JPH01302127A - Light pulse measuring apparatus - Google Patents

Light pulse measuring apparatus

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Publication number
JPH01302127A
JPH01302127A JP13399088A JP13399088A JPH01302127A JP H01302127 A JPH01302127 A JP H01302127A JP 13399088 A JP13399088 A JP 13399088A JP 13399088 A JP13399088 A JP 13399088A JP H01302127 A JPH01302127 A JP H01302127A
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JP
Japan
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semiconductor crystal
measured
light
crystal
incident
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Pending
Application number
JP13399088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Mogi
一男 茂木
Kazunori Naganuma
和則 長沼
Hajime Yamada
肇 山田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP13399088A priority Critical patent/JPH01302127A/en
Publication of JPH01302127A publication Critical patent/JPH01302127A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains

Abstract

PURPOSE:To eliminate the necessity for making a semiconductor crystal thin and to perform measurement without moving a semiconductor, by splitting a light pulse to be measured into two pulses to give relative light path length difference before synthesizing both pulses to one luminous flux and allowing said luminous flux to be incident to the semiconductor crystal. CONSTITUTION:A light pulse to be measured is split into two pulses by a half mirror 1 while two pulses are reflected by prisms 6, 7 to be again synthesized to one luminous flux which is, in turn, incident to a semiconductor crystal 4 through a lens 8. The electric conductivity change due to two-photon absorption of the crystal 4 is measured by a circuit consisting of a DC power supply 9, a differential amplifier 10 and a load resistor 19 to be recorded on a recorder 5. The prism 7 is reciprocally moved by a moving stand 20 and the relative light path length difference of the split luminous fluxes is changed to perform measurement. The conductivity change of the crystal 4 is proportional to the square of he electric field intensity of light. The continuous time (pulse width) of the light pulse to be measured is calculated from the electric field intensity change of incident light due to light path length difference and the delay time due to said difference. Since only one surface of the crystal 4 is used in measurement, it is unnecessary to make the crystal thin.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学素子の発光特性、透過特性その他の光学特
性の測定に利用する。特に、時間幅が現存の光検出器の
応答時間程度以下と非常に短い光パルスの波形および位
相を詳細に測定する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is used to measure the light emission characteristics, transmission characteristics, and other optical characteristics of optical elements. In particular, the present invention relates to a device that measures in detail the waveform and phase of a very short optical pulse whose time width is equal to or less than the response time of existing photodetectors.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第12図は従来例光パルス測定装置の構成を示す。 FIG. 12 shows the configuration of a conventional optical pulse measuring device.

この装置は、2光子吸収、伝導特性を有する半導体結晶
4と、被測定光パルス光束を二つに分岐する半透鏡1と
、分岐された光束を互いに対向する方向で半導体結晶4
に入射させる反射鏡2.3と、半導体結晶4を移動させ
る移動台20と、半導体結晶4に直流電圧を供給する直
流電源9と、半導体結晶4に流れる電流を測定する電流
計24と、測定された電流値を記録する記録計5とを備
える。
This device includes a semiconductor crystal 4 having two-photon absorption and conduction characteristics, a semi-transparent mirror 1 that splits a pulsed light beam to be measured into two, and a semiconductor crystal 4 that directs the split light beams in opposite directions.
A reflecting mirror 2.3 for making the light incident on the semiconductor crystal 4, a moving table 20 for moving the semiconductor crystal 4, a DC power supply 9 for supplying DC voltage to the semiconductor crystal 4, an ammeter 24 for measuring the current flowing through the semiconductor crystal 4, and a measuring device. and a recorder 5 for recording the current value.

半導体結晶4は、そのエネルギ禁制帯幅が入射光束の1
光子のもつエネルギより大きぐ、このエネルギの二倍よ
りも小さい。したがって、半導体結晶4中には、対向し
て入射した二つの反射光束の相関により生じる合成電場
の二乗に比例して、2光子吸収による光伝導が発生する
。この光伝導は、半導体結晶4に直流電圧を印加するこ
とにより、電流変化として検出される。
The semiconductor crystal 4 has an energy forbidden band width equal to 1 of the incident light beam.
It is greater than the energy of a photon, but less than twice this energy. Therefore, in the semiconductor crystal 4, photoconduction due to two-photon absorption occurs in proportion to the square of the combined electric field generated by the correlation of the two reflected light fluxes incident oppositely. This photoconduction is detected as a current change by applying a DC voltage to the semiconductor crystal 4.

そこで、半導体結晶4を入射パルスの光軸に沿って移動
させ、この移動と同期をとりながら電流変化を記録計5
に記録する。これにより、入射した光パルスの強度相関
波形が得られる。この強度相関波形の分解能は、半導体
結晶4の厚さに依存する。
Therefore, the semiconductor crystal 4 is moved along the optical axis of the incident pulse, and the current change is recorded by the recorder 5 while being synchronized with this movement.
to be recorded. As a result, an intensity correlation waveform of the incident optical pulse is obtained. The resolution of this intensity correlation waveform depends on the thickness of the semiconductor crystal 4.

また、本出願人は、マイケルソン干渉計を使用した光パ
ルス測定方法について既に特許出願したく特願昭62−
73547、本願出願時未公開、以下「先願」という)
。この測定方法では、干渉計により得られた合波光を二
次高調波光発生能を有する非線形結晶に入射し、発生す
る二次高調波光と基本波光とを光検出器で検出し、電気
信号に変換する。
Additionally, the applicant has already filed a patent application for a method of measuring optical pulses using a Michelson interferometer.
73547, unpublished at the time of filing, hereinafter referred to as "earlier application")
. In this measurement method, the combined light obtained by an interferometer is incident on a nonlinear crystal that has the ability to generate second harmonic light, and the generated second harmonic light and fundamental wave light are detected by a photodetector and converted into electrical signals. do.

これにより、強度相関波形が得られる。As a result, an intensity correlation waveform is obtained.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

第12図に示した従来例装置では、半導体結晶4の内部
における電場強度が、対向して入射する二つの光束の間
の干渉により、入射光束の波長程度の長さで変化する。
In the conventional device shown in FIG. 12, the electric field strength inside the semiconductor crystal 4 changes by a length approximately equal to the wavelength of the incident light beam due to interference between two opposingly incident light beams.

この変化により、半導体結晶4の内部に屈折率の空間分
布が生じ、入射パルスが影響を受けて元の波形が歪んで
しまう欠点があった。
This change causes a spatial distribution of refractive index inside the semiconductor crystal 4, which has the disadvantage that the incident pulse is affected and the original waveform is distorted.

また、この問題点を回避して高い分解能の測定を行うた
め、すなわち上述の干渉成分をも分解した測定を行うた
めには、厚さが入射光束の波長程度の極めて薄い半導体
結晶が必要となる欠点があった。このような半導体結晶
は、その製造が困難であるだけでなく、保持することも
困難である。
In addition, in order to avoid this problem and perform high-resolution measurements, that is, to perform measurements that also resolve the above-mentioned interference components, an extremely thin semiconductor crystal whose thickness is about the same as the wavelength of the incident light beam is required. There were drawbacks. Such semiconductor crystals are not only difficult to manufacture, but also difficult to maintain.

さらに、測定の感度向上のために入射光束を半導体結晶
4中に収束させようとすると、半導体結晶4を測定中に
移動させる必要があることから、入射光束の収束点もこ
れに合わせて移動させなければならない欠点があった。
Furthermore, in order to converge the incident light flux into the semiconductor crystal 4 in order to improve measurement sensitivity, it is necessary to move the semiconductor crystal 4 during the measurement, so the convergence point of the incident light flux must also be moved accordingly. There was a drawback that it had to be.

また、先願の方法では、発生する二次高調波光が微弱で
ある欠点があった。
Furthermore, the method of the prior application had a drawback in that the generated second harmonic light was weak.

本発明は、以上の問題点を解決し、半導体結晶内での入
射光束の干渉がなく、薄い半導体結晶を使用する必要が
なく、半導体結晶を移動させる必要のない光パルス測定
装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems and provides an optical pulse measurement device in which there is no interference of incident light flux within a semiconductor crystal, there is no need to use a thin semiconductor crystal, and there is no need to move the semiconductor crystal. With the goal.

〔問題点を対決するための手段〕[Means for confronting problems]

本発明の光パルス測定装置は、二つの光束に分岐された
被測定光パルスを半導体結晶に集光する手段として、二
つの光束に相対的な光路長差を与えてからひとつの光束
に合波する手段を含むことを特徴とする。
The optical pulse measurement device of the present invention focuses the optical pulse to be measured, which has been split into two beams, onto a semiconductor crystal by giving a relative optical path length difference to the two beams and then combining them into one beam. It is characterized in that it includes means for.

〔作 用〕[For production]

被測定光パルス光束は、マイケルソン干渉計により分岐
および合波された後に、半導体結晶に入射する。したが
って、対向する二つの光束を半導体結晶に入射して干渉
させるのではなく、干渉した光束を半導体結晶に入射さ
せる。
The measured optical pulse beam is split and multiplexed by a Michelson interferometer, and then enters the semiconductor crystal. Therefore, rather than making two opposing light beams enter the semiconductor crystal and cause them to interfere, the interfered light beams are made to enter the semiconductor crystal.

また、光パルスの相関波形を得るために、電場の空間分
布を半導体結晶の移動により測定するのではなく、マイ
ケルソン干渉計の相対的光路長差を変化させることによ
り、電場の空間分布を半導体結晶の表面で再現する。
In addition, in order to obtain the correlated waveform of the optical pulse, instead of measuring the spatial distribution of the electric field by moving the semiconductor crystal, by changing the relative optical path length difference of the Michelson interferometer, we can measure the spatial distribution of the electric field by changing the relative optical path length difference of the Michelson interferometer. Reproduced on the surface of a crystal.

したがって、半導体結晶の厚さの影響を受けることなく
測定でき、薄い結晶の製造や保持の問題なく高精度の測
定が可能となる。さらに、半導体結晶を移動させる必、
要がないことから、入射光束の収束点を移動させる必要
もない。
Therefore, measurement can be performed without being affected by the thickness of the semiconductor crystal, and highly accurate measurement can be performed without problems in manufacturing or holding thin crystals. Furthermore, it is necessary to move the semiconductor crystal.
Therefore, there is no need to move the convergence point of the incident light beam.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明第一実施例光パルス測定装置のブロック
構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a first embodiment of the present invention.

この装置は、被測定光パルスを二つの光束に分岐する分
岐手段、すなわち半透鏡1と、この二つの光束を共通の
半導体結晶4に入射させる集光手段、すなわちプリズム
6.7、レンズ8と、半導体結晶4の2光子吸収による
電気伝導度の変化を測定する測定回路、すなわち直流電
源9、差動増幅器10、負荷抵抗19および記録計5と
を備える。
This device includes a splitting means for splitting a light pulse to be measured into two light beams, that is, a semi-transparent mirror 1, and a focusing means for making these two light beams incident on a common semiconductor crystal 4, that is, a prism 6.7 and a lens 8. , a measuring circuit for measuring changes in electrical conductivity due to two-photon absorption of the semiconductor crystal 4, that is, a DC power supply 9, a differential amplifier 10, a load resistor 19, and a recorder 5.

集光手段はさらに移動台20を備え、この移動台20と
半透鏡1およびプリズム6.7とにより、二つの光束に
相対的な光路長差を与えてからひとつの光束に合波する
手段が構成される。
The condensing means further includes a movable table 20, and the movable table 20, the semi-transparent mirror 1, and the prism 6.7 provide means for giving a relative optical path length difference to two light beams and then combining them into one light beam. configured.

プリズム6は固定され、ブリズ1.7は移動台20によ
り光軸方向に移動可能である。これらのプリズム6.7
と、半透鏡1゛とにより、マイケルソン干渉計が構成さ
れる。
The prism 6 is fixed, and the lens 1.7 is movable in the optical axis direction by a moving table 20. These prisms 6.7
A Michelson interferometer is constituted by this and the semi-transparent mirror 1.

マイケルソン干渉計に入射した被測定光パルスは、半透
鏡1により二つの光束に分岐され、それぞれプリズム6
.7で反射された後に、再び半透鏡1により合波され、
レンズ8により半導体結晶4に集光される。
The measured light pulse that entered the Michelson interferometer is split into two beams by a semi-transparent mirror 1, and each beam is split into two beams by a prism 6.
.. After being reflected by 7, it is combined again by the semi-transparent mirror 1,
The light is focused on the semiconductor crystal 4 by the lens 8 .

半導体結晶4は、そのエネルギ禁制帯幅が被測定光パル
スの1光子のエネルギより大きく、2光子のエネルギよ
り小さいものを用いる。例えば被測定光パルスの波長が
6001mの場合には、セレン化亜鉛結晶や、ガリウム
・リン結晶、または同程度のエネルギ禁制帯幅をもつ半
導体結晶を用いる。
The semiconductor crystal 4 used has an energy forbidden band width larger than the energy of one photon of the optical pulse to be measured and smaller than the energy of two photons. For example, if the wavelength of the optical pulse to be measured is 6001 m, a zinc selenide crystal, a gallium phosphide crystal, or a semiconductor crystal having a similar energy bandgap is used.

半導体結晶4に合波された光束を入射すると、これらの
光束の相関により、半導体結晶4で2光子吸収の光伝導
が発生する。そこで、直流電源9から半導体結晶4に直
流電圧を印加すると、時間積分値が2光子エネルギに比
例する電流パルスが生成される。差動増幅器lOおよび
負荷抵抗19はインピーダンス変換を行い、電流パルス
の波形を電圧値として記録計5に記録する。
When the combined light beams are incident on the semiconductor crystal 4, two-photon absorption photoconduction occurs in the semiconductor crystal 4 due to the correlation between these light beams. Therefore, when a DC voltage is applied from the DC power supply 9 to the semiconductor crystal 4, a current pulse whose time integral value is proportional to the two-photon energy is generated. The differential amplifier lO and the load resistor 19 perform impedance conversion, and the waveform of the current pulse is recorded on the recorder 5 as a voltage value.

測定時には、移動台20を往復移動させ、この移動に同
期して、差動増幅器10の出力電圧の変化を記録計5に
記録する。これにより、移動台20の変化量の二倍(光
路長の変化)を横軸とする相関波形が得られる。
During measurement, the movable table 20 is moved back and forth, and changes in the output voltage of the differential amplifier 10 are recorded on the recorder 5 in synchronization with this movement. As a result, a correlation waveform whose horizontal axis is twice the amount of change in the moving table 20 (change in optical path length) is obtained.

第2図はこの実施例により得られた相関波形の一例を示
す。この図では、横軸として、光路長差によって生じる
遅延時間を用いる。
FIG. 2 shows an example of a correlation waveform obtained by this example. In this figure, the horizontal axis is the delay time caused by the difference in optical path length.

第3図は本発明第二実施例光パルス測定装置のブロック
構成図である。
FIG. 3 is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a second embodiment of the present invention.

この実施例は、記録計5のかわりに、結合回路23を介
して差動増幅器10の出力に接続される波形記録装置1
3およびコンピュータ14を備え、さらに、マイケルソ
ン干渉計から出力される光強度を測定する手段、すなわ
ち半透鏡22、光検出器11、増幅器12を備えたこと
が第一実施例と異なる。
In this embodiment, a waveform recording device 1 is connected to the output of a differential amplifier 10 via a coupling circuit 23 instead of a recorder 5.
This embodiment differs from the first embodiment in that it includes a computer 14 and a semitransparent mirror 22, a photodetector 11, and an amplifier 12 for measuring the light intensity output from the Michelson interferometer.

被測定光パルスは、第一実施例と同様にマイケルソン干
渉計に入射する。マイケルソン干渉計の出射光は、レン
ズ8を介して半導体結晶4に入射するとともに、半透鏡
22により分岐され、光検出器11に入射する。
The optical pulse to be measured is incident on the Michelson interferometer as in the first embodiment. The emitted light from the Michelson interferometer enters the semiconductor crystal 4 through the lens 8, is split by the semi-transparent mirror 22, and enters the photodetector 11.

半導体結晶4で発生した電流パルスは、差動増幅器10
および負荷抵抗19、結合回路23を介して、電圧波形
として波形記憶装置13に供給される。波形記憶装置1
3は、そのチャネルの一つに、電圧波形を蓄える。
The current pulse generated in the semiconductor crystal 4 is transmitted to the differential amplifier 10.
It is supplied as a voltage waveform to the waveform storage device 13 via the load resistor 19 and the coupling circuit 23. Waveform storage device 1
3 stores the voltage waveform in one of its channels.

半透鏡22により分岐された光束は、光検出器11に入
射し、光強度に比例した電気信号に変換される。この電
気信号は、増幅器12により増幅され、波形記憶装置1
3の別のチャネルに蓄えられる。
The light beam branched by the semi-transparent mirror 22 enters the photodetector 11 and is converted into an electrical signal proportional to the light intensity. This electrical signal is amplified by an amplifier 12, and the waveform storage device 1
stored in 3 separate channels.

測定時には、移動台20を速度Vで移動させ、これと同
期をとりながら、差動増幅器10の出力電圧の変化と増
幅器12の出力電圧の変化とを波形記憶装置13に記憶
する。これにより、移動台20の位置に対する二つの相
関波形が得られる。
At the time of measurement, the movable table 20 is moved at a speed V, and while synchronized with this, changes in the output voltage of the differential amplifier 10 and changes in the output voltage of the amplifier 12 are stored in the waveform storage device 13. As a result, two correlated waveforms for the position of the moving table 20 are obtained.

このとき、サンプリング間隔Δt1被測定光パルスの繰
り返し間隔Pおよび移動台20の移動速度Vについて、 P(Δt(λ。/(2V) の関係を満足するように設定する。ただし、λ。
At this time, the sampling interval Δt1, the repetition interval P of the measured optical pulse, and the moving speed V of the moving table 20 are set to satisfy the following relationship: P(Δt(λ./(2V)).However, λ.

は被測定光パルスの中心波長である。is the center wavelength of the optical pulse to be measured.

次に、得られた相関波形についてコンピュータ14によ
り解析する。最初に、波形記憶装置13に記憶された差
動増幅器10の出力電圧のデータを読み込む。差動増幅
器10の出力電圧S2(τ)は、Sa(τ) oe 1
 +2 c2(r)+ 4Re (F2(r) exp
(i a+(It))+Re CFa(r) exp(
2i a+0r))で表される。ここで、rは遅延時間
、ω。は被測定光パルスの中心角周波数であり、 ω、=2πC/λ。
Next, the obtained correlation waveform is analyzed by the computer 14. First, the data of the output voltage of the differential amplifier 10 stored in the waveform storage device 13 is read. The output voltage S2(τ) of the differential amplifier 10 is Sa(τ) oe 1
+2 c2(r)+4Re (F2(r) exp
(i a+(It))+Re CFa(r) exp(
2i a+0r)). Here, r is the delay time, ω. is the center angular frequency of the optical pulse to be measured, and ω, = 2πC/λ.

の関係がある。ただし、Cは光束である。There is a relationship between However, C is a luminous flux.

ここで、被測定光パルスの電場E (t)をE(t)=
mσexp(iφ(t) −i ω。B +cとする。
Here, the electric field E (t) of the optical pulse to be measured is expressed as E(t)=
Let mσexp(iφ(t) −i ω.B +c.

ただし、φ(1)は任意の位相変調、Cは定数である。However, φ(1) is an arbitrary phase modulation, and C is a constant.

このときC,(τ) 、Fl(τ) 、F2(τ)は、 ×fR正πσ寵丁 x exp Ci (φ(1)−φ(t+r)))dt
x exp (2i (φ(1)−φ(t+ r)) 
、l dtにより定義される。したがって、差動増幅器
10の出力電圧S2(τ)をフーリエ変換して得たスペ
クトルのうち、零周波数近傍の成分が02(τ)のフー
リエ変換に、2fo近傍の成分がF、(τ)のフーリエ
変換にそれぞれ相当する。
At this time, C, (τ), Fl (τ), F2 (τ) are
x exp (2i (φ(1)−φ(t+r))
, ldt. Therefore, of the spectrum obtained by Fourier transforming the output voltage S2(τ) of the differential amplifier 10, the component near zero frequency is the Fourier transform of 02(τ), and the component near 2fo is the Fourier transform of F,(τ). Each corresponds to a Fourier transform.

次にコンピュータ14は、波形記憶装置13に記憶され
た増幅器12の出力電圧のデータを読み込む。
Next, the computer 14 reads data on the output voltage of the amplifier 12 stored in the waveform storage device 13.

増幅器12の出力電圧S+(τ)は、 S、(r)oc 1 +Re (G、(r)exp(i
 (too r)]で表される。ここでG1(τ)は、 x exp Ci (φ(1)−φ(t+ r)) 〕
dtにより定義される。出力電圧S1(τ)をフーリエ
解析して得たスペクトルのうち、fo近傍の成分がG、
(τ)のフーリエ変換に相当する。
The output voltage S+(τ) of the amplifier 12 is S,(r)oc 1 +Re(G,(r)exp(i
(too r)]. Here, G1(τ) is x exp Ci (φ(1)−φ(t+r))]
Defined by dt. Of the spectrum obtained by Fourier analysis of the output voltage S1(τ), the component near fo is G,
This corresponds to the Fourier transform of (τ).

第4図および第5図に二つの出力電圧S2(τ)、5l
(r)の波形をそれぞれ示し、第6図および第7図にそ
れぞれのデータをフーリエ解析したデータを示す。
The two output voltages S2(τ) and 5l are shown in Figures 4 and 5.
The waveforms of (r) are shown, and FIGS. 6 and 7 show data obtained by Fourier analysis of the respective data.

コンピュータ14ではさらに、以下の数式にしたがって
データを処理する。
The computer 14 further processes the data according to the following formula.

まず、G2(r)から、 が求まる。同様にして、F2(τ) 、G、(τ)から
、が求まる。ここで、 IU=F、T、  (I(t)) uU=F、T、  (u(t)) ε−=F、T、(ε(t)) u (t) =ε(1)ε(1) 1− (t) = JTKexp 〔i <6 (t)
Eである。記号F、T、はフーリエ変換を実行すること
を示す。したがって、 t=F、T、  (l t l  exp (φ、))
U= ε ε ■=εεI  (G9はεの複素共役)I=F、T、 
〔l I l  arg (F、T、(1) ) 〕u
=F、T、 Cl u l  arg (F、T、 (
u) ) )jul=1 exp(2iφ、。+)= arg (u)の反復計算
によって、被測定光パルスの強度Iおよび位相φを高い
精度で求めることができる。ここで、argは複素数の
位相を求めることを示す。
First, from G2(r), is found. Similarly, F2(τ), G, (τ) can be found. Here, IU=F, T, (I(t)) uU=F, T, (u(t)) ε−=F, T, (ε(t)) u (t) = ε(1)ε (1) 1- (t) = JTKexp [i < 6 (t)
It is E. The symbols F, T indicate that a Fourier transform is performed. Therefore, t=F,T, (l t l exp (φ,))
U= ε ε ■=εεI (G9 is the complex conjugate of ε) I=F, T,
[l I l arg (F, T, (1) )] u
=F, T, Clu arg (F, T, (
u) ) ) jul=1 exp(2iφ, .+)=arg (u) By repeatedly calculating the following, the intensity I and phase φ of the optical pulse to be measured can be determined with high accuracy. Here, arg indicates that the phase of a complex number is to be determined.

第8図は以上の演算により求められたパルスの強度波形
を示し、第9図は位相波形を示す。
FIG. 8 shows the pulse intensity waveform obtained by the above calculation, and FIG. 9 shows the phase waveform.

第1O図は本発明第三実施例光パルス測定装置のブロッ
ク構成図である。
FIG. 1O is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a third embodiment of the present invention.

この実施例装置は、記録計5のかわりに結合回路23、
オシロスコープ15、低域通過フィルタ16、高域通過
フィルタ17および検波器18を備え、移動台20がオ
シロスコープ15にトリガ信号を出力することが第一実
施例と異なる。
This embodiment device has a coupling circuit 23 instead of the recorder 5;
This embodiment differs from the first embodiment in that it includes an oscilloscope 15, a low-pass filter 16, a high-pass filter 17, and a detector 18, and that the movable table 20 outputs a trigger signal to the oscilloscope 15.

被測定光パルスはマイケルソン干渉計に入射される。干
渉計から出射した光束は、レンズ8により半導体結晶4
に入射し、相関信号を発生する。
The optical pulse to be measured is incident on a Michelson interferometer. The light beam emitted from the interferometer is passed through the semiconductor crystal 4 by the lens 8.
and generates a correlation signal.

半導体結晶4で発生した2光子吸収伝導による電流パル
スは、差動増幅器10および負荷抵抗19に供給される
。差動増幅器10の出力電圧は、結合回路23を介して
、低域通過フィルタ16と高域通過フィルタ17とに分
配されて供給される。低域通過フィルタ16の出力はオ
シロスコープ15に供給される。
A current pulse generated by two-photon absorption conduction in the semiconductor crystal 4 is supplied to a differential amplifier 10 and a load resistor 19. The output voltage of the differential amplifier 10 is distributed and supplied to a low-pass filter 16 and a high-pass filter 17 via a coupling circuit 23 . The output of low pass filter 16 is supplied to oscilloscope 15.

高域通過フィルタ17の出力する交流電圧は検波器18
に供給される。検波器18はこの交流電圧を検波し、交
流電圧値に対応する電圧値をオシロスコープ15に出力
する。
The AC voltage output from the high-pass filter 17 is detected by the detector 18.
supplied to The detector 18 detects this AC voltage and outputs a voltage value corresponding to the AC voltage value to the oscilloscope 15.

測定時には、移動台21を速度Vで高速に往復運動させ
、これに同期してオシロスコープ15にトリガ信号を供
給する。オシロスコープ15は、低域通過フィルタ16
の出力と、検波器18の出力とを同時に表示する。この
とき、低域通過フィルタ16の出力波形が)G2(τ)
1に対応し、検波器18の出力がIF2(τ)1に対応
する。これらの二つの波形によりパルスの位相特性を測
定でき、低域通過フィルタ16の出力から被測定光パル
スの継続時間を測定できる。
During measurement, the movable table 21 is reciprocated at high speed at a speed V, and a trigger signal is supplied to the oscilloscope 15 in synchronization with this. The oscilloscope 15 has a low pass filter 16
and the output of the detector 18 are displayed simultaneously. At this time, the output waveform of the low-pass filter 16 is )G2(τ)
1, and the output of the detector 18 corresponds to IF2(τ)1. The phase characteristics of the pulse can be measured using these two waveforms, and the duration of the optical pulse to be measured can be measured from the output of the low-pass filter 16.

第11図はこの実施例で得られた波形の一例を示す。FIG. 11 shows an example of the waveform obtained in this example.

本実施例において、測定する光パルスの長さに応じて移
動台20の移動振幅を変えると、比較的長い光パルスの
測定も可能となる。これに対して、低域通過フィルタ1
6の遮断周波数fLPおよび高域通過フィルタ17の遮
断周波数fHPは、rLP< fo < fHp〈2 
f。
In this embodiment, by changing the movement amplitude of the moving stage 20 depending on the length of the optical pulse to be measured, it is also possible to measure relatively long optical pulses. On the other hand, the low-pass filter 1
The cutoff frequency fLP of the filter 6 and the cutoff frequency fHP of the high pass filter 17 are rLP<fo<fHp<2
f.

を満足するように定める。ここで、f、は基本波の干渉
フリンジ周波数であり、fo=2V/λ。
be determined to satisfy. Here, f is the interference fringe frequency of the fundamental wave, and fo=2V/λ.

で定義される。Defined by

本実施例では、零近傍の周波数成分と2fo近傍の周波
数成分とを二つのフィルタで分離しているため、パルス
幅が極めて短く相関波形が急速に変化する場合に、フィ
ルタの周波数特性に起因する誤差が生じる。したがって
、本実施例を利用できるパルス幅の下限は、被測定光パ
ルスの光電場の振動周期の士数倍程度である。
In this example, since the frequency components near zero and the frequency components near 2fo are separated by two filters, when the pulse width is extremely short and the correlation waveform changes rapidly, the frequency component due to the frequency characteristics of the filter An error will occur. Therefore, the lower limit of the pulse width to which this embodiment can be applied is about a multiple of the oscillation period of the optical electric field of the optical pulse to be measured.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の光パルス測定装置は、半
導体結晶の単一の面だけで電場の空間分布を測定できる
ので、半導体結晶の厚さを考慮する必要がなく、その保
持も容易である。したがって、半導体結晶およびその支
持具の製造コストが低減される。また、半導体結晶を移
動させる必要がないことから、集光手段の光学系も安価
に製造できる。
As explained above, the optical pulse measuring device of the present invention can measure the spatial distribution of an electric field using only a single surface of a semiconductor crystal, so there is no need to consider the thickness of the semiconductor crystal, and it is easy to hold it. be. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor crystal and its support is reduced. Furthermore, since there is no need to move the semiconductor crystal, the optical system of the condensing means can also be manufactured at low cost.

本発明は、小型低廉な装置を用いて、被測定光パルスの
強度波形および位相波形を高精度かつ即時に求めること
ができる。また、光パルスの位相を高速に求める。こと
ができ、光源の調整その他に利用して大きな効果がある
According to the present invention, the intensity waveform and phase waveform of the optical pulse to be measured can be determined instantly with high precision using a small and inexpensive device. Also, the phase of the optical pulse is determined at high speed. It can be used to adjust the light source and has great effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明第一実施例光パルス測定装置のブロック
構成図。 第2図は相関波形の一例を示す図。 第3図は本発明第二実施例光パルス測定装置のブロック
構成図。 第4図は差動増幅器10の出力電圧波形を示す図。 第5図は増幅器12の出力電圧波形を示す図。 第6図は第4図の波形のフーリエ変換を示す図。 第7図は第5図の波形のフーリエ変換を示す図。 第8図は演算により求められた被測定光パルスの強度波
形を示す図。 第9図は演算により求められた被測定光パルスの位相波
形を示す図。 第10図は本発明第三実施例光パルス測定装置のブロッ
ク構成図。 第11図は第三実施例により得られた波形の一例を示す
図。 第12図は従来例光パルス測定装置のブロック構成図。 1.22・・・半透鏡、2.3・・・反射鏡、4・・・
半導体結晶、5・・・記録計、6.7・・・プリズム、
8・・・レンズ、9・・・直流電源、10・・・差動増
幅器、11・・・光検出器、12・・・増幅器、13・
・・波形記録装置、14・・・コンピュータ、15・・
・オシロスコープ、16・・・低域通過フィルタ、17
・・・高域通過フィルタ、18・・・検波器、19・・
・負荷抵抗、20・・・移動台、23・・・結合回路、
24・・・電流計。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 肩 1 口 肩 2 回 2ノヤヒ、司シOgL馬とシ;ノf−イrJ穿LA4に
−’fi賽ジノ白【≧ロ七、化昂60    呂 70 扇11 回
FIG. 1 is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of a correlation waveform. FIG. 3 is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the output voltage waveform of the differential amplifier 10. FIG. 5 is a diagram showing the output voltage waveform of the amplifier 12. FIG. 6 is a diagram showing Fourier transform of the waveform of FIG. 4. FIG. 7 is a diagram showing Fourier transform of the waveform of FIG. 5. FIG. 8 is a diagram showing the intensity waveform of the optical pulse to be measured obtained by calculation. FIG. 9 is a diagram showing a phase waveform of a measured optical pulse obtained by calculation. FIG. 10 is a block diagram of an optical pulse measuring device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing an example of a waveform obtained by the third embodiment. FIG. 12 is a block diagram of a conventional optical pulse measuring device. 1.22...Semi-transparent mirror, 2.3...Reflecting mirror, 4...
Semiconductor crystal, 5... Recorder, 6.7... Prism,
8... Lens, 9... DC power supply, 10... Differential amplifier, 11... Photodetector, 12... Amplifier, 13...
...Waveform recording device, 14...Computer, 15...
・Oscilloscope, 16...Low pass filter, 17
...High-pass filter, 18...Detector, 19...
・Load resistance, 20...Moving table, 23...Coupling circuit,
24...Ammeter. Patent Applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation Agent Patent Attorney Ide Nao Takayoshi 1 Mouth Shoulder 2 Times 2 Noyahi, Tsukasa OgL Horse and Shi; , Kagaku 60 Lu 70 Fan 11 times

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被測定光パルスを二つの光束に分岐する分岐手段と
、 この二つの光束を共通の半導体結晶に入射させる集光手
段と、 上記半導体結晶の2光子吸収による電気伝導度の変化を
測定する測定回路と を備えた光パルス測定装置において、 上記集光手段は、上記二つの光束に相対的な光路長差を
与えてからひとつの光束に合波する手段を含む ことを特徴とする光パルス測定装置。
[Claims] 1. Branching means for branching the optical pulse to be measured into two light beams, condensing means for making these two light beams incident on a common semiconductor crystal, and electrical conduction by two-photon absorption of the semiconductor crystal. In the optical pulse measuring device equipped with a measurement circuit for measuring a change in intensity, the light focusing means includes means for giving a relative optical path length difference to the two light beams and then combining them into one light beam. An optical pulse measurement device featuring:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03282336A (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Okazaki Kokuritsu Kyodo Kenkyu Kikouchiyou Method and instrument for measuring waveform of ultrashort width pulse light

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03282336A (en) * 1990-03-30 1991-12-12 Okazaki Kokuritsu Kyodo Kenkyu Kikouchiyou Method and instrument for measuring waveform of ultrashort width pulse light

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