JP4875446B2 - 光パルス多重化ユニット及び時間分解計測装置 - Google Patents

Description

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

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

図１０は特許文献１に記載されている２次元光波変換光学系の概略構成を示す斜視図である。この構成では、超短光パルスの波形計測を可能としている。

２次元光波変換光学系は、ビームエキスパンダ３００と、回折格子５００と、第１シリンドリカルレンズ６００と、フィルタ７００と、第２シリンドリカルレンズ８００とで構成されている。回折格子５００は、透過型の回折格子である。この回折格子５００は、第１シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面（前側焦点位置）に配置されている。また、フィルタ７００は、第１シリンドリカルレンズ６００の後側焦平面（後側焦点位置）に配置されている。

なお、フィルタ７００の位置は、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面と一致している。また、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面と、シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面は、互いに共役となっている。

図１０の構成を用いた、変調を受けた超短光パルス（以下、適宜「信号光パルス」と呼ぶ）の時間分解分光の計測過程を説明する。

まず、入射光束をビームエキスパンダ３００で拡大して、回折格子５００上に斜入射させる。このときの光束を光線ごとに見てみる。この場合、回折格子５００に斜入射する各光線は、回折格子５００の入射面に同時に到達しているわけではない。すなわち、回折格子５００のｘ軸方向についてみると、回折格子５００の両端のうち、一端はビームエキスパンダ３００に近く、他端はビームエキスパンダ３００から遠く離れている。

よって、上記一端に到達する光線と上記他端に到達する光線との間には時間差が生じる。すなわち、回折格子５００のｘ軸方向における位置ごとに、光線が到達する時間が異なる。そこで、ここでは図中の線分Ｐ−Ｑに沿う位置に到達した光線の振る舞いについて考える。

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

フィルタ７００は、図１１に示すように、光遮光領域と光透過領域とで構成されている。ここでは、光透過領域は開口である。この開口の形状は、ｘ軸方向の増加に伴いｙ軸方向が増加する形状となっている。開口以外の領域は光遮光領域であるので、光を遮光する。

このため、フィルタ７００を透過した光は、時間差をもって、ｙ軸方向について異なる波長が分布することになる。

更に、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面上において、ｙ軸方向の波長分布は保存されるようになっている。第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面は、第１シリンドリカルレンズ６００の前側焦平面と共役である。そのため、線分Ｐ−Ｑの位置と共役な線分Ｐ’−Ｑ’の位置は、共役となる。このため、図１２に示すように、線分Ｐ’−Ｑ’の位置に沿って異なる波長が並ぶことになる。

更に、回折格子５００上での位置に応じて、光線の到達時刻が異なる。よって、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面には、図１３に示すように、ｙ軸方向に波長が分布し、ｘ軸方向に時間が矢印方向（図では左側方向）に変化して展開されたスペクトログラムが生成されることになる。以下、このスペクトログラムを２次元光波とする。

但し、２次元光波の時間変化は非常に高速であるため、通常の撮像デバイスでは時間変化を捉えることはできない。このため、ゲートパルスと呼ぶ参照光パルスを、第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面に同時に照射させる。このようにすることによって、スペクトログラムを干渉縞パターンとして取得する。

この２次元光波変換光学系は、試料によって何らかの変調を受けた光、特に超短光パルスの時間分解分光を可能とするものである。

特許第３０１８１７３号公報

上記特許文献１に記載の従来技術において注目すべき点は、信号光パルスを空間に多重し、且つ空間に応じて時間遅延を与えることにある。これを可能にするのが、回折格子５００であり、この回折格子５００に斜入射させることによって、空間的に多重された信号光パルスに遅延を与えている。しかし、信号光パルスが回折格子５００で回折されると、図１３に示すように、信号光パルスを構成する各波長（λ１、λ２、…、λＮ）は、異なる回折方向に伝播するので、回折格子５００と共役な面である第２シリンドリカルレンズ８００の後側焦平面においても、信号光パルスを構成する各波長（λ１、λ２、…、λＮ）は異なる方向に伝播することになる。

従って、ここにゲートパルスである光を同時に照射させてスペクトログラムの干渉パターンを得るとゲートパルスと信号光パルスの各波長のなす角度は異なる角度になり、結果として干渉縞の周期が波長によって異なってしまう。このため、特許文献１に記載の２次元光波変換光学系を用いた場合には、時間分解計測としての時間分解能が波長によって大きく異なるという問題があった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、信号光パルスに含まれる波長によって伝播方向が異なることなく、信号光パルスを空間的に分離し、且つ、時間的に遅延を与えることのできる光パルス多重化ユニット及びそれを用いた時間分解計測装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、 入射光を分波して、透過光及び反射光を生成するハーフミラーと、
前記ハーフミラーの両側に対向配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及
び反射光をそれぞれ偏向して、再び前記ハーフミラー上の共通箇所で合波を行わせると共に時間遅延差を生じる一対のミラーユニットと、を有し、
前記一対のミラーユニットのぞれぞれは２枚のミラーを有し、
さらに、対向配置された一対の前記ミラーユニット間の間隔を可変にするミラーユニッ
ト間隔調整ステージと、
前記対向する方向と直交する方向に隣接する前記ミラーユニットどうしの間隔を可変にするミラー間隔調整ステージと、を有し、直交する２方向への移動により空間的且つ時間的に光パルスを多重化するようにしたことを特徴とする光パルス多重化ユニットを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記ミラーユニットは、Ｎ（Ｎは整数）個設けられ、
前記ミラーユニットの一方向への移動により得られる基準の光路長差をΔとしたとき、前記第Ｎ番目の前記ミラーユニットにより得られる光路長差が２^Ｎ−１×Δであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記ミラーユニット間隔調整ステージは、前記ミラーユニットを前記ハーフミラーの法線方向に移動することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記ミラー間隔調整ステージは、前記ミラーユニットを前記ハーフミラーに沿った方向に移動することが望ましい。

