(57)【要約】  【課題】  【解決手段】本発明は、パルス測定装置およびこれに対応する方法を提供する。この装置は、測定されるパルスを異なるビームパスに沿って伝搬する２つのサブパルスに分割するスプリッタと、２つのサブパルスが前記非線形媒体内を伝搬することによって得られるアップコンバートされたパルスと干渉する少なくとも一つの構成要素と、測定されるパルスのスペクトルおよび時間的特性の少なくとも一つを取得するために干渉の結果を検出する検出装置とを具えるパルス測定装置を提供する。非線形媒体では、各サブパルスが、予め定められた角度で前記媒体を通って伝搬するｏ波成分およびｅ波成分に分解でき、非線形媒体内におけるｏ波成分とｅ波成分の相互作用によるアップコンバージョンの位相整合機能により、アップコンバージョンが、予め定められた周波数範囲にわたりｏ波またはｅ波の一方の周波数から実質的に独立しており、ｏ波とｅ波のうちの他方の周波数を選択可能である。この位相整合機能は、スペクトルがずれたアップコンバートされた測定されるパルスの複製を生成する。【選択図】図２
2008541124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス測定装置であって、
測定されるパルスを異なるビームパスに沿って伝搬する２つのサブパルスに分割するスプリッタと、
前記ビームパスに配置された非線形媒体であって、これを通って伝搬する放射をアップコンバージョン可能であり、各サブパルスが、予め定められた角度で前記媒体を通って伝搬するｏ波成分およびｅ波成分に分解でき、前記非線形媒体内におけるｏ波成分とｅ波成分の相互作用によるアップコンバージョンの位相整合機能により、アップコンバージョンが、予め定められた周波数範囲にわたりｏ波またはｅ波の一方の周波数から実質的に独立し、ｏ波とｅ波のうちの他方の周波数を選択可能である非線形媒体と、
前記２つのサブパルスが前記非線形媒体内を伝搬することによって得られるアップコンバートされたパルスと干渉する少なくとも一つの構成要素と、
測定されるパルスのスペクトルおよび時間的特性の少なくとも一つを取得するために干渉の結果を検出する検出装置とを具えることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体の前記アップコンバージョンの位相整合機能は、ｏ波またはｅ波の一方の周波数を選択でき、前記非線形媒体の光学軸に対する放射の伝搬角に依存することを特徴とするパルス測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパルス測定装置において、入力サブパルスｏ波と入力サブパルスｅ波との間の一群の速度不整合が存在する条件を各サブパルスの予め定められた伝搬角が満たすように、前記非線形媒体が位置決めされることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のパルス測定装置において、入力サブパルスｏ波とアップコンバートされたｅ波との間の一群の速度整合が存在する条件を各サブパルスの予め定められた伝搬角が満たすように、前記非線形媒体が位置決めされることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体内の前記２つのサブパルスの伝搬角は、各サブパルスがアップコンバージョン用の異なる周波数を選択可能な位相整合を受けるように選択され、相互にスペクトルがずれたアップコンバートされたパルスを生成することを特徴とするパルス測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパルス測定装置において、前記スペクトルがずれたパルスは、相互に空間的に置き換えられることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記スプリッタが、前記測定されるパルスと、時間およびスペクトルが実質的に同一のサブパルスを生成することを特徴とするパルス測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記スプリッタが、ウラストンプリズムと、互い傾斜した隣接する一対の鏡とのうちの一方を具えることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパルス測定装置がさらに、各サブパルスが前記非線形媒体内でｏ波成分およびｅ波成分を有するように、サブパルス双方の偏光面を位置決めする波長板を具えることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパルス測定装置がさらに、干渉するアップコンバートされたパルスのスペクトルを分析する分散プリズムを具えることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記検出装置が、前記２のアップコンバートされたパルスのスペクトルおよび空間的な干渉を測定する２次元検出器アレイを具えることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体内を伝搬する前記２つのサブパルスの前記ビームパスが同一線上になく、前記ビームパス間の角度が２°よりも小さいことを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体は、和周波数生成により放射のアップコンバージョンが可能であることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体が、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＢＢＯ、およびＬＢＯからなる群から選択された少なくとも一つを具えること特徴とするパルス測定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒体内の前記２つのサブパルスの予め定められた伝搬角はそれぞれ、前記媒体の光学軸に対して６５°から７０°の範囲であることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記非線形媒は、少なくとも５ｍｍの厚さを有することを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のパルス測定装置において、前記測定されるパルスは、継続時間がピコ秒以下であることを特徴とするパルス測定装置。
【請求項１８】
パルス測定方法であって、
測定されるパルスを異なるビームパスに沿って伝搬する２つのサブパルスに分割するステップと、
非線形媒体を通って伝搬する放射のアップコンバージョンが可能な非線形媒体を前記ビームパスに配置することにより、スペクトルがずれたサブパルスのアップコンバートされたバージョンを生成するステップであって、各サブパルスが、予め定められた角度で前記媒体を通って伝搬するｏ波成分およびｅ波成分に分解でき、前記非線形媒体内におけるｏ波成分とｅ波成分の相互作用によるアップコンバージョンの位相整合機能により、アップコンバージョンが、予め定められた周波数範囲にわたりｏ波またはｅ波の一方の周波数から実質的に独立し、ｏ波とｅ波のうちの他方の周波数を選択可能であるステップと、
前記２つのサブパルスが前記非線形媒体内を伝搬することによって得られるアップコンバートされたパルスを干渉させるステップと、
測定されるパルスのスペクトルおよび時間的特性の少なくとも一つを取得するために干渉の結果を検出するステップとを具えることを特徴とするパルス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射パルスの測定に関し、特に、このようなパルスの振幅および位相の少なくとも一つの特性化に関する。本発明は特に、排他的ではないが、１０フェムト秒未満から数百フェムト秒以上、例えば２０乃至５０フェムト秒の継続時間を有する超短パルスの測定に応用できる。また、電磁放射パルスは光パルスと称されるが、この語は電磁スペクトルの可視領域に限定されず、少なくとも紫外線および赤外線を含む。
【０００２】
超短光パルスには、遠距離通信、材料加工、二光子顕微鏡などの生体撮像、分子の質量分析、テラヘルツ放射検出、ならびに薬および化学の基礎研究を含む多くの応用例がある。これらの応用例では、パルスの形状が重要であり、したがって、パルスを測定または特性化すること、例えば、パルスのエンベロープ振幅やパルスのスペクトル成分の相対位相の情報を取得することが所望される。しかしながら、これらの従来の検出器を用いた直接的な測定は、従来の検出器の応答時間が、僅か１０フェムト秒程度のパルスの継続時間よりも遅いため実現できない。
