JPS5812536B2 - チヨウコウソクヒカリパルスハケイカンソクソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 レーザを用いることによってピコ秒またはサブピコ秒単
位の時間幅を有する超高速光パルスが得られる。

このような光パルスを用いて、例えば蛍光の発生機構の
解析等、物理、化学あるいは生物学等の分野における種
々の測定を行い得るが、その場合光パルスの波形を観測
することが重要な問題である。

従来ピコ秒の光パルスを観測するためには、色素による
二光子吸収法あるいはストリークカメラ法等が利用され
ているが何れも写真撮影を必要とするから、観測結果を
得るまでに長時間を必要として実時間の測定が不可能で
あった。

また上述のような高速光パルスの波形を光電変換素子と
オツシロスコープとによって直接観測することは電気回
路の応答速度の点から不可能である。

従って本発明は、光パルスの時間的強度変化を位置によ
る輝度変化に変換して、これを再び電気信号の時間的変
化に変換することにより時間軸の引き伸しを行って実質
的に実時間をもって超高速光パルスの波形観測を行い得
るようにしたものである。

第１図は本発明実施例の構成を示す図で、レーザ装置１
は第２図ａに示すような極めて小さい例えば１ピコ秒ま
だはそれ以下の時間幅の光パルスを発生して、これを例
えば蛍光体のような試料２に入射させる。

従って試料２は、第２図ｂのように時間ｔと共に強度の
変化する光パルスを発生して時間・位置変換器３に入射
させる。

すなわちこの光パルスの波形を観測しようとするもので
、その時間幅はピコ秒単位で表わされる値である。

上記時間・位置変換器３は、例えば乳白色の液体のよう
に光を散乱する物質であって、上記入射光線はこの物質
中を適当な光路長をもって通過する。

従って光が上記光路長を通過する時間が第２図ｂの光パ
ルスの時間幅とほぼ等しいものとすると、パルスの尾端
が変換器の入射面に到達した時刻においては変換器の各
位置で散乱した光線の輝度分布が上記光パルスの波形と
一致して、距離をｌ、輝度をＢとすると変換器３の各部
における輝度分布がその側部に示したような曲線Ｐで表
わされる。

第１図におけるレンズ４は上記時間・位置変換器３の光
路と直角な光軸を有するように配置されたもので、この
レンズによって該変換器を光電変換器５の光電面６上に
投影してある。

従って光電面６上に曲線Ｐのような輝度分布の像が結ば
れるもので、レンズ４の光軸上には更に偏光子γ，８と
例えば炭化硫黄（ＣＳ２）あるいはニトロベンゼンのよ
うなカー効果セル９および必要に応じて適当なフィルタ
１０等を配置してある。

セル９は偏光子７と８の中間に配置されたもので、これ
等が光のシャツタを形成している。

すなわち偏光子７８の偏光方向を直交するように配置し
ておくと、常時はシャツタが閉じられて光が通過しない
。

しかし半透明ミラーＩＬ１２および遅延素子１３を介し
てレーザ装置１から第２図ａの光パルスがセル９に入射
すると偏向面に回転を生じて光線が透過するようになる
もので、この制御用光パルスの時間幅は第２図ｂの観測
しようとする光パルスより充分小さい値である。

光電変換器５は、第３図に一部の断面図を示したような
二次電子増倍管であって、光電面６と対向するように配
置された遮蔽電極１４にスリット１５を設けてその背後
に第１段ダイノード１６を配置してある。

すなわち光電面６の各部から放出された光電子が点線の
矢印で示すようにスリット１５を通ってダイノード１６
に入射し該ダイノードで増倍された二次電子が更に第２
段ダイノード１７以下の各ダイノードで順次増倍されて
出力電極に捕集される。

このような二次電子増倍管において、スリット１５を光
電面６の縁と対向するように形成してあるから、光電面
上の各位置から第１段ダイノード１６までの距離が該光
電面上の距離ｌによって相違し、その光電而の各位置か
ら放出された光電子が第１段ダイノード１６に到達する
までの走行時間が距離ｌに応じて異なる値をとる。

