JPS62237344A - 時間分解測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、極めて短い発光等の時間的な強度変化等を測
定する時間分解測定システムに関する。

（従来の技術） パルス光源で試料を励起して、試料の発生した螢光等を
観測する場合に、試料の発生した光を検出するストリー
クカメラ等の時間分解検出器の時間軸とパルス光源の発
生したパルスとの間の関係（同期）が重要となる。

ナノ秒より速い時間領域でパルス光源と検出器の時間的
タイミングを合わせるために電気的なトリガ信号を用い
て同期させると、ジッターが大きくなる。

そのため、一般に光ｌ・リガおよびトリガディレィ分の
光学的遅延系が用いられている。

第４図は従来の光トリガおよびトリガディレィ分の光学
的遅延系時間分解測定システムの例を示すブロック図で
ある。

パルス光源１から出射され、半透明ミラー２で反射され
た光はトリガ信号に用いられる。

すなわち、前記反射された光はホトダイオード３で検出
され、時間分解検出器６の時間基準信号として時間分解
検出器６に入力される。

半透明ミラー２を透過した光は、複数個のミラーまたは
プリズム４１．４２．４３で形成される光学遅延通路を
通り、測定試料５に入射させられる。

測定試料５の発光した光は前記時間基準信号により、起
動される時間分解検出器６により検出され評価される。

（発明が解決しようとする問題点） 前記システムにおける光学遅延通路は、ミラー。

プリズム、レンズなどを用いているために、光量の損失
が太き（なる。

特に短波長光パルスにおいて、この損失は非常に大きく
なる。

また光源として、用いる窒素パルスレーザなどでは、パ
ルス光の空間的広がりが一定でないために、通宝のレン
ズでは集光が困難となる。

システムのセットアツプに広い面積、熟練した技術が必
要となる。

なお、前記空間的な遅延手段のかわりに光ファイバが遅
延手段として用いられることは特開昭６０−１４２３０
１号等に示されている。

本発明の目的は、前述した各問題を解決し、さらに時間
分解検出器の時間基準と光ファイバを光学的な遅延手段
として用いた光学遅延系との整合を良くすることができ
る光の時間分解測定システムを提供することにある。

（問題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による光の時間分解
測定システムは、試料を励起するための光源と、前記光
源からの光を試料に導く光ファイバを用いた光学遅延系
と、前記光学遅延系を介して伝送された光により励起さ
れた試料の発光を受光する時間分解検出器と、前記光源
の光を光電変換して前記時間分解検出器の時間基準信号
を発生する時間基準信号発生器とを含み、前記試料を除
去した状態で前記光学遅延系を通過した光を前記時間分
解検出器に直接入射して、前記光学遅延系の光ファイバ
の長さを決定することにより、光学遅延系と時間基準信
号の整合をするように構成されている。

また励起光の影響を受けて光学的性質の変化する試料の
特性を測定する時間分解測定システムは、試料を励起す
るためのパルス光源と、前記光源からの光を試料に導く
光ファイバを用いた光学ｉ工延系と、前記光学遅延系を
介して伝送された光により励起された試料の光学的な変
化を検出するための試料を照射するモニタ光源と、試料
の影響を受けたモニタ光を受光する時間分解検出器と、
前記光源の光を光電変換して前記時間分解検出器の時間
基準信号を発生する時間基準信号発生器とを含み、前記
試料を除去した状態で前記光学遅延系を通過した光を前
記時間分解検出器に直接入射して、前記光学遅延系の光
ファイバの長さを決定することにより、光学遅延系と時
間基準信号の整合をするように構成されている。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明による時間分解測定システムの実施例を
示すブロック図である。

パルス光源１からの光は、半透明ミラー２により分離さ
れる。

分離された一方の光は基準時間パルスを発生する時間基
準信号発生器に入射させられる。

時間基準信号発生器はフォトダイオード３により形成さ
れており、フォトダイオード３は分離された光パルスを
光電変換して基準時間パルスを形成して時間分解測定器
６に接続する。

半透明ミラー２を透過した光は、光学遅延系を形成する
光ファイバ７の入射端７ａに接続され、光ファイバ７で
遅延されて出射端７ｂから放出され、試料室５の中の試
料を励起する。

