CN108291842B - 光波的波形测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于测量光波的波形的装置及方法，根据本发明的实施例的光波测量装置包括：脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲；时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；聚焦部，将调整时间延迟的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；以及电离量测量部，从借助聚焦的所述基础脉冲以及所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，其中，所述光波测量装置根据时间延迟而获取通过信号脉冲而变化的电离变化量，从而获取输入光波的波形。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量光波的装置和方法，更为具体地，涉及一种用于在时域内测量光波的波形的装置及方法。
背景技术
通常，具有脉冲形态的光波的波形的测量是多个应用领域中的必要因素。为了测量光波的电场随时间变化的形状即波形，需要在时域(time domain)或者频域(frequencydomain)测量光波的振幅和相位。
根据现有技术，为了测量光波而使用多样的方法。为了测量光波而最广泛使用的方法之一是利用在非线性物质中生成的谐波(harmonic radiation)。其中，利用自相关(autocorrelation)关系的方式被广泛使用。
在自相关方式中，利用光学干涉仪等而将输入光波分为两个脉冲，并将两个脉冲在非线性物质内重新结合，从而形成谐波。当两个脉冲在时域叠加时，谐波的强度会增加，因此能够通过测量基于两个脉冲之间的时间延迟的谐波强度而确定输入光波的大致的脉冲宽度。
但是根据利用自相关关系的方式，只能获取针对光波的脉冲宽度的大致的信息，而无法获取针对光波的相位的信息。因此无法测量光波的波形。
作为在频域中测量光谱的振幅和相位的方法，可以举出频率光分解(Frequency-Resolved Optical Gating：FROG)方式和频率干涉电场重构(Spectral PhaseInterferometry for Direct Electric-Field Reconstruction：SPIDER)方式的例子。
在频率光分解方式和频率干涉电场重构方式下，与自相关方式类似地利用光学干涉仪等而将输入光波分成两个脉冲，并根据两个脉冲之间的延迟时间来测量在非线性物质中把两个脉冲重新结合而生成的谐波的光谱。在使用如上所述的方式的情况下，能够使用脉冲复原算法来测量输入光波的波形。
然而上述的方法都基于由非线性物质生成的谐波来测量光波，因此存在仅适用于与非线性物质的相位整合条件匹配的特定的波长的问题。
以往提出过一种利用不具有非线性物质的波长限制问题的物质的电离而测量光波的脉冲的方法。现有的利用多光子电离的光波测量方法将光波分为两个脉冲，然后将它们聚焦在电离物质，从而测量根据两个脉冲之间的时间延迟而变化的电离量。在该方法中，对应于将由光波产生的电离量描述为基于多光子电离的电离量的自相关(autocorrelation)方式，并且不存在针对光波的相位的信息。因此，虽然能够测量光波的大致的脉冲宽度，但是无法测量光波的波形。
在阿秒条纹相机(Attosecond streak camera)方法或者Petahertz光学示波(Petahertz optical oscilloscope)方法中，利用高次谐波测量光波的波形。但是，这种方法的缺点为需要高次谐波产生装置及极紫外线测量装置。
最终，根据现有技术的光波测量方法具有如下的问题：
-在自相关方式下不提供针对光波的相位的信息，因此无法测量光波的波形。
-使用非线性物质的光波测量方法(自相关方式、频率光分解方式、频率干涉电场重构方式等)仅可在有限的波长范围内得到引用。
-利用现有的物质的多光子电离而测量光波的方式相当于自相关方式，因此无法测量光波的波形。
-利用高次谐波的方法需要复杂的高次谐波产生装置及极紫外线测量装置。
因此，需要一种用于克服上述的缺点并利用具有简单的构成的装备而在时域测量光波的波形的技术。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种在时域内能够准确地测量光波的波形的光波测量装置及方法。
并且，本发明的目的在于，提供一种能够不存在利用非线性物质测量波形时发生的波长范围的限制问题而测量光波的波形的光波测量装置及方法。
并且，本发明的目的在于提供一种无复杂的高次谐波产生装置和极紫外线测量装置而测量光波的波形的光波测量装置及方法。
本发明的目的并不局限于以上提到的目的，未提及的本发明的其他目的及优点能够通过下述的说明而被理解，并且能够根据本发明的实施例而更明确地被理解。并且，本发明的目的和优点能够通过权力要求书的范围中的手段和它们的组合而实现，这一点能够被容易地知晓。
技术手段
根据本发明的一实施例的光波测量装置，具备：脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲；时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；聚焦部，将调整时间延迟的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；以及电离量测量部，从借助聚焦的所述基础脉冲以及所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，所述光波测量装置根据所述时间延迟而获取通过信号脉冲而变化的电离变化量，从而获取输入光波的波形。
并且，根据本发明的另一实施例的光波测量装置由通过下述的[数学式3]计算出的信号脉冲的波形获取输入光波的波形：
[数学式3]
在所述[数学式3]中，δN(τ)表示根据时间延迟τ而由于信号脉冲变化的电离变化量，N0表示仅利用基础脉冲生成的电离量，g(t-τ)表示针对基础脉冲F(t-τ)的电场强度的电离率的微分值，ES(t)表示信号脉冲的波形。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置在与电离物质反应的基础脉冲的脉冲宽度为基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍以下的情况下，输入光波的波形从利用下述的[数学式4]计算出的信号脉冲的波形获取：
[数学式4]
δN(τ)∝ES(τ)。
在本发明的一实施例中，所述电离物质利用气体构成。
并且，在本发明的一实施例中，所述电离物质利用末端具有尖锐的形状的金属体构成。
