JPH11173921A - オートコリレータ - Google Patents
オートコリレータInfo
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- JPH11173921A JPH11173921A JP34326897A JP34326897A JPH11173921A JP H11173921 A JPH11173921 A JP H11173921A JP 34326897 A JP34326897 A JP 34326897A JP 34326897 A JP34326897 A JP 34326897A JP H11173921 A JPH11173921 A JP H11173921A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に比べて高い測定感度を実現する。
【解決手段】 オートコリレータ３２は、マイケルソン
干渉計１０、光検出器１２および信号検出回路１４によ
り構成される。マイケルソン干渉計は、ビームスプリッ
タ１６、第１ミラー１８および第２ミラー２０により構
成され、被測定光を２つに分けてそれらを干渉させ、干
渉縞を得る。光検出器として、Ｓｉアバランシェフォト
ダイオードを具えており、２光子吸収を利用して、上述
の干渉縞の光エネルギを電気信号に変換する。信号検出
回路は、ローパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２
６および包絡検出器２８により構成される。
干渉計１０、光検出器１２および信号検出回路１４によ
り構成される。マイケルソン干渉計は、ビームスプリッ
タ１６、第１ミラー１８および第２ミラー２０により構
成され、被測定光を２つに分けてそれらを干渉させ、干
渉縞を得る。光検出器として、Ｓｉアバランシェフォト
ダイオードを具えており、２光子吸収を利用して、上述
の干渉縞の光エネルギを電気信号に変換する。信号検出
回路は、ローパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２
６および包絡検出器２８により構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス光の時間
幅を測定するための装置であるオートコリレータに関す
る。
幅を測定するための装置であるオートコリレータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超短光パルスの時間幅の測定には、２光
子吸収を利用するタイプのオートコリレータが有効であ
る。このようなオートコリレータとして、フォトダイオ
ードを用いるもの（文献１「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ，ｖｏｌ．６ ｏｆ １９９７ ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ
ＴｈＬ４」）、発光ダイオードを用いるもの（文献２
「Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ
Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．１１ ｏｆ
１９９７ ＯＳＡＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ
Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ ＣＴｕＳ３」）、光伝導
を利用するもの（文献３「Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ
ｓ，ｖｏｌ．１１ ｏｆ １９９７ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ
ＣＴｕＳ２」）、２光子吸収導波路を用いるもの（文献
４「ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ．
Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．９，ｎｏ．５，ｐｐ．６４５−６
４７，１９９７」）などが提案されている。これらは、
従来の第２高調波発生相関法に基づくものに比べると測
定感度が高く、しかも装置の簡略化が図れるといった利
点を有している。
子吸収を利用するタイプのオートコリレータが有効であ
る。このようなオートコリレータとして、フォトダイオ
ードを用いるもの（文献１「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ，ｖｏｌ．６ ｏｆ １９９７ ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ
ＴｈＬ４」）、発光ダイオードを用いるもの（文献２
「Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ
Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．１１ ｏｆ
１９９７ ＯＳＡＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ
Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ ＣＴｕＳ３」）、光伝導
を利用するもの（文献３「Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ
ｓ，ｖｏｌ．１１ ｏｆ １９９７ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｐｅｒ
ＣＴｕＳ２」）、２光子吸収導波路を用いるもの（文献
４「ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ．
Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．９，ｎｏ．５，ｐｐ．６４５−６
４７，１９９７」）などが提案されている。これらは、
従来の第２高調波発生相関法に基づくものに比べると測
定感度が高く、しかも装置の簡略化が図れるといった利
点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のオートコリレータでは、３０ｐｓ〜０．１ｐｓ
程度の超短光パルスの時間幅の測定に対して充分な測定
感度を有しているとは言い難い。
た従来のオートコリレータでは、３０ｐｓ〜０．１ｐｓ
程度の超短光パルスの時間幅の測定に対して充分な測定
感度を有しているとは言い難い。
【０００４】また、このような測定感度では、例えば被
測定光のチャープを調べるといった測定を行うこともで
きない。
測定光のチャープを調べるといった測定を行うこともで
きない。
【０００５】従って、従来より、比較的高い測定感度の
オートコリレータの出現が望まれていた。
オートコリレータの出現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明のオー
トコリレータによれば、被測定光を２つに分けてそれら
を干渉させ、干渉縞を得る干渉計と、２光子吸収を利用
して、この干渉縞の光エネルギを電気信号に変換する光
検出器とを具えたオートコリレータにおいて、光検出器
としてアバランシェフォトダイオードを具えることを特
徴とする。
トコリレータによれば、被測定光を２つに分けてそれら
を干渉させ、干渉縞を得る干渉計と、２光子吸収を利用
して、この干渉縞の光エネルギを電気信号に変換する光
検出器とを具えたオートコリレータにおいて、光検出器
としてアバランシェフォトダイオードを具えることを特
徴とする。
【０００７】このように、アバランシェフォトダイオー
ドを用いることにより、光信号から電気信号への変換速
度を高めることができる。従って、従来より、測定感度
を高めることができる。
ドを用いることにより、光信号から電気信号への変換速
度を高めることができる。従って、従来より、測定感度
を高めることができる。
【０００８】この発明のオートコリレータにおいて、好
ましくは、アバランシェフォトダイオードの結晶材料
は、１光子吸収に対して感度が無く、２光子吸収に対し
て比較的感度が高い材料であると良い。
ましくは、アバランシェフォトダイオードの結晶材料
は、１光子吸収に対して感度が無く、２光子吸収に対し
て比較的感度が高い材料であると良い。
【０００９】また、この発明のオートコリレータにおい
て、好ましくは、アバランシェフォトダイオードの結晶
材料がＳｉであると良い。
て、好ましくは、アバランシェフォトダイオードの結晶
材料がＳｉであると良い。
【００１０】Ｓｉを用いる光検出器では、１．１μｍ以
上の波長に対しては検出感度が無い。しかし、ピーク強
度が高く２光子吸収を生じさせるような光源を用いれ
ば、例えば通信に用いられる１．５５μｍの波長の短パ
ルス光に対して検出感度を高くできる。
上の波長に対しては検出感度が無い。しかし、ピーク強
度が高く２光子吸収を生じさせるような光源を用いれ
ば、例えば通信に用いられる１．５５μｍの波長の短パ
ルス光に対して検出感度を高くできる。
【００１１】また、この発明のオートコリレータにおい
て、好ましくは、２つに分けた被測定光間の遅延時間に
対する干渉縞の明暗周期を周波数ω0 で表すとき、光検
出器で得た電気信号からω0 よりも小さな周波数成分を
検出するためのローパスフィルタと、光検出器で得た電
気信号から２ω0 の周波数成分を検出するためのバンド
パスフィルタとを具えると良い。
て、好ましくは、２つに分けた被測定光間の遅延時間に
対する干渉縞の明暗周期を周波数ω0 で表すとき、光検
