冲串Pb，使从衍射光栅12输出的多个波长成分的相位相互错开。为此，SLM14从运算部6(参照图1)接收控制信号，同时进行光P1的相位调制和强度调制。此外，SLM14也可以仅进行相位调制、或仅进行强度调制。SLM14例如为相位调制型。在一实施例中，SLM14为LCOS(Liquid crystal on silicon，硅基液晶)型。此外，在图中示出透射型的SLM14，但SLM14也可以是反射型。
图3是表示SLM14的调制面17的图。如图3所示，在调制面17上，多个调制区域17a沿着某方向AA排列，各调制区域17a沿与方向AA交叉的方向AB延伸。方向AA是基于衍射光栅12的分光方向。
该调制面17作为傅里叶变换面起作用，向多个调制区域17a分别入射分光后的对应的各波长成分。SLM14在各调制区域17a中将入射的各波长成分的相位及强度从其它波长成分独立地进行调制。此外，因为本实施方式的SLM14为相位调制型，所以强度调制由调制面17所提示的相位图案(相位图像)实现。
由SLM14调制的调制光P2的各波长成分由透镜15集中于衍射光栅16上的一点。此时的透镜15作为将调制光P2聚光的聚光光学系统发挥作用。透镜15可以是由光透射部件构成的凸透镜，也可以是具有凹状的光反射面的凹面镜。另外，衍射光栅16作为合波光学系统发挥作用，对调制后的各波长成分进行合波。即，通过这些透镜15及衍射光栅16，调制光P2的多个波长成分相互进行聚光、合波，成为进行了频带控制的多脉冲(光脉冲串Pb)。
图4是表示进行了频带控制的多脉冲的例子的图。在该例中，表示由三个光脉冲Pb1～Pb3构成的光脉冲串Pb。图4的(a)是光谱图，在横轴上表示时间，在纵轴上表示波长，以颜色的浓淡表示光强度。图4的(b)表示光脉冲串Pb的时间波形。各光脉冲Pb1～Pb3的时间波形例如为高斯函数状。
如图4的(a)及图4的(b)所示，三个光脉冲Pb1～Pb3的峰值彼此在时间上相互分离，三个光脉冲Pb1～Pb3的传播时序相互错开。换句话说，相对于一光脉冲Pb1，另一光脉冲Pb2有时间延迟，相对于该另一光脉冲Pb2，又一光脉冲Pb3具有时间延迟。但是，相邻的光脉冲Pb1、Pb2(或Pb2、Pb3)的下摆部分彼此也可以相互重叠。
相邻的光脉冲Pb1、Pb2(或Pb2、Pb3)的时间间隔(峰值间隔)例如在10fs～10000fs的范围内，在一例中为2000fs。另外，各光脉冲Pb1～Pb3的FWHM例如在10fs～5000fs的范围内，在一例中为300fs。
图4的(c)表示将三个光脉冲Pb1～Pb3合成后的光谱。如图4的(c)所示，将三个光脉冲Pb1～Pb3合成后的光谱具有单一的峰值，但参照图4的(a)，三个光脉冲Pb1～Pb3的中心波长相互错开。图4的(c)所示的具有单一的峰值的光谱大致与光脉冲Pa的光谱相同。
相邻的光脉冲Pb1、Pb2(或Pb2、Pb3)的峰值波长间隔由光脉冲Pa的光谱带宽确定，大概在半峰全宽的2倍的范围内。在一例中，在光脉冲Pa的光谱带宽为10nm的情况下，峰值波长间隔为5nm。作为具体例，在光脉冲Pa的中心波长为1030nm的情况下，三个光脉冲Pb1～Pb3的峰值波长能够分别为1025nm、1030nm及1035nm。
图5是表示未进行频带控制的多脉冲的例子作为比较例的图。在该例中，表示由三个光脉冲Pd1～Pd3构成的光脉冲串Pd。图5的(a)与图4的(a)同样是光谱图，在横轴上表示时间，在纵轴上表示波长，以颜色的浓淡表示光强度。图5的(b)表示光脉冲串Pd的时间波形。图5的(c)表示将三个光脉冲Pd1～Pd3合成后的光谱。
如图5的(a)～(c)所示，三个光脉冲Pd1～Pd3的峰值彼此在时间上相互分离，但三个光脉冲Pd1～Pd3的中心波长相互一致。本实施方式的脉冲形成部3不生成这样的光脉冲串Pd，而是生成如图4所示的中心波长互不相同的光脉冲串Pb。
再次参照图1。从脉冲形成部3输出的光脉冲串Pb通过(透过)测定对象B。此时，光脉冲串Pb通过测定对象B具有的波长分散而被转换为光脉冲串Pc。
图6是用于对通过了测定对象B的光脉冲串Pc的特征量进行概念性说明的图。图6的(a)表示测定对象B没有波长分散(波长分散为零)时的光脉冲串Pc的时间波形的例子。图6的(b)表示测定对象B具有波长分散(波长分散不为零)时的光脉冲串Pc的时间波形的例子。
此外，这些例子表示向测定对象B入射的光脉冲串Pb包含图4的(b)所示的三个光脉冲Pb1～Pb3的情况。在该情况下，光脉冲串Pc包含与光脉冲Pb1～Pb3分别对应的三个光脉冲Pc1～Pc3而构成。在此，将光脉冲Pc1～Pc3的峰值强度分别设为PE1～PE3，将光脉冲Pc1～Pc3的半峰全宽(FWHM)分别设为W1～W3，将光脉冲Pc1、Pc2的峰值时间间隔(脉冲间隔)设为G1,2，将光脉冲Pc2、Pc3的峰值时间间隔设为G2,3。
如图6的(a)所示，在测定对象B没有波长分散的情况下，光脉冲串Pc的时间波形与光脉冲串Pb的时间波形大致相同。在该例中，关于峰值强度，PE2大于PE1及PE3，PE1和PE3大致相等。另外，关于半峰全宽，W1、W2和W3相互大致相等。关于峰值时间间隔，G1,2和G2,3大致相等。
与此相对，如图6的(b)所示，在测定对象B具有波长分散的情况下，光脉冲串Pc的时间波形从光脉冲串Pb的时间波形变化。在该例中，光脉冲Pc1～Pc3的峰值强度PE1～PE3比图6的(a)降低，且光脉冲Pc1～Pc3的半峰全宽W1～W3比图6的(a)扩大。而且，峰值时间间隔G1,2比图6的(a)长。
这样，在测定对象B具有波长分散的情况下，光脉冲串Pc的时间波形的特征量(峰值强度PE1～PE3、半峰全宽W1～W3、峰值时间间隔G1，2、G2，3)与测定对象B没有波长分散的情况比较，发生变化。而且，其变化量取决于测定对象B的波长分散量。因此，通过观察光脉冲串Pc的时间波形的特征量的变化，能够高精度且容易地知道测定对象B的波长分散量。
再次参照图1。拍摄部5拍摄通过了测定对象B的光脉冲串Pc，生成包含二维图像的拍摄数据。为此，拍摄部5具有与脉冲形成部3光学耦合的图像传感器51。图像传感器51是具有配置成二维状的多个像素且能够以比光脉冲串Pb的最小峰值间隔短的拍摄间隔(换句话说，能够获取光脉冲串Pc的时间波形的拍摄间隔)进行拍摄的拍摄元件。据此获得的每个时间的多个拍摄数据被发送到运算部6。
运算部6根据从拍摄部5提供的每个时间的多个拍摄数据，按图像传感器51的每个像素，检测光脉冲串Pc的时间波形。即，运算部6按图像传感器51的每个像素，生成表示光脉冲串Pc的时间波形的时间序列数据。而且，运算部6基于各像素的时间波形的特征量，按每个像素推算测定对象B中的部分的(即与各像素对应的部分的)波长分散量。
如上所述，通过了测定对象B的光脉冲串Pc的时间波形中的各种特征量(例如脉冲间隔、峰值强度、脉宽等)与测定对象B的波长分散量具有相关。因此，运算部6通过按每个像素评价光脉冲串Pc的时间波形的特征量，能够高精度地推算测定对象B的波长分散量的二维分布。
另外，运算部6也可以基于推算出的波长分散量的二维分布来计算测定对象B的折射率、反射率、吸收率和厚度中至少一者的数值的二维分布。测定对象B的波长分散量是指表示测定对象B相对于各波长具有何种程度的折射率差的物理量。
为了求出相对于各波长的折射率，除波长分散量之外，还需要测定对象B的厚度信息。另一方面，在有折射率信息的情况下，能够根据波长分散量推算厚度。另外，测定对象B的反射率能够根据与物质的边界处的折射率来推算。测定对象B的吸收率(吸收光谱)能够根据透过了测定对象B的光脉冲串Pc的强度变化来推算。
图7是概略性地表示运算部6的硬件的结构例的图。如图7所示，运算部6在物理上可构成为包含处理器(CPU)61、ROM62及RAM63等主存储装置、键盘、鼠标及触摸屏等输入设备64、显示器(包含触摸屏)等输出设备65、用于在与其它装置之间进行数据的收发的网卡等通信模块66、硬盘等辅助存储装置67等的通常的计算机。
计算机的处理器61能够通过波长分散量计算程序来实现上述的运算部6的功能。换句话说，波长分散量计算程序使计算机的处理器61作为运算部6动作。波长分散量计算程序存储于例如辅助存储装置67等计算机的内部或外部的存储装置(存储介质)。存储装置也可以是非暂时性记录介质。作为记录介质，例示出软盘、CD、DVD等记录介质、ROM等记录介质、半导体存储器、云服务器等。
