JP2023128431A - Optical measurement device and optical measurement method - Google Patents

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道昭 森
Michiaki Mori
秀行 小瀧
Hideyuki Kotaki
由紀雄 林
Yukio Hayashi
正城 神門
Masaki Kamikado
信彦 中新
Nobuhiko Nakashin
カイ ホァン
Kai Huang
公伯 近藤
Kimio Kondo
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Abstract

To improve measurement accuracy of high-speed change in an object.SOLUTION: An optical measurement device (10) includes: a first phase plate (13a); a second phase plate (13b) opposed to the first phase plate across an object (OB); and an analyzer (12b) on which polarized light emitted from the second phase plate is incident. The first phase plate decomposes the incident polarized light into first and second polarized light (W2a, W2b) and emits them with predetermined time difference (ΔT). The second phase plate eliminates the predetermined time difference.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学測定装置および光学測定方法に関する。 The present invention relates to an optical measurement device and an optical measurement method.

高速の現象を観察、測定するために種々の技術が開発されている。例えば、瞬間的な発光を繰り返して対象物を撮影する、ストロボ撮影が一般に用いられている。しかし、ストロボ撮影は、必ずしも大きな時間分解能を有せず、例えば、f(フェムト)秒(10-15秒)オーダの超高速現象を測定することは困難である。このような超高速現象の一例として、レーザーの照射によって発生するプラズマの挙動が挙げられる。非特許文献1は、マイケルソン干渉計によって生成された、時間的に分離された2つのプローブ光を用いて、プラズマの挙動を測定する技術を開示する。 Various techniques have been developed to observe and measure high-speed phenomena. For example, strobe photography is commonly used to photograph an object by repeatedly emitting instantaneous light. However, strobe photography does not necessarily have a high time resolution, and it is difficult to measure extremely high-speed phenomena on the order of f (femto) seconds (10 −15 seconds), for example. An example of such an ultrafast phenomenon is the behavior of plasma generated by laser irradiation. Non-Patent Document 1 discloses a technique for measuring plasma behavior using two temporally separated probe lights generated by a Michelson interferometer.

“Single-shot two-dimensional spectral interferometry for ultrafast laser-produced plasmas” Y.Hama, K. Kondo, Z. Zoubir et al., Optics letters 31 1917 (2006).“Single-shot two-dimensional spectral interferometry for ultrafast laser-produced plasmas” Y. Hama, K. Kondo, Z. Zoubir et al., Optics letters 31 1917 (2006).

しかしながら、非特許文献1の技術は、2つのプローブ光間の時間遅延の正確性、安定性に欠ける。また、時間的な再結合を省略させるために超狭帯域の干渉フィルターを使っているため、得られる像のコントラストも、良好とは言い難い。 However, the technique of Non-Patent Document 1 lacks accuracy and stability of the time delay between the two probe lights. Furthermore, since an ultra-narrow band interference filter is used to omit temporal recombination, the contrast of the obtained image cannot be said to be good.

本発明の一態様は、対象物の高速変化の測定精度を向上させた光学測定装置および光学測定方法を提供することを目的とする。 An object of one aspect of the present invention is to provide an optical measurement device and an optical measurement method that improve the accuracy of measuring high-speed changes in a target object.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学測定装置は、対象物の時間的変化を光学的に測定する光学測定装置であって、偏光が入射される第1の位相板と、前記対象物を挟んで、前記第1の位相板と対向し、前記第1の位相板から出射され、かつ前記対象物を通過した偏光が入射される第2の位相板と、前記第2の位相板から出射される偏光が入射される検光子と、を備え、前記第1の位相板は、前記入射された偏光を第1、第2の偏光へと分解して、所定の時間差で、出射し、前記第2の位相板は、前記第1、第2の偏光間の前記所定の時間差を解消して、前記第1、第2の偏光を合成した合成偏光を出射する。 In order to solve the above problems, an optical measurement device according to one aspect of the present invention is an optical measurement device that optically measures temporal changes in an object, and includes a first phase plate into which polarized light is incident. a second phase plate that faces the first phase plate with the object in between, and into which the polarized light emitted from the first phase plate and that has passed through the object is incident; an analyzer into which the polarized light emitted from the second phase plate is incident; The second phase plate eliminates the predetermined time difference between the first and second polarized lights and outputs a composite polarized light that is a combination of the first and second polarized lights.

本発明の一態様によれば、対象物の高速変化の測定精度を向上させた光学測定装置および光学測定方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide an optical measuring device and an optical measuring method that improve the accuracy of measuring high-speed changes in a target object.

本発明の実施形態に係る光学測定装置を表す図である。1 is a diagram illustrating an optical measurement device according to an embodiment of the present invention. 光学測定装置の一部を拡大して表す図である。FIG. 2 is an enlarged view of a part of the optical measurement device. レーザーの照射によって発生するレーザーウェークを観察するための光学測定装置を表す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an optical measurement device for observing laser wake generated by laser irradiation. レーザーウェークを撮影した結果を示す図である。It is a figure showing the result of photographing a laser wake. レーザーウェークの強度分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the intensity distribution of laser wake.

以下、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る光学測定装置10を表す。光学測定装置10は、対象物OBの時間的変化を光学的に測定する光学測定装置であり、例えば、対象物OBを拡大して表す顕微鏡として、機能する。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 depicts an optical measurement device 10 according to an embodiment of the invention. The optical measurement device 10 is an optical measurement device that optically measures temporal changes in the object OB, and functions, for example, as a microscope that magnifies and displays the object OB.

対象物OBは、超高速(例えば、f(フェムト)秒オーダ、10f秒オーダ以下)で変化が生じ得るものである。対象物OBの一例として、レーザーウェークを挙げることができる。レーザーウェークは、超強度レーザー光をガスに照射することで発生する、レーザー光の伝搬経路に沿う、電子プラズマの粗密波である。レーザーウェークの粗密状態は、極めて短い時間間隔で変化する。この時間間隔(変化時間Tc)は、一例として、15[f秒]である。 The object OB can change at extremely high speed (for example, on the order of f (femto) seconds, on the order of 10 f seconds or less). An example of the object OB is a laser wake. A laser wake is a compression wave of electron plasma that is generated by irradiating a gas with ultra-intense laser light and follows the propagation path of the laser light. The density state of the laser wake changes in extremely short time intervals. This time interval (change time Tc) is, for example, 15 [f seconds].

光学測定装置10は、光源11、偏光子(偏光板)12a、検光子(偏光板)12b、位相板13a、13b、レンズ14a~14d、フィルター15、および撮像器16を有する。なお、レーザー光L0の光軸Aの方向をZ軸とするXYZ座標が設定される。 The optical measuring device 10 includes a light source 11, a polarizer (polarizing plate) 12a, an analyzer (polarizing plate) 12b, phase plates 13a, 13b, lenses 14a to 14d, a filter 15, and an imager 16. Note that XYZ coordinates are set in which the direction of the optical axis A of the laser beam L0 is the Z axis.

光源11は、レーザー光L0を出射する。光源11は、連続発振(CW)レーザーまたはパルスレーザーのレーザー光源を用いることができる。パルスレーザーとして、例えば、チタン(Ti)・サファイア(Sapphire)・レーザー(以下、「TiSレーザー」と称する)を用いることができる。TiSレーザーは、気体の非線形光学効果を利用して、広帯域化、かつ短パルス化された直線偏光を発生することができる。 The light source 11 emits laser light L0. The light source 11 can be a continuous wave (CW) laser or a pulsed laser. As the pulse laser, for example, a titanium (Ti) sapphire laser (hereinafter referred to as "TiS laser") can be used. A TiS laser can generate linearly polarized light with a wide band and short pulses by utilizing the nonlinear optical effect of gas.

