JP3597946B2 - Single pulse autocorrelator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はシングルパルスオートコリレータ、特に第2高調波(2倍波)発生(SHG)法に用いるのに適したシングルパルスオートコリレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パルスレーザが発生する超短光パルスのパルス幅を正確に計測することは、光通信分野での光ファイバの材料特性評価、各種の分野での物性研究あるいはレーザの特性評価のために必要不可欠である。このパルス光のパルス幅はピコ(10−12)秒からフェトム(10−15)秒の領域にわたり、発振波長範囲は紫外域から赤外域の広範囲にわたる。
そこで、従来より各種の計測法が試みられており、この計測法としては、パルス波形に追従する速度で光電変換を行う直接法と、被測定パルスの自己相関を測定する相関法が例として挙げられる。
【0003】
まず、前者の直接法はパルスの強度波形を直接測定するものである。最も簡単な形態は、高速の半導体検出器の出力をサンプリングオシロスコープで測定するものである。
また、ストリークカメラを利用する形態もある。
このストリークカメラは電子的な流し撮りである。すなわち、パルスをスリットを介して光電面に入射させ、生じた光電子を加速した後、偏向電極により蛍光面に対して高速で掃引するものである。
しかしながら、直接法では何れの場合も、測定の時間分解能が光電変換のスピードに支配されるため、現在広く用いられているのは後者の相関法である。
【0004】
相関は2つのパルスの間に相対的に遅延時間差を設け、その時間をずらしながら重ね合わせることにより得られる。この際の遅延時間差は2つのパルスがそれぞれ通過した光学的光路長を光速で除したものである。
光路長差の精度は簡単な系でも1μmが得られる。これは遅延時間差精度にして約3フェトム秒に相当し、相関法では高い時間分解能が得られる。
この相関法としては、二光子蛍光法、2倍波発生法、二光子イオン化法あるいは二光子光電効果法が例として挙げられる。
【0005】
例えば、2光子蛍光法ではシングルパルス測定が容易に行えるが、使用可能な波長域に制限がある上、パルスが短くなってくると蛍光媒質中を伝搬する際の分散によるパルスの変形も無視できなくなる。
これらのうち、現在広く用いられているのは2倍波発生(SHG)法である。このSHG法を用いたシングルパルスオートコリレータについて、図1の原理図に基づき説明する。
【0006】
同図に示すオートコリメータ10は、ビームスプリッタ12と、固定鏡14と移動鏡16よりなる可変遅延系と、レンズ18と、非線形結晶20と、レンズ22と、基本波カットフィルタ24と、光電子増倍管26よりなる光検出器と、アンプ28と、記録計30とを備える。
そして、被測定光32はビームスプリッタ12により分波され、マイケルソン干渉計タイプの可変遅延系を通過した後、レンズ18で非線形結晶20に共軸(コリニア)で入射する。
【0007】
非線形結晶20は、略直方体状で、入射レーザ光に対して位相整合条件を満足するようにカットされている。
発生した2倍波(SHG光)はレンズ22で基本波カットフィルタ24を通過した後、光検出器26により検出される。
遅延時間系の片側の移動鏡16は例えばステッピングモータ34(ドライバ)により駆動して平行移動し、遅延時間差を変化させつつSHG光強度を測定している。
【0008】
光路長差のステップはステッピングモータ34のステップ角と移動ステージのリード螺のピッチから決まり、これを光速で除して遅延時間差のステップを算出する。
この光電子増倍管26の出力電流をアンプ28により増幅した後、これを記録計30により遅延時間差の関数としてプロットすることにより、SHG光強度の自己相関関数が記録される。
そして、この記録計30によりプロットされた自己相関関数から入射レーザパルスの関数形を仮定して、被測定光のパルス幅を推定するものである。
【0009】
しかしながら、この方式には、次のような問題がある。
(1)コリニア配置のため、基本波のバックグラウンド光が検出器に混入しやすい。
(2)シングルパルス測定ができない。
特に、(2)のシングルパルスを測定できないという点は、従来手法の共通の問題点である。
このため、以下で示すようなレーザ光を結晶中で交差させる方式が提案されている。仮にこの方式をビーム交差方式と呼ぶ。
ビーム交差方式の原理図を図2に示す。
【0010】
同図において、極短パルスレーザ光36は、ビームスプリッタBSで2分割され、SHG結晶38中で空間的かつ時間的に完全に一致するように反射器M2〜M5により光学的遅延を調整する。
一致したレーザパルスは、SHG光を発し、その像がレンズL2により基本波カットフィルタFを経て、撮像検出器Dにより検出される。
この系によりシングルパルスの強度の相関関数が可変鏡の掃引なしに一度に求められる。
【0011】
基本波はアパーチャAにより大部分がカットされるので、バッググラウンドフリーな測定が行える。このとき、SHG光の位相整合条件はコリニアの配置とは異なる。その詳細な説明は以下で説明する。
なお、この系においても、検出器Dを単一検出器とし、反射器M3〜M4を図中矢印方向へ動かすことにより、光学的遅延を与えるようにして、光学遅延量の関数として検出器出力をプロットすれば、従来のオートコリレータとなり、しかもバックグラウンド成分は存在しない。
ただし、シングルパルス測定は行えない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成のビーム交差方式のオートコリレータでは、図3に示すように、非線形結晶38が略直方体状にカットされているため、非線形結晶38の位相整合条件に依っては、入射光線間の角度θが大きくなり、光学系が大型化してしまう。
【0013】
また、2つのパルスを同図に示す直方体状の非線形結晶に入射させると、入射光が非線形結晶38の表面で正反射し、入射光ロスや、迷光となって光検出器Dに入射し、被測定光のパルス幅を正確に計測することができない恐れがある。
さらには、位相整合のため、2つのパルスの交差角(位相整合角ψ)を精密に調整する必要があるが、図3に示すように非線形結晶38で入射光線40,42が屈折してしまうので、この調整が難しくなる。
【0014】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は小型であり、光学系の調整が容易であり、しかも被測定光のパルス幅を正確に測定することができるシングルパルスオートコリレータを提供することにある。
【0015】
【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にかかるシングルパルスオートコリレータは、ビームスプリッタと、光学系と、非線形結晶と、検出器と、遅延系と、を備え、前記検出器で得られた第2高調波の空間的像幅に基づいて、前記被測定光のパルス幅を計測するシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記光学系は、前記2つのパルスが前記非線形結晶内で略十文字に交差し、該非線形結晶よりの第2高調波が前記検出器の光軸方向に発せられるように、該2つのパルスを該非線形結晶に対し、非共軸で及び該検出器の光軸方向に対しそれぞれ斜め方向より入射させ、
前記非線形結晶は、前記光学系よりのパルスが入射される側の結晶面の断面が略三角形の頂角部分に相当する略プリズム状に構成され、該頂角部分を構成する2つの結晶面がそれぞれ前記検出器の光軸方向を中心に、該検出器の光軸方向と直角でない所定の角度をなし、該所定の角度をなす結晶面に対し該光学系よりのパルスがそれぞれ直交方向より入射されることを特徴とする。
ここで、前記ビームスプリッタは、被測定光であるパルスを分波する。
また前記光学系は、ビームスプリッタで得られた2つのパルスを非線形結晶に入射させる。
前記非線形結晶は、前記光学系よりの2つのパルスにより第2高調波を発生する。
前記検出器は、前記非線形結晶より発せられた第2高調波の空間的像幅を計測する。
