信号波形测定装置以及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术的信号波形测定装置（１Ａ）由信号光学系统（１１）、参照光学系统（１６）、设定信号光（Ｌ１）与参照光（Ｌ２）的时间差的时间差设定手部（１２）、包含染料分子结晶的结合体并以与入射到结晶集合体的入射光强度的ｒ次方（ｒ＞１）成比例的强度生成波长被变换为比入射光的波长短的变换光（Ｌ５）的波长变换元件（２０）、在元件（２０）中检测以与信号光（Ｌ１）的强度和参照光（Ｌ２）的强度以及与两者的时间差相对应的强度生成的变换光（Ｌ５）的光检测器（３０）、对变换光（Ｌ５）的检测结果进行解析从而获得信号光（Ｌ１）的时间波形的信号波形解析部（４０）构成。由此，可以实现以简单的结构高精度地检测信号光的时间波形的信号波形测定装置以及测定方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测定信号光的时间波形的信号波形测定装置以及信号波形测定方法。
技术介绍
一直以来，作为脉冲状信号光的时间波形的测定方法，众所周知的有光采样法以 及利用高速扫描照相机(streak camera)的测定方法(参照专利文献1 4)。在光采样 法中，利用非线性光学结晶导致的和频产生(sum frequency generation)以及差频产生 (difference frequencygeneration)测定被测定对象的信号光的时间波形。此外，在利用 高速扫描照相机的测定方法中，通过电气性地对信号光被光电变换而产生的电子进行时基 扫描而测定信号光的时间波形。日本专利特开2003-35602号公报 日本专利特公平5-74013号公报 日本专利特开平10-132665号公报 日本专利特公昭60-17049号公报 日本专利特开2007-95859号公报 日本专利特开2004-235574号公报 日本专利特开2003-13236号公报 日本专利特开2004-107744号公报专利文献专利文献1专利文献2专利文献3专利文献4专利文献5专利文献6专利文献7专利文献8
技术实现思路
在上述测定方中，在使用光采样法的时间波形的测定中，为了满足在非线性光学 结晶内的相位整合条件，需要进行信号光以及采样光的偏光方向的调整、照射到对应于测 定对象信号光波长的结晶的光的入射角度或者结晶的朝向的调整等。为此，在这样的测定 方法中，存在其测定作业以及测定装置中的调整机构等的结构被复杂化的问题。此外，在光采样法中，在测定例如包含多波长信息的信号光的时间波长的情况下， 需要对每个测定波长都变更非线性结晶方位的机构，使得其结构被复杂化，同时测定时间 较长。此外，在使用差频产生而实行测定的情况下，由于被进行了波长变换(频率变换)的 差频光的强度较弱，所以为了在时间波形的测定中保持充分的S/N比，需要通过光增幅等 来增大信号光强度。然而，一般而言，由于光增幅器的增幅波长区域被固定为较窄，所以需 要将结构改变为对每个信号光的波长都进行测定的装置。此外，除了利用非线性光学结晶和频产生以及差频产生之外，还可考虑例如利用 了双光子吸收发光的时间波形的测定方法。然而，在这样利用双光子吸收的方法中，由于是 通过设想能级的激发过程，所以与上述的相同，具有需要增大信号光强度、或者在时间波形 的测定中难以得到足够的测定精度等问题。此外，在使用高速扫描照相机的时间波形的测定中，由于是以如上所述的方式通4过电气性的扫描而测定时间波形，所以会发生信号光的入射时机以及时基扫描的时机的偏 差(不稳定)，由此会有信号波形测定的精度以及分解能劣化的可能性。此外，相对于测定 对象的信号光，由于光电变换部以及时基扫描部等的装置部分是在真空管中被一体成型， 所以会有所谓的装置构成变得复杂的问题。本专利技术正是为了解决以上所述问题而做出的悉心研究的结果，目的在于提供一种 可以利用简单的结构高精度地测定信号光的时间波形的信号波形测定装置以及信号波形 测定方法。近年来，本专利技术人发现，在向利用结晶保持单元保持染料分子结晶的集合体(结 晶集合体)的元件照射了光之后，利用作为在物质的表面附近渗出的电磁波的近场光的特 殊性质(例如参照专利文献5 8)，可以生成含有波长比入射光短的波长成分的变换光，并 就这样的波长变换元件的特性以及应用等进行了详细的探讨。在对这样的元件的探讨中发现，在结晶集合体上的变换光的发光强度通常相对于 入射光的强度线性(成1次方比例)变化，然而如果改变用于波长变换的染料分子的种类 等条件，则在某种条件下，变换光的发光强度与入射光强度的r次方(r > 1)成比例(例如 与其2次方成比例)。