WO2022249660A1 - 分散測定装置及び分散測定方法 - Google Patents

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optical
optical pulse
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向陽 渡辺
永斉 高橋
卓 井上
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浜松ホトニクス株式会社
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    • G02F2203/54—Optical pulse train (comb) synthesizer

Definitions

  • the present disclosure relates to a dispersion measuring device and a dispersion measuring method.
  • Patent Document 1 describes a dispersion measuring device and a dispersion measuring method capable of measuring the amount of wavelength dispersion of a pulsed laser light source.
  • an optical pulse train is formed from the optical pulses to be measured output from the pulsed laser light source.
  • the optical pulse train includes a plurality of optical pulses having time differences and different central wavelengths.
  • This optical pulse train then enters the correlation optical system.
  • Correlation light including cross-correlation or auto-correlation of the optical pulse train is then output from the correlation optical system.
  • the time waveform of the correlated light is detected, and the amount of chromatic dispersion of the pulse laser light source is estimated from the feature quantity of the detected time waveform of the correlated light.
  • an object to be measured such as an optical component into the optical system, the amount of chromatic dispersion of the object to be measured can be estimated from the time waveform of the correlated light.
  • an optical pulse train including a plurality of optical pulses with different center wavelengths is transmitted through the measurement object.
  • the time difference between the optical pulses changes. Based on the change in this time difference, the amount of chromatic dispersion of the object to be measured can be measured.
  • a plurality of light pulses shift closer to each other and at least some of the light pulses interfere with each other, there is a possibility that the chromatic dispersion amount of the object to be measured cannot be measured accurately.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to provide a dispersion measuring apparatus and a dispersion measuring method capable of accurately measuring the amount of chromatic dispersion of a measurement target.
  • a dispersion measurement device includes a light source, a control section, a pulse forming section, a light detection section, and a calculation section.
  • the light source outputs initial pulsed light.
  • the control unit provides a first phase pattern and a second phase pattern, which are phase patterns presented in the spatial light modulator, to generate modulated light by giving a predetermined phase shift for each wavelength to the initial pulsed light.
  • the controller selectively outputs the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the pulse former has a spatial light modulator that presents the phase pattern output by the controller.
  • the pulse forming unit is modulated light including a first optical pulse having a first wavelength center wavelength and a second optical pulse having a second wavelength shorter than the first wavelength from the initial pulse light.
  • a certain optical pulse train is formed.
  • the photodetector detects the time waveform of the optical pulse train.
  • the computing section is electrically connected to the photodetector.
  • the object to be measured is placed on the optical path between the light source and the pulse forming section or on the optical path between the pulse forming section and the photodetector.
  • the calculator estimates the amount of chromatic dispersion of the object to be measured based on the feature amount of the time waveform.
  • the first light pulse and the second light pulse have a time difference with each other.
  • the first phase pattern is a phase pattern that gives the initial pulsed light a predetermined phase shift for each wavelength such that the first optical pulse occurs after the second optical pulse.
  • the second phase pattern is a phase pattern that gives the initial pulsed light a predetermined phase shift for each wavelength so that the second optical pulse occurs after the first optical pulse.
  • the control unit selectively outputs the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the output phase pattern is presented at the spatial light modulator of the pulse former.
  • an optical pulse train including the first optical pulse and the second optical pulse having a center wavelength shorter than that of the first optical pulse is formed.
  • the controller outputs the first phase pattern
  • the first light pulse occurs after the second light pulse in the pulse generator.
  • the controller outputs the second phase pattern
  • a second light pulse occurs after the first light pulse in the pulse generator. If the second optical pulse is output before the first optical pulse when the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is negative, the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured is spreads.
  • the chromatic dispersion amount of the object to be measured is positive, if the first optical pulse is output before the second optical pulse, the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured is spreads. Therefore, regardless of whether the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is positive or negative, it is possible to widen the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured. This makes it possible to prevent the first optical pulse and the second optical pulse from interfering with each other. From the above, it is possible to accurately measure the amount of chromatic dispersion of the object to be measured.
  • a dispersion measurement method includes an output step, a control step, a pulse formation step, a detection step, and a calculation step.
  • an initial pulsed light is output.
  • a first phase pattern and a second phase pattern which are phase patterns presented in the spatial light modulator to generate modulated light by giving a predetermined phase shift for each wavelength to the initial pulsed light, are stored. do.
  • the control step selectively outputs either the first phase pattern or the second phase pattern.
  • the detection step detects the time waveform of the optical pulse train.
  • the feature amount of the time waveform is obtained.
  • an optical pulse train is formed from the initial pulsed light after the initial pulsed light has passed through the object to be measured.
  • the temporal waveform of the optical pulse train is detected after the optical pulse train has passed through the measurement object.
  • the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is estimated based on the feature amount of the time waveform.
  • the first light pulse and the second light pulse have a time difference with each other.
  • the first phase pattern is a phase pattern that gives the initial pulsed light a predetermined phase shift for each wavelength such that the first optical pulse occurs after the second optical pulse.
  • the second phase pattern is a phase pattern that gives the initial pulsed light a predetermined phase shift for each wavelength so that the second optical pulse occurs after the first optical pulse.
  • the first phase pattern and the second phase pattern are selectively output in the control step.
  • the output phase pattern is presented at the spatial light modulator in a pulse forming step.
  • an optical pulse train including a first optical pulse and a second optical pulse having a center wavelength shorter than that of the first optical pulse is formed. If in the control step the first phase pattern is output, then in the pulse forming step the first light pulse occurs after the second light pulse. If, in the control step, the second phase pattern is output, in the pulse forming step, the second light pulse occurs after the first light pulse.
  • the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured is spreads.
  • the chromatic dispersion amount of the object to be measured is positive
  • the first optical pulse is output before the second optical pulse
  • the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured is spreads. Therefore, regardless of whether the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is positive or negative, it is possible to widen the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse when the optical pulse train passes through the object to be measured. This makes it possible to prevent the first optical pulse and the second optical pulse from interfering with each other. From the above, it is possible to accurately measure the amount of chromatic dispersion of the object to be measured.
  • the controller outputs the first phase pattern when the chromatic dispersion amount of the object to be measured is negative, and outputs the second phase pattern when the chromatic dispersion amount of the object to be measured is positive. good too.
  • the first optical pulse and the second optical pulse are shifted in the direction in which the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse widens. and the second optical pulse are suppressed from interfering with each other. Therefore, it is possible to accurately measure the chromatic dispersion amount of the object to be measured.
  • the control unit After outputting one of the first phase pattern and the second phase pattern, the control unit outputs the first optical pulse and the second optical pulse in the time waveform of the optical pulse train detected by the optical detection unit. interfere with each other, the other phase pattern may be output.
  • one of the phase patterns is first output, and the time waveform of the optical pulse train is detected.
  • the amount of chromatic dispersion of the measurement target is estimated from the feature amount of the time waveform.
  • the phase pattern of the other is output, the time waveform of the optical pulse train is detected, and the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is determined from the feature amount of the time waveform. is estimated. Therefore, regardless of whether the amount of chromatic dispersion to be measured is positive or negative, the amount of chromatic dispersion to be measured can be estimated from the feature amount of the time waveform of the optical pulse train in which the first optical pulse and the second optical pulse do not interfere with each other. Therefore, it is possible to accurately measure the amount of chromatic dispersion of the object to be measured.
  • the computing unit outputs the time waveform of the optical pulse train detected by the photodetector when the first phase pattern is output by the control unit, and the time waveform when the second phase pattern is output by the control unit.
  • the chromatic dispersion amount of the object to be measured may be estimated based on the time waveform of the optical pulse train having a larger time difference between peaks among the time waveforms of the optical pulse train detected by the photodetector.
  • the amount of chromatic dispersion of the object to be measured is estimated based on the temporal waveform of the optical pulse train, in which the time difference between the first optical pulse and the second optical pulse is widened and the pulses do not interfere with each other. Therefore, it is possible to accurately measure the chromatic dispersion amount of the object to be measured.
  • the photodetector has a correlation optical system that receives the optical pulse train and outputs correlated light including cross-correlation or autocorrelation of the optical pulse train, and detects the time waveform of the correlated light as the time waveform of the optical pulse train.
  • the calculation unit may estimate the chromatic dispersion amount of the measurement target based on the feature amount of the time waveform of the correlated light.
  • correlated light including cross-correlation or auto-correlation of the optical pulse train may be generated, and the time waveform of the correlated light may be detected as the time waveform of the optical pulse train.
  • the amount of chromatic dispersion of the object to be measured may be estimated based on the feature amount of the time waveform of the correlated light. According to these apparatuses and methods, the feature amount of the time waveform can be measured with higher accuracy, so the chromatic dispersion amount of the object to be measured can be measured more accurately.
  • the first phase pattern and the second phase pattern may indicate a phase value, which is a value indicating the magnitude of the phase shift given to the initial pulsed light, at each wavelength.
  • the phase values in the first phase pattern may have a symmetrical relationship with respect to the phase values in the second phase pattern with respect to a predetermined phase value. According to this device, it is possible to simplify the design of the phase pattern, etc., and the design becomes easier.
  • the object to be measured may be arranged on the optical path between the pulse forming section and the light detecting section.
  • the object to be measured can be placed at any position on the optical path. Therefore, since the degree of freedom in spatial design of the device is high, it is possible to design the device with a view to downsizing the device and improving convenience such as ease of attachment and removal of the object to be measured.
  • the dispersion measuring device and the dispersion measuring method it is possible to accurately measure the chromatic dispersion amount of the measurement object.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a dispersion measuring device according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a pulse forming section.
  • FIG. 3 shows the modulation plane of the SLM.
  • (a) to (c) of FIG. 4 are diagrams showing examples of band-controlled multipulses.
  • (a) to (c) of FIG. 5 are diagrams showing examples of multi-pulses that are not band-controlled as comparative examples.
  • FIG. 6(a) shows a spectral waveform of a single-pulse light pulse to be measured.
  • (b) of FIG. 6 shows the temporal intensity waveform of the optical pulse to be measured.
  • FIG. 7 shows the spectrum waveform of the output light from the pulse forming section when the triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • (b) of FIG. 7 shows the temporal intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 8(a) shows the spectrum waveform of the output light from the pulse forming section when triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • (b) shows the time intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a correlation optical system for generating correlated light including autocorrelation of an optical pulse train, as a configuration example of the correlation optical system.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a correlation optical system for generating correlated light including autocorrelation of an optical pulse train, as a configuration example of the correlation optical system.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a correlation optical system for generating correlated light including cross-correlation of optical pulse trains, as another structural example of the correlation optical system.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a correlation optical system for generating correlated light including cross-correlation of optical pulse trains, as still another configuration example of the correlation optical system.
  • FIG. 12 is a diagram for conceptually explaining the feature amount of correlated light.
  • FIG. 12(a) shows an example of the time waveform of the correlated light when the chromatic dispersion of the optical component is zero.
  • FIG. 12(b) shows an example of the time waveform of the correlated light when the chromatic dispersion of the optical component is not zero.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a hardware configuration example of a control device.
  • FIG. 14 is a flow chart showing a dispersion measuring method using a dispersion measuring device.
  • FIG. 15 is a diagram showing correlated light when the chromatic dispersion of the optical component is not zero and correlated light when the amount of chromatic dispersion of the optical component is zero.
  • FIG. 16 is a diagram showing correlated light when the chromatic dispersion of the optical component is not zero.
  • (a) and (b) of FIG. 17 show changes in the temporal positions of peaks in the temporal waveform of the optical pulse train when the optical pulse train is transmitted through an optical component having a negative amount of chromatic dispersion.
  • FIG. 17 show changes in the temporal positions of peaks in an optical pulse train when the optical pulse train is transmitted through an optical component having a positive amount of chromatic dispersion.
  • FIG. 18 is a flow chart showing a dispersion measuring method using a dispersion measuring device.
  • FIG. 19 is a flow chart showing a dispersion measuring method using a dispersion measuring device.
  • FIG. 20 is a diagram showing another configuration of the dispersion measuring device as a first modified example.
  • FIG. 21 is a diagram showing the waveform of an optical pulse train.
  • FIG. 22 is a diagram showing still another configuration of the dispersion measuring device as a second modified example.
  • FIG. 23(a) shows the spectral waveform of the output light from the pulse forming section when triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • (b) of FIG. 23 shows the temporal intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 24(a) shows the spectrum waveform of the output light from the pulse forming section when triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • (b) of FIG. 24 shows the temporal intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 25(a) shows the spectrum waveform of the output light from the pulse forming section when triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • FIG. 25(b) shows the temporal intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 26(a) shows the spectral waveform of the output light from the pulse forming section when triangular phase spectrum modulation is applied to the SLM.
  • (b) of FIG. 26 shows the temporal intensity waveform of the output light from the pulse forming section.
  • FIG. 27 is a diagram showing the configuration of a control device that calculates the SLM modulation pattern.
  • FIG. 28 is a block diagram showing the internal configuration of the phase spectrum designing section and the intensity spectrum designing section.
  • FIG. 29 is a diagram showing the procedure for calculating the phase spectrum by the iterative Fourier transform method.
  • FIG. 30 is a diagram showing a calculation procedure of a phase spectrum function in a phase spectrum designing section;
  • FIG. 31 is a diagram showing the calculation procedure of the intensity spectrum function in the intensity spectrum design unit.
  • FIG. 32 is a diagram depicting an example of a target spectrogram generation procedure in the target generation unit;
  • FIG. 33 is a diagram illustrating an example of a procedure for calculating an intensity spectral function;
  • FIG. 34(a) is a diagram showing a spectrogram.
  • FIG. 34(b) is a diagram showing the target spectrogram with the spectrogram changed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a dispersion measuring device 1A according to one embodiment of the present disclosure.
  • This dispersion measuring apparatus 1A is an apparatus for measuring the amount of chromatic dispersion of an optical component 7 to be measured, and includes a pulse laser light source 2 (light source), a pulse forming section 3, a light detecting section 4, and a control device 5. .
  • An optical input end 3a of the pulse forming section 3 is optically coupled to the pulse laser light source 2 spatially or via an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the optical input end 7a of the optical component 7 is optically coupled to the optical output end 3b of the pulse generator 3 spatially or via an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the light input end 4a of the photodetector 4 is optically coupled to the light output end 7b of the optical component 7 spatially or via an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the control device 5 is electrically connected to the pulse forming section 3 and the light detecting section 4 .
  • the photodetector 4 includes a correlation optical system 40 and a detector 400 .
  • the optical output end 40b of the correlation optical system 40 is optically coupled to the detector 400 either spatially or via an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the control device 5 includes a control section 5a, a calculation section 5b, an input section 5c, and an output section 5d.
  • the optical component 7 is, for example, an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the pulsed laser light source 2 outputs coherent initial pulsed light Pa.
  • the pulse laser light source 2 is, for example, a femtosecond laser, and in one embodiment is a solid-state laser light source such as an LD direct excitation Yb:YAG pulse laser.
  • the temporal waveform of the initial pulsed light Pa is, for example, a Gaussian function.
  • the full width at half maximum (FWHM) of the initial pulsed light Pa is, for example, within the range of 10 fs to 10000 fs, and one example is 100 fs.
  • This initial pulsed light Pa is a light pulse having a certain bandwidth and contains a plurality of consecutive wavelength components. In one example, the bandwidth of the initial pulsed light Pa is 10 nm and the central wavelength of the initial pulsed light Pa is 1030 nm.
  • the pulse forming section 3 is a section that forms an optical pulse train Pb including a plurality of optical pulses from the initial pulsed light Pa.
  • the optical pulse train Pb is a single pulse group generated by dividing the spectrum forming the initial pulsed light Pa into a plurality of wavelength bands and using each wavelength band. At the boundaries of multiple wavelength bands, there may be portions that overlap each other.
  • the optical pulse train Pb may be referred to as a "band-controlled multipulse".
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the pulse forming section 3.
  • This pulse forming section 3 has a diffraction grating 12 , a lens 13 , a spatial light modulator (SLM) 14 , a lens 15 and a diffraction grating 16 .
  • the diffraction grating 12 is a spectral element in this embodiment and is optically coupled to the pulse laser light source 2 .
  • SLM 14 is optically coupled to diffraction grating 12 via lens 13 .
  • the diffraction grating 12 spatially separates a plurality of wavelength components contained in the initial pulsed light Pa for each wavelength.
  • the initial pulsed light Pa obliquely enters the diffraction grating 12 and is dispersed into a plurality of wavelength components.
  • the light P ⁇ b>1 containing a plurality of wavelength components is condensed by the lens 13 for each wavelength component and imaged on the modulation surface of the SLM 14 .
  • the lens 13 may be a convex lens made of a light transmitting member, or may be a concave mirror having a concave light reflecting surface.
  • the SLM 14 gives the initial pulsed light Pa a predetermined phase shift for each wavelength in order to convert the initial pulsed light Pa into an optical pulse train Pb (modulated light). Specifically, the SLM 14 receives a control signal from the controller 5a (see FIG. 1) in order to apply a phase shift to the initial pulsed light Pa to generate the optical pulse train Pb. The SLM 14 presents the phase pattern output by the controller 5a. SLM 14 simultaneously performs phase and intensity modulation of light P1 using the presented phase pattern. Thus, the SLM 14 mutually shifts the phases of the plurality of wavelength components output from the diffraction grating 12 . SLM 14 may perform only phase modulation or only intensity modulation. SLM 14 is, for example, of the phase modulation type. In one embodiment, SLM 14 is of the liquid crystal on silicon (LCOS) type. Although the drawings show SLM 14 of a transmissive type, SLM 14 may be of a reflective type.
  • LCOS liquid crystal on silicon
  • FIG. 3 is a diagram showing the modulating surface 17 of the SLM 14.
  • a plurality of modulation regions 17a are arranged along a certain direction A on the modulation surface 17, and each modulation region 17a extends in a direction B intersecting the direction A.
  • a direction A is a spectral direction by the diffraction grating 12 .
  • the modulation surface 17 functions as a Fourier transform surface, and each corresponding wavelength component after spectroscopy is incident on each of the plurality of modulation regions 17a.
  • the SLM 14 modulates the phase and intensity of each incident wavelength component independently of other wavelength components in each modulation region 17a. Since the SLM 14 in this embodiment is of the phase modulating type, the intensity modulation is achieved by the phase pattern (phase image) presented on the modulating surface 17 .
  • Each wavelength component of the modulated light P2 modulated by the SLM 14 is collected to one point on the diffraction grating 16 by the lens 15.
  • the lens 15 at this time functions as a condensing optical system that condenses the modulated light P2.
  • the lens 15 may be a convex lens made of a light transmitting member, or may be a concave mirror having a concave light reflecting surface.
  • the diffraction grating 16 functions as a multiplexing optical system and multiplexes the modulated wavelength components. That is, the lens 15 and the diffraction grating 16 converge and combine the plurality of wavelength components of the modulated light P2 to form a band-controlled multi-pulse (optical pulse train Pb).
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of band-controlled multipulses.
  • an optical pulse train Pb consisting of an optical pulse Pb 1 (first optical pulse) and an optical pulse Pb 2 (second optical pulse) is shown.
  • FIG. 4(a) is a spectrogram, in which the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates wavelength, and the light intensity is represented by color densities.
  • FIG. 4B shows the temporal waveform of the optical pulse train Pb.
  • the temporal waveforms of the optical pulses Pb 1 and Pb 2 are Gaussian functions, for example. As shown in FIGS.
  • the peaks of the optical pulses Pb 1 and Pb 2 are temporally separated from each other, and the propagation timings of the optical pulses Pb 1 and Pb 2 are shifted from each other.
  • another optical pulse Pb2 has a time delay with respect to one optical pulse Pb1 , and the optical pulses Pb1 and Pb2 have a time difference with each other.
  • the center wavelength of the light pulse Pb1 is the first wavelength ⁇ L .
  • the center wavelength of the light pulse Pb2 is a second wavelength ⁇ S that is shorter than the first wavelength ⁇ L .
  • the first wavelength ⁇ L is, for example, 805 nm.
  • the second wavelength ⁇ S is, for example, 795 nm.
  • a time interval (peak interval) between the optical pulses Pb 1 and Pb 2 is, for example, within the range of 10 fs to 10000 fs, and an example is 2000 fs.
  • the FWHM of the optical pulses Pb 1 and Pb 2 is, for example, within the range of 10 fs to 5000 fs, and in one example is 300 fs.
  • FIG. 4(c) represents a spectrum obtained by synthesizing two optical pulses Pb 1 and Pb 2 .
  • the spectrum obtained by synthesizing the two optical pulses Pb1 and Pb2 has a single peak.
  • the central wavelengths of the two optical pulses Pb1 and Pb2 are shifted from each other.
