(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）パルス状の入射光（１０）を偏光子（２０）によって斜め４５度方向に直線偏光した光パルスとなし、
（ｂ）垂直成分遅延部（３０）によって前記光パルスの水平成分（１４ａ）と垂直成分（１４ｂ）との間に遅延時間τを付与し、
（ｃ）偏光度測定部（４０）によって前記光パルスの偏光度Ｓを測定し、
（ｄ）計算部（６０）によって前記遅延時間τと前記偏光度Ｓとから前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする光パルス幅測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の光パルス幅測定方法において、前記遅延時間τと前記偏光度Ｓを計算部（６０）によって蓄積・解析を行うことにより、前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする光パルス幅測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の光パルス幅測定方法において、前記斜め４５度方向に光軸を向けた直線偏光子を前記偏光子の前に配置していることを特徴とする光パルス幅測定方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の光パルス幅測定方法において、光パルスに付与する遅延時間を、入射光のパルス幅より小さな間隔で変化させながら、複数回の測定を行い、測定精度を向上させることを特徴とする光パルス幅測定方法。
【請求項５】
（ａ）パルス状の入射光（１０）を斜め４５度方向に直線偏光した光パルスとする偏光子（２０）と、
（ｂ）前記斜め４５度方向に直線偏光した光パルスの水平成分（１４ａ）と垂直成分（１４ｂ）との間に遅延時間τを付与する垂直成分遅延部（３０）と、
（ｃ）前記光パルスの偏光度Ｓを測定する偏光度測定部（４０）と、
（ｄ）前記遅延時間τと前記偏光度Ｓとから前記入射光（１０）の時間幅を算出する計算部（６０）とを具備することを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の光パルス幅測定方法において、前記遅延時間τと前記偏光度Ｓを計算部（６０）によって蓄積・解析を行うことにより、前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項７】
請求項５記載の光パルス幅測定装置において、前記垂直成分遅延部は、斜め４５度方向に透過偏光面を向けた偏光子と、垂直偏光成分遅延部とを、前記光パルスがこの順に通過するように備えることを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項８】
請求項５記載の光パルス幅測定装置において、前記垂直成分遅延部は複屈折結晶板を有することを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項９】
請求項８記載の光パルス幅測定装置において、前記複屈折結晶板は回転円盤に形成される複数の窓部に配置されることを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項１０】
請求項５記載の光パルス幅測定装置において、前記偏光度測定部は、λ／４波長板と自動消光比測定器とを備えることを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光パルス幅測定装置において、前記自動消光比測定器は、回転偏光子と光強度測定器とを備えることを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の光パルス幅測定装置において、前記λ／４波長板は回転円盤に形成される複数の窓部に選択的に配置されることを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項１３】
