JP2005106751A - Phase characteristic measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase characteristic measuring device which can accurately and easily measure phase characteristics of a light pulse to be measured even in the case of low wavelength resolution of a spectroscopic measuring part. <P>SOLUTION: A double light pulse outputted from a double light pulse generating part 10 and a chirp light pulse outputted from a chirp imparting part 20 are inputted to a sum frequency light generating part 30 so that a sum frequency light is generated. The double light pulse outputted from the double light pulse generating part 10 is inputted to a higher harmonic light generating part 40 so that a higher harmonic light is generated. Either of the sum frequency light or higher harmonic light is selected by a selection part 60, and the selected light is inputted to a spectroscopic measuring part 50 to be spectroscopically measured thereby. Based on the result of spectroscopic measurement of the higher harmonic light by the spectroscopic measuring part 50, the result of spectroscopic measurement of the sum frequency light by the spectroscopic measuring part 50 is corrected by an analysis part 70, and the result of spectroscopic measurement of the sum frequency light corrected is analyzed to measure the phase characteristics of the light pulse to be measured. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光パルスの位相特性を測定する位相特性測定装置に関するものである。   The present invention relates to a phase characteristic measuring apparatus for measuring a phase characteristic of an optical pulse.

光パルス波形を時間領域で測定する装置としてストリークカメラが知られている。ストリークカメラは、被測定光パルスを光電変換面に入力して光電子を発生させ、この光電子を1対の偏向板の間を通過させて蛍光面に入射させるとともに、光パルスの発生タイミングに同期した掃引電圧を1対の偏向板の間に印加する。これにより、光パルスの強度の時間的変化は、蛍光面上の蛍光強度の空間的変化として観察される。しかし、パルス幅が短い光パルスの波形を測定しようとする場合には、ストリークカメラは、時間分解能が不足していることから、光パルス波形を時間領域で測定することができない。   A streak camera is known as an apparatus for measuring an optical pulse waveform in the time domain. A streak camera inputs a light pulse to be measured to a photoelectric conversion surface to generate photoelectrons, passes the photoelectrons between a pair of deflecting plates and enters a fluorescent screen, and sweeps voltage synchronized with the generation timing of the light pulse. Is applied between a pair of deflection plates. Thereby, a temporal change in the intensity of the light pulse is observed as a spatial change in the fluorescence intensity on the phosphor screen. However, when trying to measure the waveform of an optical pulse with a short pulse width, the streak camera cannot measure the optical pulse waveform in the time domain because the time resolution is insufficient.

そこで、スペクトル領域で被測定光パルスの振幅および位相を測定して、この測定結果に基づいて時間領域での光パルス波形を再構成する位相特性測定技術が知られている。このような技術の1つであるSPIDER(spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction)技術は、被測定光パルスから生成されるダブル光パルスとチャープ光パルスとの和周波光スペクトルを分光計測部により測定して、この分光測定結果に基づいて被測定光パルスの位相特性を測定するものである(例えば非特許文献1を参照)。
Chris Iaconis, et al., "Self-Referencing Spectral Interferometry for Measuring Ultrashort Optical Pulses", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.35, No.4, pp.501-509 (1999)
Therefore, a phase characteristic measurement technique is known in which the amplitude and phase of the optical pulse to be measured are measured in the spectral domain, and the optical pulse waveform in the time domain is reconstructed based on the measurement result. SPIDER (spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction) technology, which is one of such technologies, uses a spectroscopic measurement unit to calculate the sum frequency light spectrum of a double light pulse and a chirped light pulse generated from a measured light pulse. The phase characteristic of the light pulse to be measured is measured based on the spectroscopic measurement result (see, for example, Non-Patent Document 1).
Chris Iaconis, et al., "Self-Referencing Spectral Interferometry for Measuring Ultrashort Optical Pulses", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.35, No.4, pp.501-509 (1999)

ところで、和周波光スペクトルにおける細かい干渉縞を高精度に測定するには、分光計測部は高い波長分解能を必要とする。また、被測定光パルスのパルス幅が10fs程度である場合、ダブル光パルスとチャープ光パルスとの和周波光スペクトルは100nm程度の拡がりを有していることから、分光計測部は広いスペクトル測定レンジをも必要とする。すなわち、分光計測部は、和周波光スペクトルを高精度に測定するには、高い波長分解能および広いスペクトル測定レンジの双方を必要とする。   By the way, in order to measure fine interference fringes in the sum frequency light spectrum with high accuracy, the spectroscopic measurement unit requires high wavelength resolution. Further, when the pulse width of the light pulse to be measured is about 10 fs, the sum frequency light spectrum of the double light pulse and the chirp light pulse has a spread of about 100 nm, so the spectroscopic measurement unit has a wide spectrum measurement range. Is also required. That is, the spectroscopic measurement unit requires both high wavelength resolution and a wide spectrum measurement range in order to measure the sum frequency light spectrum with high accuracy.

しかし、高い波長分解能および広いスペクトル測定レンジの双方が可能な分光計測部として用いられ得る分光器は高価である。また、被測定光パルスのパルス幅が更に狭い場合には、分光器に対する要求仕様は更に厳しくなる。このように、上記SPIDER技術を用いた場合であっても、被測定光パルスが超短パルス幅であるときには、被測定光パルスの位相特性を高精度に測定することは困難である。   However, a spectroscope that can be used as a spectroscopic measurement unit capable of both high wavelength resolution and a wide spectrum measurement range is expensive. Further, when the pulse width of the light pulse to be measured is narrower, the required specification for the spectroscope becomes more severe. Thus, even when the above-mentioned SPIDER technique is used, it is difficult to measure the phase characteristics of the measured light pulse with high accuracy when the measured light pulse has an ultrashort pulse width.

図8は、従来の位相特性測定装置の問題点を説明する図である。ここでは、被測定光パルスのパルス幅を5fsとして、シミュレーションによる計算結果が示されている。図8(a)は、十分に高い波長分解能を有する分光計測部により測定される和周波光スペクトルS1と、低い波長分解能を有する分光計測部により測定される和周波光スペクトルS2と、を示す。図8(b)は、十分に高い波長分解能を有する分光計測部により測定される和周波光スペクトルS1の解析により得られる位相特性P1と、低い波長分解能を有する分光計測部により測定される和周波光スペクトルS2の解析により得られる位相特性P2と、を示す。また、図8(b)は被測定光パルスの強度スペクトルIをも参考のために示すが、これはSPIDER技術により得られるものではない。この図から判るように、分光計測部の波長分解能が不足している場合には、分光計測部により測定される和周波光スペクトルS2は、干渉縞の波形の変調度が十分ではない。そして、この和周波光スペクトルS2の解析により得られる位相特性P2は、真の位相特性P1に対して誤差を有している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the problems of the conventional phase characteristic measuring apparatus. Here, the calculation result by simulation is shown by setting the pulse width of the light pulse to be measured to 5 fs. FIG. 8A shows a sum frequency light spectrum S1 measured by a spectroscopic measurement unit having a sufficiently high wavelength resolution and a sum frequency light spectrum S2 measured by a spectroscopic measurement unit having a low wavelength resolution. FIG. 8B shows a phase characteristic P1 obtained by analyzing the sum frequency light spectrum S1 measured by a spectroscopic measurement unit having a sufficiently high wavelength resolution, and a sum frequency measured by a spectroscopic measurement unit having a low wavelength resolution. The phase characteristic P2 obtained by the analysis of the optical spectrum S2 is shown. FIG. 8B also shows the intensity spectrum I of the light pulse to be measured for reference, but this is not obtained by the SPIDER technique. As can be seen from this figure, when the wavelength resolution of the spectroscopic measurement unit is insufficient, the sum frequency light spectrum S2 measured by the spectroscopic measurement unit does not have a sufficient degree of modulation of the interference fringe waveform. The phase characteristic P2 obtained by the analysis of the sum frequency light spectrum S2 has an error with respect to the true phase characteristic P1.

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、分光計測部の波長分解能が低い場合であっても被測定光パルスの位相特性を容易に高精度に測定することができる位相特性測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of easily and accurately measuring the phase characteristics of the optical pulse to be measured even when the wavelength resolution of the spectroscopic measurement unit is low. An object is to provide a characteristic measuring apparatus.

本発明に係る位相特性測定装置は、(1) 被測定光パルスを入力し、この被測定光パルスをパルス間隔τのダブル光パルスに変換して、このダブル光パルスを出力するとともに、このパルス間隔τの調整が可能であるダブル光パルス生成部と、(2) プローブ光パルスを入力し、このプローブ光パルスにリニアなチャープを与えてチャープ光パルスに変換し、このチャープ光パルスを出力するチャープ付与部と、(3) ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスと、チャープ付与部から出力されたチャープ光パルスとを入力して、これらダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光を生成し出力する和周波光生成部と、(4) ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスを入力し、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光を生成し出力する高調波光生成部と、(5) 入力した光を分光計測する分光計測部と、(6) 和周波光生成部から出力された和周波光と、高調波光生成部から出力された高調波光との、何れかを選択的に分光計測部へ入力させる選択部と、(7) 和周波光生成部から出力された和周波光が分光計測部により分光計測された結果を、高調波光生成部から出力された高調波光が分光計測部により分光計測された結果に基づいて補正するとともに解析して、被測定光パルスの位相特性を測定する解析部と、を備えることを特徴とする。   The phase characteristic measuring apparatus according to the present invention includes (1) inputting an optical pulse to be measured, converting the optical pulse to be measured into a double optical pulse having a pulse interval τ, and outputting the double optical pulse. Double optical pulse generator that can adjust the interval τ; (2) Input the probe light pulse, give a linear chirp to the probe light pulse, convert it to a chirp light pulse, and output this chirp light pulse The chirping unit, (3) the double optical pulse output from the double optical pulse generation unit, and the chirped optical pulse output from the chirping unit are input, and the optical frequency of each of the double optical pulse and the chirped optical pulse. A sum frequency light generation unit that generates and outputs a sum frequency light having an optical frequency equal to the sum of (4), and inputs a double light pulse output from the double light pulse generation unit, A harmonic light generator that generates and outputs harmonic light having an optical frequency that is twice the optical frequency of the double optical pulse, (5) a spectroscopic measurement unit that spectroscopically measures the input light, and (6) sum frequency light generation A selection unit that selectively inputs either the sum frequency light output from the unit or the harmonic light output from the harmonic light generation unit to the spectroscopic measurement unit; and (7) output from the sum frequency light generation unit. The optical pulse to be measured is corrected and analyzed based on the result of the spectroscopic measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit. And an analysis unit for measuring the phase characteristic of the above.

