JP2723201B2 - 光学応答速度測定器 - Google Patents
光学応答速度測定器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学材料及び素子の応
答時間の測定器に関するものであり、広い波長範囲にわ
たって動作を可能とし、光源のパルス幅より格段に短い
時間分解能を実現するものである。
答時間の測定器に関するものであり、広い波長範囲にわ
たって動作を可能とし、光源のパルス幅より格段に短い
時間分解能を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学材料をはじめとして、光学材
料及び素子の応答時間（キャリヤ寿命、エネルギー緩和
時間Ｔ1、位相緩和時間Ｔ2等）は、その応答時間より高
速な短パルスレーザを用いて測定される。これまで安定
で波長可変なピコ秒、サブピコ秒光源といえば、Ａｒイ
オンレーザやＮｄ3+：ＹＡＧレーザのモード同期レーザ
に同期励起された複合モード同期色素レーザに限られて
いた。最近では、波長可変サブピコ秒、フェムト秒光源
としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザが用いられるようになって
きた。
料及び素子の応答時間（キャリヤ寿命、エネルギー緩和
時間Ｔ1、位相緩和時間Ｔ2等）は、その応答時間より高
速な短パルスレーザを用いて測定される。これまで安定
で波長可変なピコ秒、サブピコ秒光源といえば、Ａｒイ
オンレーザやＮｄ3+：ＹＡＧレーザのモード同期レーザ
に同期励起された複合モード同期色素レーザに限られて
いた。最近では、波長可変サブピコ秒、フェムト秒光源
としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザが用いられるようになって
きた。
【０００３】しかしながら、使用可能な発振波長の範囲
Δλは、色素レーザでΔλ〜１０［ｎｍ］程度、Ｔｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザでΔλ〜１００［ｎｍ］程度である。ま
た、発振の中心波長も色素レーザではゲイン媒質、可飽
和吸収体の取り替えと共に、ミラー等の光学部品も変え
なければならず、発振波長の変更は手間のいる作業であ
る。Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザといえども、非パルスの時間
幅を一定に保つために、レーザ共振器内の分散が変化し
ないようにせねばならず、７００［ｎｍ］≦λ≦１００
０［ｎｍ］の発振波長の範囲に限り、Δλ〜１００［ｎ
ｍ］の程度で、光学部品は変更せざるを得ない。
Δλは、色素レーザでΔλ〜１０［ｎｍ］程度、Ｔｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザでΔλ〜１００［ｎｍ］程度である。ま
た、発振の中心波長も色素レーザではゲイン媒質、可飽
和吸収体の取り替えと共に、ミラー等の光学部品も変え
なければならず、発振波長の変更は手間のいる作業であ
る。Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザといえども、非パルスの時間
幅を一定に保つために、レーザ共振器内の分散が変化し
ないようにせねばならず、７００［ｎｍ］≦λ≦１００
０［ｎｍ］の発振波長の範囲に限り、Δλ〜１００［ｎ
ｍ］の程度で、光学部品は変更せざるを得ない。
【０００４】一方、光のコヒーレンスが保てない状態で
は、インコヒーレント光が得られる。このインコヒーレ
ント光では、パルス幅がナノ秒パルスレーザのように長
くても、光のスペクトル幅が広くなっているため、コヒ
ーレンス時間が短い。このため、パルス幅がかなり異な
るインコヒーレント光パルスと極短光パルスにおいて
も、干渉効果を利用する場合には、コヒーレンス時間の
観点から、等価に扱うことができるとされている（T.Ya
jima, N.Morita, “Method of Laser Spectroscopy”,
Y.Prior, A.Ben-Reuven, and M.Rosenbluh, eds. (Plen
um, New York, 1986）,pp.75-85）。このインコヒーレ
ント光を用いた緩和時間の測定は、インコヒーレント分
光とよばれている。特に、超高速光パルスが必要な、位
相緩和時間の測定に用いられ、石田、矢島らによっては
じめて報告された（Y.Ishida and T.Yajima, Rev. Phy
s. Appl. 22, 1629（1987)）。
は、インコヒーレント光が得られる。このインコヒーレ
ント光では、パルス幅がナノ秒パルスレーザのように長
くても、光のスペクトル幅が広くなっているため、コヒ
ーレンス時間が短い。このため、パルス幅がかなり異な
るインコヒーレント光パルスと極短光パルスにおいて
も、干渉効果を利用する場合には、コヒーレンス時間の
観点から、等価に扱うことができるとされている（T.Ya
jima, N.Morita, “Method of Laser Spectroscopy”,
Y.Prior, A.Ben-Reuven, and M.Rosenbluh, eds. (Plen
um, New York, 1986）,pp.75-85）。このインコヒーレ
ント光を用いた緩和時間の測定は、インコヒーレント分
光とよばれている。特に、超高速光パルスが必要な、位
相緩和時間の測定に用いられ、石田、矢島らによっては
じめて報告された（Y.Ishida and T.Yajima, Rev. Phy
s. Appl. 22, 1629（1987)）。
【０００５】実際には、ナノ秒レーザよりむしろピコ秒
レーザ光を用いた報告例の方が多く、例えば、光ファイ
バ等にピコ秒、サブピコ秒パルスを入射すると、自己位
相変調効果によってスペクトル幅が増加する。このチャ
ープパルスを光源として利用した例には中野らの報告が
ある（H.Nakano, Y.Ishida, and T.Yanagawa, Appl.Phy
s.Lett. 59, 3090（1991)）。
レーザ光を用いた報告例の方が多く、例えば、光ファイ
バ等にピコ秒、サブピコ秒パルスを入射すると、自己位
相変調効果によってスペクトル幅が増加する。このチャ
ープパルスを光源として利用した例には中野らの報告が
ある（H.Nakano, Y.Ishida, and T.Yanagawa, Appl.Phy
s.Lett. 59, 3090（1991)）。
【０００６】このインコヒーレント分光の手法は、これ
まで困難を極めた極短光パルスの発生に要する労力をか
なり緩和するものとなったが、それでも得られるスペク
トル幅は、ピコ秒、サブピコ秒レーザの出力光を励起光
として採用したとしても、高々数１０［ｎｍ］程度であ
り、このスペクトル幅に対応する時間分解能は最短でも
数１０［ｆｓ］程度までである。
まで困難を極めた極短光パルスの発生に要する労力をか
なり緩和するものとなったが、それでも得られるスペク
トル幅は、ピコ秒、サブピコ秒レーザの出力光を励起光
として採用したとしても、高々数１０［ｎｍ］程度であ
り、このスペクトル幅に対応する時間分解能は最短でも
数１０［ｆｓ］程度までである。