出器で得た電気信号からω0 よりも小さな周波数成分を
検出するためのローパスフィルタと、光検出器で得た電
気信号から２ω0 の周波数成分を検出するためのバンド
パスフィルタとを具えると良い。
【００１２】このように構成すると、電気信号のω0 よ
りも小さな周波数成分と２ω0 の周波数成分との大きさ
を比較することにより、被測定光のチャープを調べるこ
とができる。
りも小さな周波数成分と２ω0 の周波数成分との大きさ
を比較することにより、被測定光のチャープを調べるこ
とができる。
【００１３】また、この発明のオートコリレータにおい
て、好ましくは、干渉計としてマイケルソン干渉計を具
えると良い。
て、好ましくは、干渉計としてマイケルソン干渉計を具
えると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、大きさおよび配置関係を概略的に示
しているに過ぎない。また、以下に記載する数値等の条
件は単なる一例に過ぎない。従って、この発明は、この
実施の形態に何ら限定されることがない。
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、大きさおよび配置関係を概略的に示
しているに過ぎない。また、以下に記載する数値等の条
件は単なる一例に過ぎない。従って、この発明は、この
実施の形態に何ら限定されることがない。
【００１５】＜オートコリレータの構成＞先ず、図１を
参照してオートコリレータの構成につき説明する。図１
は、この実施の形態のオートコリレータの構成を示すブ
ロック図である。この実施の形態のオートコリレータ３
２は、マイケルソン干渉計１０、光検出器１２および信
号検出回路１４により構成される。マイケルソン干渉計
１０は、ビームスプリッタ１６、第１ミラー１８および
第２ミラー２０により構成される。光検出器１２とし
て、Ｓｉ（シリコン）アバランシェフォトダイオード
（以下、ＳｉＡＰＤと略称する。）を具えている。信号
検出回路１４は、ローパスフィルタ２４、バンドパスフ
ィルタ２６および包絡検出器２８により構成される。
参照してオートコリレータの構成につき説明する。図１
は、この実施の形態のオートコリレータの構成を示すブ
ロック図である。この実施の形態のオートコリレータ３
２は、マイケルソン干渉計１０、光検出器１２および信
号検出回路１４により構成される。マイケルソン干渉計
１０は、ビームスプリッタ１６、第１ミラー１８および
第２ミラー２０により構成される。光検出器１２とし
て、Ｓｉ（シリコン）アバランシェフォトダイオード
（以下、ＳｉＡＰＤと略称する。）を具えている。信号
検出回路１４は、ローパスフィルタ２４、バンドパスフ
ィルタ２６および包絡検出器２８により構成される。
【００１６】マイケルソン干渉計１０にはレーザ３０で
発生させた被測定光を入射させる。被測定光の入射方向
（図中の矢印ａで示す方向）に沿って、ビームスプリッ
タ１６および第２ミラー２０が配列している。ビームス
プリッタ１６では、被測定光が実質的にパワーの等しい
２つの光に分けられてから互いに垂直な方向に出射し、
一方の光が第１ミラー１８に、他方の光が第２ミラー２
０に入射する。第１ミラー１８および第２ミラー２０と
してはそれぞれ通常の反射プリズムを用いている。これ
ら反射プリズムは、入射光を入射側の元の方向に向けて
反射させる。従って、反射光の各々はビームスプリッタ
１６において重ね合わせられて干渉する。第２ミラー２
０は不図示の可動ステージ上に設けてあるので、光の入
射方向（図中の矢印ａで示す方向）に沿って動くように
なっている。よって、ビームスプリッタ１６により２つ
に分けられた被測定光の間に、第２ミラー２０の移動量
に応じた時間差（光路差）を与えることができる。光検
出器１２においては、この時間差の変化に追従して明暗
が変化する干渉縞が観察される。
発生させた被測定光を入射させる。被測定光の入射方向
（図中の矢印ａで示す方向）に沿って、ビームスプリッ
タ１６および第２ミラー２０が配列している。ビームス
プリッタ１６では、被測定光が実質的にパワーの等しい
２つの光に分けられてから互いに垂直な方向に出射し、
一方の光が第１ミラー１８に、他方の光が第２ミラー２
０に入射する。第１ミラー１８および第２ミラー２０と
してはそれぞれ通常の反射プリズムを用いている。これ
ら反射プリズムは、入射光を入射側の元の方向に向けて
反射させる。従って、反射光の各々はビームスプリッタ
１６において重ね合わせられて干渉する。第２ミラー２
０は不図示の可動ステージ上に設けてあるので、光の入
射方向（図中の矢印ａで示す方向）に沿って動くように
なっている。よって、ビームスプリッタ１６により２つ
に分けられた被測定光の間に、第２ミラー２０の移動量
に応じた時間差（光路差）を与えることができる。光検
出器１２においては、この時間差の変化に追従して明暗
が変化する干渉縞が観察される。