  • the single peak shown in FIG. 4(c) substantially corresponds to the spectrum of the initial pulsed light Pa.
  • the peak wavelength interval between adjacent optical pulses Pb 1 and Pb 2 is determined by the spectral bandwidth of the initial pulsed light Pa, and is generally within twice the full width at half maximum.
  • the peak wavelength interval is 10 nm.
  • the peak wavelengths of the optical pulses Pb1 and Pb2 may be 805 nm and 795 nm, respectively.
  • the temporal positions of light pulse Pb1 and light pulse Pb2 may be interchanged.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of multipulses that are not band-controlled as a comparative example.
  • an optical pulse train Pd consisting of two optical pulses Pd 1 and Pd 2 is shown.
  • FIG. 5(a) is a spectrogram similar to FIG. 4(a), in which the horizontal axis indicates time, the vertical axis indicates wavelength, and the light intensity is expressed by color gradation.
  • FIG. 5B shows the temporal waveform of the optical pulse train Pd.
  • FIG. 5(c) represents a spectrum obtained by synthesizing two optical pulses Pd 1 and Pd 2 . As shown in FIGS.
  • the peaks of the two optical pulses Pd 1 and Pd 2 are temporally separated from each other, but the central wavelengths of the two optical pulses Pd 1 and Pd 2 are Match.
  • the pulse forming section 3 of the present embodiment does not generate such an optical pulse train Pd, but generates an optical pulse train Pb having different central wavelengths as shown in FIG.
  • Phase modulation for generating band-controlled multi-pulses in the SLM 14 of the pulse forming section 3 shown in FIG. 2 will be described in detail.
  • the area in front of the lens 15 (spectral area) and the area behind the diffraction grating 16 (time area) have a Fourier transform relationship with each other. Phase modulation in the spectral domain affects the temporal intensity waveform in the time domain. Therefore, the output light from the pulse forming section 3 can have various temporal intensity waveforms different from the initial pulse light Pa, according to the modulation pattern of the SLM 14 .
  • FIG. 6(a) shows, as an example, the spectral waveform (spectral phase G11 and spectral intensity G12) of the single-pulse initial pulsed light Pa
  • FIG. 6(b) shows the temporal intensity waveform of the initial pulsed light Pa.
  • FIG. 7A shows, as an example, the spectral waveform (spectral phase G21 and spectral intensity G22) of the output light from the pulse forming section 3 when the SLM 14 gives upward convex triangular phase spectrum modulation
  • FIG. 7(b) shows the time intensity waveform of the output light.
  • FIG. 8A shows, as an example, the spectral waveform (spectral phase G31 and spectral intensity G32) of the output light from the pulse forming section 3 when the SLM 14 gives a downward convex triangular phase spectrum modulation
  • FIG. 8(b) shows the time intensity waveform of the output light.
  • the horizontal axis indicates the wavelength (nm)
  • the left vertical axis indicates the intensity value (arbitrary unit) of the intensity spectrum
  • the right vertical axis indicates the phase value (rad) of the phase spectrum.
  • the horizontal axis represents time (femtoseconds) and the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit).
  • the SLM 14 presents an upwardly convex triangular phase spectrum waveform.
  • the pulse forming section 3 converts the single pulse of the initial pulsed light Pa into a double pulse including the optical pulse Pb 1 and the optical pulse Pb 2 .
  • the optical pulse Pb- 2 is generated after the optical pulse Pb- 1 .
  • the SLM 14 presents a downward convex triangular phase spectrum waveform.
  • the pulse forming section 3 converts the single pulse of the initial pulsed light Pa into a double pulse including the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 .
  • the optical pulse Pb- 1 is generated after the optical pulse Pb- 2 .
  • the spectra and waveforms shown in FIGS. 7 and 8 are examples, and the order of the optical pulses Pb 1 and Pb 2 contained in the output light from the pulse forming section 3 can be determined by combining various phase spectra and intensity spectra. to control.
  • the controller 5a stores the first phase pattern and the second phase pattern, and selectively outputs the first phase pattern and the second phase pattern. Specifically, the controller 5a stores in advance the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the control unit 5a acquires information about the positive/negative of the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the input unit 5c (described later).
  • the control unit 5a outputs the first phase pattern when the chromatic dispersion amount of the optical component 7 is negative in the acquired information.
  • the output phase pattern is presented at SLM 14 .
  • the control unit 5a outputs the second phase pattern when the chromatic dispersion amount of the optical component 7 is positive in the acquired information.
  • the output phase pattern is presented at SLM 14 .
  • the first phase pattern and the second phase pattern indicate a phase value, which is a value indicating the magnitude of the phase shift given to the initial pulsed light Pa, at each wavelength.
  • the first phase pattern is, for example, spectral phase G31 shown in FIG. 8, and the second phase pattern is, for example, spectral phase G21 shown in FIG. That is, the first phase pattern is a phase pattern for giving a predetermined phase shift for each wavelength to the initial pulsed light Pa so that the optical pulse Pb1 is generated after the optical pulse Pb2 .
  • the second phase pattern is a phase pattern for giving a predetermined phase shift for each wavelength to the initial pulsed light Pa so that the optical pulse Pb2 is generated after the optical pulse Pb1 .
  • the phase value at spectral phase G21 has a symmetrical relationship with the phase value at spectral phase G31 with respect to a predetermined phase value.
  • the difference between the phase value at each wavelength of the spectrum phase G21 and the predetermined phase value is compared with the difference between the phase value at each wavelength of the spectrum phase G31 and the predetermined phase value.
  • the two differences have the same absolute value.
  • the signs of the two differences are opposite to each other.
  • a positive chromatic dispersion amount of the optical component 7 means that the group delay dispersion (GDD) of the optical component 7 is positive.
  • group velocity dispersion is a value per unit length of group delay dispersion. Therefore, the positive amount of chromatic dispersion of the optical component 7 means that the group velocity dispersion of the optical component 7 is positive. That the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is negative means that the group delay dispersion and the group velocity dispersion of the optical component 7 are negative as described above.
  • the correlation optical system 40 receives the optical pulse train Pb output from the pulse forming section 3 and outputs correlated light Pc containing the cross-correlation or auto-correlation of the optical pulse train Pb.
  • the correlation optical system 40 includes a lens 41 , an optical element 42 and a lens 43 .
  • the lens 41 is provided on the optical path between the pulse forming section 3 and the optical element 42 and focuses the optical pulse train Pb output from the pulse forming section 3 onto the optical element 42 .
  • the optical element 42 is a light emitter including, for example, a second harmonic (SHG)-generating nonlinear optical crystal and/or a phosphor.
  • nonlinear optical crystals examples include KTP (KTiOPO 4 ) crystal, LBO (LiB 3 O 5 ) crystal, BBO ( ⁇ -BaB 2 O 4 ) crystal, and the like.
  • phosphors examples include coumarin, stilbene, rhodamine, and the like.
  • the optical element 42 receives the optical pulse train Pb and generates correlated light Pc including the cross-correlation or auto-correlation of the optical pulse train Pb.
  • the lens 43 collimates or converges the correlated light Pc output from the optical element 42 .
  • the correlated light Pc is light that is generated to more accurately calculate the feature quantity of the time waveform of the optical pulse train Pb.
  • the correlation optical system 40 may not be included in the dispersion measurement apparatus 1A.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a correlation optical system 40A for generating correlation light Pc including autocorrelation of the optical pulse train Pb, as a configuration example of the correlation optical system 40.
  • the correlation optical system 40A has a beam splitter 44 as an optical branching component for branching the optical pulse train Pb.
  • the beam splitter 44 is optically coupled to the pulse forming section 3 shown in FIG. 1, transmits part of the optical pulse train Pb input from the pulse forming section 3, and reflects the rest.
  • the splitting ratio of the beam splitter 44 is, for example, 1:1.
  • One optical pulse train Pba split by the beam splitter 44 reaches the lens 41 through an optical path 40 c including a plurality of mirrors 45 .
  • the other optical pulse train Pbb split by the beam splitter 44 reaches the lens 41 through an optical path 40 d including a plurality of mirrors 46 .
  • the optical length of the optical path 40c and the optical length of the optical path 40d are different from each other. Therefore, the plurality of mirrors 45 and the plurality of mirrors 46 constitute a delay optical system that gives a time difference between one optical pulse train Pba and the other optical pulse train Pbb split by the beam splitter 44 .
  • at least some of the mirrors 46 are mounted on a moving stage 47, and the optical length of the optical path 40d is variable. Therefore, in this configuration, the time difference between the optical pulse train Pba and the optical pulse train Pbb can be made variable.
  • the optical element 42 includes a nonlinear optical crystal.
  • the lens 41 converges the optical pulse trains Pba and Pbb toward the optical element 42 and causes the optical axes of the optical pulse trains Pba and Pbb to intersect each other at a predetermined angle in the optical element 42 .
  • a secondary harmonic is generated starting from the intersection of the optical pulse trains Pba and Pbb.
  • This secondary harmonic is the correlated light Pc and contains the autocorrelation of the optical pulse train Pb.
  • This correlated light Pc is collimated or condensed by the lens 43 and then input to the detector 400 .
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a correlation optical system 40B for generating correlated light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb, as another configuration example of the correlation optical system 40.
  • the optical pulse train Pb reaches the lens 41 through the optical path 40e
  • the reference optical pulse Pr which is a single pulse
  • the optical path 40f includes a plurality of mirrors 48 and is bent in a U shape. Furthermore, at least part of the plurality of mirrors 48 is mounted on a moving stage 49, and the optical length of the optical path 40f is variable. Therefore, in this configuration, the time difference between the optical pulse train Pb and the reference optical pulse Pr (timing difference in reaching the lens 41) can be made variable.
  • the optical element 42 includes a nonlinear optical crystal.
  • the lens 41 converges the optical pulse train Pb and the reference optical pulse Pr toward the optical element 42, and in the optical element 42, the optical axis of the optical pulse train Pb and the optical axis of the reference optical pulse Pr are mutually set at a predetermined angle. cross.
  • a secondary harmonic is generated starting from the intersection of the optical pulse train Pb and the reference optical pulse Pr.
  • This second harmonic is the correlated light Pc and contains the cross-correlation of the optical pulse train Pb.
  • This correlated light Pc is collimated or condensed by the lens 43 and then input to the detector 400 .
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a correlation optical system 40C for generating correlation light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb, as still another configuration example of the correlation optical system 40.
  • the SLM 14 of the pulse forming section 3 is a polarization dependent spatial light modulator having a modulating action in the first polarization direction.
  • the plane of polarization of the initial pulse light Pa input to the pulse forming unit 3 is inclined with respect to the polarization direction in which the SLM 14 modulates, and the initial pulse light Pa is polarized in the first polarization direction.
  • the polarization of the initial pulsed light Pa is not limited to the above polarization (inclined linear polarization), and may be elliptical polarization.
  • the polarization component in the first polarization direction of the initial pulsed light Pa is modulated by the SLM 14 and output from the pulse forming section 3 as an optical pulse train Pb.
  • the polarization component in the second polarization direction of the initial pulsed light Pa is output from the pulse forming section 3 as it is without being modulated by the SLM 14 .
  • This non-modulated polarization component is provided to the correlation optical system 40 coaxially with the optical pulse train Pb as a reference optical pulse Pr which is a single pulse.
  • the correlation optical system 40 generates correlated light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb from the optical pulse train Pb and the reference optical pulse Pr.
  • the correlation optical system 40 can suitably generate the correlation light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb.
  • the correlation optical system 40 is an optical system that spatially and temporally overlaps the optical pulse train Pb with itself or another pulse train. Specifically, by temporally sweeping one of the pulse trains, a correlation waveform conforming to the temporal waveform shape of the optical pulse train Pb is detected.
  • the sweeping of the pulse is generally performed by spatially changing the optical path length with a drive stage or the like, the amount of movement of the stage corresponds to the amount of time delay of the correlation waveform. At this time, the amount of time delay with respect to the amount of stage movement is very small.
  • the pulse shape can be observed at the detector 400 (described below) on a high time-resolved scale reaching the order of femtoseconds.
  • the feature amount of the time waveform of the optical pulse train Pb can be measured with higher accuracy.
  • FIG. 12(a) shows the time waveform of the correlated light Pc when the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is zero.
  • FIG. 12(b) shows the time waveform of the correlated light Pc when the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is not zero.
  • the peak intensities PE 1 to PE 3 of the light pulses Pc 1 to Pc 3 in FIG. 12(b) are greatly reduced compared to those in FIG. 12(a).
  • the full widths at half maximum W 1 -W 3 of the optical pulses Pc 1 -Pc 3 of FIG. 12(b) are significantly enlarged compared to those of FIG. 12(a).
  • the peak time interval G 1,2 in FIG. 12(b) is much longer than that in FIG. 12(a).
  • the peak intensities PE 1 to PE 3 , the full widths at half maximum W 1 to W 3 , and the peak time intervals G 1 , 2 , G 2 , 3 greatly change compared to the case where the chromatic dispersion amount of the optical component 7 is zero.
  • the amount of change depends on the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 . Therefore, by observing the change in the feature quantity of the time waveform of the correlated light Pc or the change in the feature quantity of the time waveform of the optical pulse train Pb, which is the state before the correlation light Pc is generated, the wavelength of the optical component 7 It is possible to know the amount of dispersion accurately and easily. However, in the above observation, the known amount of wavelength dispersion of the pulse laser light source 2 may be used to correct the amount of wavelength dispersion of the optical component 7 .
  • the detector 400 is a part that receives the correlated light Pc output from the correlation optical system 40 and detects the time waveform of the correlated light Pc.
  • the detector 400 includes, for example, a photodetector (photodetector) such as a photodiode.
  • the detector 400 detects the time waveform of the correlated light Pc by converting the intensity of the correlated light Pc into an electrical signal.
  • An electrical signal, which is the detection result, is provided to the calculation unit 5b.
  • the calculation unit 5b is electrically connected to the detector 400.
  • the calculation unit 5 b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 based on the feature quantity of the time waveform provided from the detector 400 .
  • various feature quantities for example, pulse intervals, peak intensity, pulse width, etc.
  • the calculation unit 5b can accurately estimate the amount of chromatic dispersion of the optical component 7, which is the object of measurement, by evaluating the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc.
  • the optical component 7 is, for example, a light guide member such as an optical fiber or a waveguide. In this embodiment, the optical component 7 is arranged on the optical path between the pulse generator 3 and the photodetector 4 .
  • the input unit 5c receives input from the user of the dispersion measuring device 1A.
  • the input unit 5c acquires information on whether the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is positive or negative.
  • the information about the positive or negative chromatic dispersion amount of the optical component 7 is information that the chromatic dispersion amount of the optical component 7 is positive or information that the chromatic dispersion amount of the optical component 7 is negative.
  • the output unit 5d outputs the estimation result of the chromatic dispersion amount by the calculation unit 5b.
  • the output unit 5d is, for example, a display device that displays the estimation result of the amount of chromatic dispersion.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a hardware configuration example of the control device 5.
  • the control device 5 physically includes a processor (CPU) 51, a main storage device such as a ROM 52 and a RAM 53, an input device 54 such as a keyboard, a mouse and a touch screen, a display (including a touch screen). ), a communication module 56 such as a network card for transmitting and receiving data to and from other devices, an auxiliary storage device 57 such as a hard disk, and the like.
  • a processor CPU
  • main storage device such as a ROM 52 and a RAM 53
  • an input device 54 such as a keyboard, a mouse and a touch screen
  • a display including a touch screen
  • a communication module 56 such as a network card for transmitting and receiving data to and from other devices
  • an auxiliary storage device 57 such as a hard disk, and the like.
  • the processor 51 of the computer can implement the functions of the above-described computing section 5b by means of a chromatic dispersion amount calculation program.
  • the chromatic dispersion amount calculation program causes the processor 51 of the computer to operate as the calculation unit 5b.
  • the chromatic dispersion calculation program is stored in a storage device (storage medium) inside or outside the computer, such as the auxiliary storage device 57, for example.
  • the storage device may be a non-temporary recording medium. Examples of recording media include recording media such as flexible discs, CDs and DVDs, recording media such as ROMs, semiconductor memories, cloud servers, and the like.
  • the auxiliary storage device 57 may store the first phase pattern and the second phase pattern.
  • An input device 54 such as a keyboard, mouse, and touch screen operates as the input unit 5c.
  • An output device 55 such as a display (including a touch screen) operates as the output unit 5d.
  • the auxiliary storage device 57 stores the feature quantity of the time waveform of the correlated light Pc theoretically calculated (or measured in advance) on the assumption that the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is zero. By comparing this feature amount with the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc detected by the detector 400, it is possible to determine how much the feature amount of the correlated light Pc has changed due to the amount of wavelength dispersion of the optical component 7. I understand. Therefore, the calculation unit 5b compares the feature amount stored in the auxiliary storage device 57 with the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc detected by the detector 400, and estimates the chromatic dispersion amount of the optical component 7. can do.
  • FIG. 14 is a flow chart showing a dispersion measuring method using the dispersion measuring device 1A having the above configuration.
  • the control unit 5a stores in advance the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the input unit 5c acquires information about the positive/negative of the amount of chromatic dispersion of the optical component 7.
  • control step S102 the control unit 5a acquires information about the positive/negative of the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the input unit 5c, and selects the first phase pattern and the second phase pattern based on the information.
  • the pulsed laser light source 2 outputs the initial pulsed light Pa.
  • the pulse forming section 3 forms an optical pulse train Pb.
  • an optical pulse train Pb is formed from the initial pulsed light Pa output from the pulsed laser light source 2 .
  • the optical pulse train Pb includes a plurality of optical pulses Pb 1 and Pb 2 that have a time lag and different central wavelengths.
  • the pulse forming unit 3 spatially separates a plurality of wavelength components contained in the initial pulse light Pa for each wavelength, shifts the phases of the plurality of wavelength components using the SLM 14, and then separates the plurality of wavelength components into to collect the light. This makes it possible to easily generate the optical pulse train Pb.
  • the time waveform of the correlated light Pc is detected.
  • the correlation optical system 40 uses an optical element 42 including one or both of a nonlinear optical crystal and a phosphor to perform cross-correlation or A correlated light Pc containing autocorrelation is generated.
  • the optical pulse train Pb is split into two, and one of the split optical pulse trains Pbb is temporally swept with respect to the other optical pulse train Pba. Then, from one optical pulse train Pbb and the other optical pulse train Pba, correlated light Pc including the autocorrelation of the optical pulse train Pb is generated.
  • the reference light pulse Pr is temporally swept with respect to the light pulse train Pb.
  • Correlated light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb is generated from the reference light pulse Pr and the optical pulse train Pb.
  • FIG. 9 the optical pulse train Pb is split into two, and one of the split optical pulse trains Pbb is temporally swept with respect to the other optical pulse train Pba. Then, from one optical pulse train Pbb and the other optical pulse train Pba, correlated light Pc including the autocorrelation of the optical pulse train Pb is generated.
  • the reference light pulse Pr is temporally swept with respect to the light pulse train Pb.
  • the SLM 14 modulates only the polarization component in the first polarization direction of the initial pulsed light Pa to generate the optical pulse train Pb.
  • the polarization component of the initial pulsed light Pa in the second polarization direction is used as a reference light pulse Pr.
  • the SLM 14 temporally sweeps the optical pulse train Pb with respect to the reference optical pulse Pr.
  • Correlated light Pc including the cross-correlation of the optical pulse train Pb is generated from the optical pulse train Pb and the reference optical pulse Pr.
  • the calculation unit 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 based on the feature quantity of the time waveform of the correlated light Pc. Specifically, first, the computing unit 5b calculates the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc theoretically pre-calculated (or pre-measured) on the assumption that the chromatic dispersion of the optical component 7 is zero. get. Next, the calculation unit 5b calculates peak intensities E 1 to E 3 , full widths at half maximum W 1 to W 3 , and peak time intervals G 1, 2 , which are feature amounts of the time waveform of the correlated light Pc detected in the detection step S105. , G 2,3 is obtained. Subsequently, the calculation unit 5b compares the feature amounts of the two acquired time waveforms to estimate the amount of chromatic dispersion of the optical component 7. FIG.
  • the optical pulse train Pb When measuring the amount of chromatic dispersion of the optical component 7, the optical pulse train Pb is transmitted through a measurement target whose amount of chromatic dispersion is not zero. At this time, the optical pulses Pb- 1 and Pb- 2 are shifted by different times, and the time difference between the optical pulses Pb -1 and Pb- 2 changes.
  • the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 shift closer to each other and at least a part of the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 interfere with each other, the chromatic dispersion amount of the optical component 7 can be accurately determined. Measurement may not be possible.