また、本発明によれば、光パルスを発する光源と、前記光源からの光パルスを試料に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐する分岐手段と、上述の光パルス多重化ユニットと、前記光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光パルスとを合波する合波手段と、前記合波手段で合波されることによって生じた干渉縞を検出可能な検出手段を有することを特徴とする時間分解計測装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記合波手段が、前記信号光パルスと参照光との合波位置に配置されたビームスプリッタと、前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置への到達時間を調整可能な参照光遅延手段と、前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置での照射面積を調整可能な参照光照射面積調整手段を有することが望ましい。

また、本発明によれば、 ハーフミラーと、
該ハーフミラーの両側に対向配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及び反射光をそれぞれ偏向して、再び前記ハーフミラー上の共通箇所で合波を行わせると共に時間遅延差を生じる一対のミラーユニットと、
前記ハーフミラーの一方の側に配置され、前記ミラーユニットを直交する２方向に移動可能な第１の移動機構を有し、
該一対のミラーユニットのぞれぞれは、対向配置された２枚のミラーを少なくとも有し、
前記２枚のミラーは、各々の面の法線と、前記ハーフミラーの法線がなす角度が等しく、且つ符号が反転しており、前記ハーフミラーから離れるにつれて面間隔が減少するようにそれぞれ配置され、
対向する位置に配置された前記ミラーユニットの組は、前記ハーフミラーまでの距離が各々異なるように配置され、
前記一方の側に配置された前記ミラーユニットは、前記対向する方向と直交する方向における隣り合う間隔が異なるように配置され、
前記ミラーユニットの直交する２方向の間隔が異なることにより空間的且つ時間的に光パルスを多重化することを特徴とするパルス多重化ユニットを提供できる。

本発明によれば、信号光パルスに含まれる波長によって伝播方向が異なることなく、信号光パルスを空間的に分離し、且つ、時間的に遅延を与えることのできる光パルス多重化ユニット及びそれを用いた時間分解計測装置を提供することという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光パルス多重化ユニット及びそれを用いた時間分解計測装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施例１に係る時間分解計測装置について説明する。本実施例によれば、時間的及び空間的に分離された光パルス列を生成できる。まず、図４、図５、図６に基づいて、時間的に分離された光パルス列を得る構成について説明する。その後、空間的に分離された光パルス列を得る構成について説明する。

（パルス列の時間的分離）
図４は、本発明の実施例１における時間分解計測装置１００に用いる光パルス多重化ユニット１０の部分の概略構成を示している。時間分解計測装置１００の全体構成については、図４等を用いて後述する。本実施例の光パルス多重化ユニットは、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）と、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）と、ハーフミラー１を有して構成されている。ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーＭｉ‐１１(ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐１２(ｉ＝１〜Ｎ）を備えている。また、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えている。

ミラーＭｉ‐１１(ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐１２(ｉ＝１〜Ｎ）では、各々の面
の法線とハーフミラー１の法線のなす角が等しく、かつ符号が反転しており、ハーフミラー１から離れるにつれて面間隔が減少するようにそれぞれ配置されている。ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）も同様に配置されている。

ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）と、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）は、ハーフミラー１を挟み対向配置されている。ハーフミラー１は、入射した光パルスを反射側と透過側に分波(振幅分割)する。

分波された一方の光パルスは、ミラーＭｉ‐１１（ｉ＝１〜Ｎ）において反射される。ミラーＭｉ‐１１（ｉ＝１〜Ｎ）は、反射された光パルスが、基準線Ｃと平行に進行するように調整されている。ミラーＭｉ‐１１（ｉ＝１〜Ｎ）において反射された光パルスは、さらにミラーＭｉ‐１２（ｉ＝１〜Ｎ)において反射される。

また、分波された他方の光パルスは、ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）において反射される。ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）は、反射された光パルスが、基準線Ｄと平行になるよう調整されている。ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）において反射された光パルスは、さらにミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）において反射される。

ミラーＭｉ‐１２（ｉ＝１〜Ｎ）及びミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）で反射された各々の光パルスは、再びハーフミラー１上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー１で分波される。

このように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー１による光パルスの分波から、ハーフミラー１上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返すことになる。ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）及びハーフミラー１は、このような分波と合波が複数回行われるように、所定の大きさを有している。

このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射経路に対して、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）と、ハーフミラー１が傾斜するように配置して、使用される。

また、交点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｎ)、交点Ｂｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、それぞれミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）への入射光路と、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）からの出射光路の交点である。交点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とＢｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、ハーフミラー１を中心線として、対称な位置に形成される。

実施例１の光パルス多重化ユニットでは、対向する位置に配置されたミラーユニットの組は、例えば、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ１‐２、ミラーユニットＭＵ２‐１とミラーユニットＭＵ２‐２、…ミラーユニットＭＵＮ‐１とミラーユニットＭＵＮ‐２である。このミラーユニットの組において、両者は、ハーフミラー１までの距離が各々異なるように配置されている。

