JP2006275908A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光パルスに含まれる波長によって伝播方向が異なることなく、信号光パルスを空間的に分離し、且つ、時間的に遅延を与えることのできる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を提供する。
【解決手段】ミラー１１と、ハーフミラー１２と、Ｎ個の可変ミラー１３１、１３２、…、１３Ｎを有し、ミラー１１とハーフミラー１２とが、互いに平行に配置され、Ｎ個の可変ミラーの各々は、ハーフミラー１２を挟んでミラー１１の反対側にハーフミラー１２と平行となるように配置され、且つ、ハーフミラー１２とミラー１１の間隔をＤとしたときに、ハーフミラー１１との間隔が、Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足するように、ハーフミラー１２の一端から他端に向かって配置されている。また、Ｎ個の可変ミラーの各々は、Δの値が可変となるように、法線方向に垂直移動可能に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェムト〜ピコ秒の時間領域の信号光パルスを空間的にも時間的にも多重化する信号光パルス多重化ユニットと、それを利用した時間分解計測装置に関するものである。

時間分解分光を行う従来の技術として、例えば、次の特許文献１に記載のような２次元光波変換光学系を用いたものがある。
特許第３０１８１７３号公報

図７は特許文献１に記載されている２次元光波変換光学系の概略構成を示す斜視図である。この構成では、超短光パルスの波形計測を可能としている。
２次元光波変換光学系は、ビームエキスパンダ３００と、回折格子５００と、第１シリンドリカルレンズ６００と、フィルタ７００と、第２シリンドリカルレンズ８００とで構成されている。回折格子５００は、透過型の回折格子である。この回折格子５００は、第１シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面（前側焦点位置）に配置されている。また、フィルタ７００は、第１シリンドリカルレンズ６００の後側焦平面（後側焦点位置）に配置されている。なお、フィルタ７００の位置は、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面と一致している。また、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面と、シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面は、互いに共役となっている。

図７の構成を用いた、変調を受けた超短光パルス（以下信号光パルスと呼ぶ）の時間分解分光の計測過程を説明する。
まず、入射光束をビームエキスパンダ３００で拡大して、回折格子５００上に斜入射させる。このときの光束を光線ごとに見てみる。するとこの場合、回折格子５００に斜入射する各光線は、回折格子５００の入射面に同時に到達しているわけではない。すなわち、回折格子５００のｘ軸方向についてみると、回折格子５００の両端のうち、一端はビームエキスパンダ３００に近く、他端はビームエキスパンダ３００から遠く離れている。よって、上記一端に到達する光線と上記他端に到達する光線との間には時間差が生じる。すなわち、回折格子５００のｘ軸方向における位置ごとに、光線が到達する時間が異なる。そこで、ここでは図中の線分Ｐ−Ｑに沿う位置に到達した光線の振る舞いについて考える。

回折格子５００は、入射した光を、各波長ごとにｘ軸方向に回折する格子形状を有している。よって、線分Ｐ−Ｑ上に到達した光に含まれる各波長成分の各々は、異なる角度でｘ軸方向に回折される。そして、第１シリンドリカルレンズ６００の後側焦平面上において集光する。このとき、ｘ軸方向のみ集光されるので、ｙ軸方向に細長い光束（光線）が、波長別にｘ軸方向に沿って並ぶことになる。

然るに、フィルタ７００は、図８に示すように、光遮光領域と光透過領域とで構成されている。ここでは、光透過領域は開口である。この開口の形状は、ｘ軸方向の増加に伴いｙ軸方向が増加する形状となっている。開口以外の領域は光遮光領域であるので、光を遮光する。
このため、フィルタ７００を透過した光は、時間差をもって、ｙ軸方向について異なる波長が分布することになる。

更に、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面上において、ｙ軸方向の波長分布は保存されるようになっている。第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面は、第１シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面と共役である。そのため、線分Ｐ−Ｑの位置と共役な線分Ｐ’−Ｑ’の位置は、共役となる。このため、図９に示すように、線分Ｐ’−Ｑ’の位置に沿って異なる波長が並ぶことになる。

