(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光のビームのパルス幅を測定する自己相関計において、
被測定光のビームを反射する反射面を備えた固定ミラーと、前記被測定光のビームを反射する反射面を備え、かつ、該反射面が前記固定ミラーの反射面と前記被測定光のビームの光路方向においてずれを生ずるように移動自在に配置された可動ミラーとよりなる分割ミラーであって、前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面とを隣接して配置した分割ミラーと、
前記分割ミラーの前記可動ミラーを移動する駆動手段と、
前記分割ミラーの前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面とからそれぞれ反射されたビームを集光する集光ミラーと、
前記集光ミラーにより集光されたビームの入射に基づいて自己相関信号を発生する自己相関信号発生手段と、
前記自己相関信号発生手段により発生された自己相関信号を検出する検出手段と
を有し、
前記被測定光のビームの中心が前記分割ミラーの前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面との境界に位置するようにして、前記分割ミラーの前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面との境界を跨ぐように前記被測定光のビームを入射し、前記被測定光のビームを前記分割ミラーで空間的に二分する
ことを特徴とする自己相関計。
【請求項２】
被測定光のビームのパルス幅を測定する自己相関計において、
被測定光のビームを反射する反射面を備えた固定ミラーと、前記被測定光のビームを反射する反射面を備え、かつ、該反射面が前記固定ミラーの反射面と前記被測定光のビームの光路方向においてずれを生ずるように移動自在に配置された可動ミラーとよりなる分割ミラーであって、前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面とを隣接して配置するとともに、前記固定ミラーの反射面により反射された前記被測定光のビームと前記可動ミラーの反射面により反射された前記被測定光のビームとを所定の位置に集光する分割ミラーと、
前記分割ミラーの前記可動ミラーを移動する駆動手段と、
前記分割ミラーにより集光されたビームの入射に基づいて自己相関信号を発生する自己相関信号発生手段と、
前記自己相関信号発生手段により発生された自己相関信号を検出する検出手段と
を有し、
前記被測定光のビームの中心が前記分割ミラーの前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面との境界に位置するようにして、前記分割ミラーの前記固定ミラーの反射面と前記可動ミラーの反射面との境界を跨ぐように前記被測定光のビームを入射し、前記被測定光のビームを前記分割ミラーで空間的に二分する
ことを特徴とする自己相関計。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の自己相関計において、
前記自己相関信号発生手段および前記検出手段は、２光子吸収光検出器である自己相関計。
【請求項４】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の自己相関計において、
前記自己相関信号発生手段は、非線形光学結晶を用いて自己相関信号として第二高調波を発生させる
ものである自己相関計。
【請求項５】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の自己相関計において、
前記自己相関信号発生手段は、原子または分子の二光子電離または多光子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させる
ものである自己相関計。
【請求項６】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の自己相関計において、
前記自己相関信号発生手段は、原子または分子の二光子内殻電子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させる
ものである自己相関計。
【請求項７】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の自己相関計において、
前記自己相関信号発生手段は、金属または半導体または誘電体を用いて自己相関信号として第二高調波光または第三高調波光を発生させる
ものである自己相関計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己相関計に関し、さらに詳細には、パルス光のパルス幅を測定する際に用いて好適な自己相関計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パルス光のパルス幅を測定する装置として、自己相関計が知られている。
【０００３】
図１には、こうした自己相関計の要部構成を示す概略構成説明図が示されており、入射された被測定光（パルス光）のビームを２つに分割するビームスプリッター１０２と、ビームスプリッター１０２により分割された一方の光路のビームを反射する固定ミラー１０４と、ビームスプリッター１０２により分割された他方の光路のビームを反射する可動ミラー１０６と、固定ミラー１０４と可動ミラー１０６とによってそれぞれ反射されてビームスプリッター１０２を経て入射されたビームが集光されるＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）結晶１０８とを有している。
【０００４】