辅助存储装置67存储假定测定对象B的波长分散为零而在理论上预先计算出的光脉冲串Pc的时间波形的特征量。将该特征量和由运算部6检测出的时间波形的特征量进行比较，可知因测定对象B的波长分散的分布而各像素的光脉冲串Pc的特征量以何种程度进行了变化。因此，运算部6将存储于辅助存储装置67的特征量和检测出的每个像素的时间波形的特征量进行比较，能够推算测定对象B的波长分散量的二维分布。
图8是表示使用具备以上的结构的分散测定装置1A的分散测定方法的流程图。在该方法中，首先，在脉冲形成步骤S11中，准备形成光脉冲串Pb所需的设计信息。设计信息是指例如假定测定对象B的波长分散为零时的峰值时间间隔、峰值强度、半峰全宽、脉冲数、频带控制量等。
而且，根据从脉冲激光光源2输出的光脉冲Pa，形成包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个光脉冲Pb1～Pb3的光脉冲串Pb。例如，将光脉冲Pa中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离，使用SLM14使多个波长成分的相位相互错开后，将多个波长成分聚光。由此，能够容易地生成光脉冲串Pb。在之后的步骤S12中，光脉冲串Pb通过(透过)测定对象B。
接着，在拍摄步骤S13中，使用能够以比光脉冲串Pb的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器51，拍摄通过了测定对象B的光脉冲串Pc，生成每个时间的多个拍摄数据。
接着，在运算步骤S14中，根据多个拍摄数据，按图像传感器51的每个像素检测光脉冲串Pc的时间波形，且基于该时间波形的特征量，按每个像素推算测定对象B的部分的波长分散量。例如，基于光脉冲串Pc的峰值强度E1～E3、半峰全宽W1～W3及峰值时间间隔G1,2、G2,3中的至少一个，按每个像素推算测定对象B的部分的波长分散量。
另外，将假定测定对象B的波长分散为零而在理论上预先计算出的光脉冲串Pc的时间波形的特征量和在运算步骤S14中检测出的时间波形的特征量进行比较，按每个像素推算测定对象B的波长分散量。此外，作为假定测定对象B的波长分散为零的光脉冲串Pc的时间波形的特征量，也可以原样使用用于光脉冲串Pb的设计的特征量。另外，在运算步骤S14中，也可以基于推算出的每个像素的波长分散量，按每个像素计算测定对象B的部分的折射率、反射率、吸收率及厚度中至少一者的数值。
对图2所示的脉冲形成部3的SLM14中的、用于生成进行了频带控制的多脉冲的相位调制进行详细说明。比透镜15靠前的区域(光谱区域)和比衍射光栅16靠后的区域(时间区域)相互处于傅里叶变换的关系，光谱区域中的相位调制影响时间区域中的时间强度波形。因此，来自脉冲形成部3的输出光能够具有与SLM14的调制图案对应的、与光脉冲Pa不同的各种时间强度波形。
图9的(a)表示单脉冲状的光脉冲Pa的光谱波形(光谱相位G11及光谱强度G12)作为一例，图9的(b)表示该光脉冲Pa的时间强度波形。另外，图10的(a)表示在SLM14中赋予矩形波状的相位光谱调制时的来自脉冲形成部3的输出光的光谱波形(光谱相位G21及光谱强度G22)作为一例，图10的(b)表示该输出光的时间强度波形。
在图9的(a)及图10的(a)中，横轴表示波长(nm)，左侧的纵轴表示强度光谱的强度值(任意单位)，右侧的纵轴表示相位光谱的相位值(rad)。另外，在图9的(b)及图10的(b)中，横轴表示时间(飞秒)，纵轴表示光强度(任意单位)。
在该例中，通过对输出光赋予矩形波状的相位光谱波形，将光脉冲Pa的单脉冲转换为伴随高次光的双脉冲。此外，图10所示的光谱及波形为一例，通过各种相位光谱及强度光谱的组合，能够将来自脉冲形成部3的输出光的时间强度波形整形为各种形状。
图11是表示对SLM14的调制图案进行运算的调制图案计算装置20的结构的图。调制图案计算装置20是例如个人计算机、智能手机、平板终端等智能设备、或者具有云服务器等处理器的计算机。此外，图1所示的运算部6也可以兼做调制图案计算装置20。
调制图案计算装置20与SLM14电连接，计算用于使脉冲形成部3的输出光的时间强度波形接近所希望的波形的相位调制图案，并向SLM14提供包含该相位调制图案的控制信号。调制图案是用于控制SLM14的数据，是包含复振幅分布的强度或者相位分布的强度的表的数据。调制图案例如是计算机合成全息图(Computer-Generated Hologram：CGH)。
本实施方式的调制图案计算装置20向SLM14提供相位图案，该相位图案包含对输出光赋予用于获得所希望的波形的相位光谱的相位调制用的相位图案和对输出光赋予用于获得所希望的波形的强度光谱的强度调制用的相位图案。为此，如图11所示，调制图案计算装置20具有任意波形输入部21、相位光谱设计部22、强度光谱设计部23以及调制图案生成部24。
即，设置于调制图案计算装置20的计算机的处理器实现任意波形输入部21的功能、相位光谱设计部22的功能、强度光谱设计部23的功能、以及调制图案生成部24的功能。各个功能可以通过相同的处理器实现，也可以通过不同的处理器实现。
计算机的处理器能够通过调制图案计算程序来实现上述的各功能。因此，调制图案计算程序使计算机的处理器作为调制图案计算装置20中的任意波形输入部21、相位光谱设计部22、强度光谱设计部23及调制图案生成部24动作。
调制图案计算程序存储于计算机的内部或外部的存储装置(存储介质)。存储装置也可以是非暂时性记录介质。作为记录介质，例示出软盘、CD、DVD等记录介质、ROM等记录介质、半导体存储器、云服务器等。
任意波形输入部21接收来自操作者的所希望的时间强度波形的输入。操作者向任意波形输入部21输入与所希望的时间强度波形相关的信息(例如脉冲间隔、脉宽、脉冲数等)。与所希望的时间强度波形相关的信息被赋予至相位光谱设计部22及强度光谱设计部23。
相位光谱设计部22计算适于被赋予的所希望的时间强度波形的实现的、脉冲形成部3的输出光的相位光谱。强度光谱设计部23计算适于被赋予的所希望的时间强度波形的实现的、脉冲形成部3的输出光的强度光谱。
调制图案生成部24计算用于向脉冲形成部3的输出光赋予在相位光谱设计部22求出的相位光谱和在强度光谱设计部23求出的强度光谱的相位调制图案(例如，计算机合成全息图)。而且，向SLM14提供包含计算出的相位调制图案的控制信号SC。SLM14基于控制信号SC被控制。
图12是表示相位光谱设计部22及强度光谱设计部23的内部结构的框图。如图12所示，相位光谱设计部22及强度光谱设计部23具有傅里叶变换部25、函数置换部26、波形函数修正部27、逆傅里叶变换部28及目标生成部29。目标生成部29包含傅里叶变换部29a及光谱图修正部29b。后面对这些各构成要素的功能进行详述。
所希望的时间强度波形被表示为时间区域的函数，相位光谱被表示为频率区域的函数。因此，与所希望的时间强度波形对应的相位光谱例如通过基于所希望的时间强度波形的迭代傅里叶变换而获得。图13是表示基于迭代傅里叶变换法的相位光谱的计算步骤的图。
首先，准备作为频率ω的函数的初始的强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Ψ0(ω)(图中的处理编号(1))。在一例中，这些强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Ψ0(ω)分别表示输入光的光谱强度及光谱相位。接下来，准备包含强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Ψn(ω)的频率区域的波形函数(a)(图中的处理编号(2))。
[数学式1]
下标n表示第n次的傅里叶变换处理后。在最初(第一次)的傅里叶变换处理之前，使用上述的初始的相位光谱函数Ψ0(ω)作为相位光谱函数Ψn(ω)。i为虚数。
接着，对上述函数(a)进行从频率区域向时间区域的傅里叶变换(图中的箭头A1)。由此，获得包含时间强度波形函数bn(t)及时间相位波形函数Θn(t)的频率区域的波形函数(b)(图中的处理编号(3))。
[数学式2]
接着，将上述函数(b)中所含的时间强度波形函数bn(t)置换为基于所希望的波形的时间强度波形函数Target0(t)(图中的处理编号(4)、(5))。
[数学式3]