請求項５記載の光パルス幅測定装置において、更に制御部を備え、該制御部によって前記垂直成分遅延部と、偏光度測定部と、計算部とを自動的に制御することを特徴とする光パルス幅測定装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の光パルス幅測定装置において、更に前記計算部に接続される表示部を具備することを特徴とする光パルス幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光度測定を用いた光パルス幅測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光パルス幅測定方法には、種々の方法が提案されているが、サブピコ秒以下の短パルスに適した測定方法としては、例えば、「超高速光技術、矢島辰夫編、丸善、７０−７３頁」に第二次高調波発生（ＳＨＧ）を利用した強度相関法（以下「ＳＨＧ相関法」という）が記載されている。
【０００３】
ＳＨＧ相関法では、入射光をビームスプリッタで空間的に２つの光束に分離し、この分離光束を互いに異なる光路長で伝播させて相対的に時間差をつけた後、第二次高調波（ＳＨ波）の発生が可能な非線形光学結晶（ＳＨＧ結晶）に集光して、発生するＳＨ波の強度を測定する。光路長の差をパルス幅よりも十分短い間隔で変化させながら（以下「光路長の掃引」という）ＳＨ波の強度を測定することで、強度自己相関関数を得ることができるため、光パルス幅を算出することができる。
【０００４】
また、ＳＨＧ結晶を用いない方法として、上記の方法でＳＨＧ結晶に集光させる代わりに、光検出器に入射させ、電場自己相関関数を得る方法（以下「時間領域の電場相関法」という）もあるが、この場合、フリンジの包絡線を得るために光路長の差を入射光の波長よりも十分短い間隔で変化させながら光の強度を検出することが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＨＧ相関法には、（ａ）一般にビームスプリッタを用いた光学系は複雑であること、（ｂ）短波長領域（特に紫外領域）で透明な非線形結晶が存在せず、従って短波長領域の短パルスの測定ができないこと、（ｃ）ＳＨ波を発生させるために、光束のＳＨＧ結晶に対する入射条件及びＳＨＧ結晶の方位を、位相整合条件を満たすように高い精度で調整しなくてはならず、そのため、ＳＨＧ結晶、ビームスプリッタその他の光学部品のコスト及び調整コストが増大することなどの問題があり、また、時間領域の電場相関法には、ビームスプリッタを用いた光路の分離及び合成の複雑性に加え、光路長の掃引にピエゾ素子等を用いた複雑で高い精度の位置制御装置が必要となることなどの問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記状況に鑑みて、非線形光学素子及びビームスプリッタ並びに光路長の掃引を必要とせずに、簡便に光パルス幅を測定することができる光パルス幅測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光パルス幅測定方法において、パルス状の入射光（１０）を偏光子（２０）によって斜め４５度方向に直線偏光した光パルスとなし、垂直成分遅延部（３０）によって前記光パルスの水平成分（１４ａ）と垂直成分（１４ｂ）との間に遅延時間τを付与し、偏光度測定部（４０）によって前記光パルスの偏光度Ｓを測定し、計算部（６０）によって前記遅延時間τと前記偏光度Ｓとから前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の光パルス幅測定方法において、前記遅延時間τと前記偏光度Ｓを計算部（６０）によって蓄積・解析を行うことにより、前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕記載の光パルス幅測定方法において、前記斜め４５度方向に光軸を向けた直線偏光子を前記偏光子の前に配置していることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の光パルス幅測定方法において、光パルスに付与する遅延時間を、入射光のパルス幅より小さな間隔で変化させながら、複数回の測定を行い、測定精度を向上させることを特徴とする。