例えば、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ１‐２では、ミラーユニットＭＵ１‐１の方が、ミラーユニットＭＵ１‐２よりも、ハーフミラー１から離れた位置に配置されている。同様に、ミラーユニットＭ２‐１とミラーユニットＭＵ２‐２では、ミラーユニットＭＵ２‐１の方が、ミラーユニットＭＵ２‐２よりも、ハーフミラー１から離れた位置に配置されている。

さらに、ミラーユニットＭＵ２‐１の方が、ミラーユニットＭＵ１‐１よりも、ハーフミラー１から離れた位置に配置されている。よって、図４では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）のうちで、ミラーユニットＭＵＮ‐１がハーフミラー１から最も離れた位置に配置されている。

ここで、ハーフミラーの面の法線方向をａ方向、ａ方向と直交する方向をｂ方向とする。そうすると、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）は、ａ方向において、ハーフミラー１までの距離が各々異なるように配置されていることになる。

なお、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）に関しては、いずれのミラーユニットも、ａ方向におけるハーフミラー１までの距離は同じである。

図５は、ミラーユニットＭＵ１‐１の部分を拡大して示している。図５では、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ２‐１を重ねた状態で表している。ここで、ミラーＭ１‐１１’とミラーＭ１‐１２’はミラーユニットＭＵ１‐１における２つのミラーの位置である。また、ミラーＭ１‐１１とミラーＭ１‐１２は、ミラーユニットＭＵ２‐１における２つのミラーの位置である。

図５に示すように、ミラーＭ１‐１１’とミラーＭ１‐１２’との位置は、互いに異なる。ここで、例えば、点Ａから点Ｂを経由して点Ｃへ至る経路（光路）を、Ａ・Ｂ・Ｃと記述する。すると、ミラーユニットＭＵ１‐１へ入射された光パルスの経路は、Ａ１・Ｅ１‐１１’・Ｅ１‐１２’・Ａ１となる。

一方、ミラーユニットＭＵ２‐１へ入射された光パルスの経路は、Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１となる。

これより、ミラーユニットＭＵ１‐１に対するミラーユニットＭＵ２‐１の光路長変化量Δは、
光路 Ｅ１‐１１’・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐３と、
光路 Ｅ１‐４・Ｅ１‐１２・Ｅ１‐１２’と、
を加算したものに相当する。

ミラーユニットＭＵ１‐２〜ミラーユニットＭＵ１‐Ｎも、それぞれ異なる光路長変化量を持つ位置に配置されている。すなわち、光路長変化量Δを基準として、各ミラーユニットは、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の光路長変化量が２^ｉ−１Δ（ｉ＝１〜Ｎ）になるよう配置されている。

このように構成された状態で、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ１に、図示省略したパルス光源から出射された光パルスＰが入射する。

これにより、光パルスＰは、ハーフミラー１の透過側と反射側とに分波される。ハーフミラー１で反射された光パルスＰは、経路１（Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１）を通過する。そして、所定箇所Ｏ２に入射する。この経路は基本経路であるため、光パルスＰは、入射した光パルスそのものになる。その様子を示したのが図６（ａ）である。

一方、ハーフミラー１を透過した光パルスＰは、経路２（Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１）を通過する。この経路２は、光路長変化量Δを含む。よってこの経路２を進行することで、光路長変化量Δ分の時間遅延が生じた光パルスＰ１が生成される。その様子を示したのが図６（ｂ）である。図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）を合わせた図である。この図６（ｃ）から、光パルスＰと光パルスＰ１の間に時間差（時間遅延）が生じていることがわかる。

このように、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ１で分波された光パルスＰは、それぞれ、
経路１ Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１と、
経路２ Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１と、
を経て、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ２において交わる。

次に、所定箇所Ｏ２では、経路１を経た光パルスＰが、ハーフミラー１の透過側と反射側とに分波される。同様に、経路２を経た光パルスＰ１が、ハーフミラー１の透過側と反射側とに分波される。

従って、経路２を経た光パルスＰ１のうちのハーフミラー１を透過した光パルスＰ１は、経路１を経た光パルスＰのうちのハーフミラー１で反射された光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。

また、経路２を経た光パルスＰ１のうちのハーフミラー１を反射した光パルスＰ１は、経路１を経た光パルスＰのうちのハーフミラー１で透過された光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。このように、所定箇所Ｏ２では、光パルスの分波と合波が同時に行われる。

所定箇所Ｏ２を通過した直後では、分波された光パルス（透過側と反射側の光パルス）は、両者とも、光パルスＰとＰ１を含んでいる。

分波されたパルスのうち、ミラーユニットＭＵ２‐２へ向かう光パルスＰ及びＰ１は、経路３（Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２）を通過する。ここで、ミラーユニットＭＵ２‐２は、ミラーユニットＭＵ１‐２と構造が同一である。また、ミラーユニットＭＵ２‐２の配置位置は、基準線Ｄに沿って移動させたとき、ミラーユニットＭＵ１‐２と重なる位置である。よって、経路３を通過する光パルスは、光路１を通過する光パルスと同様に、時間遅延は生じない。よって、所定箇所Ｏ３に到達する光パルスは、図６の（ｃ）に示すように、光パルスＰ及びＰ１のままである。