bn(t)＝Target0(t)...(c)
[数学式4]
接着，对上述函数(d)进行从时间区域向频率区域的逆傅里叶变换(图中的箭头A2)。由此，获得包含强度光谱函数Bn(ω)及相位光谱函数Ψn(ω)的频率区域的波形函数(e)(图中的处理编号(6))。
[数学式5]
接着，为了约束上述函数(e)中所含的强度光谱函数Bn(ω)，将其置换为初始的强度光谱函数A0(ω)(图中的处理编号(7))。
[数学式6]
Bn(ω)＝A0(ω)...(f)
以后，通过反复进行多次上述的处理(2)～(7)，能够使波形函数中的相位光谱函数Ψn(ω)表示的相位光谱形状接近与所希望的时间强度波形对应的相位光谱形状。最终获得的相位光谱函数ΨIFTA(ω)成为用于获得所希望的时间强度波形的调制图案的基础。
然而，在如上所述的迭代傅里叶法中，存在能够控制时间强度波形但不能控制构成时间强度波形的频率分量(频带波长)的问题。因此，本实施方式的调制图案计算装置20使用以下说明的计算方法，计算成为调制图案的基础的相位光谱函数及强度光谱函数。图14是表示相位光谱设计部22中的相位光谱函数的计算步骤的图。
首先，准备作为频率ω的函数的初始的强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Φ0(ω)(图中的处理编号(1))。在一例中，这些强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Φ0(ω)分别表示输入光的光谱强度及光谱相位。接下来，准备包含强度光谱函数A0(ω)及相位光谱函数Φ0(ω)的频率区域的第一波形函数(g)(处理编号(2－a))。其中，i为虚数。
[数学式7]
接着，相位光谱设计部22的傅里叶变换部25对上述函数(g)进行从频率区域向时间区域的傅里叶变换(图中的箭头A3)。由此，获得包含时间强度波形函数a0(t)及时间相位波形函数φ0(t)的时间区域的第二波形函数(h)(傅里叶变换步骤、处理编号(3))。
[数学式8]
接着，如以下的算式(i)所示，相位光谱设计部22的函数置换部26将基于在任意波形输入部21输入的所希望的波形的时间强度波形函数Target0(t)代入时间强度波形函数b0(t)(处理编号(4－a))。
[数学式9]
b0(t)＝Target0(t)...(i)
接着，如以下的算式(j)所示，相位光谱设计部22的函数置换部26用时间强度波形函数b0(t)置换时间强度波形函数a0(t)。即，将上述函数(h)中所含的时间强度波形函数a0(t)置换为基于所希望的波形的时间强度波形函数Target0(t)(函数置换步骤、处理编号(5))。
[数学式10]
接着，相位光谱设计部22的波形函数修正部27修正第二波形函数，使得置换后的第二波形函数(j)的光谱图接近根据所希望的波长频带预先生成的目标光谱图。首先，通过对置换后的第二波形函数(j)实施时间-频率转换，将第二波形函数(j)转换为光谱图SG0，k(ω，t)(图中的处理编号(5-a))。下标k表示第k次的转换处理。
时间-频率转换是指对如时间波形这样的复合信号实施频率滤波处理或数值运算处理(将窗函数错开相乘，对各个时间导出光谱的处理)，转换为由时间、频率、信号分量的强度(光谱强度)构成的三维信息。另外，在本实施方式中，将其转换结果(时间、频率、光谱强度)定义为“光谱图”。
作为时间-频率转换，有例如短时间傅里叶变换(Short-Time FourierTransform：STFT)或小波变换(哈尔小波变换、加博尔小波变换、墨西哥草帽小波变换、Mallet小波变换)等。
另外，从目标生成部29读出根据所希望的波长频带预先生成的目标光谱图TargetSG0(ω，t)。该目标光谱图TargetSG0(ω，t)与设为目标的时间波形(时间强度波形和构成其的频率分量)为大致相同值，在处理编号(5-b)的目标光谱图函数中生成。
接下来，相位光谱设计部22的波形函数修正部27进行光谱图SG0，k(ω，t)和目标光谱图TargetSG0(ω，t)的图案匹配，调查相似度(以何种程度一致)。在本实施方式中，计算评价值作为表示相似度的指标。
而且，在之后的处理编号(5－c)中，进行所获得的评价值是否满足规定的结束条件的判定。如果满足条件，则进入处理编号(6)，如果不满足，则进入处理编号(5－d)。在处理编号(5－d)中，将第二波形函数中所含的时间相位波形函数φ0(t)变更为任意的时间相位波形函数φ0,k(t)。变更时间相位波形函数后的第二波形函数通过STFT等时间－频率转换再次转换为光谱图。
以后，反复进行上述的处理编号(5－a)～(5－d)。这样，修正第二波形函数，使得光谱图SG0,k(ω，t)逐渐接近目标光谱图TargetSG0(ω，t)(波形函数修正步骤)。
之后，相位光谱设计部22的逆傅里叶变换部28对修正后的第二波形函数进行逆傅里叶变换(图中的箭头A4)，生成频率区域的第三波形函数(k)(逆傅里叶变换步骤、处理编号(6))。
[数学式11]
该第三波形函数(k)中所含的相位光谱函数Φ0,k(ω)成为最终获得的所希望的相位光谱函数ΦTWC-TFD(ω)。向调制图案生成部24提供该相位光谱函数ΦTWC-TFD(ω)。
图15是表示强度光谱设计部23中的光谱强度的计算步骤的图。此外，处理编号(1)～处理编号(5－c)与上述的相位光谱设计部22中的光谱相位的计算步骤同样，因此省略说明。
强度光谱设计部23的波形函数修正部27在表示光谱图SG0,k(ω，t)和目标光谱图TargetSG0(ω，t)的相似度的评价值不满足规定的结束条件的情况下，第二波形函数中所含的时间相位波形函数φ0(t)以初始值进行约束，同时将时间强度波形函数b0(t)变更为任意的时间强度波形函数b0,k(t)(处理编号(5－e))。变更时间强度波形函数后的第二波形函数通过STFT等时间－频率转换而再次转换为光谱图。
以后，反复进行处理编号(5－a)～(5－c)。这样，修正第二波形函数，使得光谱图SG0,k(ω，t)逐渐接近目标光谱图TargetSG0(ω，t)(波形函数修正步骤)。
之后，强度光谱设计部23的逆傅里叶变换部28对修正后的第二波形函数进行逆傅里叶变换(图中的箭头A4)，生成频率区域的第三波形函数(m)(逆傅里叶变换步骤、处理编号(6))。
[数学式12]
接着，在处理编号(7－b)中，强度光谱设计部23的滤波处理部对第三波形函数(m)中所含的强度光谱函数B0,k(ω)进行基于输入光的强度光谱的滤波处理(滤波处理步骤)。具体而言，将强度光谱函数B0,k(ω)乘以系数α所得的强度光谱中的、超过基于输入光的强度光谱而确定的每个波长的截止强度的部分进行切除。其目的在于，在全部波长域，不使强度光谱函数αB0,k(ω)超过输入光的光谱强度。
在一例中，每个波长的截止强度被设定为与输入光的强度光谱(在本实施方式中为初始的强度光谱函数A0(ω))一致。在该情况下，如以下的算式(n)所示，在强度光谱函数αB0,k(ω)大于强度光谱函数A0(ω)的频率处，取强度光谱函数A0(ω)的值作为强度光谱函数ATWC-TFD(ω)的值。另外，在强度光谱函数αB0,k(ω)为强度光谱函数A0(ω)以下的频率处，取强度光谱函数αB0,k(ω)的值作为强度光谱函数ATWC-TFD(ω)的值(图中的处理编号(7－b))。
[数学式13]
向调制图案生成部24提供该强度光谱函数ATWC-TFD(ω)作为最终获得的所希望的光谱强度。
调制图案生成部24计算用于向输出光赋予由在相位光谱设计部22计算出的相位光谱函数ΦTWC-TFD(ω)表示的光谱相位和由在强度光谱设计部23计算出的强度光谱函数ATWC-TFD(ω)表示的光谱强度的相位调制图案(例如，计算机合成全息图)(数据生成步骤)。
图16是表示目标生成部29中的目标光谱图TargetSG0(ω，t)的生成步骤的一例的图。因为目标光谱图TargetSG0(ω，t)表示设为目标的时间波形(时间强度波形和构成其的频率分量(波长频带分量))，所以目标光谱图的创建是为了控制频率分量(波长频带分量)而非常重要的工序。
如图16所示，目标生成部29首先输入光谱波形(初始的强度光谱函数A0(ω)及初始的相位光谱函数Φ0(ω))、以及所希望的时间强度波形函数Target0(t)。另外，输入包含所希望的频率(波长)频带信息的时间函数p0(t)(处理编号(1))。