  • FIG. 15 shows a time waveform Pf as an example of the time waveform of the correlated light Pc when the chromatic dispersion of the optical component 7 is zero, and an example of the time waveform of the correlated light when the chromatic dispersion of the optical component 7 is negative. shows a time waveform Pg as .
  • the vertical axis indicates intensity and the horizontal axis indicates time.
  • the effect of the chromatic dispersion of the optical component 7 causes the relative positions of the two light pulses in time to differ from each other compared to when the chromatic dispersion of the optical component 7 is zero. Shift to approach.
  • a plurality of peaks included in the time waveform Pg may approach each other from their respective positions in the time waveform Pf and interfere with each other.
  • the time waveform Pg is distorted, the feature amount cannot be obtained accurately, and the chromatic dispersion amount of the optical component 7 cannot be accurately measured.
  • FIG. 16 shows the time waveform Pg shown in FIG. 15, and the time waveform Ph as an example of the time waveform of the correlated light when the short-wavelength light pulse passes through the optical component 7 before the long-wavelength light pulse. are also shown.
  • the vertical axis indicates intensity and the horizontal axis indicates time.
  • the chromatic dispersion of the optical component 7 is negative, if the short-wavelength optical pulse passes through the optical component 7 before the long-wavelength optical pulse, the chromatic dispersion of the optical component 7 will affect the time difference between the two optical pulses. relative positions are shifted away from each other compared to the case where the chromatic dispersion of the optical component 7 is zero. As a result, as shown in FIG. 16, the multiple peaks included in the time waveform Ph are separated from each other and do not interfere with each other.
  • 17A to 17D show the positive and negative chromatic dispersion amounts of the optical component 7, the temporal positional relationship between the optical pulse Pb 1 and the optical pulse Pb 2 in the optical pulse train Pb before passing through the optical component 7, and the shift directions of the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 in the optical pulse train Pb after passing through the optical component .
  • an optical pulse Pb2 having a center wavelength shorter than that of the optical pulse Pb1 is output before the optical pulse Pb1 . Since the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is negative, when the optical pulse train Pb passes through the optical component 7, the time difference between the optical pulses Pb1 and Pb2 increases.
  • FIG. 17(a) shows the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is negative, when the optical pulse train Pb passes through the optical component 7, the time difference between the optical pulses Pb1 and Pb2 increases.
  • optical pulse Pb1 is output before optical pulse Pb2 .
  • the chromatic dispersion of the optical component 7 is negative, when the optical pulse train Pb passes through the optical component 7, the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 is narrowed.
  • the optical pulse Pb- 2 is output before the optical pulse Pb -1 .
  • the time difference between the optical pulses Pb1 and Pb2 is narrowed.
  • optical pulse Pb1 is output before optical pulse Pb2 .
  • the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 increases when the optical pulse train Pb passes through the optical component 7 .
  • the absolute value of the group delay dispersion of the optical component 7 is sufficiently large. Therefore, in the wavelength band forming the optical pulse Pb1 and the wavelength band forming the optical pulse Pb2 , the group delay dispersion of the optical component 7 is positive in both wavelength bands, or negative in both wavelength bands. be.
  • the first phase pattern and the second phase pattern are selectively output in the controller 5a (control step S102). Then, the output phase pattern is presented at the SLM 14 of the pulse forming section 3 (pulse forming step S104). Then, the pulse generator 3 forms an optical pulse train Pb including an optical pulse Pb 1 and an optical pulse Pb 2 whose center wavelength is shorter than that of the optical pulse Pb 1 .
  • the controller 5a outputs the first phase pattern, in the pulse generator 3, the optical pulse Pb- 1 occurs after the optical pulse Pb -2 .
  • the controller 5a outputs the second phase pattern, in the pulse generator 3, the optical pulse Pb2 occurs after the optical pulse Pb1 .
  • the optical pulse train Pb is transmitted through the optical component 7.
  • the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 widens. This widens the time difference between the plurality of optical pulses included in the correlated light Pc, as shown by the time waveform Ph in FIG.
  • the optical pulse train Pb is transmitted through the optical component 7.
  • the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 widens.
  • the time difference between the plurality of optical pulses included in the correlated light Pc is widened, similar to the time waveform Ph in FIG. Therefore, regardless of whether the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is positive or negative, it is possible to widen the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 when the optical pulse train Pb passes through the optical component 7. Become. Therefore, it is possible to widen the time difference between the plurality of optical pulses included in the correlated light Pc. This makes it possible to suppress mutual interference between the plurality of optical pulses contained in the correlated light Pc. From the above, it is possible to accurately measure the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 .
  • the mutual interference of light pulses may mean that the temporal positions of a plurality of light pulses change so as to approach each other, and that at least some of the light pulses overlap each other.
  • Interference between light pulses may mean that the temporal waveform of the correlated light Pc is distorted due to overlapping or the like, or that the feature quantity such as the half width or peak value of a plurality of light pulses changes.
  • An example of the time waveform of the correlated light Pc when the light pulses interfere with each other is the time waveform Pg shown in FIGS. 15 and 16.
  • FIG. An example of the time waveform of the correlated light Pc when the light pulses do not interfere with each other is the time waveform Ph shown in FIG.
  • control unit 5a outputs the first phase pattern when the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is negative, and outputs the second phase pattern when the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is positive.
  • a phase pattern may be output.
  • the plurality of light pulses included in the correlated light Pc are shifted in the direction in which the time difference between the plurality of light pulses increases, the plurality of light pulses are suppressed from interfering with each other. Therefore, it is possible to accurately measure the chromatic dispersion amount of the object to be measured.
  • the photodetector 4 has a correlation optical system 40 that receives the optical pulse train Pb and outputs the correlation light Pc containing the cross-correlation or autocorrelation of the optical pulse train Pb. may be detected. Then, the controller 5a may estimate the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 based on the feature quantity of the time waveform of the correlated light Pc. Similarly, in the detection step S105, correlated light Pc including cross-correlation or auto-correlation of the optical pulse train Pb may be generated and the time waveform of the correlated light Pc may be detected.
  • the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 may be estimated based on the feature quantity of the time waveform of the correlated light Pc.
  • the feature amount of the time waveform can be measured with higher accuracy, so that the chromatic dispersion amount of the optical component 7 can be measured more accurately.
  • the first phase pattern and the second phase pattern may indicate a phase value, which is a value indicating the magnitude of the phase shift given to the initial pulsed light Pa, at each wavelength.
  • the phase values in the first phase pattern may have a symmetrical relationship with respect to the phase values in the second phase pattern with respect to a predetermined phase value. This makes it possible to simplify the design of the phase pattern and the like, thereby facilitating the design of the dispersion measuring apparatus 1A.
  • the optical component 7 may be arranged on the optical path between the pulse forming section 3 and the light detecting section 4 as in this embodiment. According to this embodiment, for example, the optical component 7 to be measured can be arranged at any position on the optical path. Therefore, since the degree of freedom in the spatial design of the apparatus is high, it is possible to design the apparatus with a view to miniaturizing the apparatus and improving convenience such as ease of attachment and removal of the optical component 7 .
  • the controller 5a stores a first phase pattern and a second phase pattern, and outputs either one of the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the controller 5a subsequently determines that the optical pulses in the time waveform of the correlated light Pc detected by the photodetector 4 interfere with each other, the controller 5a outputs the other phase pattern.
  • the control unit 5a preliminarily stores the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the controller 5a outputs either one of the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the photodetector 4 detects the correlated light Pc.
  • the calculator 5b estimates the chromatic dispersion amount of the optical component 7 from the time waveform of the correlated light Pc.
  • the controller 5a determines that the optical pulses in the correlated light Pc interfere with each other, the controller 5a outputs the other of the first phase pattern and the second phase pattern. Then, the photodetector 4 detects the correlated light Pc, and the calculator 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the time waveform of the correlated light Pc.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a dispersion measurement method according to the second embodiment.
  • the control unit 5a outputs either one of the first phase pattern and the second phase pattern.
  • the pulse laser light source 2 outputs the initial pulse light Pa.
  • the pulse forming section 3 forms an optical pulse train Pb in the same manner as in pulse forming step S104.
  • the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc.
  • the control unit 5a determines whether or not the optical pulses included in the time waveform of the correlated light Pc interfere with each other.
  • determination step S205 NO
  • the process returns to control step S201, and the other phase pattern is output in control step S201.
  • the calculation step S206 the calculation unit 5b calculates the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc as in the calculation step S106. Based on, the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is estimated.
  • the dispersion measuring apparatus and dispersion measuring method of the second embodiment first, one of the phase patterns is output and the time waveform of the correlated light Pc is detected. Next, when it is determined that the optical pulses do not interfere with each other in the detected time waveform, the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is estimated from the feature amount of the time waveform. In the detected time waveform, when it is determined that the optical pulses interfere with each other, the other phase pattern is output. Then, the time waveform of the correlated light Pc is detected, and the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is estimated from the feature amount of the time waveform.
  • the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 can be estimated from the feature amount of the time waveform of the correlated light Pc in which the optical pulses do not interfere with each other. 7 can be accurately measured.
  • the controller 5a outputs the first phase pattern, and the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc. Furthermore, the controller 5a outputs the second phase pattern, and the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc. Then, of the two time waveforms detected by the light detection unit 4, the calculation unit 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 based on the time waveform with the larger time difference between the optical pulses. Specifically, first, the control unit 5a preliminarily stores the first phase pattern and the second phase pattern. Next, the controller 5a outputs the first phase pattern.
  • the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc. Subsequently, the controller 5a outputs the second phase pattern. Subsequently, the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc. Finally, the calculation unit 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the time waveform with the larger time difference between the optical pulses, of the two detected time waveforms. In the control unit 5a, the order of outputting the two phase patterns may be reversed.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a dispersion measuring method using the dispersion measuring device according to the third embodiment.
  • the control unit 5a outputs either the first phase pattern or the second phase pattern.
  • the pulse laser light source 2 outputs the initial pulse light Pa.
  • the pulse forming section 3 forms an optical pulse train Pb in the same manner as in the pulse forming step S104.
  • the photodetector 4 detects the time waveform of the correlated light Pc.
  • determination step S305 the control unit 5a determines whether or not both the first and second phase patterns have been output.
  • the control unit 5a outputs only one of the first and second phase patterns (determination step S305: NO). Output the phase pattern. Then, the output step S302, the pulse forming step S303 and the detection step S304 are performed again. Thus, after the control unit 5a outputs both the first and second phase patterns (determination step S305: YES), in the selection step S306, the calculation unit 5b outputs the first and second phase patterns respectively. A time waveform having a large time difference between optical pulses is selected from the two time waveforms. Finally, in calculation step S307, the calculation unit 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 based on the feature amount of the time waveform selected in selection step S306 in the same manner as in calculation step S106.
  • the calculation unit 5b controls the time waveform of the correlated light Pc detected by the photodetection unit 4 when the first phase pattern is output by the control unit 5a, and Of the time waveforms of the correlated light Pc detected by the photodetector 4 when the second phase pattern is output by the controller 5a, the optical component 7 is controlled based on the time waveform with the greater time difference between the light pulses. Estimate the amount of chromatic dispersion.
  • the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is estimated based on the time waveform in which the time difference between the plurality of light pulses contained in the correlated light Pc is wide and the light pulses do not interfere with each other. Therefore, the chromatic dispersion amount of the optical component 7 can be measured accurately.
  • FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a first modified example of each of the above-described embodiments (first to third embodiments).
  • a dispersion measuring apparatus 1B of this modified example includes a photodetector 4A in place of the photodetector 4 of each of the above-described embodiments.
  • the photodetector 4A has a detector 400, but does not have the correlation optical system 40 of each of the above embodiments.
  • the response speed of the detector 400 is not sufficient, such as when the time width of the optical pulse train Pb is on the order of femtoseconds, the correlation optical system 40 may be used as in the above embodiments.
  • the photodetector 4A does not have the correlation optical system 40, so the time waveform of the optical pulse train Pb is detected instead of the correlated light Pc in the photodetector 4A (detection steps S105, S204, S304). .
  • the detector 400 receives the optical pulse train Pb that has passed through the optical component 7 and detects the time waveform of the optical pulse train Pb.
  • the detector 400 detects the time waveform of the optical pulse train Pb by converting the intensity of the optical pulse train Pb into an electrical signal. The electric signal is provided to the calculation unit 5b.
  • the calculation unit 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the time waveform of the optical pulse train Pb in any one of calculation steps S106, S206, and S307. Specifically, the computing unit 5b first calculates the feature value of the temporal waveform of the optical pulse train Pb theoretically calculated (or measured in advance) assuming that the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is zero. to get This feature amount may be stored in advance in the auxiliary storage device 57 (see FIG. 13). The calculation unit 5b acquires the feature amount of the temporal waveform of the optical pulse train Pb detected in any one of the detection steps S105, S204, and S304. For example, as shown in FIG.
  • each of these feature quantities is obtained from peak intensities Eb 1 and Eb 2 , full widths at half maximum Wb 1 and Wb 2 , and peak time interval Gb 12 of optical pulse Pb 1 and optical pulse Pb 2 .
  • the computing unit 5b calculates the feature amount of the temporal waveform of the optical pulse train Pb theoretically calculated (or measured in advance) on the assumption that the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is zero, and the detection step The amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is estimated by comparing with the feature amount of the time waveform of the optical pulse train Pb detected in any of S105, S204, and S304.
  • the optical pulse Pb- 1 and the optical pulse Pb- 2 interfere with each other in the determination step S205 of the second embodiment.
  • the selection step S306 of the third embodiment a time waveform in which the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 do not interfere with each other is selected from the two time waveforms respectively corresponding to the first and second phase patterns.
  • FIG. 22 is a diagram showing the configuration of a second modification of the above embodiment.
  • the optical component 7 to be measured is arranged on the optical path between the pulse laser light source 2 and the pulse forming section 3 instead of on the optical path between the pulse forming section 3 and the light detecting section 4. It is different from each of the above embodiments in one respect, and is identical to each of the above embodiments in other respects.
  • the initial pulsed light Pa output from the pulsed laser light source 2 enters the pulse forming section 3 after passing through the optical component 7 .
  • the pulse forming unit 3 forms an optical pulse train Pb from the initial pulsed light Pa in the pulse forming steps S104, S203, and S303. Then, in detection steps S105, S204, and S304, correlation optical system 40 generates correlated light Pc from optical pulse train Pb, and detector 400 detects the time waveform of correlated light Pc.
  • the time waveform of the optical pulse train Pb may be detected by the detector 400 without the correlation optical system 40 as in the first modification.
  • the calculator 5b estimates the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 from the time waveform of the correlated light Pc or the optical pulse train Pb.
  • the optical component 7 to be measured may be arranged on the optical path between the pulse laser light source 2 and the pulse forming section 3 . Even in this case, it is possible to widen the time difference between the optical pulse Pb1 and the optical pulse Pb2 regardless of whether the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 is positive or negative. Then, it becomes possible to widen the time difference between the plurality of optical pulses included in the correlated light Pc. This makes it possible to suppress mutual interference of the plurality of optical pulses contained in the correlated light Pc (or the optical pulse train Pb), and to accurately measure the amount of chromatic dispersion of the optical component 7 .
  • the optical component 7 to be measured may be arranged on the optical path between the pulse laser light source 2 and the pulse generator 3 .
  • the optical component 7 to be measured can be arranged at any position on the optical path. Therefore, since the degree of freedom in the spatial design of the apparatus is high, it is possible to design the apparatus with a view to miniaturizing the apparatus and improving convenience such as ease of attachment and removal of the optical component 7 .
  • FIGS. 23 to 26 shows an example of spectral waveforms (spectral phases G41, G51, G61, G71 and spectral intensities G42, G52, G62, G72) of the output light from the pulse forming section 3. .
  • Each (b) of FIGS. 23 to 26 shows an example of the temporal waveform of the optical pulse train Pb corresponding to these spectral waveforms.
  • the first phase pattern is a phase pattern that generates an optical pulse train Pb (see FIG. 8(b)) in which optical pulse Pb1 occurs after optical pulse Pb2 .
  • the second phase pattern is a phase pattern that generates an optical pulse train Pb (see FIG. 7B) in which optical pulse Pb2 occurs after optical pulse Pb1 .
  • the optical pulse Pb2 occurs after the optical pulse Pb1 . Therefore, the second phase pattern may be a phase pattern corresponding to spectral phase G41 or G61 shown in FIG. 23(a) or FIG. 25(a).
  • the optical pulse Pb1 occurs after the optical pulse Pb2 . Therefore, the first phase pattern may be a phase pattern corresponding to spectral phase G51 or G71 shown in FIG. 24(a) or FIG. 26(a).
  • the phase value at each wavelength of the spectrum phase G41 has a symmetrical relationship with respect to the phase value at each wavelength of the spectrum phase G51 with respect to the predetermined phase value.
  • the phase value at each wavelength of the spectrum phase G61 has a symmetrical relationship with respect to the phase value at each wavelength of the spectrum phase G71 with respect to the predetermined phase value.
  • the first phase pattern may be a phase pattern corresponding to spectral phase G51 or G71 shown in this modified example.
  • the second phase pattern may be a phase pattern corresponding to spectral phase G41 or G61 shown in this modified example. Even in this case, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 27 is a block diagram showing the configuration of the modulation pattern calculator 20 in this modification.
  • the first phase pattern and the second phase pattern may be calculated by the modulation pattern calculator 20 shown in FIG.
  • the control device 5 includes a modulation pattern calculator 20, and the phase pattern calculated by the modulation pattern calculator 20 is stored by the controller 5a.
  • the modulation pattern calculation unit 20 is, for example, a personal computer; a smart device such as a smartphone or a tablet terminal; or a computer having a processor such as a cloud server.
  • the calculation unit 5b shown in FIG. 1 may also serve as the modulation pattern calculation unit 20.
  • the modulation pattern calculator 20 is electrically connected to the SLM 14, calculates a phase modulation pattern for generating the optical pulse train Pb, and provides the SLM 14 with a control signal including the phase modulation pattern.
  • the modulation pattern is data for controlling the SLM 14, and is data including a table of intensity of complex amplitude distribution or intensity of phase distribution. Modulation patterns are, for example, computer-generated holograms (CGH).
  • the modulation pattern calculation unit 20 of this modified example causes the control unit 5a to store a phase pattern including a phase pattern for phase modulation and a phase pattern for intensity modulation.
  • the phase pattern for phase modulation is a phase pattern that gives the output light a phase spectrum for obtaining a desired waveform.
  • the phase pattern for intensity modulation is a phase pattern that gives the output light an intensity spectrum for obtaining a desired waveform.
  • the modulation pattern calculation section 20 has an arbitrary waveform input section 21, a phase spectrum design section 22, an intensity spectrum design section 23, and a modulation pattern generation section 24, as shown in FIG.
  • the computer processor provided in the modulation pattern calculation unit 20 has the function of the arbitrary waveform input unit 21, the function of the phase spectrum design unit 22, the function of the intensity spectrum design unit 23, and the function of the modulation pattern generation unit 24. and Each function may be implemented by the same processor or may be implemented by different processors.
  • the computer processor can realize each of the above functions by means of the modulation pattern calculation program. Therefore, the modulation pattern calculation program causes the computer processor to operate as the arbitrary waveform input section 21 , the phase spectrum design section 22 , the intensity spectrum design section 23 and the modulation pattern generation section 24 in the modulation pattern calculation section 20 .
  • the modulation pattern calculation program is stored in a storage device (storage medium) inside or outside the computer.
  • the storage device may be a non-temporary recording medium. Examples of recording media include recording media such as flexible discs, CDs and DVDs, recording media such as ROMs, semiconductor memories, cloud servers, and the like.
  • the arbitrary waveform input unit 21 accepts input of a desired temporal intensity waveform from the operator.
  • the operator inputs information (for example, pulse interval, pulse width, number of pulses, etc.) on a desired temporal intensity waveform to the arbitrary waveform input section 21 .
  • Information about the desired temporal intensity waveform is provided from the arbitrary waveform input section 21 to the phase spectrum designing section 22 and the intensity spectrum designing section 23 .
  • the phase spectrum designing section 22 calculates the phase spectrum of the output light of the pulse forming section 3 suitable for realizing a given desired time intensity waveform.
  • the intensity spectrum designing section 23 calculates an intensity spectrum of the output light of the pulse forming section 3 suitable for realizing a given desired temporal intensity waveform.
  • the modulation pattern generator 24 generates a phase modulation pattern (for example, computer-generated hologram). Then, the calculated phase modulation pattern is stored in the controller 5a. Finally, a control signal SC is provided to the SLM 14 by the controller 5a. SLM 14 is controlled based on control signal SC.
