(57)【要約】【課題】    測定環境の影響を受けず、光学系の調整が不要なオートコリレータを提供する。【解決手段】  基板１１上に、測定するパルス光Ａを入力する入力導波路１２ａと、前記パルス光を分岐する方向性光結合器１３と、前記分岐されたパルス光を伝播する２つの導波路１４ａ，１４ｂと、当該導波路１４ａ，１４ｂを加熱して屈折率を変化させるヒータ１５ａ，１５ｂとを形成し、前記導波路１４ａ，１４ｂから出力される出力光Ａ１，Ａ２の交差するポイントに非線形光学結晶１６ｂを設置し、当該非線形光学結晶１６ｂから発生する第２高調波光Ｂを透過する波長フィルタ１７と、当該透過した第２高調波光Ｂを検出するフォトダイオード１８とから構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を伝播する光路として光導波路を用いたオートコリレータにおいて、
前記パルス光のパルス幅を測定する原理として、第２高調波発生法を用いたことを特徴とするオートコリレータ。
【請求項２】
請求項１に記載するオートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータとがすべて基板上に設けられ、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とを有することを特徴とするオートコリレータ。
【請求項３】
請求項１に記載するオートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とがすべて基板上に設けられていることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載するオートコリレータにおいて、
前記第２高調波光のみを透過する波長フィルタが、前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられていることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項５】
請求項１に記載するオートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播する複数のパルス光を合波する合波手段と、
前記合波されたパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器と、
前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられ、前記非線形光学結晶を透過する前記合波されたパルス光を遮断し、前記第２高調波光を透過する波長フィルタとがすべて基板上に設けられていることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項６】
請求項５に記載するオートコリレータにおいて、
前記合波手段は、Ｙ分岐回路であることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれかに記載するオートコリレータにおいて、
前記光導波路が石英系の光導波路であり、前記基板がシリコンの基板であることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれかに記載するオートコリレータにおいて、
前記光分岐手段は、方向性結合器または２×２ＭＭＩカプラであることを特徴とするオートコリレータ。
【請求項９】
請求項２ないし８のいずれかに記載するオートコリレータにおいて、
前記光検出器は、フォトダイオードであることを特徴とするオートコリレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光の伝播する光路として光導波路を用いたオートコリレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超短パルス光は、電気デバイスでは測定が困難な、フェムト秒オーダの超高速の物理現象及び化学現象の時間発展を測定するのに必須の手段であり、盛んに研究されてきた。また、パルス幅がフェムト秒オーダの超短パルス光は高い尖頭値を有するため、近年では、アブレーション加工や石英ガラス中への導波路加工といった加工分野への利用についても研究されている。
【０００３】
超短パルス光を利用する際に、パルス光のパルス幅を測定することは、どれだけの速さの現象の時間発展を計測することができるかという点で重要である。また、超短パルス光をアブレーション加工等に応用する場合にも、パルス光の尖頭値を計算するためのパラメータとして重要である。
【０００４】
従来、超短パルス光のパルス幅を測定する方法としては、第２高調波発生法（下記、非特許文献１を参照。）もしくは２光子蛍光法（下記、非特許文献２を参照。）により超短パルス光の光強度の自己相関関数を求め、自己相関関数からパルス幅を計算する方法が知られている。
【０００５】