本申请专利技术人通过利用这样的波长变换现象及其特性，发现可以以高 精度测定信号光的时间波形，从而完成了本专利技术。S卩，本专利技术的信号波形测定装置的特征在于，具备⑴对成为时间波形的测定对 象的脉冲状信号光进行导光的信号光学系统、(2)对被用于信号光的时间波形测定的参照 光进行导光的参照光学系统、(3)针对信号光学系统以及参照光学系统的至少一方而设置， 设定信号光与参照光的时间差的时间差设定部、(4)包含染料分子结晶的集合体，以与入射 到染料分子结晶的集合体的入射光强度的r次方(r > 1)成比例的强度，生成波长被变换 为小于入射光的波长的变换光的波长变换元件、(5)通过入射来自于信号光学系统的信号 光以及来自于参照光学系统的参照光，在波长变换元件中检测出以信号光的强度、参照光 的强度以及对应于两者的时间差的强度而生成的变换光的光检测单元、(6)根据光检测单 元中的变换光的检测结果进行解析，从而获得信号光的时间波形的信号波形解析单元。此外，本专利技术的信号波形测定方法的特征在于，具备(1)由信号光学系统对成为 时间波形的测定对象的脉冲状信号光进行导光的信号光导光步骤、(2)由参照光学系统对 被用于信号光的时间波形测定的参照光进行导光的参照光导光步骤、(3)在信号光学系统 以及参照光学系统的至少一个系统中设定信号光与参照光的时间差的时间差设定步骤、 (4)使用包含染料分子结晶的集合体的波长变换元件，以与入射到染料分子结晶的集合体 的入射光强度的r次方(r> 1)成比例的强度，生成波长被变换为小于入射光的波长的变 换光的波长变换步骤、(5)通过入射来自于信号光学系统的信号光以及来自于参照光学系 统的参照光，在波长变换元件上检测出以对应于信号光的强度、参照光的强度以及两者的 时间差的强度而生成的变换光的光检测步骤、(6)根据光检测步骤中的变换光的检测结果 进行解析，从而获得信号光的时间波形的信号波形解析步骤。在上述的中，将包含处于多个染料分子结晶互相 挨近的状态的结晶集合体的元件作为波长变换元件来使用。如果向这样的的波长变换元件 入射规定波长的光，例如波长比染料分子的吸收端长且不产生电子能级的激发的光，则在 入射了光的染料分子结晶的表面附近会产生近场光。此时，由于近场光的较大的电场梯度，在位于其结晶的附近的结晶内的染料分子 中，振动能级(声子phonon)被激发，由此而生成包含波长比入射光短的波长成分(高能量 的成分)的变换光。这样，利用将染料分子结晶的集合体作为波长变换介质的结构，则通过 利用近场光，可以实现通常的吸收过程中的电子能级的激发所导致的荧光产生中不能发生 的、生成比入射光的波长短的变换光的波长变换。此外，在这样的结构中，在以与入射光强度的r次方(r > 1)成比例的强度生成变 换光的条件下构成波长变换元件，同时向该波长变换元件入射由时间差设定部设定并控制 彼此的时间差的信号光和参照光。此时，由于信号光脉冲以及参照光脉冲的时间性的重叠 状态，在波长变换元件上以信号光的强度、参照光的强度以及对应于信号光与参照光的时 间差的强度生成变换光。于是，对于该变换光的检测结果，通过参照信号光和参照光的时间 差的信息而进行解析，可以获得信号光的时间波形。综上所述，利用这样的结构，可以实现 以简单而价廉的结构高精度地测定信号光的时间波形的。利用上述的，向包含染料分子结晶的集合体、且 在以与入射光强度的r次方(r > 1)成比例的强度生成变换光的条件下构成的波长变换元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号波形测定装置，其特征在于，具备：信号光学系统，对成为时间波形的测定对象的脉冲状信号光进行导光；参照光学系统，对被用于所述信号光的所述时间波形的测定的参照光进行导光；时间差设定部，针对所述信号光学系统以及所述参照光学系统的至少一方而设置，设定所述信号光与所述参照光的时间差；波长变换元件，包含染料分子结晶的集合体，并以与入射到所述染料分子结晶的集合体的入射光的强度的ｒ次方（ｒ＞１）成比例的强度，生成波长被变换为比所述入射光的波长短的变换光；光检测单元，通过入射来自于所述信号光学系统的所述信号光以及来自于所述参照光学系统的所述参照光，在所述波长变换元件中检测以与所述信号光的强度、所述参照光的强度以及对应于两者的时间差的强度而生成的所述变换光；以及信号波形解析单元，对所述光检测单元中的所述变换光的检测结果进行解析，从而获得所述信号光的所述时间波形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤原弘康，川添忠，大津元一，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]