レーザー光L0の光軸A上に、偏光子12a、位相板13a、対象物OB、レンズ14a、位相板13b、検光子12b、レンズ14b~14d、フィルター15、および撮像器16が順に配置される。 A polarizer 12a, a phase plate 13a, an object OB, a lens 14a, a phase plate 13b, an analyzer 12b, lenses 14b to 14d, a filter 15, and an imager 16 are arranged in this order on the optical axis A of the laser beam L0. .

偏光子12aおよび検光子12bは、入射した光に含まれる、直線偏光成分を通過させる。偏光子12aおよび検光子12bはそれぞれ、偏光軸Da、Dbを有し、偏光軸Da、Dbに平行な偏光方向の直線偏光を通過させる。検光子12bは、位相板13b(第2の位相板)から出射される偏光L3が入射される検光子として機能する。 The polarizer 12a and the analyzer 12b pass the linearly polarized component contained in the incident light. The polarizer 12a and the analyzer 12b have polarization axes Da and Db, respectively, and pass linearly polarized light in a polarization direction parallel to the polarization axes Da and Db. The analyzer 12b functions as an analyzer into which the polarized light L3 emitted from the phase plate 13b (second phase plate) is incident.

偏光子12aの偏光軸Daは、光源11から出射されるレーザー光L0の偏光方向に沿う。偏光子12aは、光源11の前に設置され、レーザー光L0に含まれる偏光軸Daに直交する偏光成分(偏光ノイズ)を除去する。 The polarization axis Da of the polarizer 12a is along the polarization direction of the laser beam L0 emitted from the light source 11. The polarizer 12a is installed in front of the light source 11, and removes a polarization component (polarization noise) perpendicular to the polarization axis Da included in the laser light L0.

検光子12bの偏光軸Dbは、偏光子12aの偏光軸Daと直交する。偏光軸Da、Dbのなす角度は、例えば、90°±12°の範囲である。ここでは、分かり易さのために、偏光子12aの偏光軸DaをY軸方向、検光子12bの偏光軸DbをX軸方向としている。 The polarization axis Db of the analyzer 12b is orthogonal to the polarization axis Da of the polarizer 12a. The angle between the polarization axes Da and Db is, for example, in the range of 90°±12°. Here, for ease of understanding, the polarization axis Da of the polarizer 12a is the Y-axis direction, and the polarization axis Db of the analyzer 12b is the X-axis direction.

偏光子12aおよび検光子12bは、例えば、薄膜、ダイクロイックガラスから構成できる。以下に説明するように、光源11にパルスレーザーを用いる場合、偏光子12a、検光子12bをそれぞれ、薄膜偏光板、ダイクロイックガラス偏光板とすることが好ましい。 The polarizer 12a and the analyzer 12b can be made of, for example, a thin film or dichroic glass. As explained below, when a pulsed laser is used as the light source 11, it is preferable that the polarizer 12a and the analyzer 12b are a thin film polarizing plate and a dichroic glass polarizing plate, respectively.

偏光子12aを薄膜偏光板とするのは、偏光子12aを出射した後のレーザー光L1のパルス幅を維持するためである。すなわち、偏光子12aをダイクロイックガラスから構成すると、偏光子12a中でレーザー光のパルス波形が崩れ、偏光子12aから出射されるレーザー光L1のパルス幅は、レーザー光L0の本来のパルス幅から広がる傾向にある。このパルス幅の広がりは、超高速での対象物OBの観察を阻害する可能性がある。後述のように、レーザー光のパルス幅PWは、対象物OBの変化時間Tc以下であることが好ましいからである。すなわち、パルス幅が広がり、変化時間Tcより大きくなると、超高速での対象物OBの観察が阻害されることになる。 The reason why the polarizer 12a is a thin film polarizing plate is to maintain the pulse width of the laser beam L1 after exiting the polarizer 12a. In other words, when the polarizer 12a is made of dichroic glass, the pulse waveform of the laser beam is distorted in the polarizer 12a, and the pulse width of the laser beam L1 emitted from the polarizer 12a becomes wider than the original pulse width of the laser beam L0. There is a tendency. This widening of the pulse width may impede observation of the object OB at ultra-high speed. This is because, as will be described later, the pulse width PW of the laser beam is preferably equal to or less than the change time Tc of the object OB. That is, if the pulse width becomes wider and becomes longer than the change time Tc, observation of the object OB at ultra-high speed will be hindered.

検光子12bをダイクロイックガラスとするのは、偏光抽出性が良好なダイクロイックガラスを用いて、像のコントラストを向上するためである。偏光子12aと異なり、検光子12bに起因するパルス幅の広がりは、超高速での対象物OBの観察を阻害することはない。レーザー光のパルス幅は、対象物OBを通過するときに問題となり、対象物OBを通過した後で、パルス幅が広がっても、対象物OBの観察に影響を及ぼさない。 The reason why the analyzer 12b is made of dichroic glass is to improve the contrast of the image by using dichroic glass that has good polarized light extraction properties. Unlike the polarizer 12a, the broadening of the pulse width caused by the analyzer 12b does not impede observation of the object OB at ultrahigh speed. The pulse width of the laser beam becomes a problem when it passes through the object OB, and even if the pulse width widens after passing through the object OB, it does not affect the observation of the object OB.

なお、光源11からのレーザー光L0のパルス幅への影響が小さければ、偏光子12aに薄膜偏光板以外の部材を用いてもよい。 Note that, as long as the influence on the pulse width of the laser beam L0 from the light source 11 is small, a member other than the thin film polarizing plate may be used as the polarizer 12a.

以上は、光源11に、パルス幅が極めて狭い(例えば、f秒オーダ)パルスレーザーを用いる場合における説明である。光源11に、パルス幅がある程度以上広い光源を用いる場合、またはCWレーザーを用いる場合、偏光子12aおよび検光子12bに適宜の材料を用いることができる。例えば、偏光子12a、検光子12bの双方をダイクロイックガラス偏光板としてもよい。 The above is a description of the case where a pulsed laser having an extremely narrow pulse width (for example, on the order of f seconds) is used as the light source 11. When a light source with a pulse width wider than a certain level is used as the light source 11, or when a CW laser is used, appropriate materials can be used for the polarizer 12a and the analyzer 12b. For example, both the polarizer 12a and the analyzer 12b may be dichroic glass polarizing plates.

位相板13a、13bは、非等方性の複屈折材料(例えば、複屈折結晶)から構成され、入射光に位相差を付与する。位相板13aは、偏光L1が入射される第1の位相板として機能する。位相板13bは、対象物OBを挟んで、位相板13a(第1の位相板)と対向する。位相板13bは、位相板13a(第1の位相板)から出射され、かつ対象物OBを通過した偏光L2が入射される第2の位相板として機能する。 The phase plates 13a and 13b are made of an anisotropic birefringent material (eg, birefringent crystal) and impart a phase difference to incident light. The phase plate 13a functions as a first phase plate into which the polarized light L1 is incident. The phase plate 13b faces the phase plate 13a (first phase plate) with the object OB in between. The phase plate 13b functions as a second phase plate into which the polarized light L2 that is emitted from the phase plate 13a (first phase plate) and has passed through the object OB is incident.