并且，在本发明的一实施例中，所述电离物质利用布置于基板上的纳米结构物构成。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置还包括：一个以上的脉冲强度调整部，根据预定的比率调整基础脉冲和/或信号脉冲的强度。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：一个以上的分散调整部，调整基础脉冲和/或信号脉冲的分散。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置的脉冲分离部是将所述输入光波以预定的比率分离为所述基础脉冲和所述信号脉冲的分束器。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置的所述时间延迟调整部包括一个以上的反射镜，并且调整所述一个以上的反射镜的位置而调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：脉冲结合部，使基础脉冲和信号脉冲的路径一致。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置的脉冲分离部包括以预定比率划分的第一区域和第二区域，所述第一区域使所述输入光波的一部分反射而生成基础脉冲，所述第二区域使所述输入光波的一部分反射而生成信号脉冲，时间延迟调整部使所述第一区域或所述第二区域的位置移动，从而调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：第二脉冲分离部，使所述基础脉冲分离为第一基础脉冲和第二基础脉冲；第二聚焦部，使所述第二基础脉冲聚焦到第二电离物质；以及第二电离量测量部，从由通过所述第二聚焦部聚焦的脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，所述聚焦部将所述第一基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质，所述电离量测量部从由聚焦的所述第一基础脉冲和所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，并且，根据所述延迟时间而获取标准化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形，其中，所述标准化的电离变化量由在所述电离量测量部中利用所述第一基础脉冲和所述信号脉冲而获取的电离量以及在所述第二电离量测量部中仅利用所述第二基础脉冲获取的电离量获得。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：第二聚焦部，将聚焦到所述电离物质而生成电子和/或离子的所述基础脉冲聚焦到第二电离物质所在的聚焦地点；以及第二电离量测量部，从由通过所述第二聚焦部聚焦的脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，并且，根据所述延迟时间而获取标准化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形，其中，所述标准化的电离变化量由在所述电离量测量部中利用所述基础脉冲和所述信号脉冲而获取的电离量以及在所述第二电离量测量部中仅利用所述基础脉冲获取的电离量获得。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法包括如下的步骤：将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲；调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；将时间延迟得到调整的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；从由聚焦的所述基础脉冲以及所述信号脉冲而生成的电子和/或离子测量电离量；以及根据所述延迟时间而获取由于所述信号脉冲变化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法由利用所述[数学式3]计算出的信号脉冲的波形获取输入光波的波形。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法在与电离物质反应的基础脉冲的脉冲宽度为基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍以下的情况下，从利用所述[数学式4]计算出的信号脉冲的波形获取所述输入光波的波形。
在本发明的一实施例中，所述电离物质利用气体构成。
并且，在本发明的一实施例中，所述电离物质利用末端具有尖锐的形状的金属体构成。
并且，在本发明的一实施例中，所述电离物质利用布置于基板上的纳米结构物构成。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法还包括如下的步骤：根据预定的比率调整所述基础脉冲和/或所述信号脉冲的强度。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法还包括如下的步骤：调整所述基础脉冲和/或所述信号脉冲的分散。
并且，在根据本发明的又一实施例的光波分析方法中，将所述输入光波分离成基础脉冲和信号脉冲的步骤由分束器执行，所述分束器将所述输入光波以预定的比率分离为所述基础脉冲和所述信号脉冲。
并且，在根据本发明的又一实施例的光波分析方法中，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟的步骤包括如下的步骤：调整一个以上的反射镜的位置而调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法还包括如下的步骤：使所述基础脉冲和所述信号脉冲的路径一致。
并且，根据本发明的又一实施例的光波分析方法包括如下步骤：使所述基础脉冲分离为第一基础脉冲和第二基础脉冲；使所述第二基础脉冲聚焦到第二电离物质；以及从由聚焦的所述第二基础脉冲而生成的电子和/或离子测量电离量，将所述时间延迟得到调整的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质的步骤包括如下的步骤：将所述第一基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质，从由聚焦的所述基础脉冲和所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量的步骤包括如下的步骤：从由聚焦的所述第一基础脉冲和所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，获取所述输入光波的波形的步骤包括如下的步骤：根据所述延迟时间而获取标准化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形，其中，所述标准化的电离变化量由利用所述第一基础脉冲和所述信号脉冲而获取的电离量以及仅利用所述第二基础脉冲获取的电离量获得。