一方、ミラーユニットＭＵ２‐１へ向かう光パルスＰ及びＰ１は、経路４（Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２）を通過する。ここで、ミラーユニットＭＵ２‐１は、ミラーユニットＭＵ１‐１と構造が同一である。ただし、ミラーユニットＭＵ２‐１の配置位置は、ミラーユニットＭＵ１‐１よりも、更にハーフミラー１から離れた位置である。すなわち、ミラーユニットＭＵ２‐１の位置は、ミラーユニットＭＵ１‐１における光路長変化量Δの２倍の光路長変化量（２Δ）が生じるような位置に移動している。

これより、図６の（ｄ）に示すように、光パルスＰは光パルスＰ２になり、光パルスＰ１は光パルスＰ３になる。光パルスＰ２は、光パルスＰに対して光路長変化量２Δ分の時間遅延が生じた光パルスとなる。一方、光パルスＰ３は、光パルスＰ１に対して光路長変化量２Δ分の時間遅延が生じた光パルスとなる。ここで、光パルスＰ１は、既に、光路長変化量Δ分の時間遅延が生じている。よって、光パルスＰ３は、光パルスＰに対して光路長変化量３Δ分の時間遅延が生じた光パルスとなる。

この光パルスＰ及びＰ１は、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ３に入射する。即ち、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ２で分波された光パルスは、それぞれ、
経路３ Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２と、
経路４ Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２と、
を経て、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ３において交わる。

所定箇所Ｏ３では、所定箇所Ｏ２と同じように、分波が行われる。よって、図６の（ｅ）に示すように、分波された光パルスの各々は、光パルスＰ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が含まれる。

このように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、
光路Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２・Ｏ３を、進行する過程で、反射・分波・合波を交互に繰り返す。

同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、
光路Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１・Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２・Ｏ３で反射・分波・合波を交互に繰り返す。

つまり、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、例えば、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ１から所定箇所Ｏ３に至るまでには、以下の４つの経路が存在する。
（１）：Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１・Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２・Ｏ３
（２）：Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２・Ｏ３
（３）：Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１・Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２・Ｏ３
（４）：Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２・Ｏ３

図４の構成において、上記４つの経路を経たそれぞれの光パルスは、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ３において同時に合波される。このとき、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ２‐１による光路長変化量Δと２Δがなければ、合波された光パルスには、光パルスＰしか含んでいないことは容易に理解できる。

そして、上記各光路における光路長差は、下記のように変化する。その結果、上記各経路を経た光パルスには、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ３に到達した時点で、時間差（時間遅延）が生じる。

（１） 経路 Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１・Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２・Ｏ３
光路長差 ３Δ
（２） 経路 Ｏ１・Ａ１・Ｅ１‐１１・Ｅ１‐１２・Ａ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２・Ｏ３
光路長差 １Δ
（３） 経路 Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１・Ｏ２・Ａ２・Ｅ２‐１１・Ｅ２‐１２・Ａ２・Ｏ３
光路長差 ２Δ
（４） 経路 Ｏ１・Ｂ１・Ｅ１‐２１・Ｅ１‐２２・Ｂ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｅ２‐２１・Ｅ２‐２２・Ｂ２・Ｏ３
光路長差 ０Δ

つまり、４つの経路を通った光パルスは、光速をｃとするとΔ／ｃのパルス間隔を有した光パルス列になる。従って、上記経路以降のハーフミラー１上の所定箇所Ｏ（Ｎ＋１）に至るまでの経路においても上記経路と同様に、光パルスは、Ｎ回の分波・合波を繰り返す。

これにより、時間的に分離された２のＮ乗個の光パルスの列を生成させることができる。

このように、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の位置（ハーフミラー１からの距離）を異ならせることで、入射した光パルスＰに対して時間遅延が生じた光パルス列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…を生じさせることができる。この時間遅延の量は、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の位置、すなわち、ハーフミラー１からの距離で決まる。そのため、図４の状態のΔに代えてΔ’の光路長変化量が生じるようにすれば、図４とは間隔の異なる光パルス列を得ることができる。

そこで、例えば、図４において点線で示すように、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を配置する。図４では、便宜上、ミラーユニットＭＵ１‐１のみに移動機構ＳＴ１を配置した様子を示したが、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）ごとに、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を配置すればよい。ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）を移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）上に載置し、適宜移動させることで、図４とは時間間隔の異なる光パルス列を得ることができる。このように、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は必須ではないが、あればより好ましい。移動機構としては、ステージがある。

（光パルス列の空間的分離）
次に、光パルス列を空間的に分離する構成について図１に基づいて説明する。上述のように、対向する位置に配置されたミラーユニットの組は、例えば、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ１‐２、ミラーユニットＭＵ２‐１とミラーユニットＭＵ２‐２、…ミラーユニットＭＵＮ‐１とミラーユニットＭＵＮ‐２である。図１では、このミラーユニットの組において、両者は、基準線Ｓまでの距離が各々異なるように配置されている。

例えば、ミラーユニットＭＵ１‐１とミラーユニットＭＵ１‐２では、ミラーユニットＭＵ１‐１の方が、ミラーユニットＭＵ１‐２よりも、基準線Ｓから離れた位置に配置されている。同様に、ミラーユニットＭ２‐１とミラーユニットＭＵ２‐２では、ミラーユニットＭＵ２‐１の方が、ミラーユニットＭＵ２‐２よりも、基準線Ｓから離れた位置に配置されている。

さらに、ミラーユニットＭＵ２‐１の方が、ミラーユニットＭＵ１‐１よりも、基準線Ｓから離れた位置に配置されている。よって、図１では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）のうちで、ミラーユニットＭＵＮ‐１が基準線Ｓから最も離れた位置に配置されている。