【０００７】以上から、従来から用いられている光学応
答速度測定器は、光源と利用する光学部品で制限される
波長範囲、及び時間分解能の範囲でしか用いることがで
きず、それぞれピコ秒、サブピコ秒光源を用いたとして
も、高々１００［ｎｍ］、数１０［ｆｓ］から１００
［ｆｓ］程度であり、ナノ秒光源を用いた場合の時間分
解能はさらに長い時間にすぎなかった。
答速度測定器は、光源と利用する光学部品で制限される
波長範囲、及び時間分解能の範囲でしか用いることがで
きず、それぞれピコ秒、サブピコ秒光源を用いたとして
も、高々１００［ｎｍ］、数１０［ｆｓ］から１００
［ｆｓ］程度であり、ナノ秒光源を用いた場合の時間分
解能はさらに長い時間にすぎなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた如く、従来
の光学応答速度測定法、及び測定器は、ピコ秒、サブピ
コ秒光源を用いたとしても、高々１００［ｎｍ］のスペ
クトル幅、数１０［ｆｓ］程度の時間分解能である。パ
ルス幅が２〜３［ｎｓ］程度のナノ秒光源を用いるに至
っては、インコヒーレント分光法を用いても、スペクト
ル幅は０.０２〜０.２［ｎｍ］であり、時間分解能は数
［ｐｓ］であることが森田らによって報告された（N.Mo
rita, T.Tokizaki, and T.Yajima, J. Opt. Soc. Am.B
4, 1269（1987)）。しかも光源として使用できる発振波
長の範囲は１００［ｎｍ］以下である。
の光学応答速度測定法、及び測定器は、ピコ秒、サブピ
コ秒光源を用いたとしても、高々１００［ｎｍ］のスペ
クトル幅、数１０［ｆｓ］程度の時間分解能である。パ
ルス幅が２〜３［ｎｓ］程度のナノ秒光源を用いるに至
っては、インコヒーレント分光法を用いても、スペクト
ル幅は０.０２〜０.２［ｎｍ］であり、時間分解能は数
［ｐｓ］であることが森田らによって報告された（N.Mo
rita, T.Tokizaki, and T.Yajima, J. Opt. Soc. Am.B
4, 1269（1987)）。しかも光源として使用できる発振波
長の範囲は１００［ｎｍ］以下である。
【０００９】本発明の目的は、使用可能波長を可視域か
ら近赤外域まで拡張し、同時に時間分解能を［ｐｓ］か
ら１０［ｆｓ］程度以下を実現できる光学応答速度測定
器を提供することにある。
ら近赤外域まで拡張し、同時に時間分解能を［ｐｓ］か
ら１０［ｆｓ］程度以下を実現できる光学応答速度測定
器を提供することにある。
【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の（１）の手段の光学応答速度測定器は、レ
ーザと、該レーザの出力光が入射される光パラメトリッ
ク発振器、或いは光パラメトリック増幅器、或いは光パ
ラメトリック蛍光発生器のいずれか１つからなる光パラ
メトリック変換器と、該光パラメトリック変換器の出力
光を複数に分波するビームスプリッタと、ミラー或いは
プリズムと、分波された光の光路長を調節するマウント
と、分波された光を集光するレンズと分波された光すべ
て、或いはその一部、或いは分波された光以外に発生す
る新たな信号光を受光して電気信号に変換する受光器
と、その受光器の出力を光路長の調節に用いた該マウン
トの位置に応じて記憶、或いはプロットする波形測定器
とを有することを特徴とする。
に、本発明の（１）の手段の光学応答速度測定器は、レ
ーザと、該レーザの出力光が入射される光パラメトリッ
ク発振器、或いは光パラメトリック増幅器、或いは光パ
ラメトリック蛍光発生器のいずれか１つからなる光パラ
メトリック変換器と、該光パラメトリック変換器の出力
光を複数に分波するビームスプリッタと、ミラー或いは
プリズムと、分波された光の光路長を調節するマウント
と、分波された光を集光するレンズと分波された光すべ
て、或いはその一部、或いは分波された光以外に発生す
る新たな信号光を受光して電気信号に変換する受光器
と、その受光器の出力を光路長の調節に用いた該マウン
トの位置に応じて記憶、或いはプロットする波形測定器
とを有することを特徴とする。
【００１２】本発明の（２）の手段の光学応答速度測定
器は、レーザ或いは蛍光を発する物質と、レーザの場合
には共振器を構成しない状態で得られる蛍光を出力光と
して、蛍光を発する物質の場合にはその蛍光を出力光と
して、それらの出力光が入射される光増幅器と、該光増
幅器の出力光を複数に分波するビームスプリッタと、ミ
ラー或いはプリズムと、分波された光の光路長を調節す
るマウントと、分波された光を集光するレンズと分波さ
れた光すべて、或いはその一部、或いは分波された光以
外に発生する新たな信号光を受光して電気信号に変換す
る受光器と、その受光器の出力を光路長の調節に用いた
該マウントの位置に応じて記憶或いはプロットする波形
測定器とを有することを特徴とする。
器は、レーザ或いは蛍光を発する物質と、レーザの場合
には共振器を構成しない状態で得られる蛍光を出力光と
して、蛍光を発する物質の場合にはその蛍光を出力光と
して、それらの出力光が入射される光増幅器と、該光増
幅器の出力光を複数に分波するビームスプリッタと、ミ
ラー或いはプリズムと、分波された光の光路長を調節す
るマウントと、分波された光を集光するレンズと分波さ
れた光すべて、或いはその一部、或いは分波された光以
外に発生する新たな信号光を受光して電気信号に変換す
る受光器と、その受光器の出力を光路長の調節に用いた
該マウントの位置に応じて記憶或いはプロットする波形
測定器とを有することを特徴とする。
【００１３】
【作用】前述の手段によれば、光パラメトリック変換を
利用する場合においては、短波長側までは４５０［ｎ
ｍ］以下、長波長側では１７００［ｎｍ］以上の波長が
容易に得られ、Δλ〜１２５０［ｎｍ］以上の広範囲な
波長可変光源が実現でき、ナノ秒光源を励起光源として
用いても、時間分解能が数［ｐｓ］以下となる。ピコ秒
光源を用いれば、１０［ｆｓ］以下の時間分解能も可能
となる光学応答速度測定法、及びその測定器が実現でき
る。レーザ、或いは蛍光を発する物質と、光増幅器を共
に用いる場合、例えば、ナノ秒パルス色素レーザのＡＳ
Ｅ（Amplified Spontaneous Emission）を色素を用いた
光増幅器で発生すると、３３０［ｎｍ］〜９５０［ｎ
ｍ］の範囲で時間分解能が数［ｐｓ］〜数１０［ｆｓ］
が得られる。
利用する場合においては、短波長側までは４５０［ｎ
ｍ］以下、長波長側では１７００［ｎｍ］以上の波長が
容易に得られ、Δλ〜１２５０［ｎｍ］以上の広範囲な
波長可変光源が実現でき、ナノ秒光源を励起光源として
用いても、時間分解能が数［ｐｓ］以下となる。ピコ秒
光源を用いれば、１０［ｆｓ］以下の時間分解能も可能
となる光学応答速度測定法、及びその測定器が実現でき
る。レーザ、或いは蛍光を発する物質と、光増幅器を共
に用いる場合、例えば、ナノ秒パルス色素レーザのＡＳ
Ｅ（Amplified Spontaneous Emission）を色素を用いた
光増幅器で発生すると、３３０［ｎｍ］〜９５０［ｎ
ｍ］の範囲で時間分解能が数［ｐｓ］〜数１０［ｆｓ］
が得られる。
【００１４】前記の広範囲な波長可変領域と極短時間分
解能は、光パラメトリック変換器（光パラメトリック発
振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、
光パラメトリック蛍光発生器（ＯＰＦ））とインコヒー
レント分光の手法を同時に用いることによって実現でき
る。例えば、光パラメトリック発振器を考えると、励起
光の角周波数をω3、光パラメトリック効果によって発
生するシグナル光の角周波数をω1、アイドラ光の角周
波数をω2とすると、ω3＝ω1＋ω2が成立している。こ
のとき、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）のような負
の一軸性結晶では、
解能は、光パラメトリック変換器（光パラメトリック発
振器（ＯＰＯ）、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、
光パラメトリック蛍光発生器（ＯＰＦ））とインコヒー
レント分光の手法を同時に用いることによって実現でき
る。例えば、光パラメトリック発振器を考えると、励起
光の角周波数をω3、光パラメトリック効果によって発
生するシグナル光の角周波数をω1、アイドラ光の角周
波数をω2とすると、ω3＝ω1＋ω2が成立している。こ
のとき、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）のような負
の一軸性結晶では、
【００１５】
【数１】
【００１６】が満たされる。ただし、ｅ，ｏはそれぞれ
異常光線，常光線を表し、ｎ3は励起光の屈折率、ｎ2は
アイドラ光の、ｎ1はシグナル光の屈折率を表す。ま
た、このときの利得幅δωは、
異常光線，常光線を表し、ｎ3は励起光の屈折率、ｎ2は
アイドラ光の、ｎ1はシグナル光の屈折率を表す。ま
た、このときの利得幅δωは、
【００１７】
【数２】
【００１８】で表される。ここで、Ｌは結晶長、ｃは光
速である。結晶内での光の位相変化φは、光の伝搬定数
をｋとして、φ＝ｋｎＬと表せる。このとき群遅延時間
τgは、
速である。結晶内での光の位相変化φは、光の伝搬定数
をｋとして、φ＝ｋｎＬと表せる。このとき群遅延時間
τgは、
【００１９】
【数３】
【００２０】となる。従って、式（２），式（３）より δω＝２π／｜τ1g−τ2g｜ ………（４） が得られる。単位長さ当たりの群遅延時間をそれぞれ
【００２１】
【数４】
【００２２】とすると、
【００２３】
【数５】
【００２４】が得られる。
【００２５】
【数６】
【００２６】はセルマイヤ方程式のλ微分と、式（３）
から求められる。セルマイヤ方程式とそのλ微分を、そ
れぞれ次の式（６），式（７）に示す。
から求められる。セルマイヤ方程式とそのλ微分を、そ
れぞれ次の式（６），式（７）に示す。
【００２７】
【数７】
【００２８】
【数８】
【００２９】例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）を用い
て、Ｎｄ3+：ＹＡＧレーザの第３高調波（３５５［ｎ
ｍ］）励起を行うと、４８８［ｎｍ］付近の波長でシグ
ナル光を得るには、位相整合角θmがおよそ３０°とな
る。このときシグナル光、アイドラ光間の群遅延時間差
は式（３），式（６），式（７）式を用いて算出でき、
２１５［ｆｓ／ｍｍ］が得られる。ＢＢＯ結晶の長さを
１２［ｍｍ］とするとδν＝４［ＴＨｚ］という大きな
値になる。この値は、インコヒーレント分光の手法を用
いた場合、２００［ｆｓ］程度の時間分解能が得られる
ことを意味している。
て、Ｎｄ3+：ＹＡＧレーザの第３高調波（３５５［ｎ
ｍ］）励起を行うと、４８８［ｎｍ］付近の波長でシグ
ナル光を得るには、位相整合角θmがおよそ３０°とな
る。このときシグナル光、アイドラ光間の群遅延時間差
は式（３），式（６），式（７）式を用いて算出でき、
２１５［ｆｓ／ｍｍ］が得られる。ＢＢＯ結晶の長さを
１２［ｍｍ］とするとδν＝４［ＴＨｚ］という大きな
値になる。この値は、インコヒーレント分光の手法を用
いた場合、２００［ｆｓ］程度の時間分解能が得られる
ことを意味している。
【００３０】光学応答時間（キャリヤ寿命、エネルギー
緩和時間Ｔ1、位相緩和時間Ｔ2）を測定するには、フォ
トルミネッセンスの発光強度を時間分解分光して、その
減衰時間を観測したり、試料に入射するレーザ光を２ビ
ーム、或いは３ビームとして、トランジェントグレーテ
ィングを構成し、その回折光強度や、ポンプ・プローブ
法での透過光強度の減衰時間を観測する。これらの減衰
時間とＴ1、Ｔ2の間の関係は、光パルスのパルス幅ｔp
とコヒーレンス時間ｔc、それに、Ｔ1、Ｔ2の大小関係
と試料の励起光波長における光学遷移のスペクトル幅
が、均一か不均一かによって決定されている。
緩和時間Ｔ1、位相緩和時間Ｔ2）を測定するには、フォ
トルミネッセンスの発光強度を時間分解分光して、その
減衰時間を観測したり、試料に入射するレーザ光を２ビ
ーム、或いは３ビームとして、トランジェントグレーテ
ィングを構成し、その回折光強度や、ポンプ・プローブ
法での透過光強度の減衰時間を観測する。これらの減衰
時間とＴ1、Ｔ2の間の関係は、光パルスのパルス幅ｔp
とコヒーレンス時間ｔc、それに、Ｔ1、Ｔ2の大小関係
と試料の励起光波長における光学遷移のスペクトル幅
が、均一か不均一かによって決定されている。
【００３１】レーザからの蛍光（後方ミラーをはずし共
振器を構成しない状態で得られる出力光）、或いは蛍光
を発する物質からの出力光を種として光増幅器に入射す
ると、先に述べたＡＳＥが得られる。このＡＳＥを利用
すると、光パラメトリック変換を用いた場合と同様な効
果が得られる。但し一種の色素では、光パラメトリック
変換のような広い波長領域にわたる光源は得られない。
振器を構成しない状態で得られる出力光）、或いは蛍光
を発する物質からの出力光を種として光増幅器に入射す
ると、先に述べたＡＳＥが得られる。このＡＳＥを利用
すると、光パラメトリック変換を用いた場合と同様な効
果が得られる。但し一種の色素では、光パラメトリック
変換のような広い波長領域にわたる光源は得られない。
【００３２】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００３３】（実施例１）図１は、本発明の実施例１の
光学応答時間測定器の概略構成を示すブロック構成図で
あり、ボックスカー配置の３ビーム入射型トランジェン
トグレーティングの手法を用いた、縮退４光波混合によ
るＴ1、Ｔ2測定系を示すものである。
光学応答時間測定器の概略構成を示すブロック構成図で
あり、ボックスカー配置の３ビーム入射型トランジェン
トグレーティングの手法を用いた、縮退４光波混合によ
るＴ1、Ｔ2測定系を示すものである。
【００３４】図１において、１はレーザ（Ｑ−ＹＡＧ）
であり、パルスエネルギーは６００［ｍＪ］、パルス幅
が１５［ｎｓ］、繰り返し周波数は１０［Ｈｚ］であ
る。
であり、パルスエネルギーは６００［ｍＪ］、パルス幅
が１５［ｎｓ］、繰り返し周波数は１０［Ｈｚ］であ
る。
【００３５】２は第２高調波発生器（ＳＨＧ）であり、
レーザ（Ｑ−ＹＡＧ）１の第２高調波（ＳＨ波）のパル
スエネルギーは１４０［ｍＪ］、パルス幅は１２［ｎ
ｓ］程度である。
レーザ（Ｑ−ＹＡＧ）１の第２高調波（ＳＨ波）のパル
スエネルギーは１４０［ｍＪ］、パルス幅は１２［ｎ
ｓ］程度である。
【００３６】３は第３高調波発生器（ＴＨＧ）であり、
レーザ（Ｑ−ＹＡＧ）１の第３高調波（ＴＨ波）のパル
スエネルギーは９０［ｍＪ］、パルス幅は１０［ｎｓ］
程度である。
レーザ（Ｑ−ＹＡＧ）１の第３高調波（ＴＨ波）のパル
スエネルギーは９０［ｍＪ］、パルス幅は１０［ｎｓ］
程度である。
【００３７】４は光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）で
あり、シグナル光、アイドラ光の出力の和は１５［ｍ
Ｊ］、パルス幅は８［ｎｓ］程度である。
あり、シグナル光、アイドラ光の出力の和は１５［ｍ
Ｊ］、パルス幅は８［ｎｓ］程度である。
【００３８】５は波長フィルタ（光強度可変減衰器を含
む）であり、シグナル光、アイドラ光のどちらを用いる
かで最適なものを選択し、１波長のみが縮退４光波混合
系８に入射するようにする。波長フィルタの代わりに分
散プリズム等の波長選択機能を有する光学部品を用いて
もよい。
む）であり、シグナル光、アイドラ光のどちらを用いる
かで最適なものを選択し、１波長のみが縮退４光波混合
系８に入射するようにする。波長フィルタの代わりに分
散プリズム等の波長選択機能を有する光学部品を用いて
もよい。
【００３９】６，７，１１〜１６は４５°入射全反射ミ
ラー、８は縮退４光波混合系であり、ここでは３ビーム
入射の前方型ボックスカー配置を用いているが、２ビー
ム入射でも、後方型でもよい。９，１０はビームスプリ
ッタ（ＢＳ）、１７，１８はコーナーリフレクタ（Ｃ
Ｒ）である。用いる時間分解能により、プリズムでもよ
い。
ラー、８は縮退４光波混合系であり、ここでは３ビーム
入射の前方型ボックスカー配置を用いているが、２ビー
ム入射でも、後方型でもよい。９，１０はビームスプリ
ッタ（ＢＳ）、１７，１８はコーナーリフレクタ（Ｃ
Ｒ）である。用いる時間分解能により、プリズムでもよ
い。
【００４０】１９，２６はレンズ、２０は試料、２１，
２２はパルスステージ（ＰＳ）、２３は光電子増倍管
（ＰＭＴ）、２４は半波長板、２５は分光器、２７はボ
ックスカー積分器或いはプロッタ、２８は計算機であ
る。
２２はパルスステージ（ＰＳ）、２３は光電子増倍管
（ＰＭＴ）、２４は半波長板、２５は分光器、２７はボ
ックスカー積分器或いはプロッタ、２８は計算機であ
る。
【００４１】本実施例１で用いるレーザ１には、Ｑスイ
ッチＮｄ3+（ＹＡＧレーザ：Ｑ−ＹＡＧ）をはじめ、高
出力モード同期Ｎｄ3+（ＹＡＧレーザ：ＭＬ−ＹＡＧ）
が考えられる。パルス光出力を増幅するシステムを用い
れば、チタンサファイヤレーザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）、衝
突パルスモード同期色素レーザ（ＣＰＭ）等も考えられ
る。
ッチＮｄ3+（ＹＡＧレーザ：Ｑ−ＹＡＧ）をはじめ、高
出力モード同期Ｎｄ3+（ＹＡＧレーザ：ＭＬ−ＹＡＧ）
が考えられる。パルス光出力を増幅するシステムを用い
れば、チタンサファイヤレーザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）、衝
突パルスモード同期色素レーザ（ＣＰＭ）等も考えられ
る。
【００４２】ここでは、数［ＭＷ］以上のピークパワー
が確保されているものと考え、最も保守作業が簡便なＱ
−ＹＡＧを使用することとする。レーザ１の出力光（基
本波）をＣＤ*Ａ等の非線形光学結晶を用いた第２高調
波発生器（ＳＨＧ）２に入射する。出力される第２高調
波（ＳＨ波）と該基本波の透過光をＫＤ*Ｐ等の非線形
光学結晶を用いた第３高調波発生器（ＴＨＧ）３に入射
し、和周波発生により第３高調波（ＴＨ波）を得る。得
られたＴＨ波のみをＢＢＯ等の非線形光学結晶を用いた
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）４に入射し、シグナ
ル光、アイドラ光をＯＰＯ出力の光子対として得る。
が確保されているものと考え、最も保守作業が簡便なＱ
−ＹＡＧを使用することとする。レーザ１の出力光（基
本波）をＣＤ*Ａ等の非線形光学結晶を用いた第２高調
波発生器（ＳＨＧ）２に入射する。出力される第２高調
波（ＳＨ波）と該基本波の透過光をＫＤ*Ｐ等の非線形
光学結晶を用いた第３高調波発生器（ＴＨＧ）３に入射
し、和周波発生により第３高調波（ＴＨ波）を得る。得
られたＴＨ波のみをＢＢＯ等の非線形光学結晶を用いた
光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）４に入射し、シグナ
ル光、アイドラ光をＯＰＯ出力の光子対として得る。
【００４３】該ＯＰＯ出力の光子対は、波長フィルタ５
で一方を選択し、プリズム（ｐ）或いはミラー（Ｍ）
６，７で全反射され、縮退４光波混合の系８に入射す
る。ＯＰＯ出力はビームスプリッタ（ＢＳ）９，１０に
よって３ビームＡ，Ｂ，Ｃに分割され、それぞれＭ１１
〜１６、或いはコーナーリフレクタ（ＣＲ）１７，１８
で反射され、レンズ（Ｌ）１９で試料２０に集光され
る。ここで、コーナーリフレクタ（ＣＲ）１７，１８は
パルスステージ（ＰＳ）２１，２２で位置制御が行わ
れ、Ｂ及びＣのＡに対する遅延時間が調整できる。
で一方を選択し、プリズム（ｐ）或いはミラー（Ｍ）
６，７で全反射され、縮退４光波混合の系８に入射す
る。ＯＰＯ出力はビームスプリッタ（ＢＳ）９，１０に
よって３ビームＡ，Ｂ，Ｃに分割され、それぞれＭ１１
〜１６、或いはコーナーリフレクタ（ＣＲ）１７，１８
で反射され、レンズ（Ｌ）１９で試料２０に集光され
る。ここで、コーナーリフレクタ（ＣＲ）１７，１８は
パルスステージ（ＰＳ）２１，２２で位置制御が行わ
れ、Ｂ及びＣのＡに対する遅延時間が調整できる。
【００４４】図２は、光ビーム配置図であり、光パラメ
トリック発振器（ＯＰＯ）４の出力のうちのシグナル
光、アイドラ光の一方を選択した後の光ビームを３本に
分割する。分割後の各光ビームをＡ，Ｂ，Ｃと表す。特
にＢはＳ／Ｎ向上のために偏光を他のビームに直交でき
るようにしてある。但し、異方性を有する試料では注意
を有する。
トリック発振器（ＯＰＯ）４の出力のうちのシグナル
光、アイドラ光の一方を選択した後の光ビームを３本に
分割する。分割後の各光ビームをＡ，Ｂ，Ｃと表す。特
にＢはＳ／Ｎ向上のために偏光を他のビームに直交でき
るようにしてある。但し、異方性を有する試料では注意
を有する。
【００４５】図２では、縮退４光波混合系の出力として
発生する回折光Ｓがこの測定器の信号光となっている。
但し、この図２では中心に配置された試料を２枚のレン
ズ（ここでは正方形で表した）が挟むようになっている
が、後方のレンズは縮退４光波混合系８には用いられて
いない。信号光Ｓは光電子増倍管（ＰＭＴ）２３で検出
される。該信号光の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の向上に
は、半波長板２４や、分光器２５及び該分光器２５にＳ
を入射するためのレンズ２６を用いる。光電子増倍管
（ＰＭＴ）２３の出力はボックスカー積分器（ＢＣＩ）
２７やプロッタに入力され、信号光Ｓの強度変化を記録
する。該ボックスカー積分器（ＢＣＩ）２７やパルスス
テージ（ＰＳ）２１，２２は、計算機２８で制御され
る。ここで、ＯＰＯ出力は上述したようにインコヒーレ
ント光として利用できるので、ピコ、サブピコ秒の
Ｔ1、Ｔ2測定が比較的簡単に実行できる。Ｔ1はパルス
ステージ（ＰＳ）２２を制御して、入射光ビームＣの光
路遅延時間に対する信号光Ｓの強度を観測し、信号光Ｓ
強度の減衰曲線の時定数から算出する。Ｔ2はパルスス
テージ（ＰＳ）２１を制御して、光ビームＢの光路遅延
に対する信号光Ｓ強度を観測し、この信号光Ｓ強度の減
衰曲線の時定数から算出する。
発生する回折光Ｓがこの測定器の信号光となっている。
但し、この図２では中心に配置された試料を２枚のレン
ズ（ここでは正方形で表した）が挟むようになっている
が、後方のレンズは縮退４光波混合系８には用いられて
いない。信号光Ｓは光電子増倍管（ＰＭＴ）２３で検出
される。該信号光の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の向上に
は、半波長板２４や、分光器２５及び該分光器２５にＳ
を入射するためのレンズ２６を用いる。光電子増倍管
（ＰＭＴ）２３の出力はボックスカー積分器（ＢＣＩ）
２７やプロッタに入力され、信号光Ｓの強度変化を記録
する。該ボックスカー積分器（ＢＣＩ）２７やパルスス
テージ（ＰＳ）２１，２２は、計算機２８で制御され
る。ここで、ＯＰＯ出力は上述したようにインコヒーレ
ント光として利用できるので、ピコ、サブピコ秒の
Ｔ1、Ｔ2測定が比較的簡単に実行できる。Ｔ1はパルス
ステージ（ＰＳ）２２を制御して、入射光ビームＣの光
路遅延時間に対する信号光Ｓの強度を観測し、信号光Ｓ
強度の減衰曲線の時定数から算出する。Ｔ2はパルスス
テージ（ＰＳ）２１を制御して、光ビームＢの光路遅延
に対する信号光Ｓ強度を観測し、この信号光Ｓ強度の減
衰曲線の時定数から算出する。
【００４６】図３にインコヒーレント分光の手法を用い
た場合の色ガラスフィルタのＴ2測定例を示す。光ビー
ムＢの光路遅延時間を横軸にとって信号光Ｓ強度の減衰
を観測し、時定数を求める。色ガラスフィルタは不均一
広がりの大きな試料であるため、減衰曲線の時定数の４
倍の値がＴ2になる。従ってこの場合はバックグラウン
ドを差し引くと、Ｔ2〜２［ｐｓ］となる。但し、図１
の配置の実験では、実際には図３の横軸が反転する。図
４に同じく色ガラスフィルタを用いた場合の、Ｔ1の測
定例を示す。コヒーレントパルスの実験では減衰曲線の
時定数の２倍の値がＴ1になるのに対し、減衰曲線の時
定数がそのままＴ1になる。従って、図４がコヒーレン
トパルス、インコヒーレントパルスでそれぞれ得られた
とすると、コヒーレントパルスではＴ1＝１００［ｐ
ｓ］、インコヒーレントパルスではＴ1＝５０［ｐｓ］
となる。
た場合の色ガラスフィルタのＴ2測定例を示す。光ビー
ムＢの光路遅延時間を横軸にとって信号光Ｓ強度の減衰
を観測し、時定数を求める。色ガラスフィルタは不均一
広がりの大きな試料であるため、減衰曲線の時定数の４
倍の値がＴ2になる。従ってこの場合はバックグラウン
ドを差し引くと、Ｔ2〜２［ｐｓ］となる。但し、図１
の配置の実験では、実際には図３の横軸が反転する。図
４に同じく色ガラスフィルタを用いた場合の、Ｔ1の測
定例を示す。コヒーレントパルスの実験では減衰曲線の
時定数の２倍の値がＴ1になるのに対し、減衰曲線の時
定数がそのままＴ1になる。従って、図４がコヒーレン
トパルス、インコヒーレントパルスでそれぞれ得られた
とすると、コヒーレントパルスではＴ1＝１００［ｐ
ｓ］、インコヒーレントパルスではＴ1＝５０［ｐｓ］
となる。
【００４７】図５にＢＢＯ−ＯＰＯのスペクトル幅の測
定例を示す。ここに示したスペクトル幅δλは、例えば
比較的狭いスペクトル幅を示す４８８［ｎｍ］において
でさえ、０.３［ｎｍ］程度であり、δν＝０.４［ＴＨ
ｚ］となる。上述の値より１桁小さいこの値は、ＯＰＯ
の共振器ミラーの反射率で決まる光子寿命によって決定
されている。光が共振器中を数往復しているために、バ
ンド幅が狭くなっている。このため、共振器構造を廃
し、進行波型にする場合は上述の結果となり、時間分解
能は短くできる。しかし、時間分解能と光パラメトリッ
ク変換光の出力パワーとの間では、トレードオフの関係
が成立するため、共振器を組むか、進行波型にするか
は、試料や測定器に課せられた条件を満たすように、選
択すればよい。
定例を示す。ここに示したスペクトル幅δλは、例えば
比較的狭いスペクトル幅を示す４８８［ｎｍ］において
でさえ、０.３［ｎｍ］程度であり、δν＝０.４［ＴＨ
ｚ］となる。上述の値より１桁小さいこの値は、ＯＰＯ
の共振器ミラーの反射率で決まる光子寿命によって決定
されている。光が共振器中を数往復しているために、バ
ンド幅が狭くなっている。このため、共振器構造を廃
し、進行波型にする場合は上述の結果となり、時間分解
能は短くできる。しかし、時間分解能と光パラメトリッ
ク変換光の出力パワーとの間では、トレードオフの関係
が成立するため、共振器を組むか、進行波型にするか
は、試料や測定器に課せられた条件を満たすように、選
択すればよい。
【００４８】（実施例２）図６は、本発明の実施例２の
２ビーム入射の縮退４光波混合の系を示す模式構成図で
あり、ＰＤ１、ＰＤ２のどちらか一方が受光する信号光
強度の遅延時間に対する減衰曲線から、実施例１と同様
にＴ2が求められる。また、ＰＤ１、ＰＤ２の出力を同
時に観測すれば、遅延時間０［ｐｓ］を中心に左右がほ
ぼ対称な波形が得られ、ピーク値の位置にズレが生じ
る。このズレからもＴ2が求められるものである。
２ビーム入射の縮退４光波混合の系を示す模式構成図で
あり、ＰＤ１、ＰＤ２のどちらか一方が受光する信号光
強度の遅延時間に対する減衰曲線から、実施例１と同様
にＴ2が求められる。また、ＰＤ１、ＰＤ２の出力を同
時に観測すれば、遅延時間０［ｐｓ］を中心に左右がほ
ぼ対称な波形が得られ、ピーク値の位置にズレが生じ
る。このズレからもＴ2が求められるものである。
【００４９】図１にはＴ1、Ｔ2が同一の測定系で計測で
きる３本の光ビーム入射のトランジェントグレーティン
グの例を示したが、この他にも、光学応答時間の測定系
を構成できる例がある。光パラメトリック変換後の出力
光を２分し、入射光パルスとする場合、図１では光路
Ａ，Ｂのみを使用すればよいことになる。３ビームを用
いた場合、３本の光ビームの配置は立体的であったが、
２ビームの場合は、図１のように立体的にする必要はな
く、図６に示したような平面的な配置が簡便である。但
し、２本の入射光のうち一方には、時間遅延τdが調節
できる必要性がある。
きる３本の光ビーム入射のトランジェントグレーティン
グの例を示したが、この他にも、光学応答時間の測定系
を構成できる例がある。光パラメトリック変換後の出力
光を２分し、入射光パルスとする場合、図１では光路
Ａ，Ｂのみを使用すればよいことになる。３ビームを用
いた場合、３本の光ビームの配置は立体的であったが、
２ビームの場合は、図１のように立体的にする必要はな
く、図６に示したような平面的な配置が簡便である。但
し、２本の入射光のうち一方には、時間遅延τdが調節
できる必要性がある。
【００５０】また、信号光も図６に示したように２本発
生し、それらの波数ベクトルｋsiが、ｋs1＝２ｋA−
ｋB、或いはｋs2＝２ｋB−ｋAを満たす方向に発生する
ので、試料透過後のｋA、ｋBが決定する平面上で、ｋsi