根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲，并将所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；电离量测量部，从由聚焦的所述基础脉冲和所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，所述光波测量装置根据时间延迟而获取通过信号脉冲而变化的电离变化量，从而获取输入光波的波形。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置的脉冲分离部包括以预定比率划分的第一区域和第二区域，所述第一区域使所述输入光波的一部分反射而生成基础脉冲，所述第二区域使所述输入光波的一部分反射而生成信号脉冲，所述时间延迟调整部使所述第一区域或所述第二区域的位置移动，从而调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟。
并且，根据本发明的又一实施例的光波测量装置包括：第二聚焦部，将聚焦到所述电离物质而生成电子和/或离子的所述基础脉冲聚焦到第二电离物质所在的聚焦地点；以及第二电离量测量部，从由通过所述第二聚焦部聚焦的脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，并且，根据所述时间延迟而获取标准化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形，其中，所述标准化的电离变化量由在所述电离量测量部中利用所述基础脉冲和所述信号脉冲而获取的电离量以及在所述第二电离量测量部中仅利用所述基础脉冲获取的电离量获得。
技术效果
根据本发明，具有能够在时域内准确地测量光波的波形的优点。
并且，根据本发明，具有能够不存在利用非线性物质测量波形时发生的波长范围的限制问题而测量光波的波形的优点。
并且，根据本发明，具有无复杂的高次谐波产生装置和极紫外线测量装置而测量光波的波形的优点。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的光波测量装置的构成图。
图2是根据本发明的另一实施例的光波测量装置的构成图。
图3是根据本发明的一实施例中的当作为电离物质而使用气体时的电离量测量部的构成图。
图4是在本发明的一实施例中作为电离物质而使用具有末端尖锐的形状的金属体时的电离量测量部的构成图。
图5是在本发明的一实施例中作为电离物质而使用金属纳米结构物时的电离量测量部的构成图。
图6至图10是示出根据本发明的一实施例中的从根据时间延迟而测量的电离变化量获取信号脉冲的波形的过程的图形。
图11是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
图12是图示于图11的脉冲分离部的正面图。
图13是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
图14是根据本发明的一实施例的光波测量方法的流程图。
图15是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
图16是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
图17是示出根据现有技术和本发明的方法而测量的极超短激光脉冲的测量值的图形。
图18是示出从图示于图17的测量值计算的光谱的振幅和相位值的图形。
具体实施方式
上述的目的、特征和优点将参照附图而在下文中详细地描述，据此，在本发明所属的技术领域中具有基本知识的人将能够容易地实施本发明的技术思想。在对本发明进行说明时，如果判断为针对与本发明相关的公知技术的具体说明会对本发明的主旨带来不必要的混乱，则省略对此的详细的说明。以下，参照附图对根据本发明的优选实施例进行详细的说明。在附图中，相同的参照标号被使用为指代类似的构成要素。
在针对本发明的说明中描述的“电离(ionization)”现象可以根据凯尔迪什参数(Keldysh parameter)值γ，被分为多光子电离(multi-photon ionization)或者隧道电离(tunneling ionization)而描述。凯尔迪什参数被定义为
在此，ω是光波的角频率，E0是光波的电场的最大振幅，Ip是物质的电离势。
在本发明的说明中，将凯尔迪什参数值γ小于6的情况(γ<6)定义为隧道电离区域，并且如果没有特殊的说明，则“电离”表示电离物质(气体、液体、固体或者纳米结构物)与光波产生反应，从而电子和/或离子由于隧道电离现象而从电离物质分离的现象。
并且，在对本发明进行描述的过程中，“波长”表示电场随时间变化的模样。只不过，测量的信号脉冲的绝对相位(carrier envelope phase：CEP)可以与实际值不同。
并且，在对本发明进行描述时，“电离变化量”表示根据信号脉冲而变化的电离量的变化量。
图1是根据本发明的一实施例的光波测量装置的构成图。
参照图1，根据本发明的一实施例的光波测量装置配备脉冲分离部102、时间延迟调节部104、聚焦部(focusing unit)108、电离量测量部110，从而获取输入光波的波形。
脉冲分离部102接收要测量的光波，即输入光波LW(t)，并将输入光波LW(t)根据预定的电场强度比率而分为两个脉冲。在此，将具有相对强的强度的脉冲称为基础脉冲F(t)，并将具有相对弱的强度的脉冲称为信号脉冲S(t)。并且，预定的电场强度比率包括最小比率和最大比率。即，脉冲分离部102以使信号脉冲S(t)的电场强度成为基础脉冲F(t)的电场强度的最小比率和最大比率之间的方式分离输入光波LW(t)。
在本发明中，基于使基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)与电离物质反应而生成的电子和/或离子来测量由于信号脉冲S(t)而变化的电离变化量。此时，为了准确地测量由于信号脉冲S(t)变化的电离变化量，与电离物质反应的信号脉冲S(t)的电场强度需要充分大，以至于在测量电离量时不会受到因外部因素而产生的噪声的影响。在本发明中，最小比率表示：使与电离物质反应的信号脉冲S(t)的电场强度具有不受到在测量电离量时因外部因素而产生的噪声的影响的最小大小的比率。