図４は、第２高調波発生法を利用した従来のオートコリレータ（自己相関計）の概略構成図である。同図に基づいて従来のオートコリレータの作用について説明する。同図に示すように、オートコリレータ４０は、パルス光の光路を制御するハーフミラー４１、プリズム４２ａ，４２ｂと、非線形光学結晶４４と、波長フィルタ４５と、光検出器４６とから構成される。
【０００６】
オートコリレータ４０に入射された周波数ωのパルス光（入射光）は、光強度が５０：５０となるようにハーフミラー４１により２つに分岐される。ここで、分岐された一方のパルス光はプリズム４２ａを経て非線形光学結晶４４に入射する。また、分岐された他方のパルス光はプリズム４２ｂを経た後、ハーフミラー４１で反射されて、非線形光学結晶４４に入射する。
【０００７】
ハーフミラー４１により分岐された２つのパルス光は、プリズム４２ｂが搭載される可動ステージ４３をスライドさせて、前記他方のパルス光の光路長を制御することにより、時間差τをもって非線形光学結晶４４に入射する。周波数ωのパルス光が非線形光学結晶４４に入射することにより、非線形光学結晶４４からは周波数２ωの第２高調波光が発生する。
【０００８】
波長フィルタ４５へは、周波数ωのパルス光と周波数２ωの第２高調波光が入射するが、波長フィルタ４５は周波数ωのパルス光を除去するフィルタであるため、周波数２ωの第２高調波光のみが透過して、光検出器４６へ入射される。
【０００９】
光検出器４６に入射する第２高調波光のエネルギーＵ(2ω)は、次式（１）で表される（「レーザハンドブック」、レーザ学会編、オーム社出版、１９８２年を参照。）。
【数１】
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【００１０】
ここで、Ｉ（ｔ）は、パルス光の光強度を表し、Ｆ（ω，τ）の項は、基本周期２π／ωの項で平均値は０である。上式（１）の第２頃よりパルス光の光強度の自己相関関数が得られることがわかる。
【００１１】
実際の実験では、可動ステージ４３に搭載したプリズム４２ｂをスライドさせて、パルス光の遅延時間τを変化させながら、光検出器４６に入射するエネルギーＵ(2ω)を測定する。その結果からパルス光強度の自己相関関数を算出し、パルス光強度の自己相関関数からパルス幅を得る。
【００１２】
【非特許文献１】J.A.Armstrong、「ピコ秒レーザーパルスのパルス幅の測定（Measurement of picosecond laser pulse widths）」、Applied Physics Letters、１９６７年、第１０巻、第１０号、p.16
【非特許文献２】S.L.Shapiro,M.A.Duguay、「モードロックＮｄ：ガラスレーザにおけるサブピコ秒成分の観察（Observation of subpicosecond components in the mode-locked Nd:Glass Laser）」、Physics Letters、１９６９年、第２８Ａ巻、第１０号、p.698
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のオートコリレータは、光学定盤またはオートコリレータ装置内部にミラー、プリズム、レンズ等の光学部品を組み上げて装置を構成しており、パルス光は気体空間を伝搬する構成になっていたので、装置に加わる振動や気体の揺らぎにより測定結果に誤差が入ることがあった。これは、上述するようにパルス光を２つに分けて自己相関関数をとる方法において、装置への振動や気体の揺らぎで片方のパルス光の光路長が変化してしまうと、測定結果が変動してしまうからである。
【００１４】
また、パルス光のパルス幅がフェムト秒オーダであると、それぞれのパルス光の光路長の差を１００μｍ以下に合わせる必要があり、光路長の調整に手間がかかっていた。さらに、このような光学系の調整は、ユーザーサイドでは難しいことが多く、従来のオートコリレータは使いにくいという問題があった。
【００１５】
特に、パルス幅が小さくなるほど、上述する測定誤差や光学系調整の手間は深刻なものとなる。本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、装置への振動や気体の揺らぎ等の測定環境の影響を受けず、かつ光路長や光軸といった光学系の調整を不要としたオートコリレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係るオートコリレータは、
パルス光を伝播する光路として光導波路を用いたオートコリレータにおいて、
前記パルス光のパルス幅を測定する原理として、第２高調波発生法を用いたことを特徴とするオートコリレータである。
【００１７】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータとがすべて基板上に設けられ、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とを有することを特徴とするオートコリレータである。
【００１８】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とがすべて基板上に設けられていることを特徴とするオートコリレータである。