【０００３】
この問題を解決するために、インターフェロメトリを利用することができる。ある技術は、直接的に電界を再構成するスペクトル位相のインターフェロメトリ（ＳＰＩＤＥＲ）であり、この技術を利用する装置は商業的に市販されている。これらの装置を非常に概略的に示した添付図面の図１を参照して、このような従来技術の一例を説明する。周知のレーザ装置を利用して生成された超短パルスが左から入力される。略図では、パルスエンベロープの概略は１０で示されている。パルスは、放射（radiation）をパス１４へ反射させるエタロン１２に衝突し、実際には２の反射光がエタロンの前面および背面から生じ、１０ａおよび１０ｂで示す、元のパルス１０と実質的に同一の２の複製が生成され、一方が他方よりも遅れている。入射パルスの多くは、エタロン１２を介して伝搬され、回折格子の分散によりパルスを伸長させるビームストレッチャ１６に衝突し、概略的に１０ｃで示される高いチャープパルスが生成される。チャープパルスは、入力パルスの伸長した形態であるのみならず分散でもあり、即ち、放射の長さに沿った異なる部分が、異なる波長、例えば、パルスの前方の長い波長と、パルスの後方の短い波長（または前方の低い周波数と後方の高い周波数）を有する。
【０００４】
パルス１０ａ，１０ｂ，および１０ｃは、非線形クリスタル１８で組み合わされ、当該クリスタルに入射するパルスの瞬時周波数を合計した放射を生成し、これはまた、アップコンバージョンとして知られている。したがって、第１パルス１０ａは、パルス１０ｃの準単色部分（スライス）と組み合わされ、チャープパルスの特定領域の周波数でアップコンバートされる元のパルスの複製を生成する。同様に、時間的に遅れたパルス１０ｂは、元のパルスの複製を生成するためにアップコンバートされるが、チャープパルスの別の部分と相互作用するため、アップコンバージョンの周波数偏移は第１パルスと異なる。生成された放射は、分光計２０により分析される。
【０００５】
装置はシャーリング干渉計の原理で動作する。複製されたパルス１０ａおよび１０ｂは、相互に時間的にずれており（shear）、アップコンバージョン後は、チャープパルス１０ｃの別の周波数部分と相互作用するため、相互にスペクトルがずれる。非線形クリスタル１８によりアップコンバートした後に分光計２０で記録したインターフェログラムは、スペクトルをずらすことにより分離したパルスのスペクトル構成要素間の位相の違いと、時間的なずれによる遅延誘発型のスペクトルの縞を含み、これにより、フーリエ変換に基づくアルゴリズムを利用した入力パルススペクトルの位相の直接的（非反復的）な抽出が可能になる。分光計によるパルススペクトルの振幅の測定に関連するこのスペクトル位相は、完全な測定、すなわち、パルスのスペクトルまたは時間的な電界の特性化を構成する。
【０００６】
ＳＰＩＤＥＲ装置に関する更なる情報は、ＵＳ６，６３３，３８６から収集できる。
【０００７】
前述した装置は十分に満足がいくように動作するが、多くの欠点がある。正確に設置する必要がある多くの光学的な構成部品がある。特に、この装置はコンパクトに作ることができない。この装置はチャープパルスを必要とするため、通常、非効率的な回折格子ストレッチャを必要とする。非線形クリスタルは、例えば、数百ミクロン以下のように非常に薄いことが必要があり、これにより、アップコンバージョンの効率をさらに制限する。
【０００８】
本発明の目的は、前述した問題のいずれかを少なくとも部分的に解決することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって本発明は、
測定されるパルスを異なるビームパスに沿って伝搬する２つのサブパルスに分割するスプリッタと、
前記ビームパスに配置された非線形媒体であって、これを通って伝搬する放射をアップコンバージョン可能であり、各サブパルスが、予め定められた角度で前記媒体を通って伝搬するｏ波成分およびｅ波成分に分解でき、前記非線形媒体内におけるｏ波成分とｅ波成分の相互作用によるアップコンバージョンの位相整合機能により、アップコンバージョンが、予め定められた周波数範囲のｏ波またはｅ波の一方の周波数から実質的に独立し、ｏ波とｅ波のうちの他方の周波数を選択可能である非線形媒体と、
２つのサブパルスが前記非線形媒体内を伝搬することによって得られるアップコンバートされたパルスと干渉する少なくとも一つの構成要素と、
測定されるパルスのスペクトルおよび時間的特性の少なくとも一つを取得するために干渉の結果を検出する検出装置とを具えるパルス測定装置を提供する。
【００１０】
本発明の更なる態様は、
測定されるパルスを異なるビームパスに沿って伝搬する２つのサブパルスに分割するステップと、
非線形媒体を通って伝搬する放射のアップコンバージョンが可能な非線形媒体を前記ビームパスに配置することにより、スペクトルがずれたサブパルスのアップコンバートされたバージョンを生成するステップであって、各サブパルスが、予め定められた角度で前記媒体を通って伝搬するｏ波成分およびｅ波成分に分解でき、前記非線形媒体内におけるｏ波成分とｅ波成分の相互作用によるアップコンバージョンの位相整合機能により、アップコンバージョンが、予め定められた周波数範囲にわたりｏ波またはｅ波の一方の周波数から実質的に独立しており、ｏ波とｅ波のうちの他方の周波数を選択可能であるステップと、
２つのサブパルスが前記非線形媒体内を伝搬することによって得られるアップコンバートされたパルスを干渉させるステップと、
測定されるパルスのスペクトルおよび時間的特性の少なくとも一つを取得するために干渉の結果を検出するステップとを具えるパルス測定方法を提供する。
【００１１】
本発明はチャープパルスの必要性を取り除き、これにより光学部品を単純化し、ビームストレッチャを必要としない。単純化された光学部品は、デバイスをよりコンパクトに製造でき、例えば、デバイスの大きさを約１５ｃｍ×３ｃｍ×５ｃｍにすることができる。本発明は、例えば、厚さが２ｃｍの比較的厚い非線形クリスタルを利用する必要があり、これは非常に丈夫で扱い易く、安価で製造でき、デバイスに設置するのが簡単であり寿命が長い。
【００１２】
本発明の実施例を非限定的な例示により添付図面を参照してここに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２および３は、本発明の２の実施例による装置の概略図である。図番の末尾の文字「ａ」および「ｂ」はそれぞれ、同一の装置の平面図および側面図を示している。もちろん、「平面」および「側面」の語は、純粋に任意であり、装置が特定の方向で動作しなければならないことを意味するものではない。図２および３では、同様の部品は、同様の参照番号で示されている。第１の装置（図２ａおよび２ｂ）は、順に以下の構成部品、
偏光ビームスプリッタ１００と、２分の１波長板（λ／２板）１０２と、非線形媒体のクリスタル１０４と、フレネル複プリズム１０６と、波長分散プリズム１０８と、クリスタルレンズ１１０と、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラチップなどの検出器アレイ１１２とからなる。
【００１４】
第２の装置（図３ａおよび３ｂ）では、偏光ビームスプリッタが、スプリッタを構成する僅かに傾斜した隣接する２の鏡１１４と、平面鏡１１６に置き換えられている。ここで使われている「鏡」の語は、問題になっている放射に適した任意の反射鏡要素または面を意味する。
【００１５】
図２，３および４を参照する２の実施例の説明では、以下の取り決めが採用される、即ち、放射の伝搬方向をＺ方向とし、Ｘ方向は、図２ａ，３ａ，および４では紙面上であり（図２ｂおよび３ｂでは紙面に対して垂直であり）、Ｙ方向は、図２ａ，３ａ，および４では紙面に対して垂直である（図２ｂおよび３ｂでは紙面上である）。
【００１６】
測定する必要がある超短パルスは、図２ａおよび２ｂに示す装置に左側から入る。偏光ビームスプリッタ１００は、このパルスをビームパス１２０ａおよび１２０ｂに沿って伝搬する２の複製またはサブパルスに分割し、これらの伝搬方向は、小さな角をなして互いに離れている。この２つのサブパルスは、相互に直交し直線的に偏光し、一方はＸ方向に他方はＹ方向に偏光する。図示されている実施例では、ウラストンプリズムが偏光ビームスプリッタ１００として利用されるが、代替的に薄いフィルム型の偏光ビームスプリッタを利用してもよい。ウラストンプリズムは特に、７０フェムト秒よりも長い継続時間のパルスに好適である。７０フェムト秒よりも短いパルスの場合、ウラストンプリズムは、隣接する２の鏡１１４と置き換えられる（図３ａおよび３ｂを参照）。これらの２の鏡が僅かに傾斜していることにより、パルスが分割されて２の複製が生じる。平面鏡１１６は２のビームを受け、これらを非線形クリスタル１０４に送る。図２および３に示す２の装置の残りの部品は互いに同一である。
【００１７】
２の複製されたサブパルスは、２分の１波長板１０２に入射される。通常、２のビームパスの間の角度は非常に小さく、例えば２度よりも小さく、２のビームパスはそれぞれ、２分の１波長板にほぼ垂直に入射する。２分の１波長板は、動作中は十分に広帯域であり、これは、入射パルスの異なる波長（周波数）構成要素のために機能し、パルスの継続時間に依存する。２分の１波長板は、ゼロ次波長板であることが好ましい。２分の１波長板はＸＹ平面上に配置されるが、２分の１波長板の光学軸は、Ｚ軸を中心に回転するため、ＸまたはＹ方向に沿って配置されない。２分の１波長板の光学軸は、ＸまたはＹ軸のいずれかから２２．５°傾斜していることが好適である。これは、ビーム１２０ａ，１２０ｂに沿った一方のパルスの偏光面が、Ｚ軸を中心に４５°回転し、他のパルスの偏光面がＺ軸を中心に１３５°回転する効果がある。この結果、２分の１波長板１０２から発生するパルスは、相互に直交し直線的に偏光するが、ＸまたはＹ軸のいずれかに対して４５°で偏光する（パルスは、ＸＺ平面上で互いに分岐する）。もちろん、４５°の他に別の他の角度を用いることができ、角度の精密な選択は、特定の非線形クリスタルに基づいて最適化できるが、発生した各パルスは、Ｘ軸に平行な構成要素とＹ軸に平行な構成要素に分割可能な偏光を有することが必要である。これは、次に説明する非線形クリスタル１０４における混合および和周波数発生に必要である。
【００１８】
図４の１２０で示す２のパルスビームパス１２０ａまたは１２０ｂの一方または他方を考えると、図４は、非線形クリスタル１０４に関する配置をより詳細に示している。非線形クリスタル１０４の光学軸は、ＸＺ平面上にある破線の矢印ｃで示されている。入射放射はＺ方向に伝搬する。クリスタル１０４は、放射がほぼ直角に入射してクリスタルの表面から現れ、伝搬の方向、即ちＺ方向がクリスタル材の光学軸Ｃに対して特定の角度θを形成するようにカットされている。入射放射は、例えば、ＸおよびＹ軸に対して４５°の方向に偏光される。この放射はクリスタル１０４内で、ｃ軸に対して垂直に偏光した（即ちＹ方向の）ｏ波成分と、ｏ光線に対して垂直に偏光した（即ちＸ方向の）ｅ波成分に分割される。非線形クリスタルは単軸および複屈折であり、このため、ｏ波およびｅ波（定常波および異常波）は有効屈折率が異なり、異なる速度で伝搬する。ｏ波およびｅ波は、実質的に独立した同一線上の伝搬波を構成する。適切な位相整合条件下では、ｏ波パルスおよびｅ波パルスの相互作用は、和周波数発生（ＳＦＧ）として知られている入力パルスの周波数を合計してアップコンバートしたパルスを生成することができる。生成されたアップコンバートパルスは、ｅ波に平行に偏光され、図４でＳＦＧとして示されている。
【００１９】
非線形クリスタル１０４の素材および角度θは、非常に特殊な位相整合機能（ＰＭＦ）を提供するために選択され、特定の波長範囲の入射放射をアップコンバートする。ＰＭＦはほぼ垂直（即ち、急傾斜）であり、実質的にｏ軸に沿って非常に広範囲であり、ｅ軸に沿って非常に狭い。このような非対称のＰＭＦ形状は、ｏ−基本入力（fundamental input）とｅ−アップコンバートされた出力フィールドとの間の一群の速度整合と、ｏ−基本入力とｅ−基本入力フィールドとの間の一群の速度不整合によるものである。
【００２０】
図５を参照すると、角度θの異なる値に関するＰＭＦの振幅の重ね合わされた２の輪郭のプロットが示されている。ｅ波パルスの波長は水平に描かれ、ｏ波パルスの波長は垂直に描かれている。暗い範囲は、同一線上を伝搬するｏおよびｅ波が混合する傾向が低いこと示しており、明るい範囲は、混合して和周波数を生成する傾向が高いことを示している。放射が角度θ１で伝搬する場合、混合は、約８３１ｎｍの波長のｅ波の狭い部分に非常に特有であるが、混合はｏ波の広範な波長に亘って発生する。異なる角度θ２で伝搬する同一線上のパルスの場合も同様であるが、この場合ｏ波の混合は、別のｅ波の波長のときに発生する。超短パルスが約８３０ｎｍを中心とする場合、図５のＰＭＦの特異な形状により、ｏ波の帯域幅全体が、ｅ波のスペクトルの準単色部分と混合可能である。クリスタルの回転を利用することにより、和周波数生成（ＳＦＧ）の波長の中心を調整できる。
【００２１】
この具体例では、非線形クリスタルは、長さが約２ｃｍであり、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）から形成される。これは、角度θが約６８°になるようにカットされ、フリースペースの波長が８３０ｎｍの範囲にある状態で、放射のアップコンバージョンを最大にする。図２ａ（３ａ）の２のビームパス１２０ａおよび１２０ｂに沿って伝わるパルスは、図５で参照される角度θ１およびθ２で伝搬し、前述した角度θからそれぞれ約＋および−０．１２５°異なり、即ち、互いに約０．２５°異なる。
【００２２】
したがって、角度θ１で伝搬する一方のパルスのｏ−成分のスペクトル全体は、８３１ｎｍの波長に対応する周波数でアップコンバートされ、角度θ２で伝搬する他方のパルスのｏ−成分のスペクトル全体は、約８２９ｎｍの放射の周波数に対応する別の量でアップコンバートされる。特殊な位相整合機能により、アップコンバージョンは、周波数選択性が高くなり、ｏ波パルススペクトルがアップコンバートされる特定の周波数は、伝搬角に依存する。これにより、入力パルスの複製である２の和周波数パルスが発生するが、これらは異なる周波数でアップコンバートされ、相互にスペクトルがずれる。
【００２３】
図５は、ＰＭＦの振幅を示している。この特殊で非対称的なＰＭＦは、ｏ−基本入力とｅアップコンバートされた出力フィールドとの間の一群の速度整合と、ｏ−基本とｅ−基本入力フィールドとの間の多数群の速度不整合の結果である。ｏ−基本入力からｅ−アップコンバートされた出力フィールドへの完全な波形変換を得るために、即ち、アップコンバートされた元のパルスの複製を提供するために、ｅ−基本パルスが、非線形クリスタル内を伝搬する間、完全にｏ−基本パルスを介して進まなければならない。この必要を満たすべく、本発明のこの実施例では、初めに、ｏ−波およびｅ−波成分を、分かっていないパルス総てを含む時間枠とほぼ等しい遅延時間分互いに対して事前に遅らせる必要がある。次に、クリスタルの長さは、伝搬速度が異なるため、少なくともウォークオフタイムの２倍と同一でなければならなず、先の時間枠の継続時間により分割される。ＫＤＰの場合、ｅ波は、ｏ波に対して事前に遅延させなければならず、ウォークオフタイムは、素材の１ｃｍあたり約１．５ピコ秒である。事前の遅延は、相互に直交し直線的に偏光された構成要素を遅らせる（直交し直線的に偏光された構成要素は、非線形クリスタル内のｅ波およびｏ波になる）、非線形クリスタルに先行する光学的構成要素により実現する。ビームスプリッタ１００のような好適なウラストンプリズムが、本質的に遅延を提供する。代替的に、好適な追加の複屈折媒体または波長板を利用してもよい。
【００２４】
アップコンバージョン処理は、ｅ−基本とｏ−基本フィールドとの間の一群の速度不整合が存在する限り、ｏ−基本とｅアップコンバートされたフィールドとの間の速度整合群の基準を満たさない波長で利用することもできる。このような場合、アップコンバートされた出力フィールドは、Ｏ−基本入力パルスを伸長した複製である。伸長要素は、依存性素材であり、反対の伸長要素を利用して、元のパルスに関する所望の情報を再生することができる。これにより、ＰＭＦの要求を満たす波長を中心としたスペクトル領域への装置の適用性を広げることができる。
【００２５】
非線形クリスタル素材の他の種類もまた、前述したＰＭＦの要求を別の波長範囲において満たすことができる。例えば、ＫＤＰについて前述した退化した（degenerate）同一線上のタイプＩＩアレイの場合、共通の非線形の単軸クリスタルの非線型光学結晶（ＢＢＯ）は、１．１７μｍおよび１．９５μｍのスペクトル範囲を中心とするパルスに適用でき、重水素置換燐酸二水素カリウム（ＫＤ＊Ｐ）は、０．９５μｍおよび１．８３μｍのスペクトル範囲を中心とするパルスに適用できる。追加のクリスタルの例および計算結果は、Eliminating Frequency and Space-time Correlations in Multiphoton state, W.P.Grice, A.B.U'Ren and I.A. Walmsley, Physical Review A, vol.64, 2001にある。非線形タイプＩの相互作用も実現できる（Sub-5 fs Pulse Generation from a Noncollinear Optical Parametric Amplifier, T.Kobayashi, A.Baltushka, Measurement Science nad Technology, vol.13, pg.1671, 2002とここに記載されている参考資料を参照）。２軸のクリスタルも利用でき、さらに、適用可能なスペクトル範囲のセットを拡張する。例えば、硼酸リチウム（ＬＢＯ）は、０．９１μｍ、０．９８μｍ、および１．７７μｍのスペクトル範囲を中心とするパルスに適用できる。
【００２６】
これにより、スペクトルのずれを実現し、２の和周波数パルスは、角度θ１とθ２との違いにより分離する別の方向で伝搬し、この角度の分離は、別の遅延時間に対応するパスの長さが異なるため、時間的なずれの範囲を提供する。図２および３の残りの構成部品は本質的に、２次元画像分光計を構成する。フレネル複プリズム１０６は、２の分岐するパルスビームをＣＣＤ検出器アレイ１１２に集中させ、干渉縞を提供することができる。分散プリズム１０８は、ずれたパルスの別のスペクトル構成要素を角度を付けて分散し、円筒形レンズ１１０は、これをＣＣＤアレイ１１２上で空間的に分離する。分光計の他の構成を利用してもよい。
【００２７】
図２ｂおよび３ｂでは、ＣＣＤアレイ１１２の一列の各ピクセルは、干渉するスペクトルがずれたパルスの別の波長λ（または周波数）部分（スライス）に対応する。図２ａおよび３ａに示すように、２のアップコンバートされたパルスは、相互に傾斜した波面を有し、これらがＣＣＤアレイ１１２で干渉するときに縞模様を生じさせ、ＣＣＤ検出器アレイ１１２の一行の各ピクセルは、２のパルスの間の別のパス長の違いに対応し、即ち、別の時間的なずれは、空間的な干渉縞に変換される。結果として生じる空間スペクトルの干渉縞のフーリエ処理は、元のパルスに関する所望の位相情報を生む。周知の処理技術を用いて、ビーム内の空間的な各位置におけるフィールドの時間依存性と、同じ位置におけるパルススペクトルの測定値を抽出することができる。検出器アレイの信号から入力パルスの所望の特性を取得することに関する更なる情報は、例えば、Iaconis and I A Walmsley, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.35, no.4, April 1999のSelf-referencing Spectral Interferometry for Measuring Ultra Short Optical Pulsesから入手できる。
【００２８】
したがって、本発明の所望の装置および方法を利用することにより、伸長したパルスの複製を使用することなく、パルスのスペクトルまたは時間的な電界の測定結果を完全に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来技術によるパルス測定装置を示している。
【図２】図２ａは、本発明の一実施例の装置の概略平面図である。図２ｂは、図２ａの装置の概略側面図である。
【図３】図３ａは、本発明の第２実施例の装置の概略平面図である。図３ｂは、図３ａの装置の概略側面図である。
【図４】図４は、非線形クリスタルの光伝搬の偏光の構成要素に関する非線形クリスタルの光学軸の相対的な向きを示す例示的な図である。
【図５】図５は、クリスタルの光学軸に対して、伝搬方向の２の異なる特定の角度方向を有する非線形クリスタル内で、連続的なｏおよびｅ波を同一線上に伝搬する位相整合機能のプロットである。
【図１】
2008541124.tif 000003
【図２ａ】
2008541124.tif 000004
【図２ｂ】
2008541124.tif 000005
【図３ａ】
2008541124.tif 000006
【図３ｂ】
2008541124.tif 000007
【図４】
2008541124.tif 000008
【図５】
2008541124.tif 000009
【国際調査報告】
2008541124.tif 000010
2008541124.tif 000011
2008541124.tif 000012