【００１７】光検出器１２としてのＳｉＡＰＤは、２光
子吸収を利用して、干渉縞の光エネルギを電気信号に変
換する。この実施の形態で用いたＳｉＡＰＤの２光子吸
収特性につき測定した。この実施の形態では、ＳｉＡＰ
Ｄを用いることによりＳ／Ｎ比の改善を図り、ハイイン
ピーダンスの光検出器を実現している。このＡＰＤの負
荷抵抗は１ＭΩである。このＡＰＤの出力信号は、２０
ｄＢの利得を有する増幅器により増幅される。
子吸収を利用して、干渉縞の光エネルギを電気信号に変
換する。この実施の形態で用いたＳｉＡＰＤの２光子吸
収特性につき測定した。この実施の形態では、ＳｉＡＰ
Ｄを用いることによりＳ／Ｎ比の改善を図り、ハイイン
ピーダンスの光検出器を実現している。このＡＰＤの負
荷抵抗は１ＭΩである。このＡＰＤの出力信号は、２０
ｄＢの利得を有する増幅器により増幅される。
【００１８】図２は、入力光のパワーとＡＰＤの出力電
圧Ｖとの関係を示すグラフである。横軸に入力光のパワ
ーＰを［ｍＷ］単位で取り、０．１［ｍＷ］から１００
［ｍＷ］の範囲を対数表示で示してある。また、縦軸に
出力電圧を［ｍＶ］単位で取り、１０［ｍＶ］から１０
4 ［ｍＶ］の範囲を対数表示で示してある。図２のグラ
フ中に黒丸印で示す測定結果は、１．５５μｍの波長の
連続光を入射させた場合のものである。ＡＰＤの増倍係
数は１００である。グラフ中の実線ａは、Ｖ［ｍＶ］＝
１３．０＋２２．７Ｐ［ｍＷ］＋１．８２Ｐ2 ［ｍＷ
2 ］の関係式により理論的にフィットした値を表す。こ
の式中において、第１の項は背景光に起因するコンスタ
ント値である。第２の項および第３の項は、それぞれ線
形吸収および２光子吸収により誘起される値である。特
に、図２に示すＰ＜１０ｍＷのところでは、線形吸収に
より誘起される電圧は２光子吸収により誘起される電圧
に比べて大きい。従って、光パルスのパルス幅やチャー
プの測定の際には線形吸収の効果を無視することができ
ない。これについては下記の＜測定原理＞の項のところ
でさらに説明する。
圧Ｖとの関係を示すグラフである。横軸に入力光のパワ
ーＰを［ｍＷ］単位で取り、０．１［ｍＷ］から１００
［ｍＷ］の範囲を対数表示で示してある。また、縦軸に
出力電圧を［ｍＶ］単位で取り、１０［ｍＶ］から１０
4 ［ｍＶ］の範囲を対数表示で示してある。図２のグラ
フ中に黒丸印で示す測定結果は、１．５５μｍの波長の
連続光を入射させた場合のものである。ＡＰＤの増倍係
数は１００である。グラフ中の実線ａは、Ｖ［ｍＶ］＝
１３．０＋２２．７Ｐ［ｍＷ］＋１．８２Ｐ2 ［ｍＷ
2 ］の関係式により理論的にフィットした値を表す。こ
の式中において、第１の項は背景光に起因するコンスタ
ント値である。第２の項および第３の項は、それぞれ線
形吸収および２光子吸収により誘起される値である。特
に、図２に示すＰ＜１０ｍＷのところでは、線形吸収に
より誘起される電圧は２光子吸収により誘起される電圧
に比べて大きい。従って、光パルスのパルス幅やチャー
プの測定の際には線形吸収の効果を無視することができ
ない。これについては下記の＜測定原理＞の項のところ
でさらに説明する。
【００１９】次に、光検出器１２で得られた電気信号
は、信号検出回路１４を構成するローパスフィルタ２４
およびバンドパスフィルタ２６の各々に導かれる。バン
ドパスフィルタ２６の出力信号はさらに包絡検出器２８
に入力される。２つに分けられた被測定光間の遅延時間
を記号τで表し、このτに対する干渉縞の明暗周期を周
波数ω0 で表すことにする。このとき、ローパスフィル
タ２４により、光検出器１２で得られた電気信号からω
0 よりも小さな周波数成分が検出される。また、バンド
パスフィルタ２６により、光検出器で得られた電気信号
から２ω0 の周波数成分が検出される。また、バンドパ
スフィルタ２６により検出された信号の包絡線強度が包
絡検出器２８により検出される。
は、信号検出回路１４を構成するローパスフィルタ２４
およびバンドパスフィルタ２６の各々に導かれる。バン
ドパスフィルタ２６の出力信号はさらに包絡検出器２８
に入力される。２つに分けられた被測定光間の遅延時間
を記号τで表し、このτに対する干渉縞の明暗周期を周
波数ω0 で表すことにする。このとき、ローパスフィル
タ２４により、光検出器１２で得られた電気信号からω
0 よりも小さな周波数成分が検出される。また、バンド
パスフィルタ２６により、光検出器で得られた電気信号
から２ω0 の周波数成分が検出される。また、バンドパ
スフィルタ２６により検出された信号の包絡線強度が包
絡検出器２８により検出される。
【００２０】＜測定原理＞次に、測定原理につき説明す
る。ここで、光検出器１２により変換された電気信号の
複素強度を記号Ｅ（ｔ）で表すことにする。記号ｔは時
間を表す。上述したように、第２ミラー２０を移動させ
ることにより遅延時間τを掃引して、ＳｉＡＰＤの出力
信号を観察する。ＳｉＡＰＤの出力信号には、２種類の
信号成分が含まれている。第１の信号成分は２光子吸収
