(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光であるパルスを分波するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで得られた２つのパルスを非線形結晶に入射させる光学系と、前記光学系よりの２つのパルスにより第２高調波を発生する前記非線形結晶と、前記非線形結晶より発せられた第２高調波の空間的像幅を計測する検出器と、前記非線形結晶に入射させる２つのパルスの相対的な光学的遅延差を調節するための遅延系と、を備え、前記検出器で得られた第２高調波の空間的像幅に基づいて、前記被測定光のパルス幅を計測するシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記光学系は、前記２つのパルスが前記非線形結晶内で略十文字に交差し、該非線形結晶よりの第２高調波が前記検出器の光軸方向に発せられるように、該２つのパルスを該非線形結晶に対し、非共軸で及び該検出器の光軸方向に対しそれぞれ斜め方向より入射させ、
前記非線形結晶は、前記光学系よりのパルスが入射される側の結晶面の断面が略三角形の頂角部分に相当する略プリズム状に構成され、該頂角部分を構成する２つの結晶面がそれぞれ前記検出器の光軸方向を中心に、該検出器の光軸方向と直角でない所定の角度をなし、該所定の角度をなす結晶面に対し該光学系よりのパルスがそれぞれ直交方向より入射されることを特徴とするシングルパルスオートコリレータ。
【請求項２】
請求項１記載のシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記非線形結晶は、前記２つのパルスのビーム径をｘとしたとき、
【数１】
0003597946.tif 000008
【数２】
0003597946.tif 000009
【数３】
0003597946.tif 000010
なる条件式を満足することを特徴とするシングルパルスオートコリレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシングルパルスオートコリレータ、特に第２高調波（２倍波）発生（ＳＨＧ）法に用いるのに適したシングルパルスオートコリレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザが発生する超短光パルスのパルス幅を正確に計測することは、光通信分野での光ファイバの材料特性評価、各種の分野での物性研究あるいはレーザの特性評価のために必要不可欠である。このパルス光のパルス幅はピコ（１０−１２）秒からフェトム（１０−１５）秒の領域にわたり、発振波長範囲は紫外域から赤外域の広範囲にわたる。
そこで、従来より各種の計測法が試みられており、この計測法としては、パルス波形に追従する速度で光電変換を行う直接法と、被測定パルスの自己相関を測定する相関法が例として挙げられる。
【０００３】
まず、前者の直接法はパルスの強度波形を直接測定するものである。最も簡単な形態は、高速の半導体検出器の出力をサンプリングオシロスコープで測定するものである。
また、ストリークカメラを利用する形態もある。
このストリークカメラは電子的な流し撮りである。すなわち、パルスをスリットを介して光電面に入射させ、生じた光電子を加速した後、偏向電極により蛍光面に対して高速で掃引するものである。
しかしながら、直接法では何れの場合も、測定の時間分解能が光電変換のスピードに支配されるため、現在広く用いられているのは後者の相関法である。
【０００４】
相関は２つのパルスの間に相対的に遅延時間差を設け、その時間をずらしながら重ね合わせることにより得られる。この際の遅延時間差は２つのパルスがそれぞれ通過した光学的光路長を光速で除したものである。
光路長差の精度は簡単な系でも１μｍが得られる。これは遅延時間差精度にして約３フェトム秒に相当し、相関法では高い時間分解能が得られる。
この相関法としては、二光子蛍光法、２倍波発生法、二光子イオン化法あるいは二光子光電効果法が例として挙げられる。
【０００５】
例えば、２光子蛍光法ではシングルパルス測定が容易に行えるが、使用可能な波長域に制限がある上、パルスが短くなってくると蛍光媒質中を伝搬する際の分散によるパルスの変形も無視できなくなる。