接下来，目标生成部29使用例如图13所示的迭代傅里叶变换法，计算用于实现时间强度波形函数Target0(t)的相位光谱函数ΦIFTA(ω)(处理编号(2))。
接着，目标生成部29通过利用之前获得的相位光谱函数ΦIFTA(ω)的迭代傅里叶变换法，计算用于实现时间强度波形函数Target0(t)的强度光谱函数AIFTA(ω)(处理编号(3))。图17是表示计算强度光谱函数AIFTA(ω)的步骤的一例的图。
首先，准备初始的强度光谱函数Ak＝0(ω)及相位光谱函数Ψ0(ω)(图中的处理编号(1))。接下来，准备包含强度光谱函数Ak(ω)及相位光谱函数Ψ0(ω)的频率区域的波形函数(o)(图中的处理编号(2))。
[数学式14]
下标k表示第k次的傅里叶变换处理后。在最初(第一次)的傅里叶变换处理之前，使用上述的初始强度光谱函数Ak＝0(ω)作为强度光谱函数Ak(ω)。i为虚数。
接着，对上述函数(o)进行从频率区域向时间区域的傅里叶变换(图中的箭头A5)。由此，获得包含时间强度波形函数bk(t)的频率区域的波形函数(p)(图中的处理编号(3))。
[数学式15]
接着，将上述函数(p)中所含的时间强度波形函数bk(t)置换为基于所希望的波形的时间强度波形函数Target0(t)(图中的处理编号(4)、(5))。
[数学式16]
bk(t)＝Target0(t)...(q)
[数学式17]
接着，对上述函数(r)进行从时间区域向频率区域的逆傅里叶变换(图中的箭头A6)。由此，获得包含强度光谱函数Ck(ω)及相位光谱函数Ψk(ω)的频率区域的波形函数(s)(图中的处理编号(6))。
[数学式18]
接着，为了约束上述函数(s)中所含的相位光谱函数Ψk(ω)，将其置换为初始的相位光谱函数Ψ0(ω)(图中的处理编号(7－a))。
[数学式19]
Ψk(ω)＝Ψ0(ω)...(t)
另外，对逆傅里叶变换后的频率区域中的强度光谱函数Ck(ω)进行基于输入光的强度光谱的滤波处理。具体而言，切除由强度光谱函数Ck(ω)表示的强度光谱中的超过基于输入光的强度光谱而确定的每个波长的截止强度的部分。
在一例中，每个波长的截止强度被设定为与输入光的强度光谱(例如初始的强度光谱函数Ak＝0(ω))一致。在该情况下，如以下的算式(u)所示，在强度光谱函数Ck(ω)大于强度光谱函数Ak＝0(ω)的频率处，取强度光谱函数Ak＝0(ω)的值作为强度光谱函数Ak(ω)的值。另外，在强度光谱函数Ck(ω)为强度光谱函数Ak＝0(ω)以下的频率处，取强度光谱函数Ck(ω)的值作为强度光谱函数Ak(ω)的值(图中的处理编号(7－b))。
[数学式20]
将上述函数(s)中所含的强度光谱函数Ck(ω)置换为基于上述算式(u)的滤波处理后的强度光谱函数Ak(ω)。
以后，通过反复进行上述的处理(2)～(7－b)，能够使波形函数中的强度光谱函数Ak(ω)表示的强度光谱形状接近与所希望的时间强度波形对应的强度光谱形状。最终获得强度光谱函数AIFTA(ω)。
再次参照图16。通过以上说明的处理编号(2)、(3)中的相位光谱函数ΦIFTA(ω)及强度光谱函数AIFTA(ω)的计算，获得包含这些函数的频率区域的第三波形函数(v)(处理编号(4))。
[数学式21]
目标生成部29的傅里叶变换部29a对以上的波形函数(v)进行傅里叶变换。由此，获得时间区域的第四波形函数(w)(处理编号(5))。
[数学式22]
目标生成部29的光谱图修正部29b通过时间－频率转换将第四波形函数(w)转换为光谱图SGIFTA(ω，t)(处理编号(6))。而且，在处理编号(7)中，通过基于包含所希望的频率(波长)频带信息的时间函数p0(t)修正光谱图SGIFTA(ω，t)，生成目标光谱图TargetSG0(ω，t)。例如，部分地切取出在由二维数据构成的光谱图SGIFTA(ω，t)中出现的特征图案，基于时间函数p0(t)进行该部分的频率分量的操作。以下，对其具体例进行详细说明。
例如，考虑设定时间间隔为2皮秒的三脉冲作为所希望的时间强度波形函数Target0(t)的情况。此时，光谱图SGIFTA(ω，t)成为如图18的(a)所示的结果。此外，在图18的(a)中，横轴表示时间(单位：飞秒)，纵轴表示波长(单位：nm)。另外，光谱图的值通过图的明暗表示，越明亮，光谱图的值越大。在该光谱图SGIFTA(ω，t)中，三脉冲以2皮秒间隔作为在时间轴上分开的域D1、D2及D3出现。域D1、D2及D3的中心(峰值)波长为800nm。
在假设仅想控制输出光的时间强度波形(仅想获得三脉冲)的情况下，不需要操作这些域D1、D2及D3。但是，在想控制各脉冲的频率(波长)频带的情况下，需要这些域D1、D2及D3的操作。即，如图18的(b)所示，使各域D1、D2及D3在沿着波长轴(纵轴)的方向上相互独立地移动是指变更各个脉冲的构成频率(波长频带)。这样的各脉冲的构成频率(波长频带)的变更基于时间函数p0(t)进行。
例如，在以将域D2的峰值波长固定在800nm，域D1及D3的峰值波长分别平行移动－2nm、+2nm的方式记述时间函数p0(t)时，光谱图SGIFTA(ω，t)变为图18的(b)所示的目标光谱图TargetSG0(ω，t)。例如通过对光谱图实施这样的处理，能够不改变时间强度波形的形状而创建任意地控制各脉冲的构成频率(波长频带)的目标光谱图。
对通过以上说明的本实施方式的分散测定装置1A及分散测定方法获得的效果进行说明。
在本实施方式的分散测定装置1A及分散测定方法中，在脉冲形成部3(脉冲形成步骤S11)，根据从脉冲激光光源2输出的光脉冲Pa生成包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个光脉冲Pb1～Pb3的光脉冲串Pb。而且，光脉冲串Pb通过测定对象B。
在该情况下，如上所述，由于测定对象B所具有的波长分散，光脉冲串Pb的时间波形中的各种特征量(例如峰值强度PE1～PE3、半峰全宽W1～W3、峰值时间间隔G1,2、G2,3等)发生变化。即，通过测定对象B后的光脉冲串Pc的时间波形中的各种特征量与测定对象B的波长分散量具有相关。
根据本实施方式的分散测定装置1A及分散测定方法，使用能够以比光脉冲串Pb的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器51，拍摄通过了测定对象B的光脉冲串Pc，生成拍摄数据。而且，接收该拍摄数据，按图像传感器51的每个像素，检测光脉冲串Pb的时间波形，并基于时间波形的特征量，按图像传感器51的每个像素，推算测定对象B的波长分散量。
因此，根据上述结构，能够一次推算测定对象B中的波长分散的分布。而且，根据本实施方式的分散测定装置1A及分散测定方法，与专利文献1及非专利文献1所记载的测定方法不同，不需要测定发光光谱，因此，能够简化拍摄部5(拍摄步骤S13)的光学系统，能够通过简易的结构来对测定对象B中的波长分散的分布进行测定。
如本实施方式这样，运算部6(在运算步骤S14中)也可以基于推算出的波长分散量的二维分布计算测定对象B的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值的二维分布。在该情况下，能够以短时间对测定对象B的光学特性、外形或其双方的二维分布进行测定。
如本实施方式这样，运算部6(在运算步骤S14中)也可以基于光脉冲串Pb的峰值时间间隔G1,2、G2,3求出光脉冲Pa的波长分散量。如下述的实施例所示，本发明人发现，时间波形中的各种特征量中特别是峰值时间间隔G1,2、G2,3与测定对象B的波长分散量具有显著的相关。因此，通过基于光脉冲串Pb的峰值时间间隔G1,2、G2,3推算光脉冲Pa的波长分散量，能够更高精度地推算测定对象B的波长分散的分布。
如图2所示，脉冲形成部3也可以具有将光脉冲Pa中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离的衍射光栅12、使从衍射光栅12输出的多个波长成分的相位相互错开的SLM14、以及将从SLM14输出的多个波长成分聚光的透镜15。同样，在脉冲形成步骤S11中，也可以是，将光脉冲Pa中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离，使用SLM14使多个波长成分的相位相互错开后，将多个波长成分聚光。在该情况下，能够容易地形成包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个光脉冲Pb1～Pb3的光脉冲串Pb。