位相板13aは、入射光に位相差ΔF(時間差ΔT)を付与する。一方、位相板13bは、入射光に付与された位相差ΔF(時間差ΔT)を解消(低減)する。後述のように、位相板13aは、入射された偏光L1を偏光W2a、W2b(第1、第2の偏光、後述の図2参照)へと分解して、時間差ΔT(所定の時間差)で、出射する。また、位相板13bは、偏光W2a、W2b(第1、第2の偏光)間の時間差ΔT(所定の時間差)を解消して、第1、第2の偏光を合成した偏光L3(合成偏光)を出射する。 The phase plate 13a imparts a phase difference ΔF (time difference ΔT) to the incident light. On the other hand, the phase plate 13b eliminates (reduces) the phase difference ΔF (time difference ΔT) imparted to the incident light. As will be described later, the phase plate 13a decomposes the incident polarized light L1 into polarized light W2a and W2b (first and second polarized light, see FIG. 2 described later), and divides the incident polarized light L1 into polarized light W2a and W2b (first and second polarized light, see FIG. 2 described later), and then divides the incident polarized light L1 into polarized light W2a and W2b (first and second polarized light, see FIG. 2 to be described later), and divides the input polarized light L1 into polarized light W2a and W2b (first and second polarized light, see FIG. 2, which will be described later). Emits light. In addition, the phase plate 13b eliminates the time difference ΔT (predetermined time difference) between the polarized lights W2a and W2b (first and second polarized lights), and generates a polarized light L3 (synthesized polarized light) which is a combination of the first and second polarized lights. is emitted.

位相板13aが付与する位相差ΔF、時間差ΔTは、次の式(1)、(2)によって規定される。
ΔF=(2π・Δn・d)/λ …… 式(1)
ΔT=c/(Δn・d) …… 式(2)
λ: レーザー光L0の波長(中心波長)
Δn: 位相板13aの(異方性)屈折率差(=ne-no)
ne: 位相板13aの異方性軸Sa方向での屈折率
(後述の偏光W2a(第1の偏光)に対する屈折率)
no: 異方性軸Saに垂直な方向での屈折率
(後述の偏光W2b(第2の偏光)に対する屈折率)
d: 位相板13aの厚さ
c: 光の速度
The phase difference ΔF and time difference ΔT provided by the phase plate 13a are defined by the following equations (1) and (2).
ΔF=(2π・Δn・d)/λ... Formula (1)
ΔT=c/(Δn・d)... Formula (2)
λ: Wavelength of laser beam L0 (center wavelength)
Δn: (anisotropic) refractive index difference (=ne-no) of the phase plate 13a
ne: refractive index in the anisotropic axis Sa direction of the phase plate 13a
(Refractive index for polarized light W2a (first polarized light) described below)
no: refractive index in the direction perpendicular to the anisotropy axis Sa
(Refractive index for polarized light W2b (second polarized light) described below)
d: Thickness of phase plate 13a c: Speed of light

位相差ΔF(時間差ΔT)を解消(低減)するために、位相板13bは、位相差ΔF、時間差ΔTに対して、絶対値が略同一で、符号が逆の位相差ΔF2、時間差ΔT2を付与する(ΔF+ΔF2≒0、ΔT+ΔT2≒0)。すなわち、位相板13a、13bの異方性屈折率差Δn、厚さdの積「Δn・d」は、略等しく、かつ位相板13bの異方性軸Sbは、位相板13aの異方性軸Saと略直交するように設定される。 In order to eliminate (reduce) the phase difference ΔF (time difference ΔT), the phase plate 13b provides a phase difference ΔF2 and a time difference ΔT2 with substantially the same absolute value and opposite signs to the phase difference ΔF and time difference ΔT. (ΔF+ΔF2≒0, ΔT+ΔT2≒0). That is, the product "Δn·d" of the anisotropic refractive index difference Δn and the thickness d of the phase plates 13a and 13b is approximately equal, and the anisotropy axis Sb of the phase plate 13b is the anisotropy of the phase plate 13a. It is set to be substantially perpendicular to the axis Sa.

なお、位相板13aの異方性軸Saは、偏光子12aの偏光軸Da(ここでは、Y軸)に対して、略45°の角度θaをなし、位相板13bの異方性軸Sbは、偏光子12aの偏光軸Da(ここでは、Y軸)に対して、角度-θbをなす(θa+θb≒90°)。 Note that the anisotropic axis Sa of the phase plate 13a forms an angle θa of approximately 45° with respect to the polarization axis Da (here, the Y axis) of the polarizer 12a, and the anisotropic axis Sb of the phase plate 13b , forms an angle -θb (θa+θb≈90°) with respect to the polarization axis Da (here, Y-axis) of the polarizer 12a.

位相板13a、13bは、同一の厚さの同一の材料から構成されることが好ましい。波長依存性も含めて特性が同一の材料を用いて、位相差の付与、解消を確実に行うためである。この材料として、例えば、水晶(Quartz)を用いることができる。例えば、レーザー光L0の波長λが、800[nm]の場合、位相板13a、13bとして、厚み180μmの水晶(Quartz)を用い、位相差ΔFを約4π(2λに相当)とすることができる。 Preferably, the phase plates 13a and 13b are made of the same material and have the same thickness. This is to ensure that the phase difference is imparted and eliminated by using materials with the same characteristics including wavelength dependence. As this material, for example, quartz can be used. For example, when the wavelength λ of the laser beam L0 is 800 [nm], the phase plates 13a and 13b can be made of 180 μm thick quartz crystal, and the phase difference ΔF can be approximately 4π (equivalent to 2λ). .

レンズ14aは、対象物0Bと位相板13b(第2の位相板)との間に配置され、対象物0Bを拡大して表すための対物レンズとして機能する。レンズ14aとして、例えば、数倍から数百倍の倍率(一例として、無限遠での補正倍率10倍)のレンズを用いることができる。 The lens 14a is arranged between the object 0B and the phase plate 13b (second phase plate), and functions as an objective lens for enlarging and representing the object 0B. As the lens 14a, for example, a lens with a magnification of several times to several hundred times (for example, a corrected magnification of 10 times at infinity) can be used.

レンズ14bは、例えば、チューブレンズであり、レンズ14a(対物レンズ)と組み合わされて、対象物OBの像を形成する。 The lens 14b is, for example, a tube lens, and is combined with the lens 14a (objective lens) to form an image of the object OB.

レンズ14c、14dは、レンズ14a、14bによって形成された像を転送するためのレンズであり、レンズ14bと撮像器16との間の距離が離れている場合に用いられる。 Lenses 14c and 14d are lenses for transferring images formed by lenses 14a and 14b, and are used when the distance between lens 14b and image pickup device 16 is large.

フィルター15は、光源11からのレーザー光L0以外の外光を除去するための狭帯域フィルターであり、レーザー光L0の波長λの光を通過し、波長λ以外の波長の光を通過しない波長特性を有する。フィルター15の帯域幅を、例えば、10ナノメートル(半値全幅)と狭くすることで、測定のS/N比を向上することができる。 The filter 15 is a narrow band filter for removing external light other than the laser beam L0 from the light source 11, and has a wavelength characteristic that allows light with a wavelength λ of the laser beam L0 to pass through and does not pass light with a wavelength other than the wavelength λ. has. By narrowing the bandwidth of the filter 15 to, for example, 10 nanometers (full width at half maximum), the S/N ratio of measurement can be improved.

撮像器16は、対象物OBの時間的変化を撮像するイメージセンサである。撮像器16は、時間差ΔTを有する偏光を用いて形成された、対象物OBの時間的変化を表す像を記録する。 The imager 16 is an image sensor that images temporal changes in the object OB. The imager 16 records an image representing a temporal change of the object OB, which is formed using polarized light having a time difference ΔT.