前記遅延系は、前記非線形結晶に入射させる2つのパルスの相対的な光学的遅延差を調節するためのものとする。
なお、前記非線形結晶は、前記2つのパルスのビーム径をxとしたとき、
【数4】

Figure 0003597946
【数5】
Figure 0003597946
【数6】
Figure 0003597946
なる条件式を満足していることが好適である。
【0016】
【発明の実施形態】
本発明にかかるシングルパルスオートコリレータは、前述したように、相対的な光学的遅延時間差を零とした2つのパルスを非線形結晶の結晶面に対して垂直に入射させることとしたので、非線形結晶の屈折率が大きくても、2つのパルスの入射光線間の角度を位相整合条件から決まる角度に一致させ、小さくすることができるので、装置を小型化することが可能となり、光学系の調整も容易となる。
【0017】
しかも、入射光が非線形結晶の入射表面で反射することをかなり防ぐことができるので、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができ、被測定光のパルス幅を正確に測定することが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の一実施態様について説明する。
【0018】
図4には本発明の一実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータの概略構成が示されている。
なお、本実施態様においては、被測定光にシングルパルスを想定し、このシングルパルスのパルス幅を計測する場合について説明する。
同図に示すようにシングルパルスオートコリレータ44は、ビームスプリッタBSと、可変遅延系と、レンズL1と、非線形結晶46と、レンズL2と、フィルタFと、撮像検出器Dと、記録計30とを備える。
【0019】
ビームスプリッタBSは、シングルパルス48を反射光50と透過光52の2つのパルスに分波する。
可変光学的遅延系は、反射器M2〜M5よりなり、M3とM4をM2とM5に対し例えばステッピングモータ(図示省略)により駆動して平行移動し、遅延時間差を変化させ、2つのパルスの中心部が非線形結晶46中で時間的かつ空間的に一致させるものである。
【0020】
非線形結晶46は、反射器M2〜M5により遅延時間差が与えられた2つのパルスが結晶面に対して垂直に入射するように、その結晶面がプリズム状にカットされている。
2つのパルス50,52が非線形結晶46中で空間的かつ時間的に完全に一致するように、反射器M2〜M5により遅延時間差を調整し、これが空間的に一致すると、非線形結晶46はSHG光を発生する。
生じたSHG光54の像がレンズL2で基本フィルタFを通過した後、撮像検出器Dに結像する。
【0021】
したがって、撮像検出器Dにより検出されたSHG光強度の空間的像幅は、光学的遅延量に対応するので、記録計30により遅延時間差の関数として被測定パルスの自己相関関数がプロットされる。
この記録計30にプロットされた相関関数に基づき、入射レーザパルス50,52の関数形を仮定して、シングルパルス48のパルス幅を推定する。
なお、非線形結晶46としては、負の一軸性結晶と正の一軸性結晶が例として挙げられ、この負の一軸性結晶には、波長が1μmから10μmの赤外スペクトル域においては、例えばAgGaSe、AgGaS等、正の一軸性結晶には例えばCdGeAs等を用いることができる。
【0022】
本発明の実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータ36は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
シングルパルス48はビームスプリッタBSにより分波されると、一方の透過光52は、反射器M2〜M5を通過した後、レンズL1で非線形結晶46に入射する。
他方の反射光50は、反射器M1で反射した後、レンズL1で非線形結晶46に入射する。
【0023】
このように2つのパルス50,52は非線形結晶46に非共軸(ノンコリニア)で入射するので、適当なアパーチャAを使用すれば、入射レーザパルス50,52が直接撮像検出器Dに入射することを防ぐことができる。
ここで、2つのパルス50,52が非線形結晶46中で空間的かつ時間的に完全に一致するように、反射器M2〜M5により遅延時間差を調整し、これが空間的に一致すると、非線形結晶46は2倍波(SHG光54)を発生する。
このように、非線形結晶46は、2つのパルス50,52が結晶面に対して垂直に入射するようにプリズム形状にカットされており、非線形結晶46の屈折率が大きくてもパルス50,52の入射光線間の角度θを位相整合角ψと同じにでき、小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
【0024】
しかも、前述のように2つのパルス50,52が結晶面に対して垂直に入射するようにすることにより、入射光50,52が非線形結晶46の表面にて反射することを防ぐことができるので、これが迷光となって撮像検出器Dに入射することをより防ぐことができる。
そして、撮像検出器Dにより検出されたSHG光強度の空間的像幅は、光学的遅延量に対応しているので、記録計30により遅延時間差の関数として入射パルスの自己相関関数がプロットされる。この記録計30にプロットされた相関関数に基づき、シングルパルス48のパルス幅を推定する。
なお、アパーチャAは、基本波の大部分をカットし、それによってバックグラウンドフリー測定が行える。
【0025】
以下、本実施態様において特徴的事項である非線形結晶の設計方法について詳細に説明する。なお、本実施態様においては、非線形結晶に負の一軸性結晶を想定し、その場合の位相整合条件について説明する。
まず、周波数がω、波動ベクトルがk,k の2つのパルスを非線形結晶に入射させるとき、周波数がω=2ω、波動ベクトルがkのSHG光を最も効率的に発生させるための条件式は、次式(1)で表される。
−(k+k’)=0 … (1)
【0026】
前記2つのパルス、SHG光の計3つの光に対する非線形結晶の屈折率を、nα(ω,k),nβ(ω,k ),nγ(ω=2ω,k)としたとき、式(1)は次式(2)で表せる。
2nγκ−(nακ+nβκ’)=0 … (2)
【0027】
ここで、α,β,γは偏光の種類、κ,κ’,κは波動ベクトルk,k ,k方向の単位ベクトルである。
入射光kとk が同じ偏りをもち(α=β)、入射光κとκ をSHG光κと±ψ/2の角度をなすように入射させたとき、κ方向にSHG光(ω=2ω)を効率的に発生させるための条件式は次式(3)で表される。
γ(ω=2ω)=nα(ω)cos(ψ/2) … (3)
【0028】
前記屈折率を速度で置き換えると、式(3)は次式(4)で表される。
α(ω)=vγ(ω=2ω)cos(ψ/2) … (4)
この式(3)または式(4)を満足する結晶方位を負の一軸性結晶に対して探索する。
【0029】
ここで、本実施態様においては、図5に示す光学配置を想定する。
すなわち、同図に示すように、基本波は図中XY面上にあり、Y軸に対して±ψ/2の角度をなすものとする。
また、負の一軸性結晶は図中原点Oにあるものとする。SHG光はk方向、つまり図中Y軸方向に発生するものとする。
そして、同図に示す光学配置で負の一軸性結晶の光軸方向をいろいろと変化させて、式(3)または式(4)を満足する結晶方位を探索する。
【0030】
ところで、一軸性結晶を光学的に取り扱うときには、その結晶を屈折率楕円体または法線速度面で置き換えると便利である。
そこで、本実施態様においては、図6に示すように法線速度面を考える。
同図に示すように、負の一軸性結晶の直交軸方向をOA,OB,OC、光軸をOCとすると、法線速度面は同図に示すように、OC軸を軸とする回転楕円面56と、この回転楕円面56とOC軸方向で内接する球面58の二重面となる。
この内接球面の半径はOC=vであり、常光線速度を与える。
【0031】
この回転楕円面56とOC軸方向で内接する球面58上の点Pを通る速度OP(=v)の光の偏光方向は、直線OCと直線OPによりつくられる平面と垂直である。
回転楕円面56の長軸はOA=OB=vであり、異常光光線速度を与える。原点Oからこの回転楕円面56上に向かう光の速度は、一般的には伝播方向によって変わるが、OAB面内に限り等方的である。
したがって、仮に非偏光がOAB面上を図中k方向に進むとすると、水平偏光成分がv、垂直偏光成分がvで伝播することとなる。
【0032】
ここで、図に示すようにve>vOであり、ve,vOは角周波数ωに依存する。また、これを屈折率nで表現すると、図に示すようになる。
そして、非線形結晶を回転して光軸OCが空間軸XYZと平行になる各々の場合について、式(3)または式(4)がどのような偏光に対して成立するかを調べる。
【0033】
[1]光軸OCがOZ軸に平行な場合について
このとき、OA//OX,OB//OYである。
水平面内における光の伝播の様子と、ωおよびω(=2ω)の光線速度面は、図9に示すようになる。
同図より明らかなように、式(3)または式(4)を満足するのは、次式(5)を満足する場合のみである。
(ω)=v (ω=2ω,//k)cos(ψ/2) … (5)
【0034】
速度を屈折率で置き換えると、式(5)は次式(6)で表される。
(ω=2ω)=n (ω)cos(ψ/2) … (6)
すなわち、水平偏光のωの2つのパルスを式(5)または式(6)を満足する角度(±ψ/2)で入射させると、非線形結晶38は垂直偏光のSHG光を発生する。
【0035】
しかしながら、垂直偏光を入射させた場合、
(ω)>v (ω=2ω) … (7)
(ω)>v (ω=2ω) … (8)
となり、式(3)または式(4)を満足しないので、非線形結晶46はSHG光54を発生しない。
【0036】
このように、光軸OCがOZ軸に平行な場合、SHG光54を得ることができるのは、非線形結晶46に式(5)または式(6)を満足するように入射させたときである。
【0037】
[2]光軸OCがOX軸に平行な場合について
このとき、水平面の光線速度面は図10のようになる。
同図より明らかなように、この場合も式(3)または式(4)を満足する角度(ψ/2)は存在し、次式(9)または(10)で表される。
(ω)=v (ω=2ω,//k)cos(ψ/2) … (9)
(ω=2ω)=n (ω)cos(ψ/2) … (10)
【0038】
つまり、垂直偏光のωのパルスを式(9)または式(10)を満足するように角度(ψ/2)で入射すると、水平偏光のSHG光が得られる。
しかしながら、この場合は、水平偏光を入射しても、非線形結晶46はSHG光を発生しない。
このように、光軸OCがOX軸に平行な場合、SHG光を得ることができるのは、式(9)または式(10)を満足するときのみである。
【0039】
[3]光軸OCがOY軸に平行な場合について、図11に基づき説明する。
この場合は、次式(11)と(12)で表される
(2ω)cos(ψ/2)<v o,e(ω … (11)
(2ω)cos(ψ/2)<v o,e(ω) … (12)
したがって、光軸OCがOY軸に平行な場合、式(3)または式(4)を満足する角度ψ/2は存在しない。
【0040】
このように、負の一軸性結晶は、[1]光軸OCがOZ軸に平行な場合では式(5)または式(6)を満足するように、[2]光軸OCがOX軸に平行な場合では式(9)または式(10)を満足するように、2つのパルスを入射させると、SHG光を発生することとなる。
【0041】
したがって、例えば光軸OCがOZ軸に平行な場合、非線形結晶は図12、図13で示すようにプリズム形状にカットすればよい。すなわち、非線形結晶が設計できる。
この場合、位相整合角をψとすると、非線形結晶の頂角はπ−ψとなる。図12はSHGプリズムの平面図、図13は全体図を示す。
なお、l、l、hはそれぞれ非線形結晶の幅、奥行き方向の幅、高さである。
【0042】
まず、2つのレーザパルス50,52のビーム径をxとすると、このビーム50,52の径xが入射する非線形結晶の平面の大きさより小さい必要があり、次式が得られる。
【0043】
【数7】
Figure 0003597946
つぎに、レーザパルスの非線形結晶中での群速度をu、時間的なパルス幅をΔtとしたとき、2つのパルスの中心部が非線形結晶中で空間的かつ時間的に一致したときの横方向の幅Wと奥行き方向の幅Wは、それぞれ次式で表せる。
=u・Δt/sin(ψ/2)
=W・tan(ψ/2)
このうち、横方向の幅Wに沿っての空間プロファイルがパルスの相関関数を与える。
したがって、横方向の幅Wが非線形結晶内部に生じるための条件として次式が得られる。
【0044】
【数8】
Figure 0003597946
また、2つのパルスの中心部の交差点が非線形結晶内部に生じる必要があるので、横方向の幅lに関しては、次式を満たす値のうち、大きい方の値を選択すれば良いことがわかる。
【0045】
【数9】
Figure 0003597946
このようにして非線形結晶の寸法を決定することができる。
図11〜図12に示すように、非線形結晶の頂角は光軸に対してπ−ψの角度をなすようにカットされている。
同様にして、光軸OCがOX軸に平行な場合に対しても、位相整合条件を満足するように非線形結晶を設計することができる。
【0046】
このように、本発明者らは、非線形結晶がSHG光を最も効率的に発生させるための条件について検討を行い、式(3)または式(4)を導出した。
そして、例えば光軸OCがOZ軸に平行な場合、式(5)または式(6)に基づき、シングルパルス48をBSで分波し、反射器M2〜M5により相対的な光学的遅延時間差を零とした2つのパルス50,52が結晶面に対して垂直に入射するように、その結晶面ををプリズム形状に設計するすることにより、非線形結晶の屈折率が大きくても、2つのパルスの入射光線間の角度を位相整合角に一致させて小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
【0047】
しかも、入射光が非線形結晶の表面で反射することををかなり防ぐことができることにより、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができるので、被測定光のパルス幅を正確に測定することができる。
さらには、入射光が結晶で屈折することがなくなるので、位相整合等の光学調整が格段に容易になる。
なお、本実施態様においては、非線形結晶の設計方法について、非線形結晶に負の一軸性結晶を用いた例について説明したが、これに限られるものではなく、正の一軸性結晶にも適用することができる。
【0048】
また、非線形結晶を入射光が垂直入射するようにプリズム形状にカットする方法は、本実施態様のシングルパルスオートコリレータのみならず、全ての非線形光学現象を利用した計測技術に応用可能であることは自明である。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるシングルパルスオートコリレータによれば、被測定光を分波し、相対的な光学的遅延時間差を零とした2つのパルスを非線形結晶の結晶面に対して垂直に入射するようにプリズム形状としたので、非線形結晶の屈折率が大きくても、2つのパルスの結晶に対する入射光線間の角度を小さくすることができるので、装置を小型化することができる
しかも、入射光が非線形結晶により反射することをかなり防ぐことができることにより、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができるので、被測定光のパルス幅を正確に測定することができる。
さらには、入射光が光学的調整が容易に行えるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のマイケルソン干渉計タイプのオートコリレータの説明図である。
【図2】従来のビーム交差方式のシングルパルスオートコリレータの説明図である。
【図3】図1において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図4】本発明の一実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータの概略構成の説明図である。
【図5】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図6】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図7】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図8】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図9】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図10】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図11】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図12】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図13】図4において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【符号の説明】
30 記録計
44 シングルパルスオートコリレータ
46 非線形結晶
48 被測定光
BS ビームスプリッタ
M2〜M5 可変光学的遅延系
L1 レンズ
D 撮像検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a single pulse autocorrelator, and more particularly to a single pulse autocorrelator suitable for use in a second harmonic (second harmonic) generation (SHG) method.
[0002]
[Prior art]
Accurate measurement of the pulse width of ultrashort light pulses generated by pulsed lasers is indispensable for the evaluation of material properties of optical fibers in the field of optical communication, the study of physical properties in various fields, or the evaluation of laser characteristics. is there. The pulse width of this pulse light ranges from pico (10 −12 ) seconds to femto (10 −15 ) seconds, and the oscillation wavelength ranges from ultraviolet to infrared.
Therefore, various measurement methods have been attempted in the past. Examples of the measurement methods include a direct method of performing photoelectric conversion at a speed following a pulse waveform and a correlation method of measuring an autocorrelation of a measured pulse. Can be
[0003]
First, the former direct method directly measures the intensity waveform of a pulse. The simplest form is to measure the output of a high-speed semiconductor detector with a sampling oscilloscope.
There is also a form using a streak camera.
This streak camera is an electronic panning shot. That is, a pulse is made incident on a photocathode through a slit, generated photoelectrons are accelerated, and then a fluorescent electrode is swept at high speed by a deflection electrode.
However, in any case of the direct method, the time resolution of measurement is governed by the speed of photoelectric conversion, and thus the latter correlation method is widely used at present.
[0004]
The correlation is obtained by providing a relative delay time difference between the two pulses and superimposing them while shifting the time. The delay time difference at this time is obtained by dividing the optical path length of each of the two pulses by the speed of light.
The accuracy of the optical path length difference is 1 μm even with a simple system. This corresponds to a delay time difference accuracy of about 3 femtoseconds, and a high time resolution can be obtained by the correlation method.
Examples of the correlation method include a two-photon fluorescence method, a second harmonic generation method, a two-photon ionization method, and a two-photon photoelectric effect method.
[0005]
For example, single-pulse measurement can be easily performed by the two-photon fluorescence method, but the usable wavelength range is limited, and when the pulse becomes short, the deformation of the pulse due to dispersion when propagating through the fluorescent medium can be ignored. Gone.
Among them, the second harmonic generation (SHG) method is widely used at present. A single pulse autocorrelator using the SHG method will be described with reference to the principle diagram of FIG.
[0006]
The autocollimator 10 shown in FIG. 1 includes a beam splitter 12, a variable delay system including a fixed mirror 14 and a movable mirror 16, a lens 18, a nonlinear crystal 20, a lens 22, a fundamental wave cut filter 24, and a photomultiplier. The photodetector includes a photomultiplier tube 26, an amplifier 28, and a recorder 30.
Then, the measured light 32 is demultiplexed by the beam splitter 12, passes through a Michelson interferometer type variable delay system, and is incident on the nonlinear crystal 20 by the lens 18 coaxially (colinear).
[0007]
The nonlinear crystal 20 has a substantially rectangular parallelepiped shape and is cut so as to satisfy a phase matching condition with respect to incident laser light.
The generated second harmonic (SHG light) passes through a fundamental wave cut filter 24 by a lens 22 and is detected by a photodetector 26.
The movable mirror 16 on one side of the delay time system is driven in parallel by, for example, a stepping motor 34 (driver), and measures the SHG light intensity while changing the delay time difference.
[0008]
The step of the optical path length difference is determined by the step angle of the stepping motor 34 and the pitch of the lead screw of the moving stage, and this is divided by the speed of light to calculate the step of the delay time difference.
After the output current of the photomultiplier tube 26 is amplified by the amplifier 28, the output current is plotted by the recorder 30 as a function of the delay time difference, whereby the autocorrelation function of the SHG light intensity is recorded.
The pulse width of the measured light is estimated by assuming the function form of the incident laser pulse from the autocorrelation function plotted by the recorder 30.
[0009]
However, this method has the following problems.
(1) Because of the collinear arrangement, the background light of the fundamental wave is easily mixed into the detector.
(2) Single pulse measurement cannot be performed.
In particular, the point (2) that a single pulse cannot be measured is a common problem of the conventional method.
For this reason, a method of intersecting a laser beam in a crystal as described below has been proposed. This method is temporarily called a beam crossing method.
FIG. 2 shows a principle diagram of the beam crossing method.
[0010]
In the figure, the ultrashort pulse laser beam 36 is split into two by a beam splitter BS, and the optical delay is adjusted by the reflectors M2 to M5 in the SHG crystal 38 so as to completely coincide spatially and temporally.
The coincident laser pulse emits SHG light, and an image thereof is detected by the imaging detector D via the fundamental wave cut filter F by the lens L2.
With this system, the correlation function of the intensity of a single pulse is obtained at once without sweeping the variable mirror.
[0011]
Since most of the fundamental wave is cut by the aperture A, background-free measurement can be performed. At this time, the SHG light phase matching condition is different from the collinear arrangement. The detailed description will be described below.
Also in this system, the detector D is a single detector, and the reflectors M3 to M4 are moved in the direction of the arrow in the drawing to give an optical delay, so that the detector output is a function of the optical delay amount. Is plotted as a conventional autocorrelator, and there is no background component.
However, single pulse measurement cannot be performed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the beam crossing type autocorrelator having the conventional configuration, since the nonlinear crystal 38 is cut into a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. The angle θ between them becomes large, and the optical system becomes large.
[0013]
When two pulses are made incident on the rectangular parallelepiped nonlinear crystal shown in the same figure, the incident light is specularly reflected on the surface of the nonlinear crystal 38, and becomes incident light loss or stray light and enters the photodetector D, There is a possibility that the pulse width of the light to be measured cannot be measured accurately.
Further, for phase matching, it is necessary to precisely adjust the crossing angle (phase matching angle ψ) of the two pulses, but the incident light rays 40 and 42 are refracted by the nonlinear crystal 38 as shown in FIG. Therefore, this adjustment becomes difficult.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object a single-pulse auto-tuning device that is small in size, can easily adjust an optical system, and can accurately measure a pulse width of light to be measured. It is to provide a correlator.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a single-pulse autocorrelator according to the present invention includes a beam splitter, an optical system, a nonlinear crystal, a detector, and a delay system, and includes a second harmonic obtained by the detector. In a single-pulse autocorrelator that measures the pulse width of the measured light based on the spatial image width of the wave,
The optical system generates the two pulses so that the two pulses intersect approximately crosswise in the nonlinear crystal, and a second harmonic from the nonlinear crystal is emitted in the optical axis direction of the detector. With respect to the non-linear crystal, it is made to be incident on the non-coaxial and oblique directions with respect to the optical axis direction of the detector, respectively.
In the nonlinear crystal, a cross section of a crystal surface on a side where a pulse from the optical system is incident is formed in a substantially prism shape corresponding to a vertex portion of a substantially triangular shape, and two crystal surfaces forming the vertex angle portion are formed. Each of them forms a predetermined angle that is not perpendicular to the optical axis direction of the detector around the optical axis direction of the detector, and pulses from the optical system are incident on the crystal plane at the predetermined angle from orthogonal directions. It is characterized by being performed.
Here, the beam splitter separates a pulse, which is light to be measured.
The optical system causes the two pulses obtained by the beam splitter to enter a nonlinear crystal.
The nonlinear crystal generates a second harmonic by two pulses from the optical system.
The detector measures a spatial image width of a second harmonic emitted from the nonlinear crystal.
The delay system is for adjusting a relative optical delay difference between two pulses incident on the nonlinear crystal.
Note that, when the beam diameter of the two pulses is x,
(Equation 4)
Figure 0003597946
(Equation 5)
Figure 0003597946
(Equation 6)
Figure 0003597946
It is preferable that the following conditional expression is satisfied.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the single-pulse autocorrelator according to the present invention is such that two pulses having a relative optical delay time difference of zero are perpendicularly incident on the crystal plane of the nonlinear crystal. Even if the refractive index is large, the angle between the incident light beams of the two pulses can be made smaller by matching the angle determined by the phase matching condition, so that the device can be downsized and the optical system can be easily adjusted. It becomes.
[0017]
Moreover, since the incident light can be considerably prevented from being reflected on the incident surface of the nonlinear crystal, it is possible to greatly reduce the possibility that the scattered light becomes stray light and is incident on the photodetector. The pulse width can be measured accurately.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a single-pulse autocorrelator according to one embodiment of the present invention.
In this embodiment, a case where a single pulse is assumed as the light to be measured and the pulse width of the single pulse is measured will be described.
As shown in the figure, the single-pulse auto-correlator 44 includes a beam splitter BS, a variable delay system, a lens L1, a nonlinear crystal 46, a lens L2, a filter F, an imaging detector D, and a recorder 30. Is provided.
[0019]
The beam splitter BS splits the single pulse 48 into two pulses, a reflected light 50 and a transmitted light 52.
The variable optical delay system includes reflectors M2 to M5, and drives M3 and M4 in parallel with each other by driving, for example, a stepping motor (not shown) with respect to M2 and M5, thereby changing the delay time difference and changing the center of the two pulses. The parts are matched in time and space in the nonlinear crystal 46.
[0020]
The crystal plane of the nonlinear crystal 46 is cut into a prism shape so that two pulses having a delay time difference given by the reflectors M2 to M5 are perpendicularly incident on the crystal plane.
The delay time difference is adjusted by the reflectors M2 to M5 so that the two pulses 50 and 52 are completely spatially and temporally coincident in the nonlinear crystal 46. When the difference is spatially coincident, the nonlinear crystal 46 becomes an SHG light. To occur.
After the generated image of the SHG light 54 passes through the basic filter F by the lens L2, it forms an image on the imaging detector D.
[0021]
Therefore, since the spatial image width of the SHG light intensity detected by the imaging detector D corresponds to the optical delay amount, the recorder 30 plots the autocorrelation function of the measured pulse as a function of the delay time difference.
Based on the correlation function plotted on the recorder 30, the pulse width of the single pulse 48 is estimated assuming the function form of the incident laser pulses 50 and 52.
Note that examples of the nonlinear crystal 46 include a negative uniaxial crystal and a positive uniaxial crystal. The negative uniaxial crystal includes, for example, AgGaSe 2 in an infrared spectrum region having a wavelength of 1 μm to 10 μm. , 2 etc. AgGaS, the positive uniaxial crystal can be used, for example CdGeAs 2 or the like.
[0022]
The single-pulse autocorrelator 36 according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and its operation will be described below.
When the single pulse 48 is split by the beam splitter BS, one transmitted light 52 passes through the reflectors M2 to M5 and then enters the nonlinear crystal 46 by the lens L1.
The other reflected light 50 is reflected by the reflector M1, and then enters the nonlinear crystal 46 by the lens L1.
[0023]
As described above, since the two pulses 50 and 52 are incident on the nonlinear crystal 46 non-coaxially, the incident laser pulses 50 and 52 can be directly incident on the imaging detector D if an appropriate aperture A is used. Can be prevented.
Here, the delay time difference is adjusted by the reflectors M2 to M5 so that the two pulses 50 and 52 are completely spatially and temporally coincident in the nonlinear crystal 46, and when these are spatially coincident, the nonlinear crystal 46 Generates a second harmonic (SHG light 54).
As described above, the nonlinear crystal 46 is cut into a prism shape so that the two pulses 50 and 52 are perpendicularly incident on the crystal plane. Even if the refractive index of the nonlinear crystal 46 is large, the pulses 50 and 52 Since the angle θ between the incident light beams can be made the same as the phase matching angle 、 and can be reduced, the size of the device can be reduced.
[0024]
Moreover, by making the two pulses 50 and 52 perpendicularly incident on the crystal plane as described above, it is possible to prevent the incident lights 50 and 52 from being reflected on the surface of the nonlinear crystal 46. This can be further prevented from entering the imaging detector D as stray light.
Since the spatial image width of the SHG light intensity detected by the imaging detector D corresponds to the optical delay amount, the recorder 30 plots the autocorrelation function of the incident pulse as a function of the delay time difference. . The pulse width of the single pulse 48 is estimated based on the correlation function plotted on the recorder 30.
In addition, the aperture A cuts most of the fundamental wave, so that background-free measurement can be performed.
[0025]
Hereinafter, a method for designing a nonlinear crystal, which is a feature of the present embodiment, will be described in detail. In this embodiment, a negative uniaxial crystal is assumed as the nonlinear crystal, and the phase matching condition in that case will be described.
First, when two pulses having a frequency of ω 1 and wave vectors of k 1 and k 1 are incident on a nonlinear crystal, SHG light with a frequency of ω 2 = 2ω 1 and a wave vector of k 2 is most efficiently generated. The conditional expression for this is expressed by the following expression (1).
k 2 − (k 1 + k 1 ′) = 0 (1)
[0026]
The refractive indices of the nonlinear crystal with respect to a total of three lights of the two pulses and the SHG light are defined as n 1 α (ω 1 , k 1 ), n 1 β (ω 1 , k 1 ), and n 2 γ (ω 2 = (2ω 1 , k 1 ), equation (1) can be expressed by the following equation (2).
2n 2 γκ 2 - (n 1 ακ 1 + n 1 βκ 1 ') = 0 ... (2)
[0027]
Here, α, β, and γ are types of polarization, and κ 1 , κ 1 ′, and κ 2 are unit vectors in the wave vectors k 1 , k 1 , and k 2 directions.
Incident light k 1 and k 1 'have the same bias (α = β), κ 1 between the incident light kappa 1' when illuminating at an angle of SHG light kappa 2 and ± ψ / 2, κ 2 A conditional expression for efficiently generating SHG light (ω 2 = 2ω 1 ) in the direction is expressed by the following expression (3).
n 2 γ (ω 2 = 2ω 1 ) = n 1 α (ω 1 ) cos (ψ / 2) (3)
[0028]
When the refractive index is replaced by speed, equation (3) is expressed by the following equation (4).
v 1 α (ω 1 ) = v 2 γ (ω 2 = 2ω 1 ) cos (ψ / 2) (4)
A crystal orientation satisfying the formula (3) or (4) is searched for a negative uniaxial crystal.
[0029]
Here, in the present embodiment, the optical arrangement shown in FIG. 5 is assumed.
That is, as shown in the figure, the fundamental wave is on the XY plane in the figure, and forms an angle of ± ψ / 2 with respect to the Y axis.
It is assumed that the negative uniaxial crystal is at the origin O in the figure. SHG light is assumed to occur k 2 direction, that is, the Y-axis direction in the drawings.
Then, by changing the optical axis direction of the negative uniaxial crystal in various ways with the optical arrangement shown in the figure, a crystal orientation satisfying the expression (3) or (4) is searched.
[0030]
By the way, when handling a uniaxial crystal optically, it is convenient to replace the crystal with an index ellipsoid or a normal velocity plane.
Therefore, in the present embodiment, a normal velocity plane is considered as shown in FIG.
As shown in the figure, if the orthogonal axis direction of the negative uniaxial crystal is OA, OB, OC, and the optical axis is OC, the normal velocity plane is a spheroid about the OC axis as shown in FIG. The surface 56 and the spherical surface 58 inscribed in the OC axis direction with the spheroid 56 are formed as a double surface.
The radius of this inscribed sphere is OC = vo , giving the ordinary ray velocity.
[0031]
The polarization direction of light at a speed OP (= v O ) passing through a point P on a spherical surface 58 inscribed in the OC axis direction with the spheroid 56 is perpendicular to a plane formed by the straight line OC and the straight line OP.
The major axis of the spheroid 56 is OA = OB = v e, gives the abnormal light beam velocity. The speed of light traveling from the origin O onto the spheroid 56 generally depends on the propagation direction, but is isotropic only in the OAB plane.
Therefore, assuming that the non-polarized light travels on the OAB plane in the k direction in the drawing, the horizontal polarized light component propagates as v O and the vertical polarized light component propagates as v e .
[0032]
Here, as shown in FIG. 8 , ve> vo, and ve and v0 depend on the angular frequency ω. Also, when expressed by the refractive index n of this, as shown in FIG.
Then, for each case in which the optical axis OC is parallel to the space axis XYZ by rotating the nonlinear crystal, it is examined what kind of polarization the expression (3) or the expression (4) holds.
[0033]
[1] Regarding the case where the optical axis OC is parallel to the OZ axis, OA // OX and OB // OY at this time.
The state of light propagation in the horizontal plane and the ray velocity planes of ω 1 and ω 2 (= 2ω 1 ) are as shown in FIG.
As is clear from the figure, Expression (3) or Expression (4) is satisfied only when Expression (5) is satisfied.
v 1 o1 ) = v 2 e2 = 2ω 1 , // k 2 ) cos (ψ / 2) (5)
[0034]
When the velocity is replaced by the refractive index, equation (5) is expressed by the following equation (6).
n 2 e2 = 2ω 1 ) = n 1 O1 ) cos (ψ / 2) (6)
That is, when two pulses of horizontally polarized ω 1 are incident at an angle (± ψ / 2) that satisfies Equation (5) or Equation (6), the nonlinear crystal 38 generates vertically polarized SHG light.
[0035]
However, when vertically polarized light is incident,
v 1 e1 )> v 2 e2 = 2ω 1 ) (7)
v 1 e1 )> v 2 O2 = 2ω 1 ) (8)
And does not satisfy Expression (3) or Expression (4), so that the nonlinear crystal 46 does not generate the SHG light 54.
[0036]
As described above, when the optical axis OC is parallel to the OZ axis, the SHG light 54 can be obtained when the nonlinear crystal 46 is incident so as to satisfy the expression (5) or the expression (6). .
[0037]
[2] Regarding the case where the optical axis OC is parallel to the OX axis At this time, the horizontal ray velocity surface is as shown in FIG.
As is clear from FIG. 11, there is an angle (ψ / 2) that satisfies Expression (3) or Expression (4) also in this case, and is expressed by Expression (9) or (10).
v 1 O1 ) = v 2 e2 = 2ω 1 , // k 2 ) cos (ψ / 2) (9)
n 2 e2 = 2ω 1 ) = n 1 O1 ) cos (ψ / 2) (10)
[0038]
That is, when the omega 1 pulse of vertically polarized light incident at an angle ([psi / 2) so as to satisfy the equation (9) or formula (10), SHG light of horizontal polarization is obtained.
However, in this case, the nonlinear crystal 46 does not generate SHG light even if horizontal polarized light is incident.
Thus, when the optical axis OC is parallel to the OX axis, SHG light can be obtained only when the expression (9) or the expression (10) is satisfied.
[0039]
[3] A case where the optical axis OC is parallel to the OY axis will be described with reference to FIG.
In this case, v 2 o (2ω 1 ) cos (ψ / 2) <v 1 o, e1 ) expressed by the following equations (11) and (12). … (11)
v 2 e (2ω 1 ) cos (ψ / 2) <v 1 o, e1 ) (12)
Therefore, when the optical axis OC is parallel to the OY axis, there is no angle ψ / 2 that satisfies Expression (3) or Expression (4).
[0040]
As described above, the negative uniaxial crystal has the following characteristics: [1] When the optical axis OC is parallel to the OZ axis, [2] the optical axis OC is aligned with the OX axis so as to satisfy Expression (5) or Expression (6). In the case of parallel, if two pulses are incident so as to satisfy Expression (9) or Expression (10), SHG light will be generated.
[0041]
Therefore, for example, when the optical axis OC is parallel to the OZ axis, the nonlinear crystal may be cut into a prism shape as shown in FIGS. That is, a nonlinear crystal can be designed.
In this case, if the phase matching angle is ψ, the apex angle of the nonlinear crystal is π-ψ. FIG. 12 is a plan view of the SHG prism, and FIG. 13 is an overall view.
Here, l 2 , l 1 , and h are the width, the width in the depth direction, and the height of the nonlinear crystal, respectively.
[0042]
First, assuming that the beam diameter of the two laser pulses 50 and 52 is x, the diameter x of the beams 50 and 52 needs to be smaller than the plane size of the incident nonlinear crystal, and the following equation is obtained.
[0043]
(Equation 7)
Figure 0003597946
Next, when the group velocity of the laser pulse in the nonlinear crystal is u and the temporal pulse width is Δt, the lateral direction when the center of the two pulses spatially and temporally coincides in the nonlinear crystal width W 1 and the width W 2 in the depth direction of each expressed by the following equation.
W 1 = u · Δt / sin (ψ / 2)
W 2 = W 1 · tan (ψ / 2)
Among them, the space profile along the width W 1 in the transverse direction gives the correlation function of the pulse.
Therefore, the width W 1 in the transverse direction following equation is obtained as a condition for generating the internal nonlinear crystal.
[0044]
(Equation 8)
Figure 0003597946
In addition, since the intersection point between the center portions of the two pulses needs to be generated inside the nonlinear crystal, it can be understood that the larger value among the values satisfying the following expression should be selected for the width l 1 in the horizontal direction. .
[0045]
(Equation 9)
Figure 0003597946
In this way, the dimensions of the nonlinear crystal can be determined.
As shown in FIGS. 11 to 12, the apex angle of the nonlinear crystal is cut so as to form an angle of π-ψ with respect to the optical axis.
Similarly, even when the optical axis OC is parallel to the OX axis, a nonlinear crystal can be designed so as to satisfy the phase matching condition.
[0046]
As described above, the present inventors have studied the conditions for the nonlinear crystal to generate SHG light most efficiently, and have derived Equation (3) or Equation (4).
Then, for example, when the optical axis OC is parallel to the OZ axis, the single pulse 48 is split by the BS based on the formula (5) or (6), and the relative optical delay time difference is determined by the reflectors M2 to M5. By designing the crystal plane to have a prism shape so that the two pulses 50 and 52 set to zero are perpendicular to the crystal plane, even if the refractive index of the nonlinear crystal is large, the two pulses Since the angle between the incident light beams can be reduced to match the phase matching angle, the device can be downsized.
[0047]
Moreover, since it is possible to considerably prevent the incident light from being reflected on the surface of the nonlinear crystal, it is possible to greatly reduce the possibility that the scattered light becomes stray light and enters the photodetector. Can be accurately measured.
Furthermore, since the incident light is no longer refracted by the crystal, optical adjustment such as phase matching becomes much easier.
Note that, in the present embodiment, the example of using a negative uniaxial crystal as the nonlinear crystal has been described as a method of designing a nonlinear crystal, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a positive uniaxial crystal. Can be.
[0048]
Further, the method of cutting the nonlinear crystal into a prism shape so that the incident light is perpendicularly incident is applicable not only to the single-pulse autocorrelator of the present embodiment, but also to a measurement technique using all nonlinear optical phenomena. It is obvious.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the single-pulse autocorrelator according to the present invention, the light to be measured is demultiplexed, and two pulses having a relative optical delay time difference of zero are perpendicular to the crystal plane of the nonlinear crystal. Is formed into a prism shape so that the angle between the incident light beams of the two pulses with respect to the crystal can be reduced even if the refractive index of the nonlinear crystal is large. Since the incident light can be considerably prevented from being reflected by the nonlinear crystal, this scattered light can be greatly reduced from entering the photodetector as stray light. Can be measured.
Further, there is an advantage that optical adjustment of incident light can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional Michelson interferometer type autocorrelator.
FIG. 2 is an explanatory view of a conventional beam crossing type single pulse autocorrelator.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a single pulse autocorrelator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 4;
6 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 4;
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 4;
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method of designing a nonlinear crystal used in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 4;
FIG. 12 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG. 4;
FIG. 13 is an explanatory diagram of a method for designing a nonlinear crystal used in FIG.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 30 Recorder 44 Single pulse autocorrelator 46 Nonlinear crystal 48 Light under measurement BS Beam splitters M2 to M5 Variable optical delay system L1 Lens D Imaging detector

Claims (2)

被測定光であるパルスを分波するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで得られた2つのパルスを非線形結晶に入射させる光学系と、前記光学系よりの2つのパルスにより第2高調波を発生する前記非線形結晶と、前記非線形結晶より発せられた第2高調波の空間的像幅を計測する検出器と、前記非線形結晶に入射させる2つのパルスの相対的な光学的遅延差を調節するための遅延系と、を備え、前記検出器で得られた第2高調波の空間的像幅に基づいて、前記被測定光のパルス幅を計測するシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記光学系は、前記2つのパルスが前記非線形結晶内で略十文字に交差し、該非線形結晶よりの第2高調波が前記検出器の光軸方向に発せられるように、該2つのパルスを該非線形結晶に対し、非共軸で及び該検出器の光軸方向に対しそれぞれ斜め方向より入射させ、
前記非線形結晶は、前記光学系よりのパルスが入射される側の結晶面の断面が略三角形の頂角部分に相当する略プリズム状に構成され、該頂角部分を構成する2つの結晶面がそれぞれ前記検出器の光軸方向を中心に、該検出器の光軸方向と直角でない所定の角度をなし、該所定の角度をなす結晶面に対し該光学系よりのパルスがそれぞれ直交方向より入射されることを特徴とするシングルパルスオートコリレータ。
A beam splitter that splits a pulse that is the light to be measured , an optical system that causes the two pulses obtained by the beam splitter to enter a nonlinear crystal, and a second harmonic generated by two pulses from the optical system A detector for measuring a spatial image width of the nonlinear crystal, a second harmonic emitted from the nonlinear crystal, and a relative optical delay difference between two pulses incident on the nonlinear crystal. A delay system, comprising: a single-pulse autocorrelator that measures a pulse width of the measured light based on a spatial image width of a second harmonic obtained by the detector ;
The optical system generates the two pulses so that the two pulses intersect approximately crosswise in the nonlinear crystal, and a second harmonic from the nonlinear crystal is emitted in the optical axis direction of the detector. With respect to the non-linear crystal, it is made to be incident on the non-coaxial and oblique directions with respect to the optical axis direction of the detector, respectively.
In the nonlinear crystal, a cross section of a crystal surface on a side where a pulse from the optical system is incident is formed in a substantially prism shape corresponding to a vertex portion of a substantially triangular shape, and two crystal surfaces forming the vertex angle portion are formed. Each of them forms a predetermined angle that is not perpendicular to the optical axis direction of the detector around the optical axis direction of the detector, and pulses from the optical system are incident on the crystal plane at the predetermined angle from orthogonal directions. Single pulse autocorrelator, characterized in that the.
請求項1記載のシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記非線形結晶は、前記2つのパルスのビーム径をxとしたとき、
Figure 0003597946
Figure 0003597946
Figure 0003597946
なる条件式を満足することを特徴とするシングルパルスオートコリレータ。
The single-pulse autocorrelator according to claim 1,
The nonlinear crystal has a beam diameter of the two pulses x,
Figure 0003597946
Figure 0003597946
Figure 0003597946
A single pulse autocorrelator characterized by satisfying the following conditional expression.
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