【００１９】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記第２高調波光のみを透過する波長フィルタが、前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられていることを特徴とするオートコリレータである。
【００２０】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播する複数のパルス光を合波する合波手段と、
前記合波されたパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器と、
前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられ、前記非線形光学結晶を透過する前記合波されたパルス光を遮断し、前記第２高調波光を透過する波長フィルタとがすべて基板上に設けられていることを特徴とするオートコリレータである。
【００２１】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記合波手段は、Ｙ分岐回路であることを特徴とするオートコリレータである。
【００２２】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記光導波路が石英系の光導波路であり、前記基板がシリコンの基板であることを特徴とするオートコリレータである。
【００２３】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記光分岐手段は、方向性結合器または２×２ＭＭＩカプラであることを特徴とするオートコリレータである。
【００２４】
また、上記オートコリレータにおいて、
前記光検出器は、フォトダイオードであることを特徴とするオートコリレータである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るオートコリレータによれば、
パルス光を伝播する光路として光導波路を用いたことを特徴とするオートコリレータにおいて、前記パルス光のパルス幅を測定する原理として、第２高調波発生法を用いたことを特徴とするので、
２光子蛍光法とは異なり、オートコリレータの測定原理として一般的な方法を用いて、低いパルス強度でもパルス幅測定が可能なオートコリレータとすることができる。
【００２６】
また、前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータとがすべて基板上に設けられ、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とを有することを特徴とするので、
空気の揺らぎやオートコリレータに対する振動等の測定環境の変動により、光路長が影響を受けることはなく、安定な測定が可能なオートコリレータとすることができる。さらに、固定された光導波路をパルス光の光路として用いるため、光導波路の形成工程で光路長を決定・固定することができ、装置のユーザーサイドにて光学系の調整、修理等を行う必要がなくなり、使いやすいオートコリレータとすることができる。また、光導波路のパターン形成は、微細に精度良く行えるため、精密に調整（μｍオーダ以下の精度）された光学系を有するオートコリレータとすることができる。
【００２７】
また、前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播したパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器とがすべて基板上に設けられていることを特徴とするので、
さらに、前記測定環境の変動による影響を受けず、安定な測定が可能であり、装置のユーザーサイドにて光学系の調整、修理等を行う必要がないため使いやすく、かつ、光導波路の精密加工による精密に調整された光学系を有するオートコリレータとすることができる。
【００２８】
また、前記第２高調波光のみを透過する波長フィルタが、前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられていることを特徴とするので、
前記非線形光学結晶に入射されるパルス光が前記光検出器方向に若干透過することにより生じる、測定精度の低下を防止することができる。
【００２９】
また、前記パルス光が入射する光導波路と、
前記入射されたパルス光を分岐する光分岐手段と、
前記分岐されたパルス光を伝播する、長さが等しい複数の光導波路と、
前記複数の光導波路をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
前記複数の光導波路を伝播する複数のパルス光を合波する合波手段と、
前記合波されたパルス光が入射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶から発生する第２高調波光を検出する光検出器と、