如本实施方式这样，运算部6(在运算步骤S14中)也可以将假定测定对象B的波长分散为零而预先计算出的光脉冲串Pc的时间波形的特征量和检测出的光脉冲串Pc的时间波形的特征量进行比较，求出光脉冲Pa的波长分散量。在该情况下，能够更高精度地推算测定对象B的波长分散的分布。
(实施例)
作为上述实施方式的实施例，本发明人进行基于数值计算的模拟。假定带宽为10nm、中心波长为1030nm的单脉冲作为光脉冲Pa。为了将该光脉冲Pa转换为包含图4所示的三个光脉冲Pb1～Pb3的光脉冲串Pb，使用在上述实施方式中记述的方法，计算SLM14所提示的调制图案。此时，将峰值时间间隔G1,2、G2,3设为2000fs，将中心波长分别设为1025nm、1030nm及1035nm。
图19的(a)是表示计算出的调制图案的图表。在该图中，横轴表示波长(单位：nm)，左侧的纵轴表示光强度(任意单位)，右侧的纵轴表示相位(rad)。另外，图中的图表G31表示光谱相位的调制图案，图中的图表G32表示光谱强度的调制图案。
图19的(b)是表示通过本模拟创建的光脉冲串Pb的时间波形的图表。图20是通过本模拟创建的光脉冲串Pb的光谱图。在图19的(b)中，在横轴上表示时间(单位：fs)，在纵轴上表示光强度(任意单位)。另外，在图20中，在横轴上表示时间，在纵轴上表示波长，以颜色的浓淡表示光强度。如这些图所示，获得包含相互具有时间差且中心波长互不相同的三个光脉冲Pb1～Pb3的光脉冲串Pb。
另外，在本模拟中，为了进行比较，将光脉冲Pa转换为包含图5所示的三个光脉冲Pd1～Pd3的光脉冲串Pd，为此，使用在上述实施方式中记述的方法，计算SLM14所提示的调制图案。将这些峰值时间间隔设为与光脉冲Pb1～Pb3相同，将各光脉冲Pd1～Pd3的中心波长设为1030nm。
图21的(a)是表示计算出的调制图案的图表。图中的图表G41表示光谱相位的调制图案，图中的图表G42表示光谱强度的调制图案。图21的(b)是表示通过本模拟创建的光脉冲串Pd的时间波形的图表。图22是通过本模拟创建的光脉冲串Pd的光谱图。如这些图所示，获得包含相互具有时间差且中心波长彼此相等的三个光脉冲Pd1～Pd3的光脉冲串Pd。
[二次分散引起的脉冲串的特征量的变化]
为了调查测定对象B的二次分散对脉冲串的特征量造成的影响，模拟改变光脉冲Pa的二次分散量，调查光脉冲串Pb、Pd的时间波形的变化。图23的(a)及图23的(b)是标绘光脉冲Pa的二次分散量和峰值时间间隔G1,2、G2,3的平均值(G1,2+G2,3)/2的关系的图表。
图23的(a)表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况，图23的(b)表示各脉冲的中心波长彼此相等的光脉冲串Pd的情况。在这些图中，横轴表示光脉冲Pa的二次分散量(单位：fs2)，纵轴表示峰值时间间隔G1,2、G2,3的平均值(单位：fs)。
参照图23的(a)可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况下，随着二次分散量的增减，峰值时间间隔G1,2、G2,3的平均值单调(大致线性地)增减。当更详细地调查数据时，可确认出：相对于中央的光脉冲Pb2的峰值时间，左右的光脉冲Pb1、Pb3的峰值时间存在根据分散量相互对称地移动的趋势。在该例中，峰值时间间隔G1,2、G2,3的50fs的增加(或减少)相当于5000fs2的二次分散量的增加(或减少)。
另一方面，参照图23的(b)可知，在各脉冲的中心波长彼此相等的光脉冲串Pd的情况下，无论二次分散量的增减如何，峰值时间间隔G1,2、G2,3的平均值都大致恒定。由此可知，基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的峰值时间间隔G1,2、G2,3，能够高精度且容易地推算测定对象B的二次分散量。
图24是标绘光脉冲Pa的二次分散量和峰值强度E1～E3的关系的图表，表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况。三角形的标绘表示峰值强度E1，圆形的标绘表示峰值强度E2，四边形的标绘表示峰值强度E3。在该图中，横轴表示光脉冲Pa的二次分散量(单位：fs2)，纵轴表示峰值强度(任意单位)。
参照图24可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb中，随着二次分散量的增减，峰值强度E1～E3也增减。由此可知，能够基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的峰值强度E1～E3高精度且容易地推算测定对象B的二次分散量。
图25是标绘光脉冲Pa的二次分散量和半峰全宽W1～W3的关系的图表，表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况。三角形的标绘表示半峰全宽W1，圆形的标绘表示半峰全宽W2，四边形的标绘表示半峰全宽W3。在该图中，横轴表示光脉冲Pa的二次分散量(单位：fs2)，纵轴表示半峰全宽(单位：fs)。
参照图25可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb中，随着二次分散量的增减，半峰全宽W1～W3也增减。由此可知，能够基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的半峰全宽W1～W3，高精度且容易地推算测定对象B的二次分散量。
[三次分散引起的脉冲串的特征量的变化]
为了调查测定对象B的三次分散对脉冲串的特征量造成的影响，模拟改变光脉冲Pa的三次分散量，调查光脉冲串Pb、Pd的时间波形的变化。图26的(a)及图26的(b)是标绘光脉冲Pa的三次分散量和峰值时间间隔G1,2、G2,3之差(G1,2－G2,3)/2的关系的图表。
图26的(a)表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况，图26的(b)表示各脉冲的中心波长彼此相等的光脉冲串Pd的情况。在这些图中，横轴表示光脉冲Pa的三次分散量(单位：fs3)，纵轴表示峰值时间间隔G1,2、G2,3之差(单位：fs)。
参照图26的(a)可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况下，随着三次分散量的增减，峰值时间间隔G1,2、G2,3之差单调增减。
另一方面，参照图26的(b)可知，在各脉冲的中心波长彼此相等的光脉冲串Pd的情况下，无论三次分散量的增减如何，峰值时间间隔G1,2、G2,3之差都大致恒定。由此可知，能够基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的峰值时间间隔G1,2、G2,3，高精度且容易地推算测定对象B的三次分散量。
当更详细地调查数据时，可确认出：在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况下，相对于中央的光脉冲Pb2的峰值时间，左右的光脉冲Pb1、Pb3的峰值时间存在根据分散量相互非对称地移动的趋势。这样的特征与二次分散量时不同，能够基于该差异即峰值时间间隔G1,2、G2,3的相对变化的趋势来区别分散次数。
图27是标绘光脉冲Pa的三次分散量和峰值强度E1～E3的关系的图表，表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况。三角形的标绘表示峰值强度E1，圆形的标绘表示峰值强度E2，四边形的标绘表示峰值强度E3。在该图中，横轴表示光脉冲Pa的三次分散量(单位：fs3)，纵轴表示峰值强度(任意单位)。
参照图27可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb中，随着三次分散量的增减，峰值强度E1～E3也增减。由此可知，能够基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的峰值强度E1～E3，高精度且容易地推算测定对象B的三次分散量。