  • a phase modulation pattern for example, computer-generated hologram
  • FIG. 28 is a block diagram showing the internal configuration of the phase spectrum designing section 22 and the intensity spectrum designing section 23.
  • the phase spectrum designing unit 22 and the intensity spectrum designing unit 23 have a Fourier transform unit 25, a function replacement unit 26, a waveform function correction unit 27, an inverse Fourier transform unit 28, and a target generation unit 29.
  • the target generation unit 29 includes a Fourier transform unit 29a and a spectrogram correction unit 29b. The function of each of these components will be detailed later.
  • the desired temporal intensity waveform is expressed as a function of the time domain and the phase spectrum is expressed as a function of the frequency domain.
  • a phase spectrum corresponding to the desired time-intensity waveform is thus obtained, for example, by an iterative Fourier transform based on the desired time-intensity waveform.
  • FIG. 29 is a diagram showing the procedure for calculating the phase spectrum by the iterative Fourier transform method. First, an initial intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) and a phase spectral function ⁇ 0 ( ⁇ ), which are functions of the frequency ⁇ , are prepared (processing number (1) in the figure).
  • these intensity spectral functions A 0 ( ⁇ ) and phase spectral functions ⁇ 0 ( ⁇ ) represent the spectral intensity and spectral phase of the input light, respectively.
  • a frequency domain waveform function (a) including an intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) and a phase spectral function ⁇ n ( ⁇ ) is prepared (processing number (2) in the figure).
  • the subscript n indicates after the n-th Fourier transform process.
  • the initial phase spectrum function ⁇ 0 ( ⁇ ) is used as the phase spectrum function ⁇ n ( ⁇ ).
  • i is an imaginary number.
  • the function (a) is subjected to Fourier transform from the frequency domain to the time domain (arrow A1 in the figure).
  • a time domain waveform function (b) including the time intensity waveform function b n (t) and the time phase waveform function ⁇ n (t) is obtained (process number (3) in the figure).
  • the time intensity waveform function b n (t) included in the function (b) is replaced with the time intensity waveform function Target 0 (t) based on the desired waveform (process numbers (4) and (5 )).
  • the function (d) is subjected to inverse Fourier transform from the time domain to the frequency domain (arrow A2 in the figure).
  • a frequency domain waveform function (e) including an intensity spectral function B n ( ⁇ ) and a phase spectral function ⁇ n ( ⁇ ) is obtained (processing number (6) in the figure).
  • phase spectrum shape represented by the phase spectrum function ⁇ n ( ⁇ ) in the waveform function is changed to the phase spectrum shape corresponding to the desired time intensity waveform. can be brought closer to The finally obtained phase spectrum function ⁇ IFTA ( ⁇ ) is the basis of the modulation pattern for obtaining the desired time-intensity waveform.
  • FIG. 30 is a diagram showing the procedure for calculating the phase spectrum function in the phase spectrum designing section 22. As shown in FIG. First, an initial intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) and a phase spectral function ⁇ 0 ( ⁇ ), which are functions of the frequency ⁇ , are prepared (processing number (11) in the figure).
  • these intensity spectral functions A 0 ( ⁇ ) and phase spectral functions ⁇ 0 ( ⁇ ) represent the spectral intensity and spectral phase of the input light, respectively.
  • a first waveform function (g) in the frequency domain including the intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) and the phase spectral function ⁇ 0 ( ⁇ ) is prepared (processing number (12-a)).
  • i is an imaginary number.
  • the Fourier transform unit 25 of the phase spectrum design unit 22 performs Fourier transform from the frequency domain to the time domain on the function (g) (arrow A3 in the figure).
  • the second waveform function (h) in the time domain including the time intensity waveform function a 0 (t) and the time phase waveform function ⁇ 0 (t) is obtained (Fourier transform step, process number (13)).
  • the function replacement unit 26 of the phase spectrum design unit 22 replaces the desired waveform input in the arbitrary waveform input unit 21 with the time-intensity waveform function b 0 (t) as shown in the following formula (i): (process number (14-a)).
  • the function replacing unit 26 of the phase spectrum designing unit 22 replaces the time intensity waveform function a 0 (t) with the time intensity waveform function b 0 (t) as shown in the following formula (j). That is, the time intensity waveform function a 0 (t) included in the function (h) is replaced with the time intensity waveform function Target 0 (t) based on the desired waveform (function replacement step, process number (15)).
  • the waveform function modifying unit 27 of the phase spectrum designing unit 22 modifies the second waveform function so that the spectrogram of the second waveform function (j) after replacement approaches the target spectrogram generated in advance according to the desired wavelength band. fix it.
  • the second waveform function (j) is converted into a spectrogram SG 0,k ( ⁇ ,t) (the processing in the figure number (15-a)).
  • the subscript k represents the k-th conversion process.
  • time-frequency conversion refers to frequency filtering or numerical arithmetic processing (multiplying while shifting a window function to derive a spectrum for each time) for a composite signal such as a time waveform. and convert it into three-dimensional information consisting of time, frequency, and intensity of signal components (spectrum intensity).
  • the conversion result time, frequency, spectrum intensity
  • spectrogram the conversion result
  • time-frequency transform examples include short-time Fourier transform (STFT) and wavelet transform (Haar wavelet transform, Gabor wavelet transform, Mexican Hat wavelet transform, Morlet wavelet transform).
  • STFT short-time Fourier transform
  • wavelet transform Huar wavelet transform, Gabor wavelet transform, Mexican Hat wavelet transform, Morlet wavelet transform
  • a target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ , t) generated in advance according to a desired wavelength band is read out from the target generator 29 .
  • This target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ , t) has approximately the same value as the target time waveform (time intensity waveform and frequency components constituting it), and is generated in the target spectrogram function of processing number (15-b) .
  • the waveform function modifying unit 27 of the phase spectrum designing unit 22 performs pattern matching between the spectrogram SG 0,k ( ⁇ ,t) and the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ ,t), and the degree of similarity (how much check the In this embodiment, an evaluation value is calculated as an index representing the degree of similarity. Then, in the subsequent process number (15-c), it is determined whether or not the obtained evaluation value satisfies a predetermined termination condition. If the condition is satisfied, proceed to processing number (16), otherwise proceed to processing number (15-d). In process number (15-d), the time phase waveform function ⁇ 0 (t) included in the second waveform function is changed to an arbitrary time phase waveform function ⁇ 0,k (t).
  • the second waveform function after changing the time-phase waveform function is converted back into a spectrogram by a time-frequency conversion such as STFT. Thereafter, the processing numbers (15-a) to (15-d) described above are repeated.
  • the second waveform function is modified so that the spectrogram SG 0,k ( ⁇ ,t) gradually approaches the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ ,t) (waveform function modification step).
  • the inverse Fourier transform unit 28 of the phase spectrum design unit 22 performs an inverse Fourier transform on the modified second waveform function (arrow A4 in the figure) to generate a third waveform function (k) in the frequency domain. (inverse Fourier transform step, process number (16)).
  • the phase spectrum function ⁇ 0,k ( ⁇ ) included in the third waveform function (k) becomes the finally obtained desired phase spectrum function ⁇ TWC-TFD ( ⁇ ).
  • This phase spectrum function ⁇ TWC ⁇ TFD ( ⁇ ) is provided to the modulation pattern generator 24 .
  • FIG. 31 is a diagram showing the calculation procedure of the intensity spectrum function in the intensity spectrum designing section 23. As shown in FIG. Processing number (11) to processing number (15-c) are the same as the spectral phase calculation procedure in the above-described phase spectrum designing unit 22, so description thereof will be omitted.
  • the waveform function modification unit 27 of the intensity spectrum designing unit 23 while constraining the time-phase waveform function ⁇ 0 (t) included in the second waveform function to the initial value, changing the time-intensity waveform function b 0 (t) to an arbitrary time-intensity waveform function b 0,k (t) (processing number (15-e)).
  • the second waveform function is transformed back into a spectrogram by a time-frequency transformation such as STFT.
  • processing numbers (15-a) to (15-c) and (15-e) are repeated.
  • the second waveform function is modified so that the spectrogram SG 0,k ( ⁇ ,t) gradually approaches the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ ,t) (waveform function modification step).
  • the inverse Fourier transform unit 28 of the intensity spectrum design unit 23 performs an inverse Fourier transform on the modified second waveform function (arrow A4 in the figure) to generate a third waveform function (m) in the frequency domain. (inverse Fourier transform step, process number (16)).
  • the filter processing unit of the intensity spectrum designing unit 23 applies the intensity of the input light to the intensity spectrum function B 0,k ( ⁇ ) included in the third waveform function (m). Filtering is performed based on the spectrum (filtering step). Specifically, of the intensity spectrum obtained by multiplying the intensity spectrum function B 0,k ( ⁇ ) by the coefficient ⁇ , the portion exceeding the cutoff intensity for each wavelength determined based on the intensity spectrum of the input light is cut. This is to prevent the intensity spectral function ⁇ B 0,k ( ⁇ ) from exceeding the spectral intensity of the input light in all wavelength regions. In one example, the cutoff intensity for each wavelength is set to match the intensity spectrum of the input light (the initial intensity spectrum function A 0 ( ⁇ ) in this embodiment).
  • the intensity spectral function A TWC-TFD ( ⁇ )
  • the value of the intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) is taken as the value of .
  • the value of the intensity spectral function ⁇ B 0,k ( ⁇ ) is taken as the value of the intensity spectral function A TWC ⁇ TFD ( ⁇ ) is taken in (processing number (17-b) in the figure).
  • This intensity spectral function A TWC-TFD ( ⁇ ) is provided to the modulation pattern generator 24 as the desired spectral intensity finally obtained.
  • the modulation pattern generation unit 24 generates the spectrum phase indicated by the phase spectrum function ⁇ TWC-TFD ( ⁇ ) calculated in the phase spectrum design unit 22 and the intensity spectrum function A TWC-TFD ( ⁇ ) calculated in the intensity spectrum design unit 23. ⁇ ) and a phase modulation pattern (for example, a computer-generated hologram) for giving the output light a spectral intensity (data generation step).
  • FIG. 32 is a diagram showing an example of a procedure for generating the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ , t) in the target generator 29.
  • a target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ , t) indicates a target time waveform.
  • a time waveform is a time intensity waveform and frequency components (wavelength band components) that constitute it. Therefore, creating a target spectrogram is a very important step for controlling frequency components (wavelength band components).
  • the target generation unit 29 first generates a spectral waveform (an initial intensity spectral function A 0 ( ⁇ ) and an initial phase spectral function ⁇ 0 ( ⁇ )) and a desired temporal intensity waveform function Target 0 Enter (t).
  • the target generator 29 inputs a time function p 0 (t) including desired frequency (wavelength) band information (processing number (21)).
  • the target generation unit 29 uses, for example, the iterative Fourier transform method shown in FIG. 29 to calculate the phase spectrum function ⁇ IFTA ( ⁇ ) for realizing the time intensity waveform function Target 0 (t) ( Processing number (22)).
  • FIG. 33 is a diagram showing an example of a procedure for calculating the intensity spectrum function A IFTA ( ⁇ ).
  • a frequency domain waveform function (o) including an intensity spectrum function A k ( ⁇ ) and a phase spectrum function ⁇ 0 ( ⁇ ) is prepared (processing number (32) in the figure).
  • the subscript k represents after the k-th Fourier transform process.
  • i is an imaginary number.
  • the function (o) is subjected to Fourier transform from the frequency domain to the time domain (arrow A5 in the figure).
  • a waveform function (p) in the time domain including the time intensity waveform function b k (t) is obtained (processing number (33) in the figure).
  • time-intensity waveform function b k (t) included in the function (p) is replaced with the time-intensity waveform function Target 0 (t) based on the desired waveform (processing numbers (34) and (35) in the figure). )).
  • the function (r) is subjected to inverse Fourier transform from the time domain to the frequency domain (arrow A6 in the figure).
  • a frequency domain waveform function (s) including an intensity spectral function C k ( ⁇ ) and a phase spectral function ⁇ k ( ⁇ ) is obtained (processing number (36) in the figure).
  • processing number (36) in the figure.
  • the phase spectrum function ⁇ k ( ⁇ ) included in the function (s) it is replaced with the initial phase spectrum function ⁇ 0 ( ⁇ ) (processing number (37-a) in the figure).
  • the value of the intensity spectral function C k ( ⁇ ) is taken as the value of the intensity spectral function A k ( ⁇ ) ( Processing number (37-b) in the figure).
  • the intensity spectral shape represented by the intensity spectral function A k ( ⁇ ) in the waveform function is changed to the intensity spectral shape corresponding to the desired temporal intensity waveform.
  • the intensity spectrum function A IFTA ( ⁇ ) is obtained.
  • the spectrogram correction unit 29b of the target generation unit 29 converts the fourth waveform function (w) into the spectrogram SG IFTA ( ⁇ ,t) by time-frequency conversion (processing number (26)). Then, in processing number (27), the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ , t). For example, a characteristic pattern appearing in a spectrogram SG IFTA ( ⁇ , t) composed of two-dimensional data is partially cut out, and the frequency component of that portion is manipulated based on the time function p 0 (t). A specific example thereof will be described in detail below.
  • the spectrogram SG IFTA ( ⁇ , t) results as shown in FIG. 34(a).
  • the horizontal axis indicates time (unit: femtosecond), and the vertical axis indicates wavelength (unit: nm).
  • the spectrogram values are indicated by the brightness of the figure, and the brighter the color, the greater the spectrogram value.
  • the triple pulses appear as domains D 1 , D 2 , and D 3 separated on the time axis at intervals of 2 picoseconds.
  • the center (peak) wavelength of domains D 1 , D 2 and D 3 is 800 nm.
  • the spectrogram SG IFTA ( ⁇ ,t) changes to the target spectrogram TargetSG 0 ( ⁇ ,t) shown in FIG. 34(b).
  • the constituent frequencies (wavelength bands) of each pulse are arbitrarily controlled without changing the shape of the time-intensity waveform.
  • the dispersion measuring device and dispersion measuring method according to the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible.
  • the optical component 7, which is an optical waveguide such as an optical fiber, is exemplified as an object to be measured.
  • the embodiments can be used as a dispersion measuring device and a dispersion measuring method capable of accurately measuring the amount of chromatic dispersion of a measurement object.
  • 1A, 1B ...dispersion measuring device, 2...pulse laser light source, 3...pulse forming section, 3a...optical input terminal, 3b...optical output terminal, 4, 4A...photodetector, 40, 40A, 40B, 40C...correlation optics System 4a... Optical input terminal 40b... Optical output terminal 40c to 40f... Optical path 400... Detector 5... Control device 5a... Control unit 5b... Calculation unit 5c... Input unit 5d...
  • Output unit 7 Optical component (measurement object) 12 Diffraction grating 13, 15 Lens 14 Spatial light modulator (SLM) 16 Diffraction grating 17 Modulation surface 17a Modulation area 20 Modulation pattern calculation Section 21 Arbitrary waveform input section 22 Phase spectrum design section 23 Intensity spectrum design section 24 Modulation pattern generation section 25 Fourier transform section 26 Function replacement section 27 Waveform function correction section 28 . 49... Movement stage 51... Processor 54... Input device 55... Output device 56... Communication module 57... Auxiliary storage device Pa... Initial pulse light Pb, Pd... Optical pulse train Pb1 ... Optical pulse (first 1 optical pulse), Pb 2 . . . optical pulse (second optical pulse), Pd 1 , Pd 2 . Pr... reference light pulse, SC... control signal. G21, G41, G61... spectrum phase (second phase pattern), G51, G31, G71... spectrum phase (first phase pattern).