これらのうち、現在広く用いられているのは２倍波発生（ＳＨＧ）法である。このＳＨＧ法を用いたシングルパルスオートコリレータについて、図１の原理図に基づき説明する。
【０００６】
同図に示すオートコリメータ１０は、ビームスプリッタ１２と、固定鏡１４と移動鏡１６よりなる可変遅延系と、レンズ１８と、非線形結晶２０と、レンズ２２と、基本波カットフィルタ２４と、光電子増倍管２６よりなる光検出器と、アンプ２８と、記録計３０とを備える。
そして、被測定光３２はビームスプリッタ１２により分波され、マイケルソン干渉計タイプの可変遅延系を通過した後、レンズ１８で非線形結晶２０に共軸（コリニア）で入射する。
【０００７】
非線形結晶２０は、略直方体状で、入射レーザ光に対して位相整合条件を満足するようにカットされている。
発生した２倍波（ＳＨＧ光）はレンズ２２で基本波カットフィルタ２４を通過した後、光検出器２６により検出される。
遅延時間系の片側の移動鏡１６は例えばステッピングモータ３４（ドライバ）により駆動して平行移動し、遅延時間差を変化させつつＳＨＧ光強度を測定している。
【０００８】
光路長差のステップはステッピングモータ３４のステップ角と移動ステージのリード螺のピッチから決まり、これを光速で除して遅延時間差のステップを算出する。
この光電子増倍管２６の出力電流をアンプ２８により増幅した後、これを記録計３０により遅延時間差の関数としてプロットすることにより、ＳＨＧ光強度の自己相関関数が記録される。
そして、この記録計３０によりプロットされた自己相関関数から入射レーザパルスの関数形を仮定して、被測定光のパルス幅を推定するものである。
【０００９】
しかしながら、この方式には、次のような問題がある。
（１）コリニア配置のため、基本波のバックグラウンド光が検出器に混入しやすい。
（２）シングルパルス測定ができない。
特に、（２）のシングルパルスを測定できないという点は、従来手法の共通の問題点である。
このため、以下で示すようなレーザ光を結晶中で交差させる方式が提案されている。仮にこの方式をビーム交差方式と呼ぶ。
ビーム交差方式の原理図を図２に示す。
【００１０】
同図において、極短パルスレーザ光３６は、ビームスプリッタＢＳで２分割され、ＳＨＧ結晶３８中で空間的かつ時間的に完全に一致するように反射器Ｍ２〜Ｍ５により光学的遅延を調整する。
一致したレーザパルスは、ＳＨＧ光を発し、その像がレンズＬ２により基本波カットフィルタＦを経て、撮像検出器Ｄにより検出される。
この系によりシングルパルスの強度の相関関数が可変鏡の掃引なしに一度に求められる。
【００１１】
基本波はアパーチャＡにより大部分がカットされるので、バッググラウンドフリーな測定が行える。このとき、ＳＨＧ光の位相整合条件はコリニアの配置とは異なる。その詳細な説明は以下で説明する。
なお、この系においても、検出器Ｄを単一検出器とし、反射器Ｍ３〜Ｍ４を図中矢印方向へ動かすことにより、光学的遅延を与えるようにして、光学遅延量の関数として検出器出力をプロットすれば、従来のオートコリレータとなり、しかもバックグラウンド成分は存在しない。
ただし、シングルパルス測定は行えない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成のビーム交差方式のオートコリレータでは、図３に示すように、非線形結晶３８が略直方体状にカットされているため、非線形結晶３８の位相整合条件に依っては、入射光線間の角度θが大きくなり、光学系が大型化してしまう。
【００１３】
また、２つのパルスを同図に示す直方体状の非線形結晶に入射させると、入射光が非線形結晶３８の表面で正反射し、入射光ロスや、迷光となって光検出器Ｄに入射し、被測定光のパルス幅を正確に計測することができない恐れがある。
さらには、位相整合のため、２つのパルスの交差角（位相整合角ψ）を精密に調整する必要があるが、図３に示すように非線形結晶３８で入射光線４０，４２が屈折してしまうので、この調整が難しくなる。
【００１４】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は小型であり、光学系の調整が容易であり、しかも被測定光のパルス幅を正確に測定することができるシングルパルスオートコリレータを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかるシングルパルスオートコリレータは、ビームスプリッタと、光学系と、非線形結晶と、検出器と、遅延系と、を備え、前記検出器で得られた第２高調波の空間的像幅に基づいて、前記被測定光のパルス幅を計測するシングルパルスオートコリレータにおいて、
前記光学系は、前記２つのパルスが前記非線形結晶内で略十文字に交差し、該非線形結晶よりの第２高調波が前記検出器の光軸方向に発せられるように、該２つのパルスを該非線形結晶に対し、非共軸で及び該検出器の光軸方向に対しそれぞれ斜め方向より入射させ、
前記非線形結晶は、前記光学系よりのパルスが入射される側の結晶面の断面が略三角形の頂角部分に相当する略プリズム状に構成され、該頂角部分を構成する２つの結晶面がそれぞれ前記検出器の光軸方向を中心に、該検出器の光軸方向と直角でない所定の角度をなし、該所定の角度をなす結晶面に対し該光学系よりのパルスがそれぞれ直交方向より入射されることを特徴とする。
ここで、前記ビームスプリッタは、被測定光であるパルスを分波する。
また前記光学系は、ビームスプリッタで得られた２つのパルスを非線形結晶に入射させる。
前記非線形結晶は、前記光学系よりの２つのパルスにより第２高調波を発生する。
前記検出器は、前記非線形結晶より発せられた第２高調波の空間的像幅を計測する。
前記遅延系は、前記非線形結晶に入射させる２つのパルスの相対的な光学的遅延差を調節するためのものとする。
なお、前記非線形結晶は、前記２つのパルスのビーム径をｘとしたとき、
【数４】
0003597946.tif 000002
【数５】
0003597946.tif 000003
【数６】
0003597946.tif 000004
なる条件式を満足していることが好適である。
【００１６】
【発明の実施形態】
本発明にかかるシングルパルスオートコリレータは、前述したように、相対的な光学的遅延時間差を零とした２つのパルスを非線形結晶の結晶面に対して垂直に入射させることとしたので、非線形結晶の屈折率が大きくても、２つのパルスの入射光線間の角度を位相整合条件から決まる角度に一致させ、小さくすることができるので、装置を小型化することが可能となり、光学系の調整も容易となる。
【００１７】
しかも、入射光が非線形結晶の入射表面で反射することをかなり防ぐことができるので、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができ、被測定光のパルス幅を正確に測定することが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の一実施態様について説明する。
【００１８】
図４には本発明の一実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータの概略構成が示されている。
なお、本実施態様においては、被測定光にシングルパルスを想定し、このシングルパルスのパルス幅を計測する場合について説明する。
同図に示すようにシングルパルスオートコリレータ４４は、ビームスプリッタＢＳと、可変遅延系と、レンズＬ１と、非線形結晶４６と、レンズＬ２と、フィルタＦと、撮像検出器Ｄと、記録計３０とを備える。
【００１９】
ビームスプリッタＢＳは、シングルパルス４８を反射光５０と透過光５２の２つのパルスに分波する。
可変光学的遅延系は、反射器Ｍ２〜Ｍ５よりなり、Ｍ３とＭ４をＭ２とＭ５に対し例えばステッピングモータ（図示省略）により駆動して平行移動し、遅延時間差を変化させ、２つのパルスの中心部が非線形結晶４６中で時間的かつ空間的に一致させるものである。
【００２０】
非線形結晶４６は、反射器Ｍ２〜Ｍ５により遅延時間差が与えられた２つのパルスが結晶面に対して垂直に入射するように、その結晶面がプリズム状にカットされている。
２つのパルス５０，５２が非線形結晶４６中で空間的かつ時間的に完全に一致するように、反射器Ｍ２〜Ｍ５により遅延時間差を調整し、これが空間的に一致すると、非線形結晶４６はＳＨＧ光を発生する。
生じたＳＨＧ光５４の像がレンズＬ２で基本フィルタＦを通過した後、撮像検出器Ｄに結像する。
【００２１】