另外，在导出用于测量下述的电离量的数学式的过程中，基础脉冲F(t)的电场强度以及信号脉冲S(t)的电场强度均被考虑，此时，如果信号脉冲S(t)的电场强度充分小于基础脉冲F(t)的电场强度，则能够将由基础脉冲F(t)而产生的电离量近似化(即，从[数学式1]到[数学式2]的近似化)。在本发明中，最大比率表示以能够实现如上所述的近似化的程度使信号脉冲S(t)的电场强度充分变小的比率。
例如，当最小比率为0.1％，并且最大比率为20％的情况下，脉冲分离部102能够以使信号脉冲S(t)的电场强度成为基础脉冲F(t)的电场强度的0.1％至20％的强度的方式分离输入光波LW(t)。
据此，经过脉冲分离部102的信号脉冲S(t)的电场强度将会变得小于基础脉冲F(t)的电场强度。
重新参照图1，时间延迟调整部104调整基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)之间的相对时间延迟。例如，时间延迟调整部104可以如图1所示地将基础脉冲F(t)延迟相当于时间延迟τ，从而输出时间延迟的基础脉冲F(t-τ)。在本发明的一实施例中，时间延迟调整部104可以通过以预定间距改变时间延迟τ而输出时间延迟的基础脉冲F(t-τ)。
另外，在图1中，图示有时间延迟调整部104将基础脉冲F(t)延迟相当于时间延迟τ而输出的实施例。然而，在本发明的其他实施例中，时间延迟调整部104还可以将信号脉冲S(t)延迟相当于时间延迟τ而输出。在此情况下，基础脉冲F(t)不延迟而直接输出。以下，基于时间延迟调整部104使基础脉冲F(t)延迟相当于延迟时间τ而输出的实施例来对本发明进行说明。
重新参照图1，聚焦部108将调整时间延迟的基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)聚焦到聚焦位置。
重新参照图1，电离量测量部110从在聚焦位置通过基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)而生成的电子和/或离子测量电离量。在本发明的一实施例中，电离量测量部110可以通过由基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)生成的电子和/或离子而测量在电极流动的电流的大小，并基于测出的电流大小来算出电离量。此时，电极还可以为了收集电子和/或离子而被施加预定大小的电压。
重新参照图1，本发明的光波测量装置可以基于通过电离量测量部110而根据时间延迟测量的电离变化量来获取输入光波的波形。
图2是根据本发明的另一实施例的光波测量装置的构成图。以下，参照图2对借助根据本发明的光波测量装置的光波测量过程进行详细的说明。
参照图2，输入光波LW(t)入射到脉冲分离部202。在图2的实施例中，在局部区域形成穿孔的镜子被使用为脉冲分离部202。入射的输入光波LW(t)中的一部分光波通过形成于脉冲分离部202的孔，以这种方式通过孔的光波为信号脉冲S(t)。并且，入射的输入光波LW(t)中的一部分光波被脉冲分离部202反射，而以这种方式反射的光波为基础脉冲F(t)。
在图2中，镜子中形成的孔的大小可以设定为通过孔的信号脉冲S(t)的强度成为基础脉冲F(t)的强度的最小比率到最大比率之间。即，信号脉冲S(t)的强度可以被预先设定为基础脉冲F(t)的强度的最小比率(例如，0.1％)以及最大比率(例如，20％)之间的比率(例如，5％)。
在图2中，利用形成穿孔的镜子形态的分束器(beam splitter)而分离了基础脉冲和信号脉冲。根据实施例，为了在空间上分离光波，还可以使用其它形态的分束器。在本发明中，分束器统称使光波的一部分反射、透射或通过，并使另一部分反射、透射或通过的，涂覆有多层薄膜的玻璃基板、形成孔的镜子或多个镜子等使光波在空间上分离的所有光学仪器。
参照图2，根据实施例，利用玻璃楔对等光学仪器构成分散调整部203a、203b，从而调整从脉冲分离部202分离的基础脉冲F(t)和/或信号脉冲S(t)的分散。其具有如下的优点：若调整基础脉冲F(t)和/或信号脉冲S(t)的分散值，则能够改变各自的脉冲宽度和脉冲形状。并且，还具有能够改变各自的脉冲宽度以及脉冲形状的优点。并且，还具有能够补偿彼此不同的光程上的分散差的优点。然而，分散调整部203a、203b并不是必要的，根据实施例还可以被省去。
并且，根据实施例，还可以配备脉冲强度调整部208。如果在脉冲分离部202使信号脉冲的强度成为必要强度以上，并追加地利用光圈等装置来构词脉冲强度调整部208，则具有能够在从基础脉冲F(t)的强度的最小比率到最大比率之间连续地设定信号脉冲S(t)的强度的优点。并且，虽然未在图2中表示，但是还可以添加用于调整基础脉冲F(t)的强度的脉冲强度调整部。然而，脉冲强度调整部208并不是必要的，根据实施例还可以被省去。
从脉冲强度调整部208施加的信号脉冲S(t)为了补偿与基础脉冲F(t)之间的光程差(optical path difference)而被第一镜子206a、第二镜子206b、第三镜子206c、第四镜子206d反射。
另外，从分散调整部203a施加的基础脉冲F(t)被入射到时间延迟调整部204。基础脉冲F(t)被配备于时间延迟调整部204内的第五镜子204a和第六镜子204b反射而入射到脉冲结合部210。时间延迟调整部204使第五镜子204a和第六镜子204b的位置沿箭头方向移动，从而使基础脉冲F(t)的输出时间延迟相当于时间延迟τ。因此，通过时间延迟调整部204的基础脉冲被表示为F(t-τ)。
在图2的实施例中，作为时间延迟调整部204而使用平行移动平台。平行移动平台能够沿箭头22方向移动，并且能够根据平行移动平台的移动距离和方向而调整基础脉冲F(t)的时间延迟τ。
入射到脉冲结合部210的信号脉冲S(t)直接通过形成于脉冲结合部210的孔。并且，入射到脉冲结合部210的基础脉冲F(t-τ)被脉冲结合部210反射而具有与信号脉冲S(t)一致的路径。
在图2的实施例中，作为脉冲结合部210而可以使用与脉冲分离部102相同地在局部区域形成孔的分束器。根据实施例，其他形态的分束器也可以作为脉冲结合部210而得到使用。
作为参考，在图2的实施例中，由于通过时间延迟调整部204的基础脉冲F(t-τ)与用于调节光程的从镜子206d施加的信号脉冲S(t)的路径彼此不同，因此使用一种用于使两个脉冲的路径一致的脉冲结合部210。然而，根据实施例，在到达聚焦部212的基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)的路径已一致的情况下，脉冲结合部210还可以被省去。
重新参照图2，从脉冲结合部210施加的基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)被入射到聚焦部212。