【００１１】
〔５〕光パルス幅測定装置において、パルス状の入射光（１０）を斜め４５度方向に直線偏光した光パルスとする偏光子（２０）と、前記斜め４５度方向に直線偏光した光パルスの水平成分（１４ａ）と垂直成分（１４ｂ）との間に遅延時間τを付与する垂直成分遅延部（３０）と、前記光パルスの偏光度Ｓを測定する偏光度測定部（４０）と、前記遅延時間τと前記偏光度Ｓとから前記入射光（１０）の時間幅を算出する計算部（６０）とを具備することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載の光パルス幅測定方法において、前記遅延時間τと前記偏光度Ｓを計算部（６０）によって蓄積・解析を行うことにより、前記入射光（１０）の時間幅を算出することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔５〕記載の光パルス幅測定装置において、前記垂直成分遅延部は、斜め４５度方向に透過偏光面を向けた偏光子と、垂直偏光成分遅延部とを、前記光パルスがこの順に通過するように備えることを特徴とする。
【００１４】
〔８〕上記〔５〕記載の光パルス幅測定装置において、前記垂直成分遅延部は複屈折結晶板を有することを特徴とする。
【００１５】
〔９〕上記〔８〕記載の光パルス幅測定装置において、前記複屈折結晶板は回転円盤に形成される複数の窓部に配置されることを特徴とする。
【００１６】
〔１０〕上記〔５〕記載の光パルス幅測定装置において、前記偏光度測定部は、λ／４波長板と自動消光比測定器とを備えることを特徴とする。
【００１７】
〔１１〕上記〔１０〕記載の光パルス幅測定装置において、前記自動消光比測定器は、回転偏光子と光強度測定器とを備えることを特徴とする。
【００１８】
〔１２〕上記〔１０〕記載の光パルス幅測定装置において、前記λ／４波長板は回転円盤に形成される複数の窓部に選択的に配置されることを特徴とする。
【００１９】
〔１３〕上記〔５〕記載の光パルス幅測定装置において、更に制御部を備え、該制御部によって前記垂直成分遅延部と、偏光度測定部と、計算部とを自動的に制御することを特徴とする。
【００２０】
〔１４〕上記〔１３〕記載の光パルス幅測定装置において、更に前記計算部に接続される表示部を具備することを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明の光パルス幅測定方法は、斜め４５度方向に直線偏光したパルス状の入射光の水平偏光成分と垂直偏光成分との間に遅延時間を付与して、その遅延時間を入射光のパルス幅より小さな間隔で（好適には、その入射光の波長より大きな間隔で）変化させながら、または、変化させずに、入射光の偏光度を測定することによって、その入射光の時間幅を算出することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の光パルス幅測定装置は、制御部と、その制御部によって制御される２つの回転円盤、自動偏光測定器、時間幅算出手段（計算部）及び表示部を備えており、さらに前記２つの回転円盤のうち１つは、光パルスの水平及び垂直方向に遅延時間を付与する複屈折結晶板を１つ以上備え、もう１つの回転円盤は、水平方向及び斜め４５度方向に進相軸が向けられたλ／４波長板と入射光の偏光に変化を及ぼさない空窓を各１つずつ具えており、光パルス幅の測定が自動的に行われるように構成されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明によるパルス幅測定の原理を数式を用いて説明する。入射光の電場強度の水平成分、垂直成分をそれぞれＥH （ｔ）、ＥV （ｔ）で表すと、一般に
ＥH （ｔ）＝ＡH （ｔ）ｃｏｓ〔ωｔ＋φH （ｔ）〕            …（１）
Ｅv （ｔ）＝Ａv （ｔ）ｃｏｓ〔ωｔ＋φv （ｔ）〕            …（２）
と表すことができる。一般に、偏光状態を表すために用いられるストークスパラメータｓ0 ，ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ3 （いずれも、光強度の次元を持つ物理量）は、φ（ｔ）＝φV （ｔ）−φH （ｔ）として、次の式で定義される。
【００２４】
ｓ0 （ｔ）＝ＡH （ｔ）2 ＋Ａv （ｔ）2                       …（３）
ｓ1 （ｔ）＝ＡH （ｔ）2 −Ａv （ｔ）2                       …（４）
ｓ2 （ｔ）＝２ＡH （ｔ）Ａv （ｔ）ｃｏｓφ（ｔ）            …（５）
ｓ3 （ｔ）＝２ＡH （ｔ）Ａv （ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）            …（６）
実際には、光強度の測定には、光パルス幅より十分に遅い応答速度を持つ測定が用いられるため、以降、ストークスパラメータは、式（３）〜（６）を時間積分したものを考えることとする。
【００２５】
すると、偏光度Ｓはストークスパラメータを用いて次のように定義される。
【００２６】
Ｓ＝√〔ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ＋ｓ3 2 〕／ｓ0                       …（７）
斜め４５度の直線偏光の場合は、電場の水平成分と垂直成分が等しく、位相差はないので、次のように表すことができる。
【００２７】
ＡH （ｔ）＝Ａv （ｔ）＝Ａ（ｔ），  φ（ｔ）＝０            …（８）
そして、その水平成分と垂直成分との間に遅延時間τが付与された場合、それぞれの電場強度は、次のようになる。
【００２８】
ＡH （ｔ）＝Ａ（ｔ），  Ａv （ｔ）＝Ａ（ｔ−τ）            …（９）
また、遅延時間τを付与する過程で、位相にずれが生じるので、次のようになる。
【００２９】
φ（ｔ）＝φ                                               …（１０）
光パルス幅より十分遅い応答速度を持つ測定器を用いて偏光度を測定する場合、その偏光度Ｓ（τ）は、式（９），（１０）を式（３）〜（６）に代入して時間について積分し、式（７）に代入することによって、次のように表されることになる。
【００３０】
【数１】
0004027697.tif 000002
【００３１】
つまり、測定される偏光度Ｓ（τ）は電場自己相関関数となるため、この相関幅Δｔ（半値全幅）を求めることによって、入射光の光パルス幅ｔp （強度の半値全幅）を求めることができる。
【００３２】
例えば、入射光の波形がガウス波形の場合を考える。また、チャープもないものとする。この場合、電場強度Ａ（ｔ）は強度の光パルス幅ｔp （半値全幅）で次のように表される。
【００３３】
Ａ（ｔ）＝ｅｘｐ〔−２ｌｎ２（ｔ／ｔp ）2 〕              …（１２）
この式（１２）を式（１１）に代入することによって、測定される偏光度は次のようになる。
【００３４】
Ｓ（τ）∝ｅｘｐ〔−４ｌｎ２（ｔ／２ｔp ）2 〕            …（１３）
この式（１３）より、相関幅Δｔと光パルス幅ｔp が次のような関係にあることが分かる。
【００３５】
ｔp ＝Δｔ／２                                            …（１４）
つまり、相関幅を２で除すことによって、求める光パルス幅が得られる。
【００３６】
なお、上記相関幅Δｔは、上記遅延時間τをパルス幅と同じ程度の時間に設定して、偏光度測定を１回行うことによって算出することが可能であるが、上記遅延時間τを、入射光のパルス幅より小さな間隔で（好適には、その入射光の波長より大きな間隔で）変化させながら、複数回の測定を行い、それぞれの測定値の最良結合推定値（誤差の大きさを考慮した加重平均）を算出することによって、測定精度を向上させることが可能である。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
なお、図は、本発明が理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、また、これらの実施の形態の形状及び数値条件は単なる好適例であり、従って、本発明はこの構成例に限定されない。
【００３９】