(光学測定装置10の動作)
以下、光学測定装置10の動作を説明する。図2は、位相板13a、13bの付近を拡大して表す図である。特に、位相板13a、13bの付近が拡大して表される。図2の(a)は、図1に対応する斜視図であり、(b)は(a)を横から見た状態を表す模式図である。以下、図2に基づき、光学測定装置10の動作を説明する。なお、レンズ14aは、以下に説明するレーザー光L1~L4の推移に実質的な影響を与えないため、図2上から省略されている。
(Operation of optical measurement device 10)
The operation of the optical measurement device 10 will be explained below. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the phase plates 13a and 13b. In particular, the vicinity of the phase plates 13a and 13b is shown enlarged. FIG. 2(a) is a perspective view corresponding to FIG. 1, and FIG. 2(b) is a schematic diagram showing a state in which FIG. 2(a) is viewed from the side. Hereinafter, the operation of the optical measuring device 10 will be explained based on FIG. 2. Note that the lens 14a is omitted from FIG. 2 because it does not substantially affect the transition of the laser beams L1 to L4, which will be described below.

既述のように、光源11から出射され、偏光子12aを通過したレーザー光L1が偏光子12aに入射される。詳細には、レーザー光L1は、偏光子12aの偏光軸Daの方向(ここでは、Y軸の方向)に振動する電場を有する偏光(電磁波)W1である。 As described above, the laser beam L1 that is emitted from the light source 11 and passes through the polarizer 12a is incident on the polarizer 12a. Specifically, the laser beam L1 is polarized light (electromagnetic wave) W1 having an electric field that oscillates in the direction of the polarization axis Da of the polarizer 12a (here, the Y-axis direction).

位相板13aに入射された偏光W1は、2つの異なる振動方向をそれぞれ有する2つの偏光W2a、W2bに分離して、出射される。偏光W2aは、位相板13aの異方性軸Saの方向に振動し、偏光W2bは、異方性軸Saに垂直な方向(ここでは、位相板13bの異方性軸Sbの方向)に振動する。偏光W2a、W2bは、位相板13aによって規定される時間差ΔTを有する。すなわち、偏光W2bが先に位相板13aから出射され、その後、時間差ΔTの経過後、偏光W2aが位相板13aから出射される。 The polarized light W1 incident on the phase plate 13a is separated into two polarized lights W2a and W2b, each having two different vibration directions, and is emitted. The polarized light W2a vibrates in the direction of the anisotropic axis Sa of the phase plate 13a, and the polarized light W2b vibrates in the direction perpendicular to the anisotropic axis Sa (here, the direction of the anisotropic axis Sb of the phase plate 13b). do. The polarized lights W2a and W2b have a time difference ΔT defined by the phase plate 13a. That is, the polarized light W2b is first emitted from the phase plate 13a, and then, after the time difference ΔT has elapsed, the polarized light W2a is emitted from the phase plate 13a.

位相板13aから出射された偏光W2a、W2bは、順次、対象物OB内を通過して、位相板13bに到達する。ここで、時間差ΔTの間に、(1)対象物OBの状態が変化しない場合、(2)対象物OBの状態が変化する場合の双方を考える。 The polarized lights W2a and W2b emitted from the phase plate 13a sequentially pass through the object OB and reach the phase plate 13b. Here, both cases are considered: (1) the state of the object OB does not change and (2) the state of the object OB changes during the time difference ΔT.

対象物OBの状態が時間差ΔTの間に変化しない場合、位相板13bに入射した偏光W2a、W2bは、時間差ΔTが解消されて、合成される。その結果、位相板13bから偏光W3(合成された偏光)が出射される。この偏光W3は、位相板13aによって位相差が付与される前の偏光W1と同一の偏光状態である。この偏光W3は、検光子12bに入射し、検光子12bの偏光軸Db方向に振動する偏光W4が出射される。ここでは、偏光W3は、偏光軸Daの方向に振動する直線偏光であり、偏光軸Db方向の振動成分を有しないため、偏光W4の強度は実質的にゼロとなる。 When the state of the object OB does not change during the time difference ΔT, the polarized lights W2a and W2b incident on the phase plate 13b are combined after the time difference ΔT is eliminated. As a result, polarized light W3 (combined polarized light) is emitted from the phase plate 13b. This polarized light W3 has the same polarization state as the polarized light W1 before being given a phase difference by the phase plate 13a. This polarized light W3 enters the analyzer 12b, and a polarized light W4 vibrating in the direction of the polarization axis Db of the analyzer 12b is output. Here, the polarized light W3 is linearly polarized light that vibrates in the direction of the polarization axis Da and does not have a vibration component in the direction of the polarization axis Db, so the intensity of the polarized light W4 is substantially zero.

一方、対象物OBの状態(例えば、屈折率、透過率)が時間差ΔTの間に変化する場合、この変化は偏光W2a、W2bに位相差、強度差を付与する。このため、位相板13bに入射した偏光W2a、W2bは、時間差ΔTが解消されて、合成されても、偏光W3とは異なった偏光W3aとなる。この偏光W3aは、直線偏光であるW3と異なり、一般に、楕円偏光となる。すなわち、偏光W3aは、偏光軸Db方向の振動成分、すなわち、偏光軸Db方向の振幅ΔIxを有する。この結果、検光子12bに入射した偏光W3aは、振幅ΔIxを有する偏光W4aとして、出射される。 On the other hand, when the state (for example, refractive index, transmittance) of the object OB changes during the time difference ΔT, this change imparts a phase difference and an intensity difference to the polarized lights W2a and W2b. Therefore, even if the time difference ΔT is canceled and the polarized lights W2a and W2b incident on the phase plate 13b are combined, they become a polarized light W3a different from the polarized light W3. This polarized light W3a is generally elliptically polarized light, unlike W3 which is linearly polarized light. That is, the polarized light W3a has a vibration component in the direction of the polarization axis Db, that is, an amplitude ΔIx in the direction of the polarization axis Db. As a result, the polarized light W3a that has entered the analyzer 12b is emitted as polarized light W4a having an amplitude ΔIx.

以上のように、時間差ΔTでの対象物OBの状態変化に応じて、偏光W4(W4a)の強度が変化する。これにより、時間差ΔTでの対象物OBの状態変化が測定される。すなわち、偏光W3(合成偏光)は、偏光L1に対して、時間差ΔT(所定の時間差)での対象物OBの変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有する。この結果、光学測定装置10は、時間差ΔT(所定の時間差)のオーダ以下での対象物OBの時間的変化を測定する。 As described above, the intensity of the polarized light W4 (W4a) changes according to the change in the state of the object OB with the time difference ΔT. Thereby, the state change of the object OB with the time difference ΔT is measured. That is, the polarized light W3 (combined polarized light) has at least one of a phase difference or an intensity difference, which corresponds to a change in the object OB with a time difference ΔT (predetermined time difference), with respect to the polarized light L1. As a result, the optical measuring device 10 measures a temporal change in the object OB on the order of a time difference ΔT (predetermined time difference) or less.

なお、この位相差は、時間差ΔT(所定の時間差)での対象物OBの屈折率または密度の変化に対応する。対象物OBの密度の変化は、例えば、気体や遮断周波数より遙かに低い密度のプラズマのような物質では、屈折率が密度の関数であるため、実質的に対象物Oの屈折率の変化として機能し、位相差をもたらす。 Note that this phase difference corresponds to a change in the refractive index or density of the object OB with a time difference ΔT (predetermined time difference). For example, in a substance such as a gas or a plasma whose density is far lower than the cutoff frequency, the change in the density of the object OB is essentially a change in the refractive index of the object OB , since the refractive index is a function of density. It acts as a change and brings about a phase difference.