この位相特性測定装置では、被測定光パルスは、ダブル光パルス生成部に入力してパルス間隔τのダブル光パルスに変換されて、このダブル光パルスがダブル光パルス生成部から出力される。このとき、出力されるパルス間隔τの調整が可能である一方、プローブ光パルスは、チャープ付与部に入力してリニアなチャープが与えられチャープ光パルスに変換され、このチャープ光パルスがチャープ付与部から出力される。ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスと、チャープ付与部から出力されたチャープ光パルスとは、和周波光生成部に入力して、これらダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光が和周波光生成部で生成されて出力される。また、ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスは高調波光生成部に入力して、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光が高調波光生成部で生成されて出力される。和周波光生成部から出力された和周波光と、高調波光生成部から出力された高調波光とのうち、何れかが選択部により選択されて分光計測部へ入力し、分光計測部により分光計測される。そして、解析部により、和周波光生成部から出力された和周波光が分光計測部により分光計測された結果が、高調波光生成部から出力された高調波光が分光計測部により分光計測された結果に基づいて補正されるとともに解析されて、被測定光パルスの位相特性が測定される。   In this phase characteristic measuring apparatus, the optical pulse to be measured is input to the double optical pulse generator, converted into a double optical pulse with a pulse interval τ, and the double optical pulse is output from the double optical pulse generator. At this time, the output pulse interval τ can be adjusted. On the other hand, the probe light pulse is input to the chirp applying unit to be given a linear chirp and converted into a chirped light pulse. The chirped light pulse is converted into the chirped applying unit. Is output from. The double light pulse output from the double light pulse generation unit and the chirp light pulse output from the chirping unit are input to the sum frequency light generation unit, and the optical frequency of each of the double light pulse and the chirp light pulse is input. A sum frequency light having an optical frequency equal to the sum is generated and output by the sum frequency light generator. The double light pulse output from the double light pulse generator is input to the harmonic light generator, and the harmonic light having an optical frequency twice as high as the optical frequency of the double light pulse is generated by the harmonic light generator. Is output. One of the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit and the harmonic light output from the harmonic light generation unit is selected by the selection unit and input to the spectroscopic measurement unit, and the spectroscopic measurement unit performs spectroscopic measurement. Is done. The result of the spectral measurement of the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit by the spectroscopic measurement unit is the result of the spectral measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit. The phase characteristics of the light pulse to be measured are measured by correcting and analyzing based on the above.

本発明に係る位相特性測定装置は、被測定光パルスを2分岐して、その2分岐した一方をダブル光パルス生成部へ入力させ、他方をプローブ光パルスとしてチャープ付与部へ入力させる光分岐部を更に備えるのが好適である。チャープ付与部に入力するプローブ光パルスは、被測定光パルスと同期した他の光源から出力される短パルスの光であってもよいが、上記のような光分岐部が設けられる場合には、ダブル光パルス生成部に入力する被測定光パルスの一部が光分岐部により分岐されて取り出されたものがプローブ光パルスとして用いられる。   The phase characteristic measuring apparatus according to the present invention splits an optical pulse to be measured into two parts, inputs one of the two splits into a double optical pulse generator, and inputs the other into a chirp applying part as a probe optical pulse. It is preferable to further include The probe light pulse input to the chirping unit may be a short pulse of light output from another light source synchronized with the light pulse to be measured, but when a light branching unit as described above is provided, A part of the optical pulse to be measured input to the double optical pulse generator is branched and extracted by the optical branching unit and used as the probe optical pulse.

本発明に係る位相特性測定装置は、解析部における補正の際の補正情報を記憶する記憶部を更に備えるのが好適である。分光計測部が同一のものである限り、その分光計測部の装置関数(応答関数)は一定であると考えられるので、上記のような記憶部が設けられる場合には、個々の分光計測部ごとに求められた補正情報を記憶部により記憶しておけばよい。   The phase characteristic measuring apparatus according to the present invention preferably further includes a storage unit that stores correction information at the time of correction in the analysis unit. As long as the spectroscopic measurement unit is the same, the device function (response function) of the spectroscopic measurement unit is considered to be constant. Therefore, when the above storage unit is provided, each spectroscopic measurement unit The correction information obtained in step 1 may be stored in the storage unit.

本発明に係る位相特性測定装置は、高調波光生成部から出力された高調波光の強度を検出する光検出部を更に備え、解析部が該光検出部による検出結果に基づいてフリンジ分解SHG自己相関波形を求めるのが好適である。この場合には、高調波光生成部から出力された高調波光の強度が光検出部により検出され、該光検出部による検出結果に基づいて解析部によりフリンジ分解SHG自己相関波形が求められる。そして、このフリンジ分解SHG自己相関波形に基づいて、被測定光パルスのパルス幅及びチャープに関する情報が簡易的に求められる。また、フリンジ分解SHG自己相関波形のピークが得られるときのダブル光パルスにおけるパルス間隔が0点として校正される。   The phase characteristic measuring apparatus according to the present invention further includes a light detection unit that detects the intensity of the harmonic light output from the harmonic light generation unit, and the analysis unit performs fringe decomposition SHG autocorrelation based on the detection result by the light detection unit. It is preferable to obtain the waveform. In this case, the intensity of the harmonic light output from the harmonic light generation unit is detected by the light detection unit, and the fringe decomposition SHG autocorrelation waveform is obtained by the analysis unit based on the detection result by the light detection unit. Then, based on the fringe decomposition SHG autocorrelation waveform, information on the pulse width and chirp of the optical pulse to be measured is easily obtained. Further, the pulse interval in the double light pulse when the peak of the fringe decomposition SHG autocorrelation waveform is obtained is calibrated as 0 point.

本発明に係る位相特性測定装置は、和周波光生成部および高調波光生成部それぞれが互いに別個の非線形光学結晶を含んでいてもよいし、和周波光生成部および高調波光生成部が共通の非線形光学結晶を含んでいてもよい。   In the phase characteristic measuring apparatus according to the present invention, the sum frequency light generation unit and the harmonic light generation unit may each include a separate nonlinear optical crystal, or the sum frequency light generation unit and the harmonic light generation unit share a non-linearity. An optical crystal may be included.

本発明によれば、分光計測部の波長分解能が低い場合であっても、被測定光パルスの位相特性を容易に高精度に測定することができる。   According to the present invention, even when the wavelength resolution of the spectroscopic measurement unit is low, the phase characteristics of the light pulse to be measured can be easily measured with high accuracy.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

先ず、本実施形態に係る位相特性測定装置の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係る位相特性測定装置1の概略構成図である。位相特性測定装置1は、ダブル光パルス生成部10、チャープ付与部20、和周波光生成部30、高調波光生成部40、分光計測部50、選択部60、解析部70および記憶部80を備える。   First, a schematic configuration of the phase characteristic measuring apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a phase characteristic measuring apparatus 1 according to the present embodiment. The phase characteristic measuring apparatus 1 includes a double light pulse generation unit 10, a chirping unit 20, a sum frequency light generation unit 30, a harmonic light generation unit 40, a spectroscopic measurement unit 50, a selection unit 60, an analysis unit 70, and a storage unit 80. .

ダブル光パルス生成部10は、被測定光パルスを入力し、この被測定光パルスをパルス間隔τのダブル光パルスに変換して、このダブル光パルスを出力する。また、このパルス間隔τの調整が可能である。ダブル光パルス生成部10は、具体的な光学系としては例えばマイケルソン干渉計やマッハツェンダ干渉計である。また、ダブル光パルスにおけるパルス間隔τの調整は、例えば、マイケルソン干渉計における一方の反射鏡の位置を調整することにより可能であり、或いは、マッハツェンダ干渉計における一方の光路長を調整することにより可能である。   The double light pulse generator 10 receives the light pulse to be measured, converts the light pulse to be measured into a double light pulse having a pulse interval τ, and outputs the double light pulse. Further, the pulse interval τ can be adjusted. The double optical pulse generator 10 is, for example, a Michelson interferometer or a Mach-Zehnder interferometer as a specific optical system. Further, the adjustment of the pulse interval τ in the double light pulse can be performed, for example, by adjusting the position of one reflecting mirror in the Michelson interferometer, or by adjusting one optical path length in the Mach-Zehnder interferometer. Is possible.

チャープ付与部20は、プローブ光パルスを入力し、このプローブ光パルスにリニアなチャープを与えてチャープ光パルスに変換し、このチャープ光パルスを出力する。チャープ付与部20は、例えば、波長分散特性を有している材料(例えば、BK7やSF10などの光学ガラス)そのものであってもよいし、回折格子によって構成されるものであってもよい。チャープ付与部20は、入力光に含まれる各電場周波数成分に対して伝搬速度に分布を与えることにより、パルス幅内において時刻とその時刻における瞬時周波数とがリニアな関係を持ったチャープ光パルスを出力することができる。ここで、瞬時周波数は位相の時間微分で定義される量である。なお、チャープ付与部20に入力するプローブ光パルスは、ダブル光パルス生成部10に入力する被測定光パルスの一部が光分岐部により分岐されて取り出されたものであってもよいし、被測定光パルスと同期した他の光源から出力される短パルスの光であってもよい。   The chirp applying unit 20 receives the probe light pulse, gives a linear chirp to the probe light pulse, converts it to a chirp light pulse, and outputs the chirp light pulse. The chirp imparting unit 20 may be, for example, a material having wavelength dispersion characteristics (for example, optical glass such as BK7 or SF10) itself, or may be configured by a diffraction grating. The chirp applying unit 20 gives a chirp light pulse in which the time and the instantaneous frequency at the time have a linear relationship within the pulse width by giving a distribution to the propagation speed for each electric field frequency component included in the input light. Can be output. Here, the instantaneous frequency is an amount defined by time differentiation of the phase. The probe light pulse input to the chirp applying unit 20 may be a part of the measured optical pulse input to the double optical pulse generation unit 10 that is branched off by the optical branching unit, or may be extracted. It may be a short pulse of light output from another light source synchronized with the measurement light pulse.