在图2的实施例中，具有预定的焦距的聚焦透镜作为聚焦部212而被使用。根据实施例，聚焦镜还可以被使用为聚焦部212。聚焦部212将基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)聚焦到聚焦地点24。
被聚焦到聚焦地点24的基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)与存在于聚焦地点24的电离物质产生反应。存在于聚焦地点的电离物质是与光波冲突而产生电子和/或离子的物质，其可以是气体、液体、固体或者纳米结构物。
以下，参照图3至图5，对根据实施例的在聚焦地点24存在的电离物质的种类以及电离量测量部214的构成进行详细的说明。
图3是在根据本发明的一实施例中当作为电离物质而使用气体时的电离量测量部的构成图。
在图3的实施例中，气体64作为电离物质而存在于基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)所聚焦的聚焦地点62。气体64可以在开放的空间内存在于大气中，根据实施例，可以在聚焦地点62形成封闭的空间，并使封闭的空间形成为真空状态，之后在内部注入或喷射预定压力的气体64。
在与聚焦地点62相邻的地点布置有电极，如果基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)被聚焦到存在于聚焦地点62的电离物质中，则借助基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)而产生电子和/或离子。如上所述地生成的电子或离子通过电极41而被收集。
电极41利用两个导电性物质(例如，金属)构成。并且，为了将生成的电子和/或离子收集到电极而生成电信号，在两个电极41之间施加预定大小的电压。据此，若将基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)聚焦到电离物质，则在电极41之间会形成由电子和/或离子产生的电流。
电离量计算部43基于从电离物质生成的电子和/或离子被收集到电极41而产生的电流的大小来计算在电离物质产生的电子和/或离子的量，即电离量。由基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)产生的电子和/或离子的量与形成于电极41的电流的大小之间成立预定的关系式，因此电离量计算部43可以基于预定的关系式而基于测量的电流大小来计算电离量。
另外，虽然未图示，但是在电极41以及电离量计算部43之间，为了更为精密地执行电流的测量，还可以连接用于放大从电极产生的电流的大小的放大部(未示出)。
图4是当本发明的一实施例中作为电离物质而使用具有末端尖锐的形状的金属体时的电离量测量部的构成图。
在图示于图4的实施例中，作为电离物质而使用具有末端尖锐的形状的金属体72。据此，在聚焦地点62布置有金属体72的末端。如本实施例，如果使用具有末端尖锐的形状的金属体72，则会引起电场的强度在末端变强的现象，因此更有利于形成电子和/或离子。
如图4所示，在作为电离物质而使用金属体72的情况下，金属体72还可以作为电极41的一部分而得到使用。
图5是当本发明的一实施例中作为电离物质而使用金属纳米结构物时的电离量测量部的构成图。
在图示于图5的实施例中，在聚焦地点62布置有具有金属纳米结构物84的基板82。如本实施例，如果使用金属纳米结构物84，则会产生电场的强度在纳米结构物中变强的现象，因此更有利于电子或离子的形成。如图5所示，当使用金属纳米物质时，电极41还可以被制造成纳米结构物形态。
作为参考，除了图3至图5所示的实施例以外，周知的与光波产生反应而引起电离的其他物质也可以被使用为电离物质。
重新参照图2，本发明的光波测量装置根据时间延迟而测量由电离量测量部214测量的电离量，从而获取输入光波的波形。
在本发明中，若对获取光波的波形的过程进行更详细的说明则如下。
当基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)具有时间延迟τ而在聚焦地点24与电离物质反应时产生的电离量N(τ)如同[数学式1]。作为参考，在[数学式1]中，假设为电离量充分小，并且不考虑物质的基态耗尽(depletion of the ground state)。在此，w(t)表示存在于聚焦地点24的电离物质的电离率(单位时间内的电离概率)。
[数学式1]
在[数学式1]中，EF(t-τ)表示基础脉冲F(t-τ)的电场强度，并且ES(t)表示信号脉冲S(t)的电场强度。
然而如上文中描述，信号脉冲S(t)的强度借助脉冲分离部202和脉冲调整部208得到调整，从而具有比基础脉冲F(t-τ)的强度弱的强度。因此[数学式1]可以被近似化为[数学式2]。
[数学式2]
在数学式2中，N0表示不使用信号脉冲S(t)而仅利用基础脉冲F(t-τ)生成的电离量。
并且g(t)是针对基础脉冲F(t-τ)的电场强度的电离率的微分值，并且，
最终，基于根据时间延迟τ的信号脉冲S(t)而变化的电离变化量δN(τ)可以表示为[数学式3]。
[数学式3]
根据[数学式3]，电离变化量δN(τ)可以表示为针对基础脉冲F(t-τ)的电场强度的电离率的微分值g(t-τ)和信号脉冲S(t)的电场强度ES(t)的互相关(cross-correlation)函数。
在此，[数学式3]的电离率的微分值g(t-τ)可以利用以往公知的电离模型而被表示为与基础脉冲F(t-τ)相关的函数。由于基础脉冲F(t-τ)和信号脉冲S(t)从同一个输入光波LW(t)分离，所以可以通过两个脉冲的分散关系而从信号脉冲S(t)得到基础脉冲F(t-τ)。最终，[数学式3]的积分可以表示为仅针对信号脉冲S(t)的函数，因此，能够从电离变化量δN(τ)获取关于信号脉冲S(t)的波形。
在此，由[数学式3]获取的信号脉冲S(t)的波形表示与电离物质反应的地点上的信号脉冲S(t)的波形。与电离物质反应的地点上的基础脉冲F(t-τ)的波形及输入光波LW(t)的波形可根据在各个实施例中给出的分散关系而具有彼此不同的形状。若考虑在各个实施例中给出的分散关系，本领域技术人员能够明确地知晓能够从获取的信号脉冲S(t)获取基础脉冲F(t-τ)和输入光波LW(t)。因此，本发明的光波测量装置可以从借助信号脉冲S(t)而变化的电离变化量δN(τ)获取的信号脉冲S(t)的波形获取输入光波LW(t)的波形。
并且，如在上文中提到，与电离物质反应的基础脉冲F(t-τ)的波形可以从通过[数学式3]算出的与电离物质反应的信号脉冲S(t)的波形获取。因此，可以从基础脉冲F(t-τ)的波形获取与电离物质反应的基础脉冲F(t-τ)的脉冲宽度。在与电离物质反应的基础脉冲F(t-τ)的脉冲宽度为基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍以下的情况下，[数学式3]可以如同[数学式4]地，更简略地得到近似化。