上記の説明は、レーザー光L0がパルス光であることを前提としていない。レーザー光L0がパルス光である場合は、次のように、光学測定装置10の動作を説明できる。すなわち、位相板13a(第1の位相板)は、レーザー光L0(パルス光)を、偏光W2a、W2b(第1、第2の偏光)にそれぞれ対応する、第1、第2のパルス光に、分割して、出射する。第1、第2のパルス光は、対象物OB内を時間差ΔT(所定の時間差)で、通過する。位相板13b(第2の位相板)は、時間差ΔTを解消して、第1、第2のパルス光を再結合して、偏光W3(再結合パルス光)として、出射する。偏光W3(再結合パルス光)は、偏光W1(パルス光)に対して、時間差ΔTでの対象物OBの変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有する。 The above description does not assume that the laser light L0 is pulsed light. When the laser light L0 is pulsed light, the operation of the optical measuring device 10 can be explained as follows. That is, the phase plate 13a (first phase plate) converts the laser light L0 (pulsed light) into first and second pulsed lights corresponding to polarized light W2a and W2b (first and second polarized light), respectively. , divide and emit. The first and second pulsed lights pass through the object OB with a time difference ΔT (predetermined time difference). The phase plate 13b (second phase plate) eliminates the time difference ΔT, recombines the first and second pulsed lights, and emits the polarized light W3 (recombined pulsed light). The polarized light W3 (recombined pulsed light) has at least one of a phase difference or an intensity difference with respect to the polarized light W1 (pulsed light), which corresponds to a change in the object OB with a time difference ΔT.

以上のように、本実施形態では、位相板13a、13bを用いて時間差ΔTを発生することで、時間差ΔTのオーダ以下の超高速現象を測定することができる。例えば、時間差ΔTをf(フェムト)秒オーダ以下として、対象物OBの10f秒オーダ以下での時間的変化を測定することができる。また、時間差ΔTを0.1p(ピコ)秒オーダ以下として、対象物OBのp秒オーダ以下での時間的変化を測定してもよい。 As described above, in this embodiment, by generating the time difference ΔT using the phase plates 13a and 13b, it is possible to measure ultra-high-speed phenomena on the order of the time difference ΔT or less. For example, by setting the time difference ΔT to be on the order of f (femto) seconds or less, it is possible to measure a temporal change in the object OB on the order of 10 f seconds or less. Alternatively, the time difference ΔT may be set to be on the order of 0.1 p (pico) seconds or less, and a temporal change in the object OB on the order of p seconds or less may be measured.

すなわち、偏光W1を時間差ΔTを有する偏光W2a、W2bに分離して、対象物OB内を追加させた後に、時間差ΔTを解消して合成することにより、対象物OBの時間的変化に対応する強度を有する偏光W4を差分信号として得ることができる。この結果、f(フェムト)秒スケールの超高速現象における、鮮明な時間差分像を取得できる。強度が高く、S/N比の高い信号による高精度での測定が可能となる。 That is, by separating the polarized light W1 into polarized light W2a and W2b having a time difference ΔT, adding the inside of the object OB, and then combining them after eliminating the time difference ΔT, the intensity corresponding to the temporal change of the object OB can be obtained. It is possible to obtain polarized light W4 as a differential signal. As a result, a clear time difference image can be obtained in ultra-high-speed phenomena on the f (femto) second scale. Highly accurate measurement is possible using signals with high intensity and high S/N ratio.

本実施形態では、位相板13a、13bを複屈折性材料から構成することで、複屈折性材料の屈折率差(Δn=ne-no)を用いて、時間差ΔTを高精度、例えば、アト秒オーダとすることができる。 In this embodiment, by configuring the phase plates 13a and 13b from a birefringent material, the time difference ΔT can be determined with high precision, for example, attosecond, using the refractive index difference (Δn=ne-no) of the birefringent materials. Can be ordered.

時間差ΔTは、対象物OBの変化時間Tc以下であることが好ましい。時間差ΔTが対象物OBの変化時間Tcより大きいと、対象物OBの時間的変化を測定する精度が大きく低下する。なお、時間差ΔTは、変化時間Tcに対して、あまりにも小さすぎると、S/N比が小さくなるので、一定のS/N比を確保できる程度までの、大きさとすることが好ましい。 It is preferable that the time difference ΔT is less than or equal to the change time Tc of the object OB. If the time difference ΔT is larger than the change time Tc of the object OB, the accuracy of measuring the temporal change of the object OB will be greatly reduced. Note that if the time difference ΔT is too small with respect to the change time Tc, the S/N ratio will become small, so it is preferable to set the time difference ΔT to a size that can ensure a constant S/N ratio.

光源11にパルスレーザーを用いる場合、レーザーのパルス幅PWは、対象物OBの変化時間Tc以下であることが好ましい。パルス幅PWが対象物OBの変化時間Tcより大きいと、対象物OBの時間的変化を測定する精度が低下する。すなわち、パルス幅PWの上限を適宜に設定することで、対象物OBの時間的変化の測定精度を確保できる。なお、パルス幅PWは、変化時間Tcに対して、あまりにも小さすぎると、S/N比が小さくなるので、一定のS/N比を確保できる程度までの、大きさとすることが好ましい。 When a pulsed laser is used as the light source 11, the pulse width PW of the laser is preferably equal to or less than the change time Tc of the object OB. If the pulse width PW is larger than the change time Tc of the object OB, the accuracy of measuring the temporal change of the object OB will decrease. That is, by appropriately setting the upper limit of the pulse width PW, it is possible to ensure accuracy in measuring temporal changes in the object OB. Note that if the pulse width PW is too small with respect to the change time Tc, the S/N ratio will become small, so it is preferable to set the pulse width PW to a size that can ensure a constant S/N ratio.

レーザーのパルス幅PWと時間差ΔTとを同一オーダ程度とすることが好ましい。時間差ΔTとパルス幅PWの双方を有効に利用して、測定の精度を向上することができる。後述の実施例に示すように、例えば、パルス幅:8[f秒]のレーザーパルスを5[f秒]の時間差ΔTを有する2つのパルスに分割することで、対象物OBの時間間隔15[f秒]の変化を測定できる。 It is preferable that the laser pulse width PW and the time difference ΔT are on the same order of magnitude. By effectively utilizing both the time difference ΔT and the pulse width PW, measurement accuracy can be improved. As shown in the examples below, for example, by dividing a laser pulse with a pulse width of 8 [f seconds] into two pulses having a time difference ΔT of 5 [f seconds], the time interval of the object OB is 15 [f seconds]. f seconds] can be measured.

位相板13a、13bを同一の材料から構成することで、位相板13a、13bの波長依存性の相違を実質的に解消することができる。特に、レーザー光L0にパルス幅の狭いパルス光を用いると、レーザー光L0の波長λの幅が大きくなり、位相板13a、13bの波長依存性が問題となる可能性がある。位相板13a、13bを同一の材料から構成することで、この問題に対処できる。 By constructing the phase plates 13a and 13b from the same material, the difference in wavelength dependence between the phase plates 13a and 13b can be substantially eliminated. In particular, when pulsed light with a narrow pulse width is used as the laser light L0, the width of the wavelength λ of the laser light L0 becomes large, and the wavelength dependence of the phase plates 13a and 13b may become a problem. This problem can be solved by constructing the phase plates 13a and 13b from the same material.

(変形例)
本発明の変形例を説明する。変形例では、対象物OBの像を拡大するためのレンズ14a等を用いず、対象物OBの時間的変化を測定する時間微分干渉計を構成する。
(Modified example)
A modification of the present invention will be explained. In a modified example, a time differential interferometer that measures temporal changes in the object OB is configured without using the lens 14a or the like for enlarging the image of the object OB.

(実施例)
以下、実施例を説明する。図3は、レーザーの照射によって発生するレーザーウェークを観察するための光学測定装置10を表す。実施例に係る光学測定装置10は、実施形態に係る光学測定装置10に光源11aを追加して構成される。なお、図1と同様の要素は同一の番号を付し、説明を省略する。
(Example)
Examples will be described below. FIG. 3 shows an optical measuring device 10 for observing laser wake generated by laser irradiation. The optical measurement device 10 according to the example is configured by adding a light source 11a to the optical measurement device 10 according to the embodiment. Note that elements similar to those in FIG. 1 are given the same numbers, and explanations are omitted.