图28是标绘光脉冲Pa的三次分散量和半峰全宽W1～W3的关系的图表，表示中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的情况。三角形的标绘表示半峰全宽W1，圆形的标绘表示半峰全宽W2，四边形的标绘表示半峰全宽W3。在该图中，横轴表示光脉冲Pa的三次分散量(单位：fs3)，纵轴表示半峰全宽(单位：fs)。
参照图28可知，在中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb中，随着三次分散量的增减，半峰全宽W1～W3也增减。由此可知，能够基于中心波长按每个脉冲而不同的光脉冲串Pb的半峰全宽W1～W3，高精度且容易地推算测定对象B的三次分散量。
(第一变形例)
图29是表示脉冲形成部3A的结构作为上述实施方式的第一变形例的图。该脉冲形成部3A具有脉冲扩展器18，更具有滤波器19代替SLM14(参照图2)。脉冲扩展器18设置在脉冲激光光源2与衍射光栅12之间的光路上，扩大光脉冲Pa的脉宽。作为脉冲扩展器18，可举出例如玻璃块、衍射光栅对、棱镜对等。
滤波器19是光强度滤波器，经由透镜13与衍射光栅12光学耦合。由衍射光栅12分光的光P1通过透镜13按各波长成分进行聚光，并到达滤波器19。滤波器19具有与各波长成分对应的光学开口(或吸收率或者反射率与周围不同的滤波器)，使多个波长成分从构成光脉冲Pa的波长频带中选择性通过。此外，这些多个波长成分的传播时序通过脉冲扩展器18相互错开。
通过了滤波器19的各波长成分通过透镜15集中于衍射光栅16上的一点。通过这些透镜15及衍射光栅16，通过了滤波器19的多个波长成分相互聚光、合波，成为进行了频带控制的多脉冲(光脉冲串Pb)。
上述实施方式的分散测定装置1A也可以具备本变形例的脉冲形成部3A代替脉冲形成部3。在该情况下，也能够适宜地实现与上述实施方式同样的效果。
(第二变形例)
图30是表示上述实施方式的第二变形例的分散测定装置1B的结构的图。本变形例的分散测定装置1B还具备相关光学系统4代替上述实施方式的分散测定装置1A的结构。相关光学系统4的光输入端4a在空间上与脉冲形成部3的光输出端3b光学耦合。相关光学系统4的光输出端4b在空间上或经由光纤等光波导与拍摄部5的图像传感器51光学耦合。即，相关光学系统4配置在测定对象B与图像传感器51之间的光路上。
相关光学系统4接收通过了测定对象B的光脉冲串Pc，输出包含光脉冲串Pc的互相关或自相关的光脉冲串即相关光Pe。在本实施方式中，相关光学系统4包含透镜41、光学元件42及透镜43而构成。透镜41设置在脉冲形成部3与光学元件42之间的光路上，将通过了测定对象B的光脉冲串Pc聚光于光学元件42。
光学元件42例如是包含产生二次谐波(SHG)的非线性光学晶体及荧光体中的至少一者的发光体。作为非线性光学晶体，可举出例如KTP(KTiOPO4)晶体、LBO(LiB3O5)晶体、BBO(β－BaB2O4)晶体等。作为荧光体，可举出例如香豆素、二苯乙烯、罗丹明等。光学元件42输入光脉冲串Pc，生成包含光脉冲串Pc的互相关或自相关的相关光Pe。透镜43将从光学元件42输出的相关光Pe平行化或聚光。
对相关光学系统4的结构例进行详细说明。图31是概略性地表示用于生成包含光脉冲串Pc的自相关的相关光Pe的相关光学系统4A作为相关光学系统4的结构例的图。该相关光学系统4A具有分束器44作为对光脉冲串Pc进行二分支的光分支零件。分束器44经由测定对象B与图1所示的脉冲形成部3光学耦合，透过通过了测定对象B的光脉冲串Pc的一部分，并将剩余部分反射。分束器44的分支比例如为1:1。
由分束器44分支的一光脉冲串Pca通过包含多个反射镜45的光路4c并到达透镜41。由分束器44分支的另一光脉冲串Pcb通过包含多个反射镜46的光路4d并到达透镜41。
光路4c的光学长度和光路4d的光学长度互不相同。因此，多个反射镜45及多个反射镜46构成对在分束器44中分支的一光脉冲串Pca和另一光脉冲串Pcb赋予时间差的延迟光学系统。
而且，多个反射镜46的至少一部分搭载在移动台47上，光路4d的光学长度可变。因此，在该结构中，能够将光脉冲串Pca与光脉冲串Pcb的时间差设为可变。
在该例中，光学元件42包含非线性光学晶体。透镜41将光脉冲串Pca、Pcb分别朝向光学元件42聚光，并且在光学元件42中使光脉冲串Pca、Pcb的光轴以规定的角度相互交叉。
由此，在作为非线性光学晶体的光学元件42中，以光脉冲串Pca、Pcb的交点为起点产生二次谐波。该二次谐波为相关光Pe，包含光脉冲串Pc的自相关。该相关光Pe通过透镜43平行化或聚光后，被输入拍摄部5。
图32是概略性地表示用于生成包含光脉冲串Pc的互相关的相关光Pe的相关光学系统4B作为相关光学系统4的另一结构例的图。在该相关光学系统4B中，光脉冲串Pc通过光路4e且到达透镜41，并且作为单脉冲的参照光脉冲Pr通过光路4f且到达透镜41。
光路4f包含多个反射镜48，弯曲成U字状。而且，多个反射镜48的至少一部分搭载在移动台49上，光路4f的光学长度可变。因此，在该结构中，能够将光脉冲串Pc与参照光脉冲Pr的时间差(到达透镜41的定时差)设为可变。
在该例中，光学元件42包含非线性光学晶体。透镜41将光脉冲串Pc及参照光脉冲Pr朝向光学元件42聚光，并且在光学元件42中使光脉冲串Pc的光轴和参照光脉冲Pr的光轴以规定的角度相互交叉。
由此，在作为非线性光学晶体的光学元件42中，以光脉冲串Pc及参照光脉冲Pr的交点为起点产生二次谐波。该二次谐波为相关光Pe，包含光脉冲串Pc的互相关。该相关光Pe通过透镜43平行化或聚光后，被输入拍摄部5。
图33是概略性地表示用于生成包含光脉冲串Pc的互相关的相关光Pe的相关光学系统4C作为相关光学系统4的又一结构例的图。在该例中，脉冲形成部3的SLM14是在第一偏振方向上具有调制作用的偏振依赖型的空间光调制器。
与此相对，向脉冲形成部3输入的光脉冲Pa的偏向面相对于SLM14具有调制作用的偏振方向倾斜，光脉冲Pa包含第一偏振方向的偏振分量(图中的箭头Dp1)和与第一偏振方向正交的第二偏振方向的偏振分量(图中的符号Dp2)。另外，光脉冲Pa的偏振波不仅是上述的偏振波(倾斜的直线偏振光)，也可以是椭圆偏振光。
光脉冲Pa中第一偏振方向的偏振分量在SLM14中被调制，作为光脉冲串Pb从脉冲形成部3输出，通过测定对象B而成为光脉冲串Pc。另一方面，光脉冲Pa中第二偏振方向的偏振分量在SLM14中未被调制，原样从脉冲形成部3输出。该未调制的偏振分量作为单脉冲即参照光脉冲Pr，与光脉冲串Pc同轴地被提供至相关光学系统4。
相关光学系统4根据光脉冲串Pc和参照光脉冲Pr，生成包含光脉冲串Pc的互相关的相关光Pe。在该结构例中，通过在SLM14中对光脉冲串Pc赋予延迟，且将其延迟时间设为可变(图中的箭头E)，能够将光脉冲串Pc与参照光脉冲Pr的时间差(到达透镜41的时序差)设为可变，能够在相关光学系统4中适宜地生成包含光脉冲串Pc的互相关的相关光Pe。
构成相关光Pe的多个光脉冲具有与图6所示的特征量(峰值强度PE1～PE3、半峰全宽W1～W3、峰值时间间隔G1,2、G2,3)同样的特征量。而且，在测定对象B没有波长分散的情况下，相关光Pe的时间波形与光脉冲串Pb的时间波形大致相同。
与此相对，在测定对象B具有波长分散的情况下，相关光Pe的时间波形与图6的(b)所示的光脉冲串Pc的时间波形同样地从光脉冲串Pb的时间波形大幅变化。例如，相关光Pe的各光脉冲的峰值强度PE1～PE3与光脉冲串Pb比较，大幅降低，且相关光Pe的各光脉冲的半峰全宽W1～W3与光脉冲串Pb比较，显著扩大。而且，相关光Pe的各光脉冲的峰值时间间隔G12与光脉冲串Pb比较，特别长。
这样，在测定对象B具有波长分散的情况下，相关光Pe的时间波形的特征量(峰值强度PE1～PE3、半峰全宽W1～W3、峰值时间间隔G1,2、G2,3)与测定对象B没有波长分散的情况比较，大幅变化。而且，其变化量取决于测定对象B的波长分散量。因此，通过观察相关光Pe的时间波形的特征量的变化，能够高精度且容易地知道测定对象B的波长分散量。