こうした構成の自己相関計においては、固定ミラー１０４によって反射されたビームと、可動ミラー１０６によって反射されるとともにその位置に応じて遅延時間を与えられたビームとがＳＨＧ結晶１０８に入射され、このＳＨＧ結晶１０８による第２高調波発生を利用したＳＨＧ相関法により自己相関波形が得られて、自己相関波形に基づいて自己相関計に入射された被測定光のパルス幅が測定される。
【０００５】
ところで、近年、数フェムト秒（ｆｓ）の超短パルス光の発生が実現されており、その中心波長は、近赤外域から軟Ｘ線領域に渡っている。こうした、パルス光の超短パルス化にあたっては、パルス幅の計測の手法の確立が急務であるが、上記したような従来の自己相関計においては、超短パルス光のパルス幅を測定するに際して種々の問題点があった。
【０００６】
即ち、紫外域以下の短波長領域においては、通常の自己相関法によるパルス幅の測定は、従来の自己相関計を構成する光学素子の反射率、透過率、分散などにより大きな制限を受けることとなっていた。特に、十分な光学素子の乏しい極端紫外域や軟Ｘ線領域では、被測定光を２分割することや、２分割した被測定光に遅延時間を与えることに大きな困難を伴うものであった。
【０００７】
より詳細には、透過光学素子であるビームスプリッターの分散損失の問題点や、そもそも極端紫外域や軟Ｘ線領域においては十分な透過光学素子であるビームスプリッターが存在しないという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、極端紫外域や軟Ｘ線領域の短波長を含む幅広い波長域においてパルス光のパルス幅を測定することができるようにした自己相関計を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、被測定光のビームのパルス幅を測定する自己相関計において、被測定光のビームを反射する反射面を備えた固定ミラーと、上記被測定光のビームを反射する反射面を備え、かつ、該反射面が上記固定ミラーの反射面と上記被測定光のビームの光路方向においてずれを生ずるように移動自在に配置された可動ミラーとよりなる分割ミラーであって、上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面とを隣接して配置した分割ミラーと、上記分割ミラーの上記可動ミラーを移動する駆動手段と、上記分割ミラーの上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面とからそれぞれ反射されたビームを集光する集光ミラーと、上記集光ミラーにより集光されたビームの入射に基づいて自己相関信号を発生する自己相関信号発生手段と、上記自己相関信号発生手段により発生された自己相関信号を検出する検出手段とを有し、上記被測定光のビームの中心が上記分割ミラーの上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面との境界に位置するようにして、上記分割ミラーの上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面との境界を跨ぐように上記被測定光のビームを入射し、上記被測定光のビームを上記分割ミラーで空間的に二分するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、被測定光のビームのパルス幅を測定する自己相関計において、被測定光のビームを反射する反射面を備えた固定ミラーと、上記被測定光のビームを反射する反射面を備え、かつ、該反射面が上記固定ミラーの反射面と上記被測定光のビームの光路方向においてずれを生ずるように移動自在に配置された可動ミラーとよりなる分割ミラーであって、上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面とを隣接して配置するとともに、上記固定ミラーの反射面により反射された上記被測定光のビームと上記可動ミラーの反射面により反射された上記被測定光のビームとを所定の位置に集光する分割ミラーと、上記分割ミラーの上記可動ミラーを移動する駆動手段と、上記分割ミラーにより集光されたビームの入射に基づいて自己相関信号を発生する自己相関信号発生手段と、上記自己相関信号発生手段により発生された自己相関信号を検出する検出手段とを有し、上記被測定光のビームの中心が上記分割ミラーの上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面との境界に位置するようにして、上記分割ミラーの上記固定ミラーの反射面と上記可動ミラーの反射面との境界を跨ぐように上記被測定光のビームを入射し、上記被測定光のビームを上記分割ミラーで空間的に二分するようにしたものである。
【００１１】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明ならびに請求項２に記載の発明によれば、透過光学素子を用いることなく反射光学素子のみで自己相関計を構成することができるので、被測定光の損失を低く抑えられ、斜入射鏡を適用することができるようになり、極端紫外域や軟Ｘ線領域の短波長を含む幅広い波長域においてパルス光のパルス幅を測定することができるようになる。
【００１２】
また、固定ミラーと可動ミラーとが隣接し、コンパクトで安定な構成となるため、高い時間分解能が得られる。
【００１３】
ここで、自己相関信号発生手段および検出手段は、本発明のうち請求項３に記載の発明のように、２光子吸収光検出器により構成することができる。
【００１４】
また、自己相関信号発生手段は、非線形光学結晶を用いて自己相関信号として第二高調波を発生させるものとすることができる。
【００１５】
また、自己相関信号発生手段は、原子または分子の二光子電離または多光子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させるものとすることができる。
【００１６】