更に、回折格子５００上での位置に応じて、光線の到達時刻が異なる。よって、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面には、図９に示すように、ｙ軸方向に波長が分布し、ｘ軸方向に時間が矢印方向（図では左側方向）に変化して展開されたスペクトログラムが生成されることになる。以下、このスペクトログラムを２次元光波とする。
但し、２次元光波の時間変化は非常に高速であるため、通常の撮像デバイスでは時間変化を捉えることはできない。このため、ゲートパルスと呼ぶ参照光パルスを、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面に同時に照射させる。このようにすることによって、スペクトログラムを干渉縞パターンとして取得する。
この２次元光波変換光学系は、試料によって何らかの変調を受けた光、特に超短光パルスの時間分解分光を可能とするものである。

上記特許文献１に記載の従来技術において注目すべき点は、信号光パルスを空間に多重し、且つ空間に応じて時間遅延を与えることにある。これを可能にするのが、回折格子５００であり、この回折格子５００に斜入射させることによって、空間的に多重された信号光パルスに遅延を与えている。しかし、信号光パルスが回折格子５００で回折されると、図１０に示すように、信号光パルスを構成する各波長（λ１、λ２、…、λＮ）は、異なる回折方向に伝播するので、回折格子５００と共役な面である第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面においても、信号光パルスを構成する各波長（λ１、λ２、…、λＮ）は異なる方向に伝播することになる。従って、ここにゲートパルスである光を同時に照射させてスペクトログラムの干渉パターンを得るとゲートパルスと信号光パルスの各波長のなす角度は異なる角度になり、結果として干渉縞の周期が波長によって異なってしまう。このため、特許文献１に記載の２次元光波変換光学系を用いた場合には、時間分解計測としての時間分解能が波長によって大きく異なるという問題があった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、信号光パルスに含まれる波長によって伝播方向が異なることなく、信号光パルスを空間的に分離し、且つ、時間的に遅延を与えることのできる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を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による信号光パルス多重化ユニットは、ミラーと、ハーフミラーと、Ｎ個の可変ミラーを有し、前記ミラーと前記ハーフミラーとが、互いに平行に配置され、前記Ｎ個の可変ミラーの各々は、前記ハーフミラーを挟んで前記ミラーの反対側に該ハーフミラーと平行となるように配置され、且つ、前記ハーフミラーと前記ミラーの間隔をＤとしたときに、前記ハーフミラーとの間隔が、Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足するように、該ハーフミラーの一端から他端に向かって配置されていることを特徴としている。

また、本発明の信号光パルス多重化ユニットにおいては、前記Ｎ個の可変ミラーの各々は、前記ハーフミラーとの間隔Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足させながら、Δの値が可変となるように、法線方向に垂直移動可能に構成されているのが好ましい。

また、本発明の信号光パルス多重化ユニットにおいては、上記本発明のいずれかの信号光パルス多重化ユニットからの信号光パルスの出射光路上に、分光手段を有し、前記分光手段が、第１レンズと、分散素子と、第２レンズとで構成され、前記分散素子が、第１レンズの後側焦平面近傍に配置され、前記第２レンズが、前側焦平面が前記第１レンズの後側焦平面にほぼ一致した位置となるように配置されているのが好ましい。

また、本発明による時間分解計測装置は、光パルスを発する光源と、前記光源からの光パルスを試料に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐する分岐手段と、上記本発明のいずれかの信号光パルス多重化ユニットと、前記信号光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光パルスとを合波する合波手段と、前記合波手段で合波されることによって生じた干渉縞を検出可能な検出手段を有することを特徴としている。

また、本発明の時間分解計測装置においては、前記合波手段が、前記信号光パルスと参照光との合波位置に配置されたビームスプリッタと、前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置への到達時間を調整可能な参照光遅延手段と、前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置での照射面積を調整可能な参照光照射面積調整手段を有するのが好ましい。