前記光で励起された試料の振る舞いは前記時間基準パル
スを時間基準として動作する時間分解測定器６により検
出されて評価される。

なお、前記試料が螢光等を発生する物質の場合は、その
螢光が直接時間分解測定器６に入射され、その螢光の時
間的強度変化が測定される。

時間分解測定器６として、ストリークカメラが使用され
る。

ストリークカメラはストリーク管を用いた高速度時間分
解測定器である。

ストリーク管はイメージ管の集束電子レンズ内に偏向電
極を備え、これに偏向電圧（単掃引）を加えて出力像が
一定方向に走るようにしたものである。

この偏向電圧の基準として前記時間基準パルスが用いら
れるが、前記遅延量と時間基準パルスの関係が一定の範
囲内にないと出力が現れない。

そのために、前記遅延光学系の光路の調整が必要になる
。

さらに励起時点とこの時点に対する螢光発光の変化が重
要である。

そのため試料室５を除去した状態において前記遅延光学
系の光ファイバ７の長さを調整して、励起時点（時点Ｏ
）がストリーク管の螢光面の特定の位置になるようにす
る。

前述した測定はこの調整を行った後に行う。

なお光フアイバ７内で光パルスのサブナノ秒程度の拡が
りがあるが、この程度の拡がりは無視できる。

第２図は、本発明によるさらに他の時間分解測定システ
ムの構成例を示すブロック図である。

この実施例は、パルスレーザとストリークカメラシステ
ムを用いて、試料の過渡吸収特性を測定する時間分解測
定システムに係るものである。

励起短パルス源８は窒素パルスレーザ装置により形成さ
れている。

この励起短パルス源８からの光パルスは、半透明ミラー
２によって分離され、半透明ミラー２を透過した光は、
モニタ光源である色素レーザ９の励起光に使用される。

半透明ミラー２で反射された光は、高性能紫外透過形フ
ァイバ１）を介して、試料室５の試料を照射する。ｌｌ
ａ、ｌｌｂはそれぞれ高性能紫外透過形ファイバ１）の
入射端および出射端である。

色素レーザ９により得られた光の一部は半透明ミラー２
１により分離される。

半透明ミラー２１を透過した光はパルス幅増大器１０に
入力される。

パルス幅増大器１０の実施例を第３図に示す。

パルス幅増大器１０は、入射光パルスを光分配器１０１
で分配して線路長が順次異ならされている複数本の光フ
ァイバ１０２−１〜ｎに分配接続する。

線路長の異なる光ファイバ１０２−１〜ｎにより、それ
ぞれ異なる量で遅延された光は光結合器１０３により再
結合される。

光ファイバ１０２−１〜ｎの線路長が順次入射パルス幅
に相当するだけ異ならされていれば、出力光パルスの幅
は光ファイバ１０２−１〜ｎの本数倍に拡大される。

パルス幅増大器ｌＯによりパルス幅が増大されたモニタ
パルスは、モニタ光伝送用ファイバ１７を介して、試料
室５内の試料を照射する。

１７ａ、１７ｂはそれぞれモニタ光伝送用ファイバ１７
の入射端および出射端である。

色素レーザ９の半透明ミラー２１で反射された光は時間
分解検出器であるストリークカメラ１３の時間基準信号
を発生する時間基準信号発生器を形成するホトダイオー
ド３に入射される。ホトダイオード３は時間基準パルス
を発生し、ス１−Ｉノークカメラ１３に供給する。

励起短パルス源８から高性能紫外透過形ファイバ１工を
介して供給された光パルスにより励起された試料は過渡
吸収特性を示す。

この試料は、モニタ光伝送用ファイバ１７の出射端１７
ｂからの比較的パルス幅の広いモニタ光により照射され
る。試料で吸収されなかったモニタ光が、モニタ光透過
バンドパスフィルタ１２を介して前記ストリークカメラ
１３のストリーク管に入射される。

入射した光の時間的変化は時間基準パルスに基づいて動
作させられるストリークカメラ１３により撮（象される
。

ストリーク像は吸収のあったときに弱くなるので吸収発
生の時間変移を計測することができる。

モニタ光透過バンドパスフィルタ１２は吸収された光の
帯域を知るために用いられる。

この実施例装置においても、励起光パルスとモニタ光と
ストリーク管の時間軸の間の整合が問題となる。

そこで前述の実施例と同様に、次の調整を先に行う。

試料室５を除去した状態でモ丑タ光のみを入射して、モ
ニタ光伝送用ファイバ１７の長さの調節を行い時間基準
パルスで動作するストリークカメラに対する、モニタ光
の調整を行う。この調整は例えば、モニタ光がストリー
ク管の出力面（螢光面）の主要部に現れるようにする。