プロセスに起因するものであり、これは次式（１）によ
り表される（文献５「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．１１，ｐｐ．２０７８−２
０８１，１９８８」参照）。
る。ここで、光検出器１２により変換された電気信号の
複素強度を記号Ｅ（ｔ）で表すことにする。記号ｔは時
間を表す。上述したように、第２ミラー２０を移動させ
ることにより遅延時間τを掃引して、ＳｉＡＰＤの出力
信号を観察する。ＳｉＡＰＤの出力信号には、２種類の
信号成分が含まれている。第１の信号成分は２光子吸収
プロセスに起因するものであり、これは次式（１）によ
り表される（文献５「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．１１，ｐｐ．２０７８−２
０８１，１９８８」参照）。
【００２１】 Ｓ2 （τ）＝１＋２Ｇ2 （τ） ＋４Ｒｅ［Ｆ1 （τ）ｅｘｐ（−ｉω0 τ）］ ＋Ｒｅ［Ｆ2 （τ）ｅｘｐ（−２ｉω0 τ）］ ・・・（１） この（１）式において、記号Ｇ2 （τ）は次式（２）で
定義される自己相関関数である。
定義される自己相関関数である。
【００２２】 Ｇ2 （τ）＝＜｜Ｅ（ｔ）｜2 ｜Ｅ（ｔ−τ）｜2 ＞ ・・・（２） ここで、記号＜＞は時間平均を表している。また、Ｅ
（ｔ）は＜｜Ｅ（ｔ）｜2 ＞＝１の関係を満足するよう
に規格化されている。そして、自己相関関数Ｆ1（τ）
およびＦ2 （τ）は、それぞれ次式（３）および（４）
により定義されている。
（ｔ）は＜｜Ｅ（ｔ）｜2 ＞＝１の関係を満足するよう
に規格化されている。そして、自己相関関数Ｆ1（τ）
およびＦ2 （τ）は、それぞれ次式（３）および（４）
により定義されている。
【００２３】 Ｆ1 （τ）＝（１／２）・＜（｜Ｅ（ｔ）｜2 ＋｜Ｅ（ｔ−τ）｜2 ） ×Ｅ（ｔ）Ｅ* （ｔ−τ）＞ ・・・（３） Ｆ2 （τ）＝＜Ｅ2 （ｔ）Ｅ* 2 （ｔ−τ）＞ ・・・（４） 一方、第２の信号成分は線形吸収プロセスによるもので
あり、これは次式（５）により表される。
あり、これは次式（５）により表される。
【００２４】 Ｓ1 （τ）＝１＋Ｒｅ［Ｇ1 （τ）ｅｘｐ（−ｉω0 τ）］ ・・・（５） この（５）式において、記号Ｇ1 （τ）は次式（６）で
定義される。
定義される。
【００２５】 Ｇ1 （τ）＝＜Ｅ（ｔ）Ｅ* （ｔ−τ）＞ ・・・（６） 尚、パルス特性を調べるためには、Ｇ2 （τ）の値とＦ
2 （τ）の値とが分かればよい（文献６「ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．２
５，ｎｏ．６，ｐｐ．１２２５−１２３３，１９８
９」）。すなわち、Ｇ2 （τ）の値が分かればパルス幅
の情報が得られる。また、Ｆ2 （τ）の値が分かればチ
ャープの情報が得られる。この実施の形態では、ＳｉＡ
ＰＤの出力信号すなわちＳ1 （τ）とＳ2 （τ）との重
ね合わせにより表される信号からフィルタすなわちロー
パスフィルタ２４およびバンドパスフィルタ２６を使っ
てＧ2 （τ）の値と｜Ｆ2 （τ）｜の値とを得ている。
2 （τ）の値とが分かればよい（文献６「ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．２
５，ｎｏ．６，ｐｐ．１２２５−１２３３，１９８
９」）。すなわち、Ｇ2 （τ）の値が分かればパルス幅
の情報が得られる。また、Ｆ2 （τ）の値が分かればチ
ャープの情報が得られる。この実施の形態では、ＳｉＡ
ＰＤの出力信号すなわちＳ1 （τ）とＳ2 （τ）との重
ね合わせにより表される信号からフィルタすなわちロー
パスフィルタ２４およびバンドパスフィルタ２６を使っ
てＧ2 （τ）の値と｜Ｆ2 （τ）｜の値とを得ている。
【００２６】図１に示すように、ＳｉＡＰＤの出力信号
は２チャンネルに分岐される。チャンネル１（Ｃｈ．
１）の側に伝送される信号は、ローパスフィルタ２４に
より濾過される。式（１）に示すように、ローパスフィ
ルタ２４によれば、Ｇ2 （τ）の値が検出される。一
方、チャンネル２（Ｃｈ．２）の側に伝送される信号は
中心周波数が２ｆ0 （ｆ0 ＝ω0 ／２π）のバンドパス
フィルタ２６により濾過されて、その濾過された信号の
包絡成分が包絡検出器２８により検出される。従って、
このチャンネルからは｜Ｆ2 （τ）｜の値が得られる。
は２チャンネルに分岐される。チャンネル１（Ｃｈ．
１）の側に伝送される信号は、ローパスフィルタ２４に
より濾過される。式（１）に示すように、ローパスフィ
ルタ２４によれば、Ｇ2 （τ）の値が検出される。一
方、チャンネル２（Ｃｈ．２）の側に伝送される信号は
中心周波数が２ｆ0 （ｆ0 ＝ω0 ／２π）のバンドパス
フィルタ２６により濾過されて、その濾過された信号の
包絡成分が包絡検出器２８により検出される。従って、