本発明によれば、信号光パルスの時間変化を、参照光パルスとの干渉縞によって解析する際において、信号光パルスに含まれる波長によって伝播方向が異なることなく、信号光パルスと参照光パルスとのなす角度をいずれの波長においても一定にすることができ、空間的に分離される、信号光パルスを構成する各波長に対し、時間分解計測としての時間分解能を一定にして時間変化の解析を行うことが可能な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が得られる。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットの概略構成を示す上面図、図２は第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおける、信号光パルスの空間的、時間的な変換の様子を示す説明図、図３は第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。
第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１は、ミラー１１と、ハーフミラー１２と、Ｎ個の可変ミラー１３１、…、１３Ｎを有して構成されている。なお、図１中、２０は第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光との合波位置に設けられたビームスプリッタ、３は撮像素子である。信号光パルス多重化ユニット１は時間分解計測に際しこれらの光学素子とともに用いられる。
ミラー１１と、ハーフミラー１２と、Ｎ個の可変ミラー１３１、…、１３Ｎは、互いに平行に配置されている。また、Ｎ個の可変ミラー１３１、…、１３Ｎとハーフミラー１２との間隔は、ミラー１１とハーフミラー１２との間隔（Ｄとする）に対してΔ、２Δ、…、２^NN-1Δだけずれて（即ち、Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋２^NN-1Δとなるように）、ハーフミラー１２の一端（図１(a)においては上側）から他端（図１(a)においては下側）に向かって配置されている（但し、図１では説明の便宜上、Ｎ＝３としている）。そして、Ｎ個の可変ミラー１３１、…、１３Ｎの各々は、ハーフミラー１２との間隔Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足させながら、Δの値が可変となるように、法線方向に垂直移動可能に構成されている。
また、ハーフミラー１２に対して、信号光パルスが４５°の入射角度で入射するようにパルス光源（図示省略）が配置されている。

なお、図１では、可変ミラー１３１から１３Ｎが、順に、ハーフミラー１２との間隔が増えるように配置した例を示したが、可変ミラー１３１、…、１３Ｎそれぞれのハーフミラー１２との間隔がΔ、２Δ、…、２^N-1Δというように全ての可変ミラーにおいて異なる配置であれば、ハーフミラー１２との間隔はどのような順でもよい。

このように構成された第１実施形態の光パルス多重化ユニット１の機能について説明することにする。
図１中、ハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ１に信号光パルスが入射すると、入射した信号光パルスは、ハーフミラー１２を介して透過側と反射側とに分波される。ハーフミラー１２を透過した信号光パルスは、可変ミラー１３１上の所定箇所Ａ１で反射されてハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ２₂に入射する（即ち、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２₂を辿る）。一方、ハーフミラー１２で反射された信号光パルスは、ミラー１１上の所定箇所Ｂ１で反射されてハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ２₁に入射する（即ち、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁を辿る）。このように、ハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ１で分波された夫々の信号光パルスは、夫々経路Ｏ１Ａ１Ｏ２₂，Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁を辿り、ハーフミラー１２上の領域Ｏ２（所定箇所Ｏ２₁，Ｏ２₂を含む領域）で合波される。このとき、可変ミラー１３１とハーフミラー１２との間隔は、ミラー１１とミラー１２の間隔に対してΔだけ異なっている。このため、可変ミラー１１上の所定箇所Ａ１を経てハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ２₁に到達する信号光パルスと、ミラー１１上の点Ｂ１を経てハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ２₂に到達する信号光パルスとは、空間的には互いに√２Δ離れて平行となり、時間的には√２Δ／Ｃの時間遅延が生じる。

また、第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１において、３個の可変ミラー１３１、１３２、１３３を有する構成を考えた場合、ハーフミラー１２上の所定箇所Ｏ１から領域Ｏ３に至るまでには、信号光パルスの経路として次の４つの経路が存在することになる。
Ｏ１Ａ１Ｏ２₂Ａ２₂Ｏ３₄
Ｏ１Ａ１Ｏ２₂Ｂ２₂Ｏ３₂
Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁Ａ２₁Ｏ３₃
Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁Ｂ２₁Ｏ３₁

ここで、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁Ｂ２₁Ｏ３₁を基準としたときの、上記各経路における信号光パルスの空間的、時間的なズレは次のようになる。
経 路 空間ズレ 時間ズレ
Ｏ１Ａ１Ｏ２₂Ａ２₂Ｏ３₄ ３√２Δ ３√２Δ／Ｃ
Ｏ１Ａ１Ｏ２₂Ｂ２₂Ｏ３₂ １√２Δ １√２Δ／Ｃ
Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁Ａ２₁Ｏ３₃ ２√２Δ ２√２Δ／Ｃ
Ｏ１Ｂ１Ｏ２₁Ｂ２₁Ｏ３₁ ０（＝０√２Δ） ０（＝０√２Δ／Ｃ）