ここで、図４と同様に、ハーフミラーの面の法線方向をａ方向、ａ方向と直交する方向をｂ方向とする。そうすると、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）は、ｂ方向において、基準線Ｓまでの距離が各々異なるように配置されていることになる。言い換えると、ハーフミラー１の一方の側に配置されたミラーユニット、すなわちミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）は、隣り合う間隔が異なるように配置されていることになる。

なお、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）に関しては、いずれのミラーユニットも、ｂ方向における基準線Ｓまでの距離は同じである。

また、基準線Ｓは、対向する一対のミラーユニットＭＵ１−１、ＭＵ１−２がハーフミラー１に関して線対称に配置されているとき（移動が無いとき）、両ミラーユニットの、例えば端面を結んで得られる線分である。この基準線Ｓは、図１示すように、一対のミラーユニットごとに設けることができる。あるいは、１組のミラーユニットについて基準線Ｓを設定し、この基準線を使って、他の組のミラーユニットの位置を設定してもよい。

なお、図１では、ミラーユニットの端面を使って基準線Ｓを設定している。しかしながら、ここで重要なのは、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）のミラーと、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）のミラーの相対的な位置関係である。よって、基準線Ｓは、ミラーユニットではなくミラーに基づいて設定することが好ましい。例えば、基準線Ｓとして好ましいのは、ミラーＭｉ‐１１(ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐１２(ｉ＝１〜Ｎ）の中点と、ミラーＭｉ‐２１(ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐２２(ｉ＝１〜Ｎ）の中点を結ぶ線である。

実施例１における光パルス多重化ユニット１０では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）を、それぞれ基準線ＳからΔｂ、２Δｂ、・・・、２^ＮΔｂだけずれた位置に配置されている。また、ハーフミラー１に対して、光パルスＰが４５°の入射角度で入射するように光パルス光源（図示省略）が配置されている。

このように構成された実施例１における光パルス多重化ユニット１０の機能について説明する。図１中、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ１に光パルスＰが入射すると、入射した光パルスＰは、ハーフミラー１を介して透過側と反射側とに分波される。ハーフミラー１を透過した光パルスＰは、ミラーＭ１−１１上の点Ｅ１−１１、ミラーＭ１−１２上の点Ｅ１−１２で反射されてハーフミラー１上の所定箇所Ｏ３に入射する。即ち、光パルスＰは、経路１０（Ｏ１・Ｅ１−１１・Ｅ１−１２・Ｏ３）を経由して所定箇所Ｏ３に到達する。

一方、ハーフミラー１で反射された光パルスＰは、ミラーＭ１−２１上の点Ｅ１−２１、ミラーＭ１−２２上の点Ｅ１−２２で反射されてハーフミラー１上の所定箇所Ｏ２に入射する。即ち、光パルスＰは、経路１１（Ｏ１・Ｅ１−２１・Ｅ１−２２・Ｏ２）を経由して所定箇所Ｏ３に到達する。
このように、ハーフミラー１上の所定箇所Ｏ１で分波されたそれぞれの光パルスＰは、経路１０を経由する光と、経路１１を経由する光とに別れる。

ここで、ミラーユニットＭＵ１−１の位置は、基準線Ｓ（即ちミラーユニットＭＵ１−２）に対して、ΔｂだけミラーユニットＭＵ２−１側に離れた位置となっている。このため、所定箇所Ｏ２に到達する光パルスＰ１０と、所定箇所Ｏ３に到達する光パルスＰ１１とは、ハーフミラー１に到達する位置が互いに異なる。

よって、光パルスＰ１０のうちの所定箇所Ｏ２を透過した光パルスＰ１０’と、光パルスＰ１１のうちの所定箇所Ｏ３で反射された光パルスＰ１１’は、空間的には互いに√２Δ離れた光パルスとなる。また、２つの光パルスは、互いに平行に進行する光となる。同様に、光パルスＰ１０のうちの所定箇所Ｏ２で反射された光パルスＰ１０”と、光パルスＰ１１のうちの所定箇所Ｏ３を透過した光パルスＰ１１”も、空間的には互いに√２Δ離れた光パルスとなる。また、２つの光パルスは、互いに平行に進行する光となる。

さらに、ミラーユニットＭＵ２−１の位置は、基準線Ｓ（即ちミラーユニットＭＵ２−２）に対して、２ΔｂだけミラーユニットＭＵ３−１（不図示）側に離れた位置となっている。このため、所定箇所Ｏ２やＯ３と同様の反射・透過を生じて、所定箇所Ｏ２を透過した光パルスＰは所定箇所Ｏ７に到達する。所定箇所Ｏ２を反射した光パルスＰは所定箇所Ｏ５に到達する。所定箇所Ｏ３を透過した光パルスＰは所定箇所Ｏ４に到達する。所定箇所Ｏ３を反射した光パルスＰは所定箇所Ｏ６に到達する。これら４つの所定箇所を透過、あるいは反射した４つの光パルスは、空間的には互いに√２Δ離れた光パルスとなる。また、これらの光パルスは、互いに平行に進行する光となる。