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Abstract

分散測定装置１Ａは、パルスレーザ光源２、パルス形成部３、光検出部４、制御部５ａ及び演算部５ｂを備える。制御部５ａは、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを選択的に出力する。パルス形成部３は、パルスレーザ光源２から出力された初期パルス光Ｐａから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の光パルスを含む光パルス列Ｐｂを形成する。光検出部４は、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。演算部５ｂは、光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量に基づいて、パルスレーザ光源２と光検出部４との間の光路上に配置された測定対象の波長分散量を推定する。第１の位相パターンが出力されると、中心波長の長いパルスが先に生成される。第２の位相パターンが出力されると、中心波長の短いパルスが先に生成される。

Description

分散測定装置及び分散測定方法
　本開示は、分散測定装置及び分散測定方法に関するものである。
　特許文献１には、パルスレーザ光源の波長分散量を測定可能な分散測定装置及び分散測定方法が記載されている。当該装置及び方法では、まず、パルスレーザ光源から出力された被測定光パルスから、光パルス列が形成される。その光パルス列は、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の光パルスを含む。次に、この光パルス列が相関光学系に入射する。続いて、相関光学系から、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光が出力される。最後に、相関光の時間波形が検出され、検出された相関光の時間波形の特徴量からパルスレーザ光源の波長分散量が推定される。光学部品等の測定対象を光学系に挿入することによって、上記相関光の時間波形から測定対象の波長分散量を推定することもできる。
特開２０２０－１６９９４６号公報
　光学部品等といった測定対象の波長分散量を測定するとき、例えば、中心波長が互いに異なる複数の光パルスを含む光パルス列が測定対象を透過する。このとき、測定対象の波長分散に起因して複数の光パルスがそれぞれ異なる時間だけシフトするので、光パルス間の時間差が変化する。この時間差の変化に基づいて、測定対象の波長分散量を測定することができる。しかしながら、複数の光パルスが、互いに近づくようにシフトし、光パルスの少なくとも一部同士が互いに干渉する場合、測定対象の波長分散量を正確に測定することができないおそれがある。
　本開示の一側面は、測定対象の波長分散量を正確に測定することが可能となる分散測定装置及び分散測定方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本開示の一側面に係る分散測定装置は、光源と、制御部と、パルス形成部と、光検出部と、演算部と、を備える。光源は、初期パルス光を出力する。制御部は、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与えて変調光を生成するために空間光変調器において提示される位相パターンである第１の位相パターンと第２の位相パターンとを記憶する。制御部は、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを選択的に出力する。パルス形成部は、制御部によって出力された位相パターンを提示する空間光変調器を有する。パルス形成部は、初期パルス光から、中心波長が第１の波長である第１光パルスと、中心波長が第１の波長より短い第２の波長である第２光パルスとを含む変調光である光パルス列を形成する。光検出部は、光パルス列の時間波形を検出する。演算部は、光検出部と電気的に接続される。測定対象は、光源とパルス形成部との間の光路上又はパルス形成部と光検出部との間の光路上に配置される。演算部は、時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。第１光パルス及び第２光パルスは、互いに時間差を有する。第１の位相パターンは、第２光パルスの後に第１光パルスが生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与える位相パターンである。第２の位相パターンは、第１光パルスの後に第２光パルスが生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与える位相パターンである。
　この装置では、制御部において、第１の位相パターン及び第２の位相パターンが選択的に出力される。出力された位相パターンは、パルス形成部の空間光変調器において提示される。そして、パルス形成部において、第１光パルス、及び中心波長が第１光パルスより短い第２光パルスを含む光パルス列が形成される。制御部が、第１の位相パターンを出力する場合、パルス形成部において、第２光パルスの後に第１光パルスが生じる。制御部が、第２の位相パターンを出力する場合、パルス形成部において、第１光パルスの後に第２光パルスが生じる。測定対象の波長分散量が負であるとき、第２光パルスが第１光パルスの前に出力されると、光パルス列が測定対象を透過する際に第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がる。測定対象の波長分散量が正であるとき、第１光パルスが第２光パルスの前に出力されると、光パルス列が測定対象を透過する際に第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がる。従って、測定対象の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、光パルス列が測定対象を透過する際に、第１光パルス及び第２光パルスの時間差を広げることが可能となる。これにより、第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉することを抑制することが可能となる。以上のことから、測定対象の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
　本開示の一側面に係る分散測定方法は、出力ステップと、制御ステップと、パルス形成ステップと、検出ステップと、演算ステップと、を含む。出力ステップでは、初期パルス光を出力する。制御ステップでは、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与えて変調光を生成するために空間光変調器において提示される位相パターンである第１の位相パターンと第２の位相パターンを記憶する。制御ステップでは、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのいずれか一方を選択的に出力する。パルス形成ステップでは、制御ステップにおいて出力された位相パターンを提示する空間光変調器において、初期パルス光から、中心波長が第１の波長である第１光パルスと、中心波長が第１の波長より短い第２の波長である第２光パルスとを含む変調光である光パルス列を形成する。検出ステップでは、光パルス列の時間波形を検出する。演算ステップでは、時間波形の特徴量を取得する。パルス形成ステップにおいて、初期パルス光が測定対象を透過した後に、初期パルス光から光パルス列を形成する。又は、検出ステップにおいて、光パルス列が測定対象を通過した後に、光パルス列の時間波形を検出する。演算ステップでは、時間波形の特徴量に基づいて、測定対象の波長分散量を推定する。第１光パルス及び第２光パルスは、互いに時間差を有する。第１の位相パターンは、第２光パルスの後に第１光パルスが生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与える位相パターンである。第２の位相パターンは、第１光パルスの後に第２光パルスが生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光に与える位相パターンである。
　この方法では、制御ステップにおいて、第１の位相パターン及び第２の位相パターンが選択的に出力される。出力された位相パターンは、パルス形成ステップにおいて空間光変調器において提示される。そして、パルス形成ステップにおいて、第１光パルス、及び中心波長が第１光パルスより短い第２光パルスを含む光パルス列が形成される。制御ステップにおいて、第１の位相パターンを出力する場合、パルス形成ステップにおいて、第２光パルスの後に第１光パルスが生じる。制御ステップにおいて、第２の位相パターンを出力する場合、パルス形成ステップにおいて、第１光パルスの後に第２光パルスが生じる。測定対象の波長分散量が負であるとき、第２光パルスが第１光パルスの前に出力されると、光パルス列が測定対象を透過する際に第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がる。測定対象の波長分散量が正であるとき、第１光パルスが第２光パルスの前に出力されると、光パルス列が測定対象を透過する際に第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がる。従って、測定対象の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、光パルス列が測定対象を透過する際に、第１光パルス及び第２光パルスの時間差を広げることが可能となる。これにより、第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉することを抑制することが可能となる。以上のことから、測定対象の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
　上記装置において、制御部は、測定対象の波長分散量が負である場合、第１の位相パターンを出力し、測定対象の波長分散量が正である場合、第２の位相パターンを出力してもよい。この装置によれば、光パルス列が測定対象を透過する際に、第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がる方向に第１光パルス及び第２光パルスがシフトするので、第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉することが抑制される。従って、測定対象の波長分散量を正確に測定することができる。
　上記装置において、制御部は、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのいずれか一方を出力した後に、光検出部により検出された光パルス列の時間波形において第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉すると判定した場合、他方の位相パターンを出力してもよい。この装置では、まず、どちらか一方の位相パターンが出力され、光パルス列の時間波形が検出される。検出された時間波形において、第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉しないと判定された場合、当該時間波形の特徴量から測定対象の波長分散量が推定される。第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉し合うと判定された場合、他方の位相パターンが出力され、光パルス列の時間波形が検出され、当該時間波形の特徴量から測定対象の波長分散量が推定される。従って、測定対象の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、第１光パルス及び第２光パルスが互いに干渉しない光パルス列の時間波形の特徴量から測定対象の波長分散量が推定されるので、測定対象の波長分散量を正確に測定することができる。
　上記装置において、演算部は、制御部により第１の位相パターンが出力された場合に光検出部により検出される光パルス列の時間波形、及び制御部により第２の位相パターンが出力された場合に光検出部により検出される光パルス列の時間波形のうち、ピーク間の時間差がより大きい光パルス列の時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。この装置によれば、第１光パルス及び第２光パルスの時間差が広がりパルス同士が互いに干渉しない光パルス列の時間波形に基づいて、測定対象の波長分散量が推定される。従って、測定対象の波長分散量を正確に測定することができる。
　上記装置において、光検出部は、光パルス列を受け、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を出力する相関光学系を有し、光パルス列の時間波形として相関光の時間波形を検出してもよい。演算部は、相関光の時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。同様に、上記方法の検出ステップにおいて、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を生成し、光パルス列の時間波形として相関光の時間波形を検出してもよい。演算ステップにおいて、相関光の時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。これらの装置及び方法によれば、時間波形の特徴量がより精度良く測定されるので、測定対象の波長分散量をより正確に測定することができる。
　上記装置において、第１の位相パターン及び第２の位相パターンは、初期パルス光に与える位相ずれの大きさを示す値である位相値を各波長において示してもよい。各波長において、第１の位相パターンにおける位相値は、第２の位相パターンの位相値と所定の位相値に関して対称の関係を有してもよい。この装置によれば、位相パターンの設計等を簡略化することが可能となり、設計が容易になる。
　上記装置において、測定対象は、パルス形成部と光検出部との間の光路上に配置されてもよい。上記装置によれば、例えばこのように、測定対象を光路上の任意の位置に配置できる。したがって、装置の空間的な設計の自由度が高いので、装置の小型化、並びに、測定対象の取り付け易さ及び取り出し易さといった利便性の向上へ向けた装置設計が可能となる。
　本開示の一側面に係る分散測定装置及び分散測定方法によれば、測定対象の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
図１は、本開示の一実施形態に係る分散測定装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、パルス形成部の構成例を示す図である。 図３は、ＳＬＭの変調面を示す図である。 図４の（ａ）～（ｃ）は、帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。 図５の（ａ）～（ｃ）は、比較例として、帯域制御されていないマルチパルスの例を示す図である。 図６の（ａ）は、単パルス状の被測定光パルスのスペクトル波形を示す。図６の（ｂ）は、被測定光パルスの時間強度波形を示す。 図７の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。図７の（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図８の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図９は、相関光学系の構成例として、光パルス列の自己相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。 図１０は、相関光学系の別の構成例として、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。 図１１は、相関光学系の更に別の構成例として、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。 図１２は、相関光の特徴量を概念的に説明するための図である。図１２の（ａ）は、光学部品の波長分散がゼロである場合の相関光の時間波形の例を示す。図１２の（ｂ）は、光学部品の波長分散がゼロではない場合の相関光の時間波形の例を示す。 図１３は、制御装置のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。 図１４は、分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。 図１５は、光学部品の波長分散がゼロではない場合の相関光と光学部品の波長分散量がゼロである場合の相関光とを示す図である。 図１６は、光学部品の波長分散がゼロではない場合の相関光を示す図である。 図１７の（ａ）及び（ｂ）は、波長分散量が負である光学部品を光パルス列が透過する際の、光パルス列の時間波形におけるピークの時間的位置の変化を示す。図１７の（ｃ）及び（ｄ）は、波長分散量が正である光学部品を光パルス列が透過する際の、光パルス列におけるピークの時間的位置の変化を示す。 図１８は、分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。 図１９は、分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。 図２０は、第１変形例として分散測定装置の別の構成を示す図である。 図２１は、光パルス列の波形を示す図である。 図２２は、第２変形例として分散測定装置の更に別の構成を示す図である。 図２３の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。図２３の（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図２４の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。図２４の（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図２５の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。図２５の（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図２６の（ａ）は、ＳＬＭにおいて三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す。図２６の（ｂ）は、パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。 図２７は、ＳＬＭの変調パターンを演算する制御装置の構成を示す図である。 図２８は、位相スペクトル設計部及び強度スペクトル設計部の内部構成を示すブロック図である。 図２９は、反復フーリエ変換法による位相スペクトルの計算手順を示す図である。 図３０は、位相スペクトル設計部における位相スペクトル関数の計算手順を示す図である。 図３１は、強度スペクトル設計部における強度スペクトル関数の計算手順を示す図である。 図３２は、ターゲット生成部におけるターゲットスペクトログラムの生成手順の一例を示す図である。 図３３は、強度スペクトル関数を算出する手順の一例を示す図である。 図３４の（ａ）は、スペクトログラムを示す図である。図３４の（ｂ）は、スペクトログラムが変化したターゲットスペクトログラムを示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本開示による分散測定装置及び分散測定方法の実施の形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本開示の一実施形態に係る分散測定装置１Ａの構成を概略的に示す図である。この分散測定装置１Ａは、測定対象である光学部品７の波長分散量を測定する装置であって、パルスレーザ光源２（光源）、パルス形成部３、光検出部４、及び制御装置５を備える。パルス形成部３の光入力端３ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、パルスレーザ光源２と光学的に結合されている。光学部品７の光入力端７ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、パルス形成部３の光出力端３ｂと光学的に結合されている。光検出部４の光入力端４ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、光学部品７の光出力端７ｂと光学的に結合されている。制御装置５は、パルス形成部３及び光検出部４と電気的に接続されている。光検出部４は、相関光学系４０と、検出器４００と、を備えている。相関光学系４０の光出力端４０ｂは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、検出器４００と光学的に結合されている。制御装置５は、制御部５ａと、演算部５ｂと、入力部５ｃと、出力部５ｄと、を備えている。光学部品７は、例えば光ファイバ等の光導波路である。
　パルスレーザ光源２は、コヒーレントな初期パルス光Ｐａを出力する。パルスレーザ光源２は、例えばフェムト秒レーザであり、一実施例ではＬＤ直接励起型Ｙｂ：ＹＡＧパルスレーザといった固体レーザ光源である。初期パルス光Ｐａの時間波形は例えばガウス関数状である。初期パルス光Ｐａの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例えば１０ｆｓ～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では１００ｆｓである。この初期パルス光Ｐａは、或る程度の帯域幅を有する光パルスであって、連続する複数の波長成分を含む。一実施例では、初期パルス光Ｐａの帯域幅は１０ｎｍであり、初期パルス光Ｐａの中心波長は１０３０ｎｍである。
　パルス形成部３は、初期パルス光Ｐａから複数の光パルスを含む光パルス列Ｐｂを形成する部分である。光パルス列Ｐｂは、初期パルス光Ｐａを構成するスペクトルを複数の波長帯域に分け、それぞれの波長帯域を用いて生成したシングルパルス群である。複数の波長帯域の境界では、互いに重なり合う部分があってもよい。以下の説明では、光パルス列Ｐｂを「帯域制御したマルチパルス」と称することがある。
　図２は、パルス形成部３の構成例を示す図である。このパルス形成部３は、回折格子１２、レンズ１３、空間光変調器（ＳＬＭ）１４、レンズ１５、及び回折格子１６を有する。回折格子１２は、本実施形態における分光素子であり、パルスレーザ光源２と光学的に結合されている。ＳＬＭ１４は、レンズ１３を介して回折格子１２と光学的に結合されている。回折格子１２は、初期パルス光Ｐａに含まれる複数の波長成分を、波長毎に空間的に分離する。分光素子として、回折格子１２に代えてプリズム等の他の光学部品を用いてもよい。初期パルス光Ｐａは、回折格子１２に対して斜めに入射し、複数の波長成分に分光される。この複数の波長成分を含む光Ｐ１は、レンズ１３によって波長成分毎に集光され、ＳＬＭ１４の変調面に結像される。レンズ１３は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。
　ＳＬＭ１４は、初期パルス光Ｐａを光パルス列Ｐｂ（変調光）に変換するために、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光Ｐａに与える。具体的には、ＳＬＭ１４は、位相ずれを初期パルス光Ｐａに与えて光パルス列Ｐｂを生成するために、制御部５ａ（図１を参照）から制御信号を受ける。ＳＬＭ１４は、制御部５ａによって出力された位相パターンを提示する。ＳＬＭ１４は、提示された位相パターンを用いて光Ｐ１の位相変調と強度変調とを同時に行う。このように、ＳＬＭ１４は、回折格子１２から出力された複数の波長成分の位相を相互にずらす。ＳＬＭ１４は、位相変調のみ、または強度変調のみを行ってもよい。ＳＬＭ１４は、例えば位相変調型である。一実施例では、ＳＬＭ１４はＬＣＯＳ（Liquid　crystal　on　silicon）型である。図面には透過型のＳＬＭ１４が示されているが、ＳＬＭ１４は反射型であってもよい。
　図３は、ＳＬＭ１４の変調面１７を示す図である。図３に示すように、変調面１７には、複数の変調領域１７ａが或る方向Ａに沿って並んでおり、各変調領域１７ａは方向Ａと交差する方向Ｂに延びている。方向Ａは、回折格子１２による分光方向である。変調面１７はフーリエ変換面として働き、複数の変調領域１７ａのそれぞれには、分光後の対応する各波長成分が入射する。ＳＬＭ１４は、各変調領域１７ａにおいて、入射した各波長成分の位相及び強度を他の波長成分から独立して変調する。本実施形態のＳＬＭ１４が位相変調型であるので、強度変調は、変調面１７に呈示される位相パターン（位相画像）によって実現される。
　ＳＬＭ１４によって変調された変調光Ｐ２の各波長成分は、レンズ１５によって回折格子１６上の一点に集められる。このときのレンズ１５は、変調光Ｐ２を集光する集光光学系として機能する。レンズ１５は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。回折格子１６は合波光学系として機能し、変調後の各波長成分を合波する。すなわち、これらのレンズ１５及び回折格子１６により、変調光Ｐ２の複数の波長成分は互いに集光及び合波されて、帯域制御したマルチパルス（光パルス列Ｐｂ）となる。
　ＳＬＭ１４は、初期パルス光Ｐａから、光パルスＰｂ１と光パルスＰｂ２とを含む光パルス列Ｐｂを形成する。図４は、帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。この例では、光パルスＰｂ１（第１光パルス）、及び光パルスＰｂ２（第２光パルス）からなる光パルス列Ｐｂが示されている。図４（ａ）は、スペクトログラムであって、横軸に時間、縦軸に波長を示しており、光強度を色の濃淡で表している。図４（ｂ）は、光パルス列Ｐｂの時間波形を表している。各光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形は例えばガウス関数状である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク同士は時間的に互いに離れており、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の伝搬タイミングは互いにずれている。言い換えると、一の光パルスＰｂ１に対して別の光パルスＰｂ２が時間遅れを有しており、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２は、互いに時間差を有している。光パルスＰｂ１の中心波長は、第１の波長λＬである。光パルスＰｂ２の中心波長は、第１の波長λＬより短い第２の波長λＳである。第１の波長λＬは、例えば、８０５ｎｍである。第２の波長λＳは、例えば、７９５ｎｍである。光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間間隔（ピーク間隔）は、例えば１０ｆｓ～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では２０００ｆｓである。光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のＦＷＨＭは、例えば、１０ｆｓ～５０００ｆｓの範囲内であり、一例では３００ｆｓである。
　図４（ｃ）は、２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を合成したスペクトルを表している。図４（ｃ）に示すように、２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を合成したスペクトルは単一のピークを有する。しかし、図４（ａ）を参照すると、２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の中心波長は互いにずれている。図４（ｃ）に示す単一のピークは、ほぼ初期パルス光Ｐａのスペクトルに相当する。隣り合う光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク波長間隔は、初期パルス光Ｐａのスペクトル帯域幅によって定まり、概ね半値全幅の２倍の範囲内である。一例では、初期パルス光Ｐａのスペクトル帯域幅である半値全幅（ＦＷＨＭ）が１０ｎｍの場合、ピーク波長間隔は１０ｎｍである。具体例として、初期パルス光Ｐａの中心波長が８００ｎｍである場合、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のピーク波長はそれぞれ８０５ｎｍ、及び７９５ｎｍであることができる。光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間的位置は、互いに入れ替わってもよい。
　図５は、比較例として、帯域制御されていないマルチパルスの例を示す図である。この例では、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２からなる光パルス列Ｐｄが示されている。図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に、スペクトログラムであって、横軸に時間、縦軸に波長を示しており、光強度を色の濃淡で表している。図５（ｂ）は、光パルス列Ｐｄの時間波形を表している。図５（ｃ）は、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２を合成したスペクトルを表している。図５（ａ）～（ｃ）に示すように、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２のピーク同士は時間的に互いに離れているが、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２の中心波長は互いに一致している。本実施形態のパルス形成部３は、このような光パルス列Ｐｄを生成するものではなく、図４に示されたような、中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂを生成するものである。
