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光パルスの強度と位相を測定する装置及び方法

国内特許コード P160012706
整理番号 (S2012-0597-N0)
掲載日 2016年1月20日
出願番号 特願2014-512361
登録番号 特許第6143196号
出願日 平成25年4月23日(2013.4.23)
登録日 平成29年5月19日(2017.5.19)
国際出願番号 JP2013002735
国際公開番号 WO2013161282
国際出願日 平成25年4月23日(2013.4.23)
国際公開日 平成25年10月31日(2013.10.31)
優先権データ
  • 特願2012-101276 (2012.4.26) JP
発明者
  • 藤 貴夫
  • 野村 雄高
出願人
  • 大学共同利用機関法人自然科学研究機構
発明の名称 光パルスの強度と位相を測定する装置及び方法
発明の概要 任意の時間幅をもつ光パルスの分光強度及び分光位相の絶対値を測定する方法及び装置を提供すること。
光遅延手段で遅延された電場E(t-τ)をもつ参照光パルスと電場E(t)をもつ被計測光パルスとを非線形混合して次式(★は一般的な非線形混合を表す演算子であり、αはその非線形混合における非線形感受率に比例する係数である。)で表される信号光パルスを作る非線形混合手段と、
(t-τ)+αE(t-τ)★E(t)
前記信号光パルスを分光して次式(Fはフーリエ変換を表す記号である。は複素共役を表す。Rは実数部(Real part)を表す記号である。)で表されるフーリエ変換信号を出力するイメージング分光装置と、を有し、
|F[E(t-τ)]|+|αF[E(t-τ)★E(t)]|
+2R{αF[E(t-τ)]}・F[E(t-τ)★E(t)]}
前記フーリエ変換信号の第2項の信号(周波数分解光ゲート信号)と前記フーリエ変換信号の第3項の信号(電気光学サンプリング信号)から前記被計測光パルスの強度と位相を求めることを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要


パルス時間幅がピコ秒以上の光パルスの場合は、オッシロスコープで電場振幅波形を直接測定することができる。しかし、パルス時間幅がピコ秒未満になるとオッシロスコープでは測定することができない。



自己相関器では、超短光パルスが二つの同じパルスに分割される。その二つのパルスが非線形結晶に同時に入射されて第2高調波光が発生される。第2高調波光の強度が二つのパルスの間の遅延時間の関数として測定される。これが強度相関をもたらす。しかし、この強度相関法では光パルスの位相を求めることができない。



超短光パルスの分光強度と分光位相を測定する方法として、電気光学サンプリング(EOS)法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。このEOS法は、電場E(t)をもつ被測定光パルスと時間遅延制御された電場E(t-τ)をもつプローブ光パルスとをEO(電気光学)結晶に入力して、電場E(t)をもつ被測定光パルスでEO結晶内に誘起される複屈折によるプローブ光パルスの偏光回転量を測定するものである。すなわち、EOS法は、E(t-τ)のプローブ光パルスとE(t)の被測定光パルスで変調されたE(t-τ)E(t)の変調光との干渉を測定するものである。



また、超短光パルスの分光強度と分光位相を測定する周波数分解光ゲート(FROG)法が最近開発された(例えば、特許文献1参照。)。このFROG法は、電場E(t)をもつ被測定光パルスと時間遅延制御された電場E(t-τ)をもつ参照光パルスとを非線形媒質に入射させて、非線形媒質に誘導回折格子を形成し、非線形媒質に入射された被測定光E(t)を参照光E(t-τ)により回折させ、回折されたパルス光を分光装置で分光して、被測定光の強度と位相を求めるものである。

産業上の利用分野


本発明は、任意の時間幅をもつ光パルスの分光強度と分光位相を測定する装置及び方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
時間tと共に変化する電場E(t)をもつ被計測光パルスと電場E(t)をもつ参照光パルスとの時間遅延τを変更する光遅延手段と、
前記光遅延手段で遅延された電場E(t-τ)をもつ前記参照光パルスと前記被計測光パルスとを非線形混合して次式(★は一般的な非線形混合を表す演算子であり、αはその非線形混合における非線形感受率に比例する係数である。)で表される信号光パルスを作る非線形混合手段と、
(t-τ)+αE(t-τ)★E(t)
前記信号光パルスを分光して次式(Fはフーリエ変換を表す記号である。は複素共役を表す。Rは実数部(Real part)を表す記号である。)で表されるフーリエ変換信号を出力するイメージング分光装置と、
|F[E(t-τ)]|+|αF[E(t-τ)★E(t)]|
+2R{αF[E(t-τ)]・F[E(t-τ)★E(t)]}
を有し、
周波数分解光ゲート信号に相当する前記フーリエ変換信号の第2項の信号と電気光学サンプリング信号に相当する前記フーリエ変換信号の第3項の信号から前記被計測光パルスの強度と位相を求めることを特徴とする光パルスの強度と位相の測定装置。

【請求項2】
前記非線形混合手段は、4光波差周波混合手段、3光波差周波混合手段或いは和周波混合手段を含む請求項1に記載の光パルスの強度と位相の測定装置。

【請求項3】
前記4光波差周波混合手段は、非線形光学気体と非線形光学結晶をカスケードに備える請求項2に記載の光パルスの強度と位相の測定装置。

【請求項4】
前記和周波混合手段は、和周波混合光と前記参照光パルスとを合波する合波手段を備える請求項2に記載の光パルスの強度と位相の測定装置。

【請求項5】
時間tと共に変化する電場E(t)をもつ被計測光パルスと電場E(t)もつ参照光パルスとの時間遅延τを変更する光遅延ステップと、
前記光遅延ステップで遅延された電場E(t-τ)をもつ前記参照光パルスと前記被計測光パルスとを非線形混合して次式(★は一般的な非線形混合を表す演算子であり、αはその非線形混合における非線形感受率に比例する係数である。)で表される信号光パルスを作る非線形混合ステップと、
(t-τ)+αE(t-τ)★E(t)
前記信号光パルスをイメージング分光装置に入力して次式(Fはフーリエ変換を表す記号である。は複素共役を表す。Rは実数部(Real part)を表す記号である。)で表されるフーリエ変換信号を出力するフーリエ変換ステップと、
|F[E(t-τ)]|+|αF[E(t-τ)★E(t)]|
+2R{αF[E(t-τ)]・F[E(t-τ)★E(t)]}
周波数分解光ゲート信号に相当する前記フーリエ変換信号の第2項の信号から前記被計測光パルスの強度と位相を求めるステップと、
電気光学サンプリング信号に相当する前記フーリエ変換信号の第3項の信号から前記被計測光パルスの強度と位相を求めるステップと、
を有することを特徴とする光パルスの強度と位相を測定する方法。

【請求項6】
前記フーリエ変換信号の第2項の信号から得られた位相を、前記フーリエ変換信号の第3項の信号から得られた位相にシフトさせるステップを有する請求項5に記載の光パルスの強度と位相を測定する方法。

【請求項7】
前記非線形混合ステップは、4光波差周波混合ステップ、3光波差周波混合ステップ或いは和周波混合ステップを含む請求項5又は6に記載の光パルスの強度と位相を測定する方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014512361thum.jpg
出願権利状態 登録


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