つまり、上記４つの経路を辿る光パルスは、空間的には√２Δの間隔で互いに平行な光パルス列となり、時間的には√２Δ／Ｃのパルス間隔を有した光パルス列となる。

そこで、Ｎ個のミラーユニットを配置すれば、同様に、ハーフミラー１上でＮ回の分波と合波が繰り返される。これにより、空間的には√２Δ分離され、時間的には√２Δ／Ｃ分離された光パルス列が得られる。すなわち、隣り合う信号光パルスの間隔が空間的にも時間的にも分離された、２のＮ乗個の信号光パルス列を生成させることができる。

なお、図１では図示していないが、図４と同様に、図１においても移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を配置してもよい。図４では、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）を移動させるために用いていた。よって、図１でも、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の位置決めに用いることができる。

図４では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の移動方向は、ａ方向であった。これに対して、図１では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）の移動方向はｂ方向である。よって、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）としては、２軸方向に移動する機構であることが好ましい。

なお、図１においても図４においても、重要なのはミラーユニットの位置ではなく、ミラーの位置である。よって、移動機構ＳＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーを保持する位置、例えばミラーユニットの内部に設けても良い。

なお、図１では、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）を、順に、基準線Ｓに対するｂ方向の間隔が増えるように配置した。しかしながら、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）において間隔が異なる配置であれば、どのような間隔順でもよい。

（空間的分離と時間的分離）
図４等を用いて説明したように、対向する一対のミラーユニットのａ方向の間隔を所定の間隔にすることで、時間的に分離した光パルス列を生成できる。また、図１で説明したように、ミラーユニットの位置を基準線Ｓに対してｂ方向に所定の間隔だけずらすことで、空間的に分離した光パルス列を生成できる。

本実施例では、このようにミラーユニットの直交する２方向への移動により、空間的、かつ時間的に分離した光パルスを生成できる。次に、生成された光パルス列の検出について説明する。

実施例１における時間分解計測装置１００は、上述した光パルス多重化ユニット１０に加えて、ビームスプリッタ２０と撮像素子３とを備えている。ビームスプリッタ２０は、光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光との合波位置に設けられている。

ここでは、光パルス多重化ユニット１０に、信号光パルスが入射する。信号光パルスは光源からの光パルスではなく、例えば、所定の物質を透過あるいは、所定の物質で反射された光パルスである。

図２の左側に示すように、Δｔ＝√２Δ／Ｃとしたときに、信号光パルスが、全体で７Δｔの時間幅の広がりを持つ信号光パルス（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）であるとする。この信号光パルス（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）が、光パルス多重化ユニット１０を透過したときには、図２の右側に示すように空間的にも時間的にもずれる。ここで、時間が７Δｔ経過した時点での点線で示された部分を見ると、ｘ軸方向に時間的な分布（即ち、図２における横軸に沿った信号光パルスの分布）と同じ分布が生成されていることが分かる。つまり、この点線で示される部分だけを取り出せば、信号光パルス（ｉ１、ｉ２、…、ｉ８）の時間分布を空間分布として取得できることになる。

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

このとき、実施例１の光パルス多重化ユニット１０によれば、信号光パルスは、いずれの波長も同一方向に伝播していく。このため、信号光パルスと参照光とをビームスプリッタ２０を介して合波させた場合、合波位置における信号光パルスと参照光パルスとのなす角度が波長によって変化することがほとんど無い。従って、実施例１の光パルス多重化ユニット１によれば、上述した従来の２次元光波変換光学系において問題となっていた、干渉縞の縞間隔が波長により大きく異なってしまうという問題が発生せず、空間的に分離される、信号光パルスを構成する各波長に対し、時間分解計測としての時間分解能を一定にして時間変化の解析を行うことが可能となる。

また、実施例１の光パルス多重化ユニット１０によれば、Ｎ個のミラーユニットのΔａ、Δｂの値が可変となるように、移動可能である。このため、用いる信号光パルスを構成する各信号の時間的、空間的な間隔に応じてミラーユニットの各々の位置を調整できる。このため、実施例１の光パルス多重化ユニット１０によれば、信号光パルスを構成する各信号の間隔を問わず、多様な信号光パルスについて時間分解計測をすることができる。

図７は本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、図８は実施例２の光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。
実施例２の時間分解計測装置２００は、図１に示した光パルス多重化ユニット１０と、その出射光路上に、分光手段１４を有して構成されている。光パルス多重化ユニット１０の構成は、実施例１と同一であるので、詳細な構成の図示は省略する。なお、図７（ａ）、（ｂ）中、ビームスプリッタ２０は実施例１の光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光との合波位置に設けられている。また、撮像素子３も設けられている。光パルス多重化ユニット１０は時間分解計測に際しこれらの光学素子とともに用いられる。
分光手段１４は、第１レンズ１４１と、分散素子１４２と、第２レンズ１４３とで構成されている。

分散素子１４２は、入射光を光パルス多重化ユニット１０を介して時間的、空間的に多重化された方向（ｚ軸方向及びｘ軸方向）に対して垂直な方向（ｙ軸方向）に分散させる機能を備えている。そして、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１近傍に配置されている。また、第２レンズ１４３は、前側焦平面ＦＦ２が第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１にほぼ一致した位置となるように配置されている。

その他、光パルス多重化ユニット１０の構成及び信号光パルスの多重化作用については実施例１と同様である。

このように構成された実施例２の光パルス多重化ユニット１０では、光パルス多重化ユニット１０を介して空間的、時間的に多重化された信号光パルスは、第１レンズ１４１を介して後側焦点面ＦＢ１に集光される。集光された信号光パルスは、分散素子１４２を介して波長毎に異なる方向（光パルス多重化ユニット１０を介して時間的、空間的に多重化された方向（ｚ軸方向及びｘ軸方向）に対して垂直な方向（ｙ軸方向））に回折される。波長毎に異なる方向に回折された信号光パルスは、第２レンズ１４３を介して各波長が互いに平行光に変換される。

このようにして信号光パルスは、分光手段１４を経ることによって、時間的に変化する方向に対して垂直な方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に波長分解され、時間と波長の２次元情報に変換されることになる。

そこで、参照光をビームスプリッタ２０に照射すれば、この２次元の波長情報に変換された信号光パルスと参照光パルスとが同時に存在するときにだけ図８に示すような干渉縞が生成されることとなる。

その際、第１レンズ１４１で集光された信号光パルスは、分散素子１４２を介して波長毎に異なる方向に回折されている。このとき、分散素子１４２は、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１近傍に配置され、また、第２レンズ１４３の前側焦平面ＦＦ２は、第１レンズ１４１の後側焦平面ＦＢ１にほぼ一致した位置に配置されている。このため、波長毎に異なる方向に回折された信号光パルスは、第２レンズ１４３を介して各波長が互いに平行となるように変換される。このため信号光パルスは、波長が分離されても伝播方向がほぼ平行となるため、参照光と合波しても、干渉縞の縞間隔は波長によって変化せず一定となる。

従って、実施例２の光パルス多重化ユニット１０によれば、上述した従来の２次元光波変換光学系において問題となっていた、干渉縞の縞間隔が波長により大きく異なってしまうという問題が発生せず、空間的に分離される、信号光パルスを構成する２次元の各波長に対し、時間分解計測としての時間分解能を一定にして時間変化の解析を行うことが可能となる。なお、レンズ１４１と１４３は、ｙｚ面に屈折力をもつシリンドリカルレンズでも良い。

図９は本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置２５０の概略構成を示す説明図である。実施例３の時間分解計測装置２５０は、光源５と、分岐手段６と、実施例２と同様の光パルス多重化ユニット１０と、合波手段２と、検出手段３を有している。光源５は、超短光パルスを発振するように構成されている。

分岐手段６は、ハーフミラー等を用いて、光源５からの超短光パルスを試料７に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐するように構成されている。光パルス多重化ユニット１０は、実施例２において述べたように、試料７を経た信号光パルスを空間的及び時間的に多重化する機能を備えている。合波手段２は、ビームスプリッタ２０と、参照光遅延手段２２と、参照光照射面積調整手段２１を有している。

ビームスプリッタ２０は、ハーフミラーで構成されており、光パルス多重化ユニット１０を介して空間的及び時間的に多重化された信号光パルスと参照光パルスとの合波位置に配置されている。

参照光遅延手段２２は、ミラー２２１，２２２，２２３を有し、かつ、ミラー２２１，２２２をミラー２２１の入射光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、ミラー２２１，２２２の移動量を調整することによって、合波手段２の合波位置（即ち、ビームスプリッタ２０）への参照光パルスの到達時間を調整することができるようになっている。ここでは、参照光パルスが信号光パルスと同じタイミングで合波手段２の合波位置に到達するように、ミラー２２１，２２２のミラー２２１の入射光軸に沿う移動量が調整されている。

参照光照射面積調整手段２１は、レンズ２１１，２１２を有するビームエキスパンダからなり、レンズ２１１，２１２の一方が、光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、レンズ２１１，２１２の相対的な間隔を調整することによって、合波手段２の合波位置での参照光パルスの照射面積を調整することができるようになっている。ここでは、合波手段２の合波位置での参照光パルスの照射面積が合波手段２の合波位置に到達する信号光パルスの照射領域の面積以上になるように、レンズ２１１，２１２の相対的な間隔が調整されている。

検出手段３は、合波手段２で合波されることによって生じた干渉縞を撮像するための撮像素子で構成されている。また、検出手段３は、撮像素子で撮像した情報を数値情報や画像情報として取得、表示するためのコンピュータやディスプレイ装置（図示省略）と接続されている。

このように構成された実施例３の光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置２５０によれば、光源５から発振された超短光パルスは、分岐手段６を介して２つに分岐される。この２つに分岐された光パルスの一方が試料７を照射する照射光パルスで、他方が参照光パルスである。

照射光パルスを試料７に照射された後、試料７を経た信号光パルスは、光パルス多重化ユニット１０を介して空間的及び時間的に多重化されて合波手段２の合波位置に到達する。

一方、参照光は、参照光遅延手段２２を介して、合波手段２の合波位置への到達が信号光パルスと同じになるようにして、参照光照射面積調整手段２１に導かれる。参照光照射面積調整手段２１に導かれた参照光パルスは、参照光パルスの合波手段２の合波位置での照射面積が信号光パルスの照射領域の面積をカバーする大きさに調整されて、合波手段２の合波位置に到達する。

合波手段２の合波位置に配置されたビームスプリッタ２０で合波された信号光パルスと参照光パルスは、干渉縞を生じ、検出手段３を介して撮像される。撮像された情報は、図示省略したコンピュータやディスプレイ装置を介して画像情報や数値情報として取得、表示される。これにより、信号光パルスが時間的、空間的に分離された情報として得られる。

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

本発明の実施例１にかかる時間分解計測装置の概略構成を示す図である。 実施例１の光パルス多重化ユニットにおける、信号光パルスの空間的、時間的な変換の様子を示す説明図である。 実施例１の光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。 実施例１に係る光パルス多重化ユニットの概略構成を示す他の図である。 実施例１に係る光パルス多重化ユニットの一部の構成を拡大して示す図である。 実施例１の光のパルス列を示す図である。 本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。 実施例２の光パルス多重化ユニットにおいて、信号光パルスと参照光パルスとの合波により生ずる干渉縞を示す説明図である。 本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットを用いた時間分解計測装置の概略構成を示す説明図である。 従来の極短光パルスの波形計測技術にかかる２次元空間変換光学系の概略構成を示す斜視図である。 図１０の２次元光波変換光学系に用いられるフィルタ７００の説明図である。 図１０の２次元光波変換光学系により２次元空間変換された波長分布を示すグラフである。 図１０の２次元光波変換光学系における信号光パルスを構成する各波長の伝播方向を示す説明図である。

符号の説明

１ ハーフミラー
１０ 光パルス多重化ユニット
１４ 分光手段
１４１ 第１レンズ
１４２ 分散素子
１４３ 第２レンズ
２ 合波手段
２０ ビームスプリッタ
２１ 参照光照射面積調整手段（ビームエキスパンダ）
２１１，２１２ レンズ
２２ 参照光遅延手段
２２１，２２２，２２３ ミラー
３ 検出手段（撮像素子）
５ 光源
６ 分岐手段
７ 試料
１００、２００、２５０ 時間分解計測装置
ＭＵ１‐１、ＭＵ２‐１、ＭＵｎ‐１、ＭＵ１‐２、ＭＵ２‐２、ＭＵＮ‐２ ミラーユニット
Ｍ１‐１１、Ｍ１‐１２、Ｍ２‐１１、Ｍ２‐１２、ＭＮ‐１１、ＭＮ‐１２、Ｍ１‐２１、Ｍ１‐２２、Ｍ２‐２１、Ｍ２‐２２、ＭＮ‐２１、ＭＮ‐２２ ミラー
ＳＴ ミラーユニット間隔調整ステージ（ミラー間隔調整ステージ）

Claims (7)

1. 入射光を分波して、透過光及び反射光を生成するハーフミラーと、
   前記ハーフミラーの両側に対向配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及び反射光をそれぞれ偏向して、再び前記ハーフミラー上の共通箇所で合波を行わせると共に時間遅延差を生じる一対のミラーユニットと、を有し、
   前記一対のミラーユニットのぞれぞれは２枚のミラーを有し、
   さらに、対向配置された一対の前記ミラーユニット間の間隔を可変にするミラーユニット間隔調整ステージと、
   前記対向する方向と直交する方向に隣接する前記ミラーユニットどうしの間隔を可変にするミラー間隔調整ステージと、を有し、直交する２方向への移動により空間的且つ時間的に光パルスを多重化するようにしたことを特徴とする光パルス多重化ユニット。
2. 前記ミラーユニットは、Ｎ（Ｎは整数）個設けられ、
   前記ミラーユニットの一方向への移動により得られる基準の光路長差をΔとしたとき、前記第Ｎ番目の前記ミラーユニットにより得られる光路長差が２^Ｎ−１×Δであることを特徴とする請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
3. 前記ミラーユニット間隔調整ステージは、前記ミラーユニットを前記ハーフミラーの法線方向に移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
4. 前記ミラー間隔調整ステージは、前記ミラーユニットを前記ハーフミラーに沿った方向に移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
5. 光パルスを発する光源と、
   前記光源からの光パルスを試料に照射するための照射光パルスと参照光パルスとに分岐する分岐手段と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の光パルス多重化ユニットと、
   前記光パルス多重化ユニットを経た信号光パルスと参照光パルスとを合波する合波手段と、
   前記合波手段で合波されることによって生じた干渉縞を検出可能な検出手段を有することを特徴とする時間分解計測装置。
6. 前記合波手段が、
   前記信号光パルスと参照光との合波位置に配置されたビームスプリッタと、
   前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置への到達時間を調整可能な参照光遅延手段と、
   前記合波手段の合波位置に到達する信号光パルスに合わせて参照光パルスの該合波位置での照射面積を調整可能な参照光照射面積調整手段を有することを特徴とする請求項５に記載の時間分解計測装置。
7. ハーフミラーと、
   該ハーフミラーの両側に対向配置され、前記ハーフミラーにより分波された透過光及び反射光をそれぞれ偏向して、再び前記ハーフミラー上の共通箇所で合波を行わせると共に時間遅延差を生じる一対のミラーユニットと、
   前記ハーフミラーの一方の側に配置され、前記ミラーユニットを直交する２方向に移動可能な第１の移動機構を有し、
   該一対のミラーユニットのぞれぞれは、対向配置された２枚のミラーを少なくとも有し、
   前記２枚のミラーは、各々の面の法線と、前記ハーフミラーの法線がなす角度が等しく、且つ符号が反転しており、前記ハーフミラーから離れるにつれて面間隔が減少するようにそれぞれ配置され、
   対向する位置に配置された前記ミラーユニットの組は、前記ハーフミラーまでの距離が各々異なるように配置され、
   前記一方の側に配置された前記ミラーユニットは、前記対向する方向と直交する方向における隣り合う間隔が異なるように配置され、
   前記ミラーユニットの直交する２方向の間隔が異なることにより空間的且つ時間的に光パルスを多重化することを特徴とするパルス多重化ユニット。

Images