また、自己相関信号発生手段は、原子または分子の二光子内殻電子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させるものとすることができる。
【００１７】
また、自己相関信号発生手段は、金属または半導体または誘電体を用いて自己相関信号として第二高調波光または第三高調波光を発生させるものとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による自己相関計の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００１９】
図２には、本発明による自己相関計の実施の形態の一例の要部構成を示す概略構成説明図が示されている。
【００２０】
この自己相関計は、入射された被測定光（パルス光）のビームを反射する分割ミラー１０を備えた分割ミラーユニット１２と、分割ミラー１０によって反射されたビームを集光する集光ミラー１４と、集光ミラー１４によって集光されたビームの入射を検出して自己相関信号を発生する自己相関信号発生手段および自己相関信号発生手段が発生した自己相関信号を検出する検出手段としての２光子吸収光検出器１６とを有している。なお、２光子吸収光検出器１６は、ＧａＡｓＰなどを有して構成することができる。
【００２１】
自己相関信号発生手段は、２次以上の高次の相関信号を発生する非線形光学現象を生じさせるものであり、上記した２光子吸収光検出器の他に、例えば、非線形光学結晶による第二高調波発生、原子または分子の二光子電離または多光子電離、原子または分子の二光子内殻電子電離、第二高調波または第三高調波発生などの現象を生ずるものを用いることができる。なお、これらについては、後に詳述する。
【００２２】
ここで、分割ミラーユニット１２は、通常の反射ミラーを中央から２分割して固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２とに分離した分割ミラー１０（図３参照）と、固定ミラー１０−１を固定的に支持するとともに可動ミラー１０−２をＰＺＴ１８を介して移動自在に支持する支持ブロック２０とを有している。
【００２３】
被測定光のビームは、固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２と境界を跨ぐように分割ミラーに入射される。その際に、被測定光のビームを入射された領域が、固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２とで略等しくなるように、被測定光のビームを照射することが好ましい。
【００２４】
ここで、ＰＺＴ１８を駆動すると可動ミラー１０−２が矢印Ｂ方向（被測定光のビームの光路方向）に移動され、固定ミラー１０−１の反射面Ｒ１と可動ミラー１０−２の反射面Ｒ２との間で被測定光のビームの光路方向に位置ずれを生じ、反射面Ｒ１と反射面Ｒ２とが同一平面上に位置しなくなる。このため、固定ミラー１０−１に反射されてから２光子吸収光検出器１６に集光されるビームの光路と可動ミラー１０−２に反射されてから２光子吸収光検出器１６に集光されるビームの光路との間で、光路長に差異が生じるようになる。
【００２５】
従って、ＰＺＴ１８を駆動して可動ミラー１０−２を移動することにより、固定ミラー１０−１により反射されて２光子吸収光検出器１６に集光されるビームに対し、可動ミラー１０−２により反射されて２光子吸収光検出器１６に集光されるビームに遅延時間を与えることができる。
【００２６】
なお、ＰＺＴ１８の駆動により可動ミラー１０−２を移動する距離Ｌは、例えば、１５μｍ〜３０μｍであり、遅延時間としては、１００ｆｓ〜２００ｆｓが与えられる。また、分割ミラー１０の直径Ｄ１は、例えば、２０ｍｍ〜３０ｍｍであり、分割ミラー１０に入射されるパルス光のビーム径Ｄ２は、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍである（図３参照）。
【００２７】
以上の構成において、被測定光（パルス光）のビーム５０の中心が、固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２との境界に位置し、被測定光（パルス光）のビーム５０が固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２とを跨ぐように分割ミラー１０に入射する（図３参照）。
【００２８】
このように、被測定光のビーム５０の中心が分割ミラー１０における固定ミラー１０−１と可動ミラー１０−２との境界５２に位置するように照射し、被測定光を分割ミラー１０によって空間的に二分した後に集光ミラー１４によって集光すると、集光点において二分された二つのビームは重なり、かつ、同じ強度分布を持つが、その波面は互いに逆方向に傾いている（図４参照）。
【００２９】
このため、二つのビームに遅延時間を与えると、図５の集光点における干渉プロファイルに示されているように、遅延時間、即ち、位相のずれに応じて合成場の強度分布が変化する。図５において、φは二つのビームの位相のずれを示しており、「φ＝０」は位相のずれのない状態を示し、「φ＝π」は位相が半波長分ずれた状態を示している。
【００３０】
この強度分布の変化に伴う２次相関信号を２光子吸収光検出器１６で検出することにより、公知の手法によりフリンジ分解自己相関波形を得ることができる（図６参照）。図６は、被測定光のパルス幅（半値全幅）が１４ｆｓの場合の数値計算の結果を示しており、その場合の自己相関幅は２３ｆｓとなり、半値全幅の比は１．６３となる。
【００３１】
こうした本発明による自己相関計によれば、透過光学素子を用いていないので、被測定光の損失を低く抑えられ、斜入射鏡を適用することができるようになる。
【００３２】
また、固定ミラーと可動ミラーとが隣接し、コンパクトで安定な構成となるため、高い時間分解能が得られる。
【００３３】
ここで、本願発明者による実験結果について説明する。実験装置としては、図７に示すように本発明による自己相関計を組み込んだ装置構成を用いるが、図２に示す構成と同一あるいは相当する構成には図２と同一の符号を付して示している。
【００３４】
即ち、モード同期チタンサファイア（Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ）レーザー発振器（パルス幅＝１２ｆｓ）の出力光を被測定光として本発明による自己相関計に入射し、そのビームを分割ミラー１０で空間的に二分するとともに、ＰＺＴ１８の駆動により可動ミラー１０−２を移動して遅延時間を与えた。さらに、二つのビームを集光し、集光点において２光子吸収光検出器１６を用いて自己相関信号を測定した。その結果が図８に示されており、図６に示す数値計算の結果と一致していて、本発明による自己相関計により元のパルス幅を反映した自己相関波形を得ることができることが確認された。
【００３５】
次に、上記した実施の形態においては、自己相関信号発生手段として２光子吸収光検出器を用いたが、自己相関信号発生手段はこれに限られるものではない。以下に、自己相関信号発生手段の他の例について説明する。
【００３６】
まず、波長４００ｎｍまでの可視光に対しては、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＤＰなどの非線形光学結晶を用いて自己相関信号として第二高調波を発生させ、その強度を観測するようにしたものでもよい。
【００３７】
また、波長５０ｎｍまでの極端紫外光に対しては、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）を用いて二光子電離または多光子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させ、発生した電子数あるいはイオン数を観測するようにしたものでもよい。
【００３８】
さらに、波長５０ｎｍ以下の極端紫外光および軟Ｘ線光に対しては、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂなどを用いて二光子内殻電子電離により自己相関信号として電子あるいはイオンを発生させ、発生した電子数、イオン数あるいは二光子内殻電子電離に関連して発する蛍光強度を観測するようにしたものでもよい。
【００３９】
なお、全ての波長に対しては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇなどの金属やＳｉやＧａＡｓなどの半導体、誘電体を用いて自己相関信号として第二高調波光または第三高調波光を発生させ、第二高調波光または第三高調波光の強度を観測するようにしたものでもよい。
【００４０】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形してもよい。
【００４１】
（１）上記した実施の形態においては、分割ミラー１０によって反射された被測定光のビームを集光ミラー１４によって２光子吸収光検出器１６に集光するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。例えば、分割ミラー１０を斜入射の非球面ミラーなどの集光ミラーで構成することによって、分割ミラー１０が集光ミラー１４の機能を兼ね備えるようにしてもよい。このように構成すると、集光ミラー１４を用いる必要がないので、全体の構成を簡略化することができる。
【００４２】
（２）上記した実施の形態においては、可動ミラー１０−２を移動させる手段としてＰＺＴ１８を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、モーターなどの各種の駆動手段を用いることができる。また、人手によって移動させてもよい。
【００４３】
（３）上記した実施の形態においては、分割ミラー１０の製造方法についての詳細な説明は省略したが、分割ミラー１０は、１枚ものとして製造された通常のミラーを半分に切断し、その切断したものをそれぞれ固定ミラーならびに可動ミラーとして用いることが好ましい。
【００４４】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、極端紫外域や軟Ｘ線領域の短波長を含む幅広い波長域においてパルス光のパルス幅を測定することができる自己相関計を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自己相関計の要部構成を示す概略構成説明図である。
【図２】（ａ）は本発明による自己相関計の実施の形態の一例の要部構成を示す概略構成説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ矢視図である。
【図３】分割ミラーの説明図である。
【図４】電界強度と位相の関係を示す説明図である。
【図５】集光点における干渉プロファイルを示す説明図である。
【図６】自己相関波形（数値計算）の説明図である。
【図７】実験装置の概略構成説明図である。
【図８】実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０        分割ミラー
１０−１    固定ミラー
１０−２    可動ミラー
１２        分割ミラーユニット
１４        集光ミラー
１６        ２光子吸収光検出器
１８        ＰＺＴ
２０        支持ブロック
【図１】
0003736410.tif 000002
【図２】
0003736410.tif 000003
【図３】
0003736410.tif 000004
【図４】
0003736410.tif 000005
【図５】
0003736410.tif 000006
【図６】
0003736410.tif 000007
【図７】
0003736410.tif 000008
【図８】
0003736410.tif 000009