図１は本発明の第１実施例を示す光パルス幅測定装置の要部概略図である。
【００４０】
この実施例の光パルス幅測定装置は、斜め４５度方向に光軸を向けた偏光子２０、垂直成分遅延部３０、偏光度測定部４０及び計算部（時間幅算出手段）６０を備えている。
【００４１】
入射光１０は、偏光子２０によって斜め４５度方向に直線偏光した光パルスとなる。
【００４２】
つまり、光パルスの水平成分１２ａ及び垂直成分１２ｂは同一の波形を有するようになる。
【００４３】
さらに垂直成分遅延部３０において、光パルスの水平成分１４ａ及び垂直成分１４ｂとの間に遅延時間τが付与された後、偏光度測定部４０において偏光度Ｓの測定がなされる。この測定は、その遅延時間τを適当に変化させながら１回以上行う。
【００４４】
各測定の結果得られた遅延時間τ及び偏光度Ｓの値は、計算部６０において蓄積・解析され、入射光１０の光パルス幅が計算される。
【００４５】
次に、上記各部の構成及び動作を説明する。
【００４６】
図２は本発明の第１実施例の光パルス幅測定装置の垂直成分遅延部の構成を示す要部概略図である。
【００４７】
この図において、垂直成分遅延部３０は複屈折結晶板３１を備えている。この複屈折結晶板３１は、異なる屈折率に対応した主軸がそれぞれ垂直、水平方向に向けられており、光パルス１２の入射面及び出射面は入射方向に対して垂直になっている。光パルス１２の水平偏光成分及び垂直偏光成分は、複屈折結晶板３１の中において、複屈折結晶板３１の材質及びその光パルス１２の波長に依存する正常及び異常屈折率に応じて、互いに異なる群速度で進行するため、両成分の間には、遅延時間が付与されることとなる。
【００４８】
前記遅延時間τは、複屈折結晶板３１の厚さで調節する。光パルス幅の測定精度を向上させるため、被測定光のパルス幅より小さな間隔（好適には、その入射光の波長より大きな間隔）の異なる遅延時間τに対応して、数枚の異なる厚さを有する複屈折結晶板３１を具えていることが好適である。
【００４９】
図３は本発明の第１実施例の光パルス幅測定装置の偏光度測定部の構成を示す要部概略図である。
【００５０】
この図に示すように、偏光度測定部４０は、λ／４波長板４１と自動消光比測定器４２を備えている。
【００５１】
そのλ／４波長板４１は、（ａ）光パルス１４の入射方向に対して垂直に設置されており、（ｂ）進相軸が水平方向に対して０度及び４５度方向に回転可能であり、かつ、（ｃ）λ／４波長板４１の全体を光パルス１４の入射軸線上から取り外すこと及び再設置が容易であるという特徴を有している。
【００５２】
また、自動消光比測定器４２は、特開平９−２１８０９８号公報に開示されている装置と同等かまたはそれを簡易化した装置であり、回転偏光子４３を少なくとも１回転以上回転させながら連続的にまたは十分細かく光の強度を光強度測定器４４で測定し、消光比（最小強度を最大強度で除した値）Ｐを測定するという特徴を有している。
【００５３】
前記λ／４波長板４１と前記自動消光比測定器４２を用いて、偏光度Ｓを測定するには、次の３つの条件で消光比Ｐを測定する。測定条件は、（ａ）λ／４波長板４１を光パルス１４の入射軸上から外して測定、（ｂ）λ／４波長板４１の進相軸を水平方向に合わせて測定、（ｃ）λ／４波長板４１の進相軸を斜め４５度方向に合わせて測定、の３条件である。これら３つの測定条件で測定された消光比の値をＰ１、Ｐ２、Ｐ３とすると、偏光度Ｓは計算部６０において、次の関係式によって計算される。
【００５４】
Ｓ＝√｛〔（１−Ｐ１／１＋Ｐ１）2 ＋（１−Ｐ２／１＋Ｐ２）2 
＋（１−Ｐ３／１＋Ｐ３）2 〕／２｝                    …（１５）
前記λ／４波長板４１と前記自動消光比測定器４２を用いた偏光度測定の原理を説明するため、上記式（１５）を導出する。
【００５５】
一般に、ある偏光状態にある光〔簡単にするため全強度ｓ0 ＝１とする〕を、方位θの電場成分に、それに直交する成分に対してφ度の位相の進相をもたらす波長板と、方位ψの偏光子に通すと、その強度Ｉ（θ，φ，ψ）は次の式のようになる。
【００５６】
Ｉ（θ，φ，ψ）＝１／２
＋１／２・ｓ1 〔ｓｉｎ２ψ（１−ｃｏｓψ）ｓｉｎ２θｃｏｓ２θ
＋ｃｏｓ２ψ（ｃｏｓ2 ２θ＋ｓｉｎ2 ２θｃｏｓφ）〕
＋１／２・ｓ2 〔ｓｉｎ２ψ（ｃｏｓ2 ２θｃｏｓφ＋ｓｉｎ2 ２θ）
＋ｃｏｓ２ψ（１−ｃｏｓφ）ｓｉｎ２θｃｏｓ２θ〕
＋１／２・ｓ3 〔（ｓｉｎ２ψｃｏｓ２θ
−ｃｏｓ２ψｓｉｎ２θ）ｓｉｎφ〕                      …（１６）
この式（１６）より、前記した３つの測定条件で測定される光強度はそれぞれ次のように表すことができる。
【００５７】
Ｉ1 ＝Ｉ（θ＝任意，φ＝０，ψ）
＝１／２（１＋ｓ1 ｃｏｓ２ψ＋ｓ2 ｓｉｎ２ψ）         …（１７）
Ｉ2 ＝Ｉ（θ＝０，φ＝π／２，ψ）
＝１／２（１＋ｓ1 ｃｏｓ２ψ＋ｓ3 ｓｉｎ２ψ）         …（１８）
Ｉ3 ＝Ｉ（θ＝π／４，φ＝π／２，ψ）
＝１／２（１＋ｓ2 ｓｉｎ２ψ−ｓ3 ｃｏｓ２ψ）         …（１９）
これらの式（１７）〜式（１９）より、前記の３つの測定条件で測定される消光比の値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、次のように表されることが分かる。
【００５８】
Ｐ１＝Ｉ1 min ／Ｉ1 max 
＝〔１−√（ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ）〕／〔１＋√（ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ）〕
…（２０）
Ｐ２＝Ｉ2 min ／Ｉ2 max 
＝〔１−√（ｓ1 2 ＋ｓ3 2 ）〕／〔１＋√（ｓ1 2 ＋ｓ3 2 ）〕
…（２１）
Ｐ３＝Ｉ3 min ／Ｉ3 max 
＝〔１−√（ｓ2 2 ＋ｓ3 2 ）〕／〔１＋√（ｓ2 2 ＋ｓ3 2 ）〕
…（２２）
これらの式（２０）〜式（２２）は次のように変形することができる。
【００５９】
√（ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ）＝（１−Ｐ１）／（１＋Ｐ１）            …（２３）
√（ｓ1 2 ＋ｓ3 2 ）＝（１−Ｐ２）／（１＋Ｐ２）            …（２４）
√（ｓ2 2 ＋ｓ3 2 ）＝（１−Ｐ３）／（１＋Ｐ３）            …（２５）
ところで、今、Ｓ0 ＝１として考えているので、式（７）より、一般に次の式が成立する。
【００６０】
Ｓ＝√（ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ＋ｓ3 2 ）＝√｛〔（ｓ1 2 ＋ｓ2 2 ）
＋（ｓ1 2 ＋ｓ3 2 ）＋（ｓ2 2 ＋ｓ3 2 ）〕／２｝        …（２６）
よって、式（２３）〜式（２５）を式（２６）に代入することで前記の式（１５）を得ることができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態において、系の全体を回転させれば、偏光子２０の角度は４５度以外の任意の角度としてよく、また、偏光度測定部４０には上述した方法以外に、例えば、特開平５−１０８１９号公報や特開２０００−２３０８６３号公報に開示されている装置その他の任意の偏光度測定装置を用いてもよい。
【００６２】
本発明の特徴および利点を明確にするため、上記第１の実施の形態の具体的な実施例について詳述する。
【００６３】
入射光１０には、モードロックＴｉ：Ｓレーザの３倍高調波である紫外領域の波長２６６ｎｍのサブピコ秒パルスを用いた。繰り返し周波数は８２ＭＨｚである。複屈折結晶板３１としては、５枚の水晶板を単独でまたは組み合わせて用いた。５枚の水晶板の厚さは、０．５６ｍｍ，１．１１ｍｍ，１．７８ｍｍ，２．２６ｍｍ，２．７６ｍｍであり、単独で用いた場合、それぞれ、波長２６６ｎｍの光パルスに対してその水平成分と垂直成分との間に２０，４０，６４，８１，９９フェムト秒（ｆｓ）の遅延時間を付与する。
【００６４】
また、λ／４波長板４１としては、波長２６６ｎｍの光に対して、進相軸に平行な光の位相をそれに直交する方向の光に対して９０度進相するようにリターデーションを調整したベレック偏光補正板をスライド式光学スタンドに取り付けて用いた。さらに、自動消光比測定器４２としては、自動消光比測定器ＰＣＡ−２００Ａ〔（株）豊伸電子製〕を用いた。
【００６５】
図４はその測定結果を示すグラフである。横軸は遅延時間τ（ｆｓ）であり、縦軸は偏光度Ｓを示している。グラフ上の誤差棒付の各点が測定値及び誤差を表しており、曲線はこれらの点から求めたガウス曲線の近似曲線である。このガウス曲線の半値全幅が２１５．２ｆｓであることから、式（１４）より、入射光のパルス幅は約１０８ｆｓであることが分かる。
【００６６】
このように本発明の第１の実施例の形態によれば、紫外領域の短パルス光の光パルス幅を、ビームスプリッタや非線形光学結晶を用いることなく簡便に測定することができる。
【００６７】
なお、本実施例において、水晶板は１枚だけを用いてもパルス幅の測定が可能であり、また、入射光の波長は紫外領域だけに限定されるものではなく、複屈折結晶板の材質及び厚みを適切に選ぶことによって、広範囲の波長領域における光のパルス幅を測定することが可能である。
【００６８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００６９】
図５は本発明の第２実施例の光パルス幅測定装置の構成を示す要部概略図である。第１実施例と同じ部分には同じ符合を付してその説明は省略する。
【００７０】
この実施例では、第１実施例に加えて、制御部７０を備えており、この制御部７０が垂直成分遅延部（遅延時間付与手段）３０、偏光度測定部（偏光度測定手段）４０及び計算部（時間幅算出手段）６０を制御することにより、測定の自動化が図られていることを特徴としている。また、計算部６０による結果は、制御部７０の制御により表示部８０に表示される。
【００７１】
図６は本発明の第２実施例の光パルス幅測定装置の垂直成分遅延部の構成を示す要部概略図である。
【００７２】
この実施の形態において、垂直成分遅延部３０は、複屈折結晶板３１がはめ込まれた窓３３を一つ以上（図６においては、例として９つ）有する回転円盤３２を備えている。この複屈折結晶板３１の異なる屈折率に対応した主軸は、それぞれ回転円盤３２の径方向、円周方向に向けられている。
【００７３】
回転円盤３２は、制御部７０によって制御されるステッピングモータによって駆動されて、回転円盤３２の中心軸を回転軸３４として回転できるようになっており、この回転軸３４が光パルス１２の入射方向と平行で、かつ前記窓３３が、回転円盤３２の中心を含む水平面上において、光パルス１２の入射軸と前記窓３３が交わるように設置されている。回転円盤３２を適切な角度で回転することにより、測定に用いる複屈折結晶板３１を切り替えることが可能である。
【００７４】
この実施例の偏光度測定部４０では、制御部７０で制御可能にする必要があるため、図３のλ／４波長板４１を、図６の垂直成分遅延部３０と類似の装置に置き換える。
【００７５】
図７は本発明の第２実施例の偏光度測定部のλ／４波長板の自動制御に用いる回転円盤４５の要部概略図である。
【００７６】
この図において、回転円盤４５は、３つの窓４６を備えており、このうち２つの窓４６には、λ／４波長板４１がはめ込まれており、残る１つの窓４６′は空窓（何もはめ込まれていない窓）となっている。さらに、その２つのλ／４波長板４１は、その進相軸を回転円盤４５の円周方向及び円周方向より斜め４５度の方向に合わせてある。回転円盤４５を適切な角度で回転し、光パルスの入射軸上に各窓４６を合わせることによって、λ／４波長板４１に関する測定条件を切り替えることが可能である。なお、空窓４６′には、この空窓４６′に入射した光パルスの偏光状態を変化させない透明な物質がはめ込まれていてもよい。
【００７７】
本発明の第２実施例の動作について説明する。
【００７８】
まず、制御部７０によって、垂直成分遅延部の回転円盤３２が回転軸３４を中心軸として制御され、光パルスの入射軸上に複屈折結晶板３１の１つがセットされる。この際、現在、どの複屈折結晶板３１がセットされているかに関する情報が制御部７０から計算部６０に渡される。各複屈折結晶板３１によって光パルスの水平成分及び垂直成分との間に付与される遅延時間τの値は、予め計算部６０のメモリに保持されている。
【００７９】
次に、垂直成分遅延部の状態を保持したまま、偏光度測定部の回転円盤４５が回転軸４７を中心軸として制御され、光パルスの入射軸上に空窓４６′又はλ／４波長板４１の各窓をセットしながら、３つの条件で消光比Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が測定される。計算部６０においては、Ｐ１〜Ｐ３の値より式（１５）に基づいて偏光度Ｓを算出し、更に、偏光度Ｓと遅延時間τの値との関係から半値全幅Δτを求め、このΔτを式（１４）に代入して光パルス幅ｔp を計算する。
【００８０】
以上を１手順として、垂直成分遅延部の回転円盤３２が備える複屈折結晶板３１の全てを用いて、光パルス幅の測定及び計算を繰り返す。最後に、これらの値の最良結合推定値（誤差の大きさを考慮した加重平均）を算出して、結果を表示部８０で表示する。
【００８１】
このように、本発明の第２実施例によれば、自動的に光パルス幅を計測することができる。
【００８２】
以上説明したように、本発明は、偏光度測定を原理に用いることによって光パルス幅を測定する方法及びこれを用いた光パルス幅測定装置を提供できる。
【００８３】
本発明によれば、非線形光学素子が不要であるため、これまで困難であった短波長領域（特に紫外領域）の光パルス幅の測定が可能となる。
【００８４】
さらに、本発明によれば、ビームスプリッタが不要であり、光路長の掃引を必要とせず、また、第２高調波発生のための位相整合をとる必要がないため、系が単純化されることから、部品コスト、調整コストの小さい、簡便な装置とすることが可能である。
【００８５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８７】
（Ａ）非線形光学素子が不要であるため、これまで困難であった短波長領域（特に紫外領域）の光パルス幅の測定が可能となる。
【００８８】
（Ｂ）ビームスプリッタが不要であり、光路長の掃引を必要とせず、また、第２高調波発生のための位相整合をとる必要がないため、系が単純化されることから、部品コスト、調整コストを小さくすることが可能である。
【００８９】
（Ｃ）自動的に光パルス幅を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す光パルス幅測定装置の要部概略図である。
【図２】  本発明の第１実施例の光パルス幅測定装置の垂直成分遅延部の構成を示す要部概略図である。
【図３】  本発明の第１実施例の光パルス幅測定装置の偏光度測定部の構成を示す要部概略図である。
【図４】  本発明の第１実施例の測定の結果を示す遅延時間τと偏光度Ｓの相関図である。
【図５】  本発明の第２実施例の光パルス幅測定装置の構成を示す要部概略図である。
【図６】  本発明の第２実施例の光パルス幅測定装置の垂直成分遅延部の構成を示す要部概略図である。
【図７】  本発明の第２実施例の光パルス幅測定装置の偏光度測定部のλ／４波長板の自動制御に用いる回転円盤の要部概略図である。
【符号の説明】
１０    入射光
１２，１４    光パルス
１２ａ，１４ａ    光パルスの水平成分
１２ｂ，１４ｂ    光パルスの垂直成分
２０    斜め４５度方向に光軸を向けた偏光子
３０    垂直成分遅延部（遅延時間付与手段）
３１    複屈折結晶板
３２，４５    回転円盤
３３，４６    窓
３４，４７    回転軸
４０    偏光度測定部（偏光度測定手段）
４１    λ／４波長板
４２    自動消光比測定器
４３    回転偏光子
４４    光強度測定器
４６′  空窓
６０    計算部（時間幅算出手段）
７０    制御部
８０    表示部
【図１】
0004027697.tif 000003
【図２】
0004027697.tif 000004
【図３】
0004027697.tif 000005
【図４】
0004027697.tif 000006
【図５】
0004027697.tif 000007
【図６】
0004027697.tif 000008
【図７】
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