(57)【要約】【課題】光パルスの波長に制限がなく、微弱な光パルスの時間特性も評価できるという特徴を失うことなく、光パルスの時間幅とコヒーレンス時間とを独立に精度よく評価することが可能な光パルス計測装置を提供する。【解決手段】光回路１１は、相互にコヒーレントな時間間隔Ｔ0＋ΔＴの２つの引き続く２連光パルスであり、各２連光パルスの重心位置が相互に２ｃＴ0だけ離れ、各２連光パルスが相互にインコヒーレントである、４連光パルス２２に被測定対象光パルス２１を変換して出射する。非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、４連光パルス２２を光路長がｃＴ0だけ異なる２つの光路に分岐し、各光路の４連光パルス２２を干渉させて５連光パルス２３を生成し、分岐して出射する。評価部１３は、各５連光パルス２３の光強度を測定し、その光強度に基づいて、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレント時間を独立に評価する。【選択図】図２
2011107065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃを光速度とし、Ｔ0を正の定数とし、ΔＴをＴ0より小さい変位量としたとき、光パルスビーム内の被測定対象光パルスが入射されるたびに、相互にコヒーレントな時間間隔Ｔ0＋ΔＴの２つの引き続く２連光パルスであり、各２連光パルスの重心位置が相互に２ｃＴ0だけ離れ、各２連光パルスが相互にインコヒーレントである、４連光パルスに当該被測定対象光パルスを変換して出射する光回路と、
前記光回路から出射された４連光パルスを、光路長がｃＴ0だけ異なる２つの光路に分岐し、各光路からの４連光パルスを干渉させて、５つの光パルスからなる５連光パルスを生成し、当該５連光パルスを２つに分岐して出射する光干渉部と、
前記光干渉部から出射された各５連光パルスに含まれる光パルスの光強度を測定し、当該光強度に基づいて、前記被測定対象光パルスの時間幅およびコヒーレンス時間を評価する評価部と、を含む光パルス計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光パルス計測装置において、
前記評価部は、
前記光回路にて生成される４連光パルス内の各２連光パルスの時間間隔Ｔ＋ΔＴを順次可変する制御部と、
各５連光パルスに含まれる光パルスの光強度を測定し、当該光強度に基づいて、前記制御部にて変更された時間間隔Ｔ＋ΔＴごとに、前記５連光パルスの一方に含まれる２番目のパルスの光強度と、当該５連光パルスと同一または異なる５連光パルスに含まれる４番目のパルスの光強度の相関値と、各５連光パルスに含まれる３番目の光パルスの光強度の相関値とを求める相関計と、
前記制御部にて変更された時間間隔Ｔ＋ΔＴと、前記相関計にて求められた各相関値に基づいて、前記時間幅および前記コヒーレンス時間を評価する演算部と、を有する光パルス計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光パルス計測装置において、
前記演算部は、各相関値を、前記時間間隔の変位量ΔＴの関数として記録し、当該記録された関数を分析して、前記時間幅および前記コヒーレンス時間を評価する、光パルス計測装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光パルス計測装置において、
前記光干渉部は、前記２つの光路の一方に、遅延時間がＴ0の遅延光回路が内包されたマッハツェンダー干渉光回路である、光パルス計測装置
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光パルス計測装置において、
前記光回路は、各２連光パルスの相対的な位相をランダムにして、各２連光パルスを相互にインコヒーレントにする位相変調装置を含む、光パルス計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスの時間幅およびコヒーレンス時間を評価する光パルス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光パルスは、光通信、光記録および光計測の分野をはじめ、極めて多様な分野に応用されている。上記の分野では、大量かつ高速な情報伝送や記録および高精度な光計測などのために、時間幅の極めて小さい光パルスが用いられている。また、光パルスを様々な分野に応用するためには、光パルスの時間幅や、干渉性が維持される時間であるコヒーレンス時間を精度よく評価する技術が基盤技術として必要とされる。
【０００３】
光パルスの時間幅やコヒーレンス時間を評価するためには、光パルスを検出する光検出器と、その検出結果を解析する電気回路系とが必要となる。このとき、光検出器の周波数応答には上限があり、また、電気回路系の高周波特性にも制限があるため、これらの制限によらずに光パルスの時間特性を評価することが可能な技術が求められている。
【０００４】
現在、上記の制限によらずに十分な時間分解能を持つ技術として、光学遅延路を用いた技術が定着している。光学遅延路を用いた技術としては、非特許文献１に記載の第二高周波を用いた自己相関測定法や、非特許文献２に記載の強度干渉現象を用いた強度干渉測定法がある。
【０００５】
非特許文献１に記載の自己相関測定法は、広く利用されている手法であり、モードロックレーザ光源にて発生する光パルスの時間幅を評価する標準的な手法になっている。
【０００６】
自己相関測定法では、光パルスがビームスプリッターで分割され、その分割された光パルスのそれぞれが非線形結晶上で重ね合わされることで発生する第二高調波の強度が、一つの光検出器で測定される。ここで、分割された光パルスの一方に光学遅延路を用いて遅延が与えられる。この遅延量を時間と共に変化させて、第二高調波の強度に対する遅延量の依存性を評価することで、光パルスの強度の自己相関関数を得ることができる。この自己相関関数に基づいて、光パルスの時間幅やコヒーレンス時間などの時間特性を評価することができる。
【０００７】
また、非特許文献２に記載の強度干渉測定法では、ビームスプリッターで分割された２つの光パルスに光路長差が与えられ、その後、その２つの光パルスの強度が２つの光検出器で別々に測定される。それらの強度の相関値を光路長差の関数で表した強度干渉信号が算出される。そして、その強度干渉信号に基づいて、光パルスの時間特性が評価される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】H. A. Pike and M. Hercher, J. Appl. Phys. 41, 4562 (1970).
【非特許文献２】Y. Miyamoto, T. Kuga, M. Baba, and M. Matsuoka, Opt. Lett. 18, 900 (1993).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に記載の自己相関測定法では、非線形結晶で生じる光学非線形過程が利用されている。このため、自己相関測定法では、光パルスの光強度は比較的大きくなければならない。また、光パルスの波長は非線形結晶に依存する。したがって、時間特性を評価可能な光パルスが非常に限定されるという問題がある。
【００１０】
非特許文献２に記載の強度干渉測定法では、光学非線形過程が利用されていないため、上記の問題がない。つまり、強度干渉測定法は、時間特性が評価可能な波長に制限がなく、微弱な光パルスの時間特性も評価できるという優れた特徴を持つ。
【００１１】
しかしながら、強度干渉測定法で用いられる強度干渉信号は、光パルスの時間幅を反映した信号と、コヒーレンス時間を反映した信号とが分離されていない、スーパーインポーズされた信号であるため、光パルスの時間幅とコヒーレンス時間とを独立に精度よく評価することが難しいという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、時間特性が評価可能な波長に制限がなく、微弱な光パルスの時間特性も評価できるという特徴を失うことなく、上記の課題である、光パルスの時間幅とコヒーレンス時間とを独立に精度よく評価することが難しいという問題を解決する光パルス計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による光パルス計測装置は、ｃを光速度とし、Ｔ0を正の定数とし、ΔＴをＴより小さい変位量としたとき、光パルスビーム内の被測定対象光パルスが入射されるたびに、相互にコヒーレントな時間間隔Ｔ0＋ΔＴの２つの引き続く２連光パルスがあり、各２連光パルスの重心位置が相互に２ｃＴ0だけ離れ、各２連光パルスが相互にインコヒーレントである、４連光パルスに当該被測定対象光パルスを変換して出射する光回路と、前記光回路から出射された４連光パルスを、光路長がｃＴ0だけ異なる２つの光路に分岐し、各光路からの４連光パルスを干渉させて、５つの光パルスからなる５連光パルスを生成し、当該５連光パルスを２つに分岐して出射する光干渉部と、前記光干渉部から出射された各５連光パルスに含まれる光パルスの光強度を測定し、当該光強度に基づいて、前記被測定対象光パルスの時間幅およびコヒーレンス時間を評価する評価部と、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、時間特性が評価可能な光パルスの波長に制限がなく、低い微弱な光パルスの時間特性も評価できるという特徴を失うことなく、光パルスの時間幅とコヒーレンス時間とを独立に精度よく評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】光パルスの時間幅のみを反映した強度干渉信号を観測できる光学系を模式的に示した図である。
【図１Ｂ】光パルスのコヒーレンス時間のみを反映した強度干渉信号を観測できる光学系を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光パルス計測装置の構成を示した図である。
【図３】光パルス計測装置のより詳細な構成を示した図である。
【図４】光回路の構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００１７】
（原理の説明）
以下では、非特許文献２に記載の強度干渉測定法の原理を応用するが、その強度干渉測定法とは異なり、パルス時間幅を反映した強度干渉信号とコヒーレンス時間を反映した強度干渉信号を分離し、かつ、同時に観測可能な光学系について説明する。
【００１８】
図１Ａは、光パルスの時間幅およびコヒーレンス時間のうちの時間幅のみを反映した強度干渉信号を観測できる光学系を模式的に示した図であり、図１Ｂは、そのうちのコヒーレンス時間のみを反映した強度干渉信号を観測できる光学系を模式的に示した図である。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂでは、入射ポイントＡから検出ポイント１および２のそれぞれに伝搬する光パルスビームである光ビームＡ１およびＡ２と、入射ポイントＢから検出ポイント１および２のそれぞれに伝搬する光パルスビームである光ビームＢ１およびＢ２が示されている。
【００２０】
図１Ａでは、光ビームＡ１およびＡ２が相互にコヒーレント（Coherent）であり、同様に光ビームＢ１およびＢ２も相互にコヒーレントであるが、入射ポイントＡからの光ビームと、入射ポイントＢからの光ビームとはインコヒーレントである。
【００２１】
一方、図１Ｂでは、入射ポイントＡおよびＢから共通の検出ポイント１に到達する光ビームＡ１およびＢ１が相互にコヒーレントであり、同様に検出ポイント２に到達する光ビームＡ２およびＢ２も相互にコヒーレントであるが、検出ポイント１および２のそれぞれに到達する２つの光ビームはインコヒーレントである。
【００２２】
また、図１Ａおよび図１Ｂでは、光ビームＡ１およびＡ２は、光ビームＢ１およびＢ２に対して遅延量cδτだけ遅延されているものとする。また、全ての光ビームに対する、環境による位相擾乱（Phase Disturbances）は共通と見なせる状況を考える。ここで、ｃは、光速度を示し、δτは、遅延時間を示す。
【００２３】
遅延時間δτを変更しながら、検出ポイント１および２のそれぞれで検出される光ビームの光強度の相関値である強度相関値を測定することで、強度相関値を遅延時間δτの関数として表すことができる。その関数の形状は、強度相関値のδτ依存性カーブを表すことになる。以下、この関数を、強度干渉信号と呼び、関数の形状であるδτ依存性カーブを強度干渉信号波形と呼ぶ。なお、強度干渉信号波形は、光学系のゆらぎなどによる外部擾乱に対して頑強であることが知られている。
【００２４】
このとき、図１Ａで示した光学系を用いた場合、強度干渉信号波形は、光ビームに含まれる光パルスの時間幅のみを反映し、図１Ｂで示した光学系を用いた場合、強度干渉信号波形は、光ビームに含まれる光パルスのコヒーレンス時間のみを反映することを理論的に示すことができる。
【００２５】