したがって、撮像検出器Ｄにより検出されたＳＨＧ光強度の空間的像幅は、光学的遅延量に対応するので、記録計３０により遅延時間差の関数として被測定パルスの自己相関関数がプロットされる。
この記録計３０にプロットされた相関関数に基づき、入射レーザパルス５０，５２の関数形を仮定して、シングルパルス４８のパルス幅を推定する。
なお、非線形結晶４６としては、負の一軸性結晶と正の一軸性結晶が例として挙げられ、この負の一軸性結晶には、波長が１μｍから１０μｍの赤外スペクトル域においては、例えばＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＧａＳ２等、正の一軸性結晶には例えばＣｄＧｅＡｓ２等を用いることができる。
【００２２】
本発明の実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータ３６は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
シングルパルス４８はビームスプリッタＢＳにより分波されると、一方の透過光５２は、反射器Ｍ２〜Ｍ５を通過した後、レンズＬ１で非線形結晶４６に入射する。
他方の反射光５０は、反射器Ｍ１で反射した後、レンズＬ１で非線形結晶４６に入射する。
【００２３】
このように２つのパルス５０，５２は非線形結晶４６に非共軸（ノンコリニア）で入射するので、適当なアパーチャＡを使用すれば、入射レーザパルス５０，５２が直接撮像検出器Ｄに入射することを防ぐことができる。
ここで、２つのパルス５０，５２が非線形結晶４６中で空間的かつ時間的に完全に一致するように、反射器Ｍ２〜Ｍ５により遅延時間差を調整し、これが空間的に一致すると、非線形結晶４６は２倍波（ＳＨＧ光５４）を発生する。
このように、非線形結晶４６は、２つのパルス５０，５２が結晶面に対して垂直に入射するようにプリズム形状にカットされており、非線形結晶４６の屈折率が大きくてもパルス５０，５２の入射光線間の角度θを位相整合角ψと同じにでき、小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
【００２４】
しかも、前述のように２つのパルス５０，５２が結晶面に対して垂直に入射するようにすることにより、入射光５０，５２が非線形結晶４６の表面にて反射することを防ぐことができるので、これが迷光となって撮像検出器Ｄに入射することをより防ぐことができる。
そして、撮像検出器Ｄにより検出されたＳＨＧ光強度の空間的像幅は、光学的遅延量に対応しているので、記録計３０により遅延時間差の関数として入射パルスの自己相関関数がプロットされる。この記録計３０にプロットされた相関関数に基づき、シングルパルス４８のパルス幅を推定する。
なお、アパーチャＡは、基本波の大部分をカットし、それによってバックグラウンドフリー測定が行える。
【００２５】
以下、本実施態様において特徴的事項である非線形結晶の設計方法について詳細に説明する。なお、本実施態様においては、非線形結晶に負の一軸性結晶を想定し、その場合の位相整合条件について説明する。
まず、周波数がω１、波動ベクトルがｋ１，ｋ１’の２つのパルスを非線形結晶に入射させるとき、周波数がω２＝２ω１、波動ベクトルがｋ２のＳＨＧ光を最も効率的に発生させるための条件式は、次式（１）で表される。
ｋ２−（ｋ１＋ｋ１’）＝０                                                                      …        （１）
【００２６】
前記２つのパルス、ＳＨＧ光の計３つの光に対する非線形結晶の屈折率を、ｎ１α（ω１，ｋ１），ｎ１β（ω１，ｋ１’），ｎ２γ（ω２＝２ω１，ｋ１）としたとき、式（１）は次式（２）で表せる。
２ｎ２γκ２−（ｎ１ακ１＋ｎ１βκ１’）＝０                                            …    （２）
【００２７】
ここで、α，β，γは偏光の種類、κ１，κ１’，κ２は波動ベクトルｋ１，ｋ１’，ｋ２方向の単位ベクトルである。
入射光ｋ１とｋ１’が同じ偏りをもち（α＝β）、入射光κ１とκ１’をＳＨＧ光κ２と±ψ／２の角度をなすように入射させたとき、κ２方向にＳＨＧ光（ω２＝２ω１）を効率的に発生させるための条件式は次式（３）で表される。