　図２に示されたパルス形成部３のＳＬＭ１４における、帯域制御したマルチパルスを生成するための位相変調について詳細に説明する。レンズ１５よりも前の領域（スペクトル領域）と、回折格子１６よりも後ろの領域（時間領域）とは、互いにフーリエ変換の関係にある。スペクトル領域における位相変調は、時間領域における時間強度波形に影響する。従って、パルス形成部３からの出力光は、ＳＬＭ１４の変調パターンに応じた、初期パルス光Ｐａとは異なる様々な時間強度波形を有することができる。
　図６（ａ）は、一例として、単パルス状の初期パルス光Ｐａのスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ１１及びスペクトル強度Ｇ１２）を示し、図６（ｂ）は、該初期パルス光Ｐａの時間強度波形を示す。図７（ａ）は、一例として、ＳＬＭ１４において上に凸の三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部３からの出力光のスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ２１及びスペクトル強度Ｇ２２）を示し、図７（ｂ）は、該出力光の時間強度波形を示す。図８（ａ）は、一例として、ＳＬＭ１４において下に凸の三角波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部３からの出力光のスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ３１及びスペクトル強度Ｇ３２）を示し、図８（ｂ）は、該出力光の時間強度波形を示す。図６（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、左の縦軸は強度スペクトルの強度値（任意単位）を示し、右の縦軸は位相スペクトルの位相値（ｒａｄ）を示す。図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）において、横軸は時間（フェムト秒）を表し、縦軸は光強度（任意単位）を表す。
　図７に示される例では、上に凸の三角波状の位相スペクトル波形をＳＬＭ１４が提示する。この場合、パルス形成部３が、初期パルス光Ｐａのシングルパルスを、光パルスＰｂ１、及び光パルスＰｂ２を含むダブルパルスに変換する。そして、当該ダブルパルスでは、光パルスＰｂ１の後に光パルスＰｂ２が生じる。図８に示される例では、下に凸の三角波状の位相スペクトル波形をＳＬＭ１４が提示する。この場合、パルス形成部３が、初期パルス光Ｐａのシングルパルスを、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２を含むダブルパルスに変換する。そして、当該ダブルパルスでは、光パルスＰｂ２の後に光パルスＰｂ１が生じる。図７及び図８に示されるスペクトル及び波形は一つの例であって、様々な位相スペクトル及び強度スペクトルの組み合わせにより、パルス形成部３からの出力光に含まれる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の順序を制御する。
　再び図１を参照する。制御部５ａは、第１の位相パターンと第２の位相パターンとを記憶し、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを選択的に出力する。具体的には、制御部５ａは、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを予め記憶する。制御部５ａは、入力部５ｃ（後述する）から光学部品７の波長分散量の正負に関する情報を取得する。制御部５ａは、取得した情報において、光学部品７の波長分散量が負である場合、第１の位相パターンを出力する。出力された位相パターンは、ＳＬＭ１４において提示される。制御部５ａは、取得した情報において、光学部品７の波長分散量が正である場合、第２の位相パターンを出力する。出力された位相パターンは、ＳＬＭ１４において提示される。第１の位相パターン及び第２の位相パターンは、初期パルス光Ｐａに与える位相ずれの大きさを示す値である位相値を各波長において示すものである。
　第１の位相パターンとは、例えば、図８に示されるスペクトル位相Ｇ３１であり、第２の位相パターンとは、例えば、図７に示されるスペクトル位相Ｇ２１である。つまり、第１の位相パターンは、光パルスＰｂ２の後に光パルスＰｂ１が生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光Ｐａに与えるための位相パターンである。第２の位相パターンは、光パルスＰｂ１の後に光パルスＰｂ２が生じるように、波長ごとの所定の位相ずれを初期パルス光Ｐａに与えるための位相パターンである。各波長において、スペクトル位相Ｇ２１における位相値は、スペクトル位相Ｇ３１の位相値と、所定の位相値に関して対称の関係を有する。
　ここで、上記対称の関係について具体的に説明する。スペクトル位相Ｇ２１の各波長における位相値と所定の位相値との差分を、スペクトル位相Ｇ３１の各波長における位相値と所定の位相値との差分と比較する。この場合、２つの差分は同じ絶対値を有する。そして、２つの差分の符号は互いに逆となる。
　光学部品７の波長分散量が正であるとは、光学部品７の群遅延分散（Group　Delay　Dispersion：ＧＤＤ）が正であることを意味する。そして、群速度分散（Group　Velocity　Dispersion）とは、群遅延分散の単位長さ当たりの値である。従って、光学部品７の波長分散量が正であるとは、光学部品７の群速度分散が正であることを意味する。光学部品７の波長分散量が負であるとは、上記と同様に、光学部品７の群遅延分散及び群速度分散が負であることを意味する。
　相関光学系４０は、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを出力する。本実施形態では、相関光学系４０は、レンズ４１、光学素子４２及びレンズ４３を含んで構成されている。レンズ４１は、パルス形成部３と光学素子４２との間の光路上に設けられ、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂを光学素子４２に集光する。光学素子４２は、例えば二次高調波（ＳＨＧ）を発生する非線形光学結晶、及び蛍光体の一方又は双方を含む発光体である。非線形光学結晶としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶、ＢＢＯ（β－ＢａＢ２Ｏ４）結晶等が挙げられる。蛍光体としては、例えばクマリン、スチルベン、ローダミン等が挙げられる。光学素子４２は、光パルス列Ｐｂを入力し、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成する。レンズ４３は、光学素子４２から出力された相関光Ｐｃを平行化または集光する。相関光Ｐｃは、光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量をより精度良く算出するために生成される光である。詳細は後述するが、相関光学系４０は、分散測定装置１Ａに含まれていなくてもよい。
　ここで、相関光学系４０の構成例について詳細に説明する。図９は、相関光学系４０の構成例として、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ａを概略的に示す図である。この相関光学系４０Ａは、光パルス列Ｐｂを二分岐する光分岐部品として、ビームスプリッタ４４を有する。ビームスプリッタ４４は、図１に示されたパルス形成部３と光学的に結合されており、パルス形成部３から入力した光パルス列Ｐｂの一部を透過し、残部を反射する。ビームスプリッタ４４の分岐比は例えば１：１である。ビームスプリッタ４４により分岐された一方の光パルス列Ｐｂａは、複数のミラー４５を含む光路４０ｃを通ってレンズ４１に達する。ビームスプリッタ４４により分岐された他方の光パルス列Ｐｂｂは、複数のミラー４６を含む光路４０ｄを通ってレンズ４１に達する。光路４０ｃの光学長と光路４０ｄの光学長とは互いに異なる。従って、複数のミラー４５及び複数のミラー４６は、ビームスプリッタ４４において分岐された一方の光パルス列Ｐｂａと、他方の光パルス列Ｐｂｂとに対して時間差を与える遅延光学系を構成する。更に、複数のミラー４６の少なくとも一部は移動ステージ４７上に搭載されており、光路４０ｄの光学長は可変となっている。故に、この構成では、光パルス列Ｐｂａと光パルス列Ｐｂｂとの時間差を可変とすることができる。
　この例では、光学素子４２は非線形光学結晶を含む。レンズ４１は、光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂのそれぞれを光学素子４２に向けて集光するとともに、光学素子４２において光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂの光軸を所定の角度でもって互いに交差させる。これにより、非線形光学結晶である光学素子４２では、光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂの交点を起点として二次高調波が生じる。この二次高調波は、相関光Ｐｃであって、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む。この相関光Ｐｃはレンズ４３にて平行化または集光された後、検出器４００に入力される。
　図１０は、相関光学系４０の別の構成例として、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ｂを概略的に示す図である。この相関光学系４０Ｂでは、光パルス列Ｐｂが光路４０ｅを通ってレンズ４１に達すると共に、シングルパルスである参照光パルスＰｒが光路４０ｆを通ってレンズ４１に達する。光路４０ｆは、複数のミラー４８を含み、Ｕ字状に屈曲している。更に、複数のミラー４８の少なくとも一部は移動ステージ４９上に搭載されており、光路４０ｆの光学長は可変となっている。故に、この構成では、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとの時間差（レンズ４１に到達するタイミング差）を可変とすることができる。
　この例においても、光学素子４２は非線形光学結晶を含む。レンズ４１は、光パルス列Ｐｂ及び参照光パルスＰｒを光学素子４２に向けて集光するとともに、光学素子４２において光パルス列Ｐｂの光軸と参照光パルスＰｒの光軸とを所定の角度でもって互いに交差させる。これにより、非線形光学結晶である光学素子４２では、光パルス列Ｐｂ及び参照光パルスＰｒの交点を起点として二次高調波が生じる。この二次高調波は、相関光Ｐｃであって、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む。この相関光Ｐｃはレンズ４３にて平行化または集光された後、検出器４００に入力される。
　図１１は、相関光学系４０の更に別の構成例として、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ｃを概略的に示す図である。この例において、パルス形成部３のＳＬＭ１４は、第１の偏光方向に変調作用を有する偏光依存型の空間光変調器である。これに対し、パルス形成部３に入力される初期パルス光Ｐａの偏向面は、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜しており、初期パルス光Ｐａは、第１の偏光方向の偏光成分（図中の矢印Ｄｐ１）と、第１の偏光方向に対して直交する第２の偏光方向の偏光成分（図中の記号Ｄｐ２）とを含む。初期パルス光Ｐａの偏波は、上記の偏波（傾斜した直線偏光）に限られず、楕円偏光であってもよい。
　初期パルス光Ｐａのうち第１の偏光方向の偏光成分は、ＳＬＭ１４において変調され、光パルス列Ｐｂとしてパルス形成部３から出力される。初期パルス光Ｐａのうち第２の偏光方向の偏光成分は、ＳＬＭ１４において変調されずに、そのままパルス形成部３から出力される。この変調されなかった偏光成分は、シングルパルスである参照光パルスＰｒとして、光パルス列Ｐｂと同軸でもって相関光学系４０に提供される。相関光学系４０は、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。この構成例では、ＳＬＭ１４において光パルス列Ｐｂに遅延を与え、且つその遅延時間を可変とすることにより（図中の矢印Ｅ）、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとの時間差（レンズ４１に到達するタイミング差）を可変とすることができる。よって、相関光学系４０において光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを好適に生成することができる。
　図９～図１１に示されるように、相関光学系４０は、光パルス列Ｐｂを、光パルス列Ｐｂ自身又は他のパルス列と空間的及び時間的に重ね合わせる光学系である。具体的には、一方のパルス列を時間的に掃引することで、光パルス列Ｐｂの時間波形形状に準じた相関波形が検出される。ここで、一般に、パルスの掃引は、駆動ステージ等で空間的に光路長を変化させることにより実施されるので、ステージの移動量が相関波形の時間遅延量に対応する。このとき、ステージ移動量に対する時間遅延量が非常に小さい。したがって、相関光学系４０を採用することにより、検出器４００（後述する）において、フェムト秒オーダーに達する高い時間分解スケールでパルス形状が観察される。その結果、光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量がより精度良く測定される。
　図１２（ａ）には、光学部品７の波長分散量がゼロである場合における相関光Ｐｃの時間波形が示されている。図１２（ｂ）には、光学部品７の波長分散量がゼロではない場合における相関光Ｐｃの時間波形が示されている。この例では、図１２（ｂ）の光パルスＰｃ１～Ｐｃ３のピーク強度ＰＥ１～ＰＥ３が図１２（ａ）のそれらと比較して大きく低下している。加えて、図１２（ｂ）の光パルスＰｃ１～Ｐｃ３の半値全幅Ｗ１～Ｗ３が図１２（ａ）のそれらと比較して顕著に拡大している。更に、図１２（ｂ）のピーク時間間隔Ｇ１，２が、図１２（ａ）のそれと比較して格段に長くなっている。
　このように、光学部品７の波長分散がゼロではない場合、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量であるピーク強度ＰＥ１～ＰＥ３、半値全幅Ｗ１～Ｗ３、及びピーク時間間隔Ｇ１，２，Ｇ２，３が、光学部品７の波長分散量がゼロである場合と比較して大きく変化する。そして、その変化量は、光学部品７の波長分散量に依存する。従って、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量の変化、あるいは、相関光Ｐｃが生成される前の状態である光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量の変化を観察することにより、光学部品７の波長分散量を精度良く且つ容易に知ることができる。但し、上記の観察において、パルスレーザ光源２の既知の波長分散量を用いて光学部品７の波長分散量を補正してもよい。
　再び図１を参照する。検出器４００は、相関光学系４０から出力された相関光Ｐｃを受け、相関光Ｐｃの時間波形を検出する部分である。検出器４００は、例えばフォトダイオードなどの光検出器（フォトディテクタ）を含んで構成されている。検出器４００は、相関光Ｐｃの強度を電気信号に変換することにより、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。検出結果である電気信号は、演算部５ｂに提供される。
　演算部５ｂは、検出器４００と電気的に接続されている。演算部５ｂは、検出器４００から提供された時間波形の特徴量に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。上述したように、本発明者の知見によれば、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成した場合、その相関光Ｐｃの時間波形における種々の特徴量（例えばパルス間隔、ピーク強度、パルス幅など）は、測定対象の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、演算部５ｂは、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を評価することによって、測定対象である光学部品７の波長分散量を精度良く推定することができる。
　光学部品７は、例えば、光ファイバあるいは導波路等の導光部材である。本実施形態において、光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置される。
　入力部５ｃは、分散測定装置１Ａのユーザからの入力を受け付ける。入力部５ｃは、光学部品７の波長分散量の正負に関する情報を取得する。光学部品７の波長分散量の正負に関する情報とは、光学部品７の波長分散量が正であるという情報、あるいは光学部品７の波長分散量が負であるという情報である。
　出力部５ｄは、演算部５ｂによる波長分散量の推定結果を出力する。出力部５ｄは、例えば波長分散量の推定結果を表示する表示装置である。
　図１３は、制御装置５のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。図１３に示すように、この制御装置５は、物理的には、プロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２及びＲＡＭ５３等の主記憶装置、キーボード、マウス及びタッチスクリーン等の入力デバイス５４、ディスプレイ（タッチスクリーン含む）等の出力デバイス５５、他の装置との間でデータの送受信を行うためのネットワークカード等の通信モジュール５６、ハードディスク等の補助記憶装置５７などを含む、通常のコンピュータとして構成され得る。
　コンピュータのプロセッサ５１は、波長分散量算出プログラムによって、上記の演算部５ｂの機能を実現することができる。言い換えると、波長分散量算出プログラムは、コンピュータのプロセッサ５１を、演算部５ｂとして動作させる。波長分散量算出プログラムは、例えば補助記憶装置５７といった、コンピュータの内部または外部の記憶装置（記憶媒体）に記憶される。記憶装置は、非一時的記録媒体であってもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体、ＲＯＭ等の記録媒体、半導体メモリ、クラウドサーバ等が例示される。補助記憶装置５７には、第１の位相パターン及び第２の位相パターンが記憶されてもよい。
　キーボード、マウス及びタッチスクリーン等の入力デバイス５４は、入力部５ｃとして動作する。ディスプレイ（タッチスクリーン含む）等の出力デバイス５５は、出力部５ｄとして動作する。
　補助記憶装置５７は、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を記憶している。この特徴量と、検出器４００により検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量とを比較すれば、光学部品７の波長分散量に起因して相関光Ｐｃの特徴量がどの程度変化したかがわかる。従って、演算部５ｂは、補助記憶装置５７に記憶された特徴量と、検出器４００により検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量とを比較して、光学部品７の波長分散量を推定することができる。
　図１４は、以上の構成を備える分散測定装置１Ａを用いた分散測定方法を示すフローチャートである。当該分散測定方法では、制御部５ａが、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを予め記憶している。この方法では、まず、入力ステップＳ１０１において、入力部５ｃが、光学部品７の波長分散量の正負に関する情報を取得する。次に、制御ステップＳ１０２において、制御部５ａが、入力部５ｃから光学部品７の波長分散量の正負に関する情報を取得し、当該情報に基づいて第１の位相パターン及び第２の位相パターンを選択的に出力する。続いて、出力ステップＳ１０３において、パルスレーザ光源２が初期パルス光Ｐａを出力する。
　続いて、パルス形成ステップＳ１０４において、パルス形成部３が光パルス列Ｐｂを形成する。具体的には、パルスレーザ光源２から出力された初期パルス光Ｐａから、光パルス列Ｐｂを形成する。光パルス列Ｐｂは、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む。例えば、パルス形成部３は、初期パルス光Ｐａに含まれる複数の波長成分を波長毎に空間的に分離し、ＳＬＭ１４を用いて複数の波長成分の位相を相互にずらした後、複数の波長成分を集光する。これにより、光パルス列Ｐｂを容易に生成することができる。
　続いて、検出ステップＳ１０５において、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。具体的には、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過した後に、相関光学系４０によって光パルス列Ｐｂから相関光Ｐｃが生成され、検出器４００によって相関光Ｐｃの時間波形が検出される。一例としては、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過した後に、相関光学系４０において、非線形光学結晶及び蛍光体の一方又は双方を含む光学素子４２が用いられることによって、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃが生成される。
　例えば、図９に示したように光パルス列Ｐｂを二分岐し、分岐された一方の光パルス列Ｐｂｂを、他方の光パルス列Ｐｂａに対して時間的に掃引させる。そして、一方の光パルス列Ｐｂｂと、他方の光パルス列Ｐｂａとから、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む相関光Ｐｃを生成する。或いは、例えば、図１０に示したように、参照光パルスＰｒを、光パルス列Ｐｂに対して時間的に掃引させる。そして、参照光パルスＰｒと光パルス列Ｐｂとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。或いは、例えば、図１１に示したように、初期パルス光Ｐａのうち第１の偏光方向の偏光成分のみをＳＬＭ１４において変調することにより光パルス列Ｐｂを生成する。初期パルス光Ｐａのうち第２の偏光方向の偏光成分を参照光パルスＰｒとする。そして、ＳＬＭ１４において、光パルス列Ｐｂを、参照光パルスＰｒに対して時間的に掃引させる。そして、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。
　続いて、演算ステップＳ１０６において、演算部５ｂが、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。具体的には、まず、演算部５ｂは、光学部品７の波長分散がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を取得する。次に、演算部５ｂは、検出ステップＳ１０５において検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量であるピーク強度Ｅ１～Ｅ３、半値全幅Ｗ１～Ｗ３、及びピーク時間間隔Ｇ１，２，Ｇ２，３から成る群から選択される少なくとも一つの特徴量を取得する。続いて、演算部５ｂは、取得した２つの時間波形の特徴量同士を比較して、光学部品７の波長分散量を推定する。
　以上に説明した本実施形態の分散測定装置１Ａ及び分散測定方法によって得られる効果について説明する。
　光学部品７の波長分散量を測定するとき、光パルス列Ｐｂが、波長分散量がゼロではない測定対象を透過する。このとき、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２がそれぞれ異なる時間だけシフトし、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が変化する。ここで、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２が互いに近づくようにシフトし、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の少なくとも一部同士が互いに干渉する場合、光学部品７の波長分散量を正確に測定することができないおそれがある。
　いま、長波長の光パルスが短波長の光パルスよりも先に光学部品７を透過するものとする。図１５は、光学部品７の波長分散がゼロである場合の相関光Ｐｃの時間波形の例としての時間波形Ｐｆ、及び光学部品７の波長分散が負である場合の相関光の時間波形の例としての時間波形Ｐｇを示す。図１５において、縦軸は強度を示し、横軸は時間を示す。光学部品７の波長分散が負である場合、光学部品７の波長分散の影響によって、２つの光パルスの時間的な相対位置が、光学部品７の波長分散がゼロである場合と比較して互いに接近する方向にシフトする。その結果、図１５に示すように、時間波形Ｐｇに含まれる複数のピークは、時間波形Ｐｆにおけるそれぞれの位置から互いに接近して干渉してしまうことがある。この場合、時間波形Ｐｇが歪んでしまうので、特徴量を正確に求めることができず、光学部品７の波長分散量を正確に測定することができない。
　図１６は、図１５に示した時間波形Ｐｇと、短波長の光パルスが長波長の光パルスよりも先に光学部品７を透過した場合の相関光の時間波形の例としての時間波形Ｐｈとを併せて示す。図１６において、縦軸は強度を示し、横軸は時間を示す。光学部品７の波長分散が負である場合、短波長の光パルスが長波長の光パルスよりも先に光学部品７を透過すると、光学部品７の波長分散の影響によって、２つの光パルスの時間的な相対位置は、光学部品７の波長分散がゼロである場合と比較して互いに離れる方向にシフトする。その結果、図１６に示すように、時間波形Ｐｈに含まれる複数のピークは、互いに離れるので干渉することがない。
　図１７（ａ）～（ｄ）は、光学部品７の波長分散量の正負と、光学部品７を通過する前の光パルス列Ｐｂにおける光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間的位置関係と、光学部品７を透過した後の光パルス列Ｐｂにおける光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のシフト方向と、を示している。図１７（ａ）に示される例では、中心波長が光パルスＰｂ１より短い光パルスＰｂ２が、光パルスＰｂ１の前に出力される。そして、光学部品７の波長分散量が負であるので、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過すると、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が広がる。図１７（ｂ）に示される例では、光パルスＰｂ１が光パルスＰｂ２の前に出力される。この場合、光学部品７の波長分散が負であるので、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過すると、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が狭まる。
　図１７（ｃ）に示される例では、図１７（ａ）と同様に、光パルスＰｂ２が光パルスＰｂ１の前に出力される。そして、図１７（ｃ）では、光学部品７の波長分散量が正であるので、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が狭まる。図１７（ｄ）に示される例では、光パルスＰｂ１が光パルスＰｂ２の前に出力される。この場合、光学部品７の波長分散が正であるので、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が広がる。本開示において、光学部品７の群遅延分散の絶対値は十分に大きいことが前提である。従って、光パルスＰｂ１を形成する波長帯及び光パルスＰｂ２を形成する波長帯において、光学部品７の群遅延分散は、どちらの波長帯でも正であるか、あるいはどちらの波長帯でも負である。
　本実施形態の分散測定装置１Ａ及び分散測定方法では、制御部５ａ（制御ステップＳ１０２）において、第１の位相パターン及び第２の位相パターンが選択的に出力される。そして、出力された位相パターンが、パルス形成部３（パルス形成ステップＳ１０４）のＳＬＭ１４において提示される。そして、パルス形成部３において、光パルスＰｂ１、及び中心波長が光パルスＰｂ１より短い光パルスＰｂ２を含む光パルス列Ｐｂが形成される。制御部５ａが、第１の位相パターンを出力する場合、パルス形成部３において、光パルスＰｂ２の後に光パルスＰｂ１が生じる。制御部５ａが、第２の位相パターンを出力する場合、パルス形成部３において、光パルスＰｂ１の後に光パルスＰｂ２が生じる。図１７（ａ）に示されるように、光学部品７の波長分散量が負であるとき、光パルスＰｂ２が光パルスＰｂ１の前に出力されると、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が広がる。これにより、図１６の時間波形Ｐｈに示されるように、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差が広がる。図１７（ｄ）に示されるように、光学部品７の波長分散量が正であるとき、光パルスＰｂ１が光パルスＰｂ２の前に出力されると、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が広がる。これにより、図１６の時間波形Ｐｈと同様に、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差が広がる。従って、光学部品７の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差を広げることが可能となる。それ故に、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差を広げることが可能となる。これにより、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスが互いに干渉することを抑制することが可能となる。以上のことから、光学部品７の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
　本実施形態において、光パルス同士が互いに干渉するとは、複数の光パルスの時間的位置が互いに近づくように変化し、光パルスの少なくとも一部同士が重なり合うことを意味してもよい。光パルス同士が互いに干渉するとは、重なり合いなどにより、相関光Ｐｃの時間波形が歪むこと、あるいは、複数の光パルスの半値幅またはピーク値などの特徴量が変化することを意味してもよい。光パルス同士が互いに干渉する場合の相関光Ｐｃの時間波形の一例は、図１５及び図１６に示される時間波形Ｐｇである。光パルス同士が互いに干渉しない場合の相関光Ｐｃの時間波形の一例は、図１６に示される時間波形Ｐｈである。
　本実施形態のように、制御部５ａは、光学部品７の波長分散量が負である場合、第１の位相パターンを出力し、光学部品７の波長分散量が正である場合、第２の位相パターンを出力してもよい。この装置によれば、図１７（ａ）及び図１７（ｄ）に示されるように、光パルス列Ｐｂが測定対象を透過する際に、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差が広がる方向に光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２がシフトする。故に、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差が広がる方向に該複数の光パルスがシフトするので、該複数の光パルスが互いに干渉することが抑制される。従って、測定対象の波長分散量を正確に測定することができる。
　本実施形態のように、光検出部４は、光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを出力する相関光学系４０を有し、相関光Ｐｃの時間波形を検出してもよい。そして、制御部５ａは、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定してもよい。同様に、検出ステップＳ１０５において、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成し、相関光Ｐｃの時間波形を検出してもよい。そして、演算ステップＳ１０６において、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定してもよい。これにより、時間波形の特徴量がより精度良く測定されるので、光学部品７の波長分散量をより正確に測定することができる。
　本実施形態のように、第１の位相パターン及び第２の位相パターンは、初期パルス光Ｐａに与える位相ずれの大きさを示す値である位相値を各波長において示してもよい。各波長において、第１の位相パターンにおける位相値は、第２の位相パターンにおける位相値と所定の位相値に関して対称の関係を有してもよい。これにより、位相パターンの設計等を簡略化することが可能となるので、分散測定装置１Ａの設計が容易になる。
　本実施形態のように、光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置されてもよい。本実施形態によれば、例えばこのように、測定対象である光学部品７を光路上の任意の位置に配置できる。したがって、装置の空間的な設計の自由度が高いので、装置の小型化、並びに、光学部品７の取り付け易さ及び取り出し易さといった利便性の向上へ向けた装置設計が可能となる。
（第２実施形態）
　第２実施形態では、制御部５ａは、第１の位相パターンと第２の位相パターンとを記憶し、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのうちいずれか一方の位相パターンを出力する。制御部５ａは、その後に、光検出部４により検出された相関光Ｐｃの時間波形において光パルス同士が互いに干渉すると判定した場合、他方の位相パターンを出力する。具体的には、まず、制御部５ａは、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを予め記憶する。次に、制御部５ａが、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのうちいずれか一方の位相パターンを出力する。続いて、光検出部４によって相関光Ｐｃが検出される。制御部５ａが、当該相関光Ｐｃにおいて、光パルス同士が互いに干渉しないと判定した場合、演算部５ｂが当該相関光Ｐｃの時間波形から光学部品７の波長分散量を推定する。制御部５ａが、当該相関光Ｐｃにおいて、光パルス同士が互いに干渉すると判定した場合、制御部５ａは、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのうち他方の位相パターンを出力する。そして、光検出部４が相関光Ｐｃを検出し、演算部５ｂが当該相関光Ｐｃの時間波形から光学部品７の波長分散量を推定する。
　図１８は、第２実施形態に係る分散測定方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、制御ステップＳ２０１において、制御部５ａが、第１の位相パターン及び第２の位相パターンのうちいずれか一方の位相パターンを出力する。次に、出力ステップＳ２０２において、パルスレーザ光源２が、初期パルス光Ｐａを出力する。続いて、パルス形成ステップＳ２０３において、パルス形成部３が、パルス形成ステップＳ１０４と同様に光パルス列Ｐｂを形成する。続いて、検出ステップＳ２０４において、光検出部４が、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。続いて、判定ステップＳ２０５において、制御部５ａが、相関光Ｐｃの時間波形に含まれる光パルス同士が互いに干渉するか否かを判定する。相関光Ｐｃの時間波形に含まれる光パルス同士が互いに干渉する場合（判定ステップＳ２０５：ＮＯ）、制御ステップＳ２０１に戻り、制御ステップＳ２０１において、他方の位相パターンを出力する。相関光Ｐｃの時間波形に含まれる光パルス同士が互いに干渉しない場合（判定ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、演算ステップＳ２０６において、演算部５ｂが、演算ステップＳ１０６と同様に相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。
　第２実施形態の分散測定装置及び分散測定方法によって得られる効果について説明する。第２実施形態の分散測定装置及び分散測定方法では、まず、どちらか一方の位相パターンが出力され、相関光Ｐｃの時間波形が検出される。次に、検出された時間波形において、光パルス同士が互いに干渉しないと判定された場合、当該時間波形の特徴量から光学部品７の波長分散量が推定される。検出された時間波形において、光パルス同士が互いに干渉すると判定された場合、他方の位相パターンが出力される。そして、相関光Ｐｃの時間波形が検出され、時間波形の特徴量から光学部品７の波長分散量が推定される。従って、測定対象の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、光パルス同士が干渉しない相関光Ｐｃの時間波形の特徴量から光学部品７の波長分散量が推定されるので、光学部品７の波長分散量を正確に測定することができる。
（第３実施形態）
　第３実施形態では、制御部５ａが第１の位相パターンを出力し、光検出部４が相関光Ｐｃの時間波形を検出する。更に、制御部５ａが第２の位相パターンを出力し、光検出部４が相関光Ｐｃの時間波形を検出する。そして、演算部５ｂは、光検出部４により検出された２つの時間波形のうち、光パルス間の時間差がより大きい時間波形に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。具体的には、まず、制御部５ａが第１の位相パターン及び第２の位相パターンを予め記憶する。次に、制御部５ａが第１の位相パターンを出力する。続いて、光検出部４が相関光Ｐｃの時間波形を検出する。続いて、制御部５ａが第２の位相パターンを出力する。続いて、光検出部４が相関光Ｐｃの時間波形を検出する。最後に、演算部５ｂが、検出した２つの時間波形のうち、光パルス間の時間差がより大きい時間波形から光学部品７の波長分散量を推定する。制御部５ａにおいて、２つの位相パターンを出力する順序は上記と逆であってもよい。
　図１９は、第３実施形態に係る分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、制御ステップＳ３０１において、制御部５ａが第１の位相パターン及び第２の位相パターンのいずれかを出力する。次に、出力ステップＳ３０２において、パルスレーザ光源２が初期パルス光Ｐａを出力する。続いて、パルス形成ステップＳ３０３において、パルス形成部３がパルス形成ステップＳ１０４と同様にして光パルス列Ｐｂを形成する。続いて、検出ステップＳ３０４において、光検出部４が相関光Ｐｃの時間波形を検出する。続いて、判定ステップＳ３０５において、制御部５ａが、第１及び第２の位相パターンを両方とも出力したか否かを判断する。この段階では、制御部５ａが第１及び第２の位相パターンのうち一方の位相パターンのみを出力しているので（判定ステップＳ３０５：ＮＯ）、制御ステップＳ３０１に戻り、制御ステップＳ３０１において、他方の位相パターンを出力する。そして、出力ステップＳ３０２、パルス形成ステップＳ３０３及び検出ステップＳ３０４を再び行う。こうして、制御部５ａが第１及び第２の位相パターンの両方を出力したのち（判定ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、選択ステップＳ３０６において、演算部５ｂが、第１及び第２の位相パターンにそれぞれ対応する２つの時間波形のうち、光パルス同士の時間差が大きい時間波形を選択する。最後に、演算ステップＳ３０７において、演算部５ｂが、選択ステップＳ３０６において選択された時間波形の特徴量に基づいて、演算ステップＳ１０６と同様にして光学部品７の波長分散量を推定する。
　第３実施形態の分散測定装置及び分散測定方法によって得られる効果について説明する。第３実施形態の分散測定装置及び分散測定方法では、演算部５ｂは、制御部５ａにより第１の位相パターンが出力された場合に光検出部４により検出される相関光Ｐｃの時間波形、及び制御部５ａにより第２の位相パターンが出力された場合に光検出部４により検出される相関光Ｐｃの時間波形のうち、光パルス間の時間差がより大きい時間波形に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。この装置によれば、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差が広く、光パルス同士が互いに干渉しない時間波形に基づいて、光学部品７の波長分散量が推定される。従って、光学部品７の波長分散量を正確に測定することができる。
（第１変形例）
　本発明者の知見によれば、光パルス列Ｐｂの時間波形における種々の特徴量（例えば光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス間隔、ピーク強度、パルス幅など）もまた、光学部品７の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、相関光Ｐｃに代えて光パルス列Ｐｂの時間波形を評価することでも、光学部品７の波長分散量を推定することができる。
　図２０は、上記各実施形態（第１実施形態～第３実施形態）の第１変形例の構成を示す図である。本変形例の分散測定装置１Ｂは、上記各実施形態の光検出部４に代えて、光検出部４Ａを備える。光検出部４Ａは、検出器４００を有しているが、上記各実施形態の相関光学系４０を有していない。現在、ナノ秒オーダーの時間幅を有する光パルスの時間波形を直接検出できる検出器が既に存在する。従って、このような検出器を用いることにより、光検出部４Ａは、相関光学系４０を有していなくても光パルス列Ｐｂの時間波形を精度良く検出することができる。但し、例えば光パルス列Ｐｂの時間幅がフェムト秒オーダーである場合など、検出器４００の応答速度が十分ではない場合には、上記各実施形態のように相関光学系４０を用いてもよい。
　本変形例では光検出部４Ａが相関光学系４０を有しないので、光検出部４Ａ（検出ステップＳ１０５，Ｓ２０４，Ｓ３０４）において、相関光Ｐｃに代えて、光パルス列Ｐｂの時間波形が検出される。具体的には、検出器４００は、光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。検出器４００は、光パルス列Ｐｂの強度を電気信号に変換することにより、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。当該電気信号は、演算部５ｂに提供される。
　本変形例では、演算部５ｂが、演算ステップＳ１０６，Ｓ２０６，Ｓ３０７のいずれかにおいて、光パルス列Ｐｂの時間波形から、光学部品７の波長分散量を推定する。具体的には、演算部５ｂは、まず、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量を取得する。この特徴量は、補助記憶装置５７（図１３を参照）に予め記憶されてもよい。演算部５ｂは、検出ステップＳ１０５，Ｓ２０４，Ｓ３０４のいずれかにおいて検出された光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量を取得する。これらの特徴量それぞれは、例えば、図２１に示されるように、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のピーク強度Ｅｂ１，Ｅｂ２、半値全幅Ｗｂ１，Ｗｂ２、及びピーク時間間隔Ｇｂ１２から成る群から選択される少なくとも一つの特徴量である。続いて、演算部５ｂは、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量と、検出ステップＳ１０５，Ｓ２０４，Ｓ３０４のいずれかにおいて検出された光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量とを比較して、光学部品７の波長分散量を推定する。本変形例では、第２実施形態の判定ステップＳ２０５において、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２が互いに干渉するか否かを判定する。第３実施形態の選択ステップＳ３０６において、第１及び第２の位相パターンにそれぞれ対応する２つの時間波形のうち、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２が互いに干渉しない時間波形を選択する。
　本変形例では、上記各実施形態と同様に、光学部品７の波長分散量が正と負とのどちらの場合でも、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過する際に、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差を広げることが可能となる。これにより、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２が互いに干渉することを抑制することが可能となる。従って、光学部品７の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
（第２変形例）
　図２２は、上記実施形態の第２変形例の構成を示す図である。本変形例では、測定対象である光学部品７が、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上ではなく、パルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置される点において上記各実施形態と相違し、他の点において上記各実施形態と一致する。本変形例では、パルスレーザ光源２から出力された初期パルス光Ｐａは、光学部品７を透過したのちにパルス形成部３に入射する。
　本変形例では、初期パルス光Ｐａが光学部品７を透過した後に、パルス形成ステップＳ１０４，Ｓ２０３，Ｓ３０３において、パルス形成部３によって初期パルス光Ｐａから光パルス列Ｐｂが形成される。そして、検出ステップＳ１０５，Ｓ２０４，Ｓ３０４において、相関光学系４０によって光パルス列Ｐｂから相関光Ｐｃが生成され、検出器４００によって相関光Ｐｃの時間波形が検出される。或いは、第１変形例のように、相関光学系４０が設けられず、検出器４００によって光パルス列Ｐｂの時間波形が検出されてもよい。演算部５ｂは、相関光Ｐｃ又は光パルス列Ｐｂの時間波形から、光学部品７の波長分散量を推定する。
　本変形例のように、測定対象である光学部品７は、パルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置されてもよい。この場合であっても、光学部品７の波長分散量の正負にかかわらず、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の時間差を広げることが可能となる。そして、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間差を広げることが可能となる。これにより、相関光Ｐｃ（又は光パルス列Ｐｂ）に含まれる複数の光パルスが互いに干渉することを抑制でき、光学部品７の波長分散量を正確に測定することが可能となる。本変形例のように、測定対象である光学部品７はパルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置されてもよい。例えばこのように、測定対象である光学部品７を光路上の任意の位置に配置できる。したがって、装置の空間的な設計の自由度が高いので、装置の小型化、並びに、光学部品７の取り付け易さ及び取り出し易さといった利便性の向上へ向けた装置設計が可能となる。
（第３変形例）
　図２３～図２６の各（ａ）は、パルス形成部３からの出力光のスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ４１，Ｇ５１，Ｇ６１，Ｇ７１及びスペクトル強度Ｇ４２，Ｇ５２，Ｇ６２，Ｇ７２）の例を示している。図２３～図２６の各（ｂ）は、これらのスペクトル波形に対応する光パルス列Ｐｂの時間波形の一例を示している。前述したように、第１の位相パターンは、光パルスＰｂ２の後に光パルスＰｂ１が生じる光パルス列Ｐｂ（図８（ｂ））を参照）を生成させる位相パターンである。第２の位相パターンは、光パルスＰｂ１の後に光パルスＰｂ２が生じる光パルス列Ｐｂ（図７（ｂ）を参照）を生成させる位相パターンである。
　図２３（ｂ）及び図２５（ｂ）に示される光パルス列Ｐｂの時間波形では、光パルスＰｂ１の後に光パルスＰｂ２が生じている。従って、第２の位相パターンは、図２３（ａ）又は図２５（ａ）に示されるスペクトル位相Ｇ４１又はＧ６１に相当する位相パターンであってもよい。図２４（ｂ）及び図２６（ｂ）に示される光パルス列Ｐｂの時間波形では、光パルスＰｂ２の後に光パルスＰｂ１が生じている。従って、第１の位相パターンは、図２４（ａ）又は図２６（ａ）に示されるスペクトル位相Ｇ５１又はＧ７１に相当する位相パターンであってもよい。スペクトル位相Ｇ４１の各波長における位相値は、スペクトル位相Ｇ５１の各波長における位相値と、所定の位相値に関して対称の関係を有する。スペクトル位相Ｇ６１の各波長における位相値は、スペクトル位相Ｇ７１の各波長における位相値と、所定の位相値に関して対称の関係を有する。
　上記各実施形態において、第１の位相パターンは、本変形例に示されたスペクトル位相Ｇ５１又はＧ７１に相当する位相パターンであってもよい。上記各実施形態において、第２の位相パターンは、本変形例に示されたスペクトル位相Ｇ４１又はＧ６１に相当する位相パターンであってもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
（第４変形例）
　図２７は、本変形例における変調パターン算出部２０の構成を示すブロック図である。第１の位相パターン及び第２の位相パターンは、図２７に示される変調パターン算出部２０によって算出されてもよい。本変形例では、制御装置５が、変調パターン算出部２０を備えており、変調パターン算出部２０により算出された位相パターンは、制御部５ａにより記憶される。
　変調パターン算出部２０は、例えば、パーソナルコンピュータ；スマートフォン、タブレット端末などのスマートデバイス；あるいはクラウドサーバなどのプロセッサを有するコンピュータである。図１に示された演算部５ｂが変調パターン算出部２０を兼ねてもよい。変調パターン算出部２０は、ＳＬＭ１４と電気的に接続され、光パルス列Ｐｂを生成するための位相変調パターンを算出し、該位相変調パターンを含む制御信号をＳＬＭ１４に提供する。変調パターンは、ＳＬＭ１４を制御するためのデータであり、複素振幅分布の強度あるいは位相分布の強度のテーブルを含むデータである。変調パターンは、例えば、計算機合成ホログラム（Computer-Generated　Holograms（ＣＧＨ））である。
　本変形例の変調パターン算出部２０は、位相変調用の位相パターンと、強度変調用の位相パターンとを含む位相パターンを制御部５ａに記憶させる。位相変調用の位相パターンは、所望の波形を得る為の位相スペクトルを出力光に与える位相パターンである。強度変調用の位相パターンは、所望の波形を得る為の強度スペクトルを出力光に与える位相パターンである。そのために、変調パターン算出部２０は、図２７に示すように、任意波形入力部２１と、位相スペクトル設計部２２と、強度スペクトル設計部２３と、変調パターン生成部２４とを有する。すなわち、変調パターン算出部２０に設けられたコンピュータのプロセッサは、任意波形入力部２１の機能と、位相スペクトル設計部２２の機能と、強度スペクトル設計部２３の機能と、変調パターン生成部２４の機能とを実現する。それぞれの機能は、同じプロセッサにより実現されてもよいし、異なるプロセッサにより実現されてもよい。
　コンピュータのプロセッサは、変調パターン算出プログラムによって、上記の各機能を実現することができる。故に、変調パターン算出プログラムは、コンピュータのプロセッサを、変調パターン算出部２０における任意波形入力部２１、位相スペクトル設計部２２、強度スペクトル設計部２３、及び変調パターン生成部２４として動作させる。変調パターン算出プログラムは、コンピュータの内部または外部の記憶装置（記憶媒体）に記憶される。記憶装置は、非一時的記録媒体であってもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体、ＲＯＭ等の記録媒体、半導体メモリ、クラウドサーバ等が例示される。
　任意波形入力部２１は、操作者からの所望の時間強度波形の入力を受け付ける。操作者は、所望の時間強度波形に関する情報（例えばパルス間隔、パルス幅、パルス数など）を任意波形入力部２１に入力する。所望の時間強度波形に関する情報は、任意波形入力部２１から位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３に与えられる。位相スペクトル設計部２２は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、パルス形成部３の出力光の位相スペクトルを算出する。強度スペクトル設計部２３は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、パルス形成部３の出力光の強度スペクトルを算出する。変調パターン生成部２４は、位相スペクトル設計部２２において求められた位相スペクトルと、強度スペクトル設計部２３において求められた強度スペクトルとをパルス形成部３の出力光に与えるための位相変調パターン（例えば、計算機合成ホログラム）を算出する。そして、算出された位相変調パターンが制御部５ａに記憶される。最後に、制御部５ａによって制御信号ＳＣが、ＳＬＭ１４に提供される。ＳＬＭ１４は、制御信号ＳＣに基づいて制御される。
　図２８は、位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３の内部構成を示すブロック図である。図２８に示されるように、位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３は、フーリエ変換部２５、関数置換部２６、波形関数修正部２７、逆フーリエ変換部２８、及びターゲット生成部２９を有する。ターゲット生成部２９は、フーリエ変換部２９ａ及びスペクトログラム修正部２９ｂを含む。これらの各構成要素の機能については、後に詳述する。
　所望の時間強度波形は時間領域の関数として表され、位相スペクトルは周波数領域の関数として表される。従って、所望の時間強度波形に対応する位相スペクトルは、例えば、所望の時間強度波形に基づく反復フーリエ変換によって得られる。図２９は、反復フーリエ変換法による位相スペクトルの計算手順を示す図である。まず、周波数ωの関数である初期の強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Ψ０（ω）を用意する（図中の処理番号（１））。一例では、これらの強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Ψ０（ω）はそれぞれ入力光のスペクトル強度及びスペクトル位相を表す。次に、強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Ψｎ（ω）を含む周波数領域の波形関数（ａ）を用意する（図中の処理番号（２））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 添え字ｎは、第ｎ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、位相スペクトル関数Ψｎ（ω）として上述した初期の位相スペクトル関数Ψ０（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
　続いて、上記関数（ａ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ１）。これにより、時間強度波形関数ｂｎ（ｔ）及び時間位相波形関数Θｎ（ｔ）を含む時間領域の波形関数（ｂ）が得られる（図中の処理番号（３））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 続いて、上記関数（ｂ）に含まれる時間強度波形関数ｂｎ（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）に置き換える（図中の処理番号（４）、（５））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 続いて、上記関数（ｄ）に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ２）。これにより、強度スペクトル関数Ｂｎ（ω）及び位相スペクトル関数Ψｎ（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｅ）が得られる（図中の処理番号（６））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　続いて、上記関数（ｅ）に含まれる強度スペクトル関数Ｂｎ（ω）を拘束するため、初期の強度スペクトル関数Ａ０（ω）に置き換える（図中の処理番号（７））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 以降、上記の処理（２）～（７）を複数回繰り返し行うことにより、波形関数中の位相スペクトル関数Ψｎ（ω）が表す位相スペクトル形状を、所望の時間強度波形に対応する位相スペクトル形状に近づけることができる。最終的に得られる位相スペクトル関数ΨＩＦＴＡ（ω）が、所望の時間強度波形を得るための変調パターンの基になる。
　しかしながら、上述したような反復フーリエ法では、時間強度波形を制御することはできるが、時間強度波形を構成する周波数成分（帯域波長）を制御することはできないという問題がある。そこで、本変形例の変調パターン算出部２０は、以下に説明する算出方法を用いて、変調パターンの基になる位相スペクトル関数及び強度スペクトル関数を算出する。図３０は、位相スペクトル設計部２２における位相スペクトル関数の計算手順を示す図である。まず、周波数ωの関数である初期の強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Φ０（ω）を用意する（図中の処理番号（１１））。一例では、これらの強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Φ０（ω）はそれぞれ入力光のスペクトル強度及びスペクトル位相を表す。次に、強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び位相スペクトル関数Φ０（ω）を含む周波数領域の第１波形関数（ｇ）を用意する（処理番号（１２－ａ））。但し、ｉは虚数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　続いて、位相スペクトル設計部２２のフーリエ変換部２５は、上記関数（ｇ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ３）。これにより、時間強度波形関数ａ０（ｔ）及び時間位相波形関数φ０（ｔ）を含む時間領域の第２波形関数（ｈ）が得られる（フーリエ変換ステップ、処理番号（１３））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　続いて、位相スペクトル設計部２２の関数置換部２６は、次の数式（ｉ）に示されるように、時間強度波形関数ｂ０（ｔ）に、任意波形入力部２１において入力された所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）を代入する（処理番号（１４－ａ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　続いて、位相スペクトル設計部２２の関数置換部２６は、次の数式（ｊ）に示されるように、時間強度波形関数ａ０（ｔ）を時間強度波形関数ｂ０（ｔ）で置き換える。すなわち、上記関数（ｈ）に含まれる時間強度波形関数ａ０（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）に置き換える（関数置換ステップ、処理番号（１５））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　続いて、位相スペクトル設計部２２の波形関数修正部２７は、置き換え後の第２波形関数（ｊ）のスペクトログラムが、所望の波長帯域に従って予め生成されたターゲットスペクトログラムに近づくように第２波形関数を修正する。まず、置き換え後の第２波形関数（ｊ）に対して時間－周波数変換を施すことにより、第２波形関数（ｊ）をスペクトログラムＳＧ０，ｋ（ω，ｔ）に変換する（図中の処理番号（１５－ａ））。添え字ｋは、第ｋ回目の変換処理を表す。
　ここで、時間－周波数変換とは、時間波形のような複合信号に対して、周波数フィルタ処理または数値演算処理（窓関数をずらしながら乗算して、各々の時間に対してスペクトルを導出する処理）を施し、時間、周波数、信号成分の強さ（スペクトル強度）からなる３次元情報に変換することをいう。本実施形態では、その変換結果（時間、周波数、スペクトル強度）を「スペクトログラム」と定義する。
　時間－周波数変換としては、例えば、短時間フーリエ変換（Ｓｈｏｒｔ－Ｔｉｍｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＳＴＦＴ）やウェーブレット変換（ハールウェーブレット変換、ガボールウェーブレット変換、メキシカンハットウェーブレット変換、モルレーウェーブレット変換）などがある。
　所望の波長帯域に従って予め生成されたターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）をターゲット生成部２９から読み出す。このターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）は、目標とする時間波形（時間強度波形とそれを構成する周波数成分）と概ね同値であり、処理番号（１５－ｂ）のターゲットスペクトログラム関数において生成される。
　次に、位相スペクトル設計部２２の波形関数修正部２７は、スペクトログラムＳＧ０，ｋ（ω，ｔ）とターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）とのパターンマッチングを行い、類似度（どの程度一致しているか）を調べる。本実施形態では、類似度を表す指標として、評価値を算出する。そして、続く処理番号（１５－ｃ）では、得られた評価値が、所定の終了条件を満たすか否かの判定を行う。条件を満たせば処理番号（１６）へ進み、満たさなければ処理番号（１５－ｄ）へ進む。処理番号（１５－ｄ）では、第２波形関数に含まれる時間位相波形関数φ０（ｔ）を任意の時間位相波形関数φ０，ｋ（ｔ）に変更する。時間位相波形関数を変更した後の第２波形関数は、ＳＴＦＴなどの時間－周波数変換により再びスペクトログラムに変換される。以降、上述した処理番号（１５－ａ）～（１５－ｄ）が繰り返し行われる。こうして、スペクトログラムＳＧ０，ｋ（ω，ｔ）がターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）に次第に近づくように、第２波形関数が修正される（波形関数修正ステップ）。
　その後、位相スペクトル設計部２２の逆フーリエ変換部２８は、修正後の第２波形関数に対して逆フーリエ変換を行い（図中の矢印Ａ４）、周波数領域の第３波形関数（ｋ）を生成する（逆フーリエ変換ステップ、処理番号（１６））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 この第３波形関数（ｋ）に含まれる位相スペクトル関数Φ０，ｋ（ω）が、最終的に得られる所望の位相スペクトル関数ΦＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）となる。この位相スペクトル関数ΦＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）が、変調パターン生成部２４に提供される。
　図３１は、強度スペクトル設計部２３における強度スペクトル関数の計算手順を示す図である。処理番号（１１）から処理番号（１５－ｃ）までは、上述した位相スペクトル設計部２２におけるスペクトル位相の計算手順と同様なので説明を省略する。強度スペクトル設計部２３の波形関数修正部２７は、スペクトログラムＳＧ０，ｋ（ω，ｔ）とターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）との類似度を示す評価値が所定の終了条件を満たさない場合、第２波形関数に含まれる時間位相波形関数φ０（ｔ）は初期値で拘束しつつ、時間強度波形関数ｂ０（ｔ）を任意の時間強度波形関数ｂ０，ｋ（ｔ）に変更する（処理番号（１５－ｅ））。時間強度波形関数を変更した後の第２波形関数は、ＳＴＦＴなどの時間－周波数変換により再びスペクトログラムに変換される。以降、処理番号（１５－ａ）～（１５－ｃ）、（１５－ｅ）が繰り返し行われる。こうして、スペクトログラムＳＧ０，ｋ（ω，ｔ）がターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）に次第に近づくように、第２波形関数が修正される（波形関数修正ステップ）。
　その後、強度スペクトル設計部２３の逆フーリエ変換部２８は、修正後の第２波形関数に対して逆フーリエ変換を行い（図中の矢印Ａ４）、周波数領域の第３波形関数（ｍ）を生成する（逆フーリエ変換ステップ、処理番号（１６））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　続いて、処理番号（１７－ｂ）では、強度スペクトル設計部２３のフィルタ処理部が、第３波形関数（ｍ）に含まれる強度スペクトル関数Ｂ０，ｋ（ω）に対し、入力光の強度スペクトルに基づくフィルタ処理を行う（フィルタ処理ステップ）。具体的には、強度スペクトル関数Ｂ０，ｋ（ω）に係数αを乗じた強度スペクトルのうち、入力光の強度スペクトルに基づいて定められる各波長毎のカットオフ強度を超える部分をカットする。全ての波長域において、強度スペクトル関数αＢ０，ｋ（ω）が入力光のスペクトル強度を超えないようにするためである。一例では、波長毎のカットオフ強度は、入力光の強度スペクトル（本実施形態では初期の強度スペクトル関数Ａ０（ω））と一致するように設定される。その場合、次の数式（ｎ）に示されるように、強度スペクトル関数αＢ０，ｋ（ω）が強度スペクトル関数Ａ０（ω）よりも大きい周波数では、強度スペクトル関数ＡＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）の値として強度スペクトル関数Ａ０（ω）の値が取り入れられる。強度スペクトル関数αＢ０，ｋ（ω）が強度スペクトル関数Ａ０（ω）以下である周波数では、強度スペクトル関数ＡＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）の値として強度スペクトル関数αＢ０，ｋ（ω）の値が取り入れられる（図中の処理番号（１７－ｂ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 この強度スペクトル関数ＡＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）が、最終的に得られる所望のスペクトル強度として変調パターン生成部２４に提供される。
　変調パターン生成部２４は、位相スペクトル設計部２２において算出された位相スペクトル関数ΦＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）により示されるスペクトル位相と、強度スペクトル設計部２３において算出された強度スペクトル関数ＡＴＷＣ－ＴＦＤ（ω）により示されるスペクトル強度とを出力光に与えるための位相変調パターン（例えば、計算機合成ホログラム）を算出する（データ生成ステップ）。
　図３２は、ターゲット生成部２９におけるターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）の生成手順の一例を示す図である。ターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）は、目標とする時間波形を示す。時間波形とは、時間強度波形と、それを構成する周波数成分（波長帯域成分）である。したがって、ターゲットスペクトログラムの作成は、周波数成分（波長帯域成分）を制御するために極めて重要な工程である。図３２に示されるように、ターゲット生成部２９は、まずスペクトル波形（初期の強度スペクトル関数Ａ０（ω）及び初期の位相スペクトル関数Φ０（ω））、並びに所望の時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）を入力する。加えて、ターゲット生成部２９は、所望の周波数（波長）帯域情報を含む時間関数ｐ０（ｔ）を入力する（処理番号（２１））。
　次に、ターゲット生成部２９は、例えば図２９に示された反復フーリエ変換法を用いて、時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）を実現するための位相スペクトル関数ΦＩＦＴＡ（ω）を算出する（処理番号（２２））。
　続いて、ターゲット生成部２９は、先に得られた位相スペクトル関数ΦＩＦＴＡ（ω）を利用した反復フーリエ変換法により、時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）を実現するための強度スペクトル関数ＡＩＦＴＡ（ω）を算出する（処理番号（２３））。図３３は、強度スペクトル関数ＡＩＦＴＡ（ω）を算出する手順の一例を示す図である。
　図３３を参照して、まず、初期の強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω）及び位相スペクトル関数Ψ０（ω）を用意する（図中の処理番号（３１））。次に、強度スペクトル関数Ａｋ（ω）及び位相スペクトル関数Ψ０（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｏ）を用意する（図中の処理番号（３２））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 添え字ｋは、第ｋ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、強度スペクトル関数Ａｋ（ω）として上記の初期強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
　続いて、上記関数（ｏ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ５）。これにより、時間強度波形関数ｂｋ（ｔ）を含む時間領域の波形関数（ｐ）が得られる（図中の処理番号（３３））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　続いて、上記関数（ｐ）に含まれる時間強度波形関数ｂｋ（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）に置き換える（図中の処理番号（３４）、（３５））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　続いて、上記関数（ｒ）に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ６）。これにより、強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）及び位相スペクトル関数Ψｋ（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｓ）が得られる（図中の処理番号（３６））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 続いて、上記関数（ｓ）に含まれる位相スペクトル関数Ψｋ（ω）を拘束するため、初期の位相スペクトル関数Ψ０（ω）に置き換える（図中の処理番号（３７－ａ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　加えて、逆フーリエ変換後の周波数領域における強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）に対し、入力光の強度スペクトルに基づくフィルタ処理を行う。具体的には、強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）により表される強度スペクトルのうち、入力光の強度スペクトルに基づいて定められる波長毎のカットオフ強度を超える部分をカットする。一例では、波長毎のカットオフ強度は、入力光の強度スペクトル（例えば初期の強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω））と一致するように設定される。その場合、次の数式（ｕ）に示されるように、強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）が強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω）よりも大きい周波数では、強度スペクトル関数Ａｋ（ω）の値として強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω）の値が取り入れられる。強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）が強度スペクトル関数Ａｋ＝０（ω）以下である周波数では、強度スペクトル関数Ａｋ（ω）の値として強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）の値が取り入れられる（図中の処理番号（３７－ｂ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 上記関数（ｓ）に含まれる強度スペクトル関数Ｃｋ（ω）を、上記数式（ｕ）によるフィルタ処理後の強度スペクトル関数Ａｋ（ω）に置き換える。
　以降、上記の処理（２）～（７－ｂ）を繰り返し行うことにより、波形関数中の強度スペクトル関数Ａｋ（ω）が表す強度スペクトル形状を、所望の時間強度波形に対応する強度スペクトル形状に近づけることができる。最終的に、強度スペクトル関数ＡＩＦＴＡ（ω）が得られる。
　再び図３２を参照する。以上に説明した処理番号（２２）、（２３）における位相スペクトル関数ΦＩＦＴＡ（ω）及び強度スペクトル関数ＡＩＦＴＡ（ω）の算出によって、これらの関数を含む周波数領域の第３波形関数（ｖ）が得られる（処理番号（２４））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 ターゲット生成部２９のフーリエ変換部２９ａは、上の波形関数（ｖ）をフーリエ変換する。これにより、時間領域の第４波形関数（ｗ）が得られる（処理番号（２５））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　ターゲット生成部２９のスペクトログラム修正部２９ｂは、時間－周波数変換により第４波形関数（ｗ）をスペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）に変換する（処理番号（２６））。そして、処理番号（２７）では、所望の周波数（波長）帯域情報を含む時間関数ｐ０（ｔ）を基にスペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）を修正することにより、ターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）を生成する。例えば、２次元データにより構成されるスペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）に現れる特徴的パターンを部分的に切り出し、時間関数ｐ０（ｔ）を基に当該部分の周波数成分の操作を行う。以下、その具体例について詳細に説明する。
　例えば、所望の時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ０（ｔ）として時間間隔が２ピコ秒であるトリプルパルスを設定した場合について考える。このとき、スペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）は、図３４（ａ）に示されるような結果となる。図３４（ａ）において横軸は時間（単位：フェムト秒）を示し、縦軸は波長（単位：ｎｍ）を示す。スペクトログラムの値は、図の明暗によって示されており、明るいほどスペクトログラムの値が大きい。このスペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）において、トリプルパルスは２ピコ秒間隔で時間軸上に分かれたドメインＤ１、Ｄ２、及びＤ３として現れる。ドメインＤ１、Ｄ２、及びＤ３の中心（ピーク）波長は８００ｎｍである。
　仮に出力光の時間強度波形のみを制御したい（単にトリプルパルスを得たい）場合には、これらのドメインＤ１、Ｄ２、及びＤ３を操作する必要はない。しかし、各パルスの周波数（波長）帯域を制御したい場合には、これらのドメインＤ１、Ｄ２、及びＤ３の操作が必要となる。すなわち、図３４（ｂ）に示されるように、波長軸（縦軸）に沿った方向に各ドメインＤ１、Ｄ２、及びＤ３を互いに独立して移動させることは、それぞれのパルスの構成周波数（波長帯域）を変更することを意味する。このような各パルスの構成周波数（波長帯域）の変更は、時間関数ｐ０（ｔ）を基に行われる。
　例えば、ドメインＤ２のピーク波長を８００ｎｍで据え置き、ドメインＤ１及びＤ３のピーク波長がそれぞれ－２ｎｍ、＋２ｎｍだけ平行移動するように時間関数ｐ０（ｔ）を記述するとき、スペクトログラムＳＧＩＦＴＡ（ω，ｔ）は、図３４（ｂ）に示されるターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ０（ω，ｔ）に変化する。例えばスペクトログラムにこのような処理を施すことによって、時間強度波形の形状を変えずに、各パルスの構成周波数（波長帯域）が任意に制御されたターゲットスペクトログラムを作成することができる。
　本開示による分散測定装置及び分散測定方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では測定対象として例えば光ファイバ等の光導波路である光学部品７を例示したが、測定対象は光導波路以外の光学部品であってもよく、光学部品ではない様々な物体であってもよい。
　実施形態は、測定対象の波長分散量を正確に測定することが可能な分散測定装置及び分散測定方法として利用可能である。
　１Ａ，１Ｂ…分散測定装置、２…パルスレーザ光源、３…パルス形成部、３ａ…光入力端、３ｂ…光出力端、４，４Ａ…光検出部、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…相関光学系、４ａ…光入力端、４０ｂ…光出力端、４０ｃ～４０ｆ…光路、４００…検出器、５…制御装置、５ａ…制御部、５ｂ…演算部、５ｃ…入力部、５ｄ…出力部、７…光学部品（測定対象）、１２…回折格子、１３，１５…レンズ、１４…空間光変調器（ＳＬＭ）、１６…回折格子、１７…変調面、１７ａ…変調領域、２０…変調パターン算出部、２１…任意波形入力部、２２…位相スペクトル設計部、２３…強度スペクトル設計部、２４…変調パターン生成部、２５…フーリエ変換部、２６…関数置換部、２７…波形関数修正部、２８…逆フーリエ変換部、２９…ターゲット生成部、２９ａ…フーリエ変換部、２９ｂ…スペクトログラム修正部、４１，４３…レンズ、４２…光学素子、４４…ビームスプリッタ、４５，４６，４８…ミラー、４７，４９…移動ステージ、５１…プロセッサ、５４…入力デバイス、５５…出力デバイス、５６…通信モジュール、５７…補助記憶装置、Ｐａ…初期パルス光、Ｐｂ，Ｐｄ…光パルス列、Ｐｂ１…光パルス（第１光パルス）、Ｐｂ２…光パルス（第２光パルス），Ｐｄ１，Ｐｄ２…光パルス、Ｐｂａ，Ｐｂｂ…光パルス列、Ｐｃ…相関光、Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３…光パルス、Ｐｒ…参照光パルス、ＳＣ…制御信号。Ｇ２１，Ｇ４１，Ｇ６１…スペクトル位相（第２の位相パターン）、Ｇ５１，Ｇ３１，Ｇ７１…スペクトル位相（第１の位相パターン）。

 

Claims (11)

  1. 　初期パルス光を出力する光源と、
    　波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与えて変調光を生成するために空間光変調器において提示される位相パターンである第１の位相パターンと第２の位相パターンとを記憶し、前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンを選択的に出力する制御部と、
    　前記制御部によって出力された位相パターンを提示する前記空間光変調器を有し、前記初期パルス光から、中心波長が第１の波長である第１光パルスと、中心波長が前記第１の波長より短い第２の波長である第２光パルスとを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成部と、
    　前記光パルス列の時間波形を検出する光検出部と、
    　前記光検出部と電気的に接続された演算部と、を備え、
    　測定対象は、前記光源と前記パルス形成部との間の光路上又は前記パルス形成部と前記光検出部との間の光路上に配置され、
    　前記演算部は、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
    　前記第１光パルス及び前記第２光パルスは、互いに時間差を有し、
    　前記第１の位相パターンは、前記第２光パルスの後に前記第１光パルスが生じるように、前記波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与えるための位相パターンであり、
    　前記第２の位相パターンは、前記第１光パルスの後に前記第２光パルスが生じるように、前記波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与えるための位相パターンである、分散測定装置。
  2. 　前記制御部は、前記測定対象の波長分散量が負である場合、前記第１の位相パターンを出力し、前記測定対象の波長分散量が正である場合、前記第２の位相パターンを出力する、請求項１に記載の分散測定装置。
  3. 　前記制御部は、前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンのいずれか一方を出力した後に、前記光検出部により検出された前記光パルス列の時間波形において前記第１光パルス及び前記第２光パルスが互いに干渉すると判定した場合、他方の位相パターンを出力する、請求項１に記載の分散測定装置。
  4. 　前記演算部は、前記制御部により前記第１の位相パターンが出力された場合に前記光検出部により検出される前記光パルス列の時間波形、及び前記制御部により前記第２の位相パターンが出力された場合に前記光検出部により検出される前記光パルス列の時間波形のうち、ピーク間の時間差がより大きい前記光パルス列の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１に記載の分散測定装置。
  5. 　前記光検出部は、前記光パルス列を受け、前記光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を出力する相関光学系を有し、前記光パルス列の時間波形として前記相関光の時間波形を検出し、
    　前記演算部は、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１又は２に記載の分散測定装置。
  6. 　前記制御部は、前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンのいずれか一方を出力した後に、前記光検出部により検出された前記相関光の時間波形において光パルス同士が互いに干渉すると判定した場合、他方の位相パターンを出力する、請求項５に記載の分散測定装置。
  7. 　前記演算部は、前記制御部により前記第１の位相パターンが出力された場合に前記光検出部により検出される前記相関光の時間波形、及び前記制御部により前記第２の位相パターンが出力された場合に前記光検出部により検出される前記相関光の時間波形のうち、ピーク間の時間差がより大きい前記相関光の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項５に記載の分散測定装置。
  8. 　前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンは、前記初期パルス光に与える位相ずれの大きさを示す値である位相値を各波長において示し、
    　前記各波長において、前記第１の位相パターンにおける位相値は、前記第２の位相パターンの位相値と所定の位相値に関して対称の関係を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の分散測定装置。
  9. 　前記測定対象は、前記パルス形成部と前記光検出部との間の光路上に配置される、請求項１～８のいずれか１項に記載の分散測定装置。
  10. 　初期パルス光を出力する出力ステップと、
    　波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与えて変調光を生成するために空間光変調器において提示される位相パターンである第１の位相パターンと第２の位相パターンとを記憶し、前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンを選択的に出力する制御ステップと、
    　前記制御ステップによって出力された位相パターンを提示する前記空間光変調器において、前記初期パルス光から、中心波長が第１の波長である第１光パルスと、中心波長が前記第１の波長より短い第２の波長である第２光パルスとを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成ステップと、
    　前記光パルス列の時間波形を検出する検出ステップと、
    　前記時間波形の特徴量を取得する演算ステップと、を含み、
    　前記パルス形成ステップにおいて、前記初期パルス光が測定対象を透過した後に、前記初期パルス光から前記光パルス列を形成するか、又は前記検出ステップにおいて、前記光パルス列が前記測定対象を透過した後に、前記光パルス列の時間波形を検出し、
    　前記演算ステップでは、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
    　前記第１光パルス及び前記第２光パルスは、互いに時間差を有し、
    　前記第１の位相パターンは、前記第２光パルスの後に前記第１光パルスが生じるように、前記波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与える位相パターンであり、
    　前記第２の位相パターンは、前記第１光パルスの後に前記第２光パルスが生じるように、前記波長ごとの所定の位相ずれを前記初期パルス光に与える位相パターンである、分散測定方法。
  11. 　前記検出ステップでは、前記光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を生成し、前記光パルス列の時間波形として前記相関光の時間波形を検出し、
    　前記演算ステップは、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１０に記載の分散測定方法。

     
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