前記非線形光学結晶と前記光検出器との間に設けられ、前記非線形光学結晶を透過する前記合波されたパルス光を遮断し、前記第２高調波光を透過する波長フィルタとがすべて基板上に設けられていることを特徴とするので、
前記測定環境の変動による影響を受けず、安定な測定が可能であり、装置のユーザーサイドにて光学系の調整、修理等を行う必要がないため使いやすく、かつ、光導波路の精密加工による精密に調整された光学系を有するオートコリレータとすることができる。
【００３０】
また、前記合波手段は、Ｙ分岐回路であることを特徴とするので、
合波手段として通常用いられる回路構成で上記特有の効果を奏するオートコリレータを作製することができる。
【００３１】
また、前記光導波路が石英系の光導波路であり、前記基板がシリコンの基板であることを特徴とするので、
光導波路として通常用いられる材料で上記特有の効果を奏するオートコリレータを作製することができる。
【００３２】
また、前記光分岐手段は、方向性結合器または２×２ＭＭＩカプラであることを特徴とするので、
光分岐手段として通常用いられる回路を利用して上記特有の効果を奏するオートコリレータを作製することができる。
【００３３】
また、前記光検出器は、フォトダイオードであることを特徴とするので、
光検出器として通常用いられるものを利用して上記特有の効果を奏するオートコリレータを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。同図に示すように、オートコリレータ１０は、基板１１上に形成された導波路12a,12b,14a,14b及び方向性光結合器１３及びヒータ15a,15bと、非線形光学結晶１６ｂと、波長フィルタ１７と、フォトダイオード１８とから構成される。ここで、非線形光学結晶１６ｂと、波長フィルタ１７と、フォトダイオード１８は、基板１１上には形成されていない。なお、非線形光学結晶１６ｂとしては、たとえば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＡＡＮＰ（2-adamantylamino-5-nitropyridine）等を用いることができる。
【００３５】
周波数ωのパルス光（入射光Ａ）は、入力導波路１２ａからオートコリレータ１０に入射される。入力導波路１２ａを伝播したパルス光は、入力導波路１２ａの先に形成された方向性結合器１３に入射し、当該方向性結合器１３により５０：５０の割合で２つのパルス光に分岐される。分岐された２つのパルス光は、方向性結合器１３の先に形成され、長さが等しい導波路１４ａと導波路１４ｂをそれぞれ伝播する。
【００３６】
なお、方向性結合器１３の代わりに２×２ＭＭＩカプラを用いても良い。２×２ＭＭＩカプラとは、マルチモード干渉（ＭＭＩ）であり、２つの入力と２つの出力を有する多モード干渉型結合器である。
【００３７】
導波路１４ａと導波路１４ｂは、導波路１４ａから出力されるパルス光（出力光Ａ１）と導波路１４ｂから出力されるパルス光（出力光Ａ２）とが導波路から出力された後に交差するように、基板上に形成されている。また、方向性結合器１３においてパルス光が分岐されるポイントと前記交差するポイントとの間における光路長は、ヒータ15a,15bがオフの状態で、導波路１４ａ側と導波路１４ｂ側とで同じとなるように形成されている。
【００３８】
導波路１４ａ及び導波路１４ｂ上には、それぞれヒータ１５ａ，ヒータ１５ｂが設置されており、各導波路の温度を調整することにより、各導波路の屈折率を変化させることができるようになっている。このヒータ１５ａまたはヒータ１５ｂの作用により、導波路１４ａを伝播するパルス光と導波路１４ｂを伝播するパルス光は、光路長が調整されて遅延時間τをもって非線形光学結晶１６ｂに入射するようになっている。なお、導波路をＬｉＮｂＯ3等の電気光学結晶で構成した場合には、電圧により光路長を調整することができる。
【００３９】
例えば、導波路１４ａ，１４ｂを石英系導波路で構成した場合、ヒータ15a,15bの長さを１０ｍｍ、ヒータ加熱による温度上昇を１００℃まで許容し、ヒータ１５ａとヒータ１５ｂの両方を用いたとして遅延時間τを計算すると、遅延時間τは１００［ｆｓ］となる。これは、石英系導波路による上記構成では、１００［ｆｓ］オーダ以下のパルス幅を測定できることを示している。ここで、石英系導波路の屈折率の温度依存性は１×１０-5／℃である。
【００４０】
非線形光学結晶１６ｂは、前記出力光Ａ１と前記出力光Ａ２とが導波路から出力された後に交差するポイントに設置される。この結果、非線形光学結晶１６ｂには、周波数ωの２つのパルス光（出力光Ａ１，Ａ２）が入射するので、非線形光学結晶１６ｂからは周波数２ωの第２高調波光Ｂが発生する。なお、第２高調波光Ｂを効率よく発生させるため、非線形光学結晶１６ｂを設置する際には、偏光方向と結晶軸の方向を適切に設定することで、位相整合条件を満たすように設置してある。
【００４１】
非線形光学結晶１６ｂから発生する第２高調波光Ｂの伝播方向は、非線形光学結晶１６ｂに入射する２本の入射光の伝播方向（出力光Ａ１，Ａ２を参照）の波数ベクトルを合成した方向になる。第２高調波光Ｂの伝播方向には、波長フィルタ１７と、さらにその先に光検出器としてフォトダイオード１８が設置されている。
【００４２】
波長フィルタ１７は、周波数ωのパルス光を遮断し、周波数２ωの第２高調波光Ｂを透過させるフィルタである。図１に示すように、非線形光学結晶１６ｂを透過する出力光Ａ１，Ａ２は主として第２高調波光Ｂの伝播方向とは異なる方向に伝播するが、多少の散乱やノイズレベルの漏れ光が第２高調波光Ｂの伝播方向に向かうおそれがあるため、これらをフォトダイオード１８で検出しないように、波長フィルタ１７を設置する。
【００４３】
以上より、ヒータ１５ａ，１５ｂによりパルス光の遅延時間τを変化させながら、フォトダイオード１８に入射する第２高調波光ＢのエネルギーＵ(2ω)を測定する。その結果から、上式（１）に基づいて、パルス光強度の自己相関関数を算出し、パルス光強度の自己相関関数からパルス幅を得る。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
図２は、第２の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。同図に示すように、オートコリレータ２０は、基板２１上に形成された導波路22a,22bと、方向性光結合器２３と、導波路24a,24bと、ヒータ25a,25bと、溝２６ａと、非線形光学結晶２６ｂと、波長フィルタ２７と、フォトダイオード２８とから構成される。ここで、主に第１の実施形態と異なる点は、第２の実施形態に係るオートコリレータでは、非線形光学結晶と、波長フィルタと、フォトダイオードが基板上に集積されている点である。
【００４５】
周波数ωのパルス光（入射光Ａ）は、入力導波路２２ａからオートコリレータ２０に入射される。入力導波路２２ａを伝播したパルス光は、入力導波路２２ａの先に形成された方向性結合器２３に入射し、当該方向性結合器２３により５０：５０の割合で２つのパルス光に分岐される。分岐された２つのパルス光は、方向性結合器２３の先に形成され、長さが等しい導波路２４ａと導波路２４ｂをそれぞれ伝播する。なお、方向性結合器２３の代わりに２×２ＭＭＩカプラを用いても良い。
【００４６】
図２に示すように、導波路２４ａと導波路２４ｂは、基板２１上のあるポイントにおいて交差するように、基板上に形成されている。また、方向性結合器２３においてパルス光が分岐されるポイントと前記交差するポイントとの間における光路長は、ヒータ25a,25bがオフの状態で、導波路２４ａ側と導波路２４ｂ側とで同じとなるように形成されている。
【００４７】
導波路２４ａ及び導波路２４ｂ上には、それぞれヒータ２５ａ，ヒータ２５ｂが設置されており、各導波路の温度を調整することにより、導波路２４ａを伝播するパルス光と導波路２４ｂを伝播するパルス光は、光路長が調整されて遅延時間τをもって非線形光学結晶２６ｂに入射するようになっている。導波路24a,24bを石英系導波路で構成した場合、第１の実施形態と同様にして１００［ｆｓ］オーダのパルス幅まで測定が可能である。
【００４８】
非線形光学結晶２６ｂは、導波路２４ａと導波路２４ｂとが交差するポイントに設置される。すなわち、導波路２４ａと導波路２４ｂとが交差するポイントにおけるコアとクラッドを除去して溝２６ａを作製し、当該溝２６ａに非線形光学結晶２６ｂを挿入して設置する。この結果、非線形光学結晶２６ｂには、導波路２４ａを伝播したパルス光と導波路２４ｂを伝播したパルス光との周波数ωの２つのパルス光が入射するので、非線形光学結晶２６ｂからは周波数２ωの第２高調波光Ｂが発生する。なお、第２高調波光Ｂを効率よく発生させるため、非線形光学結晶２６ｂを設置する際には、偏光方向と結晶軸の方向を適切に設定することで、位相整合条件を満たすように設置してある。
【００４９】
非線形光学結晶２６ｂから発生する第２高調波光Ｂの伝播方向は、非線形光学結晶２６ｂに入射する２本の入射光の伝播方向（Ａ１，Ａ２を参照）の波数ベクトルを合成した方向になる。第２高調波光Ｂの伝播方向には、波長フィルタ２７と、さらにその先に光検出器としてフォトダイオード２８が設置されている。
【００５０】
波長フィルタ２７は、周波数ωのパルス光を遮断し、周波数２ωの第２高調波光Ｂを透過させるフィルタである。図２に示すように、非線形光学結晶２６ｂを透過する出力光Ａ１，Ａ２は主として、非線形光学結晶２６ｂの先に設けられた導波路に沿って、第２高調波光Ｂの伝播方向とは異なる方向に伝播するが、多少の散乱やノイズレベルの漏れ光が第２高調波光Ｂの伝播方向に向かうおそれがあるため、これらをフォトダイオード２８で検出しないように、波長フィルタ２７を設置する。
【００５１】
以上より、ヒータ２５ａ，２５ｂによりパルス光の遅延時間τを変化させながら、フォトダイオード２８に入射する第２高調波光ＢのエネルギーＵ(2ω)を測定する。その結果から、上式（１）に基づいて、パルス光強度の自己相関関数を算出し、パルス光強度の自己相関関数からパルス幅を得る。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