ここでは、測定する対象物OBをレーザーウェークとした。すなわち、光源11aからの超高強度レーザー光Laを気体に照射することで、レーザーウェークを発生させた。ここで、副次的に、電子ビームEも発生する。既述のように、レーザーウェークは、レーザー光Laの伝搬経路に沿って(ここでは、X軸に沿って)形成される電子プラズマの粗密波である。粗密波の電場勾配によって、電子が加速され、電子ビームEとして出射される。ここでは、時間スケール(周期)が約15[f秒]のレーザーウェークを用いた。 Here, the object OB to be measured is a laser wake. That is, a laser wake was generated by irradiating the gas with ultra-high intensity laser light La from the light source 11a. Here, an electron beam E is also generated secondarily. As described above, the laser wake is a compression wave of electron plasma that is formed along the propagation path of the laser beam La (here, along the X axis). Electrons are accelerated by the electric field gradient of the compression wave and are emitted as an electron beam E. Here, a laser wake with a time scale (period) of approximately 15 [f seconds] was used.

光源11として、次の仕様のTiSレーザーを用いた。すなわち、光源11から出射されるレーザー光L0を「中心波長λ:800[nm]、パルス幅PW:8[f秒]、最大エネルギー:100[μJ]」とした。 As the light source 11, a TiS laser having the following specifications was used. That is, the laser beam L0 emitted from the light source 11 was set to "center wavelength λ: 800 [nm], pulse width PW: 8 [f seconds], and maximum energy: 100 [μJ]".

位相板13a、13bは、厚み180μmの水晶(Quartz)を用い、位相差ΔFを約4π(2λ相当)とした。この結果、時間差ΔTは、5[f秒]となる。 The phase plates 13a and 13b were made of quartz crystal (Quartz) with a thickness of 180 μm, and the phase difference ΔF was approximately 4π (equivalent to 2λ). As a result, the time difference ΔT is 5 [f seconds].

レンズ14aは、無限遠での補正倍率10倍の対物レンズとし、レンズ14bは、f(焦点距離)=200mmの非球面レンズのチューブレンズ、レンズ14c、14dは、それぞれ、f=100、150mmのレンズを用いた。フィルター15は、10ナノメートル(半値全幅)の狭帯域フィルターとした。 The lens 14a is an objective lens with a correction magnification of 10 times at infinity, the lens 14b is an aspheric tube lens with f (focal length) = 200 mm, and the lenses 14c and 14d are an objective lens with f = 100 and 150 mm, respectively. using a lens. The filter 15 was a narrow band filter of 10 nanometers (full width at half maximum).

図4は、レーザーウェークを撮影した結果を示す図である。図5は、レーザーウェークの強度分布を示す図である。図4、図5の(a)は比較例、(b)は実施例のレーザーウェークの像および強度分布を表す。図5のグラフは、図4の像の明暗をΔYの範囲で積分した、X軸方向でのレーザーウェークの強度分布を表す。 FIG. 4 is a diagram showing the results of photographing a laser wake. FIG. 5 is a diagram showing the intensity distribution of laser wake. 4 and 5, (a) shows the laser wake image and intensity distribution of the comparative example, and (b) shows the laser wake image and intensity distribution of the example. The graph in FIG. 5 represents the intensity distribution of the laser wake in the X-axis direction, which is obtained by integrating the brightness and darkness of the image in FIG. 4 over the range of ΔY.

比較例は、シャドーグラフ法とした。すなわち、位相板13a、13bおよび検光子12bを取り除いた状態で、撮像器16によってレーザーウェークの像を取得した。すなわち、比較例では、単一パルスの偏光L1が対象物OBを通過して、撮像器16に入射する。一方、実施例では、単一パルスの偏光L1が2つのパルス光(偏光W2a、W2b)に分割され、時間差ΔTをもって対象物OBを通過した後、再結合されて、撮像器16に入射する。 The comparative example used the shadow graph method. That is, an image of the laser wake was acquired by the imager 16 with the phase plates 13a, 13b and analyzer 12b removed. That is, in the comparative example, the single pulse of polarized light L1 passes through the object OB and enters the imager 16. On the other hand, in the embodiment, the single pulse of polarized light L1 is split into two pulsed lights (polarized lights W2a and W2b), which pass through the object OB with a time difference ΔT, are recombined, and enter the imager 16.

比較例(図4の(a))は、レーザーウェークの像に雑音が多く含まれており、不鮮明である。一方、実施例(図4の(b))では、レーザーウェークの像が鮮明である。この点は、図5からより明瞭に示される。比較例(図5の(a))のグラフでは、レーザーウェークの周期が不明確であるのに対して、実施例(図5の(b))のグラフでは、レーザーウェークの周期が明確である。 In the comparative example ((a) of FIG. 4), the laser wake image contains a lot of noise and is unclear. On the other hand, in the example (FIG. 4(b)), the laser wake image is clear. This point is shown more clearly from FIG. In the graph of the comparative example ((a) of FIG. 5), the period of laser wake is unclear, whereas in the graph of the example ((b) of FIG. 5), the period of laser wake is clear. .

レーザーウェークは電子プラズマの粗密波であるため、この粗密の変化に応じて屈折率が変化する。この結果、本実施例では、時間差ΔTでの屈折率の相違に応じて、偏光W2a、W2b間に過渡的で且つ局所的な位相変化が生じ、偏光L4の強度が変化したと考えられる。一方、比較例では、このような時間差ΔTに起因する位相差を検知することはできない。比較例は、屈折率の差自体に起因する光の透過量の変化を検出していると考えられる。しかし、透過量の変化は非常に小さいため、信号強度、ひいては、S/N比は非常に小さい。 Since the laser wake is a compressional wave of electron plasma, the refractive index changes according to the change in density. As a result, in this example, it is considered that a transient and local phase change occurs between the polarized lights W2a and W2b in accordance with the difference in refractive index at the time difference ΔT, and the intensity of the polarized light L4 changes. On the other hand, in the comparative example, it is not possible to detect a phase difference caused by such a time difference ΔT. It is thought that the comparative example detects a change in the amount of light transmitted due to the difference in refractive index itself. However, since the change in the amount of transmission is very small, the signal strength and, by extension, the S/N ratio are very small.

このように、本実施例では、15[f秒]の超高速現象を、比較例に対して、高い信号強度、かつ、高いS/N比で測定できた。すなわち、一対の位相板13a、13bを用いて、1の偏光を、時間差ΔTを有する2つの偏光に分離して、対象物OBを通過させた後に、合成する手法が有効であることが示された。 As described above, in this example, an ultra-high speed phenomenon of 15 [f seconds] could be measured with higher signal strength and higher S/N ratio than in the comparative example. That is, it has been shown that it is effective to use a pair of phase plates 13a and 13b to separate one polarized light into two polarized lights having a time difference ΔT, and to combine the polarized lights after passing through the object OB. Ta.

(上記実施形態および変形例から把握される発明)
以下、上記実施形態および変形例から把握される発明を示す。
(Inventions understood from the above embodiments and modifications)
Inventions understood from the above embodiments and modifications will be described below.