このチャンネルからは｜Ｆ2 （τ）｜の値が得られる。
【００２７】ところで、被測定光の光パルスにチャープ
が見られない場合にはＧ2 （τ）＝｜Ｆ2 （τ）｜とな
る。反対に、被測定光の光パルスにチャープが見られる
場合には、｜Ｆ2 （τ）｜のＦＷＨＭ（半値幅）は常に
Ｇ2 （τ）のＦＷＨＭに比べて小さくなる。それゆえ、
Ｇ2 （τ）と｜Ｆ2 （τ）｜との値を対比することによ
り、光パルスのチャープを見積もることができる。
が見られない場合にはＧ2 （τ）＝｜Ｆ2 （τ）｜とな
る。反対に、被測定光の光パルスにチャープが見られる
場合には、｜Ｆ2 （τ）｜のＦＷＨＭ（半値幅）は常に
Ｇ2 （τ）のＦＷＨＭに比べて小さくなる。それゆえ、
Ｇ2 （τ）と｜Ｆ2 （τ）｜との値を対比することによ
り、光パルスのチャープを見積もることができる。
【００２８】＜測定結果＞次に、測定結果につき説明す
る。この実施の形態では、遅延時間τの掃引速度は３ｐ
ｓ／ｓに設定し、干渉縞の明暗の繰り返し周波数ｆ0 が
６００Ｈｚとなるように設定する。また、チャンネル１
（Ｃｈ．１）に接続したローパスフィルタ２４のカット
オフ周波数と、チャンネル２（Ｃｈ．２）における包絡
検出器２８のカットオフ周波数とを共に２Ｈｚに設定す
る。
る。この実施の形態では、遅延時間τの掃引速度は３ｐ
ｓ／ｓに設定し、干渉縞の明暗の繰り返し周波数ｆ0 が
６００Ｈｚとなるように設定する。また、チャンネル１
（Ｃｈ．１）に接続したローパスフィルタ２４のカット
オフ周波数と、チャンネル２（Ｃｈ．２）における包絡
検出器２８のカットオフ周波数とを共に２Ｈｚに設定す
る。
【００２９】レーザ３０としては、外部共振器を有した
半導体レーザを用いており、正弦波的にバイアス電流を
変調してモードロックを実現している。このレーザ３０
により発生させた光パルスの繰り返し周期は１．８５Ｇ
Ｈｚである。また、平均パワーは０ｄＢｍである。ＡＰ
Ｄの増倍係数は１０００である。
半導体レーザを用いており、正弦波的にバイアス電流を
変調してモードロックを実現している。このレーザ３０
により発生させた光パルスの繰り返し周期は１．８５Ｇ
Ｈｚである。また、平均パワーは０ｄＢｍである。ＡＰ
Ｄの増倍係数は１０００である。
【００３０】図３は、オートコリレータにより得た自己
相関波形を示すグラフである。横軸に遅延時間τを［ｐ
ｓ］単位で取り、−２０［ｐｓ］から８０［ｐｓ］の間
を５［ｐｓ］ごとに目盛って示してある。また、縦軸に
自己相関強度を任意単位で示してある。図３に示す測定
値は、Ｇ1 （τ）、Ｇ2 （τ）、Ｆ1 （τ）およびＦ2
（τ）の各情報を含むＡＰＤの出力信号から得たもので
ある。
相関波形を示すグラフである。横軸に遅延時間τを［ｐ
ｓ］単位で取り、−２０［ｐｓ］から８０［ｐｓ］の間
を５［ｐｓ］ごとに目盛って示してある。また、縦軸に
自己相関強度を任意単位で示してある。図３に示す測定
値は、Ｇ1 （τ）、Ｇ2 （τ）、Ｆ1 （τ）およびＦ2
（τ）の各情報を含むＡＰＤの出力信号から得たもので
ある。
【００３１】また、図４は、チャンネル１およびチャン
ネル２からそれぞれ抽出されるＧ2（実線ａ）と｜Ｆ2
｜（破線ｂ）とを示すグラフである。横軸に遅延時間τ
を［ｐｓ］単位で取り、２０［ｐｓ］から１２０［ｐ
ｓ］の間を５［ｐｓ］ごとに目盛って示してある。ま
た、縦軸に自己相関強度を任意単位で示してある。この
Ｇ2 強度の測定結果によれば、ガウシアン波形を仮定す
ることにより、パルス幅を１３［ｐｓ］と見積もること
ができる。また、図４に示すように、｜Ｆ2 ｜のＦＷＨ
Ｍに比べるとＧ2 のＦＷＨＭが大きいので、このパルス
光はチャープしているということが分かる。
ネル２からそれぞれ抽出されるＧ2（実線ａ）と｜Ｆ2
｜（破線ｂ）とを示すグラフである。横軸に遅延時間τ
を［ｐｓ］単位で取り、２０［ｐｓ］から１２０［ｐ
ｓ］の間を５［ｐｓ］ごとに目盛って示してある。ま
た、縦軸に自己相関強度を任意単位で示してある。この
Ｇ2 強度の測定結果によれば、ガウシアン波形を仮定す
ることにより、パルス幅を１３［ｐｓ］と見積もること
ができる。また、図４に示すように、｜Ｆ2 ｜のＦＷＨ
Ｍに比べるとＧ2 のＦＷＨＭが大きいので、このパルス
光はチャープしているということが分かる。
【００３２】次に、分散値が−３０ｐｓ／ｎｍである分
散補償ファイバを用いることによりパルス光のチャープ
を補償する。パルス光の平均パワーやＡＰＤの増倍係数
は図３および図４の場合の測定条件と同じである。図５
は、Ｇ2 （実線ａ）と｜Ｆ2｜（破線ｂ）とを示すグラ
フである。横軸に遅延時間τを［ｐｓ］単位で取り、０
［ｐｓ］から１００［ｐｓ］の間を５［ｐｓ］ごとに目
盛って示してある。また、縦軸に自己相関強度を任意単
位で示してある。図５に示すように、図４の場合に比べ
るとパルス幅が９ｐｓ減少する。また、エッジ付近を除
いてＧ2 と｜Ｆ2 ｜とはほぼ同じ値であり、チャープが
効果的に抑制されている。