図３は、第３の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。同図に示すように、オートコリレータ３０は、基板３１上に形成された導波路32a,32bと、方向性光結合器３３と、導波路34a,34bと、ヒータ35a,35bと、Ｙ分岐回路３８と、溝３６ａと、非線形光学結晶３６ｂと、波長フィルタ３７と、フォトダイオード３８とから構成される。
【００５３】
周波数ωのパルス光（入射光Ａ）は、入力導波路３２ａからオートコリレータ３０に入射される。入力導波路３２ａを伝播したパルス光は、入力導波路３２ａの先に形成された方向性結合器３３に入射し、当該方向性結合器３３により５０：５０の割合で２つのパルス光に分岐される。分岐された２つのパルス光は、方向性結合器３３の先に形成され、長さが等しい導波路３４ａと導波路３４ｂをそれぞれ伝播する。なお、方向性結合器３３の代わりに２×２ＭＭＩカプラを用いても良い。
【００５４】
図３に示すように、導波路３４ａと導波路３４ｂは、合波手段であるＹ分岐回路３９により非線形光学結晶３６ｂに結合するように、基板上に形成されている。また、方向性結合器３３においてパルス光が分岐されるポイントと前記非線形光学結晶３６ｂに結合するポイントとの間における光路長は、ヒータ35a,35bがオフの状態で、導波路３４ａ側と導波路３４ｂ側とで同じとなるように形成されている。なお、合波手段としては、たとえば、方向性結合器、２×２ＭＭＩカプラ等を用いることもできる。
【００５５】
導波路３４ａ及び導波路３４ｂ上には、それぞれヒータ３５ａ，ヒータ３５ｂが設置されており、各導波路の温度を調整することにより、導波路３４ａを伝播するパルス光と導波路３４ｂを伝播するパルス光は、光路長が調整されて遅延時間τをもって、Ｙ分岐回路３９により合波された後、非線形光学結晶３６ｂに入射するようになっている。導波路34a,34bを石英系導波路で構成した場合、第１の実施形態と同様にして１００［ｆｓ］オーダのパルス幅まで測定が可能である。
【００５６】
非線形光学結晶３６ｂは、Ｙ分岐回路３９の先に設置される。すなわち、導波路３４ａと導波路３４ｂとがＹ分岐回路３９により１本の導波路となった部分におけるコアとクラッドを除去して溝３６ａを作製し、当該溝３６ａに非線形光学結晶３６ｂを挿入して設置する。この結果、非線形光学結晶３６ｂには、導波路３４ａを伝播したパルス光と導波路３４ｂを伝播したパルス光との周波数ωの２つのパルス光が、Ｙ分岐回路３９において合波されて入射するので、非線形光学結晶３６ｂからは周波数２ωの第２高調波光Ｂが発生する。なお、第２高調波光Ｂを効率よく発生させるため、非線形光学結晶３６ｂを設置する際には、偏光方向と結晶軸の方向を適切に設定することで、位相整合条件を満たすように設置してある。
【００５７】
第２高調波光Ｂの伝播方向には、波長フィルタ３７と、さらにその先に光検出器としてフォトダイオード３８が設置されている。波長フィルタ３７は、周波数ωのパルス光を遮断し、周波数２ωの第２高調波光Ｂを透過させるフィルタである。本実施形態では、Ｙ分岐回路３９を用いたために、第２高調波光Ｂのみならず周波数ωのパルス光もフォトダイオード３８に向かって伝播するため、周波数ωのパルス光をフォトダイオード３８で検出しないように、波長フィルタ３７を設置する。
【００５８】
以上より、ヒータ３５ａ，３５ｂによりパルス光の遅延時間τを変化させながら、フォトダイオード３８に入射する第２高調波光ＢのエネルギーＵ(2ω)を測定する。その結果から、上式（１）に基づいて、パルス光強度の自己相関関数を算出し、パルス光強度の自己相関関数からパルス幅を得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。
【図２】第２の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。
【図３】第３の実施形態に係るオートコリレータの概略構成図である。
【図４】第２高調波発生法を利用した従来のオートコリレータ（自己相関計）の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
10,20,30  オートコリレータ
11,21,31  基板
12a,22a,32a  入力導波路
12b,22b,32b  導波路
13,23,33  方向性結合器
14a,14b,24a,24b,34a,34b  導波路
15a,15b,25a,25b,35a,35b  ヒータ
26a,36a  溝
16b,26b,36b  非線形光学結晶
17,27,37  波長フィルタ
18,28,38  フォトダイオード
３９  Ｙ分岐回路
Ａ  入射光
A1,A2  出力光
Ｂ  第２高調波光
４０  オートコリレータ
４１  ハーフミラー
42a,42b  プリズム
４３  可動ステージ
４４  非線形光学結晶
４５  波長フィルタ
４６  光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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