[数学式4]
δN(τ)∝ES(τ)
因此，与电离物质反应的基础脉冲F(t-τ)的脉冲宽度为基础脉冲的变换限制脉冲宽度(transform-limited pulse duration)ΔTL的2.5倍以下的情况下，本发明的光波测量装置可以根据[数学式4]而算出信号脉冲S(t)的波形。在此，变换限制脉冲宽度ΔTL表示可从已知的光波的光谱获取的最短的脉冲宽度。在本发明中，将[数学式4]的使用与否设定为基础脉冲的脉冲宽度为基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍以下的情况。然而，根据实施例，确定[数学式4]的使用与否的基准还可以以不同的方式设定。
并且，即使是基础脉冲的脉冲宽超过基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍的情况，也能够在通过调整基础脉冲的分散而将基础脉冲的脉冲宽度调整为基础脉冲的变换限制脉冲宽度ΔTL的2.5倍以下之后应用[数学式4]。
并且，如上所述，本发明的光波测量装置利用信号脉冲S(t)和输入光波LW(t)的分散关系来获取输入光波的波形。
并且，本领域技术人员周知，能够从获取的输入光波的波形，在输入光波的时域以及频域中获取与振幅、相位、线性调频(chirp)以及脉冲宽度等关于光波的信息。
并且，在本发明中测量的信号脉冲S(t)的绝对相位(Carrier Envelope Phase：CEP)需要被解释为相对于基础脉冲F(t)的绝对相位的相对的相位。因此，在基础脉冲F(t)的绝对相位未被设定为0的情况下测量的信号脉冲S(t)的绝对相位可能与实际值不同。
以上，对将基础脉冲F(t)延迟相当于时间延迟τ而调整基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t)的时间延迟τ的实施例，但是，相反地，还可以将信号脉冲S(t)延迟相当于时间延迟τ，从而即使利用基础脉冲F(t)以及时间延迟的信号脉冲S(t+τ)也能够获取同样的结果。
图6至图10是示出根据本发明的一实施例中的从根据时间延迟而测量的电离变化量获取输入光波的波形的过程的图形。
如在上文中描述，在本发明中，电离变化量δN(t)可以表示为：电离率w(t)与信号脉冲S(t)的电场强度ES(t)相对于基础脉冲F(t)的电场强度的互相关函数。图6至图10示出根据如上所述的互相关函数而实际上根据基础脉冲及信号脉冲的时间延迟而获取信号脉冲的波形的过程。
例如，如图6至图10的图形402a至402e所示，将信号脉冲42从右侧向左侧移动，并在其与基础脉冲44重叠时计算电离率w(t)46，从而将根据时间延迟而获取的电离变化量δN(t)48值表示在图形402a至402e中，则能够获取信号脉冲S(t)的波形。
图11是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
参照图11，输入光波LW(t)入射到脉冲分离部304，从而被分离为基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)。图12是图示于图11的脉冲分离部304的正面图。参照图11和图12，脉冲分离部304具有第一区域304a和第二区域304b。第一区域304a和第二区域304b之间形成有空的空间，因此基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)可以被分离。
在本发明中，第二区域304b具有比第一区域304a小的表面积。其原因在于，第一区域304a和第二区域304b的表面积分别确定基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)的强度。在本发明中第二区域304b的表面积可以以如下方式被设定：从第二区域304b生成的信号脉冲S(t)的强度成为基础脉冲F(t)的强度的最小比率至最大比率之间。作为参考，第一区域304a和第二区域304b可以具有非图12所示的圆形的其他形状。并且，第二区域304b的位置也可以根据实施例而不同。
另外，如图11所示，第二区域304b与时间延迟调整部302连接。时间延迟调整部302根据箭头32方向而使第二区域304b移动，从而使信号脉冲S(t)延迟相当于时间延迟τ。在此，时间延迟τ可以根据第二区域304b的移动方向以及移动长度而被确定。
重新参照图11，由脉冲分离部304生成的基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t+τ)入射到聚焦部306。借助聚焦部306而聚焦到聚焦地点34的基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t+τ)与存在于聚焦地点34的电离物质产生反应，从而生成电子和/或离子。
电离量测量部308根据在聚焦地点34通过基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t+τ)生成的电子和/或离子测量电离量。并且，本发明的光波测量装置从通过电离量测量部308获取的电离变化量δN(τ)获取输入光波LW(t)的波形。
图13是根据本发明的又一实施例的光波测量装置的构成图。
参照图13，输入光波LW(t)入射到脉冲分离部504，从而被分离为基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)。在图13的实施例中，在局部区域形成穿孔的聚焦透镜和包含在其内部的聚焦透镜作为脉冲分离部504而被使用。脉冲分离部504使输入光波LW(t)反射，从而生成基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t)。
图示于图13的脉冲分离部504包括第一区域504a和第二区域504b。如上所述的脉冲分离部504的截面可以如图12地形成。并且，如在上文中描述地，第二区域504b可以具有小于第一区域504a的表面积。其原因在于，第一区域504a和第二区域504b的表面积分别确定基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t)的强度。在本发明中，第二区域504b的表面积可以以如下方式被设定：从第二区域504b生成的信号脉冲S(t)的强度成为基础脉冲F(t)的强度的最小比率至最大比率之间。
另外，如图13所示，第二区域504b与时间延迟调整部502连接。时间延迟调整部502根据箭头52方向而使第二区域504b移动，从而使信号脉冲S(t)延迟相当于时间延迟τ。在此，时间延迟τ可以根据第二区域504b的移动方向以及移动长度而被确定。
重新参照图13，由脉冲分离部504生成的基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t+τ)借助脉冲分离部504入射到聚焦地点54。即，在图13的实施例中，由于脉冲分离部504具有使基础脉冲F(t)以及信号脉冲S(t+τ)聚焦的功能，因此如图11所示地，无需单独地配备聚焦部306。
电离量测量部506从在聚焦地点54通过基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t+τ)生成的电子和/或离子测量电离量。并且，本发明的光波测量装置从通过电离量测量部506根据时间延迟而获取的电离变化量获取输入光波LW(t)的波形。
图14是根据本发明的一实施例的光波测量方法的流程图。
参照图14，本发明的光波测量装置首先将输入光波分离为基础脉冲以及信号脉冲(902)。此时，使信号脉冲的强度成为基础脉冲的强度的最小比率至最大比率之间。
之后，光波测量装置调整基础脉冲和信号脉冲之间的时间延迟(904)。接着，光波测量装置将时间延迟得到调整的基础脉冲和信号脉冲聚焦在电离物质上(906)。之后，光波测量装置从由聚焦的基础脉冲和信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量(908)。接着，光波测量装置根据时间延迟而获取借助信号脉冲变化的电离变化量，并获取输入光波的波形(910)。
以上，对从电离变化量测量信号脉冲的波形的方法进行了说明，所述电离变化量利用基础脉冲和信号脉冲来根据时间延迟而进行测量，在这里，将仅利用基础脉冲电离的电离量N0假设为常数。
但是，存在一种根据实施例而基础脉冲的强度受到周围环境的影响而随时间变化的情形。在此情况下，仅利用基础脉冲电离的电离量N0值根据时间延迟而改变，从而成为N0(τ)。因此，存在着难以根据信号脉冲S(t)测量电离变化量δN(τ)的问题。
以下，参照图15和图16，对采用用于解决上述问题的查分测量(differentialmeasurement)的实施例进行说明。
图15是根据本发明的又一实施例的应用查分测量法的光波测量装置的构成图。
参照图15，输入光波LW(t)入射到脉冲分离部602而被分离为基础脉冲和信号脉冲。根据实施例，可以通过分散调整部603a和603b调整基础脉冲和/或信号脉冲的分散。根据实施例，脉冲强度调整部608调整信号脉冲的强度。
信号脉冲被第一镜子606a、第二镜子606b、第三镜子606c、第四镜子606d反射。基础脉冲被时间延迟调整部604调整时间延迟。在图15中，脉冲分离部602、分散调整部603a和603b、脉冲强度调整部608、第一镜子606a、第二镜子606b、第三镜子606c、第四镜子606d和时间延迟调整部604的功能与图2的实施例相同。
由时间延迟调整部604施加的基础脉冲被第一脉冲分离部609分离成第一基础脉冲F1(t-τ)以及第二基础脉冲F2(t-τ)。此时，优选地，第一基础脉冲F1(t-τ)和第二基础脉冲F2(t-τ)被分离为相同的形状和强度。需要时，还可以额外地配备用于补偿由第一脉冲分离部609产生的基础脉冲和信号脉冲的分散差异的分散调整部(未示出)。
分离的第一基础脉冲F1(t-τ)和由第四镜子606d反射的信号脉冲S(t)的路径借助脉冲结合部610而变得与第一基础脉冲F1(t-τ)的路径一致。变得一致的第一基础脉冲F1(t-τ)和信号脉冲S(t)借助第一聚焦部612a而被聚焦到第一电离物质所在的聚焦地点64a。
第一电离量测量部614a基于由通过聚焦的第一基础脉冲F1(t-τ)和信号脉冲S(t)而从第一电离物质产生的电子和/或离子生成的电流的大小，来测量基于时间延迟的电离量N0(τ)+δN(τ)。
另外，分离的第二基础脉冲F2(τ-τ)被第二聚焦部612b被聚焦到第二电离物质所在的聚焦地点64b。第二电离量测量部614b基于由通过聚焦的第二基础脉冲F2(τ-τ)而从第二电离物质生成的电子和/或离子生成的电流的大小，根据时间延迟而测量电离量N0(τ)。
若利用由第一电离量测量部614a测量的电离量N0(τ)+δN(τ)以及由第二电离量测量部614b测量的电离量N0(τ)，则能够减小随时间延迟而变化的N0(τ)的影响。例如，若计算出(N0(τ)+δN(τ))/N0(τ)-1，则能够得出标准化的(normalized)电离变化量，即δN(τ)/N0(τ)。
当输入光波的强度受到周围环境的影响而随着时间延迟而变化时，δN(τ)和N0(τ)会一同变化。若利用在第一电离量测量部614a测出的电离量N0(τ)+δN(τ)以及在第二电离量测量部614b测出的N0(τ)而算出标准化的电离变化量δN(τ)/N0(τ)，则消除周围环境变化的影响，从而能够更稳定地获取输入光波的波形。即，代替δN(t)而在所述[数学式3]或[数学式4]的左边代入标准化的电离变化量δN(τ)/N0(τ)，从而能够通过如上所述的方法获取信号脉冲的波形。因此，本发明的光波测量装置利用在第一电离量测量部614a测量的电离量N0(τ)+δN(τ)以及在第二电离量测量部614b测量的电离量N0(τ)而计算出标准化的电离变化量δN(τ)/N0(τ)，从而获取信号脉冲的波形。
图16是根据本发明的又一实施例的适用查分测量法的光波测量装置的构成图。
参照图16，输入光波LW(t)入射到脉冲分离部704并分离为基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t)。此时，时间延迟调整部702调整信号脉冲S(t)的时间延迟。最终，时间延迟的信号脉冲S(t+τ)以及基础脉冲F(t)借助脉冲分离部704而聚焦到第一电离物质所在的聚焦地点74a。
第一电离量测量部706a由通过基础脉冲F(t)和信号脉冲S(t+τ)而在第一电离物质生成的电子和/或离子，根据时间延迟而测量电离量N0(τ)+δN(τ)。
经过第一电离物质所在的地点的基础脉冲以及信号脉冲会重新变大。此时，由于第二聚焦部705，在第二电离物质所在的聚焦地点74b，只有基础脉冲会选择性地聚焦。第二电离量测量部706b利用仅由聚焦的基础脉冲生成的电子和/或离子而根据时间延迟测量电离量N0(τ)。
当光波的强度因受到周围环境变化的影响而随时间延迟而变化时，δN(τ)和N0(τ)会一同变化。若利用由第一电离量测量部706a测量的电离量N0(τ)+δN(τ)以及由第二电离量测量部706b测量的电离量N0(τ)而计算出标准化的电离变化量δN(τ)/N0(τ)，则消除周围环境变化的影响，从而能够稳定地测量光波。因此，本发明的光波测量装置利用在第一电离量测量部706a测量的电离量N0(τ)+δN(τ)以及在第二电离量测量部706b测量的电离量N0(τ)而计算出标准化的电离变化量δN(τ)/N0(τ)，从而获取信号脉冲的波形。
图17是根据现有技术(petahertz光学示波方法)和本发明的方法而测量的极超短激光脉冲的波形的图形，图18是示出根据图示于图17的测量值计算的光谱的振幅和相位值的图形。
作为参考，图17和图18的实验结果是，通过将具有730纳米(nm)的中心波长以及5飞秒(fs)的脉冲宽度的极超短激光脉冲使用为输入光波，并将5mbar压力的氙气体作为电离物质而使用并获取的结果。并且，基础脉冲的强度为1×1013W/cm2，信号脉冲的电场强度为基础脉冲的电场强度的3％。
在图17中，分别图示有通过根据本发明的光波测量方法测量的极超短激光脉冲的波形1002以及根据现有技术测量的极超短脉冲的波形1004，并且在图18中，还分别图示有根据本发明的光波测量方法而测量的波形1002的光谱的振幅1202和相位1102，以及根据现有技术测量的波形1004的光谱的振幅1204和相位1104。并且，在图18中，为了比较，还图示有利用光栅分光计(grating spectrometer)测量的光谱的振幅1206。
如可通过图17和图18得出，即使对同一个激光脉冲通过根据本发明的光波测量方法进行测量，也能够获取与现有的测量方法几乎类似的结果。
最终，根据本发明，能够实现更简单的构成，并能够无现有技术所具有的限制事项而准确地测量光波的波形。
本发明所属的技术领域中具有基本知识的人，能够在不脱离本发明的技术思想的范围内对上述的本发明实现多种置换、变形和变更，因此并不局限于上述的实施例以及所附附图。
Claims (12)
1.一种光波形测量装置，其中，包括：
脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲；
脉冲强度调整部，调整所述基础脉冲的强度和/或所述信号脉冲的强度，其中，所述信号脉冲的强度是所述基础脉冲强度的0.1％～20％；
时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；
聚焦部，将调整时间延迟的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；以及
电离量测量部，通过聚焦的所述基础脉冲以及所述信号脉冲从所述电离物质生成的电子和/或离子测量流入电极的电流的大小，并基于测量的电流的大小测量电离量，
其中，所述光波形测量装置从电离变化量获取所述输入光波的波形，并且所述信号脉冲的强度小于所述基础脉冲的强度，所述电离变化量基于根据时间延迟的所述信号脉冲而变化。
2.如权利要求1所述的光波形测量装置，其中，
所述输入光波的波形由通过下述的[数学式3]计算出的信号脉冲的波形获取：
[数学式3]
在所述[数学式3]中，δN(τ)表示根据所述时间延迟τ而由于信号脉冲变化的所述电离变化量，N(τ)表示根据时间间距τ而测量的所述电离量，N0表示仅利用基础脉冲生成的所述电离量，g(t-τ)表示针对所述基础脉冲(F(t-τ))的所述强度的电离率的微分值，ES(t)表示信号脉冲的波形。
3.如权利要求1所述的光波形测量装置，其中，
所述电离物质包括气体、金属或者布置于基板上的纳米结构物。
4.如权利要求1所述的光波形测量装置，其中，
所述脉冲分离部包括第一区域和第二区域，
所述第一区域使所述输入光波的一部分反射而生成基础脉冲，以及
所述第二区域使所述输入光波的一部分反射而生成信号脉冲。
5.如权利要求4所述的光波形测量装置，其中，
所述时间延迟调整部使所述第一区域的位置移动或所述第二区域的位置移动，从而调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟。
6.如权利要求1所述的光波形测量装置，其中，包括：
第二脉冲分离部，使所述基础脉冲分离为第一基础脉冲和第二基础脉冲；
第二聚焦部，使所述第二基础脉冲聚焦到第二电离物质；以及
第二电离量测量部，用于测量第二电离量，所述第二电离量产生于被第二基础脉冲所聚焦的第二电离物质，
所述聚焦部将所述第一基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质，
所述电离量测量部测量被所述第一基础脉冲和所述信号脉冲所聚焦的所述电离物质中产生的所述电离量。
7.如权利要求1所述的光波形测量装置，其中，包括：
第二聚焦部，仅将所述基础脉冲聚焦到第二电离物质；以及
第二电离量测量部，测量仅被所述基础脉冲所聚焦的所述第二电离物质中产生的第二电离量。
8.如权利要求6或7所述的光波形测量装置，其中，
通过获取标准化的电离变化量来获取所述输入光波的波形，其中，所述标准化的电离变化量由所述电离量以及所述第二电离量获得。
9.一种光波形测量装置，其中，包括：
脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲，并将所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；
脉冲强度调整部，调整所述基础脉冲的强度和/或所述信号脉冲的强度，其中，所述信号脉冲的强度是所述基础脉冲强度的0.1％～20％；
时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；
电离量测量部，通过聚焦的所述基础脉冲和所述信号脉冲从所述电离物质生成的电子和/或离子测量流入电极的电流的大小，并基于测量的电流的大小测量电离量，
所述光波形测量装置根据所述时间延迟而获取通过所述信号脉冲而变化的电离变化量，从而获取所述输入光波的波形，并且所述信号脉冲的强度小于所述基础脉冲的强度。
10.如权利要求9所述的光波形测量装置，其中，
所述输入光波的波形由通过下述的[数学式3]计算出的信号脉冲的波形获取：
[数学式3]
在所述[数学式3]中，δN(τ)表示根据时间延迟τ而由于信号脉冲变化的所述电离变化量，N(τ)表示根据时间间距τ而测量的所述电离量，N0表示仅利用基础脉冲生成的所述电离量，g(t-τ)表示针对基础脉冲(F(t-τ))的所述强度的电离率的微分值，ES(t)表示信号脉冲的波形。
11.如权利要求9所述的光波形测量装置，其中，
所述脉冲分离部包括第一区域和第二区域，
所述第一区域使所述输入光波的一部分反射而生成基础脉冲，
所述第二区域使所述输入光波的一部分反射而生成信号脉冲。
12.如权利要求11所述的光波形测量装置，其中，还包括：
第二聚焦部，仅将所述基础脉冲聚焦到第二电离物质；以及
第二电离量测量部，用于测量第二电离量，所述第二电离量产生于只被所述基础脉冲聚焦的所述第二电离物质。
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