次に前記試料室５を除去した状態で励起光パルスを反射
鏡を用いてストリーク管に直接入射して励起時点（時点
Ｏ）がストリーク管の螢光面の特定の位置になるように
する。

以上により、ストリークカメラの時間軸と、モニタ光と
励起光との間に一定の好ましい関係を持たせる前記調整
を終了した後に前述した測定を行う。

前記システムで０．１ナノ秒から数ナノ秒領域での過渡
吸収測定が可能となった。

（変形例） 以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で
種々の変形を施すことができる。

第２の発明の実施例で示した色素レーザ装置は、測定対
象試料により、レーザ色素を選択し、モニタ光波長を任
意に選ぶようにすることができる。

試料を励起するパルス光源の例として窒素レーザの例を
示したが、固体レーザの高調波、エキシマレーザなども
同様に利用できる。

時間分解検出器の例として、ストリークカメラの例を示
したが励起光に同期して開閉する結晶のシャッタ装置な
ども時間分解検出器として利用できる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による時間分解測定
システムは、試料を励起するためのパルス光源と、前記
光源からの光を試料に導く光ファイバを用いた光学遅延
系と、前記光学遅延系を介して伝送された光により励起
された試料の発光を受光する時間分解検出器と、前記光
源の光を光電変換して前記時間分解検出器の時間基準信
号を発生する時間基準信号発生器とを含み、前記試料を
除去した状態で前記光学遅延系を通過した光を前記時間
分解検出器に直接入射して、前記光学遅延系の光ファイ
バの長さを決定することにより、光学遅延系と時間基準
信号の整合をするように構成されている。

したがって、光源からの光を試料に導く光ファイバを用
いた光学遅延系の遅延器と、時間分解検出器の時間基準
信号の整合を確実にすることができ、より良い測定デー
タが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による時間分解測定システムの実施例を
示すブロック図である。 第２図は本発明による時間分解測定システムのさらに他
の実施例を示すブロック図である。 第３図は本発明による第２図に示した時間分解測定シス
テムのパルス幅増大器の実施例を示す略図である。 第４図は、従来の時間分解測定システムの構成例を示す
ブロック図である。 ｌ・・・パルス光源 ２．２１・・・半透明ミラー ３・・・ホトダイオード ４１，４２．４３・・・ミラー、または、プリズム５・
・・試料室 ６・・・時間分解検出器 ７・・・光ファイバ ８・・・励起短パルスレーザ ９・・・色素レーザ １０・・・パルス幅増大器 １０１・・・光分配器 １０２−１〜ｎ・・・光ファイバ １０３・・・光結合器 １）・・・高性能紫外透過形光ファイバ１２・・・モニ
タ光透過バンドパスフィルタ１３・・・ストリークカメ
ラ １７・・・モニタ光伝送用ファイバ 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽 手続補正書 日訂日６１年　８月１３日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を励起するためのパルス光源と、前記光源か
   らの光を試料に導く光ファイバを用いた光学遅延系と、
   前記光学遅延系を介して伝送された光により励起された
   試料の発光を受光する時間分解検出器と、前記光源の光
   を光電変換して前記時間分解検出器の時間基準信号を発
   生する時間基準信号発生器とを含み、前記試料を除去し
   た状態で前記光学遅延系を通過した光を前記時間分解検
   出器に直接入射して、前記光学遅延系の光ファイバの長
   さを決定することにより、光学遅延系と時間基準信号の
   整合をするように構成した時間分解測定システム。
2. （２）試料を励起するためのパルス光源と、前記光源か
   らの光を試料に導く光ファイバを用いた光学遅延系と、
   前記光学遅延系を介して伝送された光により励起された
   試料の光学的な変化を検出するための試料を照射するモ
   ニタ光源と、試料の影響を受けたモニタ光を受光する時
   間分解検出器と、前記光源の光を光電変換して前記時間
   分解検出器の時間基準信号を発生する時間基準信号発生
   器とを含み、前記試料を除去した状態で前記光学遅延系
   を通過した光を前記時間分解検出器に直接入射して、前
   記光学遅延系の光ファイバの長さを決定することにより
   、光学遅延系と時間基準信号の整合をするように構成し
   た時間分解測定システム。
3. （３）前記モニタ光源は、前記試料を励起するための光
   源からの光パルスのパルス幅をパルス幅増大器により拡
   大して、光ファイバを介して試料を照射するモニタ光源
   である特許請求の範囲第２項記載の時間分解測定システ
   ム。