はｋA、ｋBがなす角の間には発生せず、その外側に現れ
る。Ｔ2の値は、ｋs1、ｋs2方向に回折される信号光強
度の、Ｂの光路遅延時間に対する減衰曲線の時定数か
ら、実施例１と同様に算出される（図３参照）。
生し、それらの波数ベクトルｋsiが、ｋs1＝２ｋA−
ｋB、或いはｋs2＝２ｋB−ｋAを満たす方向に発生する
ので、試料透過後のｋA、ｋBが決定する平面上で、ｋsi
はｋA、ｋBがなす角の間には発生せず、その外側に現れ
る。Ｔ2の値は、ｋs1、ｋs2方向に回折される信号光強
度の、Ｂの光路遅延時間に対する減衰曲線の時定数か
ら、実施例１と同様に算出される（図３参照）。
【００５１】また、ｋs1、及びｋs2方向に回折される信
号光強度の、Ｂの光路遅延時間に対する変化を受光器Ｐ
Ｄ１、ＰＤ２で同時に測定すると、遅延時間０［ｐｓ］
を中心として、ほぼ左右対称な波形が得られ（図６右端
にも波形の概形を示した）、それぞれの強度ピーク値が
得られる光ビームＢの遅延時間に差が生じる。この遅延
時間差からもＴ2が求められる。不均一広がりを有する
２準位モデルを仮定すると、ｋs1、ｋs2方向に回折され
る信号光強度のピーク値が得られる光ビームＢの遅延時
間差τABがＴ2になる。
号光強度の、Ｂの光路遅延時間に対する変化を受光器Ｐ
Ｄ１、ＰＤ２で同時に測定すると、遅延時間０［ｐｓ］
を中心として、ほぼ左右対称な波形が得られ（図６右端
にも波形の概形を示した）、それぞれの強度ピーク値が
得られる光ビームＢの遅延時間に差が生じる。この遅延
時間差からもＴ2が求められる。不均一広がりを有する
２準位モデルを仮定すると、ｋs1、ｋs2方向に回折され
る信号光強度のピーク値が得られる光ビームＢの遅延時
間差τABがＴ2になる。
【００５２】（実施例３）図７は、本発明をＡｌ2Ｏ3レ
ーザを用いた時間分解分光系（Ｔｉ）に適用した実施例
３の概略構成を示すブロック構成図であり、７１はＡｌ
2Ｏ3レーザ（ＣＷ−Ａｒイオンレーザで励起される）、
７２はＡｌ2Ｏ3増幅器（例えば、ＣＷ−ＱスイッチＮｄ
3+：ＹＡＧレーザのＳＨ波励起が用いられる）、７３は
ＳＨＧ、７４はビームスプリッタ、７５，７６，８２は
４５°入射全反射ミラー、７７はＯＰＡであり、ＢＢＯ
或いはＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶が使用できる。
ーザを用いた時間分解分光系（Ｔｉ）に適用した実施例
３の概略構成を示すブロック構成図であり、７１はＡｌ
2Ｏ3レーザ（ＣＷ−Ａｒイオンレーザで励起される）、
７２はＡｌ2Ｏ3増幅器（例えば、ＣＷ−ＱスイッチＮｄ
3+：ＹＡＧレーザのＳＨ波励起が用いられる）、７３は
ＳＨＧ、７４はビームスプリッタ、７５，７６，８２は
４５°入射全反射ミラー、７７はＯＰＡであり、ＢＢＯ
或いはＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶が使用できる。
【００５３】７８は波長フィルタであり、シグナル光、
アイドラ光のどちらを用いるかで最適なものを選択し、
１波長のみが縮退４光波混合系８に入射するようにす
る。波長フィルタの代わりに分散プリズム等の波長選択
機能を有する光学部品を用いてもよい。
アイドラ光のどちらを用いるかで最適なものを選択し、
１波長のみが縮退４光波混合系８に入射するようにす
る。波長フィルタの代わりに分散プリズム等の波長選択
機能を有する光学部品を用いてもよい。
【００５４】７９はコーナーリフレクタ（ＣＲ）であ
り、用いる時間分解能によっては、プリズムでもよい。
８０はパルスステージ（ＰＳ）であり、プローブ光の遅
延時間を調節する。８１は光強度可変減衰器、８３，８
５はレンズ、８４は試料、８６は分光器であり、スペク
トロメータ、ポリクロメータ等を用い、広い波長範囲を
同時観測する。
り、用いる時間分解能によっては、プリズムでもよい。
８０はパルスステージ（ＰＳ）であり、プローブ光の遅
延時間を調節する。８１は光強度可変減衰器、８３，８
５はレンズ、８４は試料、８６は分光器であり、スペク
トロメータ、ポリクロメータ等を用い、広い波長範囲を
同時観測する。
【００５５】８７はオプティカルマルチチャンネルアナ
ライザ（ＯＭＡ）であり、広い波長範囲の出力光強度を
同時計測する。８８は計算機、８９はプロッタ、９０は
半波長板である。
ライザ（ＯＭＡ）であり、広い波長範囲の出力光強度を
同時計測する。８８は計算機、８９はプロッタ、９０は
半波長板である。
【００５６】前記実施例２では２ビーム法を用いたＴ2
測定について述べた。ここではポンプ・プローブ法を用
いたキャリヤ寿命の測定について述べる。基本的には実
施例２で述べたように、一方の光路に時間遅延を設けた
２ビーム法でキャリヤ寿命が測定できる。この場合、図
４に示したＴ1測定の結果例と同様な観測波形が、透過
率変化ΔＴとして得られる。透過光強度を計測するの
で、ポンプ光非入射時の背景透過率Ｔ0の上に、ポンプ
光入射時のプローブ光透過率変化ΔＴが重畳される。
測定について述べた。ここではポンプ・プローブ法を用
いたキャリヤ寿命の測定について述べる。基本的には実
施例２で述べたように、一方の光路に時間遅延を設けた
２ビーム法でキャリヤ寿命が測定できる。この場合、図
４に示したＴ1測定の結果例と同様な観測波形が、透過
率変化ΔＴとして得られる。透過光強度を計測するの
で、ポンプ光非入射時の背景透過率Ｔ0の上に、ポンプ
光入射時のプローブ光透過率変化ΔＴが重畳される。
【００５７】実施例１，２に述べたような、光パラメト
リック変換を利用することによって得られるインコヒー
レント光を２分して、上述の如くポンプ・プローブ法を
用いると、Ｔ1が測定できる。また、ポンプ光にコヒー
レントなレーザパルスを用い、時間遅延を設けるプロー
ブ光にスペクトル幅の広い光パラメトリック変換光出力
を用いる場合、プローブ光の試料透過後の強度を測定す
ることによって、時間分解分光が可能になる。この場
合、広いスペクトル幅をもつプローブ光の試料透過光を
観測するので、広い波長領域にわたるキャリヤ緩和過程
のプローブ光遅延時間依存性が一望できる。例えば、図
７に示すように、Ａｌ2Ｏ3レーザ７１の出力光をＡｌ2
Ｏ3増幅器７２で増幅し、この増幅後の出力光を２分す
る。一方をポンプ光とし、他方は第２高調波発生器に入
射し、得られるＳＨ波で、光パラメトリック変換を行
う。この光パラメトリック変換光をプローブ光とする
と、時間分解分光が可能になり、広い波長範囲におよぶ
キャリヤ緩和過程が一望できることになる。
リック変換を利用することによって得られるインコヒー
レント光を２分して、上述の如くポンプ・プローブ法を
用いると、Ｔ1が測定できる。また、ポンプ光にコヒー
レントなレーザパルスを用い、時間遅延を設けるプロー
ブ光にスペクトル幅の広い光パラメトリック変換光出力
を用いる場合、プローブ光の試料透過後の強度を測定す
ることによって、時間分解分光が可能になる。この場
合、広いスペクトル幅をもつプローブ光の試料透過光を
観測するので、広い波長領域にわたるキャリヤ緩和過程
のプローブ光遅延時間依存性が一望できる。例えば、図
７に示すように、Ａｌ2Ｏ3レーザ７１の出力光をＡｌ2
Ｏ3増幅器７２で増幅し、この増幅後の出力光を２分す
る。一方をポンプ光とし、他方は第２高調波発生器に入
射し、得られるＳＨ波で、光パラメトリック変換を行
う。この光パラメトリック変換光をプローブ光とする
と、時間分解分光が可能になり、広い波長範囲におよぶ
キャリヤ緩和過程が一望できることになる。
【００５８】（実施例４）前記実施例１〜３で用いる光
パラメトリック変換をＡＳＥに置き換えて光学応答時間
測定器を構成する。ＡＳＥを得る有効な例は、ナノ秒パ
ルス色素レーザの後方ミラーに光遮蔽板を挿入し、レー
ザ媒質として用いる色素からの蛍光を種として光増幅器
（例えば色素増幅器）に入射することである。例えば、
ＱスイッチＮｄ3+（ＹＡＧレーザのＳＨ波：パルス幅１
５［ｎｓ］、エネルギー１００［ｍＪ］、繰り返し１０
［Ｈｚ］）でパルス色素レーザ（レーザ媒質ＤＣＭ）を
励起し、色素レーザ共振器の後方ミラーを遮蔽すると、
色素光増幅器から、エネルギー１０［ｍＪ］程度のＡＳ
Ｅが得られる。このＡＳＥのコヒーレンス長をマイケル
ソン干渉計を用いて測定すると、３０［μｍ］が得られ
た。これは、時間分解能〜１００［ｆｓ］が可能である
ことを示している。この手法は、チタンサファイヤレー
ザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）、及び光増幅器の組み合わせを同
時に使用する場合に代表されるような固体レーザシステ
ムでも実現できる。勿論チタンサファイヤ等の固体蛍光
体だけを用いて、出力蛍光を光増幅器に入射して、イン
コヒーレント光源として用いてもよい。
パラメトリック変換をＡＳＥに置き換えて光学応答時間
測定器を構成する。ＡＳＥを得る有効な例は、ナノ秒パ
ルス色素レーザの後方ミラーに光遮蔽板を挿入し、レー
ザ媒質として用いる色素からの蛍光を種として光増幅器
（例えば色素増幅器）に入射することである。例えば、
ＱスイッチＮｄ3+（ＹＡＧレーザのＳＨ波：パルス幅１
５［ｎｓ］、エネルギー１００［ｍＪ］、繰り返し１０
［Ｈｚ］）でパルス色素レーザ（レーザ媒質ＤＣＭ）を
励起し、色素レーザ共振器の後方ミラーを遮蔽すると、
色素光増幅器から、エネルギー１０［ｍＪ］程度のＡＳ
Ｅが得られる。このＡＳＥのコヒーレンス長をマイケル
ソン干渉計を用いて測定すると、３０［μｍ］が得られ
た。これは、時間分解能〜１００［ｆｓ］が可能である
ことを示している。この手法は、チタンサファイヤレー
ザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）、及び光増幅器の組み合わせを同
時に使用する場合に代表されるような固体レーザシステ
ムでも実現できる。勿論チタンサファイヤ等の固体蛍光
体だけを用いて、出力蛍光を光増幅器に入射して、イン
コヒーレント光源として用いてもよい。
【００５９】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。
【００６０】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、４５０［ｎｍ］から１７００［ｎｍ］にもわたる広
い波長範囲で光学応答時間の測定ができるようになっ
た。しかも、ナノ秒レーザを用いても、１２［ｍｍ］程
度のＢＢＯ結晶を用いるだけで、時間分解能が、ピコ秒
からサブピコ秒以下と非常に短いものが実現できる。
ば、４５０［ｎｍ］から１７００［ｎｍ］にもわたる広
い波長範囲で光学応答時間の測定ができるようになっ
た。しかも、ナノ秒レーザを用いても、１２［ｍｍ］程
度のＢＢＯ結晶を用いるだけで、時間分解能が、ピコ秒
からサブピコ秒以下と非常に短いものが実現できる。
【００６１】さらに、結晶長を短くしたり、共振器構造
をやめて、進行波タイプにすれば、さらに高速な現象の
応答時間が測定できる。
をやめて、進行波タイプにすれば、さらに高速な現象の
応答時間が測定できる。
【００６２】このように簡便で、広い波長領域の光が連
続的に使用でき、時間分解能が充分短い光学応答時間測
定器は、これまでに例がない。また、最近では高出力で
パルス幅の短いパルスレーザが精力的に開発されてお
り、チタンサファイヤレーザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）のよう
なフェムト秒レーザまでが実用化されるに至っている。
続的に使用でき、時間分解能が充分短い光学応答時間測
定器は、これまでに例がない。また、最近では高出力で
パルス幅の短いパルスレーザが精力的に開発されてお
り、チタンサファイヤレーザ（Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3）のよう
なフェムト秒レーザまでが実用化されるに至っている。
【００６３】特に、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3はＳＨ波でＯＰＯが
可能であるばかりでなく、パルス幅が短いため、わずか
な増幅で高いピークパワーが得られ、時間分解能の飛躍
的な向上が可能である。今後、本発明は、高速光現象の
解明や高速光現象を利用した様々な応用分野において、
大きな貢献を果たすものと期待される。
可能であるばかりでなく、パルス幅が短いため、わずか
な増幅で高いピークパワーが得られ、時間分解能の飛躍
的な向上が可能である。今後、本発明は、高速光現象の
解明や高速光現象を利用した様々な応用分野において、
大きな貢献を果たすものと期待される。
【００６４】特に、H.M.Gibbsらによって提案された光
双安定デバイス（H.M.Gibbs, G.R.bright, N.Peyghanba
rian, H.E.Schmidt, S.W.Koch, and H.Haug, Phys. Re
v. A 32, 692（1985)）、光Ｋｅｒｒ効果を利用した高
速光スイッチ、位相共役波を利用した光学像の歪補正
（R.K.Jain and R.C.Lind, J.Opt. Soc.Am. 73, 647（1
983)）、可飽和吸収特性を利用した超短光パルスの生
成、光のスクイージングによる量子雑音の抑圧（R.E. S
lusher, L.W.Hollberg, B.Yurke, J.C.Mertz, and J.F.
Valley, Phys. Rev. Lett. 55, 2409（1985)）等をはじ
めとする、非線形光学、量子光学の応用上不可欠な、高
速で、かつ大きな非線形光学効果をもたらす材料や、Ｅ
−Ｏサンプリング材料等の探索には、試料の光学応答速
度を測定することが重要であるため、サブピコ秒程度の
高速な応答時間が、可視域から近赤外域までの広い波長
範囲にわたって１つの測定系だけを用いて連続的に測定
できることが切望されている。
双安定デバイス（H.M.Gibbs, G.R.bright, N.Peyghanba
rian, H.E.Schmidt, S.W.Koch, and H.Haug, Phys. Re
v. A 32, 692（1985)）、光Ｋｅｒｒ効果を利用した高
速光スイッチ、位相共役波を利用した光学像の歪補正
（R.K.Jain and R.C.Lind, J.Opt. Soc.Am. 73, 647（1
983)）、可飽和吸収特性を利用した超短光パルスの生
成、光のスクイージングによる量子雑音の抑圧（R.E. S
lusher, L.W.Hollberg, B.Yurke, J.C.Mertz, and J.F.