再次参照图30。本变形例的拍摄部5拍摄从相关光学系统4输出的相关光Pe，生成包含二维图像的拍摄数据。为此，拍摄部5具有与相关光学系统4光学耦合的图像传感器51。图像传感器51是具有配置成二维状的多个像素且能够以比光脉冲串Pb的最小峰值间隔短的拍摄间隔(换句话说，能够获取相关光Pe的时间波形的拍摄间隔)进行拍摄的拍摄元件。据此获得的每个时间的多个拍摄数据被发送到运算部6。
运算部6根据从拍摄部5提供的每个时间的多个拍摄数据，按图像传感器51的每个像素，检测相关光Pe的时间波形。即，运算部6按图像传感器51的每个像素，生成表示相关光Pe的时间波形的时间序列数据。而且，运算部6基于各像素的时间波形的特征量，按每个像素推算测定对象B中的部分的(即与各像素对应的部分的)波长分散量。
如上所述，相关光Pe的时间波形中的各种特征量(例如脉冲间隔、峰值强度、脉宽等)与测定对象B的波长分散量具有相关。因此，运算部6通过按每个像素评价相关光Pe的时间波形的特征量，能够高精度地推算测定对象B的波长分散量的二维分布。
另外，在本变形例中，运算部6也可以基于推算出的波长分散量的二维分布，计算测定对象B的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值的二维分布。
图34是表示本变形例的分散测定方法的流程图。本变形例的分散测定方法包括相关光生成步骤S13a。在该相关光生成步骤S13a中，根据通过了测定对象B的光脉冲串Pc，在相关光学系统4中生成包含光脉冲串Pc的互相关或自相关的光脉冲串即相关光Pe。而且，在之后的拍摄步骤S13b中，使用能够以比相关光Pe的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器51，拍摄相关光Pe，生成每个时间的多个拍摄数据。关于其它步骤，与上述实施方式同样。
分散测定装置及分散测定方法不限于上述的实施方式及结构例，能够进行各种变形。
在上述实施方式中，例示了如图2所示使用衍射光栅12及SLM14形成光脉冲串Pb的方式，在第一变形例中例示了使用脉冲扩展器18及滤波器19形成光脉冲串Pb的方式，但脉冲形成部3及在脉冲形成步骤S11中形成光脉冲串Pb的方式不限于此。例如，也可以使用可变型镜代替SLM14。或者，也可以使用能够电子控制相位的液晶显示器、声光调制器等代替SLM14。
另外，在上述实施方式中，例示了使用非线性光学晶体或荧光体生成光脉冲串Pe的方式，但相关光学系统4及在相关光生成步骤S13a中生成光脉冲串Pe的方式不限于此。
另外，在上述实施方式中，使用具有二维排列的多个像素的图像传感器51计算波长分散量的二维分布，但也可以使用具有一维排列的多个像素的图像传感器计算波长分散量的一维分布。
另外，关于图11所示的调制图案计算装置20的相位光谱设计部22及强度光谱设计部23的光谱波形的设计方法、及基于其的进行了频带控制的多脉冲的生成方法，在上述实施方式中，例示出使用图12所示的傅里叶变换部25、函数置换部26、波形函数修正部27、逆傅里叶变换部28及目标生成部29来计算光谱波形的结构。
根据这样的结构，使构成光脉冲串的多脉冲的时间波形接近所希望的形状，另外，能够高精度地控制光脉冲串中所含的各光脉冲的频带分量。但是，进行了频带控制的多脉冲的生成方法不限于这样的方法，例如也可以如以下说明的那样，不使用复杂的最优化算法而通过更简易的方法求出用于生成多脉冲的光谱波形(光谱调制图案)。
具体而言，作为进行了频带控制的多脉冲的生成方法，能够基于要生成的多脉冲中的光脉冲数、构成各光脉冲的频带分量、及光脉冲的间隔的信息，使用将直线状的相位调制图案(线性相位图案)组合的方法。以下所示的图35及图36是用于对这样的多脉冲的生成方法进行说明的概念图。
图35的(a)是表示用于生成进行了频带控制的多脉冲的光谱波形的一例的图表。在该图表中，横轴表示波长，左侧的纵轴表示光强度，右侧的纵轴表示相位。另外，图中的图表G51表示光谱相位，图表G52表示光谱强度。另外，图中的区域R1、R2、R3分别表示相对于图表G52的光谱强度波形设定的波长区域。
另外，图表G51的光谱相位图案中，相位图案X1表示波长区域R1中的相位图案，相位图案X2表示波长区域R2中的相位图案，相位图案X3表示波长区域R3中的相位图案。这些相位图案X1、X2、X3是倾斜度互不相同的线性相位图案。
图35的(b)是表示与图35的(a)所示的光谱波形对应的光脉冲串的时间波形的图表。在该图表中，横轴表示时间，纵轴表示光强度。在该方法中，在光脉冲串的时间波形中，根据光谱相位中所含的倾斜度互不相同的线性相位图案的数量，生成光脉冲。在图35所示的例子中，在波长区域R1、R2、R3中，通过赋予上述的线性相位图案X1、X2、X3，生成由三个光脉冲Y1、Y2、Y3构成的进行了频带控制的多脉冲。
在这样的方法中，线性相位图案Xi的倾斜度的大小与对应的光脉冲Yi的时间波形中的移动量对应。另外，构成各光脉冲Yi的频带分量能够通过波长区域Ri相对于光谱波形的区分设定来控制。在图35所示的例子中，利用波长区域R1的光谱强度分量产生光脉冲Y1，利用波长区域R2的光谱强度分量生成光脉冲Y2，利用波长区域R3的光谱强度分量生成光脉冲Y3。
此外，在上述的方法中，关于光谱强度分量的控制，例如，也可以对不需要的强度分量预先进行滤波处理(基于强度调制的强度切除)。另外，在相位图案X1、X2、X3的倾斜度之差小的情况下，因为在获得的时间波形中光脉冲可能不充分地分离，所以优选考虑这样的点而设定相位图案。另外，光谱相位中的相位图案成为在图35所示的例子中连续的图案，但也可以设为不连续的图案。
图36的(a)是表示用于生成进行了频带控制的多脉冲的光谱波形的另一例的图表。图中的图表G61表示光谱相位，图表G62表示光谱强度。另外，图中的区域R4、R5、R6分别表示相对于图表G62的光谱强度波形设定的波长区域。
另外，图表G61的光谱相位图案中，相位图案X4表示波长区域R4中的相位图案，相位图案X5表示波长区域R5中的相位图案，相位图案X6表示波长区域R6中的相位图案。这些相位图案X4、X5、X6是倾斜度互不相同的线性相位图案，另外，在相位图案X5、X6的边界成为不连续的图案。
图36的(b)是表示与图36的(a)所示的光谱波形对应的光脉冲串的时间波形的图表。在图36所示的例子中，通过光谱相位中的上述的不连续的相位图案的设定，利用波长区域R4的光谱强度分量生成光脉冲Y4，利用波长区域R5的光谱强度分量生成光脉冲Y6，利用波长区域R6的光谱强度分量生成光脉冲Y5。
这样，通过光谱相位中的相位图案的设定，能够在时间波形中任意地切换、设定构成各光脉冲的频带分量。
上述实施方式的分散测定装置具备脉冲形成部、拍摄部和运算部。脉冲形成部根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，该多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同。拍摄部具有能够以比光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄从脉冲形成部输出后通过了测定对象的光脉冲串，生成拍摄数据。运算部接收拍摄数据，按图像传感器的每个像素检测光脉冲串的时间波形，并基于时间波形的特征量，按图像传感器的每个像素推算测定对象的波长分散量。
上述实施方式的分散测定方法包括脉冲形成步骤、拍摄步骤和运算步骤。在脉冲形成步骤中，根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，该多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同。在拍摄步骤中，使用能够以比光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄通过了测定对象的光脉冲串，生成拍摄数据。在运算步骤中，接收拍摄数据，按图像传感器的每个像素检测光脉冲串的时间波形，并基于时间波形的特征量，按图像传感器的每个像素推算测定对象的波长分散量。
在上述的分散测定装置中，运算部也可以基于推算出的波长分散量，按图像传感器的每个像素，计算测定对象的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值。另外，上述的分散测定方法也可以在运算步骤中基于推算出的波长分散量，按图像传感器的每个像素，计算测定对象的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值。
在该情况下，能够以短时间对测定对象的光学特性的分布、外形或其双方的分布进行测定。
在上述的分散测定装置及分散测定方法中，时间波形的特征量也可以包含光脉冲串中所含的多个光脉冲的时间间隔。
本发明人发现，时间波形中的各种特征量中特别是脉冲间隔与测定对象的波长分散量具有显著的相关。因此，根据上述的装置及方法，能够更高精度地推算测定对象中的波长分散的分布。
上述的分散测定装置还可以具备相关光学系统，该相关光学系统配置在测定对象与图像传感器之间的光路上，使光脉冲串成为包含光脉冲串的互相关或自相关的相关光。另外，上述的分散测定方法还可以包括使在脉冲形成步骤中生成后通过了测定对象的光脉冲串成为包含光脉冲串的互相关或自相关的相关光的相关光生成步骤。
如果使用例如非线性光学晶体等生成包含光脉冲串的互相关或自相关的相关光，则该相关光的时间波形中的各种特征量(例如脉冲间隔、峰值强度、脉宽等)与测定对象的波长分散具有显著的相关。因此，根据上述的装置及方法，能够更高精度地推算测定对象中的波长分散的分布。
在上述的分散测定装置中，脉冲形成部也可以具有：将第一光脉冲中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离的分光元件；使从分光元件输出的多个波长成分的相位相互错开的空间光调制器；以及将从空间光调制器输出的多个波长成分聚光的聚光光学系统。另外，上述的分散测定方法也可以在脉冲形成步骤中将第一光脉冲中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离，使用空间光调制器使多个波长成分的相位相互错开后，将多个波长成分聚光。
例如通过如上所述的装置及方法，能够容易地形成包含相互具有时间差且中心波长互不相同的多个第二光脉冲的光脉冲串。
在上述的分散测定装置中，运算部也可以将假定测定对象的波长分散为零而预先计算出的时间波形的特征量和检测出的时间波形的特征量进行比较，推算测定对象的波长分散量。另外，上述的分散测定方法也可以在运算步骤中，将假定测定对象的波长分散为零而预先计算出的时间波形的特征量和检测出的时间波形的特征量进行比较，推算测定对象的波长分散量。
根据上述的装置及方法，能够更高精度地推算测定对象的波长分散的分布。
产业上的可利用性
实施方式能够作为可通过简易的结构测定波长分散的分散测定装置及分散测定方法来利用。
附图标记说明
1A、1B…分散测定装置，2…脉冲激光光源，3、3A…脉冲形成部，3a…光输入端，3b…光输出端，4、4A、4B、4C…相关光学系统，4a…光输入端，4b…光输出端，4c～4f…光路，5…拍摄部，6…运算部，12…衍射光栅，13…透镜，14…空间光调制器(SLM)，15…透镜，16…衍射光栅，17…调制面，17a…调制区域，18…脉冲扩展器，19…滤波器，20…调制图案计算装置，21…任意波形输入部，22…相位光谱设计部，23…强度光谱设计部，24…调制图案生成部，25…傅里叶变换部，26…函数置换部，27…波形函数修正部，28…逆傅里叶变换部，29…目标生成部，29a…傅里叶变换部，29b…光谱图修正部，41…透镜，42…光学元件，43…透镜，44…分束器，45、46、48…反射镜，51…图像传感器，61…处理器(CPU)，62…ROM，63…RAM，64…输入设备，65…输出设备，66…通信模块，67…辅助存储装置，B…测定对象，D1～D3…域，P1…光，P2…调制光，Pa…光脉冲，Pb、Pc、Pd…光脉冲串，Pb1～Pb3、Pc1～Pc3、Pd1～Pd3…光脉冲，Pca、Pcb…光脉冲串，Pe…相关光，Pr…参照光脉冲，R1～R6…波长区域，S11…脉冲形成步骤，S12…步骤，S13、S13b…拍摄步骤，S13a…相关光生成步骤，S14…运算步骤，SC…控制信号，X1～X6…相位图案，Y1～Y6…光脉冲。
Claims (12)
1.一种分散测定装置，其具备：
脉冲形成部，其根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，所述多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同；
拍摄部，其具有能够以比所述光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄从所述脉冲形成部输出后通过了测定对象的所述光脉冲串，生成拍摄数据；和
运算部，其接收所述拍摄数据，按所述图像传感器的每个像素检测所述光脉冲串的时间波形，并基于所述时间波形的特征量，按所述图像传感器的每个像素推算所述测定对象的波长分散量。
2.根据权利要求1所述的分散测定装置，其中，
所述运算部基于推算出的所述波长分散量，按所述图像传感器的每个像素，计算所述测定对象的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值。
3.根据权利要求1或2所述的分散测定装置，其中，
所述时间波形的特征量包含所述光脉冲串中所含的多个光脉冲的时间间隔。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的分散测定装置，其中，
还具备相关光学系统，其配置在所述测定对象与所述图像传感器之间的光路上，使所述光脉冲串成为包含所述光脉冲串的互相关或自相关的相关光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的分散测定装置，其中，
所述脉冲形成部具有：
分光元件，其将所述第一光脉冲中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离；
空间光调制器，其使从所述分光元件输出的所述多个波长成分的相位相互错开；和
聚光光学系统，其将从所述空间光调制器输出的所述多个波长成分聚光。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的分散测定装置，其中，
所述运算部将假定所述测定对象的波长分散为零而预先计算出的所述时间波形的特征量和检测出的所述时间波形的特征量进行比较，来推算所述测定对象的波长分散量。
7.一种分散测定方法，其包括：
脉冲形成步骤，根据从光源输出的第一光脉冲来形成包含多个第二光脉冲的光脉冲串，所述多个第二光脉冲相互具有时间差且中心波长互不相同；
拍摄步骤，使用能够以比所述光脉冲串的最小峰值间隔短的拍摄间隔进行拍摄的图像传感器，拍摄通过了测定对象的所述光脉冲串，生成拍摄数据；和
运算步骤，接收所述拍摄数据，按所述图像传感器的每个像素检测所述光脉冲串的时间波形，并基于所述时间波形的特征量，按所述图像传感器的每个像素推算所述测定对象的波长分散量。
8.根据权利要求7所述的分散测定方法，其中，
在所述运算步骤中，基于推算出的所述波长分散量，按所述图像传感器的每个像素，计算所述测定对象的折射率、反射率、吸收率和厚度中的至少一者的数值。
9.根据权利要求7或8所述的分散测定方法，其中，
所述时间波形的特征量包含所述光脉冲串中所含的多个光脉冲的时间间隔。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的分散测定方法，其中，
还包括相关光生成步骤，使在所述脉冲形成步骤中生成后通过了所述测定对象的所述光脉冲串成为包含所述光脉冲串的互相关或自相关的相关光。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的分散测定方法，其中，
在所述脉冲形成步骤中，将所述第一光脉冲中所含的多个波长成分按每个波长在空间上分离，使用空间光调制器使所述多个波长成分的相位相互错开后，将所述多个波长成分聚光。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的分散测定方法，其中，
在所述运算步骤中，将假定所述测定对象的波长分散为零而预先计算出的所述时间波形的特征量和检测出的所述时间波形的特征量进行比较，来推算所述测定对象的波长分散量。
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