つまり、上記４つの経路を辿る信号光パルスは、空間的には√２Δの間隔で互いに平行な信号光パルス列となり、時間的には√２Δ／Ｃのパルス間隔を有した信号光パルス列となる。
そこで、同様に、Ｎ個の可変ミラーが配置された場合を考えると、ハーフミラー１２上でＮ回の分波と合波を繰り返すことにより、隣り合う信号光パルスの間隔が、空間的に√２Δ分離されるとともに、時間的に√２Δ／Ｃ分離された、２のＮ乗個の信号光パルス列を生成させることができる。

ここで、この信号光パルスが、図２の左側に示すように、全体で７√２Δ／Ｃの時間幅の広がりを持ち、各時間幅が√２Δ／Ｃとなっているｉ１、ｉ２、…、ｉ８の信号であるとする。この信号光パルス（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）が、信号光パルス多重化ユニット１を透過したときには図２の右側に示すように空間的にも時間的にもずれる。ここで、時間が７√２Δ／Ｃ経過した時点での点線で示された部分を見ると、ｘ軸方向に時間的な分布（即ち、図２における横軸に沿った信号光パルスの分布）と同じ分布が生成されていることが分かる。つまり、この点線で示される部分だけを取り出せば、信号光パルス（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）の時間分布を空間分布として取得できることになる。

そこで、この点線で示される部分の空間分布された信号光パルス列を取得するために、この信号光パルス列に参照光を照射させることで、ゲート（もしくはシャッター）として機能させる。即ち、点線で示すタイミングで参照光パルスをビームスプリッタ２０に照射すれば、この信号光パルスと参照光パルスとが時間的に同時に存在するときにだけ図３に示すような干渉縞が生成されることとなる。そして、信号光パルス列（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）の振幅（強度）情報が、干渉縞のコントラストとして表現される。

このとき、第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１によれば、信号光パルスは、いずれの波長も同一方向に伝播していく。このため、信号光パルスと参照光とをビームスプリッタ２０を介して合波させた場合、合波位置における信号光パルスと参照光パルスとのなす角度が波長によって変化することがほとんど無い。従って、第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１によれば、上述した従来の２次元光波変換光学系において問題となっていた、干渉縞の縞間隔が波長により大きく異なってしまうという問題が発生せず、空間的に分離される、信号光パルスを構成する各波長に対し、時間分解計測としての時間分解能を一定にして時間変化の解析を行うことが可能となる。
また、第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１によれば、Ｎ個の可変ミラー１３１、…、１３Ｎの各々は、ハーフミラー１２との間隔Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足させながら、Δの値が可変となるように、法線方向に垂直移動可能である。このため、用いる信号光パルスを構成する各信号の時間的な間隔に応じて可変ミラー１３１、…、１３Ｎの各々をハーフミラー１２との間隔を調整できる。このため、第１実施形態の信号光パルス多重化ユニット１によれば、信号光パルスを構成する各信号の間隔を問わず、多様な信号光パルスについて時間分解計測をすることができる。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットの概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は側面図、図５は第２実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。
第２実施形態の信号光パルス多重化ユニット１’は、図１に示した信号光パルス多重化ユニット１と、その出射光路上に、分光手段１４を有して構成されている。なお、図４(a)，(b)中、２０は第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光との合波位置に設けられたビームスプリッタ、３は撮像素子である。信号光パルス多重化ユニット１’は時間分解計測に際しこれらの光学素子とともに用いられる。
分光手段１４は、第１レンズ１４１と、分散素子１４２と、第２レンズ１４３とで構成されている。
分散素子１４２は、入射光を（信号光パルス多重化ユニット１を介して時間的、空間的に多重化された方向（ｚ軸方向及びｘ軸方向）に対して垂直な方向（ｙ軸方向）に分散させる機能を備えている。そして、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１近傍に配置されている。また、第２レンズ１４３は、前側焦平面ＦＦ２が第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１にほぼ一致した位置となるように配置されている。
その他、信号光パルス多重化ユニット１の構成及び信号光パルスの多重化作用については第１実施形態と同様である。

このように構成された第２実施形態の信号光パルス多重化ユニット１’では、信号光パルス多重化ユニット１を介して空間的、時間的に多重化された信号光パルスは、第１レンズ１４１を介して後側焦点面ＦＢ１に集光される。集光された信号光パルスは、分散素子１４２を介して波長毎に異なる方向（信号光パルス多重化ユニット１を介して時間的、空間的に多重化された方向（ｚ軸方向及びｘ軸方向）に対して垂直な方向（ｙ軸方向）に回折される。波長毎に異なる方向に回折された信号光パルスは、第２レンズ１４３を介して各波長が互いに平行光に変換される。
このようにして信号光パルスは、分光手段１４を経ることによって、時間的に変化する方向に対して垂直な方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に波長分解され、時間に対して２次元の波長情報に変換されることになる。
そこで、参照光をビームスプリッタ２０に照射すれば、この２次元の波長情報に変換された信号光パルスと参照光パルスとが同時に存在するときにだけ図５に示すような干渉縞が生成されることとなる。

その際、第１レンズ１４１で集光された信号光パルスは、分散素子１４２を介して波長毎に異なる方向に回折されている。このとき、分散素子１４２は、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１近傍に配置され、また、第２レンズ１４３の前側焦平面ＦＦ２は、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１にほぼ一致した位置に配置されている。このため、波長毎に異なる方向に回折された信号光パルスは、第２レンズ１４３を介して各波長が互いに平行となるように変換される。このため信号光パルスは、波長が分離されても伝播方向がほぼ平行となるため、参照光と合波しても、干渉縞の縞間隔は波長によって変化せず一定となる。
従って、第２実施形態の信号光パルス多重化ユニット１’によれば、上述した従来の２次元光波変換光学系において問題となっていた、干渉縞の縞間隔が波長により大きく異なってしまうという問題が発生せず、空間的に分離される、信号光パルスを構成する２次元の各波長に対し、時間分解計測としての時間分解能を一定にして時間変化の解析を行うことが可能となる。
なお、レンズ１４１と１４３は、ｙｚ面に屈折力をもつシリンドリカルレンズでも良い。

（第３実施形態）
図６は本発明の第３実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置の概略構成を示す説明図である。
第３実施形態の時間分解計測装置は、光源５と、分岐手段６と、第２実施形態と同様の信号光パルス多重化ユニット１’と、合波手段２と、検出手段３を有している。
光源５は、超短光パルスを発振するように構成されている。
分岐手段６は、ハーフミラー等を用いて、光源５からの超短光パルスを試料７に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐するように構成されている。
信号光パルス多重化ユニット１’は、第２実施形態において述べたように、試料７を経た信号光パルスを空間的及び時間的に多重化する機能を備えている。
合波手段２は、ビームスプリッタ２０と、参照光遅延手段２２と、参照光照射面積調整手段２１を有している。
ビームスプリッタ２０は、ハーフミラーで構成されており、信号光パルス多重化ユニット１’を介して空間的及び時間的に多重化された信号光パルスと参照光パルスとの合波位置に配置されている。

参照光遅延手段２２は、ミラー２２１，２２２，２２３を有し、かつ、ミラー２２１，２２２をミラー２２１の入射光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、ミラー２２１，２２２の移動量を調整することによって、合波手段２の合波位置（即ち、ビームスプリッタ２０）への参照光パルスの到達時間を調整することができるようになっている。ここでは、参照光パルスが信号光パルスと同じタイミングで合波手段２の合波位置に到達するように、ミラー２２１，２２２のミラー２２１の入射光軸に沿う移動量が調整されている。
参照光照射面積調整手段２１は、レンズ２１１，２１２を有するビームエキスパンダからなり、レンズ２１１，２１２の一方が、光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、レンズ２１１，２１２の相対的な間隔を調整することによって、合波手段２の合波位置での参照光パルスの照射面積を調整することができるようになっている。ここでは、合波手段２の合波位置での参照光パルスの照射面積が合波手段２の合波位置に到達する信号光パルスの照射領域の面積以上になるように、レンズ２１１，２１２の相対的な間隔が調整されている。
検出手段３は、合波手段２で合波されることによって生じた干渉縞を撮像するための撮像素子で構成されている。また、検出手段３は、撮像素子で撮像した情報を数値情報や画像情報として取得、表示するためのコンピュータやディスプレイ装置（図示省略）と接続されている。

このように構成された第３実施形態の信号光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置によれば、光源５から発振された超短光パルスは、分岐手段６を介して２つに分岐される。この２つに分岐された光パルスの一方が試料７を照射する照射光パルスで、他方が参照光パルスである。
照射光パルスを試料７に照射された後、試料７を経た信号光パルスは、信号光パルス多重化ユニット１’を介して空間的及び時間的に多重化されて合波手段２の合波位置に到達する。
一方、参照光は、参照光遅延手段２２を介して、合波手段２の合波位置への到達が信号光パルスと同じになるようにして、参照光照射面積調整手段２１に導かれる。参照光照射面積調整手段２１に導かれた参照光パルスは、参照光パルスの合波手段２の合波位置での照射面積が信号光パルスの照射領域の面積をカバーする大きさに調整されて、合波手段２の合波位置に到達する。
合波手段２の合波位置に配置されたビームスプリッタ２０で合波された信号光パルスと参照光パルスは、干渉縞を生じ、検出手段３を介して撮像される。撮像された情報は、図示省略したコンピュータやディスプレイ装置を介して画像情報や数値情報として取得、表示される。これにより、信号光パルスが時間的、空間的に分離された情報として得られる。

本発明の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は、顕微鏡や計測装置を用いて、非常に微小な領域での、非常に短い時間領域で起こる物性変化を、ポンプ−プローブ法、コヒーレント分光等、複数の照明光を時間遅延を設けて照射することによって、測定することが求められる生物学、医学、薬学の分野において有用である。

本発明の第１実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットの概略構成を示す上面図である。 第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおける、信号光パルスの空間的、時間的な変換の様子を示す説明図である。 第１実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。 本発明の第２実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットの概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。 第２実施形態の信号光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。 本発明の第３実施形態にかかる信号光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置の概略構成を示す説明図である。 従来の極短光パルスの波形計測技術にかかる２次元空間変換光学系の概略構成を示す斜視図である。 図７の２次元光波変換光学系に用いられるフィルタ７００の説明図である。 図７の２次元光波変換光学系により２次元空間変換された波長分布を示すグラフである。 図７の２次元光波変換光学系における信号光パルスを構成する各波長の伝播方向を示す説明図である。

符号の説明

１，１’ 信号光パルス多重化ユニット
１１ ミラー
１２ ハーフミラー
１３１、１３２、１３３、…、１３Ｎ 可変ミラー
１４ 分光手段
１４１ 第１レンズ
１４２ 分散素子
１４３ 第２レンズ
２ 合波手段
２０ ビームスプリッタ
２１ 参照光照射面積調整手段（ビームエキスパンダ）
２１１，２１２ レンズ
２２ 参照光遅延手段
２２１，２２２，２２３ ミラー
３ 検出手段（撮像素子）
５ 光源
６ 分岐手段
７ 試料

Claims (5)

1. ミラーと、ハーフミラーと、Ｎ個の可変ミラーを有し、
   前記ミラーと前記ハーフミラーとが、互いに平行に配置され、
   前記Ｎ個の可変ミラーの各々は、前記ハーフミラーを挟んで前記ミラーの反対側に該ハーフミラーと平行となるように配置され、且つ、前記ハーフミラーと前記ミラーの間隔をＤとしたときに、前記ハーフミラーとの間隔が、Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足するように、該ハーフミラーの一端から他端に向かって配置されていることを特徴とする信号光パルス多重化ユニット。
2. 前記Ｎ個の可変ミラーの各々は、前記ハーフミラーとの間隔Ｄ＋Δ、Ｄ＋２Δ、…、Ｄ＋ＮΔを満足させながら、Δの値が可変となるように、法線方向に垂直移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号光パルス多重化ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の信号光パルス多重化ユニットからの信号光パルスの出射光路上に、分光手段を有し、
   前記分光手段が、第１レンズと、分散素子と、第２レンズとで構成され、
   前記分散素子が、第１レンズの後側焦平面近傍に配置され、
   前記第２レンズが、前側焦平面が前記第１レンズの後側焦平面にほぼ一致した位置となるように配置されていることを特徴とする信号光パルス多重化ユニット。
4. 光パルスを発する光源と、
   前記光源からの光パルスを試料に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐する分岐手段と、
   請求項１〜３のいずれかに記載の信号光パルス多重化ユニットと、
   前記信号光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光パルスとを合波する合波手段と、
   前記合波手段で合波されることによって生じた干渉縞を検出可能な検出手段を有することを特徴とする時間分解計測装置。
5. 前記合波手段が、
   前記信号光パルスと参照光との合波位置に配置されたビームスプリッタと、
   前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置への到達時間を調整可能な参照光遅延手段と、
   前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置での照射面積を調整可能な参照光照射面積調整手段を有することを特徴とする時間分解計測装置。
   

Images