なお、強度干渉信号波形の詳細な計算のためには、被測定対象の光ビームの時間波形形状に関する仮定が必要である。例えば、光パルスの時間波形形状がガウス型または指数関数型などの仮定を行うことで、具体的な強度干渉信号波形を計算することができる。実際の強度干渉信号波形の測定結果を、この計算した強度干渉信号波形と比較することにより、測定結果から被測定対象の光パルスのパルス時間幅およびコヒーレンス時間を独立に評価することができる。
【００２６】
（構成の説明）
図２は、本発明の第１の実施形態の光パルス計測装置の構成を示した図である。図２で示された光パルス計測装置１００は、図１Ａおよび図１Ｂで示した光学系を時間的に分離して実現することで、被計測光源１０１から出射された光パルスビームに含まれる被測定対象光パルス２１のパルス時間幅およびコヒーレンス時間を同時にかつ独立して測定することを可能にしたものである。
【００２７】
図２において、光パルス計測装置１００は、光回路１１と、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２と、評価部１３とを含む。
【００２８】
光回路１１には、被計測光源１０１から出射された光パルスビームが入射される。光回路１１は、その光パルスビームに含まれる光パルスである被測定対象光パルス２１が入射されるたびに、その非測定対象光パルスを、相互にコヒーレントな時間間隔Ｔ0＋ΔＴの２つ引き続く２連光パルスであり、各２連光パルスの重心位置が２ｃＴ0だけ離れ、各２連パルスが相互にインコヒーレントな４連光パルス２２に変換して出射する。ｃは、光速度であり、Ｔ0は、予め定められた正の定数であり、ΔＴは、ΔＴ≪Ｔ0の変位量である。
【００２９】
ここで、光回路１１は、各２連光パルスの相対的な位相をランダムにして、各２連光パルスを相互にインコヒーレントにすることが望ましい。また、４連光パルス２２内の各光パルスは、等振幅であることが望ましい。
【００３０】
以下、４連光パルス２２内の前方の２連光パルスをセットＡと称し、４連光パルス２２内の後方の２連光パルスをセットＢと称することもある。また、各２連光パルスの重心位置が２ｃＴ0だけ離れているので、セットＡの２連光パルス内の後方側光パルスと、セットＢの２連光パルス内の前方側光パルスとの時間間隔は、Ｔ0−ΔＴとなる。
【００３１】
非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、光干渉部と呼ばれることもある。非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、２つの干渉腕１２Ａおよび１２Ｂを有する。
【００３２】
干渉腕１２Ａおよび１２Ｂは、光が伝送される光路であり、光路長がｃＴ0だけ異なる。より具体的には、干渉腕１２Ａおよび１２Ｂの一方に、遅延時間がＴ0の遅延光回路１２Ｃが内包されている。以下では、干渉腕１２Ｂに遅延光回路１２Ｃが内包されているものとする。
【００３３】
非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、光回路１１から出射された４連光パルス２２を干渉腕１２Ａおよび１２Ｂに分岐させ、その後、各干渉腕１２Ａおよび１２Ｂからの４連光パルス２２を干渉させる。
【００３４】
干渉腕１２Ｂに遅延時間Ｔ0の遅延光回路１２Ｃが内包されているので、干渉腕１２Ｂの４連光パルス２２は、干渉腕１２Ａの４連光パルスと比べて遅延量ｃＴ0だけ遅延される。したがって、各干渉腕１２Ａおよび１２Ｂからの４連光パルス２２が干渉して、５つの光パルスからなる５連光パルスが生成される。
【００３５】
なお、５連光パルスにおいて、１番目の光パルスは、干渉腕１２ＡのセットＡの前方側光パルスであり、２番目の光パルスは、干渉腕１２ＡのセットＡの後方側光パルスと干渉腕１２ＢのセットＡの前方側光パルスとが干渉して生成された光パルスとなり、３番目の光パルスは、干渉腕１２ＡのセットＢの前方側光パルスと干渉腕１２ＢのセットＡの後方側光パルスとが干渉して生成された光パルスとなり、４番目の光パルスは、干渉腕１２ＡのセットＢの後方側光パルスと干渉腕１２ＢのセットＢの前方側光パルスとが干渉して生成された光パルスとなり、５番目の光パルスは、干渉腕１２ＢのセットＢの後方側光パルスが５番目の光パルスとなる。
【００３６】
非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、その生成した５連光パルスを２つに分岐して、２つの出力ポートのそれぞれから５連光パルス２３として出射する。
【００３７】
評価部１３は、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２の２つの出力ポートのそれぞれから出射された各５連光パルスに含まれる光パルスの光強度を測定し、その測定された光強度に基づいて、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間を別々に評価する。
【００３８】
図３は、図１で示した光パルス計測装置のより詳細な構成を示した図である。図３において、光パルス計測装置は、光パルス計測装置は、光回路１１と、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２と、光路長差制御回路１４と、光検出部１５と、相関計１６と、記録・演算装置１７とを含む。なお、光路長差制御回路１４、光検出部１５、相関計１６および記録・演算装置１７は、図２で示した評価部１３に含まれる。
【００３９】
光路長差制御回路１４は、制御部と呼ばれることもある。光路長差制御回路１４は、光回路１１にて生成される４連光パルス２２内の各２連光パルスに含まれる２つの光パルスの時間間隔Ｔ0＋ΔＴを順次可変する。より具体的には、光路長差制御回路１４は、光回路１１にて生成される２連光に含まれる各光パルスの時間間隔Ｔ0＋ΔＴにおける、Ｔ0からのずれである変位量ΔＴを変更していく。なお、変位量ΔＴは、４連光パルス２２が干渉して５連光パルスが生成されるように、２連光パルスの重心位置の差Ｔ0に比べて十分に小さい必要がある。
【００４０】
光路長差制御回路１４は、時間間隔を変更するたびに、その時間間隔（より具体的には、変位量ΔＴ）を記録・演算装置１７に報告する。
【００４１】
光検出部１５は、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２から出射された５連光パルスのそれぞれの光強度を検出する。５連光パルスの光強度は時間と共に変化するので、光検出部１５が検出する光強度も時間と共に変化する。
【００４２】
より具体的には、光検出部１５は、光検出器Ｄ１およびＤ２を含む。光検出器Ｄ１およびＤ２のそれぞれは、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２の２つの出力ポートのいずれかと重複なく接続されている。光検出器Ｄ１およびＤ２は、自身と接続されている出力ポートから出射された５連光パルス２３の光強度をその時間変化も含めて検出する。光検出器Ｄ１およびＤ２は、その測定した光強度を示す強度信号を相関計１６に入力する。
【００４３】
相関計１６は、光検出器Ｄ１およびＤ２から入力された強度信号が示す光強度に基づいて、５連光パルス２３のそれぞれに含まれる各光パルスの光強度を測定する。
【００４４】
より具体的には、先ず、光検出器Ｄ１およびＤ２のそれぞれから入力された強度信号を、５連光パルスに含まれる各パルスに対応する、間隔Ｔ0の５つの時間スロットに分解し、各時間スロット中の強度信号が示す光強度を積分して、５連光パルス内の各光パルスの光強度を測定する。
【００４５】
相関計１６は、その測定した各光パルスの光強度に基づいて、光路長差制御回路１４にて変更された時間間隔Ｔ＋ΔＴごとに、各５連光パルス２３に含まれる、最前方の光パルスおよび最後方の光パルスを除いた３つの光パルスについて光強度の相関値を求める。
【００４６】
さらに言えば、相関計１６は、５連光パルスの一方に含まれる２番目の光パルスの光強度と、その５連光パルスと同一または異なる５連光パルスに含まれる４番目のパルスとの光強度の相関値である第１強度相関値、および、５連光パルスのそれぞれに含まれる３番目の光パルス間の光強度の相関値である第２強度相関値を求める。
【００４７】
相関計１６は、その第１強度相関値および第２強度相関値を示す強度相関信号Ｆｘを記録・演算装置１７に報告する。
【００４８】
記録・演算装置１７は、演算部と呼ばれることもある。記録・演算装置１７は、相関計１６から報告された強度相関信号Ｆｘが示す第１強度相関値および第２強度相関値と、光路長差制御回路１４から報告された時間間隔に基づいて、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間を独立に評価する。
【００４９】
より具体的には、記録・演算装置１７は、先ず、相関計１６から強度相関信号Ｆｘが報告されるたびに、その強度相関信号Ｆｘにて示される第１強度相関値および第２強度相関値のそれぞれを、その時に報告された変位量ΔＴと対応付けて記録することで、第１強度相関値および第２強度相関値のそれぞれを変位量ΔＴの関数として表したテーブルデータを記録する。
【００５０】
続いて、記録・演算装置１７は、そのデータテーブルにて表わされる各関数を分析して、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間を独立に評価する。例えば、
記録・演算装置１７は、理論的に計算した、時間幅を反映した強度干渉信号波形とコヒーレンス時間を反映した強度干渉信号波形を予め記録しておき、そのデータテーブルにて表わされる各関数の形状と、各強度干渉信号波形とを比較することで、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間を独立に評価する。
【００５１】
記録・演算装置１７は、その評価結果を被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間の推定値として出力する。
【００５２】
［動作の説明］
以下の説明では、強度干渉測定の原理の詳細には立ち入らず、図１Ａおよび図１Ｂで示した光学系から、パルス時間幅およびコヒーレンス時間を別々に評価すること可能であるという事実を用いて、本発明の動作を説明する。
【００５３】
光回路１１に入射した被測定対象光パルス２１は、光回路１１の作用により、図３に示された構造を持つ４連光パルス２２に変換される。
【００５４】
図３において、（２）と示した１番目および２番目の光パルスは、セットＡの２連光パルスに属する光パルスであり、相互にコヒーレンスな、時間間隔Ｔ0＋ΔＴを有する光パルスである。同様に、（４）と示した３番目および４番目の光パルスは、セットＢの２連光パルスに属する光パルスであり、相互にコヒーレンスな、時間間隔Ｔ0＋ΔＴを有する光パルスである。また、（３）と示した２番目および３番目の光パルスは、相互にインコヒーレントな、時間間隔Ｔ0−ΔＴを有する光パルスである。
【００５５】
上記の特性を持つ４連光パルス２２は、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２に入射する。非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、４連光パルス２２を５連光パルスに変換し、２つの出力ポートのそれぞれから５連光パルス２３として出射する。
【００５６】
５連光パルス２３内の５つの光パルスは、ほぼ時間間隔Ｔ0で光検出器Ｄ１およびＤ２に到達する。光検出器Ｄ１およびＤ２は、５連光パルス２３の光強度を時間変化も含めて検出し、その光強度を示す強度信号を相関計１６に入力する。
【００５７】
相関計１６は、強度信号を時間的に分解して測定することで、時間スロットＳ１〜Ｓ５のそれぞれの光強度を別々に測定する。ここで、時間スロットＳiは、５連光パルス２３内のi番目の光パルスを含む時間スロットである。なお、ｉは、１から５までの整数である。また、光パルス計測装置１００は、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレンス時間の評価に、時間スロットＳ１およびＳ５に対応する１番目および５番目の光パルスを使用しないので、以下では、これらの光パルスを無視する。
【００５８】
時間スロットＳ２〜Ｓ４に光検出器Ｄ１およびＤ２まで到達する光パルスのうち、時間スロットＳ２に到達する光パルスに注目する。この光パルスは、４連光パルス２２に含まれるセットＡの２連光パルス内の２つの光パルスが非対称マッハツェンダー干渉光回路１２の出力カップラー上で干渉されたものである。この光パルスの出力ポートへの強度分岐比は、光回路１１にて設定される２連光パルスの位相関係に依存する。
【００５９】
同様に、時間スロットＳ４に到達する光パルスは、４連光パルス２２に含まれるセットＢの２連光パルス内の２つの光パルスが非対称マッハツェンダー干渉光回路１２の出力カップラー上で干渉された光パルスに対応する。
【００６０】
これらの時間スロットＳ２およびＳ４に対応する光パルスに関して、干渉計揺らぎによる位相擾乱の時間定数が十分に小さければ、セットＡおよびＢの２連光パルスは共通の位相擾乱を経験することになり、図１Ａで示した光学系が等価的に実現される。したがって、図３においてＵで示した２つの光強度、つまり、一方の光検出器に時間スロットＳ２に到達する光パルスの光強度と、他方の光検出器（同じ光検出器でも良い）に時間スロットＳ４に到達する光パルスの光強度には相関が生じる。このため、光路長差制御回路１４にて変位量ΔＴを変更して、第１強度相関値を測定すれば、被測定対象光パルス２１の時間幅を反映した強度干渉信号波形を得ることができる。したがって、この強度干渉信号波形を分析することにより、被測定対象光パルス２１の時間幅を評価することができる。
【００６１】
一方、時間スロットＳ３に到達する光パルスは、４連光パルス２２に含まれるセットＡの２連光パルス内の後方側光パルスと、４連光パルス２２に含まれるセットＢの２連光パルス内の前方側光パルスとが、非対称マッハツェンダー干渉光回路１２の出力カップラー上で干渉された光パルスに対応する。
【００６２】
この時間スロットＳ３に到達する光パルスに関与する４連光パルス２２内の光パルスは、互いにインコヒーレントであり、干渉計揺らぎによる位相擾乱の時間定数が十分に小さければ、図１Ｂで示した光学系が等価的に実現される。したがって、図３においてＶで示した光強度、つまり、出力ポートのそれぞれに時間スロットＳ３に到達する光パルス間の光強度には、相関が生じる。このため、光路長差制御回路１４にて変位量ΔＴを変更して、第２強度相関値を測定すれば、被測定対象光パルス２１のコヒーレンス時間を反映した強度干渉信号波形を得ることができる。したがって、この強度干渉信号波形を分析することにより、被測定対象光パルス２１のコヒーレンス時間を評価することができる。
【００６３】
以上のように光パルス計測装置１００は、時間スロットＳ２〜Ｓ４に光検出器Ｄ１およびＤ２に到達する光パルスの光強度を時間分解して計測し、その光強度に基づいて第１強度相関値および第２強度相関値を演算できるように構成されている。これにより、単一の被測定対象光パルス２１のパルス時間幅およびコヒーレンス時間を、完全に分離して精度良く評価できるという、関連技術にない優れた特徴を持つ。
【００６４】
ここで、強度相関値の測定の方法としては、光強度を測定しその測定数値を乗算する乗算回路で実現する方法や、被測定対象光パルス２１を十分に弱めた上で２つの検出器への同時到着光子を計数する方法などが知られており、どちらの方法を用いても光パルス計測装置１００の有効性に変わりはない。
【００６５】
[光回路１１の構成の説明]
図４は、光回路１１の構成の一例を示した図である。図４において、光回路１１は、非対称マッハツェンダー干渉光回路３１と、非対称マイケルソン干渉系３２と、ランダム位相変調装置３３を有する。
【００６６】
非対称マッハツェンダー干渉光回路３１は、光路長がｃＴ0だけ異なる２つの干渉腕３１Ａおよび３１Ｂを有する。干渉腕３１Ａおよび３１Ｂの一方には、遅延時間が２Ｔ0の遅延光回路３１Ｃが内包されており、他方には、位相変調器３１Ｄが内包されている。
【００６７】
位相変調器３１は、ランダム位相変調装置３３からの制御信号に応じて光パルスの位相を変調する。ランダム位相変調装置３３は、光パルスの位相がランダムになるように制御信号を位相変調器３１に入力して、４連光パルス内の各２連光パルスを相互にインコヒーレントにする。
【００６８】
以下、干渉腕３１Ａに遅延光回路３１Ｃが内包され、干渉腕３１Ｂに位相変調器３１Ｄが内包されているものとする。
【００６９】
非対称マッハツェンダー干渉光回路３１は、被測定対象光パルス２１を干渉腕３１Ａおよび３２Ｂに分岐させ、その後、各干渉腕の被測定対象光パルス２１を出力カップラーで干渉させて出射する。
【００７０】
これにより、干渉腕３１Ａの被測定対象光パルス２１は遅延光回路３１Ｃによって遅延時間２Ｔ0だけ遅延されるので、時間間隔が２Ｔ0の光パルスを２つ含む２連光パルス４１が生成されて出射される。また、干渉腕３１Ｂの被測定対象光パルス２１は位相変調器３１Ｄによって位相がランダムに変調されるので、２連光パルス４１内の各光パルスの相対位相関係がランダムになる。これにより、２連光パルス４１内の各光パルスが相互にインコヒーレントになる。
【００７１】
非対称マイケルソン干渉系３２は、光路長が（ｃＴ0＋ΔＴ）だけ異なる２つの干渉腕３２Ａおよび３２Ｂを有する。干渉腕３２Ａおよび３２Ｂのうちの一方の干渉腕には、可動光学遅延路３２Ｃが内包されている。以下では、干渉腕３２Ａに可動光学遅延路３２Ｃが内包されているものとする。
【００７２】
可動光学遅延路３２Ｃは、遅延時間が可変な遅延路であり、光路長差制御回路１４によってその遅延時間が変更される。光路長差制御回路１４は、可動光学遅延路３２Ｃを用いて、干渉腕３２Ａおよび３２Ｂの光路長がｃ（Ｔ0＋ΔＴ）だけ異なるように、可動光学遅延路３２Ｃの遅延時間を変更する。
【００７３】
また、干渉腕３２Ａおよび３２Ｂのそれぞれの末端は、ファラディミラー（ＦＭ：Faraday Mirror）３２Ｄおよび３２Ｅで構成され、干渉腕３２Ａおよび３２Ｃの偏波依存性をキャンセルしている。
【００７４】
非対称マイケルソン干渉系３２は、２連光パルス４２をハーフミラーなどによって干渉腕３２Ａおよび３２Ｃに分岐させる。各干渉腕３２Ａおよび３２Ｃの２連光パルスは、ファラディミラー３２Ｄおよび３２Ｅで折り返される。非対称マイケルソン干渉系３２は、その折り返された２連光パルスをハーフミラーなどで合成して出射する。これにより、２連光パルス４１は、目的とする４連光パルス２２に変換されて出射されることになる。
【００７５】
なお、図４で示した光回路は単なる一例であり、目的とする４連光パルス２２を出射することが可能な回路であれば、任意の光回路を用いることができる。
【００７６】
上記の実施形態によれば、光回路１１は、光パルスビームに含まれる被測定対象光パルス２１が入射されるたびに、相互にコヒーレントな時間間隔Ｔ0＋ΔＴの２つの引き続く２連光パルスであり、各２連光パルスの重心位置が相互に２ｃＴ0だけ離れ、各２連光パルスが相互にインコヒーレントである、４連光パルス２２に被測定対象光パルス２１を変換して出射する。非対称マッハツェンダー干渉光回路１２は、４連光パルス２２を光路長がｃＴ0だけ異なる２つの光路に分岐し、各光路の４連光パルス２２を干渉させて、５つの光パルスからなる５連光パルス２３を生成し、５連光パルス２３を２つに分岐して出射する。評価部１３は、各５連光パルス２３に含まれる光パルスの光強度を測定し、その光強度に基づいて、被測定対象光パルス２１の時間幅およびコヒーレント時間を独立に評価する。
【００７７】
この場合、５連光パルス２３内に、相互にコヒーレントな光パルスが干渉して生成された光パルスと、相互にインコヒーレントな光パルスが干渉して生成された光パルスとが負少なくとも２つずつ生じる。
【００７８】
したがって、被測定対象光パルス２１の時間幅を反映する光強度相関値と、被測定対象光パルス２１のコヒーレンス時間を反映する光強度相関値とを別々に測定することが可能になるので、光パルスの時間幅とコヒーレンス時間とを独立に精度よく評価することが可能になる。また、非特許文献２に記載の強度干渉測定法と同様に光学非線形過程を利用していないため、時間特性が評価可能な光パルスの波長に制限がなく、微弱な光パルスの時間特性も評価できるという特徴を失うことがない。
【００７９】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８０】
１１      光回路
１２、３１  非対称マッハツェンダー干渉光回路
１２Ａ、１２Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ  干渉腕
１２Ｃ、３１Ｃ    遅延光回路
１３      評価部
１４      光路長差制御回路
１５      光検出部
１６      相関計
１７      記録・演算装置
２１      被測定対象光パルス
２２      ４連光パルス
２３      ５連光パルス
３１Ｄ    位相変調器
３２      非対称マイケルソン干渉系
３２Ｃ    可動光学遅延路
３２Ｄ、３２Ｅ  ファラディミラー
３３      ランダム位相変調装置
４１      ２連光パルス
１００    光パルス計測装置
１０１    被計測光源
Ｄ１、Ｄ２  光検出器
【図１Ａ】
2011107065.tif 000003
【図１Ｂ】
2011107065.tif 000004
【図２】
2011107065.tif 000005
【図３】
2011107065.tif 000006
【図４】
2011107065.tif 000007