第４図は上記距離ｌと走行時間の関係を測定した曲線で
縦軸ｔは最小走行時間との差である。

なお距離ｌは第３図のように光電面６上の位置であるか
らそのフルスケールが数センチメートルであり、また目
盛特性は直線目盛である。

本発明はこのような光電変換器５の出力を第１図のよう
にオツシロスコープ１８に加えて該出力の時間的変化を
観測するものである。

上述の装置において、レーザ装置１から第２図ａの光パ
ルスが送出されると、この光パルスによって試料２が同
図ｂのような光パルスを発生する。

そのパルスは時間・位置変換器３によって曲線Ｐのよう
に時間の変化を位置の変化に置換した輝度分布に変換さ
れるから遅延素子１３で時間を適当に調整してセル９に
第２図ａの制御用光パルスを入射させると、前述のシャ
ツタが開いて上記輝度分布の像が光電変換器５の光電面
６に投影される。

従ってこの光電面６の各位置から上記輝度分布に対応し
た密度をもって光電子が放出される。

この光電子は、その放出位置に対応した走行時間をもっ
てダイノード１６に順次入射するから、上記光電変換器
５は光電面上の各位置に入射した光量、従って変換器３
における各位置の輝度に対応した出力を順次送出してオ
ツシロスコープ１８に加える。

すなわち変換器３上の位置変化が再び時間変化に変換さ
れてオツシロスコープ１８に加ワるもので、光電変換器
５として前述のような二次電子増倍管を用いるときは、
第４図における建行時間の差ｔを大きくすることによっ
て光パルスの時間幅を拡大した信号波形が上記オツシロ
スコープによって観測される。

なお上記光電変換器としては撮像蓄積管を用いることも
可能である。

すなわちこの場合は、光電面６の各位置から放出された
光電子が蓄積面上に電荷像として記録されるから、該蓄
積面を走査して記録された像の読取りを行う電子線の走
査速度によってオツシロスコープ１８の時間軸目盛が決
定される。

以上実施例について説明したように本発明は超高速光パ
ルスの各時刻における強度を、光散乱物質よりなる変換
器によって−且光路上における輝度分布に置換し、これ
を光電面上に投影して光電変換器により再び電気信号の
時間的変化に変換することにより、オツシロスコープ等
によって光パルスの波形を実質的に実時間をもって観測
し得るようにしたものである。

すなわち光電変換管によってその光電面上の位置を時間
に変換するもので、この変換特性によって光パルスの時
間幅を任意に引き伸すことができる。

従って応答速度の低いオツシロスコープ等を用いて超高
速光パルスの波形を実時間をもって容易に観測し得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示す図、第２図は第１図
の装置における光パルスの波形図、第３図は第１図にお
ける光電変換器の一部の断面略図、第４図は第３図の光
電変換器の特性曲線である。 なお図において、１はレーザ装置、２は試料、３は時間
・位置変換器、４はレンズ、５は光電変換器、６は光電
面、７，８，９は偏向子およびカー効果セルによるシャ
ッタ、１８はオッシロスコープである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光散乱物質よりなり観測しようとする超高速光パル
   スの時間幅に対応した長さの光路上を上記光パルスが通
   過してその時間的強度変化が上記光路上の輝度分布に変
   換される時間・位置変換器と、上記変換器における光路
   に対して交叉する光軸を有し前記光散乱物質の輝度分布
   の像を光電面上に投影する光学系と、上記光学系中に介
   挿されて前記超高速光パルスの時間幅より更に充分短か
   い時間だけ開放するシャツタと、前記光電面を具備し該
   光電面上における輝度分布像の各位置から放出される光
   電子に対応した電気出力を上記位置に対応した時間差を
   もって順次送出する光電変換器とよりなることを特徴と
   する超高速光パルス波形観測装置。