和周波光生成部30は、ダブル光パルス生成部10から出力されたダブル光パルスと、チャープ付与部20から出力されたチャープ光パルスとを入力して、これらダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光を生成し出力する。和周波光生成部30は、例えばBBO等の非線形光学結晶を含み、この非線形光学結晶に対してダブル光パルスおよびチャープ光パルスをコリニアまたはノンコリニアに入力することで、和周波光を生成し出力する。   The sum frequency light generation unit 30 inputs the double light pulse output from the double light pulse generation unit 10 and the chirp light pulse output from the chirping unit 20, and each of the double light pulse and the chirp light pulse is input. Sum frequency light having an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies is generated and output. The sum frequency light generation unit 30 includes a nonlinear optical crystal such as BBO, for example, and generates and outputs a sum frequency light by inputting a double light pulse and a chirp light pulse collinearly or non-collinearly to the nonlinear optical crystal. .

高調波光生成部40は、ダブル光パルス生成部10から出力されたダブル光パルスを入力し、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光を生成し出力する。高調波光生成部40は、例えばBBO等の非線形光学結晶を含み、この非線形光学結晶に対してダブル光パルスを入力することで、高調波光を生成し出力する。和周波光生成部30に含まれる非線形光学結晶と、高調波光生成部40に含まれる非線形光学結晶とは、共通のものであってもよいし、互いに別個のものであってもよい。   The harmonic light generation unit 40 receives the double light pulse output from the double light pulse generation unit 10, and generates and outputs harmonic light having an optical frequency twice as high as the optical frequency of the double light pulse. The harmonic light generation unit 40 includes a nonlinear optical crystal such as BBO, for example, and generates and outputs harmonic light by inputting a double light pulse to the nonlinear optical crystal. The nonlinear optical crystal included in the sum frequency light generation unit 30 and the nonlinear optical crystal included in the harmonic light generation unit 40 may be common or may be separate from each other.

分光計測部50は、選択部60から出力された光を入力して、この光を分光計測する分光器である。選択部60は、和周波光生成部30から出力された和周波光と、高調波光生成部40から出力された高調波光との、何れかを選択的に分光計測部50へ入力させる。なお、選択部60は、和周波光生成部30および高調波光生成部40と分光計測部50との間に配置されるとは限らない。   The spectroscopic measurement unit 50 is a spectroscope that receives the light output from the selection unit 60 and spectroscopically measures the light. The selection unit 60 selectively inputs either the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 or the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 to the spectroscopic measurement unit 50. The selection unit 60 is not necessarily arranged between the sum frequency light generation unit 30, the harmonic light generation unit 40, and the spectroscopic measurement unit 50.

解析部70は、和周波光生成部30から出力された和周波光が分光計測部50により分光計測された結果を、高調波光生成部40から出力された高調波光が分光計測部50により分光計測された結果に基づいて補正するとともに解析して、被測定光パルスの位相特性を測定する。このとき、解析部70は、和周波光の分光計測の結果を補正した後に、この補正された分光計測の結果を解析して、被測定光パルスの位相特性を測定してもよい。また、解析部70は、和周波光の分光計測の結果を解析していく手順の中で補正して、被測定光パルスの位相特性を測定してもよい。解析部70として例えばコンピュータが好適に用いられる。   The analysis unit 70 uses the spectroscopic measurement unit 50 to measure the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 based on the spectral measurement result of the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30. Based on the result, correction and analysis are performed to measure the phase characteristic of the light pulse to be measured. At this time, the analysis unit 70 may correct the result of the spectral measurement of the sum frequency light and then analyze the corrected result of the spectral measurement to measure the phase characteristic of the light pulse to be measured. The analysis unit 70 may measure the phase characteristic of the light pulse to be measured by correcting the result of analyzing the result of the spectral measurement of the sum frequency light. For example, a computer is suitably used as the analysis unit 70.

記憶部80は、解析部70における補正の際の補正情報を記憶する。分光計測部50が同一のものである限り、その分光計測部50の装置関数(応答関数)は一定であると考えられるので、記憶部80は、個々の分光計測部ごとに求められた補正情報を記憶しておけばよい。例えば、解析部70としてコンピュータが用いられる場合には、該コンピュータに付属する記憶装置(例えばハードディスク装置など)が記憶部80として用いられ、解析部70による解析動作の際には、使用される分光計測部に対応する補正情報が該記憶装置から読み出されて用いられる。   The storage unit 80 stores correction information at the time of correction in the analysis unit 70. Since the device function (response function) of the spectroscopic measurement unit 50 is considered to be constant as long as the spectroscopic measurement unit 50 is the same, the storage unit 80 stores correction information obtained for each spectroscopic measurement unit. Should be remembered. For example, when a computer is used as the analysis unit 70, a storage device (for example, a hard disk device) attached to the computer is used as the storage unit 80, and the spectrum used in the analysis operation by the analysis unit 70 is used. Correction information corresponding to the measurement unit is read from the storage device and used.

和周波光生成部30で発生した和周波光は、空間を伝播して分光計測部50に入射してもよいし、光ファイバにより分光計測部50へ導かれてもよい。また、高調波光生成部40で発生した高調波光も、空間を伝播して分光計測部50に入射してもよいし、光ファイバにより分光計測部50または光検出部90へ導かれてもよい。   The sum frequency light generated by the sum frequency light generation unit 30 may propagate through the space and enter the spectroscopic measurement unit 50, or may be guided to the spectroscopic measurement unit 50 by an optical fiber. Further, the harmonic light generated by the harmonic light generation unit 40 may propagate through the space and enter the spectroscopic measurement unit 50, or may be guided to the spectroscopic measurement unit 50 or the light detection unit 90 by an optical fiber.

次に、この位相特性測定装置1の動作について説明する。被測定光パルスは、ダブル光パルス生成部10に入力してパルス間隔τのダブル光パルスに変換されて、このダブル光パルスがダブル光パルス生成部10から出力される。このとき、出力されるパルス間隔τの調整が可能である一方、プローブ光パルスは、チャープ付与部20に入力してリニアなチャープが与えられチャープ光パルスに変換され、このチャープ光パルスがチャープ付与部20から出力される。ダブル光パルス生成部10から出力されたダブル光パルスと、チャープ付与部20から出力されたチャープ光パルスとは、和周波光生成部30に入力して、これらダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光が和周波光生成部30で生成されて出力される。   Next, the operation of the phase characteristic measuring apparatus 1 will be described. The optical pulse to be measured is input to the double optical pulse generation unit 10 and converted into a double optical pulse having a pulse interval τ, and the double optical pulse is output from the double optical pulse generation unit 10. At this time, the output pulse interval τ can be adjusted. On the other hand, the probe light pulse is input to the chirp applying unit 20 to be given a linear chirp and converted into a chirped light pulse. Output from the unit 20. The double light pulse output from the double light pulse generation unit 10 and the chirp light pulse output from the chirp applying unit 20 are input to the sum frequency light generation unit 30, and each of the double light pulse and the chirp light pulse is output. Sum frequency light having an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies is generated and output by the sum frequency light generation unit 30.

また、ダブル光パルス生成部10から出力されたダブル光パルスは高調波光生成部40に入力して、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光が高調波光生成部40で生成されて出力される。和周波光生成部30から出力された和周波光と、高調波光生成部40から出力された高調波光とのうち、何れかが選択部60により選択されて分光計測部50へ入力し、分光計測部50により分光計測される。そして、解析部70により、高調波光生成部40から出力された高調波光が分光計測部50により分光計測された結果に基づいて、和周波光生成部30から出力された和周波光が分光計測部50により分光計測された結果が補正され、この補正された和周波光の分光計測の結果が解析されて被測定光パルスの位相特性が測定される。   The double light pulse output from the double light pulse generation unit 10 is input to the harmonic light generation unit 40, and the harmonic light having an optical frequency twice as high as the optical frequency of the double light pulse is generated by the harmonic light generation unit 40. Generated and output. One of the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 and the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 is selected by the selection unit 60 and input to the spectroscopic measurement unit 50 to perform spectroscopic measurement. Spectroscopic measurement is performed by the unit 50. Then, based on the result of the spectral measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 by the analysis unit 70, the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 is converted into the spectral measurement unit. The result of spectroscopic measurement by 50 is corrected, and the result of spectroscopic measurement of the corrected sum frequency light is analyzed to measure the phase characteristic of the light pulse to be measured.

この位相特性測定装置1は、上記のように高調波光の分光計測の結果に基づいて和周波光の分光計測の結果を補正することで、分光計測部50の波長分解能が低い場合であっても、被測定光パルスの位相特性を容易に高精度に測定することができる。   The phase characteristic measuring apparatus 1 corrects the result of the spectral measurement of the sum frequency light based on the result of the spectral measurement of the harmonic light as described above, so that even if the wavelength resolution of the spectroscopic measurement unit 50 is low. The phase characteristics of the light pulse to be measured can be easily measured with high accuracy.

次に、本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における解析動作について説明する。図2は、本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における解析動作を説明するフローチャートである。この図に示されるフローチャートでは、高調波光生成部40から出力された高調波光が選択部60を経て分光計測部50により分光計測された結果(すなわち補正情報)が既に得られていて記憶部80により記憶されているものとしている。   Next, an analysis operation in the analysis unit 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart for explaining an analysis operation in the analysis unit 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 according to this embodiment. In the flowchart shown in this figure, the result (namely, correction information) obtained by spectral measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 via the selection unit 60 by the spectroscopic measurement unit 50 has already been obtained and is stored in the storage unit 80. It is assumed that it is remembered.

ステップS11では、和周波光生成部30から出力された和周波光が選択部60を経て分光計測部50により分光計測され、この和周波光のスペクトルが解析部70により取得される。ここで取得された和周波光スペクトルは、分光計測部50の装置関数の寄与を含んでおり、分光計測部50の波長分解能が不足している場合には、この波長分解能の不足に因って劣化したものとなっている。真の和周波光スペクトルをI(λ)とし、分光計測部50の装置関数をH(λ)とすると、取得された和周波光スペクトルO(λ)は、下記(1)式のようにI(λ)とH(λ)とのコンボリューションで表される。ここで、λは光の波長を表す。Fはフーリエ変換演算を表し、F−1は逆フーリエ変換演算を表す。 In step S <b> 11, the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 is spectrally measured by the spectroscopic measurement unit 50 via the selection unit 60, and the spectrum of the sum frequency light is acquired by the analysis unit 70. The sum frequency light spectrum acquired here includes the contribution of the device function of the spectroscopic measurement unit 50. When the wavelength resolution of the spectroscopic measurement unit 50 is insufficient, the shortage of wavelength resolution is caused. It has deteriorated. Assuming that the true sum frequency light spectrum is I (λ) and the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is H (λ), the acquired sum frequency light spectrum O (λ) is expressed by the following equation (1). It is represented by a convolution of (λ) and H (λ). Here, λ represents the wavelength of light. F represents a Fourier transform operation, and F −1 represents an inverse Fourier transform operation.

Figure 2005106751
続くステップS12では、ステップS11で取得された和周波光スペクトルO(λ)は、記憶部80により記憶されている補正情報に基づいて補正されて、分光計測部50の装置関数H(λ)の寄与が除去されて、これにより、真の和周波光スペクトルI(λ)が得られる。すなわち、下記(2)式で表されるように、デコンボリューション演算により、真の和周波光スペクトルI(λ)が得られる。
Figure 2005106751
In subsequent step S12, the sum frequency light spectrum O (λ) acquired in step S11 is corrected based on the correction information stored in the storage unit 80, and the device function H (λ) of the spectroscopic measurement unit 50 is corrected. The contribution is removed, thereby obtaining a true sum frequency light spectrum I (λ). That is, as expressed by the following equation (2), a true sum frequency light spectrum I (λ) is obtained by deconvolution calculation.

Figure 2005106751
ステップS12で求められた真の和周波光スペクトルは、これまでの波長λの関数から光周波数fの関数に変換される(ステップS13)。そして、光周波数fの関数としての和周波光スペクトルは、フーリエ変換され(ステップS14)、そのフーリエ変換結果がフィルタリングされて−AC成分およびDC成分が除去され(ステップS15)、そのフィルタリングされたものが逆フーリエ変換される(ステップS16)。この逆フーリエ変換により得られた位相波形からωτが減算され(ステップS17)、この減算結果が積分されて被測定光パルスの位相特性が測定される(ステップS18)。ここで、ωは、光の角周波数であり、真空中の光の速度cを用いて「ω=2πc/λ」なる式で表される。
Figure 2005106751
The true sum frequency light spectrum obtained in step S12 is converted from the function of wavelength λ so far into a function of optical frequency f (step S13). Then, the sum frequency optical spectrum as a function of the optical frequency f is Fourier transformed (step S14), the Fourier transformation result is filtered to remove the -AC component and DC component (step S15), and the filtered one. Are subjected to inverse Fourier transform (step S16). Ωτ is subtracted from the phase waveform obtained by the inverse Fourier transform (step S17), and the subtraction result is integrated to measure the phase characteristic of the optical pulse to be measured (step S18). Here, ω is an angular frequency of light, and is represented by an expression “ω = 2πc / λ” using the speed of light c in vacuum.

ところで、最も簡単な場合として、分光計測部50の全ての波長領域で応答関数が一定である場合(または、一定であるとみなし得る場合)には、上記(2)式のデコンボリューション演算で用いられる装置関数H(λ)は容易に求められ得る。すなわち、十分に狭いスペクトル幅の光(インパルス入力)を分光計測部50に入力させて、このときの分光計測部50により測定されたスペクトル(インパルス応答関数)を求めることで、分光計測部50の装置関数が求められる。   By the way, as the simplest case, when the response function is constant in all wavelength regions of the spectroscopic measurement unit 50 (or when it can be regarded as constant), it is used in the deconvolution calculation of the above equation (2). The device function H (λ) to be obtained can be easily determined. That is, light having a sufficiently narrow spectrum width (impulse input) is input to the spectroscopic measurement unit 50, and the spectrum (impulse response function) measured by the spectroscopic measurement unit 50 at this time is obtained. A device function is determined.

しかし、一般に、分光計測部50では、スペクトルを出力面に結像させるための光学系の収差などの影響に因り、全ての波長において一定である装置関数は得られない。以下では説明の便宜上、光周波数軸または波長軸の空間を実空間と呼び、これをフーリエ変換して得られる空間をフーリエ空間と呼ぶこととして、分光計測部50の装置関数を求める方法について説明する。   However, in general, the spectroscopic measurement unit 50 cannot obtain an apparatus function that is constant at all wavelengths due to the influence of aberration of the optical system for forming an image on the output surface. Hereinafter, for convenience of explanation, a method for obtaining the device function of the spectroscopic measurement unit 50 will be described assuming that the space of the optical frequency axis or the wavelength axis is called real space and the space obtained by Fourier transform is called Fourier space. .

インパルス応答関数は、フーリエ空間で考えると、全ての光周波数または波長における変調度の劣化の程度を表すものである。デコンボリューション演算(上記(2)式)では、取得された和周波光スペクトルI(λ)のフーリエ変換結果が、装置関数O(λ)のフーリエ変換結果により除算される。しかし、図3に示されるように、デコンボリューション演算の対象とすべき和周波光スペクトルI(λ)の範囲は、狭い部分に限られている。   The impulse response function represents the degree of deterioration of the degree of modulation at all optical frequencies or wavelengths when considered in Fourier space. In the deconvolution operation (equation (2) above), the Fourier transform result of the acquired sum frequency light spectrum I (λ) is divided by the Fourier transform result of the device function O (λ). However, as shown in FIG. 3, the range of the sum frequency light spectrum I (λ) to be subjected to the deconvolution calculation is limited to a narrow portion.

図3は、フーリエ空間における和周波光スペクトルおよび装置関数スペクトルを示す図である。同図(a)における和周波光スペクトルの−AC成分近傍を拡大したものが同図(b)に示されている。この図に示されるように、フーリエ空間において、和周波光スペクトルは、−AC成分、DC成分および+AC成分の3つに区分され、これらのうち−AC成分およびDC成分がフィルタリング(図2中のステップS15)により除去されて、+AC成分のみが必要成分として残される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a sum frequency light spectrum and a device function spectrum in Fourier space. An enlarged view of the vicinity of the -AC component of the sum frequency light spectrum in FIG. 9A is shown in FIG. As shown in this figure, in Fourier space, the sum frequency light spectrum is divided into three parts, -AC component, DC component, and + AC component, and -AC component and DC component are filtered out of them (in FIG. 2). In step S15), only the + AC component is left as a necessary component.

したがって、分光計測部50の装置関数O(λ)は、この和周波光スペクトルI(λ)の+AC成分を含む限定された必要範囲においてのみ求められればよい。また、この和周波光スペクトルI(λ)の+AC成分は、ダブル光パルス生成部10により生成されるダブル光パルスにおけるパルス間隔τに応じた位置の近傍に現われる。以上のことから、本実施形態に係る位相特性測定装置1では、以下のようにして分光計測部50の装置関数が求められる。   Therefore, the device function O (λ) of the spectroscopic measurement unit 50 only needs to be obtained within a limited necessary range including the + AC component of the sum frequency light spectrum I (λ). Further, the + AC component of the sum frequency light spectrum I (λ) appears in the vicinity of a position corresponding to the pulse interval τ in the double light pulse generated by the double light pulse generator 10. From the above, in the phase characteristic measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the apparatus function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained as follows.

図4は、本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における装置関数取得動作を説明するフローチャートである。ここでは、高調波光生成部40から出力された高調波光が選択部60を経て分光計測部50により分光計測される。また、ダブル光パルス生成部10から出力されて高調波光生成部40に入力するダブル光パルスにおけるパルス間隔は、図3中の和周波光スペクトルの+AC成分を含む限定された必要範囲内のτ〜τそれぞれに順次に設定される(nは2以上の整数)。 FIG. 4 is a flowchart for explaining an apparatus function acquisition operation in the analysis unit 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 according to this embodiment. Here, the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 is spectrally measured by the spectroscopic measurement unit 50 via the selection unit 60. Further, the pulse interval in the double light pulse output from the double light pulse generator 10 and input to the harmonic light generator 40 is τ 1 within a limited necessary range including the + AC component of the sum frequency light spectrum in FIG. ˜τ n are sequentially set (n is an integer of 2 or more).

ステップS21で、ダブル光パルス生成部10から出力されるダブル光パルスがパルス間隔τに設定され、ステップS22で、高調波光生成部40から出力された高調波光が分光計測部50により分光計測され、この高調波光のスペクトルが解析部70により取得される。もし、分光計測部50の分解能が十分に高い場合には、取得される高調波光スペクトルには、略100%の変調度で1/τに相当する周波数間隔の干渉縞が認められる。しかし、分光計測部50の分解能が低い場合には、取得される高調波光スペクトルには、その分解能に応じた変調度を有する干渉縞に変調される。そこで、この取得された高調波光スペクトルの縞情報に基づいて、続くステップS23〜S27において、インパルス応答関数における1/τの周波数に対する応答を求めることができる。 In step S21, the double optical pulses output from the double pulse generator 10 is set to a pulse interval tau 1, in step S22, the harmonic light is spectroscopically measured by spectroscopic measurement section 50 output from the harmonic light generator 40 The spectrum of the harmonic light is acquired by the analysis unit 70. If the resolution of the spectroscopic measurement unit 50 is sufficiently high, interference fringes with a frequency interval corresponding to 1 / τ 1 with a modulation factor of approximately 100% are recognized in the acquired harmonic light spectrum. However, when the resolution of the spectroscopic measurement unit 50 is low, the acquired harmonic light spectrum is modulated into interference fringes having a modulation degree corresponding to the resolution. Therefore, based on the obtained fringe information of the harmonic light spectrum, the response to the frequency of 1 / τ i in the impulse response function can be obtained in subsequent steps S23 to S27.

ステップS22で求められた高調波光スペクトルは、これまでの波長λの関数から、光周波数fの関数に変換される(ステップS23)。そして、光周波数fの関数としての高調波光スペクトルは、フーリエ変換され(ステップS24)、そのフーリエ変換結果がフィルタリングされて−AC成分およびDC成分が除去されて(ステップS25)、そのフィルタリングされたものが逆フーリエ変換される(ステップS26)。この逆フーリエ変換結果から、パルス間隔τに対応する分光計測部50の装置関数の振幅Aおよび位相φが求められる(ステップS27)。 The harmonic light spectrum obtained in step S22 is converted from the function of wavelength λ so far into a function of optical frequency f (step S23). The harmonic optical spectrum as a function of the optical frequency f is Fourier transformed (step S24), the Fourier transformation result is filtered to remove the -AC component and DC component (step S25), and the filtered one. Are subjected to inverse Fourier transform (step S26). This inverse Fourier transform result, the amplitude A 1 and phase phi 1 the device functions of the spectroscopic measurement unit 50 corresponding to the pulse interval tau 1 is determined (step S27).

続いて、ステップS29で、ダブル光パルス生成部10から出力されるダブル光パルスがパルス間隔τに設定され、ステップS22で、高調波光生成部40から出力された高調波光が分光計測部50により分光計測され、この高調波光のスペクトルが解析部70により取得されて、同様にして、パルス間隔τに対応する分光計測部50の装置関数の振幅Aおよび位相φが求められる。更に同様にして、パルス間隔τに対応する分光計測部50の装置関数の振幅Aおよび位相φが求められる(i=3〜n)。 Subsequently, in step S29, double optical pulses output from the double pulse generator 10 is set to a pulse interval tau 2, in step S22, the harmonic light by spectroscopic measurement section 50 output from the harmonic light generator 40 is spectroscopy and the spectrum of the harmonic light is obtained by the analysis unit 70, similarly, the amplitude a 2 and phase phi 2 of the device functions of the spectroscopic measurement unit 50 corresponding to the pulse interval tau 2 are obtained. Further similarly, the amplitude A i and phase phi i of the device function of the spectral measurement unit 50 corresponding to the pulse interval tau i is calculated (i = 3~n).

以上のようにして、分光計測部50の装置関数は、振幅Aおよび位相φの系列(i=1〜n)として離散的に求められる。このように、波長軸ではなく光周波数軸における等間隔の干渉縞から分光計測部50の装置関数が求められるので、図2のフローチャートに示されたように和周波光スペクトルは装置関数の寄与が除去された後に光周波数fの関数に変換されてもよいが、図5のフローチャートに示されるように和周波光スペクトルは光周波数fの関数に変換された後に装置関数の寄与が除去されるのが好適である。 As described above, the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained discretely as a series of amplitudes A i and phases φ i (i = 1 to n). Thus, since the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained from the equally spaced interference fringes on the optical frequency axis instead of the wavelength axis, the sum frequency light spectrum contributes to the device function as shown in the flowchart of FIG. Although it may be converted into a function of the optical frequency f after being removed, the contribution of the device function is removed after the sum frequency light spectrum is converted into a function of the optical frequency f as shown in the flowchart of FIG. Is preferred.

図5は、本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における解析動作の他の例を説明するフローチャートである。この図に示されるフローチャートでも、高調波光生成部40から出力された高調波光が選択部60を経て分光計測部50により分光計測された結果(すなわち補正情報)が既に得られていて記憶部80により記憶されているものとしている。   FIG. 5 is a flowchart for explaining another example of the analysis operation in the analysis unit 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 according to this embodiment. Also in the flowchart shown in this figure, the result (that is, correction information) obtained by spectral measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 through the selection unit 60 by the spectroscopic measurement unit 50 has already been obtained and is stored in the storage unit 80. It is assumed that it is remembered.

ステップS31では、和周波光生成部30から出力された和周波光が選択部60を経て分光計測部50により分光計測され、この和周波光のスペクトルが解析部70により取得される。続くステップS32では、この取得された和周波光スペクトルは、これまでの波長λの関数から光周波数fの関数に変換される。その後、ステップS33で、光周波数fの関数としての和周波光スペクトルは、記憶部80により記憶されている補正情報に基づいて補正されて、分光計測部50の装置関数の寄与が除去されて、これにより、真の和周波光スペクトルが得られる。   In step S <b> 31, the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 is spectrally measured by the spectroscopic measurement unit 50 via the selection unit 60, and the spectrum of the sum frequency light is acquired by the analysis unit 70. In the subsequent step S32, the acquired sum frequency light spectrum is converted from a function of the wavelength λ so far to a function of the optical frequency f. Thereafter, in step S33, the sum frequency light spectrum as a function of the optical frequency f is corrected based on the correction information stored in the storage unit 80, and the contribution of the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is removed. Thereby, a true sum frequency light spectrum is obtained.

そして、この真の和周波光スペクトルは、フーリエ変換され(ステップS34)、そのフーリエ変換結果がフィルタリングされて−AC成分およびDC成分が除去され(ステップS35)、そのフィルタリングされたものが逆フーリエ変換される(ステップS36)。この逆フーリエ変換により得られた位相波形からωτが減算され(ステップS37)、この減算結果が積分されて被測定光パルスの位相特性が測定される(ステップS38)。   The true sum frequency light spectrum is Fourier transformed (step S34), the result of the Fourier transformation is filtered to remove the -AC component and the DC component (step S35), and the filtered one is the inverse Fourier transform. (Step S36). Ωτ is subtracted from the phase waveform obtained by the inverse Fourier transform (step S37), and the subtraction result is integrated to measure the phase characteristic of the optical pulse to be measured (step S38).

なお、分光計測部50の装置関数は、離散的に求められたn組の振幅Aおよび位相φに基づいて多項式で近似されてもよい。最も簡略な方法としてn=2とし、分光計測部50の装置関数は、2組の振幅Aおよび位相φに基づいて直線近似されてもよい。また、図2中のステップS12または図5中のステップS33で行われるデコンボリューション演算(上記(2)式)では、逐次近似演算によって真の和周波光スペクトルに近づけていけばよい。 Note that the device function of the spectroscopic measurement unit 50 may be approximated by a polynomial based on n sets of amplitudes A i and phases φ i obtained discretely. As the simplest method, n = 2, and the apparatus function of the spectroscopic measurement unit 50 may be linearly approximated based on two sets of amplitude A i and phase φ i . Further, in the deconvolution calculation (the above equation (2)) performed in step S12 in FIG. 2 or step S33 in FIG. 5, it is only necessary to approximate the true sum frequency light spectrum by successive approximation calculation.

次に、本発明に係る位相特性測定装置の具体的な構成例について説明する。図6は、本実施形態に係る位相特性測定装置の第1の構成例を示す図である。この図に示される位相特性測定装置2は、ダブル光パルス生成部10A、チャープ付与部20、分光計測部50、解析部70、記憶部80、ビームスプリッタBS1、ビームスプリッタBS2、ミラーM1、レンズL、非線形光学結晶NCおよびシャッタSを備える。   Next, a specific configuration example of the phase characteristic measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a first configuration example of the phase characteristic measuring apparatus according to the present embodiment. The phase characteristic measuring apparatus 2 shown in this figure includes a double optical pulse generation unit 10A, a chirping unit 20, a spectroscopic measurement unit 50, an analysis unit 70, a storage unit 80, a beam splitter BS1, a beam splitter BS2, a mirror M1, and a lens L. The nonlinear optical crystal NC and the shutter S are provided.

これらのうち、ダブル光パルス生成部10A、チャープ付与部20、分光計測部50、解析部70および記憶部80それぞれは、図1等を用いて既に説明した同一名称の構成要素と同様のものである。ただし、位相特性測定装置2におけるダブル光パルス生成部10Aは、ビームスプリッタBS3、ミラーM2およびミラーM3を有していて、マイケルソン干渉計を構成している。   Among these, each of the double light pulse generation unit 10A, the chirping unit 20, the spectroscopic measurement unit 50, the analysis unit 70, and the storage unit 80 is the same as the component having the same name already described with reference to FIG. is there. However, the double optical pulse generation unit 10A in the phase characteristic measuring apparatus 2 includes a beam splitter BS3, a mirror M2, and a mirror M3, and constitutes a Michelson interferometer.

すなわち、ビームスプリッタBS3は、ビームスプリッタBS1から到達した被測定光パルスを入力して2分岐し、その2分岐で得られた一方の光パルスをミラーM2へ出力し、他方の光パルスをミラーM3へ出力する。また、ビームスプリッタBS3は、ミラーM2で反射された光パルスを入力するとともに、ミラーM3で反射された光パルスをも入力して、これらをダブル光パルスとしてビームスプリッタBS2へ出力する。ミラーM2およびミラーM3の何れかは反射面の法線に平行な方向に移動が可能であり、この移動により、ダブル光パルスにおけるパルス間隔τを調整することができる。   That is, the beam splitter BS3 receives the optical pulse to be measured that has arrived from the beam splitter BS1, splits it into two, outputs one optical pulse obtained by the two branches to the mirror M2, and outputs the other optical pulse to the mirror M3. Output to. Further, the beam splitter BS3 inputs the optical pulse reflected by the mirror M2, and also inputs the optical pulse reflected by the mirror M3, and outputs these as a double optical pulse to the beam splitter BS2. Either the mirror M2 or the mirror M3 can be moved in a direction parallel to the normal line of the reflecting surface, and this movement can adjust the pulse interval τ in the double light pulse.

ビームスプリッタBS1は、被測定光パルスを2分岐して、その2分岐した一方をダブル光パルス生成部10Aへ入力させ、他方をプローブ光パルスとしてチャープ付与部20へ入力させる光分岐部として作用するものである。すなわち、ビームスプリッタBS1は、被測定光パルスを入力して2分岐し、その2分岐で得られた一方の光パルスをダブル光パルス生成部10Aへ出力し、他方の光パルスをミラーM1へ出力する。ミラーM1は、ビームスプリッタBS1から到達した光パルスをチャープ付与部20へ反射させる。   The beam splitter BS1 acts as an optical branching unit that splits the optical pulse to be measured into two parts, inputs one of the two splits to the double optical pulse generation unit 10A, and inputs the other to the chirping unit 20 as a probe optical pulse. Is. That is, the beam splitter BS1 inputs the optical pulse to be measured and branches it into two, outputs one optical pulse obtained by the two branches to the double optical pulse generator 10A, and outputs the other optical pulse to the mirror M1. To do. The mirror M1 reflects the optical pulse that has arrived from the beam splitter BS1 to the chirping unit 20.

ビームスプリッタBS2は、ダブル光パルス生成部10Aから出力されるダブル光パルスを入力するとともに、チャープ付与部20から出力されるチャープ光パルスをも入力して、これらダブル光パルスとチャープ光パルスとを合波してレンズLへ出力する。レンズLは、ビームスプリッタBS2により合波されて出力されたダブル光パルスとチャープ光パルスとを入力し、これらの光パルスを非線形光学結晶NCに集光して入射させる。非線形光学結晶NCは、レンズLにより集光されて入射したダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光を生成し出力する。   The beam splitter BS2 receives the double light pulse output from the double light pulse generation unit 10A and also receives the chirp light pulse output from the chirping unit 20, and outputs the double light pulse and the chirp light pulse. Combine and output to the lens L. The lens L receives the double light pulse and the chirped light pulse that are combined and output by the beam splitter BS2, and condenses the light pulses on the nonlinear optical crystal NC. The nonlinear optical crystal NC generates and outputs sum frequency light having an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the double light pulse and the chirped light pulse that are collected by the lens L and incident.

また、ビームスプリッタBS1からミラーM1を経てビームスプリッタBS2へ至る迄の光路の途中に、シャッタSが設けられている。このシャッタSは、この光路上への配置および待避が自在であって、非線形光学結晶NCへのチャープ光パルスの入力を許可および禁止する。シャッタSが光路上にあるときには、非線形光学結晶NCへのチャープ光パルスの入力が禁止され、それ故、非線形光学結晶NCは、ダブル光パルスのみを入力して、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光を生成し出力する。一方、シャッタSが光路から待避しているときには、非線形光学結晶NCへのチャープ光パルスの入力が許可され、それ故、非線形光学結晶NCは、ダブル光パルスおよびチャープ光パルスの双方を入力して、和周波光を生成し出力する。すなわち、非線形光学結晶NCは、和周波光生成部および高調波光生成部の双方を兼ねている。また、シャッタSは、和周波光と高調波光との何れかを選択的に分光計測部50へ入力させる選択部として作用する。   A shutter S is provided in the middle of the optical path from the beam splitter BS1 through the mirror M1 to the beam splitter BS2. This shutter S can be freely placed and retracted on this optical path, and permits and prohibits the input of chirped light pulses to the nonlinear optical crystal NC. When the shutter S is on the optical path, the input of the chirped light pulse to the nonlinear optical crystal NC is prohibited. Therefore, the nonlinear optical crystal NC inputs only the double light pulse, and the optical frequency of the double light pulse is reduced. Harmonic light having twice the optical frequency is generated and output. On the other hand, when the shutter S is retracted from the optical path, the input of the chirped light pulse to the nonlinear optical crystal NC is permitted. Therefore, the nonlinear optical crystal NC inputs both the double light pulse and the chirped light pulse. , Generate and output sum frequency light. That is, the nonlinear optical crystal NC serves as both a sum frequency light generation unit and a harmonic light generation unit. In addition, the shutter S functions as a selection unit that selectively inputs either the sum frequency light or the harmonic light to the spectroscopic measurement unit 50.

このように構成される位相特性測定装置2では、シャッタSが光路上に置かれることで、非線形光学結晶NCへのチャープ光パルスの入力が禁止され、また、ダブル光パルス生成部10Aから出力されるダブル光パルスにおけるパルス間隔が幾つかの適切な値に順次に設定される。各値のパルス間隔を有するダブル光パルスが非線形光学結晶NCに入力され、非線形光学結晶NCで生成された高調波光のスペクトルが分光計測部50により測定される。そして、解析部70により、図4に示されたフローチャートに従って、この測定された高調波光スペクトルが解析されて、分光計測部50の装置関数が求められ、補正情報が記憶部80により記憶される。   In the phase characteristic measuring apparatus 2 configured as described above, the shutter S is placed on the optical path, so that the input of the chirped light pulse to the nonlinear optical crystal NC is prohibited and is output from the double light pulse generating unit 10A. The pulse interval in the double light pulse is sequentially set to several appropriate values. A double light pulse having a pulse interval of each value is input to the nonlinear optical crystal NC, and the spectrum of the harmonic light generated by the nonlinear optical crystal NC is measured by the spectroscopic measurement unit 50. Then, according to the flowchart shown in FIG. 4, the measured harmonic light spectrum is analyzed by the analysis unit 70, the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained, and the correction information is stored in the storage unit 80.

続いて、シャッタSが光路から待避することで、非線形光学結晶NCへのチャープ光パルスの入力が許可され、また、ダブル光パルス生成部10Aから出力されるダブル光パルスにおけるパルス間隔が適切な値に設定される。ダブル光パルスおよびチャープ光パルスが非線形光学結晶NCに入力され、非線形光学結晶NCで生成された和周波光のスペクトルが分光計測部50により測定される。そして、解析部70により、図2または図5に示されたフローチャートに従って、記憶部80により記憶されている補正情報に基づいて和周波光スペクトルが補正され、この補正された和周波光スペクトルに基づいて被測定光パルスの位相特性が測定される。   Subsequently, when the shutter S is retracted from the optical path, the input of the chirped light pulse to the nonlinear optical crystal NC is permitted, and the pulse interval in the double light pulse output from the double light pulse generator 10A is an appropriate value. Set to The double light pulse and the chirped light pulse are input to the nonlinear optical crystal NC, and the spectrum of the sum frequency light generated by the nonlinear optical crystal NC is measured by the spectroscopic measurement unit 50. Then, according to the flowchart shown in FIG. 2 or FIG. 5, the analysis unit 70 corrects the sum frequency light spectrum based on the correction information stored in the storage unit 80, and based on the corrected sum frequency light spectrum. Thus, the phase characteristic of the light pulse to be measured is measured.

図7は、本実施形態に係る位相特性測定装置の第2の構成例を示す図である。この図に示される位相特性測定装置3は、ダブル光パルス生成部10B、チャープ付与部20、和周波光生成部30、高調波光生成部40、分光計測部50、解析部70、記憶部80、光検出部90、ビームスプリッタBS1、ミラーM1〜M5、レンズLおよび凹面ミラーCMを備える。   FIG. 7 is a diagram illustrating a second configuration example of the phase characteristic measuring apparatus according to the present embodiment. The phase characteristic measuring apparatus 3 shown in this figure includes a double light pulse generation unit 10B, a chirping unit 20, a sum frequency light generation unit 30, a harmonic light generation unit 40, a spectroscopic measurement unit 50, an analysis unit 70, a storage unit 80, A light detection unit 90, a beam splitter BS1, mirrors M1 to M5, a lens L, and a concave mirror CM are provided.

これらのうち、ダブル光パルス生成部10B、チャープ付与部20、和周波光生成部30、高調波光生成部40、分光計測部50、解析部70および記憶部80それぞれは、図1等を用いて既に説明した同一名称の構成要素と同様のものである。ただし、位相特性測定装置3におけるダブル光パルス生成部10Bは、ビームスプリッタBS2、ビームスプリッタBS3、コーナーリフレクタCR1およびコーナーリフレクタCR2を有していて、マイケルソン干渉計を構成している。   Among these, the double light pulse generation unit 10B, the chirp applying unit 20, the sum frequency light generation unit 30, the harmonic light generation unit 40, the spectroscopic measurement unit 50, the analysis unit 70, and the storage unit 80 are respectively shown in FIG. This is the same as the component having the same name already described. However, the double light pulse generation unit 10B in the phase characteristic measuring apparatus 3 includes a beam splitter BS2, a beam splitter BS3, a corner reflector CR1, and a corner reflector CR2, and constitutes a Michelson interferometer.

すなわち、ビームスプリッタBS2は、ビームスプリッタBS1から到達した被測定光パルスを入力して2分岐し、その2分岐で得られた一方の光パルスをコーナーリフレクタCR1へ出力し、他方の光パルスをコーナーリフレクタCR2へ出力する。また、ビームスプリッタBS3は、コーナーリフレクタCR1で反射された光パルスを入力するとともに、コーナーリフレクタCR2で反射された光パルスをも入力して、これらをダブル光パルスとしてミラーM2およびレンズLそれぞれへ出力する。コーナーリフレクタCR1およびコーナーリフレクタCR2の何れかは光パルスの入出射方向に移動が可能であり、この移動により、ダブル光パルスにおけるパルス間隔τを調整することができる。   In other words, the beam splitter BS2 inputs the optical pulse to be measured that has arrived from the beam splitter BS1, splits it into two, outputs one optical pulse obtained by the two branches to the corner reflector CR1, and outputs the other optical pulse to the corner. Output to the reflector CR2. The beam splitter BS3 inputs the light pulse reflected by the corner reflector CR1 and also inputs the light pulse reflected by the corner reflector CR2, and outputs these as double light pulses to the mirror M2 and the lens L, respectively. To do. Either the corner reflector CR1 or the corner reflector CR2 can be moved in the direction of entering and exiting the optical pulse, and this movement can adjust the pulse interval τ in the double optical pulse.

ビームスプリッタBS1は、被測定光パルスを2分岐して、その2分岐した一方をダブル光パルス生成部10Bへ入力させ、他方をプローブ光パルスとしてチャープ付与部20へ入力させる光分岐部として作用するものである。すなわち、ビームスプリッタBS1は、被測定光パルスを入力して2分岐し、その2分岐で得られた一方の光パルスをダブル光パルス生成部10Bへ出力し、他方の光パルスをミラーM1へ出力する。ミラーM1は、ビームスプリッタBS1から到達した光パルスをチャープ付与部20へ反射させる。   The beam splitter BS1 acts as an optical branching unit that splits the optical pulse to be measured into two parts, inputs one of the two splits to the double optical pulse generation unit 10B, and inputs the other to the chirping unit 20 as a probe optical pulse. Is. That is, the beam splitter BS1 inputs the optical pulse to be measured and branches it into two, outputs one optical pulse obtained by the two branches to the double optical pulse generator 10B, and outputs the other optical pulse to the mirror M1. To do. The mirror M1 reflects the optical pulse that has arrived from the beam splitter BS1 to the chirping unit 20.

凹面ミラーCMは、ダブル光パルス生成部10Bから出力されてミラーM2により反射されたダブル光パルスを入力するとともに、チャープ付与部20から出力されたチャープ光パルスをも入力して、これらの光パルスを和周波光生成部30に集光して入射させる。和周波光生成部30は、適切なる方位に光学軸が設定された非線形光学結晶を含み、凹面ミラーCMにより集光されて入射したダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光を該非線形光学結晶で生成し出力する。   The concave mirror CM receives the double light pulse output from the double light pulse generation unit 10B and reflected by the mirror M2, and also receives the chirp light pulse output from the chirping unit 20, and receives these light pulses. Is condensed and made incident on the sum frequency light generation unit 30. The sum frequency light generation unit 30 includes a nonlinear optical crystal having an optical axis set in an appropriate orientation, and is equal to the sum of the optical frequencies of the double light pulse and the chirped light pulse incident after being collected by the concave mirror CM. Sum frequency light having a frequency is generated and output by the nonlinear optical crystal.

レンズLは、ダブル光パルス生成部10Bから出力されたダブル光パルスを入力し、このダブル光パルスを高調波光生成部40に集光して入射させる。高調波光生成部40は、適切なる方位に光学軸が設定された非線形光学結晶を含み、レンズLにより集光されて入射したダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光を該非線形光学結晶で生成し出力する。   The lens L receives the double light pulse output from the double light pulse generation unit 10 </ b> B, and focuses the double light pulse on the harmonic light generation unit 40 to make it incident. The harmonic light generation unit 40 includes a nonlinear optical crystal having an optical axis set in an appropriate direction, and outputs harmonic light having an optical frequency twice as high as the optical frequency of the incident double light pulse collected by the lens L. Generate and output with nonlinear optical crystal.

ミラーM3は、ミラーM5から分光計測部50へ至る迄の光路の途中に設けられ、この光路上への配置および待避が自在である。ミラーM3は、この光路上に配置されているときには、和周波光生成部30から出力された和周波光を反射させて、その和周波光を分光計測部50に入射させることができる。一方、ミラーM3は、この光路から待避しているときには、高調波光生成部40から出力されてミラーM4およびミラーM5により順次に反射された高調波光を分光計測部50に入射させることができる。すなわち、ミラーM3は、和周波光と高調波光との何れかを選択的に分光計測部50へ入力させる選択部として作用する。   The mirror M3 is provided in the middle of the optical path from the mirror M5 to the spectroscopic measurement unit 50, and can be freely placed and retracted on this optical path. When the mirror M3 is arranged on this optical path, the mirror M3 can reflect the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit 30 and make the sum frequency light incident on the spectroscopic measurement unit 50. On the other hand, when the mirror M3 is retracted from the optical path, the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 and sequentially reflected by the mirror M4 and the mirror M5 can enter the spectroscopic measurement unit 50. That is, the mirror M3 acts as a selection unit that selectively inputs either the sum frequency light or the harmonic light to the spectroscopic measurement unit 50.

ミラーM4は、高調波光生成部40から光検出部90へ至る迄の光路の途中に設けられ、この光路上への配置および待避が自在である。ミラーM4は、この光路上に配置されているときには、高調波光生成部40から出力された高調波光をミラーM5へ反射させることができ、ミラーM5は、ミラーM4から到達した高調波光を分光計測部50へ向けて反射させる。一方、ミラーM4は、この光路から待避しているときには、高調波光生成部40から出力された高調波光を光検出部90へ入力させることができる。光検出部90は、高調波光生成部40から出力された高調波光の強度を測定するものであり、例えば、光電子増倍管が好適に用いられる。   The mirror M4 is provided in the middle of the optical path from the harmonic light generation unit 40 to the light detection unit 90, and can be arranged and retracted on the optical path. When the mirror M4 is arranged on this optical path, the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 can be reflected to the mirror M5, and the mirror M5 can measure the harmonic light reaching from the mirror M4. Reflect toward 50. On the other hand, when the mirror M4 is retracted from the optical path, the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40 can be input to the light detection unit 90. The light detection unit 90 measures the intensity of the harmonic light output from the harmonic light generation unit 40. For example, a photomultiplier tube is preferably used.

このように構成される位相特性測定装置3では、ミラーM3が光路から待避され、ミラーM4が光路上に配置され、また、ダブル光パルス生成部10Bから出力されるダブル光パルスにおけるパルス間隔が幾つかの適切な値に順次に設定される。各値のパルス間隔を有するダブル光パルスが高調波光生成部40に入力され、この高調波光生成部40で生成された高調波光がミラーM4およびミラーM5を経て分光計測部50に入力して、分光計測部50により高調波光スペクトルが測定される。そして、解析部70により、図4に示されたフローチャートに従って、この測定された高調波光スペクトルが解析されて、分光計測部50の装置関数が求められ、補正情報が記憶部80により記憶される。   In the phase characteristic measuring apparatus 3 configured as described above, the mirror M3 is retracted from the optical path, the mirror M4 is disposed on the optical path, and the number of pulse intervals in the double optical pulse output from the double optical pulse generator 10B is several. Are set to appropriate values in sequence. A double light pulse having a pulse interval of each value is input to the harmonic light generation unit 40, and the harmonic light generated by the harmonic light generation unit 40 is input to the spectroscopic measurement unit 50 through the mirror M4 and the mirror M5, and is subjected to spectroscopy. The harmonic light spectrum is measured by the measurement unit 50. Then, according to the flowchart shown in FIG. 4, the measured harmonic light spectrum is analyzed by the analysis unit 70, the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained, and the correction information is stored in the storage unit 80.

続いて、ミラーM3が光路上に配置され、また、ダブル光パルス生成部10Bから出力されるダブル光パルスにおけるパルス間隔が適切な値に設定される。ダブル光パルスおよびチャープ光パルスが和周波光生成部30に入力され、この和周波光生成部30で生成された和周波光がミラーM3を経て分光計測部50に入力して、分光計測部50により和周波光スペクトルが測定される。そして、解析部70により、図2または図5に示されたフローチャートに従って、記憶部80により記憶されている補正情報に基づいて和周波光スペクトルが補正され、この補正された和周波光スペクトルに基づいて被測定光パルスの位相特性が測定される。   Subsequently, the mirror M3 is disposed on the optical path, and the pulse interval in the double light pulse output from the double light pulse generator 10B is set to an appropriate value. The double light pulse and the chirped light pulse are input to the sum frequency light generation unit 30, and the sum frequency light generated by the sum frequency light generation unit 30 is input to the spectroscopic measurement unit 50 via the mirror M3. To measure the sum frequency light spectrum. Then, according to the flowchart shown in FIG. 2 or FIG. 5, the analysis unit 70 corrects the sum frequency light spectrum based on the correction information stored in the storage unit 80, and based on the corrected sum frequency light spectrum. Thus, the phase characteristic of the light pulse to be measured is measured.

さらに、この位相特性測定装置3では、ミラーM4が光路から待避されると、高調波光生成部40で生成された高調波光は光検出部90に入射して、高調波光の強度が光検出部90により検出される。光検出部90により検出される高調波光の強度GFR(τ)は、被測定光パルスの振幅特性A(t)および位相特性φ(t)ならびにダブル光パルスのパルス間隔τに依存する。 Further, in the phase characteristic measuring apparatus 3, when the mirror M4 is retracted from the optical path, the harmonic light generated by the harmonic light generating unit 40 enters the light detecting unit 90, and the intensity of the harmonic light is detected by the light detecting unit 90. Is detected. The intensity G FR (τ) of the harmonic light detected by the light detector 90 depends on the amplitude characteristic A (t) and phase characteristic φ (t) of the light pulse to be measured and the pulse interval τ of the double light pulse.

そして、解析部70により、この光検出部90による検出結果に基づいて、ダブル光パルスにおけるパルス間隔τと高調波光強度GFR(τ)との関係を表すフリンジ分解SHG自己相関波形が求められる。このフリンジ分解SHG自己相関波形では、パルス間隔τが0のときに高調波光強度GFR(τ)はピークとなり、コントラスト比(GFR(0)/GFR(∞))は8である。 Then, the analysis unit 70 obtains a fringe decomposition SHG autocorrelation waveform representing the relationship between the pulse interval τ in the double light pulse and the harmonic light intensity G FR (τ) based on the detection result by the light detection unit 90. In this fringe decomposition SHG autocorrelation waveform, when the pulse interval τ is 0, the harmonic light intensity G FR (τ) peaks and the contrast ratio (G FR (0) / G FR (∞)) is 8.

フリンジ分解SHG自己相関波形が測定されると、次に、被測定光パルスの振幅特性A(t)および位相特性φ(t)を仮定して高調波光強度を計算し、この計算結果と実際の測定結果との間の一致度を評価して、この一致度が最大となるような振幅特性A(t)および位相特性φ(t)を求める。このようにして、被測定光パルスのパルス幅及びチャープに関する情報が簡易的に求められる。また、フリンジ分解SHG自己相関波形のピークが得られるときのダブル光パルスにおけるパルス間隔が0点として校正される。   When the fringe-resolved SHG autocorrelation waveform is measured, the harmonic light intensity is calculated assuming the amplitude characteristic A (t) and the phase characteristic φ (t) of the optical pulse to be measured. The degree of coincidence with the measurement result is evaluated, and the amplitude characteristic A (t) and the phase characteristic φ (t) that maximize the degree of coincidence are obtained. In this way, information on the pulse width and chirp of the light pulse to be measured can be easily obtained. Further, the pulse interval in the double light pulse when the peak of the fringe decomposition SHG autocorrelation waveform is obtained is calibrated as 0 point.

この位相特性測定装置3では、ダブル光パルス生成部10BにおいてコーナーリフレクタCR1,CR2が用いられているので、コーナーリフレクタCR1,CR2により反射された光パルスがビームスプリッタBS1へ戻ることはない。   In this phase characteristic measuring apparatus 3, since the corner reflectors CR1 and CR2 are used in the double light pulse generation unit 10B, the light pulses reflected by the corner reflectors CR1 and CR2 do not return to the beam splitter BS1.

また、ダブル光パルス生成部10Bに含まれるコーナーリフレクタCR1,CR2により反射された光パルスは、ビームスプリッタBS3により合波かつ2分岐されて、ダブル光パルスとしてミラーM2およびレンズLそれぞれへ出力される。ダブル光パルス生成部10BからレンズLへ出力されたダブル光パルスは、高調波光生成部40に入力する。そして、この高調波光生成部40で生成された高調波光のスペクトルが分光計測部50により測定されて解析部70により解析されることで、分光計測部50の装置関数が求められる。また、この高調波光生成部40で生成された高調波光の強度が光検出部90により測定され解析部70により解析されることで、フリンジ分解SHG自己相関波形が求められて、これにより、被測定光パルスのパルス幅及びチャープに関する情報が簡易的に求められ、また、ダブル光パルスにおけるパルス間隔が校正される。   The light pulses reflected by the corner reflectors CR1 and CR2 included in the double light pulse generation unit 10B are combined and branched by the beam splitter BS3, and output to the mirror M2 and the lens L as double light pulses. . The double light pulse output from the double light pulse generator 10B to the lens L is input to the harmonic light generator 40. Then, the spectrum of the harmonic light generated by the harmonic light generation unit 40 is measured by the spectroscopic measurement unit 50 and analyzed by the analysis unit 70, whereby the device function of the spectroscopic measurement unit 50 is obtained. Further, the intensity of the harmonic light generated by the harmonic light generation unit 40 is measured by the light detection unit 90 and analyzed by the analysis unit 70, thereby obtaining a fringe-decomposed SHG autocorrelation waveform. Information relating to the pulse width and chirp of the optical pulse is simply obtained, and the pulse interval in the double optical pulse is calibrated.

また、この位相特性測定装置3では、和周波光生成部30および高調波光生成部40で別個の非線形光学結晶が用いられている。和周波光生成部30としての非線形光学結晶は、凹面ミラーCMからダブル光パルスおよびチャープ光パルスがノンコリニアに入射するので、これら光パルスの入射方位に対応して、和周波光が高効率に発生するための位相整合条件が満たされるように光学軸の方位が設定される。これに対して、高調波光生成部40としての非線形光学結晶は、ダブル光パルスのみが入射するので、この光パルスの入射方位に対応して、高調波光が高効率に発生するための位相整合条件が満たされるように光学軸の方位が設定される。このように、和周波光生成部30としての非線形光学結晶および高調波光生成部40としての非線形光学結晶それぞれは、各々の目的に応じて光学軸の方位が適切に設定され得る。   In the phase characteristic measuring apparatus 3, separate nonlinear optical crystals are used in the sum frequency light generation unit 30 and the harmonic light generation unit 40. In the nonlinear optical crystal as the sum frequency light generation unit 30, double light pulses and chirp light pulses are incident non-linearly from the concave mirror CM, so that sum frequency light is generated with high efficiency corresponding to the incident direction of these light pulses. The azimuth of the optical axis is set so that the phase matching condition for satisfying the condition is satisfied. On the other hand, since the nonlinear optical crystal as the harmonic light generation unit 40 receives only the double light pulse, the phase matching condition for generating the harmonic light with high efficiency corresponding to the incident direction of the light pulse. The azimuth of the optical axis is set so that As described above, the orientation of the optical axis of each of the nonlinear optical crystal as the sum frequency light generation unit 30 and the nonlinear optical crystal as the harmonic light generation unit 40 can be appropriately set in accordance with each purpose.

さらに、この位相特性測定装置3では、和周波光生成部30へダブル光パルスおよびチャープ光パルスを集光して入射させる集光光学系として凹面ミラーCMが用いられているので、この集光光学系において波長分散が生じることがなく、高精度の測定が可能である。また、高調波光生成部40へダブル光パルスを集光して入射させる集光光学系として凹面ミラーが用いられてもよい。   Further, in this phase characteristic measuring apparatus 3, since the concave mirror CM is used as a condensing optical system for condensing and entering the double light pulse and the chirped light pulse to the sum frequency light generation unit 30, this condensing optical system is used. There is no chromatic dispersion in the system, and highly accurate measurement is possible. Further, a concave mirror may be used as a condensing optical system for condensing and entering the double light pulse to the harmonic light generation unit 40.

集光光学系、ビームスプリッタなどに分散を含む光学部品を用いた場合には、あらかじめ用いた光学部品の分散量を評価しており、解析結果から上記光学部品の分散量を差し引けば定量性は損なわれない。   When optical components that include dispersion are used in condensing optical systems, beam splitters, etc., the amount of dispersion of optical components used in advance is evaluated, and if the amount of dispersion of the optical components is subtracted from the analysis results, quantitative performance is obtained. Will not be damaged.

上記実施形態において、ダブル光パルスのパルス間隔τを校正する方法として、フリンジ分解SHG自己相関器による相関波形の解析結果を用いる例を示しているが、これに限定しない。例えば、本装置とは別に、分解能が十分ある分光器を校正用に準備し、ダブル光パルスを前記分光器に入力する。観測の結果得られたスペクトルは、図8(a)に示したスペクトルS1に類似したスペクトルが観測される。このスペクトルに対して、図5に示したアルゴリズムにおいてステップS36までを実行する。その際に得られる位相波形はωτの位相勾配を有しているので、この計算結果からパルス間隔τの値を決定することができる。この際に用いるダブル光パルスは、基本波を用いてもよいし、第2高調波を使用してもよい。   In the above embodiment, as an example of the method for calibrating the pulse interval τ of the double light pulse, an example using the analysis result of the correlation waveform by the fringe decomposition SHG autocorrelator is shown, but the present invention is not limited to this. For example, apart from this apparatus, a spectrometer having sufficient resolution is prepared for calibration, and a double light pulse is input to the spectrometer. The spectrum obtained as a result of the observation is a spectrum similar to the spectrum S1 shown in FIG. For this spectrum, up to step S36 is executed in the algorithm shown in FIG. Since the phase waveform obtained at this time has a phase gradient of ωτ, the value of the pulse interval τ can be determined from the calculation result. The double light pulse used at this time may use a fundamental wave or a second harmonic.

本実施形態に係る位相特性測定装置1の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the phase characteristic measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における解析動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the analysis operation | movement in the analysis part 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. フーリエ空間における和周波光スペクトルおよび装置関数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the sum frequency light spectrum in Fourier space, and an apparatus function spectrum. 本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における装置関数取得動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the apparatus function acquisition operation | movement in the analysis part 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る位相特性測定装置1の解析部70における解析動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the analysis operation | movement in the analysis part 70 of the phase characteristic measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る位相特性測定装置の第1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the phase characteristic measuring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る位相特性測定装置の第2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the phase characteristic measuring apparatus which concerns on this embodiment. 従来の位相特性測定装置の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the conventional phase characteristic measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3…位相特性測定装置、10…ダブル光パルス生成部、20…チャープ付与部、30…和周波光生成部、40…高調波光生成部、50…分光計測部、60…選択部、70…解析部、80…記憶部、90…光検出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Phase characteristic measuring apparatus, 10 ... Double light pulse generation part, 20 ... Chirp provision part, 30 ... Sum frequency light generation part, 40 ... Harmonic light generation part, 50 ... Spectral measurement part, 60 ... Selection part, 70 ... analysis part, 80 ... storage part, 90 ... light detection part.

Claims (5)

被測定光パルスを入力し、この被測定光パルスをパルス間隔τのダブル光パルスに変換して、このダブル光パルスを出力するとともに、このパルス間隔τの調整が可能であるダブル光パルス生成部と、
プローブ光パルスを入力し、このプローブ光パルスにリニアなチャープを与えてチャープ光パルスに変換し、このチャープ光パルスを出力するチャープ付与部と、
前記ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスと、前記チャープ付与部から出力されたチャープ光パルスとを入力して、これらダブル光パルスおよびチャープ光パルスそれぞれの光周波数の和に等しい光周波数を有する和周波光を生成し出力する和周波光生成部と、
前記ダブル光パルス生成部から出力されたダブル光パルスを入力し、このダブル光パルスの光周波数の2倍の光周波数を有する高調波光を生成し出力する高調波光生成部と、
入力した光を分光計測する分光計測部と、
前記和周波光生成部から出力された和周波光と、前記高調波光生成部から出力された高調波光との、何れかを選択的に前記分光計測部へ入力させる選択部と、
前記和周波光生成部から出力された和周波光が前記分光計測部により分光計測された結果を、前記高調波光生成部から出力された高調波光が前記分光計測部により分光計測された結果に基づいて補正するとともに解析して、前記被測定光パルスの位相特性を測定する解析部と、
を備えることを特徴とする位相特性測定装置。
A double optical pulse generator that inputs a measured optical pulse, converts the measured optical pulse into a double optical pulse with a pulse interval τ, outputs the double optical pulse, and can adjust the pulse interval τ. When,
A chirp applying unit that inputs a probe light pulse, gives a linear chirp to the probe light pulse, converts the probe light pulse into a chirp light pulse, and outputs the chirp light pulse;
An optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the double optical pulse and the chirped optical pulse is inputted by inputting the double optical pulse output from the double optical pulse generating unit and the chirped optical pulse output from the chirp applying unit. A sum frequency light generator that generates and outputs a sum frequency light having
A double light pulse output from the double light pulse generator, a harmonic light generator that generates and outputs harmonic light having an optical frequency twice as high as the optical frequency of the double light pulse;
A spectroscopic measurement unit that spectroscopically measures the input light;
A selection unit that selectively inputs either the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit and the harmonic light output from the harmonic light generation unit to the spectroscopic measurement unit;
Based on the result of spectroscopic measurement of the sum frequency light output from the sum frequency light generation unit, based on the result of spectroscopic measurement of the harmonic light output from the harmonic light generation unit. Correcting and analyzing to measure the phase characteristic of the light pulse to be measured,
A phase characteristic measuring apparatus comprising:
前記被測定光パルスを2分岐して、その2分岐した一方を前記ダブル光パルス生成部へ入力させ、他方を前記プローブ光パルスとして前記チャープ付与部へ入力させる光分岐部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の位相特性測定装置。   An optical branching unit is further provided that splits the optical pulse to be measured into two parts, inputs one of the two branches into the double optical pulse generation unit, and inputs the other into the chirping unit as the probe optical pulse. The phase characteristic measuring apparatus according to claim 1. 前記解析部における補正の際の補正情報を記憶する記憶部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の位相特性測定装置。   The phase characteristic measuring apparatus according to claim 1, further comprising a storage unit that stores correction information at the time of correction in the analysis unit. 前記高調波光生成部から出力された高調波光の強度を検出する光検出部を更に備え、
前記解析部が該光検出部による検出結果に基づいてフリンジ分解SHG自己相関波形を求める、
ことを特徴とする請求項1記載の位相特性測定装置。
A light detection unit for detecting the intensity of the harmonic light output from the harmonic light generation unit;
The analysis unit obtains a fringe decomposition SHG autocorrelation waveform based on a detection result by the light detection unit,
The phase characteristic measuring apparatus according to claim 1.
前記和周波光生成部および前記高調波光生成部が共通の非線形光学結晶を含むことを特徴とする請求項1記載の位相特性測定装置。
The phase characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein the sum frequency light generation unit and the harmonic light generation unit include a common nonlinear optical crystal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014062892A (en) * 2012-08-30 2014-04-10 Arkray Inc Terahertz wave spectrometry device and method, and inspection device and method of nonlinear optical crystal
US8886037B2 (en) 2009-03-02 2014-11-11 Osaka University Waveform reconstruction device, waveform reconstruction system, and waveform reconstruction method
JP2016142594A (en) * 2015-01-30 2016-08-08 国立大学法人横浜国立大学 Terahertz electric-field waveform detector

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008275528A (en) * 2007-05-02 2008-11-13 Fujifilm Corp Compensation table forming method, device, program, and tomographic image processing apparatus using the same
US8886037B2 (en) 2009-03-02 2014-11-11 Osaka University Waveform reconstruction device, waveform reconstruction system, and waveform reconstruction method
JP2014062892A (en) * 2012-08-30 2014-04-10 Arkray Inc Terahertz wave spectrometry device and method, and inspection device and method of nonlinear optical crystal
JP2016142594A (en) * 2015-01-30 2016-08-08 国立大学法人横浜国立大学 Terahertz electric-field waveform detector

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