散補償ファイバを用いることによりパルス光のチャープ
を補償する。パルス光の平均パワーやＡＰＤの増倍係数
は図３および図４の場合の測定条件と同じである。図５
は、Ｇ2 （実線ａ）と｜Ｆ2｜（破線ｂ）とを示すグラ
フである。横軸に遅延時間τを［ｐｓ］単位で取り、０
［ｐｓ］から１００［ｐｓ］の間を５［ｐｓ］ごとに目
盛って示してある。また、縦軸に自己相関強度を任意単
位で示してある。図５に示すように、図４の場合に比べ
るとパルス幅が９ｐｓ減少する。また、エッジ付近を除
いてＧ2 と｜Ｆ2 ｜とはほぼ同じ値であり、チャープが
効果的に抑制されている。
【００３３】また、オートコリレータの測定感度を調べ
た。図６は、Ｇ2 （実線ａ）と｜Ｆ2 ｜（破線ｂ）とを
示すグラフである。横軸に遅延時間τを［ｐｓ］単位で
取り、０［ｐｓ］から１００［ｐｓ］の間を５［ｐｓ］
ごとに目盛って示してある。また、縦軸に自己相関強度
を任意単位で示してある。図６は、チャープ補償したパ
ルス光を用い、その平均パワーを−７ｄＢｍ（ピークパ
ワー１１ｄＢｍ）だけ減少させ、ＡＰＤの増倍係数を３
０００に高めた場合の測定結果である。この図から、平
均パワーとピークパワーとの積を求めることにより、オ
ートコリレータの測定感度が２．４ｍＷ2 と求められ
る。図６に示すように、パルス光の特性を調べるのに適
したＳ／Ｎ比が得られている。
た。図６は、Ｇ2 （実線ａ）と｜Ｆ2 ｜（破線ｂ）とを
示すグラフである。横軸に遅延時間τを［ｐｓ］単位で
取り、０［ｐｓ］から１００［ｐｓ］の間を５［ｐｓ］
ごとに目盛って示してある。また、縦軸に自己相関強度
を任意単位で示してある。図６は、チャープ補償したパ
ルス光を用い、その平均パワーを−７ｄＢｍ（ピークパ
ワー１１ｄＢｍ）だけ減少させ、ＡＰＤの増倍係数を３
０００に高めた場合の測定結果である。この図から、平
均パワーとピークパワーとの積を求めることにより、オ
ートコリレータの測定感度が２．４ｍＷ2 と求められ
る。図６に示すように、パルス光の特性を調べるのに適
したＳ／Ｎ比が得られている。
【００３４】
【発明の効果】この発明のオートコリレータによれば、
被測定光を２つに分けてそれらを干渉させ、干渉縞を得
る干渉計と、２光子吸収を利用して、この干渉縞の光エ
ネルギを電気信号に変換する光検出器とを具えたオート
コリレータにおいて、光検出器としてアバランシェフォ
トダイオードを具えている。このように、アバランシェ
フォトダイオードを用いることにより、光信号から電気
信号への変換速度を高めることができる。従って、従来
より、測定感度を高めることができる。
被測定光を２つに分けてそれらを干渉させ、干渉縞を得
る干渉計と、２光子吸収を利用して、この干渉縞の光エ
ネルギを電気信号に変換する光検出器とを具えたオート
コリレータにおいて、光検出器としてアバランシェフォ
トダイオードを具えている。このように、アバランシェ
フォトダイオードを用いることにより、光信号から電気
信号への変換速度を高めることができる。従って、従来
より、測定感度を高めることができる。
【図１】実施の形態のオートコリレータの構成を示す図
である。
である。
【図２】入力光のパワーとＡＰＤの出力電圧Ｖとの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図３】オートコリレータにより得た自己相関波形を示
す図である。
す図である。
【図４】Ｇ2 と｜Ｆ2 ｜とを示す図である。
【図５】Ｇ2 と｜Ｆ2 ｜とを示す図である。
【図６】Ｇ2 と｜Ｆ2 ｜とを示す図である。
１０：マイケルソン干渉計 １２：ＳｉＡＰＤ １４：信号検出回路 １６：ビームスプリッタ １８：第１ミラー ２０：第２ミラー ２４：ローパスフィルタ ２６：バンドパスフィルタ ２８：包絡検出器 ３０：レーザ ３２：オートコリレータ
Claims (5)
- 【請求項１】 被測定光を２つに分けてそれらを干渉さ
せ、干渉縞を得る干渉計と、２光子吸収を利用して、該
干渉縞の光エネルギを電気信号に変換する光検出器とを
具えたオートコリレータにおいて、 前記光検出器としてアバランシェフォトダイオードを具
えることを特徴とするオートコリレータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のオートコリレータにお
いて、 前記アバランシェフォトダイオードの結晶材料は、１光
子吸収に対して感度が無く、２光子吸収に対して比較的
感度が高い材料であることを特徴とするオートコリレー
タ。 - 【請求項３】 請求項２に記載のオートコリレータにお
いて、 前記アバランシェフォトダイオードの結晶材料がＳｉで
あることを特徴とするオートコリレータ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のオートコリレータにお
いて、 前記２つに分けた被測定光間の遅延時間に対する前記干