ｎ２γ（ω２＝２ω１）＝ｎ１α（ω１）ｃｏｓ（ψ／２）            …    （３）
【００２８】
前記屈折率を速度で置き換えると、式（３）は次式（４）で表される。
ｖ１α（ω１）＝ｖ２γ（ω２＝２ω１）ｃｏｓ（ψ／２）            …    （４）
この式（３）または式（４）を満足する結晶方位を負の一軸性結晶に対して探索する。
【００２９】
ここで、本実施態様においては、図５に示す光学配置を想定する。
すなわち、同図に示すように、基本波は図中ＸＹ面上にあり、Ｙ軸に対して±ψ／２の角度をなすものとする。
また、負の一軸性結晶は図中原点Ｏにあるものとする。ＳＨＧ光はｋ２方向、つまり図中Ｙ軸方向に発生するものとする。
そして、同図に示す光学配置で負の一軸性結晶の光軸方向をいろいろと変化させて、式（３）または式（４）を満足する結晶方位を探索する。
【００３０】
ところで、一軸性結晶を光学的に取り扱うときには、その結晶を屈折率楕円体または法線速度面で置き換えると便利である。
そこで、本実施態様においては、図６に示すように法線速度面を考える。
同図に示すように、負の一軸性結晶の直交軸方向をＯＡ，ＯＢ，ＯＣ、光軸をＯＣとすると、法線速度面は同図に示すように、ＯＣ軸を軸とする回転楕円面５６と、この回転楕円面５６とＯＣ軸方向で内接する球面５８の二重面となる。
この内接球面の半径はＯＣ＝ｖｏであり、常光線速度を与える。
【００３１】
この回転楕円面５６とＯＣ軸方向で内接する球面５８上の点Ｐを通る速度ＯＰ（＝ｖＯ）の光の偏光方向は、直線ＯＣと直線ＯＰによりつくられる平面と垂直である。
回転楕円面５６の長軸はＯＡ＝ＯＢ＝ｖｅであり、異常光光線速度を与える。原点Ｏからこの回転楕円面５６上に向かう光の速度は、一般的には伝播方向によって変わるが、ＯＡＢ面内に限り等方的である。
したがって、仮に非偏光がＯＡＢ面上を図中ｋ方向に進むとすると、水平偏光成分がｖＯ、垂直偏光成分がｖｅで伝播することとなる。
【００３２】
ここで、図８に示すようにｖe＞ｖOであり、ｖe，ｖOは角周波数ωに依存する。また、これを屈折率ｎで表現すると、図７に示すようになる。
そして、非線形結晶を回転して光軸ＯＣが空間軸ＸＹＺと平行になる各々の場合について、式（３）または式（４）がどのような偏光に対して成立するかを調べる。
【００３３】
［１］光軸ＯＣがＯＺ軸に平行な場合について
このとき、ＯＡ／／ＯＸ，ＯＢ／／ＯＹである。
水平面内における光の伝播の様子と、ω１およびω２（＝２ω１）の光線速度面は、図９に示すようになる。
同図より明らかなように、式（３）または式（４）を満足するのは、次式（５）を満足する場合のみである。
ｖ１ｏ（ω１）＝ｖ２ｅ（ω２＝２ω１，／／ｋ２）ｃｏｓ（ψ／２）    …    （５）
【００３４】
速度を屈折率で置き換えると、式（５）は次式（６）で表される。
ｎ２ｅ（ω２＝２ω１）＝ｎ１Ｏ（ω１）ｃｏｓ（ψ／２）                        …    （６）
すなわち、水平偏光のω１の２つのパルスを式（５）または式（６）を満足する角度（±ψ／２）で入射させると、非線形結晶３８は垂直偏光のＳＨＧ光を発生する。
【００３５】
しかしながら、垂直偏光を入射させた場合、
ｖ１ｅ（ω１）＞ｖ２ｅ（ω２＝２ω１）                                                        …    （７）
ｖ１ｅ（ω１）＞ｖ２Ｏ（ω２＝２ω１）                                                        …    （８）
となり、式（３）または式（４）を満足しないので、非線形結晶４６はＳＨＧ光５４を発生しない。
【００３６】
このように、光軸ＯＣがＯＺ軸に平行な場合、ＳＨＧ光５４を得ることができるのは、非線形結晶４６に式（５）または式（６）を満足するように入射させたときである。
【００３７】
［２］光軸ＯＣがＯＸ軸に平行な場合について
このとき、水平面の光線速度面は図１０のようになる。
同図より明らかなように、この場合も式（３）または式（４）を満足する角度（ψ／２）は存在し、次式（９）または（１０）で表される。
ｖ１Ｏ（ω１）＝ｖ２ｅ（ω２＝２ω１，／／ｋ２）ｃｏｓ（ψ／２）      …      （９）
ｎ２ｅ（ω２＝２ω１）＝ｎ１Ｏ（ω１）ｃｏｓ（ψ／２）                        …    （１０）
【００３８】
つまり、垂直偏光のω１のパルスを式（９）または式（１０）を満足するように角度（ψ／２）で入射すると、水平偏光のＳＨＧ光が得られる。
しかしながら、この場合は、水平偏光を入射しても、非線形結晶４６はＳＨＧ光を発生しない。
このように、光軸ＯＣがＯＸ軸に平行な場合、ＳＨＧ光を得ることができるのは、式（９）または式（１０）を満足するときのみである。
【００３９】
［３］光軸ＯＣがＯＹ軸に平行な場合について、図１１に基づき説明する。
この場合は、次式（１１）と（１２）で表される
ｖ２ｏ（２ω１）ｃｏｓ（ψ／２）＜ｖ１ｏ，ｅ（ω１） …    （１１）
ｖ２ｅ（２ω１）ｃｏｓ（ψ／２）＜ｖ１ｏ，ｅ（ω１）                              …    （１２）
したがって、光軸ＯＣがＯＹ軸に平行な場合、式（３）または式（４）を満足する角度ψ／２は存在しない。
【００４０】
このように、負の一軸性結晶は、［１］光軸ＯＣがＯＺ軸に平行な場合では式（５）または式（６）を満足するように、［２］光軸ＯＣがＯＸ軸に平行な場合では式（９）または式（１０）を満足するように、２つのパルスを入射させると、ＳＨＧ光を発生することとなる。
【００４１】
したがって、例えば光軸ＯＣがＯＺ軸に平行な場合、非線形結晶は図１２、図１３で示すようにプリズム形状にカットすればよい。すなわち、非線形結晶が設計できる。
この場合、位相整合角をψとすると、非線形結晶の頂角はπ−ψとなる。図１２はＳＨＧプリズムの平面図、図１３は全体図を示す。
なお、ｌ２、ｌ１、ｈはそれぞれ非線形結晶の幅、奥行き方向の幅、高さである。
【００４２】
まず、２つのレーザパルス５０，５２のビーム径をｘとすると、このビーム５０，５２の径ｘが入射する非線形結晶の平面の大きさより小さい必要があり、次式が得られる。
【００４３】
【数７】
0003597946.tif 000005
つぎに、レーザパルスの非線形結晶中での群速度をｕ、時間的なパルス幅をΔｔとしたとき、２つのパルスの中心部が非線形結晶中で空間的かつ時間的に一致したときの横方向の幅Ｗ１と奥行き方向の幅Ｗ２は、それぞれ次式で表せる。
Ｗ１＝ｕ・Δｔ／ｓｉｎ（ψ／２）
Ｗ２＝Ｗ１・ｔａｎ（ψ／２）
このうち、横方向の幅Ｗ１に沿っての空間プロファイルがパルスの相関関数を与える。
したがって、横方向の幅Ｗ１が非線形結晶内部に生じるための条件として次式が得られる。
【００４４】
【数８】
0003597946.tif 000006
また、２つのパルスの中心部の交差点が非線形結晶内部に生じる必要があるので、横方向の幅ｌ１に関しては、次式を満たす値のうち、大きい方の値を選択すれば良いことがわかる。
【００４５】
【数９】
0003597946.tif 000007
このようにして非線形結晶の寸法を決定することができる。
図１１〜図１２に示すように、非線形結晶の頂角は光軸に対してπ−ψの角度をなすようにカットされている。
同様にして、光軸ＯＣがＯＸ軸に平行な場合に対しても、位相整合条件を満足するように非線形結晶を設計することができる。
【００４６】
このように、本発明者らは、非線形結晶がＳＨＧ光を最も効率的に発生させるための条件について検討を行い、式（３）または式（４）を導出した。
そして、例えば光軸ＯＣがＯＺ軸に平行な場合、式（５）または式（６）に基づき、シングルパルス４８をＢＳで分波し、反射器Ｍ２〜Ｍ５により相対的な光学的遅延時間差を零とした２つのパルス５０，５２が結晶面に対して垂直に入射するように、その結晶面ををプリズム形状に設計するすることにより、非線形結晶の屈折率が大きくても、２つのパルスの入射光線間の角度を位相整合角に一致させて小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
【００４７】
しかも、入射光が非線形結晶の表面で反射することををかなり防ぐことができることにより、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができるので、被測定光のパルス幅を正確に測定することができる。
さらには、入射光が結晶で屈折することがなくなるので、位相整合等の光学調整が格段に容易になる。
なお、本実施態様においては、非線形結晶の設計方法について、非線形結晶に負の一軸性結晶を用いた例について説明したが、これに限られるものではなく、正の一軸性結晶にも適用することができる。
【００４８】
また、非線形結晶を入射光が垂直入射するようにプリズム形状にカットする方法は、本実施態様のシングルパルスオートコリレータのみならず、全ての非線形光学現象を利用した計測技術に応用可能であることは自明である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるシングルパルスオートコリレータによれば、被測定光を分波し、相対的な光学的遅延時間差を零とした２つのパルスを非線形結晶の結晶面に対して垂直に入射するようにプリズム形状としたので、非線形結晶の屈折率が大きくても、２つのパルスの結晶に対する入射光線間の角度を小さくすることができるので、装置を小型化することができる
しかも、入射光が非線形結晶により反射することをかなり防ぐことができることにより、この散乱光が迷光となって光検出器に入射することを大幅に低減することができるので、被測定光のパルス幅を正確に測定することができる。
さらには、入射光が光学的調整が容易に行えるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマイケルソン干渉計タイプのオートコリレータの説明図である。
【図２】従来のビーム交差方式のシングルパルスオートコリレータの説明図である。
【図３】図１において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図４】本発明の一実施態様にかかるシングルパルスオートコリレータの概略構成の説明図である。
【図５】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図６】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図７】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図８】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図９】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図１０】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図１１】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図１２】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【図１３】図４において用いられる非線形結晶の設計方法の説明図である。
【符号の説明】
３０    記録計
４４    シングルパルスオートコリレータ
４６    非線形結晶
４８    被測定光
ＢＳ    ビームスプリッタ
Ｍ２〜Ｍ５    可変光学的遅延系
Ｌ１        レンズ
Ｄ        撮像検出器
【図１】
0003597946.tif 000011
【図２】
0003597946.tif 000012
【図３】
0003597946.tif 000013
【図４】
0003597946.tif 000014
【図５】
0003597946.tif 000015
【図６】
0003597946.tif 000016
【図７】
0003597946.tif 000017
【図８】
0003597946.tif 000018
【図９】
0003597946.tif 000019
【図１０】
0003597946.tif 000020
【図１１】
0003597946.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
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