(1)本発明の第1の態様に係る光学測定装置は、対象物の時間的変化を光学的に測定する光学測定装置であって、偏光が入射される第1の位相板と、前記対象物を挟んで、前記第1の位相板と対向し、前記第1の位相板から出射され、かつ前記対象物を通過した偏光が入射される第2の位相板と、前記第2の位相板から出射される偏光が入射される偏光子と、を備え、前記第1の位相板は、前記入射された偏光を第1、第2の偏光へと分解して、所定の時間差で、出射し、前記第2の位相板は、前記第1、第2の偏光間の前記所定の時間差を解消して、前記第1、第2の偏光を合成した合成偏光を出射する。これにより、所定の時間差で対象物を通過する第1、第2の偏光を用いて、対象物の時間的変化を光学的に測定できる。 (1) An optical measurement device according to a first aspect of the present invention is an optical measurement device that optically measures temporal changes in a target object, and includes a first phase plate into which polarized light is incident, and a first phase plate into which polarized light is incident; a second phase plate that faces the first phase plate with an object in between, and into which the polarized light emitted from the first phase plate and that has passed through the object is incident; and the second phase plate. a polarizer into which the polarized light emitted from the first phase plate is incident, and the first phase plate decomposes the incident polarized light into first and second polarized light and emit the polarized light with a predetermined time difference. , the second phase plate eliminates the predetermined time difference between the first and second polarized lights and emits a composite polarized light that is a combination of the first and second polarized lights. Thereby, temporal changes in the object can be optically measured using the first and second polarized lights that pass through the object with a predetermined time difference.

(2)本発明の第2の態様に係る光学測定装置において、前記合成偏光は、前記偏光に対して、前記所定の時間差での前記対象物の変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有し、前記光学測定装置は、前記所定の時間差のオーダ以下での前記対象物の時間的変化を測定する。これにより、所定の時間差での対象物の変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有する合成偏光を用いて、対象物の時間的変化を光学的に測定できる。 (2) In the optical measuring device according to the second aspect of the present invention, the synthesized polarized light has at least a phase difference or an intensity difference with respect to the polarized light, which corresponds to a change in the object at the predetermined time difference. the optical measuring device measures temporal changes of the object on the order of the predetermined time difference or less; Thereby, temporal changes in the object can be optically measured using synthetic polarized light having at least one of a phase difference and an intensity difference that corresponds to changes in the object at a predetermined time difference.

(3)本発明の第3の態様に係る光学測定装置において、前記位相差は、前記所定の時間差での前記対象物の屈折率または密度の変化に対応する。これにより、対象物の屈折率または密度の時間的変化を光学的に測定できる。 (3) In the optical measuring device according to the third aspect of the present invention, the phase difference corresponds to a change in the refractive index or density of the object at the predetermined time difference. Thereby, temporal changes in the refractive index or density of the object can be optically measured.

(4)本発明の第4の態様に係る光学測定装置において、前記所定の時間差は0.1p(ピコ)秒オーダ以下であり、前記光学測定装置は前記対象物のp秒オーダ以下での変化を測定する。これにより、対象物のp秒オーダ以下での変化を測定できる。また、前記所定の時間差はf(フェムト)秒オーダ以下であり、前記光学測定装置は前記対象物の10f秒オーダ以下での変化を測定してもよい。これにより、対象物のp秒オーダ以下での変化を測定できる。 (4) In the optical measurement device according to the fourth aspect of the present invention, the predetermined time difference is on the order of 0.1 p (pico) seconds or less, and the optical measurement device detects a change in the object on the order of p seconds or less. Measure. This makes it possible to measure changes in the object on the order of p seconds or less. Further, the predetermined time difference may be on the order of f (femto) seconds or less, and the optical measuring device may measure a change in the object on the order of 10 f seconds or less. This makes it possible to measure changes in the object on the order of p seconds or less.

(5)本発明の第5の態様に係る光学測定装置において、前記所定の時間差はf(フェムト)秒オーダ以下であり、前記光学測定装置は前記対象物の10f秒オーダ以下での変化を測定する。これにより、対象物の10f秒オーダ以下での変化を測定できる。 (5) In the optical measurement device according to the fifth aspect of the present invention, the predetermined time difference is on the order of f (femto) seconds or less, and the optical measurement device measures changes in the object on the order of 10 f seconds or less. do. This makes it possible to measure changes in the object on the order of 10 f seconds or less.

(6)本発明の第6の態様に係る光学測定装置において、前記所定の時間差ΔTは、次の式によって規定される。ΔT=c/(Δn・d)、Δn:前記第1、第2の偏光に対する前記第1の位相板の屈折率差、d: 前記第1の位相板の厚さ、c: 光の速度。これにより、第1の位相板の屈折率差および厚さによって、所定の時間差ΔTを適宜に設定できる。 (6) In the optical measuring device according to the sixth aspect of the present invention, the predetermined time difference ΔT is defined by the following equation. ΔT=c/(Δn·d), Δn: refractive index difference of the first phase plate with respect to the first and second polarized light, d: thickness of the first phase plate, c: speed of light. Thereby, the predetermined time difference ΔT can be appropriately set depending on the refractive index difference and thickness of the first phase plate.

(7)本発明の第7の態様に係る光学測定装置において、前記第1の位相板に入射される偏光は、パルス光であり、前記第1の位相板は、前記パルス光を、前記第1、第2の偏光にそれぞれ対応する、第1、第2のパルス光に、分割して、出射し、前記第1、第2のパルス光は、前記対象物内を前記所定の時間差で、通過し、前記第2の位相板は、前記所定の時間差を解消して、前記第1、第2のパルス光を再結合して、再結合パルス光として、出射し、前記再結合パルス光は、前記パルス光に対して、前記所定の時間差での前記対象物の変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有する。これにより、パルス光を用いて、対象物の時間的変化をより正確に測定できる。 (7) In the optical measuring device according to the seventh aspect of the present invention, the polarized light incident on the first phase plate is pulsed light, and the first phase plate converts the pulsed light into the first phase plate. 1, split into first and second pulsed lights corresponding to the second polarized light, and emit them, and the first and second pulsed lights move within the object with the predetermined time difference, The second phase plate eliminates the predetermined time difference, recombines the first and second pulsed lights, and emits the recombined pulsed light, and the recombined pulsed light , has at least one of a phase difference or an intensity difference with respect to the pulsed light, which corresponds to a change in the object at the predetermined time difference. Thereby, using pulsed light, temporal changes in the object can be measured more accurately.

(8)本発明の第8の態様に係る光学測定装置は、前記対象物と前記第2の位相板との間に配置され、前記対象物を拡大して表すための対物レンズを備える。これにより、対象物を拡大して、その時間的変化を観察するための顕微鏡を構成できる。 (8) The optical measuring device according to the eighth aspect of the present invention includes an objective lens disposed between the object and the second phase plate to magnify and represent the object. This makes it possible to configure a microscope for enlarging an object and observing its temporal changes.

(9)本発明の第9の態様に係る光学測定装置において、前記第1、第2の位相板は、同一の材料から構成される。これにより、第1の位相板に入射される偏光が波長の不均一性を有する場合であっても、第1の位相板での所定の時間差を第2の位相板によって解消することが容易となる。すなわち、第1、第2の位相板の波長依存性が異なると、第1、第2の位相板の厚さを調節しても、第2の位相板によって所定の時間差を解消することはできない。例えば、偏光が、時間幅の狭いパルス光である場合、波長の不均一性が大きくなり易い。 (9) In the optical measuring device according to the ninth aspect of the present invention, the first and second phase plates are made of the same material. As a result, even if the polarized light incident on the first phase plate has wavelength non-uniformity, it is easy to eliminate a predetermined time difference in the first phase plate by the second phase plate. Become. That is, if the wavelength dependencies of the first and second phase plates are different, even if the thicknesses of the first and second phase plates are adjusted, the predetermined time difference cannot be eliminated by the second phase plate. . For example, when the polarized light is pulsed light with a narrow time width, wavelength non-uniformity tends to become large.