渉縞の明暗周期を周波数ω0 で表すとき、 前記光検出器で得た電気信号からω0 よりも小さな周波
数成分を検出するためのローパスフィルタと、 前記光検出器で得た電気信号から２ω0 の周波数成分を
検出するためのバンドパスフィルタとを具えることを特
徴とするオートコリレータ。 - 【請求項５】 請求項１に記載のオートコリレータにお
いて、 前記干渉計としてマイケルソン干渉計を具えることを特
徴とするオートコリレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34326897A JPH11173921A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | オートコリレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34326897A JPH11173921A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | オートコリレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11173921A true JPH11173921A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18360217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34326897A Pending JPH11173921A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | オートコリレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11173921A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100439884C (zh) * | 2003-08-01 | 2008-12-03 | 天津理工学院 | 单周期、亚周期光脉冲持续时间的测量方法 |
| WO2022118014A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | Renishaw Plc | Apparatus and method for dual-comb distance metrology using multi-photon detection |
| US11371887B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-06-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Tunable coherent light filter for optical sensing and imaging |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP34326897A patent/JPH11173921A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100439884C (zh) * | 2003-08-01 | 2008-12-03 | 天津理工学院 | 单周期、亚周期光脉冲持续时间的测量方法 |
| US11371887B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-06-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Tunable coherent light filter for optical sensing and imaging |
| WO2022118014A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | Renishaw Plc | Apparatus and method for dual-comb distance metrology using multi-photon detection |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040405 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050624 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050705 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060105 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |