JP4559291B2 - 干渉信号増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は、干渉信号増幅装置および方法に関し、特に、光を分光し干渉させて得られた干渉信号の強度を増幅させる干渉信号増幅装置および方法に関する。

近年の可視・近赤外波長領域の極短パルスレーザ技術によって、パルスの半値全幅（パルス幅）が例えば１０ｆｓ以下という、光の振動時間に極めて近い極短光パルスを容易に発生できるようになってきた。このような極短光パルスは、そのパルス幅の中に光の電界振動を２〜３周期しか含んでおらず、「数サイクルパルス」と呼ばれている。例えば、この数サイクルパルス発生に典型的に用いられるチタン・サファイアレーザでは、その中心波長がおよそ８００ｎｍであり、振動周期が２．７ｆｓになるので、パルス幅５ｆｓの光パルスを仮定すると、図４に示すように、極短光パルスはそのパルス幅中に電界振動をおよそ２周期しか含まない。

このような数サイクルパルスにおいては、パルス幅中の電界振動の位相がその光パルスを特徴付ける重要なパラメータとなってくる。この位相は、光搬送波絶対位相と呼ばれ、光パルスの電界（光搬送波電界）をＥ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ−Δφ_CE）とした場合に、位相角Δφ_CEで定義される。ここで、ωは電界振動の角周波数、ｔは時間、Ａ（ｔ）は時間０に尖頭値をとる電界振動の包絡線関数を表す。図４にω＝２．３５×１０¹⁵［Ｈｚ］、Δφ_CE＝π／２［ｒａｄ］、Ａ（ｔ）＝ｓｅｃｈ（１．７６２７ｔ／Δτ）を仮定した場合（Δτ＝５［ｆｓ］はパルス幅）の光パルスの電界を示す。この場合、包絡線のピークと電界振動のピークとが、Δφ_CE／ω［ｓ］の時間だけずれていることがわかる。

また、レーザパルスを出射するモード同期レーザ発振器内では通常、屈折率変化を生じ、パルス間で光搬送波絶対位相Δφ_CEに揺らぎが生じる。パルス間ごとの光搬送絶対位相Δφ_CEの変化量は、光搬送絶対位相オフセットと呼ばれている。隣り合うパルスにおいて、包絡線のピーク間の時間幅をｔとすると、図５に示すレーザパルスに含まれる縦モードのモード間隔（繰り返し周波数）ｆ_repとｔとの間に式（１）のような関係がある。
ｆ_rep＝１／ｔ …（１）

また、任意の縦モードの周波数ｆ_nは、式（２）で表される。
ｆ_n＝ｎ×ｆ_rep＋δ …（２）
ここで、ｎは任意の整数である。また、δは光搬送絶対位相オフセット周波数であり、光搬送波絶対位相オフセットをΔφとすると、式（３）で表される。
δ＝（Δφ／２π）×ｆ_rep …（３）
したがって、レーザパルス内の光搬送波絶対位相オフセットΔφは、光搬送絶対位相オフセット周波数δに比例する。

包絡線のピーク強度を考えると、パルス幅中に多数の電界振動を含む「マルチサイクルパルス」の場合には、光搬送波絶対位相Δφ_CEの変化に対するピーク強度の違いは無視できる程に小さいのに対して、数サイクルパルスの場合には、その違いは最大数パーセントにも達し、光電界イオン化などの光非線形現象に大きな影響を与えることになる。また、光非線形現象が起こるタイミングも変化する。数サイクルパルスにおける数ｆｓという時間スケールにおいては、このタイミング変化は決して小さなものではない。したがって、光非線形現象に対する極短光パルスの利用を考えた場合に、長期安定化した光搬送波絶対位相の制御方法を確立することが極めて重要である。

近年、モード同期レーザの光搬送波絶対位相オフセットを安定化させる方法が提案された。以下、その方法について説明する。
モード同期レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部をフォトニック結晶ファイバに入射し、フォトニック結晶ファイバで生じる自己位相変調効果を用いて、帯域１オクターブ以上の白色光を発生させる。この白色光を、周波数Ｆ₁＝ｍ×ｆ_rep＋δ（ｍは整数）が含まれる長波長成分と、周波数Ｆ₂＝２×ｍ×ｆ_rep＋δが含まれる短波長成分とに分光する。続いて、白色光の長波長成分に含まれる周波数Ｆ₁の光の第２高調波を発生させる。第２高調波の周波数はＦ₃＝２×（ｍ×ｆ_rep＋δ）となる。この周波数Ｆ₃の光と周波数Ｆ₂の光とを干渉させ、得られた干渉信号を電気信号に変換する。この電気信号からδ成分だけを取り出し、参照信号と比較する。両者の差分が一定になるように制御回路でモード同期レーザ発振器内の屈折率を制御することにより、光搬送絶対位相オフセットを安定化させることができる（例えば、非特許文献１を参照）。

D.J.Jones, et al., SCIENCE VOL.288, 28 APRIL 2000

現在、一般的な制御回路を用いて光搬送波絶対位相オフセットの安定化を行なうには、干渉信号の強度を３０ｄＢ以上とする必要がある。
しかし、レーザ光のフォトニック結晶ファイバへの結合効率が悪いため、レーザ発振器からの光のうちオフセット安定化に用いる割合を高くしなければ、３０ｄＢ以上の干渉信号を得ることはできなかった。オフセット安定化に用いる割合を高くすると、本来の使用目的に使用できるレーザ光の強度が必然的に低下してしまう。
また、ファイバ端面への埃付着などにより、日々、結合効率が下がっていくため、光搬送波絶対位相オフセットを長時間安定させることができなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりも干渉信号の強度を大きくできるようにすることにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る干渉信号増幅装置は、帯域１オクターブ以上の光を、所定波長を境界に長波長成分と短波長成分とに分光する第１の分光手段と、第１の分光手段により分光された長波長成分の光をさらにｋ個（ｋは２以上の整数）の波長成分に分光するｋ個の第２の分光手段と、ｋ個の第２の分光手段で分光されたｋ個の波長成分の光をそれぞれ高調波に波長変換するｋ個の波長変換手段と、第１の分光手段で分光された短波長成分の光とｋ個の波長変換手段で波長変換されたｋ個の波長成分の光とを干渉させた干渉信号を合成する干渉手段と、干渉手段により合成された干渉信号を検出する干渉信号検出手段とを備え、ｋ個の波長変換手段で波長変換されたｋ個の波長成分の光の中心波長は、それぞれ短波長成分に含まれており、ｋ個の波長変換手段は、干渉信号検出手段により検出された干渉信号の強度が最大となるように波長変換後の中心波長が選択されることを特徴とする。

この際、高調波は、第２高調波または第３高調波または第４高調波であってもよい。

また、上述した干渉信号増幅装置は、ｋ個の第２の分光手段により分光されたそれぞれの波長成分の光が通過する光路毎に光路長を調整する光路長調整手段をさらに備えていてもよい。
また、干渉手段により合成された干渉信号を検出する干渉信号検出手段をさらに備え、光路長調整手段は、干渉信号の強度が最大となるように、光路長を調整することができる。

また、上述した干渉信号増幅装置は、光搬送波絶対位相オフセットを含む光パルスを帯域１オクターブ以上の光に変換し、分光手段に出射する広帯域化手段をさらに備えるものであってもよい。

本発明では、帯域１オクターブ以上の光を、所定波長を境界に長波長成分と短波長成分とに分光し、分光された長波長成分の光をさらにｋ個（ｋは２以上の整数）の波長成分に分光し、分光されたｋ個の波長成分の光をそれぞれ高調波に波長変換し、短波長成分の光とｋ個の波長変換手段で波長変換されたｋ個の波長成分の光とを干渉させた干渉信号を合成して、この合成された干渉信号を検出し、この際、波長変換されたｋ個の波長成分の光の中心波長は、それぞれ短波長成分に含まれており、干渉信号の強度が最大となるように波長変換後の中心波長が選択されているものとする。これにより、従来と同じ強度の光を使用して、干渉信号の強度を大きくすることができる。逆に、同じ干渉信号の強度を得るのに必要な光の強度を小さくすることができる。
したがって、本発明を光搬送波絶対位相オフセットの安定化に利用することにより、オフセット安定化に必要な光の強度が小さくなるので、大半の光を本来の使用目的に有効活用することができる。
また、干渉信号の強度が増大した結果、従来よりも長時間、光搬送波絶対位相オフセットを安定化させることが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる光搬送波絶対位相オフセット計測装置が適用されたシステムの全体構成を示すブロック図である。
このシステムは、極短パルスレーザ装置１と、白色光発生装置２と、光搬送波絶対位相オフセット計測装置３と、制御回路４とから構成される。

ここで、極短パルスレーザ装置１は、極短パルスレーザ光１ａを出射するものである。例えばモード同期発振器で構成される。
白色光発生装置（広帯域化手段）２は、極短パルスレーザ装置１から入射された極短パルスレーザ光１ａを１オクターブ以上の帯域を有する白色光２ａに変換するものである。例えば、フォトニック結晶ファイバなどで構成され、自己位相変調効果を利用して入射光を広帯域化する。なお、「オクターブ」とは、光の周波数比が２：１となる間隔をいう。

光搬送波絶対位相オフセット計測装置３は、白色光発生装置２から入射された白色光２ａを分光し干渉させることにより、極短パルスレーザ光１ａの光搬送波絶対位相オフセット周波数δを示す信号を得て、この信号と繰り返し周波数ｆ_repを示す参照信号とを比較することにより、光搬送波絶対位相オフセット周波数δの揺らぎを示す制御信号３ａを生成するものである。光搬送波絶対位相オフセット計測装置３の具体的な構成については、後述する。

制御回路４は、光搬送波絶対位相オフセット計測装置３から入力された制御信号３ａに基づき、光搬送波絶対位相オフセット周波数δが一定になるように、極短パルスレーザ装置１内の屈折率を調整する。例えば、音響変調素子（ＡＯＭ）を用いて励起光源の強度変調を行い、極短パルスレーザ装置１内の屈折率を調整する。
これにより、光搬送波絶対位相オフセットを安定化させることができる。例えば、光搬送波絶対位相オフセット周波数δが繰り返し周波数ｆ_repの４分の１となるようにすれば、式（３）から光搬送波絶対位相オフセットΔφがπ／２となるので、４個おきのパルス同士が同じ包絡線と光搬送波電界との関係を持つことができる。

次に、光搬送波絶対位相オフセット計測装置３の構成について説明する。図２は、本装置３の一構成例を示す図である。
本装置３は、帯域１オクターブ以上の白色光２ａを３以上の波長成分に分光し、最も短い波長成分の光を除く２以上の波長成分の光を高調波に波長変換した後、最も短い波長成分の光と干渉させ、干渉信号を合成することにより、干渉信号の強度を増幅する機能を有する。

具体的には、本装置３は、第１の分光手段としてのミラー１１と、第２の分光手段を構成するｋ個（ｋは２以上の整数）のミラー１２₁〜１２_kと、光路長調整手段を構成するｋ個の光路長調整器１３₁〜１３_kと、ｋ個の集光用レンズ１４₁〜１４_kと、波長変換手段を構成するｋ個の第２高調波発生器１５₁〜１５_kと、ｋ個のコリメート用レンズ１６₁〜１６_kと、１／２波長板１７およびｋ個の１／２波長板１７₁〜１７_kと、ミラー１８と、ｋ個の偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kと、干渉手段としての偏光子２０と、干渉信号検出器２１と、参照信号検出器２２と、制御信号生成回路２３とから構成される。

ミラー１１は、白色光発生装置２から入射される帯域１オクターブ以上の白色光２ａを、短波長成分と長波長成分とに分光する。より具体的に言えば、ミラー１１は、白色光２ａの短波長成分を反射し、長波長成分を透過させる鏡である。ここでは、反射波長と透過波長との境界を、白色光２ａのスペクトル帯域の中心波長とする。例えば、白色光２ａのスペクトル帯域が４００−１２００ｎｍの場合には、４００−８００ｎｍの短波長成分を反射し、８００−１２００ｎｍの長波長成分を透過させる。ミラー１１としては、例えばダイクロイックミラーを用いることができる。なお、ミラー１１の反射波長および透過波長は、白色光２ａのスペクトル、ミラー１１の反射率および透過率、後述する干渉信号検出器２１の波長感度特性などを考慮して決定される。

ミラー１２₁〜１２_kは、ミラー１１を透過した長波長成分の光をさらにｋ個の波長成分に分光する。より具体的に言えば、ミラー１２₁〜１２_kのそれぞれは、長波長成分を反射し、短波長成分を透過させる鏡である。ただし、反射波長と透過波長との境界が、初段のミラー１２₁から最終段のミラー１２_kに向かって所定波長ずつシフトしていくものとする。白色光２ａのスペクトル帯域が４００−１２００ｎｍの場合には、例えば、初段のミラー１２₁の境界波長を１１７０ｎｍ、次段のミラー１２₂の境界波長を１１４０ｎｍ、というように境界波長を３０ｎｍずつシフトさせ、最終段のミラー１２₂の境界波長を８３０ｎｍとする。これにより、ミラー１２₁〜１２_kの反射領域の下限が３０ｎｍずつシフトしていき、ミラー１１を透過した長波長成分の光がさらに３０ｎｍずつ分光される。ミラー１２₁〜１２_kとしては、例えばダイクロイックミラー、ノッチフィルターなどを用いることができる。ノッチフィルターとは、ある波長域のみを反射させ、それ以外の波長域を透過させるフィルターである。

光路長調整器１３₁〜１３_kは、ミラー１２₁〜１２_kにより分光されたそれぞれの波長成分の光が通過するｋ個の光路上に配置され、それぞれの光路の光路長を調整する。
第２高調波発生器１５₁〜１５_kは、ミラー１２₁〜１２_kにより分光されたそれぞれの波長成分の光を第２高調波に波長変換する。よって、第２高調波発生器１５₁〜１５_kは波長変換器として機能する。第２高調波発生器１５₁〜１５_kのそれぞれについて、波長変換された第２高調波の強度が最大となる波長を、その第２高調波発生器の中心波長と呼ぶ。第２高調波発生器１５₁〜１５_kとしては、それぞれの中心波長が、ミラー１１により分光された白色光２ａの短波長成分に含まれるものを用いる。第２高調波発生器１５₁〜１５_kとしては、例えばＢＢＯ結晶（バリウムボーレート結晶）を用いることができる。
第２高調波発生器１５₁〜１５_kの前段にはそれぞれ集光用レンズ１４₁〜１４_kが配置され、後段にはそれぞれコリメート用レンズ１６₁〜１６_kが配置されている。

１／２波長板１７は、ミラー１１により分光された白色光２ａの短波長成分の光の直線偏光をＰ偏光に回転させる。
一方、１／２波長板１７₁〜１７_kは、ミラー１２₁〜１２_kにより分光されたそれぞれの波長成分の第２高調波の光の直線偏光をＳ偏光に回転させる。
ミラー１８は、ミラー１１により分光された白色光２ａの短波長成分の光を全反射する鏡である。

偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kは、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する素子である。ミラー１１により分光された白色光２ａの短波長成分の光は、Ｐ偏光であるから偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kを透過し、ミラー１２₁〜１２_kにより分光されたそれぞれの波長成分の第２高調波の光は、Ｓ偏光であるから偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kで反射されることになる。

偏光子２０は、入射されたＰ偏光の光およびＳ偏光の光の同一の偏光成分を通過させる。これにより、ミラー１２₁により分光された波長成分の第２高調波の光は、ミラー１１により分光された白色光２ａの短波長成分の中の近い波長成分と干渉する。その他のミラー１２₂〜１２_kにより分光された波長成分の第２高調波の光についても同様である。なお、偏光子２０を通過する偏光成分は、後述する干渉信号検出器２１により検出される干渉信号の強度が最大となるように選択される。

干渉信号検出器２１は、各波長成分の干渉によって得られた干渉信号を合成したものを検出し、電気信号に変換する。干渉信号検出器２１としては、例えばフォトダイオードや光電子倍増管などを用いることができる。
参照信号検出器２２は、ミラー１２_kにより分光された波長成分の第２高調波の光から繰り返し周波数ｆ_repを検出し、繰り返し周波数ｆ_repを示す電気信号を参照信号として出力する。なお、参照信号検出器２２は、他のミラー１２₁〜１２_k-1により分光された波長成分の第２高調波の光から繰り返し周波数ｆ_repを検出するようにしてもよい。
制御信号生成回路２３は、干渉信号に基づく電気信号と参照信号との差分をとり、制御信号３ａとして制御回路４に出力する。

次に、光搬送波絶対位相オフセット計測装置３による干渉信号の増幅原理について説明する。
レーザパルスに含まれる任意の縦モードの周波数ｆ_nは、上述したように式（２）で表される。したがって、白色光２ａの長波長成分の周波数ｆ_lは式（４）、短波長成分の周波数ｆ_sは式（５）で表すことができる。ただし、ｌ，ｓは整数であり、ｌ＜ｓである。
ｆ_l＝ｌ×ｆ_rep＋δ …（４）
ｆ_s＝ｓ×ｆ_rep＋δ …（５）

本装置３では、長波長成分の光をさらにｋ個に分光し、それぞれの波長成分を第２高調波に波長変換する。第２高調波の周波数ｆ_l1，ｆ_l2，…，ｆ_lkは、それぞれ式（６₁）〜式（６_k）で表すことができる。ただし、ｌ₁，ｌ₂，…，ｌ_kはｌに含まれる整数である。
ｆ_l1＝２×（ｌ₁×ｆ_rep＋δ） …（６₁）
ｆ_l2＝２×（ｌ₂×ｆ_rep＋δ） …（６₂）
：
ｆ_lk＝２×（ｌ_k×ｆ_rep＋δ） …（６_k）
このように、第２高調波の光搬送波絶対位相オフセット周波数は、２×δとなる。

白色光２ａの帯域は１オクターブ以上あり、その中心波長を境界に長波長成分と短波長成分とに分光したので、短波長成分には２×ｌ₁×ｆ_rep＋δ，２×ｌ₂×ｆ_rep＋δ，…，２×ｌ_k×ｆ_rep＋δの各波長成分が含まれている。
したがって、長波長成分を波長変換した光と短波長成分の光とを重ね合わせることにより、それぞれの波長成分が干渉し、光搬送波絶対位相オフセット周波数δを示す干渉信号を合成したものが検出される。
このように、本装置３では２以上の波長域で干渉させることにより、１つの波長域で干渉させていた従来技術と比較して、干渉信号の強度を増大させることが可能となる。

なお、本装置３では、干渉信号検出器２１により検出される干渉信号の強度が最大となるように、光路長調整器１３₁〜１３_kを用いてそれぞれの光路長を調整することができる。例えば、各波長成分の干渉によって得られる各干渉信号の位相が揃うように光路長を調整する。
同じく、干渉信号検出器２１により検出される干渉信号の強度が最大となるように、第２高調波発生器１５₁〜１５_kの中心波長を選択することができる。例えば、各波長成分の干渉によって得られる各干渉信号の位相が揃うように、中心波長を選択する。

本装置３の構成は、図２に示したものに限られるものではない。
例えば、図２では、白色光２ａの短波長成分の光をＰ偏光とし、すべての偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kを透過して、長波長成分の光と合成する構成としたが、図３に示すように、白色光２ａの短波長成分の光をＳ偏光とし、偏光ビームスプリッタ３１₁〜３１_kの最終段で、長波長成分の光と合成する構成としてもよい。この構成では、短波長成分の光路に直線偏光をＳ偏光に回転させる１／２波長板３２が配置され、長波長成分の各光路に直線偏光をＰ偏光に回転させる１／２波長板３２₁〜３２_Kがそれぞれ配置される。符号１８₁〜１８_kはミラーである。

また、図２では、白色光２ａの短波長成分の光がすべての偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kを透過し、最終段の偏光ビームスプリッタ１９_kの後段に配置された偏光子２０によって、長波長成分を波長変換した光と干渉する構成としたが、白色光２ａの短波長成分をｋ等分し、それぞれが偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kを透過し、偏光ビームスプリッタ１９₁〜１９_kのそれぞれの後段に配置された偏光子によって、長波長成分を波長変換した光と干渉する構成としてもよい。この場合、偏光子がｋ個必要となるが、それぞれの偏光子を通過する偏光成分をそれぞれの干渉信号の強度が最大となるよう個別に決定することにより、図２の構成よりも干渉信号の総和をさらに大きくすることができる。

また、図２に示した構成において、干渉信号検出器２１で検出された干渉信号の強度を示す信号を光路長調整器１３₁〜１３_kにフィードバックし、干渉信号の強度が最大となるようにそれぞれの光路の光路長を自動調整することも可能である。

また、図２では、白色光２ａの長波長成分を第２高調波に波長変換し、短波長成分と干渉させているが、長波長成分を第３，第４高調波に波長変換したものを干渉させてもよい。すなわち、白色光２ａの第Ｎ高調波（Ｎは２以上の整数）に波長変換し、短波長成分と干渉させる構成としてもよい。
さらに、第Ｎ高調波に波長変換された光同士を干渉させてもよい。
したがって、白色光２ａを３以上の波長成分に分光し、その中の２以上の波長成分の光を第Ｎ高調波に波長変換し、波長変換された光と他の波長成分の光（他の波長成分の光は、波長変換された光でも、波長変換されていない光であってもよい）とを２組以上干渉させる構成とすることができる。

次に、本実施の形態に関する計算結果を示す。
ここでは、チタン・サファイアレーザを用い、白色光発生装置２によりスペクトル帯域４００ｎｍから１２００ｎｍまで等しい強度の光を発生させ、光搬送波絶対位相オフセット計測装置３として図２に示した構成のものを用いた場合について計算した。

［第１例］
第１例では、ミラー１１，１２₁〜１２_kとしてダイクロイックミラーのみを用いるものとした。ダイクロイックミラーの特性は、４５度反射で、反射率９９．５％、透過率９０％である。
ミラー１１により、４００−８００ｎｍを反射させ、８００ｎｍ以上を透過させる。
続いて、ミラー１２₁により、１１７０−１２００ｎｍを反射、８００−１１７０ｎｍを透過させる。ミラー１２₂により、１１４０−１１７０ｎｍを反射、８００−１１４０ｎｍを透過させる。以降のミラー１２₃〜１２_k-1の反射領域を３０ｎｍずつシフトさせていき、最後のミラー１２_kにより、８００−８３０ｎｍを反射させる。
この構成は、８００ｎｍ以上の長波長の光に損失が多い。これは、一般的に検出器が長波長側に感度が良いことを考慮している。
この構成を用いた場合には、１つの波長領域のみを干渉させる従来の方法と比較し、干渉信号の強度が約９倍に増加するという結果が得られた。

［第２例］
第２例では、ミラー１１としてダイクロイックミラーを用い、ミラー１２₁〜１２_kとしてノッチフィルターを用いるものとした。ダイクロイックミラーの特性は、４５度反射で、反射率９９．５％、透過率９０％である。ノッチフィルターの特性は、反射率９９．５％、透過率７０％である。
ミラー１１により、４００−８００ｎｍを反射させ、８００ｎｍ以上を透過させる。
続いて、ミラー１２₁により、１１９０−１２００ｎｍを反射、８００−１１９０ｎｍを透過させる。ミラー１２₂により、１１８０−１１９０ｎｍを反射、８００−１１８０ｎｍを透過させる。以降のミラー１２₃〜１２_k-1の反射領域を１０ｎｍずつシフトさせていき、最後のミラー１２_kにより、８００−８１０ｎｍを反射させる。
この構成を用いた場合には、従来の方法と比較し、干渉信号の強度が約１５倍に増加するという結果が得られた。

なお、チタン・サファイアレーザとは異なる発振波長のモード同期レーザを用いても、干渉信号の強度の増幅は可能である。

本発明は、例えば極短光パルスを用いる分野に利用可能であり、最小限の光で極短光パルスの光搬送波絶対位相オフセットの揺らぎを抑制することができる。

本発明の一実施の形態にかかる光搬送波絶対位相オフセット計測装置が適用されたシステムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる光搬送波絶対位相オフセット計測装置の一構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態にかかる光搬送波絶対位相オフセット計測装置の他の構成例を示す図である。 時間領域における極短光パルスの光搬送波絶対位相を説明する図である。 周波数領域における極短光パルスの光搬送波絶対位相を説明する図である。

符号の説明

１…極短パルスレーザ装置、１ａ…極短パルスレーザ光、２…白色光発生装置、２ａ…白色光、３…光搬送波絶対位相オフセット計測装置、３ａ…制御信号、４…制御回路、１１，１２₁〜１２_k，１８，１８₁〜１８_k…ミラー、１３₁〜１３_k…光路長調整器、１４₁〜１４_k…集光用レンズ、１５₁〜１５_k…第２高調波発生器、１６₁〜１６_k…コリメート用レンズ、１７，１７₁〜１７_k，３２，３２₁〜３２_k…１／２波長板、１９₁〜１９_k，３１₁〜３１_k…偏光ビームスプリッタ、２０…偏光子、２１…干渉信号検出器、２２…参照信号検出器、２３…制御信号生成回路。

Claims (5)

1. 帯域１オクターブ以上の光を、所定波長を境界に長波長成分と短波長成分とに分光する第１の分光手段と、
   前記第１の分光手段により分光された前記長波長成分の光をさらにｋ個（ｋは２以上の整数）の波長成分に分光するｋ個の第２の分光手段と、
   前記ｋ個の第２の分光手段で分光されたｋ個の波長成分の光をそれぞれ高調波に波長変換するｋ個の波長変換手段と、
   前記第１の分光手段で分光された前記短波長成分の光と前記ｋ個の波長変換手段で波長変換された前記ｋ個の波長成分の光とを干渉させた干渉信号を合成する干渉手段と、
   前記干渉手段により合成された干渉信号を検出する干渉信号検出手段と
   を備え、
   前記ｋ個の波長変換手段で波長変換された前記ｋ個の波長成分の光の中心波長は、それぞれ前記短波長成分に含まれており、前記ｋ個の波長変換手段は、前記干渉信号検出手段により検出された前記干渉信号の強度が最大となるように波長変換後の中心波長が選択される
   ことを特徴とする干渉信号増幅装置。
2. 請求項１に記載の干渉信号増幅装置において、
   前記高調波は、第２高調波または第３高調波または第４高調波である
   ことを特徴とする干渉信号増幅装置。
3. 請求項１に記載の干渉信号増幅装置において、
   前記ｋ個の第２の分光手段により分光されたそれぞれの波長成分の光が通過する光路毎に光路長を調整する光路長調整手段を備えることを特徴とする干渉信号増幅装置。
4. 請求項３に記載の干渉信号増幅装置において、
   前記干渉手段により合成された干渉信号を検出する干渉信号検出手段をさらに備え、
   前記光路長調整手段は、前記干渉信号検出手段により検出された前記干渉信号の強度が最大となるように前記光路長を調整することを特徴とする干渉信号増幅装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の干渉信号増幅装置において、
   光搬送波絶対位相オフセットを含む光パルスを前記帯域１オクターブ以上の光に変換し、前記分光手段に出射する広帯域化手段をさらに備えることを特徴とする干渉信号増幅装置。

Images