JP2000088657A - 極短光パルスの波形計測方法 - Google Patents

極短光パルスの波形計測方法

Info

Publication number
JP2000088657A
JP2000088657A JP10256273A JP25627398A JP2000088657A JP 2000088657 A JP2000088657 A JP 2000088657A JP 10256273 A JP10256273 A JP 10256273A JP 25627398 A JP25627398 A JP 25627398A JP 2000088657 A JP2000088657 A JP 2000088657A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
distribution
time
frequency
fourier transform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10256273A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3018173B1 (ja
Inventor
Yoshiki Ichioka
芳樹 一岡
Takeshi Konishi
毅 小西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka University NUC
Original Assignee
Osaka University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka University NUC filed Critical Osaka University NUC
Priority to JP10256273A priority Critical patent/JP3018173B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3018173B1 publication Critical patent/JP3018173B1/ja
Publication of JP2000088657A publication Critical patent/JP2000088657A/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価で強い光強度を要する非線形結晶を使用
することなく、極短光パルスの振幅情報および位相情報
を計測する方法を提供する。 【解決手段】 波形を計測すべき極短パルスレーザ光を
回折格子5に照射し、フーリエ変換レンズ6によって得
られる1次元周波数光分布から時間−周波数変換フィル
タ7および逆フーリエ変換レンズ8で形成される、時間
−周波数展開された超高速走査2次元光分布の強度分布
と、極短パルスレーザ光をコリメートして得られる参照
波面とを空間的に干渉させて得られる干渉縞の強度分布
から、極短パルスレーザ光の波形、すなわち超短光パル
スの周波数分布の時間変化およびその振幅と位相を再生
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、極短光パルス、特
に極短パルスレーザ光の波形、すなわちその時間と周波
数との関係を計測する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信、物理計測などの分野において
は、極短パルスレーザ光の持つ高い時間分解能などの特
性を利用した応用が益々注目されてきている。極短パル
スレーザ光の利用の重要性が高まるのに伴って、超高速
計測技術の役割が必要になってきている。特に、信号の
変調の様子を解析するためには、信号の時間と周波数と
の関係を知ることが非常に重要となる。
【0003】短パルスレーザ光の波形、特にパルス幅の
計測方法としては種々の方法が提案されている。例え
ば、二光子けい光法や高調波発生法などの相関法や、電
子管ストリークカメラを用いる直接法や、光カーセル、
可飽和色素セルなどを用いる光シャッタ法などが提案さ
れている。
【0004】上述した直接法は波形の即時表示や解析が
可能であるが、時間分解能が数百フェムト秒程度である
とともにシステムが非常に高価になる。また、光シャッ
タ法では時間分解能は光シャッタの応答速度によって制
限され、数ピコ秒程度である。一方、相関法は、光パル
ス強度波形の自己相関を測定し、その相関幅からパルス
幅を測定する方法であり、色素溶液を用いる二光子けい
光法や、非線形結晶を用いる高調波発生法があり、最高
時間分解能が10-14 〜10-13 秒(10〜1001フェムト秒)
と高い利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、極短
パルスレーザ光の波形を計測するにはできるだけ時間分
解能が高い計測法が望ましいので、現在の超高速計測技
術では、非線形結晶を用いた高調波発生法が中心となっ
ている。この非線形結晶を用いた光時間ゲートは、極短
パルスレーザ光と非線形結晶の速い時間応答を利用する
ことで上述したようにきわめて高い時間分解能が得られ
るが、基本的に強度相関法に基づいているので、位相情
報を容易に得ることができないという欠点がある。ま
た、この非線形結晶を用いる高調波発生法では、強い光
強度が必要であり、光強度の弱い極短パルスレーザ光で
は信頼性のある計測を行なうことができないという欠点
もある。さらに、この高調波発生法で使用する非線形結
晶は特別のものであり、高価であるという欠点もある。
【0006】本発明の目的は、上述した従来の極短パル
スレーザ光の計測方法の欠点を解消し、高価で強い光強
度を必要とする非線形結晶を使用することなく、信号の
振幅情報のみならず位相情報をも計測することができ、
しかも計測の自由度が高い極短パルスレーザ光の波形計
測方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による極短光パル
スの波形計測方法は、極短光パルスを分散素子に照射
し、この分散素子で分散された光波を1次元フーリエ変
換光学系によって1次元周波数光分布に変換し、この1
次元周波数光分布を時間−周波数変換フィルタによって
フィルタリングし、得れる光波を逆フーリエ変換光学系
に通して時間−周波数展開された超高速走査2次元光分
布を求め、この超高速走査2次元光分布と極短光パルス
をコリメートして得られる参照波面とを空間的に干渉さ
せて得られる干渉縞の強度分布から、極短光パルスの波
形、すなわち超短光パルスの周波数分布の時間変化およ
びその振幅と位相を再生することを特徴とするものであ
る。本発明による極短パルスレーザ光の波形計測方法の
好適な実施例においては、極短パルスレーザ光を回折格
子に照射し、フーリエ変換レンズによって得られる1次
元周波数光分布から時間−周波数変換フィルタおよび逆
フーリエ変換レンズで形成される、時間−周波数展開さ
れた超高速走査2次元光分布と、極短パルスレーザ光を
コリメートして得られる参照波面とを空間的に干渉させ
て得られる干渉縞の強度分布から、極短パルスレーザ光
の波形を再生する。すなわち、干渉縞の強度分布と縞間
隔を解析することによって極短パルスレーザ光の振幅情
報と位相情報を得ることができる。
【0008】このような本発明による極短光パルスの波
形計測方法は、極短光パルスの波形を直接的に計測する
ものであるから、上述した非線形結晶を使用する必要は
ないので、コストを低減できるとともに弱い光強度でも
計測が可能である。また、極短光パルスの振幅情報のみ
ならず位相情報をも計測することができる。さらに、最
高時間分解能は用いる参照パルス光のパルス幅で決ま
り、10-15 〜10-13 秒(数フェムト〜100フェムト
秒)と高いものである。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による極短光パル
スの波形計測方法を実施するための時間−2次元空間変
換光学系の構成を示すものである。この時間−2次元空
間変換光学系1では、回折格子などの分散素子、1次元
の空間フィルタリングシステム、時間−周波数フィルタ
を用いることにより計測対象である極短光パルス、本例
では極短パルスレーザ光、すなわち時間信号を2次元空
間信号に変換することができる。
【0010】計測すべき極短パルスレーザ光2を球面レ
ンズ3および4によって平面波とし、この平面波化した
信号光を、分散素子である回折格子5に適当な角度で斜
め入射させる。このとき、入射された信号光は回折の式
に基づく方向に偏向される。また、信号光は回折格子5
に斜め入射されるので、回折格子上での入射位置によっ
て、時間的な遅延が生じることになる。その結果、光波
の伝搬方向(波数ベクトル)と空間的な位相分布(波
面)とは直交せず、入射角度に等しい傾きを以て交叉す
ることになる。
【0011】このようにして回折格子5から得られる光
波を1次元フーリエ変換光学系を構成する円筒レンズ6
により水平方向成分に対してフーリエ変換することによ
り信号光のスペクトル分布がフィルタ面101に空間分
布として得られる。このスペクトル分布を時間−周波数
変換フィルタ7を用いてフィルタリングする。この時間
−周波数変換フィルタ7は、切り出す周波数成分の周波
数が垂直方向に見て順次に増加するように設計したもの
とすることができる。また、この時間−周波数変換フィ
ルタ7の透過率分布を変化させることにより、どのよう
な周波数成分を垂直方向のどのような位置に切り出すか
を設定することができる。
【0012】上述したように、時間−周波数変換フィル
タ7によってフィルタリングされた光波を1次元逆フー
リエ変換光学系を構成する円筒レンズ8により水平方向
成分に対して逆フーリエ変換することにより、出力面1
02上に水平方向には時間遅延の分布、垂直方向には切
り出されたスペクトル成分の分布が対応する光波の分布
9が得られる。出力面102上では、信号光の波面が傾
いているので、出力面上の異なる位置への到達時間に差
が生じる。その結果、出力面上では光波分布が時間とと
もに走査する。したがって、出力面102上で得られる
光波分布9は超高速走査2次元光分布とも称されるもの
である。
【0013】このような時間−2次元空間変換光学系1
によって得られる光波分布9、すなわち超高速走査2次
元空間信号は、入力時間信号の光スペクトログラムと考
えることができるので、以後光スペクトログラムとも称
することにする。この光スペクトログラム9では、水平
軸方向に生じる時間遅延の結果、時間波形が瞬間的な空
間分布として得られている。このような時間−2次元空
間変換によって得られる光スペクトログラム9は、光軸
方向に波数ベクトルを持ち、水平軸方向に線形な時間遅
延を持っている。
【0014】図2Aは、上述したようにして得られた光
スペクトログラム9の波面に対して適当な角度を持つフ
ーリエ変換限界パルス波面10(参照TLパルス平面
波)を出力面102に入射した様子を斜めから見たもの
であり、図2Bおよび2Cは、それぞれY軸およびZ軸
の方向から見た図面である。図1に示した時間−2次元
空間変換光学系1によって得られる光信号の水平方向の
時間遅延に対して水平方向に異なる時間遅延部分と交叉
するような平面103を考え、この平面103と波面が
一致するように参照TLパルス平面波10を入射する。
【0015】この参照TLパルス平面波10は、光スペ
クトログラム9とは異なる波数を持つので、光スペクト
ルグラム面に信号が存在する場合には、上述した平面1
03において空間的な干渉縞が得られる。平面103上
には、異なる時間遅延に対応した信号成分が存在するの
で、この干渉縞の空間的な分布が光スペクトログラム9
における時間的な強度分布に対応している。したがっ
て、空間的な干渉による時間−2次元空間変換のための
光時間ゲートを実現することが可能となり、干渉縞の空
間的な分布を解析することによって計測すべき極短パル
スレーザ光の振幅情報を得ることができる。また、参照
TLパルス平面波10の位相を基準にして干渉縞を解析
することによって計測時間信号の位相情報を得ることが
できる。
【0016】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例では、分散素子として回折格子を用
いたが、他の分散素子を用いることもできる。また、上
述した実施例では、フーリエ変換光学系および逆フーリ
エ変換光学系として円筒レンズを用いたが、他の光学素
子を用いることもできる。
【0017】
【発明の効果】上述したように、本発明による極短パル
スレーザ光の計測方法によれば、従来の高調波発生法の
ように特殊で高価な非線形結晶を用いないので、コスト
を低減することができるとともに光強度が弱い場合でも
信頼性の高い計測を行なうことができる。また、本発明
による極短パルスレーザ光の波形計測方法は、強度相関
法ではないので、信号の振幅情報のみならず位相情報を
も計測することができる。
【0018】さらに、時間−周波数解析の結果として、
光信号に含まれる時間と周波数の分布を同時に計測する
ことができる。このとき使用する時間−周波数変換フィ
ルタを変えるだけで様々な解析(例えばマルチリゾリュ
ーショナル解析)を行なうことができるので、計測の自
由度が高いという利点もある。さらにまた、計測結果を
直接的に表示することができるので、有用な情報を迅速
にしかも分かりやすく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による極短パルスレーザ光の波
形計測方法で使用する時間−2次元空間変換光学系の一
例の構成を示す線図である。
【図2】図2A、2Bおよび2Cは、時間−2次元空間
変換により得られる光スペクトログラムの波面と、参照
パルス波面とを空間的に干渉させた様子を示す線図であ
る。
【符号の説明】
1 時間−2次元空間変換光学系、 2 極短パルスレ
ーザ光、3,4 球面レンズ、 5 回折格子、 6,
8 円筒レンズ、7 時間−周波数変換フィルタ、 9
光スペクトログラム、10 参照TLパルス平面波、
11 干渉縞、 100 入射面、101 フィルタ
面、 102 出力面、 103 干渉面
【手続補正書】
【提出日】平成11年7月15日(1999.7.1
5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による極短光パル
スの波形計測方法は、極短光パルスを分散素子に照射
し、この分散素子で分散された1次元フーリエ変換光学
系によって1次元周波数光分布に変換し、この1次元周
波数光分布を時間―周波数変換フィルタによってフィル
タリングし、得られる光波を逆フーリエ変換光学系に通
して得られる時間―周波数展開された超高速走査2次元
光分布と、フーリエ変換限界パルス波面とを空間的に干
渉させて得られる干渉縞の強度分布から、極短光パルス
の周波数分布の時間およびその振幅並びに位相を再生す
ることを特徴とするものである。本発明による極短パル
スレーザ光の波形計測方法の好適な実施例においては、
極短パルスレーザ光を回折格子に照射し、フーリエ変換
レンズによって得られる1次元周波数光分布から時間−
周波数変換フィルタおよび逆フーリエ変換レンズで形成
される、時間−周波数展開された超高速走査2次元光分
布と、極短パルスレーザ光をコリメートして得られるフ
ーリエ変換限界パルス波面とを空間的に干渉させて得ら
れる干渉縞の強度分布から、極短パルスレーザ光の波形
を再生する。すなわち、干渉縞の強度分布と縞間隔を解
析することによって極短パルスレーザ光の振幅情報と位
相情報を得ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 極短光パルスを分散素子に照射し、この
    分散素子で分散された光波を1次元フーリエ変換光学系
    によって1次元周波数光分布に変換し、この1次元周波
    数光分布を時間−周波数変換フィルタによってフィルタ
    リングし、得れる光波を逆フーリエ変換光学系に通して
    時間−周波数展開された超高速走査2次元光分布と極短
    光パルスをコリメートして得られる参照波面とを空間的
    に干渉させて得られる干渉縞の強度分布から、極短光パ
    ルスの周波数分布の時間およびその振幅並びに位相を再
    生することを特徴とする極短光パルスの波形計測方法。
  2. 【請求項2】 前記分散素子として回折格子を用いるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の極短光パルスの波形計
    測方法。
  3. 【請求項3】 前記1次元フーリエ変換光学系および逆
    フーリエ変換光学系としてそれぞれ円筒レンズを用いる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の極短光パル
    スの波形計測方法。
  4. 【請求項4】 前記時間−周波数変換フィルタとして、
    透過率分布が異なるものを準備し、前記1次元フーリエ
    変換光学系から出力される光波の周波数成分を垂直方向
    のどのような位置に切り出すかを任意に設定することを
    特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の極短光パルス
    の波形計測方法。
JP10256273A 1998-09-10 1998-09-10 極短光パルスの波形計測方法 Expired - Lifetime JP3018173B1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10256273A JP3018173B1 (ja) 1998-09-10 1998-09-10 極短光パルスの波形計測方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10256273A JP3018173B1 (ja) 1998-09-10 1998-09-10 極短光パルスの波形計測方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP3018173B1 JP3018173B1 (ja) 2000-03-13
JP2000088657A true JP2000088657A (ja) 2000-03-31

Family

ID=17290364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10256273A Expired - Lifetime JP3018173B1 (ja) 1998-09-10 1998-09-10 極短光パルスの波形計測方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3018173B1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006038632A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Olympus Corp 時間分解分光装置
JP2006038577A (ja) * 2004-07-26 2006-02-09 Olympus Corp 時間分解分光装置
JP2006275908A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Olympus Corp 信号光パルス多重化ユニット及びそれを用いた時間分解計測装置
US7385693B2 (en) 2004-06-21 2008-06-10 Olympus Corporation Microscope apparatus
US7936512B2 (en) 2006-10-30 2011-05-03 Osaka University Optical gating system using moiré effect
CN109445018A (zh) * 2018-10-24 2019-03-08 武汉理工大学 再生弱光栅阵列的制备方法及系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5158810B2 (ja) 2009-03-02 2013-03-06 国立大学法人大阪大学 波形再構成装置、波形再構成システム及び波形再構成方法
CN112334110B (zh) 2018-06-29 2022-07-08 尤妮佳股份有限公司 吸收性物品用的透液性片材

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7385693B2 (en) 2004-06-21 2008-06-10 Olympus Corporation Microscope apparatus
JP2006038577A (ja) * 2004-07-26 2006-02-09 Olympus Corp 時間分解分光装置
JP2006038632A (ja) * 2004-07-27 2006-02-09 Olympus Corp 時間分解分光装置
JP2006275908A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Olympus Corp 信号光パルス多重化ユニット及びそれを用いた時間分解計測装置
US7936512B2 (en) 2006-10-30 2011-05-03 Osaka University Optical gating system using moiré effect
CN109445018A (zh) * 2018-10-24 2019-03-08 武汉理工大学 再生弱光栅阵列的制备方法及系统
CN109445018B (zh) * 2018-10-24 2020-01-31 武汉理工大学 再生弱光栅阵列的制备方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP3018173B1 (ja) 2000-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6504612B2 (en) Electromagnetic wave analyzer
US7738111B2 (en) Ultrafast chirped optical waveform recording using referenced heterodyning and a time microscope
US11821793B2 (en) Dispersion measuring device, pulse light source, dispersion measuring method, and dispersion compensating method
EP3438625B1 (en) Pulsed light waveform measurement method and waveform measurement device
US9013705B2 (en) Ultrafast chirped optical waveform recorder using a time microscope
JPS6254284A (ja) 光学的特性の強調を行なう装置
US6204926B1 (en) Methods and system for optically correlating ultrashort optical waveforms
Potenza et al. Three dimensional imaging of short pulses
JP3018173B1 (ja) 極短光パルスの波形計測方法
JP4834211B2 (ja) 光学干渉計用の光束の波面を分析する方法及び装置
US20240110833A1 (en) Dispersion measurement apparatus and dispersion measurement method
Doughty et al. Considerations in upconversion: A practical guide to sum-frequency generation spectrometer design and implementation
EP4194840A1 (en) Dispersion measurement device and dispersion measurement method
US20230304926A1 (en) Time response measurement apparatus and time response measurement method
Velghe et al. Accurate and highly resolving quadri-wave lateral shearing interferometer, from visible to IR
Berinato Acousto-optic tapped delay-line filter
Lassonde et al. Information transfer via temporal convolution in nonlinear optics
JP3102811B2 (ja) 超高速光波形測定法
US20230304923A1 (en) Optical property measurement apparatus and optical property measurement method
JP2022030729A (ja) テラヘルツ波形検出装置、テラヘルツ波形の検出方法
Huferath-von Luepke et al. Noncollinear autocorrelation with radially symmetric nondiffracting beams
RU1831710C (ru) Способ измерени статистических характеристик пол флуктуации плотности и устройство дл его реализации
CN107436197A (zh) 大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪
Panasenko et al. Real-time synthesis and detection of ultrafast optical waveform
Voskresenskii et al. The Influence of Uncertainties on Electrooptical Arrays

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19991130

EXPY Cancellation because of completion of term