(10)本発明の第10の態様に係る光学測定装置は、対象物の時間的変化を光学的に測定する光学測定方法であって、偏光が第1の位相板に入射する工程と、前記第1の位相板に入射された偏光が、所定の時間差を有する第1、第2の偏光に分解されて出射する工程と、前記第1、第2の偏光が、前記所定の時間差で対象物内を通過する工程と、前記対象物内を通過した前記第1、第2の偏光が、第2の位相板に入射する工程と、前記第2の位相板に入射された前記第1、第2の偏光が、前記所定の時間差を解消されて、前記第1、第2の偏光を合成した合成偏光として出射する工程と、を有する。これにより、所定の時間差で対象物を通過する第1、第2の偏光を用いて、対象物の時間的変化を光学的に測定できる。 (10) An optical measurement device according to a tenth aspect of the present invention is an optical measurement method for optically measuring temporal changes in an object, which comprises a step of causing polarized light to enter a first phase plate; A step in which the polarized light incident on the first phase plate is decomposed into first and second polarized light having a predetermined time difference and emitted; a step in which the first and second polarized lights that have passed through the object are incident on a second phase plate; and a step in which the first and second polarized lights that have passed through the object are incident on a second phase plate and a step of emitting the second polarized light as a composite polarized light obtained by combining the first and second polarized light by eliminating the predetermined time difference. Thereby, temporal changes in the object can be optically measured using the first and second polarized lights that pass through the object with a predetermined time difference.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.

10 光学測定装置
11 光源
12a 偏光子
12b 検光子
13a、13b 位相板
14a~14d レンズ
15 フィルター
16 撮像器
10 Optical measurement device 11 Light source 12a Polarizer 12b Analyzer 13a, 13b Phase plates 14a to 14d Lens 15 Filter 16 Imager

Claims (10)

対象物の時間的変化を光学的に測定する光学測定装置であって、
偏光が入射される第1の位相板と、
前記対象物を挟んで、前記第1の位相板と対向し、前記第1の位相板から出射され、かつ前記対象物を通過した偏光が入射される第2の位相板と、
前記第2の位相板から出射される偏光が入射される検光子と、
を備え、
前記第1の位相板は、前記入射された偏光を第1、第2の偏光へと分解して、所定の時間差で、出射し、
前記第2の位相板は、前記第1、第2の偏光間の前記所定の時間差を解消して、前記第1、第2の偏光を合成した合成偏光を出射する、光学測定装置。
An optical measurement device that optically measures temporal changes in an object,
a first phase plate into which polarized light is incident;
a second phase plate that faces the first phase plate with the object in between, and receives the polarized light that has been emitted from the first phase plate and has passed through the object;
an analyzer into which the polarized light emitted from the second phase plate is incident;
Equipped with
The first phase plate decomposes the incident polarized light into first and second polarized light, and outputs the polarized light with a predetermined time difference,
The second phase plate is an optical measuring device, wherein the second phase plate eliminates the predetermined time difference between the first and second polarized lights and emits a composite polarized light that is a combination of the first and second polarized lights.
前記合成偏光は、前記偏光に対して、前記所定の時間差での前記対象物の変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有し、
前記所定の時間差のオーダ以下での前記対象物の時間的変化を測定する、請求項1に記載の光学測定装置。
The synthetic polarized light has at least one of a phase difference or an intensity difference with respect to the polarized light, which corresponds to a change in the object at the predetermined time difference,
The optical measuring device according to claim 1, which measures a temporal change in the object on the order of the predetermined time difference or less.
前記位相差は、前記所定の時間差での前記対象物の屈折率または密度の変化に対応する、請求項2に記載の光学測定装置。 The optical measuring device according to claim 2, wherein the phase difference corresponds to a change in refractive index or density of the object at the predetermined time difference. 前記所定の時間差は0.1p(ピコ)秒オーダ以下であり、
前記対象物のp秒オーダ以下での時間的変化を測定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の光学測定装置。
The predetermined time difference is on the order of 0.1 p (pico) seconds or less,
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 3, which measures temporal changes in the object on the order of p seconds or less.
前記所定の時間差はf(フェムト)秒オーダ以下であり、
前記対象物の10f秒オーダ以下での時間的変化を測定する、請求項1から4のいずれか1項に記載の光学測定装置。
The predetermined time difference is on the order of f (femto) seconds or less,
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 4, which measures temporal changes in the object on the order of 10 f seconds or less.
前記所定の時間差(ΔT)は、次の式によって規定される、請求項1から5のいずれか1項に記載の光学測定装置。
ΔT=c/(Δn・d)
Δn:前記第1、第2の偏光に対する前記第1の位相板の屈折率差
d: 前記第1の位相板の厚さ
c: 光の速度
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the predetermined time difference (ΔT) is defined by the following equation.
ΔT=c/(Δn・d)
Δn: refractive index difference of the first phase plate with respect to the first and second polarized light d: thickness of the first phase plate c: speed of light
前記第1の位相板に入射される偏光は、パルス光であり、
前記第1の位相板は、前記パルス光を、前記第1、第2の偏光にそれぞれ対応する、第1、第2のパルス光に、分割して、出射し、
前記第1、第2のパルス光は、前記対象物内を前記所定の時間差で、通過し、
前記第2の位相板は、前記所定の時間差を解消して、前記第1、第2のパルス光を再結合して、再結合パルス光として、出射し、
前記再結合パルス光は、前記パルス光に対して、前記所定の時間差での前記対象物の変化に対応する、位相差または強度差の少なくとも一方を有する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の光学測定装置。
The polarized light incident on the first phase plate is pulsed light,
The first phase plate divides the pulsed light into first and second pulsed lights corresponding to the first and second polarized lights, and emits the split light,
The first and second pulsed lights pass through the object with the predetermined time difference,
The second phase plate eliminates the predetermined time difference, recombines the first and second pulsed lights, and emits the recombined pulsed lights,
The recombined pulsed light has at least one of a phase difference or an intensity difference with respect to the pulsed light, which corresponds to a change in the object at the predetermined time difference.
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 6.
前記対象物と前記第2の位相板との間に配置され、前記対象物を拡大して表すための対物レンズを備える、請求項1から7のいずれか1項に記載の光学測定装置。 The optical measuring device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an objective lens disposed between the object and the second phase plate to magnify and represent the object. 前記第1、第2の位相板は、同一の材料から構成される、請求項1から8のいずれか1項に記載の光学測定装置。 The optical measuring device according to any one of claims 1 to 8, wherein the first and second phase plates are made of the same material. 対象物の時間的変化を光学的に測定する光学測定方法であって、
偏光が第1の位相板に入射する工程と、
前記第1の位相板に入射された偏光が、所定の時間差を有する第1、第2の偏光に分解されて出射する工程と、
前記第1、第2の偏光が、前記所定の時間差で対象物内を通過する工程と、
前記対象物内を通過した前記第1、第2の偏光が、第2の位相板に入射する工程と、
前記第2の位相板に入射された前記第1、第2の偏光が、前記所定の時間差を解消されて、前記第1、第2の偏光を合成した合成偏光として出射する工程と、
を有する、光学測定方法。
An optical measurement method for optically measuring temporal changes in an object, the method comprising:
the polarized light is incident on the first phase plate;
a step in which the polarized light incident on the first phase plate is decomposed into first and second polarized light having a predetermined time difference and emitted;
the first and second polarized lights passing through the object with the predetermined time difference;
a step in which the first and second polarized light that has passed through the object enters a second phase plate;
a step in which the first and second polarized lights incident on the second phase plate have the predetermined time difference removed and output as composite polarized light that is a combination of the first and second polarized lights;
An optical measurement method comprising:
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