Valley, Phys. Rev. Lett. 55, 2409（1985)）等をはじ
めとする、非線形光学、量子光学の応用上不可欠な、高
速で、かつ大きな非線形光学効果をもたらす材料や、Ｅ
−Ｏサンプリング材料等の探索には、試料の光学応答速
度を測定することが重要であるため、サブピコ秒程度の
高速な応答時間が、可視域から近赤外域までの広い波長
範囲にわたって１つの測定系だけを用いて連続的に測定
できることが切望されている。
【００６５】これには、極短光パルスレーザ光が簡便に
利用できればよいわけであるが、実際には、極短光パル
スの発生、応用には、かなり熟練した技術者の多大なる
時間と労力が要求されることになる。本発明によれば、
ほとんどメンテナンスフリーであるＱスイッチ（ナノ
秒）レーザ光であっても、ピコ秒程度からサブピコ秒程
度、さらにはフェムト秒領域にまで及ぶ高速の応答時間
が、可視域から近赤外域までの広い波長範囲にわたって
１つの測定系だけを用いて連続的に測定できることにな
る。
利用できればよいわけであるが、実際には、極短光パル
スの発生、応用には、かなり熟練した技術者の多大なる
時間と労力が要求されることになる。本発明によれば、
ほとんどメンテナンスフリーであるＱスイッチ（ナノ
秒）レーザ光であっても、ピコ秒程度からサブピコ秒程
度、さらにはフェムト秒領域にまで及ぶ高速の応答時間
が、可視域から近赤外域までの広い波長範囲にわたって
１つの測定系だけを用いて連続的に測定できることにな
る。
【図１】 本発明の実施例１の光学応答時間測定器の概
略構成を示すブロック構成図、
略構成を示すブロック構成図、
【図２】 光ビーム配置図、
【図３】 インコヒーレント分光の手法を用いた場合の
色ガラスフィルタのＴ2測定例を示すインコヒーレント
分光によるＴ2測定例を示す図、
色ガラスフィルタのＴ2測定例を示すインコヒーレント
分光によるＴ2測定例を示す図、
【図４】 インコヒーレント分光の手法を用いた場合の
色ガラスフィルタのＴ2測定例を示すインコヒーレント
分光によるＴ1測定例を示す図、
色ガラスフィルタのＴ2測定例を示すインコヒーレント
分光によるＴ1測定例を示す図、
【図５】 ＢＢＯ−ＯＰＯのシグナル光のスペクトル幅
測定例を示す図、
測定例を示す図、
【図６】 本発明の実施例２の２ビーム入射の縮退４光
波混合の系を示す模式構成図、
波混合の系を示す模式構成図、
【図７】 本発明をＡｌ2Ｏ3レーザを用いた時間分解分
光系（Ｔｉ）に適用した実施例３の概略構成を示すブロ
ック構成図。
光系（Ｔｉ）に適用した実施例３の概略構成を示すブロ
ック構成図。
１…レーザ（Ｑ−ＹＡＧ）、２…第２高調波発生器（Ｓ
ＨＧ）、３…第３高調波発生器（ＴＨＧ）、４…光パラ
メトリック発振器（ＯＰＯ）、５…波長フィルタ（光強
度可変減衰器を含む）、６，７，１１〜１６…４５°入
射全反射ミラー、８…縮退４光波混合系、９，１０…ビ
ームスプリッタ（ＢＳ）、１７，１８…コーナーリフレ
クタ（ＣＲ）、１９，２６…レンズ、２０…試料、２
１，２２…パルスステージ（ＰＳ）、２３…光電子増倍
管（ＰＭＴ）、２４…半波長板、２５…分光器、２７…
ボックスカー積分器或いはプロッタ、２８…計算機、７
１…Ａｌ2Ｏ3レーザ、７２…Ａｌ2Ｏ3増幅器、７３…Ｓ
ＨＧ、７４…ビームスプリッタ、７５，７６，８２…４
５°入射全反射ミラー、７７…ＯＰＡ、７８…波長フィ
ルタ、７９…コーナーリフレクタ（ＣＲ）、８０…パル
スステージ（ＰＳ）、８１…光強度可変減衰器、８３，
８５…レンズ、８４…試料、８６…分光器、８７…オプ
ティカルマルチチャンネルアナライザ（ＯＭＡ）、８８
…計算機、８９…プロッタ、９０…半波長板。
ＨＧ）、３…第３高調波発生器（ＴＨＧ）、４…光パラ
メトリック発振器（ＯＰＯ）、５…波長フィルタ（光強
度可変減衰器を含む）、６，７，１１〜１６…４５°入
射全反射ミラー、８…縮退４光波混合系、９，１０…ビ
ームスプリッタ（ＢＳ）、１７，１８…コーナーリフレ
クタ（ＣＲ）、１９，２６…レンズ、２０…試料、２
１，２２…パルスステージ（ＰＳ）、２３…光電子増倍
管（ＰＭＴ）、２４…半波長板、２５…分光器、２７…
ボックスカー積分器或いはプロッタ、２８…計算機、７
１…Ａｌ2Ｏ3レーザ、７２…Ａｌ2Ｏ3増幅器、７３…Ｓ
ＨＧ、７４…ビームスプリッタ、７５，７６，８２…４
５°入射全反射ミラー、７７…ＯＰＡ、７８…波長フィ
ルタ、７９…コーナーリフレクタ（ＣＲ）、８０…パル
スステージ（ＰＳ）、８１…光強度可変減衰器、８３，
８５…レンズ、８４…試料、８６…分光器、８７…オプ
ティカルマルチチャンネルアナライザ（ＯＭＡ）、８８
…計算機、８９…プロッタ、９０…半波長板。
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザと、該レーザの出力光が入射され
る光パラメトリック発振器、或いは光パラメトリック増
幅器、或いは光パラメトリック蛍光発生器のいずれか１
つからなる光パラメトリック変換器と、該光パラメトリ
ック変換器の出力光を複数に分波するビームスプリッタ
と、ミラー或いはプリズムと、分波された光の光路長を
調節するマウントと、分波された光を集光するレンズと
分波された光すべて、或いはその一部、或いは分波され
た光以外に発生する新たな信号光を受光して電気信号に
変換する受光器と、その受光器の出力を光路長の調節に
用いた該マウントの位置に応じて記憶、或いはプロット
する波形測定器とを有することを特徴とする光学応答速
度測定器。 - 【請求項２】 レーザ或いは蛍光を発する物質と、レー
ザの場合には共振器を構成しない状態で得られる蛍光を
出力光として、蛍光を発する物質の場合にはその蛍光を
出力光として、それらの出力光が入射される光増幅器
と、該光増幅器の出力光を複数に分波するビームスプリ
ッタと、ミラー或いはプリズムと、分波された光の光路
長を調節するマウントと、分波された光を集光するレン
ズと分波された光すべて、或いはその一部、或いは分波
された光以外に発生する新たな信号光を受光して電気信
号に変換する受光器と、その受光器の出力を光路長の調
節に用いた該マウントの位置に応じて記憶或いはプロッ
トする波形測定器とを有することを特徴とする光学応答
速度測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24027092A JP2723201B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光学応答速度測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24027092A JP2723201B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光学応答速度測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694571A JPH0694571A (ja) | 1994-04-05 |
| JP2723201B2 true JP2723201B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17056999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24027092A Expired - Fee Related JP2723201B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光学応答速度測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723201B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0540324Y2 (ja) * | 1987-03-17 | 1993-10-13 | ||
| US6011809A (en) * | 1996-09-25 | 2000-01-04 | Terumo Kabushiki Kaisha | Multi-wavelength laser apparatus and continuous variable wavelength laser apparatus |
| JP2007017484A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換装置及び波長変換方法 |
-
1992
- 1992-09-09 JP JP24027092A patent/JP2723201B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0694571A (ja) | 1994-04-05 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |