JP2021189184A - Measuring system and detector used in measuring system - Google Patents

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安信 有川
Yasunobu Arikawa
雅人 太田
Masahito Ota
誠 中嶋
Makoto Nakajima
アレッシオ モラーチェ
Alessio Morace
勇輝 安部
Yuki Abe
覚文 余語
Satofumi Yogo
宏之 白神
Hiroyuki Shiragami
将唯 浅野
Shoi Asano
明 大友
Akira Otomo
俊樹 山田
Toshiki Yamada
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

To enable performing time resolution measurement of a high-intensity object to be measured.SOLUTION: In a measuring system (1), a chirp pulse laser of linearly polarized light emitted by a laser emission device (11) for detection is incident to a Pockels element (152) of a detector (15) via an optical fiber (151). Transmitted light transmitted through the Pockels element (152) is incident to an analyzer (16) through the optical fiber (151). The analyzer (16) analyzes the transmitted light on the basis of a wavelength and a polarization state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、計測対象の時間分解計測を行う計測システム等に関する。 The present invention relates to a measurement system or the like that performs time-resolved measurement of a measurement target.

極めて短い時間内に生じる現象を計測する装置として、ストリークカメラが知られている。下記の非特許文献１には、ストリークカメラの動作原理が示されている。ストリークカメラは、被測定光をストリーク管の光電面に結像させて、その強度に応じた光電子を発生させ、これを加速電極によって加速して蛍光面に向けて移動させる。この際、ストリークカメラは、加速方向に垂直な掃引電界をかけることにより、光電子群を空間方向に位置分解する。そして、ストリークカメラは、この光電子群を蛍光面で光に変換し、この光の像をストリーク像として生成する。ストリークカメラの時間分解は極めて高く、例えば１ピコ秒の時間分解計測で光を計測できるものも存在する。 A streak camera is known as a device for measuring a phenomenon that occurs in an extremely short time. The following Non-Patent Document 1 shows the operating principle of a streak camera. The streak camera forms an image of the light to be measured on the photoelectric surface of the streak tube, generates photoelectrons according to the intensity thereof, accelerates the photoelectrons according to the intensity, and moves the light toward the phosphor screen. At this time, the streak camera applies a sweep electric field perpendicular to the acceleration direction to decompose the photoelectron group in the spatial direction. Then, the streak camera converts this photoelectron group into light on the phosphor screen, and generates an image of this light as a streak image. The time decomposition of a streak camera is extremely high, and there are some that can measure light by, for example, 1 picosecond time decomposition measurement.

「動作原理 | ストリークカメラ | 浜松ホトニクス」［2020年5月19日検索］インターネット〈ＵＲＬ：https://www.hamamatsu.com/jp/ja/product/photometry-systems/streak-camera/operating-principle/index.html〉"Operating principle | Streak camera | Hamamatsu Photonics" [Search on May 19, 2020] Internet <URL: https://www.hamamatsu.com/jp/ja/product/photometry-systems/streak-camera/operating-principle /index.html>

ストリークカメラは、上記のとおり被測定光をストリーク管の光電面に結像させる構成となっている。このため、ストリークカメラで計測可能な光の強度には制限があり、強度の高い光の計測にストリークカメラを適用することは難しい。 As described above, the streak camera has a configuration in which the light to be measured is imaged on the photoelectric surface of the streak tube. Therefore, the intensity of light that can be measured by the streak camera is limited, and it is difficult to apply the streak camera to the measurement of high-intensity light.

本発明の一態様は、ストリークカメラでは計測が難しい高強度の光やレーザ等の種々の計測対象についても時間分解計測を行うことが可能な計測システム等を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention is to realize a measurement system or the like capable of performing time-resolved measurement even for various measurement targets such as high-intensity light and laser, which are difficult to measure with a streak camera.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る計測システムは、計測対象の時間分解計測を行う計測システムであって、検出用レーザ出射装置と、ポッケルス素子と光ファイバとを備える検出器と、分析装置と、を含み、上記検出用レーザ出射装置は、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光を出射し、上記計測対象は、上記検出器に入射して上記ポッケルス素子の周囲に電界を発生させ、上記光ファイバは、上記レーザ光を上記ポッケルス素子に導光すると共に、上記レーザ光が上記ポッケルス素子を透過した透過光を上記分析装置に導光し、上記分析装置は、上記透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する。 In order to solve the above problems, the measurement system according to one aspect of the present invention is a measurement system that performs time-resolved measurement of a measurement target, and includes a detection laser emitting device, a Pockels element, and an optical fiber. The detection laser emitting device, which includes a device and an analyzer, emits linearly polarized laser light consisting of pulses whose wavelength continuously changes with time, and the measurement target is incident on the detector. An electric field is generated around the Pockels element, and the optical fiber guides the laser light to the Pockels element and guides the transmitted light transmitted by the laser light through the Pockels element to the analyzer. The analyzer analyzes the transmitted light based on the wavelength and the polarization state.

また、本発明の一態様に係る検出器は、計測対象の時間分解計測を行う計測システムで使用される検出器であって、ポッケルス素子と光ファイバとを備え、上記光ファイバは、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光を上記ポッケルス素子に導光すると共に、当該レーザ光が上記ポッケルス素子を透過した透過光を、該透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する分析装置に導光する。 Further, the detector according to one aspect of the present invention is a detector used in a measurement system that performs time-resolved measurement of a measurement target, and includes a Pockels element and an optical fiber, and the optical fiber has a continuous wavelength. A linearly polarized laser light composed of pulses that change with time is guided to the Pockels element, and the transmitted light transmitted by the laser light through the Pockels element is analyzed based on the wavelength and the polarization state of the transmitted light. Guide the light to the analyzer.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る計測システムは、計測対象の時間分解計測を行う計測システムであって、検出用レーザ出射装置と、光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備える検出器と、分析装置と、を含み、上記検出用レーザ出射装置は、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を出射し、上記光ファイバは、上記検出器に入射した上記計測対象により生じた電界により電気光学効果が発生した上記電気光学素子に上記レーザ光を導光すると共に、上記レーザ光が当該電気光学素子を透過した透過光を上記分析装置に導光し、上記分析装置は、上記透過光を波長に基づいて分析する。 In order to solve the above-mentioned problems, the measurement system according to one aspect of the present invention is a measurement system that performs time-resolved measurement of a measurement target, and exhibits an electro-optical effect by a detection laser emitting device, an optical fiber, and an electric field. The detection laser emitting device includes a detector including an electro-optical element to generate the light and an analyzer, the detection laser emitting device emits a laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time, and the optical fiber emits a laser beam consisting of a pulse whose wavelength continuously changes with time. The laser beam is guided to the electro-optical element in which the electro-optical effect is generated by the electric field generated by the measurement target incident on the device, and the transmitted light transmitted by the laser light through the electro-optical element is transmitted to the analyzer. The light is guided and the analyzer analyzes the transmitted light based on the wavelength.

また、本発明の一態様に係る検出器は、計測対象の時間分解計測を行う計測システムで使用される検出器であって、光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備え、上記光ファイバは、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を上記電気光学素子に導光すると共に、当該レーザ光が上記電気光学素子を透過した透過光の波長に基づいて分析する分析装置に導光する。 Further, the detector according to one aspect of the present invention is a detector used in a measurement system that performs time-resolved measurement of a measurement target, and includes an electro-optical element that generates an electro-optical effect by an optical fiber and an electric field. The optical fiber guides a laser beam composed of pulses whose wavelength continuously changes with time to the electro-optical element, and analyzes the laser light based on the wavelength of transmitted light transmitted through the electro-optical element. Guide to the device.

本発明の一態様によれば、高強度の計測対象についても時間分解計測を行うことができる。 According to one aspect of the present invention, time-resolved measurement can be performed even for a high-intensity measurement target.

本発明の一実施形態に係る計測システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measurement system which concerns on one Embodiment of this invention. 上記計測システムにおける計測原理と分析装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle in the said measurement system, and the configuration example of an analyzer. 上記分析装置の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the said analyzer. 上記計測システムによる計測結果の出力例を示す図である。It is a figure which shows the output example of the measurement result by the said measurement system. 検出器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a detector. 上記計測システムによる検出感度と分解能を確認するためのシミュレーションについて説明する図である。It is a figure explaining the simulation for confirming the detection sensitivity and resolution by the said measurement system. グリップを備える検出器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the detector provided with a grip. 複数の検出器を備えた計測システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the measurement system provided with a plurality of detectors. 本発明の実施形態２に係る計測システムの概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the measurement system which concerns on Embodiment 2 of this invention. シュタルク効果を生じさせる電気光学素子の一例である光電ポリマーの構成と、その光吸収特性を示す図である。It is a figure which shows the structure of the photoelectric polymer which is an example of the electro-optical element which causes the Stark effect, and the light absorption characteristic thereof. シュタルク効果を利用して超高速電子とＸ線の時間分解計測を行う実験に用いた計測システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the measurement system used in the experiment which performs the time-resolved measurement of ultrafast electron and X-ray using the Stark effect. 図１１に示すデータを用いて生成した、超高速電子とＸ線の強度の時系列変化を示す図である。It is a figure which shows the time-series change of the intensity of an ultrafast electron and an X-ray generated by using the data shown in FIG.

〔実施形態１〕
〔システム構成〕
本発明の一実施形態に係る計測システムの構成を図１に基づいて説明する。図１は、計測システム１の構成例を示す図である。詳細は以下説明するが、計測システム１によれば、電磁波・電子・イオン・中性子・ガンマ線・Ｘ線・可視光等を１ピコ秒程度の超高時間分解能で計測することが可能である。このような計測は、例えば超短パルス現象を扱う科学研究や工業において非常に有用である。 [Embodiment 1]
〔System configuration〕
The configuration of the measurement system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the measurement system 1. Details will be described below, but according to the measurement system 1, it is possible to measure electromagnetic waves, electrons, ions, neutrons, gamma rays, X-rays, visible light, etc. with an ultra-high time resolution of about 1 picosecond. Such measurements are very useful, for example, in scientific research and industry dealing with ultrashort pulse phenomena.

図１に示す計測システム１には、検出用レーザ出射装置１１、ファイバサーキュレータ１３、検出器１５、および分析装置１６が含まれている。また、検出用レーザ出射装置１１には、レーザ発振器１１１と偏光子１１２が含まれており、検出器１５には光ファイバ１５１が含まれている。 The measurement system 1 shown in FIG. 1 includes a detection laser emitting device 11, a fiber circulator 13, a detector 15, and an analyzer 16. Further, the detection laser emitting device 11 includes a laser oscillator 111 and a polarizing element 112, and the detector 15 includes an optical fiber 151.

検出用レーザ出射装置１１は、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光を出射する。より詳細には、レーザ発振器１１１が、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を出射し、このレーザ光が偏光子１１２を透過することにより直線偏光となって、検出用レーザ出射装置１１から出射される。 The detection laser emitting device 11 emits a linearly polarized laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time. More specifically, the laser oscillator 111 emits a laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time, and the laser beam passes through the polarizing element 112 to become linearly polarized light, resulting in linearly polarized light, which is a detection laser emitting device. Emitted from 11.

なお、波長が連続的に経時変化するパルスは、チャープパルスと呼ばれる。チャープパルスは、例えば、超短パルスレーザ光を回折格子からなる波長チャープ装置によってチャーピングすることにより得られる。以下、検出用レーザ出射装置１１から出射されるレーザ光をチャープパルスレーザと呼ぶ。チャープパルスレーザは、検出器１５で計測対象を検出するために用いられるレーザ光である。検出用レーザ出射装置１１が出射するチャープパルスレーザは、ファイバサーキュレータ１３に入射する。なお、偏光子１１２は、レーザ発振器１１１に内蔵されていてもよい。 A pulse whose wavelength continuously changes with time is called a chirped pulse. The chirp pulse is obtained, for example, by chirping an ultrashort pulse laser beam with a wavelength chirp device composed of a diffraction grating. Hereinafter, the laser light emitted from the detection laser emitting device 11 is referred to as a chirped pulse laser. The chirped pulse laser is a laser beam used to detect a measurement target by the detector 15. The chirped pulse laser emitted by the detection laser emitting device 11 is incident on the fiber circulator 13. The polarizing element 112 may be built in the laser oscillator 111.

ファイバサーキュレータ１３は、検出用レーザ出射装置１１が出射するチャープパルスレーザを検出器１５に導光する。また、当該チャープパルスレーザは、検出器１５の内部で反射して戻ってくるので、ファイバサーキュレータ１３は、この戻り光を分析装置１６に導光する。 The fiber circulator 13 guides the chirped pulse laser emitted by the detection laser emitting device 11 to the detector 15. Further, since the chirped pulse laser is reflected inside the detector 15 and returned, the fiber circulator 13 guides the return light to the analyzer 16.

検出器１５は、計測対象を検出するものである。図１には検出器１５の構成を拡大図で示している。図示のように、検出器１５は、光ファイバ１５１と、ポッケルス素子１５２と、反射板１５３と、コーティング部１５４とを備える。なお、図１では、光ファイバ１５１の端面とポッケルス素子１５２とを離して記載しているが、これらは密着した状態で固定される。ポッケルス素子１５２と反射板１５３についても同様である。 The detector 15 detects the measurement target. FIG. 1 shows an enlarged view of the configuration of the detector 15. As shown in the figure, the detector 15 includes an optical fiber 151, a Pockels element 152, a reflector 153, and a coating portion 154. Although the end face of the optical fiber 151 and the Pockels element 152 are described separately in FIG. 1, they are fixed in close contact with each other. The same applies to the Pockels element 152 and the reflector 153.

光ファイバ１５１は、チャープパルスレーザをポッケルス素子１５２に導光する。また、光ファイバ１５１は、チャープパルスレーザがポッケルス素子１５２を透過した透過光をファイバサーキュレータ１３経由で分析装置１６に導光する。光ファイバ１５１としては、その内部を通る光の偏光状態を変化させないシングルモードの光ファイバを用いる。 The optical fiber 151 guides the chirped pulse laser to the Pockels element 152. Further, the optical fiber 151 guides the transmitted light transmitted by the chirped pulse laser through the Pockels element 152 to the analyzer 16 via the fiber circulator 13. As the optical fiber 151, a single mode optical fiber that does not change the polarization state of the light passing through the inside thereof is used.

ポッケルス素子１５２は、電界によりポッケルス効果が生じる素子である。ポッケルス効果とは、電界の印加により複屈折性が生じる現象であり、ポッケルス効果が生じたポッケルス素子１５２を光が透過すると、その偏光状態が変化する。ポッケルス素子１５２としては、例えば、ＤＡＳＴ（4'-dimethylamino-N-metyl-4-stilbazolium tosylate）結晶等のように、電界の印加により複屈折性が生じる各種結晶を用いることができる。このような結晶はポッケルス結晶とも呼ばれる。 The Pockels element 152 is an element in which the Pockels effect is generated by an electric field. The Pockels effect is a phenomenon in which birefringence is generated by applying an electric field, and when light is transmitted through the Pockels element 152 in which the Pockels effect is generated, its polarization state changes. As the Pockels element 152, various crystals having birefringence caused by the application of an electric field, such as a DAST (4'-dimethylamino-N-metyl-4-stilbazolium tosylate) crystal, can be used. Such crystals are also called Pockels crystals.

反射板１５３は、光を反射するものである。反射板１５３は、ポッケルス素子１５２における図１の左右方向の２つの端面のうち、光ファイバ１５１が接続されている側の端面とは反対側の端面に接続されている。つまり、ポッケルス素子１５２は、反射板１５３と光ファイバ１５１の端面とに挟まれて配置されている。 The reflector 153 reflects light. The reflector 153 is connected to the end face of the Pockels element 152 in the left-right direction, which is opposite to the end face to which the optical fiber 151 is connected, out of the two end faces in the left-right direction. That is, the Pockels element 152 is arranged so as to be sandwiched between the reflector 153 and the end face of the optical fiber 151.

このため、光ファイバ１５１からポッケルス素子１５２に入射するチャープパルスレーザは、ポッケルス素子１５２を透過して反射板１５３で反射し、再度ポッケルス素子１５２を透過して光ファイバ１５１に戻る。反射板１５３を設けることにより、ポッケルス素子１５２に入射したチャープパルスレーザの大部分を戻り光として光ファイバ１５１に戻すことができる。 Therefore, the charp pulse laser incident on the Pockels element 152 from the optical fiber 151 passes through the Pockels element 152 and is reflected by the reflecting plate 153, and again passes through the Pockels element 152 and returns to the optical fiber 151. By providing the reflector 153, most of the chirped pulse laser incident on the Pockels element 152 can be returned to the optical fiber 151 as return light.

また、図１に示すように、反射板１５３は、計測対象とポッケルス素子１５２との間に位置しているから、計測対象がポッケルス素子１５２や光ファイバ１５１に入射することを防ぐ保護材としても機能する。計測システム１では、計測対象がポッケルス素子１５２や光ファイバ１５１に入射せず、それゆえ分析装置１６にも入射しない。このため、例えば計測対象が大強度レーザのパルス等であっても、その強度により分析装置１６等が損傷を受けることがない。 Further, as shown in FIG. 1, since the reflector 153 is located between the measurement target and the Pockels element 152, it can also be used as a protective material to prevent the measurement target from being incident on the Pockels element 152 or the optical fiber 151. Function. In the measurement system 1, the measurement target does not incident on the Pockels element 152 or the optical fiber 151, and therefore does not incident on the analyzer 16. Therefore, for example, even if the measurement target is a pulse of a high-intensity laser or the like, the analyzer 16 or the like is not damaged by the intensity.

なお、反射板１５３を設けない場合でも、偏光レーザ光は、ポッケルス素子１５２の端面（光ファイバ１５１が接続されていない側の端面）で反射して光ファイバ１５１に戻る。このため、反射板１５３は省略することも可能である。 Even if the reflector 153 is not provided, the polarized laser light is reflected by the end face of the Pockels element 152 (the end face on the side to which the optical fiber 151 is not connected) and returns to the optical fiber 151. Therefore, the reflector 153 can be omitted.

コーティング部１５４は、ポッケルス素子１５２および光ファイバ１５１の先端部を覆うように形成されている。コーティング部１５４を設けることは必須ではないが、計測感度の向上や検出器１５の耐久性の向上のために、コーティング部１５４を設けることが好ましい。 The coating portion 154 is formed so as to cover the tip portions of the Pockels element 152 and the optical fiber 151. Although it is not essential to provide the coating portion 154, it is preferable to provide the coating portion 154 in order to improve the measurement sensitivity and the durability of the detector 15.

例えば、計測対象が光である場合、光を反射する金属などでコーティング部１５４を形成し、計測対象である光がポッケルス素子１５２や光ファイバ１５１に入射することを防ぐことが可能である。また、例えば、計測対象が中性子である場合に、電磁波を遮蔽するコーティング部１５４を形成して、中性子の測定に対する電磁波の影響を防いでもよい。このように、計測においてノイズとなるものをコーティング部１５４により遮蔽することにより、計測感度を向上させることができる。 For example, when the measurement target is light, it is possible to form the coating portion 154 with a metal or the like that reflects light to prevent the light to be measured from incident on the Pockels element 152 or the optical fiber 151. Further, for example, when the measurement target is a neutron, a coating portion 154 that shields the electromagnetic wave may be formed to prevent the influence of the electromagnetic wave on the measurement of the neutron. In this way, the measurement sensitivity can be improved by shielding the noise in the measurement by the coating portion 154.

分析装置１６は、ポッケルス素子１５２を透過した透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する。そして、コンピュータ１７は、分析装置１６の分析結果の出力や、分析結果に基づく演算等を行う。なお、分析装置１６の詳細については後述する。 The analyzer 16 analyzes the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 based on the wavelength and the polarization state. Then, the computer 17 outputs the analysis result of the analysis device 16, performs calculations based on the analysis result, and the like. The details of the analyzer 16 will be described later.

〔計測原理と分析装置の構成例１〕
図２は、計測システム１における計測原理と分析装置１６の構成例を示す図である。図２では、検出用レーザ出射装置１１が出射するチャープパルスレーザを構成するチャープパルスをＰ１〜Ｐ５で示している。チャープパルスＰ１〜Ｐ５は波長がそれぞれ相違している。具体的には、チャープパルスＰ１が最も短波長であり、Ｐ５にかけて波長が順次長くなる。 [Measurement principle and configuration example of analyzer 1]
FIG. 2 is a diagram showing a measurement principle in the measurement system 1 and a configuration example of the analyzer 16. In FIG. 2, the chirped pulses constituting the chirped pulse laser emitted by the detection laser emitting device 11 are shown by P1 to P5. The wavelengths of the chirped pulses P1 to P5 are different from each other. Specifically, the chirped pulse P1 has the shortest wavelength, and the wavelength gradually increases toward P5.

チャープパルスＰ１〜Ｐ５は、光ファイバ１５１を通ってポッケルス素子１５２に入射する。そして、ポッケルス素子１５２に入射したチャープパルスＰ１〜Ｐ５は、反射板１５３で反射して光ファイバ１５１に戻り、その後、分析装置１６に入射する。 The chirped pulses P1 to P5 are incident on the Pockels element 152 through the optical fiber 151. Then, the chirped pulses P1 to P5 incident on the Pockels element 152 are reflected by the reflector 153 and returned to the optical fiber 151, and then incident on the analyzer 16.

ここで、チャープパルスＰ１〜Ｐ５がポッケルス素子１５２を透過している期間中に、計測対象が反射板１５３に入射すると、その入射に起因してポッケルス素子１５２に電界が生じる。図２の例では、ポッケルス素子１５２の２つの端面のうち、反射板１５３が設けられている側の端面に負の電荷が生じ、これによりポッケルス素子１５２の他の端面との間に電界が発生している。 Here, if the measurement target is incident on the reflector 153 while the chirped pulses P1 to P5 are passing through the Pockels element 152, an electric field is generated in the Pockels element 152 due to the incident. In the example of FIG. 2, of the two end faces of the Pockels element 152, a negative charge is generated on the end face on the side where the reflector 153 is provided, and an electric field is generated between the two end faces and the other end faces of the Pockels element 152. is doing.

このようにして電界が発生すると、ポッケルス素子１５２にはポッケルス効果が生じる。このため、ポッケルス素子１５２を透過したチャープパルスＰ１〜Ｐ５のうち、電界が発生している期間、すなわち計測対象が入射した期間に透過したものは偏光状態が変化する。具体的には、計測対象が入射した期間に入射したチャープパルスレーザは、直線偏光が楕円偏光に変わり、偏光軸が回転する。この偏光軸の回転角は電界強度に比例する。一方、その他の期間に透過したものは偏光状態が直線偏光のまま維持される。 When the electric field is generated in this way, the Pockels effect is generated in the Pockels element 152. Therefore, among the chirped pulses P1 to P5 transmitted through the Pockels element 152, those transmitted during the period in which the electric field is generated, that is, the period in which the measurement target is incident, change the polarization state. Specifically, in the chirped pulse laser that is incident during the period when the measurement target is incident, the linearly polarized light is changed to elliptically polarized light, and the polarization axis is rotated. The angle of rotation of this polarization axis is proportional to the electric field strength. On the other hand, the polarized light of the material transmitted during other periods is maintained as linearly polarized light.

ここで、電界が発生した後、ポッケルス効果が生じるまでにはタイムラグがあるが、そのタイムラグは１０フェムト秒かそれ以下の極めて短い時間である。このため、チャープパルスレーザの偏光状態が変化した期間を、計測対象が入射した期間であるとみなすことにより、極めて高精度な時間分解計測が可能になる。 Here, there is a time lag between the generation of the electric field and the occurrence of the Pockels effect, but the time lag is an extremely short time of 10 femtoseconds or less. Therefore, by regarding the period during which the polarization state of the chirped pulse laser is changed as the period during which the measurement target is incident, extremely high-precision time-resolved measurement becomes possible.

例えば、図２の例では、ポッケルス素子１５２を通過したチャープパルスＰ１〜Ｐ５のうち、チャープパルスＰ３とＰ４のみが楕円偏光になっており、他は直線偏光のままである。このことから、チャープパルスＰ３とＰ４がポッケルス素子１５２を通過した期間を、計測対象が入射した期間であるとみなすことができる。 For example, in the example of FIG. 2, among the chirped pulses P1 to P5 that have passed through the Pockels element 152, only the chirped pulses P3 and P4 are elliptically polarized light, and the others remain linearly polarized light. From this, the period during which the chirped pulses P3 and P4 pass through the Pockels element 152 can be regarded as the period during which the measurement target is incident.

図２に示す分析装置１６は、偏光分離装置１６１と波長分光器１６２とを含む。また、波長分光器１６２は、波長分光カメラとも呼ばれるものであり、波長分光素子１６２１と、撮像素子１６２２とを含む。波長分光素子１６２１は、例えば回折格子であってもよい。また、撮像素子１６２２は、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）素子であってもよい。 The analyzer 16 shown in FIG. 2 includes a polarization separator 161 and a wavelength spectroscope 162. Further, the wavelength spectroscope 162 is also called a wavelength spectroscopic camera, and includes a wavelength spectroscopic element 1621 and an image pickup element 1622. The wavelength spectroscopic element 1621 may be, for example, a diffraction grating. Further, the image pickup device 1622 may be, for example, a CCD (Charge-Coupled Device) element.

偏光分離装置１６１は、ポッケルス素子１５２を通過した透過光に含まれるチャープパルスＰ１〜Ｐ５のうち、偏光状態が変化した光成分であるチャープパルスＰ３とＰ４を透過させて波長分光器１６２に出射する。偏光分離装置１６１は、例えば、１／４波長板と偏光ビームスプリッタを含む構成としてもよい。 The polarization separating device 161 transmits the chirped pulses P3 and P4, which are optical components whose polarization state has changed, among the chirped pulses P1 to P5 contained in the transmitted light passing through the Pockels element 152, and emits them to the wavelength spectroscope 162. .. The polarization separator 161 may be configured to include, for example, a 1/4 wave plate and a polarization beam splitter.

ここで、偏光分離装置１６１から出射されたチャープパルスＰ３とＰ４は波長が異なる。このため、チャープパルスＰ３とＰ４は、波長分光素子１６２１の通過後には異なる方向に進み、撮像素子１６２２上で分離されて結像する。波長分光素子１６２１からの光の出射角度は、その光の波長に応じて定まるから、撮像素子１６２２における結像位置は、チャープパルスＰ３とＰ４の波長を示している。 Here, the wavelengths of the chirped pulses P3 and P4 emitted from the polarization separating device 161 are different. Therefore, the chirped pulses P3 and P4 travel in different directions after passing through the wavelength spectroscopic element 1621, and are separated and imaged on the image pickup element 1622. Since the emission angle of light from the wavelength spectroscopic element 1621 is determined according to the wavelength of the light, the imaging position in the imaging element 1622 indicates the wavelengths of the chirped pulses P3 and P4.

また、チャープパルスレーザにおいて、波長と時間は１対１に対応しているから、波長の変化はそのまま時間変化に読み替えることができる。よって、チャープパルスＰ３とＰ４の時間間隔は、撮像素子１６２２に結像したチャープパルスＰ３とＰ４の像の位置から特定することができる。このように、波長分光器１６２を用いることにより撮像素子１６２２に結像したチャープパルスの像の位置を特定することができ、特定した像の位置からポッケルス効果の時間変化を算出することができる。 Further, in the chirped pulse laser, since the wavelength and the time have a one-to-one correspondence, the change in the wavelength can be directly read as the time change. Therefore, the time interval between the chirped pulses P3 and P4 can be specified from the positions of the images of the chirped pulses P3 and P4 imaged on the image sensor 1622. In this way, by using the wavelength spectroscope 162, the position of the image of the chirped pulse imaged on the image sensor 1622 can be specified, and the time change of the Pockels effect can be calculated from the position of the specified image.

また、計測システム１における時間分解能は極めて高いものである。例えば、検出用レーザ出射装置１１が、パルス幅が０．１ｐｓのレーザを発振させ、チャーピングにより、１００ｐｓのパルス幅間をかけて１ｐｓ／１ｎｍで波長が変化する１００ｎｍのチャープパルスを発するとする。この場合、波長分光器１６２に１ｎｍの分解能があれば、計測システム１の時間分解能は１ｐｓとなる。従来、ここまで高度な時間分解計測が可能な機器は、極めて高額なストリークカメラの最高性能製品のみであった。 Further, the time resolution in the measurement system 1 is extremely high. For example, it is assumed that the detection laser emitting device 11 oscillates a laser having a pulse width of 0.1 ps and emits a 100 nm chirped pulse whose wavelength changes at 1 ps / 1 nm over a pulse width of 100 ps by charming. .. In this case, if the wavelength spectroscope 162 has a resolution of 1 nm, the time resolution of the measurement system 1 is 1 ps. In the past, the only equipment capable of such advanced time-resolved measurement was the highest-performance product of an extremely expensive streak camera.

また、パルス幅間を１００ｐｓから１０ｐｓに変更すれば、０．１ｐｓ／１ｎｍで波長が変化するチャープパルスとなるから、１ｎｍの分解能の分光器を用いたときの計測システム１の時間分解能は０．１ｐｓとなる。このようなチャープパルスの変更は検出用レーザ出射装置１１を調整することにより容易に実現できる。 Further, if the pulse width is changed from 100 ps to 10 ps, it becomes a chirped pulse whose wavelength changes at 0.1 ps / 1 nm. Therefore, the time resolution of the measurement system 1 when a spectroscope having a resolution of 1 nm is used is 0. It will be 1 ps. Such a change of the chirped pulse can be easily realized by adjusting the detection laser emitting device 11.

また、上述のように、ポッケルス素子１５２を透過する際の偏光軸の回転角は電界強度に比例する。また、ポッケルス素子１５２に生じる電界の強度は、計測対象である超短パルスの強度に比例する。よって、ポッケルス素子１５２を透過した透過光が偏光分離装置１６１に入射すると、計測対象の強度に応じた強度の光が偏光分離装置１６１から出射される。 Further, as described above, the angle of rotation of the polarizing axis when passing through the Pockels element 152 is proportional to the electric field strength. Further, the strength of the electric field generated in the Pockels element 152 is proportional to the strength of the ultrashort pulse to be measured. Therefore, when the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 is incident on the polarization separation device 161, the light having an intensity corresponding to the intensity of the measurement target is emitted from the polarization separation device 161.

例えば、偏光分離装置１６１が１／４波長板を含む場合、偏光分離装置１６１から出射される光の強度は、偏光軸の回転角に比例する。また、例えば、偏光分離装置１６１が１／４波長板を含まず、例えば偏光子のみからなる場合、偏光分離装置１６１から出射される光の強度は、偏光軸の回転角の２乗に比例する。 For example, when the polarizing separator 161 includes a quarter wave plate, the intensity of the light emitted from the polarizing separator 161 is proportional to the angle of rotation of the polarizing axis. Further, for example, when the polarizing separator 161 does not include a 1/4 wave plate and is composed of only a polarizing element, for example, the intensity of light emitted from the polarizing separator 161 is proportional to the square of the angle of rotation of the polarizing axis. ..

つまり、計測対象の強度によって、ポッケルス素子１５２を通過する際の偏光軸の回転角が決まり、偏光軸の回転角によって偏光分離装置１６１から出射される光の強度が決まる。よって、撮像素子１６２２にて結像する光の強度は、計測対象の強度を示すものとなる。 That is, the intensity of the measurement target determines the rotation angle of the polarizing axis when passing through the Pockels element 152, and the rotation angle of the polarizing axis determines the intensity of the light emitted from the polarizing separator 161. Therefore, the intensity of the light imaged by the image pickup device 1622 indicates the intensity of the measurement target.

そして、計測対象のパルス幅と強度が計測できれば、その波形を導出することもできる。なお、計測対象のパルス幅や強度の算出ならびに波形の導出は、分析装置１６で行う構成としてもよいし、コンピュータ１７等の分析装置１６以外の装置で行う構成としてもよい。 Then, if the pulse width and intensity of the measurement target can be measured, the waveform can be derived. The calculation of the pulse width and the intensity of the measurement target and the derivation of the waveform may be performed by the analyzer 16 or may be performed by a device other than the analyzer 16 such as a computer 17.

以上のように、計測システム１は、検出用レーザ出射装置１１と、ポッケルス素子１５２と光ファイバ１５１とを備える検出器１５と、分析装置１６と、を含む。この検出用レーザ出射装置１１は、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光であるチャープパルスを出射する。また、計測対象は、検出器１５に入射してポッケルス素子１５２の周囲に電界を発生させる。そして、光ファイバ１５１は、チャープパルスレーザをポッケルス素子１５２に導光すると共に、チャープパルスレーザがポッケルス素子１５２を透過した透過光を分析装置１６に導光し、分析装置１６は、上記透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する。 As described above, the measurement system 1 includes a detection laser emitting device 11, a detector 15 including a Pockels element 152 and an optical fiber 151, and an analyzer 16. The detection laser emitting device 11 emits a chirped pulse which is a linearly polarized laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time. Further, the measurement target is incident on the detector 15 to generate an electric field around the Pockels element 152. Then, the optical fiber 151 guides the charp pulse laser to the Pockels element 152, and also guides the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 by the charm pulse laser to the analyzer 16, and the analyzer 16 transmits the transmitted light. Analyze based on wavelength and polarization status.

上記の構成によれば、検出器１５にポッケルス素子１５２が含まれている。このため、計測対象が検出器１５に入射すると、その計測対象により発生する電界によりポッケルス素子１５２にポッケルス効果が生じる。そして、ポッケルス効果が生じると、ポッケルス素子１５２を透過する光の偏光状態が変化する。 According to the above configuration, the detector 15 includes a Pockels element 152. Therefore, when the measurement target is incident on the detector 15, the Pockels effect is generated on the Pockels element 152 by the electric field generated by the measurement target. Then, when the Pockels effect occurs, the polarization state of the light transmitted through the Pockels element 152 changes.

ここで、ポッケルス素子１５２を透過する光は、チャープパルスレーザであるから、その波長が経時変化する。したがって、ポッケルス素子１５２を透過した透過光を波長と偏光状態に基づいて分析することにより、計測対象の計測が可能になる。 Here, since the light transmitted through the Pockels element 152 is a chirped pulse laser, its wavelength changes with time. Therefore, by analyzing the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 based on the wavelength and the polarization state, it is possible to measure the measurement target.

また、計測システム１は、計測対象が発生させたポッケルス効果による偏光状態の変化を検出するものであり、計測対象は分析装置１６には入射しない。よって、計測システム１によれば、ストリークカメラでは計測が難しい高強度の光やレーザ等の種々の計測対象についても時間分解計測を行うことが可能である。 Further, the measurement system 1 detects a change in the polarization state due to the Pockels effect generated by the measurement target, and the measurement target does not enter the analyzer 16. Therefore, according to the measurement system 1, it is possible to perform time-resolved measurement of various measurement targets such as high-intensity light and laser, which are difficult to measure with a streak camera.

なお、計測対象は、ポッケルス素子１５２に電界を発生させるものであればよく、例えば、電荷を有する粒子（電子、イオン等）等であってもよい。また、詳細は図５に基づいて後述するが、ガンマ線やＸ線等の電磁波、中性子、光等を計測対象とすることも可能である。 The measurement target may be any particle that generates an electric field in the Pockels element 152, and may be, for example, charged particles (electrons, ions, etc.). Further, although the details will be described later based on FIG. 5, it is also possible to measure electromagnetic waves such as gamma rays and X-rays, neutrons, and light.

また、分析装置１６は、透過光を波長と偏光状態に基づいて分析するものであればよく、計測システム１の用途に応じて様々な分析装置１６を適用することができる。例えば、計測対象がレーザ光であれば、透過光の波長と偏光状態を分析して、当該レーザ光のパルス幅や波形等を示すデータを出力する分析装置１６を適用してもよい。また、例えば、透過光の波長と偏光状態を分析して、計測対象が検出器１５に入射したか否かを検出する分析装置１６を適用してもよい。 Further, the analyzer 16 may be any as long as it analyzes the transmitted light based on the wavelength and the polarization state, and various analyzers 16 can be applied depending on the application of the measurement system 1. For example, if the measurement target is laser light, an analyzer 16 that analyzes the wavelength and polarization state of the transmitted light and outputs data indicating the pulse width, waveform, and the like of the laser light may be applied. Further, for example, an analyzer 16 that analyzes the wavelength and the polarization state of the transmitted light and detects whether or not the measurement target is incident on the detector 15 may be applied.

さらに、上記の構成によれば、極限まで高速な時間分解計測が可能になる。これは、上述のように、ポッケルス素子に電界が発生してからポッケルス効果が現れるまでの時間遅れは１０フェムト秒以下とも言われているためである。 Further, according to the above configuration, time-resolved measurement at extremely high speed becomes possible. This is because, as described above, the time delay from the generation of the electric field in the Pockels element to the appearance of the Pockels effect is said to be 10 femtoseconds or less.

その他の利点として、計測システム１は、ストリーク管のような高価な構成要素を備えておらず、それゆえストリークカメラと比べて著しく低コストでの製造が可能である点が挙げられる。また、検出器１５は、計測システム１から取り外しが可能であり、取り換えも容易である。それゆえ、例えば検出器１５を核融合プラズマに接触させて、レーザ核融合におけるＸ線・中性子・イオン・電子の時間発展を計測する、といった用途にも適用できる。この場合、計測ごとに検出器１５を交換して使い捨てにすればよい。 Another advantage is that the measurement system 1 does not include expensive components such as streak tubes and therefore can be manufactured at significantly lower cost than streak cameras. Further, the detector 15 can be removed from the measurement system 1 and can be easily replaced. Therefore, for example, the detector 15 can be brought into contact with a fusion plasma to measure the time evolution of X-rays, neutrons, ions, and electrons in laser fusion. In this case, the detector 15 may be replaced for each measurement and made disposable.

また、以上のように、計測システム１で使用される検出器１５は、ポッケルス素子１５２と光ファイバ１５１とを備えている。そして、光ファイバ１５１は、チャープパルスレーザをポッケルス素子１５２に導光すると共に、チャープパルスレーザがポッケルス素子１５２を透過した透過光を分析装置１６に導光する。これにより、ストリークカメラでは計測が難しい高強度の光やレーザ等の種々の計測対象についても時間分解計測を行うことが可能になる。さらに、光ファイバ１５１は、軽量で嵩張らず、ポッケルス素子１５２も光ファイバ１５１の直径と同程度の幅を有するもので十分であるから、検出器１５全体のサイズを極めて小型・軽量なものとすることが可能である。 Further, as described above, the detector 15 used in the measurement system 1 includes a Pockels element 152 and an optical fiber 151. Then, the optical fiber 151 guides the chirped pulse laser to the Pockels element 152, and the chirped pulse laser guides the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 to the analyzer 16. This makes it possible to perform time-resolved measurement of various measurement targets such as high-intensity light and laser, which are difficult to measure with a streak camera. Further, since the optical fiber 151 is lightweight and not bulky, and the Pockels element 152 having a width similar to the diameter of the optical fiber 151 is sufficient, the size of the entire detector 15 is made extremely small and lightweight. It is possible.

〔分析装置の構成例２〕
図３は、分析装置１６の他の構成例を示す図である。図３に示す分析装置１６ａは、１／４波長板１６１ａと、偏光ビームスプリッタ１６２ａと、波長分光器１６３ａとを備えている。 [Analytical Device Configuration Example 2]
FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the analyzer 16. The analyzer 16a shown in FIG. 3 includes a 1/4 wave plate 161a, a polarization beam splitter 162a, and a wavelength spectroscope 163a.

ポッケルス素子１５２を透過した透過光は、まず１／４波長板１６１ａに入射する。この透過光は、偏光軸が４５°回転して１／４波長板１６１ａから出射される。１／４波長板１６１ａは必須ではないが、１／４波長板１６１ａを設けることにより検出感度を高めることができる。 The transmitted light transmitted through the Pockels element 152 first enters the 1/4 wave plate 161a. The transmitted light is emitted from the 1/4 wave plate 161a with the polarization axis rotated by 45 °. Although the 1/4 wave plate 161a is not essential, the detection sensitivity can be increased by providing the 1/4 wave plate 161a.

１／４波長板１６１ａからの出射光は、偏光ビームスプリッタ１６２ａに入射し、偏光ビームスプリッタ１６２ａにより水平偏光成分と垂直偏光成分とに分割される。そして、水平偏光成分は、波長分光器１６３ａの水平偏光チャンネルに入力され、垂直偏光成分は、波長分光器１６３ａの垂直偏光チャンネルに入力される。 The light emitted from the 1/4 wave plate 161a is incident on the polarizing beam splitter 162a, and is split into a horizontal polarization component and a vertical polarization component by the polarization beam splitter 162a. Then, the horizontally polarized light component is input to the horizontally polarized light channel of the wavelength spectroscope 163a, and the vertically polarized light component is input to the vertically polarized light channel of the wavelength spectroscope 163a.

波長分光器１６３ａの水平偏光チャンネルに入力された入力された水平偏光成分は、波長分光器１６３ａ内の光学系によりその波長に基づいて分光され、ＣＣＤ素子等の撮像素子における当該垂直偏光成分の波長に応じた位置に結像する。同様に、波長分光器１６３ａの垂直偏光チャンネルに入力された垂直偏光成分も、撮像素子における当該垂直偏光成分の波長に応じた位置に結像する。なお、垂直偏光成分を結像させる撮像素子と、水平偏光成分を結像させる撮像素子は、１つの撮像装置が備えるものであってもよいし、個別の撮像装置が備えるものであってもよい。 The input horizontally polarized light component input to the horizontally polarized light channel of the wavelength spectroscope 163a is dispersed based on the wavelength by the optical system in the wavelength spectroscope 163a, and the wavelength of the vertically polarized light component in the image pickup element such as a CCD element. An image is formed at a position corresponding to. Similarly, the vertically polarized light component input to the vertically polarized light channel of the wavelength spectroscope 163a is also imaged at a position corresponding to the wavelength of the vertically polarized light component in the image pickup device. The image pickup element for forming an image of a vertically polarized light component and the image pickup element for forming an image of a horizontally polarized light component may be provided by one image pickup device or may be provided by an individual image pickup device. ..

このように、分析装置１６ａでは、ポッケルス素子１５２を透過した透過光に対し、１／４波長板１６１ａで偏光制御した上で、偏光ビームスプリッタ１６２ａによって得た２つの直交する偏光成分の信号を検出する。この場合、２つの直交する偏光成分の信号の差分を算出することにより、ノイズ成分を打ち消すことができるので、計測精度を高めることができる。なお、このような演算は、分析装置１６で行う構成としてもよいし、コンピュータ１７等の分析装置１６以外の装置で行う構成としてもよい。 As described above, the analyzer 16a detects the signals of the two orthogonal polarization components obtained by the polarization beam splitter 162a after controlling the polarization of the transmitted light transmitted through the Pockels element 152 by the quarter wave plate 161a. do. In this case, the noise component can be canceled by calculating the difference between the signals of the two orthogonal polarized light components, so that the measurement accuracy can be improved. It should be noted that such an operation may be performed by the analyzer 16 or by a device other than the analyzer 16 such as a computer 17.

〔計測結果の出力例〕
図４は、計測システム１による計測結果の出力例を示す図である。図３に示した分析装置１６ａは、分析結果を図４に４０１で示すような画像として出力してもよい。画像４０１において、左右方向が波長を示し、輝度値が強度を示している。また、画像４０１では、垂直偏光チャンネルに入力された光についての計測結果と、水平偏光チャンネルに入力された光についての計測結果とを上下方向に並べて示している。 [Example of output of measurement results]
FIG. 4 is a diagram showing an output example of the measurement result by the measurement system 1. The analyzer 16a shown in FIG. 3 may output the analysis result as an image as shown by 401 in FIG. In image 401, the left-right direction indicates the wavelength, and the luminance value indicates the intensity. Further, in the image 401, the measurement result of the light input to the vertically polarized channel and the measurement result of the light input to the horizontally polarized channel are shown side by side in the vertical direction.

画像４０１からわかるように、垂直偏光チャンネルに入力された光と、水平偏光チャンネルに入力された光の何れにおいても、同様の波長帯において輝度値に変化が見られる。これは、チャープパルスレーザを構成するチャープパルスのうち、この波長帯のチャープパルスの偏光状態が変化したことを示している。 As can be seen from the image 401, the luminance value changes in the same wavelength band in both the light input to the vertically polarized channel and the light input to the horizontally polarized channel. This indicates that among the chirped pulses constituting the chirped pulse laser, the polarization state of the chirped pulse in this wavelength band has changed.

また、画像４０１のようなデータから、図４に４０２で示すようなグラフを生成し、これを計測結果として出力してもよい。グラフ４０２は、横軸を時間、縦軸を強度としたグラフである。 Further, a graph as shown in FIG. 4 may be generated from the data such as the image 401 and output as a measurement result. Graph 402 is a graph in which the horizontal axis is time and the vertical axis is intensity.

上述のように、画像４０１における左右方向は波長を示しており、チャープパルスレーザを構成するパルスの波長は経時変化する。このため、画像４０１における左右方向の位置を時間に換算し、輝度値を強度に換算することにより、横軸を時間、縦軸を強度として計測対象の波形を示す４０２のようなグラフを生成することができる。 As described above, the left-right direction in the image 401 indicates the wavelength, and the wavelength of the pulse constituting the chirped pulse laser changes with time. Therefore, by converting the position in the left-right direction in the image 401 into time and converting the luminance value into intensity, a graph such as 402 showing the waveform to be measured is generated with the horizontal axis as time and the vertical axis as intensity. be able to.

グラフ４０２は、ポッケルス素子１５２としてＤＡＳＴ結晶を用い、このＤＡＳＴ結晶にレーザ光を照射したときに発生するテラヘルツの電波を計測する実験の結果を示している。 Graph 402 shows the result of an experiment in which a DAST crystal is used as the Pockels element 152 and the terahertz radio wave generated when the DAST crystal is irradiated with a laser beam is measured.

この実験では、レーザ装置から発振されたレーザ光を２分割し、その一方をチャープパルスレーザとし、他方をＤＡＳＴ結晶に入射させた。ＤＡＳＴ結晶にレーザ光が入射することにより、当該ＤＡＳＴ結晶からテラヘルツ電波が発生する。そして、このテラヘルツ電波により当該ＤＡＳＴ結晶が複屈折性を示す状態となり、この状態変化がＤＡＳＴ結晶を透過するチャープパルスレーザの一部の波長のパルスの偏光状態を変化させる。この変化を分析装置１６ａで検出し、この検出結果に基づいてグラフ４０２を作成した。 In this experiment, the laser beam oscillated from the laser device was divided into two, one of which was a chirped pulse laser and the other was incident on the DAST crystal. When the laser beam is incident on the DAST crystal, terahertz radio waves are generated from the DAST crystal. Then, the terahertz radio wave causes the DAST crystal to exhibit birefringence, and this state change changes the polarization state of the pulse of a part of the wavelength of the charm pulse laser transmitted through the DAST crystal. This change was detected by the analyzer 16a, and a graph 402 was created based on the detection result.

図４に示すグラフ４０２には、上記のようにして計測したテラヘルツ電波の信号波形に加え、この計測における限界分解能と、検出用レーザの波形についても示している。この実験で用いた検出用レーザの波長幅が８ｎｍであったため、時間分解能は９０ｐｓ（１１ＧＨｚ）程度が限界であったが、より波長幅の広いレーザを用いれば時間分解能をさらに向上させることができる。 In addition to the signal waveform of the terahertz radio wave measured as described above, the graph 402 shown in FIG. 4 also shows the critical resolution in this measurement and the waveform of the detection laser. Since the wavelength width of the detection laser used in this experiment was 8 nm, the time resolution was limited to about 90 ps (11 GHz), but the time resolution can be further improved by using a laser having a wider wavelength width. ..

〔検出器の構成例〕
図５は、検出器１５の構成例を示す図である。図５に示す検出器１５ａは、図１に示した検出器１５と比べて、反射板１５３の外側（反射板１５３を挟んでポッケルス素子１５２の反対側）に電子変換材１５５が設けられている点で相違している。 [Detector configuration example]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the detector 15. Compared to the detector 15 shown in FIG. 1, the detector 15a shown in FIG. 5 is provided with an electronic conversion material 155 on the outside of the reflector 153 (on the opposite side of the Pockels element 152 with the reflector 153 interposed therebetween). It differs in that.

電子変換材１５５は、入射した光を電子に変換する。より詳細には、電子変換材１５５は、光が入射したときにその強度に応じた数の電子を放出する。このため、光が電子変換材１５５に入射すると、その電子変換材１５５から電子が放出され、放出された電子によって発生する電界により、ポッケルス素子１５２にポッケルス効果が生じる。したがって、電子変換材１５５を含む検出器１５ａを用いれば、計測対象を光として計測を行うことができる。例えば可視光の計測も可能である。 The electron conversion material 155 converts the incident light into electrons. More specifically, the electron conversion material 155 emits a number of electrons according to its intensity when light is incident. Therefore, when light is incident on the electron conversion material 155, electrons are emitted from the electron conversion material 155, and the electric field generated by the emitted electrons causes a Pockels effect on the Pockels element 152. Therefore, if the detector 15a including the electronic conversion material 155 is used, the measurement can be performed with the measurement target as light. For example, it is possible to measure visible light.

また同様に、例えば高エネルギーＸ線等の電磁波を電子に変換する電子変換材を用いて、そのような電磁波の計測を行うこともできる。この場合、例えば金などの高Ｚ材を電子変換材として用いればよい。なお、電子変換材１５５は、電子変換材１５５が放出する電子によりポッケルス素子１５２にポッケルス効果が生じるような位置および範囲に配置すればよい。例えば、コーティング部１５４の一部を電子変換材１５５としてもよい。 Similarly, it is also possible to measure such electromagnetic waves by using an electron conversion material that converts electromagnetic waves such as high-energy X-rays into electrons. In this case, a high Z material such as gold may be used as the electronic conversion material. The electron conversion material 155 may be arranged at a position and a range in which the Pockels effect is generated on the Pockels element 152 by the electrons emitted by the electron conversion material 155. For example, a part of the coating portion 154 may be used as the electronic conversion material 155.

また、図５に示す検出器１５ｂは、検出器１５ａと比べて、電子変換材１５５の代わりに陽子変換材１５６が設けられている点で相違している。陽子変換材１５６は、入射した中性子を陽子に変換する。より詳細には、陽子変換材１５６は、中性子が入射したときにその強度に応じた数の陽子を放出する。このため、中性子が陽子変換材１５６に入射すると、その陽子変換材１５６から陽子が放出され、放出された陽子によって発生する電界により、ポッケルス素子１５２にポッケルス効果が生じる。したがって、陽子変換材１５６を含む検出器１５ｂを用いれば、計測対象を中性子線として計測を行うことができる。 Further, the detector 15b shown in FIG. 5 is different from the detector 15a in that the proton conversion material 156 is provided instead of the electronic conversion material 155. The proton conversion material 156 converts the incident neutron into a proton. More specifically, the proton converter 156 emits a number of protons corresponding to its intensity when a neutron is incident. Therefore, when a neutron is incident on the proton conversion material 156, protons are emitted from the proton conversion material 156, and the electric field generated by the emitted protons causes a Pockels effect on the Pockels element 152. Therefore, if the detector 15b including the proton conversion material 156 is used, the measurement target can be measured as a neutron beam.

陽子変換材１５６は、中性子を陽子に変換するものであればよく、例えばプラスチックを陽子変換材１５６として用いてもよい。また、陽子変換材１５６は、陽子変換材１５６が放出する陽子によりポッケルス素子１５２にポッケルス効果が生じるような位置および範囲に配置すればよい。例えば、コーティング部１５４の一部を陽子変換材１５６としてもよい。このように、検出器１５の構成を変更することにより、計測対象の幅を広げることができる。 The proton conversion material 156 may be any material that converts neutrons into protons, and for example, plastic may be used as the proton conversion material 156. Further, the proton conversion material 156 may be arranged at a position and a range in which the Pockels effect is generated on the Pockels element 152 by the protons emitted by the proton conversion material 156. For example, a part of the coating portion 154 may be used as the proton conversion material 156. By changing the configuration of the detector 15 in this way, the width of the measurement target can be expanded.

また、図５に示す検出器１５ｃは、光ファイバ１５１のコアの端部がポッケルス素子１５２ｃとなったものである。このようなポッケルス素子１５２ｃは、光ファイバ１５１のガラス製のコアをポーリング処理（より詳細にはガラスポーリング処理）することにより生成することができる。このような検出器１５ｃは、製造の際にポッケルス結晶の微細加工や光ファイバ１５１への貼り付け等を行う必要がなく、加工の手間や材料費を抑えることができる。また、ポッケルス素子１５２ｃの大きさ（長さ）も容易に調整することができる。ただし、検出感度を向上させたい場合には、検出器１５、１５ａ、１５ｂのように、ポッケルス素子１５２を光ファイバ１５１に貼り付けた構成とすることが好ましい。 Further, in the detector 15c shown in FIG. 5, the end of the core of the optical fiber 151 is a Pockels element 152c. Such a Pockels element 152c can be generated by polling (more specifically, glass polling) the glass core of the optical fiber 151. Such a detector 15c does not require microfabrication of Pockels crystals or attachment to an optical fiber 151 at the time of manufacturing, and can reduce processing labor and material costs. Further, the size (length) of the Pockels element 152c can be easily adjusted. However, when it is desired to improve the detection sensitivity, it is preferable that the Pockels element 152 is attached to the optical fiber 151 as in the detectors 15, 15a and 15b.

〔検出感度と分解能について〕
計測システム１の検出感度と分解能を確認するためのシミュレーション計算を行った。この結果について、図６に基づいて説明する。図６は、計測システム１による検出感度と分解能を確認するためのシミュレーションについて説明する図である。 [Detection sensitivity and resolution]
Simulation calculations were performed to confirm the detection sensitivity and resolution of the measurement system 1. This result will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation for confirming the detection sensitivity and resolution by the measurement system 1.

ここでは、計測対象が超短パルスレーザダイオード発振器の発振するレーザパルスであり、そのパルス幅を計測するとする。光ファイバ１５１の片面にフォトカソード１８を形成し、ここに上記レーザパルスを照射する。フォトカソード１８は、レーザパルスの照射により光電子を放出するので、この光電子によりポッケルス効果が生じる。フォトカソード１８は、例えばバイアルカリ金属を光ファイバ１５１の表面に蒸着することにより形成することができる。 Here, it is assumed that the measurement target is a laser pulse oscillated by an ultrashort pulse laser diode oscillator, and the pulse width is measured. A photocathode 18 is formed on one side of the optical fiber 151, and the laser pulse is applied to the photocathode 18. Since the photocathode 18 emits photoelectrons by irradiation with a laser pulse, the Pockels effect is generated by the photoelectrons. The photocathode 18 can be formed, for example, by depositing a bialkali metal on the surface of the optical fiber 151.

また、検出器１５としては図５に示した検出器１５ｃを用いるとする。そして、検出器１５ｃにおけるポッケルス素子１５２ｃの長さをＬ、光ファイバ１５１の直径をＤとする。 Further, it is assumed that the detector 15c shown in FIG. 5 is used as the detector 15. The length of the Pockels element 152c in the detector 15c is L, and the diameter of the optical fiber 151 is D.

ここで、紫外線ポーリングにより生成されたポッケルス素子の半波長電圧は１００Ｖ／ｃｍであることが分かっている。これは、１００Ｖの電圧を印加したポッケルス素子にレーザ光を入射させると、そのレーザ光がポッケルス素子中を１ｃｍ進む間に、偏光軸が９０°回転することを意味する。偏光軸の回転角が０〜９０°の範囲内であれば、偏光分離装置１６１を通過した光（信号）の変化を０〜１の範囲とすることができるので、偏光計測に適切であるといえる。 Here, it is known that the half-wavelength voltage of the Pockels element generated by the ultraviolet polling is 100 V / cm. This means that when a laser beam is incident on a Pockels element to which a voltage of 100 V is applied, the polarization axis rotates 90 ° while the laser beam travels 1 cm in the Pockels element. If the rotation angle of the polarization axis is in the range of 0 to 90 °, the change in the light (signal) passing through the polarization separator 161 can be in the range of 0 to 1, which is suitable for polarization measurement. I can say.

フォトカソード１８にレーザを照射すると、その強度に応じた数の光電子がフォトカソード１８から発生する。例えば、エネルギー１ｎＪ、パルス幅１０ｐｓのレーザを照射した場合、２．５×１０９個のフォトンがフォトカソード１８に当たる。この場合、フォトカソード１８の光電子量子効率を２０％とすると、全パルス幅合計で５×１０８個の光電子がフォトカソード１８から発生する。 When the photocathode 18 is irradiated with a laser, a number of photoelectrons corresponding to the intensity thereof are generated from the photocathode 18. For example, when a laser with an energy of 1 nJ and a pulse width of 10 ps is irradiated, 2.5 × 10 9 photons hit the photocathode 18. In this case, when 20% of the optoelectronic quantum efficiency of the photocathode 18, 5 × 10 8 pieces of photoelectrons at full pulse widths sum is generated from the photocathode 18.

図６には、フォトカソード１８から光電子が発生した状態を簡易モデル化したモデルＭ１を示している。モデルＭ１に示すように、フォトカソード１８から光電子が発生することにより、フォトカソード１８と、光ファイバ１５１におけるポッケルス素子１５２ｃを挟んでフォトカソード１８の反対側の面とにより、コンデンサが形成される。このコンデンサの電極面積はＤ×Ｌであり、電極ギャップはＤである。 FIG. 6 shows a model M1 that is a simple model of a state in which photoelectrons are generated from the photocathode 18. As shown in model M1, the generation of photoelectrons from the photocathode 18 forms a capacitor with the photocathode 18 and the opposite surface of the photocathode 18 with the Pockels element 152c in the optical fiber 151 interposed therebetween. The electrode area of this capacitor is D × L, and the electrode gap is D.

例えば、Ｄ＝１２５μｍ、Ｌ＝１００μｍ、上記コンデンサの比誘電率が３であるとすれば、上記コンデンサの一電極であるフォトカソード１８には、５×１０８個の電子が溜り、このコンデンサの電圧は１５００Ｖとなる。図６には、この電圧の経時変化を表したグラフについても示している。 For example, if D = 125 μm, L = 100 μm, and the relative permittivity of the capacitor is 3, then 5 × 10 8 electrons are accumulated in the photocathode 18 which is one electrode of the capacitor, and the capacitor has The voltage will be 1500V. FIG. 6 also shows a graph showing the change over time of this voltage.

また、偏光軸の回転角は、電圧と光路長の積で算出される。チャープパルスレーザは、ポッケルス素子１５２ｃ中を一往復するため、チャープパルスレーザがポッケルス素子１５２ｃ中を通過する光路長は２×Ｌとなる。よって、Ｌ＝１００μｍとすれば光路長は２００μｍ（０．０２ｃｍ）である。 The angle of rotation of the polarization axis is calculated by the product of the voltage and the optical path length. Since the chirped pulse laser makes one round trip in the Pockels element 152c, the optical path length that the chirped pulse laser passes through the Pockels element 152c is 2 × L. Therefore, if L = 100 μm, the optical path length is 200 μm (0.02 cm).

このため、コンデンサの電圧が１５００Ｖであれば、偏光軸の回転角は、１５００Ｖ×０．０２ｃｍ＝３０Ｖｃｍとなる。上述のように、ポッケルス素子１５２ｃの半波長電圧は１００Ｖ／ｃｍであり、１００Ｖであれば１ｃｍで偏光軸の回転角は９０°回転すると期待されるので、３０Ｖｃｍの場合の回転角は２７°程度と予測される。したがって、今回シミュレーションした程度のレーザパルスであれば、計測システム１により十分検出可能であることが分かる。 Therefore, if the voltage of the capacitor is 1500V, the rotation angle of the polarizing axis is 1500V × 0.02cm = 30Vcm. As described above, the half-wave voltage of the Pockels element 152c is 100 V / cm, and if it is 100 V, the rotation angle of the polarizing axis is expected to rotate 90 ° at 1 cm. Therefore, the rotation angle at 30 V cm is about 27 °. Is expected. Therefore, it can be seen that the laser pulse of the degree simulated this time can be sufficiently detected by the measurement system 1.

また、計測システム１の時間分解能は、チャープパルスレーザのパルス幅の設定と、使用するポッケルス素子の厚さに依存する。例えば、上記シミュレーションに係る長さ０．１ｍｍのポッケルス素子１５２ｃの場合、チャープパルスレーザがポッケルス素子１５２ｃ内を往復する時間である１ｐｓの分解能となる。 Further, the time resolution of the measurement system 1 depends on the setting of the pulse width of the chirped pulse laser and the thickness of the Pockels element used. For example, in the case of the Pockels element 152c having a length of 0.1 mm according to the above simulation, the resolution is 1 ps, which is the time required for the chirped pulse laser to reciprocate in the Pockels element 152c.

１ｐｓの時間分解能をもつ計測システム１でパルス幅が１０ｐｓのレーザパルスを測定した場合、得られる信号のパルス幅は、√（１０２＋１２）の関係から、１０．１ｐｓになると予想される。この程度の差は、パルス幅計測において誤差として無視することができる。図６の下側に示すグラフは計算予測に基づいて作成したものであり、このグラフは、横軸を時間、縦軸をポッケルス結晶に発生する電場として、当該電場の時間変化を示している。 When a laser pulse having a pulse width of 10 ps is measured by the measurement system 1 having a time resolution of 1 ps, the pulse width of the obtained signal is expected to be 10.1 ps due to the relationship of √ (10 2 + 12). This difference can be ignored as an error in pulse width measurement. The graph shown at the lower side of FIG. 6 was created based on the calculation prediction, and this graph shows the time change of the electric field with the horizontal axis as time and the vertical axis as the electric field generated in the Pockels crystal.

〔検出器の付属構成〕
計測システム１によれば、広帯域高精度の電磁波計測も可能となる。例えば、高度情報化科学の進展により、モバイル・通信機器で用いられる電磁波の高周波数化が進んでおり、将来的にはＴＨｚの領域の電磁波まで利用することが視野に入りつつある。１ＴＨｚは繰り返し周期が１ｐｓであるから、計測システム１を用いれば１ＴＨｚの電磁波も計測することができる。 [Attached configuration of detector]
According to the measurement system 1, wideband and high accuracy electromagnetic wave measurement is also possible. For example, with the progress of advanced information science, the frequency of electromagnetic waves used in mobile and communication devices is increasing, and in the future, it is becoming possible to use electromagnetic waves in the THz region. Since 1 THz has a repetition period of 1 ps, an electromagnetic wave of 1 THz can be measured by using the measurement system 1.

計測システム１では、検出器１５が光ファイバ１５１の先端に設けられていることから、検出器１５の取り回しがしやすい。例えば、計測システム１によれば、モバイル機器の通信ユニットに検出器１５を近づけて、当該通信ユニットが発する電磁波の波形を計測すること等も容易である。 In the measurement system 1, since the detector 15 is provided at the tip of the optical fiber 151, the detector 15 can be easily handled. For example, according to the measurement system 1, it is easy to bring the detector 15 close to the communication unit of the mobile device and measure the waveform of the electromagnetic wave emitted by the communication unit.

また、検出器１５にグリップを設けることにより、計測システム１の使用性をさらに向上させることができる。これについて図７に基づいて説明する。図７は、グリップ２０を備える検出器１５の構成例を示す図である。 Further, by providing the detector 15 with a grip, the usability of the measurement system 1 can be further improved. This will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the detector 15 including the grip 20.

グリップ２０は、その先端にかけて縮径する円筒状の形状であり、ペンのような形状である。グリップ２０の中心部が空洞になっており、この空洞に光ファイバ１５１が挿通されている。光ファイバ１５１は、ポッケルス素子１５２がグリップ２０の先端付近に位置するように、上記空洞内で固定されている。 The grip 20 has a cylindrical shape whose diameter is reduced toward the tip thereof, and has a pen-like shape. The central portion of the grip 20 is hollow, and the optical fiber 151 is inserted into this hollow. The optical fiber 151 is fixed in the cavity so that the Pockels element 152 is located near the tip of the grip 20.

このようなグリップ２０を設けることにより、計測システム１の使用者が検出器１５を安定して保持することができると共に、計測対象の電磁波の発生源にポッケルス素子１５２を容易に接近させることができる。例えば、モバイル装置が備える小型の通信ユニットが発する電磁波の波形を、その通信ユニットからごく近い位置で計測するといった繊細な作業も、グリップ２０を備えた検出器１５であれば容易に行うことができる。 By providing such a grip 20, the user of the measurement system 1 can stably hold the detector 15, and the Pockels element 152 can be easily brought close to the source of the electromagnetic wave to be measured. .. For example, a detector 15 equipped with a grip 20 can easily perform delicate work such as measuring the waveform of an electromagnetic wave emitted by a small communication unit included in a mobile device at a position very close to the communication unit. ..

〔空間分解時間変化計測〕
計測システム１では、複数の検出器１５を用いて多チャンネル同時計測を行うこともでき、これにより空間分解時間変化計測が実現できる。これについて、図８に基づいて説明する。図８は、複数の検出器１５を備えた計測システム１ａの構成例を示す図である。なお、計測システム１ａには、計測システム１と同様に検出用レーザ出射装置１１やファイバサーキュレータ１３等も含まれているが図８では省略している。 [Spatial decomposition time change measurement]
In the measurement system 1, it is also possible to perform multi-channel simultaneous measurement using a plurality of detectors 15, which makes it possible to realize spatial decomposition time change measurement. This will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a measurement system 1a including a plurality of detectors 15. The measurement system 1a also includes a detection laser emitting device 11 and a fiber circulator 13 as in the measurement system 1, but they are omitted in FIG.

計測システム１ａは、計測システム１と比べて、検出器１５を複数含む点、および画像生成装置３０を含む点で相違している。空間分解計測を実現するため、複数の光ファイバ１５１は束ねられており、それらの先端に設けられた検出器１５の相対的な配置が固定されている。 The measurement system 1a is different from the measurement system 1 in that it includes a plurality of detectors 15 and includes an image generation device 30. In order to realize spatial decomposition measurement, a plurality of optical fibers 151 are bundled, and the relative arrangement of the detectors 15 provided at their tips is fixed.

図８の例では、検出器１５の正面で非一様な空間パターンをもち、場所ごとに時間波形が異なるレーザを計測する場合を想定する。このパターンは、具体的には「ＩＬＥ」の３文字のパターンである。 In the example of FIG. 8, it is assumed that a laser having a non-uniform spatial pattern in front of the detector 15 and having a different time waveform for each location is measured. This pattern is specifically a three-letter pattern of "ILE".

このパターンを計測するのが複数の検出器１５である。図８の例では、５０本の光ファイバ１５１が束ねられている。そして、図８において、検出器１５を正面から見た様子を模式的に示しているように、各光ファイバ１５１の先端部に設けられた計５０個のポッケルス素子１５２が、同一平面上に５行（１行〜５行）×１０列（Ａ列〜Ｊ列）に並ぶ配置で固定されている。 A plurality of detectors 15 measure this pattern. In the example of FIG. 8, 50 optical fibers 151 are bundled. Then, as shown schematically in FIG. 8 when the detector 15 is viewed from the front, a total of 50 Pockels elements 152 provided at the tip of each optical fiber 151 are 5 on the same plane. It is fixed in an arrangement of rows (1 row to 5 rows) x 10 columns (columns A to J).

この５×１０の２次元配列を、分析装置１６の手前で１×５０の１次元配列に並べ替え、１×５０の計測結果（１行−Ａ列〜５行−Ｊ列の計測結果）の時間変化を分析装置１６が記録する。そして、画像生成装置３０において、上記計測結果を５×１０の２次元配列に並べ直す。これにより、空間分解時間変化を記録することができる。 This 5 × 10 two-dimensional array is rearranged into a 1 × 50 one-dimensional array in front of the analyzer 16, and the 1 × 50 measurement results (measurement results in rows 1-A to 5-J). The analyzer 16 records the time change. Then, in the image generation device 30, the measurement results are rearranged into a 5 × 10 two-dimensional array. This makes it possible to record changes in spatial decomposition time.

以上のように、計測システム１ａは、検出器１５を複数含む。そして、分析装置１６は、複数の検出器１５におけるポッケルス素子１５２を同時に透過した各透過光を分析する。この構成によれば、透過光が各ポッケルス素子１５２を透過した瞬間の計測対象の空間分布を計測することができる。これは、各検出器１５が備えるポッケルス素子１５２の空間的な位置が、それぞれ相違しているためである。 As described above, the measurement system 1a includes a plurality of detectors 15. Then, the analyzer 16 analyzes each transmitted light transmitted simultaneously through the Pockels element 152 in the plurality of detectors 15. According to this configuration, it is possible to measure the spatial distribution of the measurement target at the moment when the transmitted light passes through each Pockels element 152. This is because the spatial positions of the Pockels element 152 included in each detector 15 are different from each other.

また、分析装置１６は、上記透過光を分析することにより、検出器１５に計測対象が入射したか否かを検出する。そして、画像生成装置３０は、複数の検出器１５のそれぞれについての分析装置１６による上記検出の結果を、検出器１５の空間配置に応じた画素の画素値に反映させた画像を生成する。 Further, the analyzer 16 detects whether or not the measurement target is incident on the detector 15 by analyzing the transmitted light. Then, the image generation device 30 generates an image in which the result of the detection by the analyzer 16 for each of the plurality of detectors 15 is reflected in the pixel value of the pixel according to the spatial arrangement of the detector 15.

この構成によれば、透過光が各ポッケルス素子１５２を透過した瞬間の計測対象の空間分布を示す画像を自動で生成することができる。このような画像は、計測対象の挙動を把握する等の用途に好適である。 According to this configuration, it is possible to automatically generate an image showing the spatial distribution of the measurement target at the moment when the transmitted light passes through each Pockels element 152. Such an image is suitable for applications such as grasping the behavior of a measurement target.

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について図９から図１２に基づいて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。本実施形態に係る計測システム１ｄは、ポッケルス効果の代わりにシュタルク効果を利用して時間分解計測を行う点で上述の実施形態で説明した計測システム１等と異なる。 [Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 12. The same reference numbers are assigned to the same configurations as those in the above embodiment, and the description thereof will be omitted. The measurement system 1d according to the present embodiment is different from the measurement system 1 and the like described in the above-described embodiment in that time-resolved measurement is performed by using the Stark effect instead of the Pockels effect.

〔概要〕
図９は、計測システム１ｄの概要を説明する図である。図示のように、計測システム１ｄは、検出器１５ｄと、分析装置１６ｄと、を含む。また、図示していないが、計測システム１ｄには、計測システム１と同様に検出用レーザ出射装置１１が含まれる。 〔Overview〕
FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of the measurement system 1d. As shown, the measurement system 1d includes a detector 15d and an analyzer 16d. Further, although not shown, the measurement system 1d includes a detection laser emitting device 11 as in the measurement system 1.

検出器１５ｄは、計測対象を検出するためのものであり、光ファイバ１５１ｄと、電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子１５２ｄと、反射板１５３ｄと、を備える。より詳細には、光ファイバ１５１ｄが電気光学素子１５２ｄに接続されており、電気光学素子１５２ｄが反射板１５３ｄに接続されている。なお、反射板１５３ｄは、実施形態１の反射板１５３と同様の構成であり、入射した光を反射するものである。反射板１５３ｄとしては、例えばシリコン等を用いることもできる。 The detector 15d is for detecting an object to be measured, and includes an optical fiber 151d, an electro-optic element 152d that generates an electro-optical effect by an electric field, and a reflector 153d. More specifically, the optical fiber 151d is connected to the electro-optical element 152d, and the electro-optical element 152d is connected to the reflector 153d. The reflector 153d has the same configuration as the reflector 153 of the first embodiment, and reflects incident light. As the reflector 153d, for example, silicon or the like can be used.

以上のように、電気光学素子１５２ｄは、反射板１５３ｄと光ファイバ１５１ｄの端面とに挟まれて配置されている。これにより、光ファイバ１５１ｄから電気光学素子１５２ｄに向けて入射した光（詳細は後述するがチャープパルスレーザ）が、電気光学素子１５２ｄを透過して反射板１５３ｄで反射し、反射光が再び電気光学素子１５２ｄを透過して光ファイバ１５１ｄに戻る構成となっている。 As described above, the electro-optical element 152d is arranged so as to be sandwiched between the reflector 153d and the end face of the optical fiber 151d. As a result, the light incident from the optical fiber 151d toward the electro-optical element 152d (details will be described later, but a chap pulse laser) passes through the electro-optical element 152d and is reflected by the reflecting plate 153d, and the reflected light is again electro-optical. It is configured to pass through the element 152d and return to the optical fiber 151d.

電気光学素子１５２ｄは、具体的には、電界によりシュタルク効果を発生させる素子である。電気光学素子１５２ｄは、電界によりシュタルク効果を発生させるものであればよく、例えば、電気光学素子１５２ｄとして光電（ＥＯ：Electro Optic）ポリマー等を用いてもよい。 Specifically, the electro-optical element 152d is an element that generates a Stark effect by an electric field. The electro-optical element 152d may be any as long as it generates the Stark effect by an electric field, and for example, a photoelectric (EO: Electro Optic) polymer or the like may be used as the electro-optical element 152d.

分析装置１６ｄは、検出器１５ｄの検出結果を分析する装置であり、波長分光器１６１ｄと撮像素子１６２ｄとを備えている。分析装置１６ｄは、実施形態１の分析装置１６と比べて、偏光アナライザ光学系を含まない点で相違している。分析装置１６ｄでは、波長分光器１６１ｄが、検出器１５ｄから出射される光（詳細は後述するが電気光学素子１５２ｄを透過した透過光）を波長で分光して撮像素子１６２ｄ上に結像させる。 The analyzer 16d is an apparatus for analyzing the detection result of the detector 15d, and includes a wavelength spectroscope 161d and an image pickup device 162d. The analyzer 16d is different from the analyzer 16 of the first embodiment in that it does not include a polarization analyzer optical system. In the analyzer 16d, the wavelength spectroscope 161d separates the light emitted from the detector 15d (the transmitted light transmitted through the electro-optical element 152d, which will be described in detail later) by wavelength and forms an image on the image pickup element 162d.

〔計測原理〕
続いて、計測システム１ｄの計測原理について上記と同じく図９に基づいて説明する。計測システム１ｄにおいても、実施形態１の計測システム１と同様に、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光、すなわちチャープパルスレーザを出射する検出用レーザ出射装置１１を用いる。なお、本実施形態で用いるチャープパルスレーザは、直線偏光である必要はない。 [Measurement principle]
Subsequently, the measurement principle of the measurement system 1d will be described with reference to FIG. 9 in the same manner as described above. Similar to the measurement system 1 of the first embodiment, the measurement system 1d also uses a detection laser emission device 11 that emits a laser beam composed of pulses whose wavelengths continuously change with time, that is, a chirped pulse laser. The chirped pulse laser used in this embodiment does not need to be linearly polarized light.

検出用レーザ出射装置１１が出射するチャープパルスレーザは、光ファイバ１５１ｄにより電気光学素子１５２ｄに導かれる。そして、チャープパルスレーザは、電気光学素子１５２ｄを透過して反射板１５３ｄで反射し、再び電気光学素子１５２ｄを透過して光ファイバ１５１ｄに戻る。 The chirped pulse laser emitted by the detection laser emitting device 11 is guided to the electro-optical element 152d by the optical fiber 151d. Then, the charp pulse laser passes through the electro-optical element 152d and is reflected by the reflector 153d, and again passes through the electro-optical element 152d and returns to the optical fiber 151d.

ここで、電気光学素子１５２ｄを透過している期間中に、計測対象が反射板１５３ｄに入射すると、その入射に起因して電気光学素子１５２ｄに電界が生じ、シュタルク効果が発生する。そして、シュタルク効果により、電気光学素子１５２ｄの光吸収ピーク波長が、長波長または短波長にシフトする。つまり、図９のグラフ９０１に示すように、計測対象が入射した期間に電気光学素子１５２ｄの吸収率が変化する。 Here, if the measurement target is incident on the reflecting plate 153d during the period of transmission through the electro-optical element 152d, an electric field is generated in the electro-optical element 152d due to the incident, and the Stark effect is generated. Then, due to the Stark effect, the light absorption peak wavelength of the electro-optical element 152d shifts to a long wavelength or a short wavelength. That is, as shown in the graph 901 of FIG. 9, the absorption rate of the electro-optical element 152d changes during the period when the measurement target is incident.

これにより、電気光学素子１５２ｄを透過したチャープパルスレーザの一部の波長域が、電気光学素子１５２ｄの吸収率変化の影響を受ける。より詳細には、電気光学素子１５２ｄを透過したチャープパルスレーザのうち、電界が発生している期間、すなわち計測対象が入射した期間に透過した波長域の部分についてはその強度が変化する。 As a result, a part of the wavelength range of the chirped pulse laser transmitted through the electro-optical element 152d is affected by the change in the absorption rate of the electro-optic element 152d. More specifically, in the chirped pulse laser transmitted through the electro-optical element 152d, the intensity of the portion of the wavelength region transmitted during the period in which the electric field is generated, that is, the period in which the measurement target is incident changes.

そして、電界が発生した後、シュタルク効果が生じるまでのタイムラグはポッケルス効果と同様に極めて短い時間である。このため、チャープパルスレーザの強度が変化した期間を、計測対象が入射した期間であるとみなすことにより、極めて高精度な時間分解計測が可能になる。 The time lag from the generation of the electric field to the occurrence of the Stark effect is extremely short, similar to the Pockels effect. Therefore, by regarding the period in which the intensity of the chirped pulse laser is changed as the period in which the measurement target is incident, extremely high-precision time-resolved measurement becomes possible.

具体的には、図９に示すように、電気光学素子１５２ｄを透過したチャープパルスレーザを光ファイバ１５１ｄ経由で波長分光器１６１ｄに入射させる。波長分光器１６１ｄを通過したチャープパルスレーザは、その波長により分光され、撮像素子１６２ｄ上で分離されて結像する。波長分光器１６１ｄからの光の出射角度は、その光の波長に応じて定まるから、撮像素子１６２ｄにおける結像位置は、チャープパルスレーザの波長を示している。撮像素子１６２ｄにより、グラフ９０２に示されるような波長ごとの光強度を記録することができる。 Specifically, as shown in FIG. 9, a chirped pulse laser transmitted through the electro-optical element 152d is incident on the wavelength spectroscope 161d via the optical fiber 151d. The chirped pulse laser that has passed through the wavelength spectroscope 161d is separated by the wavelength and imaged separately on the image pickup device 162d. Since the emission angle of light from the wavelength spectroscope 161d is determined according to the wavelength of the light, the imaging position in the imaging element 162d indicates the wavelength of the chirped pulse laser. The image sensor 162d can record the light intensity for each wavelength as shown in the graph 902.

また、チャープパルスレーザにおいて、波長と時間は１対１に対応している。つまり、図９のグラフ９０３に示すように、時間ｔを波長λで表すことができ、波長変化はそのまま時間変化に読み替えることができる。したがって、グラフ９０２に示される波長ごとの光強度のデータから、グラフ９０４に示されるような光強度の時間変化を特定することができる。 Further, in the chirped pulse laser, there is a one-to-one correspondence between wavelength and time. That is, as shown in the graph 903 of FIG. 9, the time t can be represented by the wavelength λ, and the wavelength change can be read as the time change as it is. Therefore, from the light intensity data for each wavelength shown in the graph 902, it is possible to specify the time change of the light intensity as shown in the graph 904.

このように、計測システム１ｄによれば、時間分解計測を行うことができる。また、計測システム１ｄの時間分解能は、計測システム１と同様に、使用するチャープパルスレーザのパルス幅に依存する。例えば、パルス幅間が１００ｐｓのチャープパルスレーザ（０．１ｐｓ／１ｎｍで波長が変化）と、１ｎｍの分解能の波長分光器１６１ｄとを用いたときの計測システム１ｄの時間分解能は１．０ｐｓとなる。 As described above, according to the measurement system 1d, time-resolved measurement can be performed. Further, the time resolution of the measurement system 1d depends on the pulse width of the chirped pulse laser used, as in the measurement system 1. For example, when a chirped pulse laser with a pulse width of 100 ps (wavelength changes at 0.1 ps / 1 nm) and a wavelength spectroscope 161 d with a resolution of 1 nm are used, the time resolution of the measurement system 1d is 1.0 ps. ..

〔電気光学素子の具体例〕
電気光学素子１５２ｄの具体例を図１０に基づいて説明する。図１０は、シュタルク効果を生じさせる電気光学素子１５２ｄの一例である光電ポリマー１０１の構成と、その光吸収特性を示す図である。 [Specific example of electro-optical element]
A specific example of the electro-optical element 152d will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the photoelectric polymer 101, which is an example of the electro-optical element 152d that causes the Stark effect, and its light absorption characteristics.

光電ポリマー１０１の構造式のうち、破線で囲む部分の構造が電界により変化する。そして、当該部分の構造が変化することにより、光電ポリマー１０１の吸収スペクトルが変化する。 The structure of the portion surrounded by the broken line in the structural formula of the photoelectric polymer 101 is changed by the electric field. Then, the absorption spectrum of the photoelectric polymer 101 changes due to the change in the structure of the portion.

具体的には、電界の影響を受けていない光電ポリマー１０１の吸収スペクトルは、図１０に破線のグラフ１０２１で示される右下がりの曲線である。ここで、光電ポリマー１０１に正の電界（＋Ｅ）をかけると、吸収スペクトルは長波長側にシフトして、一点鎖線のグラフ１０２２で示される曲線となる。一方、光電ポリマー１０１に負の電界（−Ｅ）をかけると、吸収スペクトルは短波長側にシフトして、二点鎖線のグラフ１０２３で示される曲線となる。なお、シフト量は電界の強さによって決まる（電界が強いほど大きくシフトする）。 Specifically, the absorption spectrum of the photoelectric polymer 101 that is not affected by the electric field is a downward-sloping curve shown by the broken line graph 1021 in FIG. Here, when a positive electric field (+ E) is applied to the photoelectric polymer 101, the absorption spectrum shifts to the long wavelength side and becomes a curve shown in graph 1022 of the alternate long and short dash line. On the other hand, when a negative electric field (-E) is applied to the photoelectric polymer 101, the absorption spectrum shifts to the short wavelength side and becomes a curve shown by the two-dot chain line graph 1023. The amount of shift is determined by the strength of the electric field (the stronger the electric field, the larger the shift).

よって、電界によって光電ポリマー１０１の吸収スペクトルが変動する範囲内の波長のレーザ光を光電ポリマー１０１に入射させれば、そのレーザ光が光電ポリマー１０１を透過した透過光に、吸収スペクトルの変動の影響が現れる。 Therefore, if a laser beam having a wavelength within the range in which the absorption spectrum of the photoelectric polymer 101 fluctuates due to an electric field is incident on the photoelectric polymer 101, the effect of the fluctuation of the absorption spectrum on the transmitted light transmitted through the photoelectric polymer 101. Appears.

例えば、図１０に１０２４で示すレーザスペクトルのレーザ光を光電ポリマー１０１に入射させると同時に、光電ポリマー１０１に正の電界をかけた場合、そのレーザ光の大部分は光電ポリマー１０１に吸収される。よって、この場合、光電ポリマー１０１を透過した透過光の強度が相対的に低い期間が、正の電界がかけられた期間であるといえる。 For example, when a laser beam having a laser spectrum shown in FIG. 10 is incident on the photoelectric polymer 101 and a positive electric field is applied to the photoelectric polymer 101 at the same time, most of the laser light is absorbed by the photoelectric polymer 101. Therefore, in this case, it can be said that the period in which the intensity of the transmitted light transmitted through the photoelectric polymer 101 is relatively low is the period in which a positive electric field is applied.

一方、このレーザ光を光電ポリマー１０１に入射させると同時に、光電ポリマー１０１に負の電界をかけた場合、そのレーザ光の大部分は光電ポリマー１０１を透過する。よって、この場合、光電ポリマー１０１を透過した透過光の強度が相対的に高い期間が、負の電界がかけられた期間であるといえる。 On the other hand, when the laser beam is incident on the photoelectric polymer 101 and a negative electric field is applied to the photoelectric polymer 101 at the same time, most of the laser beam is transmitted through the photoelectric polymer 101. Therefore, in this case, it can be said that the period in which the intensity of the transmitted light transmitted through the photoelectric polymer 101 is relatively high is the period in which a negative electric field is applied.

以上のことから、電気光学素子１５２ｄを透過したチャープパルスレーザの波長に、電気光学素子１５２ｄの周囲の電界の変動の影響が現れるように、チャープパルスレーザの波長と電気光学素子１５２ｄの種類とを選択すればよいことがわかる。 From the above, the wavelength of the chapter pulse laser and the type of the electro-optical element 152d are selected so that the influence of the fluctuation of the electric field around the electro-optical element 152d appears on the wavelength of the charp pulse laser transmitted through the electro-optical element 152d. You can see that you should select it.

〔実験例〕
シュタルク効果を利用して超高速電子とＸ線の時間分解計測を行う実験を行った。この実験について図１１に基づいて説明する。図１１は、実験に用いた計測システム１ｅの概略構成を示す図である。 [Experimental example]
An experiment was conducted in which ultrafast electrons and X-rays were time-resolved and measured using the Stark effect. This experiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the measurement system 1e used in the experiment.

図１１に示す計測システム１ｅは、検出用レーザ出射装置１１ｅと、検出器１５ｅと、分析装置１６ｅとを含む。また、計測システム１ｅは、検出用レーザ出射装置１１ｅに接続された光ファイバ２１ｅと、計測対象となる超高速電子とＸ線を出射するＬＦＥＸ（Laser for Fast ignition EXperiment）レーザ発振器２２ｅとを含む。さらに、計測システム１ｅには、真空フィードスルー（Vacuum Feed Through）２３ｅ、時間遅れ調整器（Timing Delay Adjuster）２４ｅ、ファイバサーキュレータ１３ｅ、Ｙｂファイバ増幅器２５ｅ、および光学シャッタ２６ｅが含まれる。光ファイバ２１ｅは、偏波保持ファイバである。 The measurement system 1e shown in FIG. 11 includes a detection laser emitting device 11e, a detector 15e, and an analyzer 16e. Further, the measurement system 1e includes an optical fiber 21e connected to the detection laser emitting device 11e, and an LFEX (Laser for Fast ignition EXperiment) laser oscillator 22e that emits ultrafast electrons and X-rays to be measured. Further, the measurement system 1e includes a vacuum feed through 23e, a timing delay adjuster 24e, a fiber circulator 13e, a Yb fiber amplifier 25e, and an optical shutter 26e. The optical fiber 21e is a polarization holding fiber.

また、検出用レーザ出射装置１１ｅには、パルスストレッチャ１１１ｅ、光学シャッタ１１２ｅ、および再生増幅器（Regenerative Amplifier）１１３ｅが含まれる。そして、検出器１５ｅには、光ファイバ１５１ｅ、電気光学素子１５２ｅ、および反射板１５３ｅが含まれる。なお、電気光学素子１５２ｅは、図１０に示した光電ポリマーである。また、光ファイバ１５１ｅも光ファイバ２１ｅと同様に偏波保持ファイバとしてもよいが、光ファイバ１５１ｅについては偏光を保持する必要はない。 Further, the detection laser emitting device 11e includes a pulse stretcher 111e, an optical shutter 112e, and a regenerative amplifier 113e. The detector 15e includes an optical fiber 151e, an electro-optical element 152e, and a reflector 153e. The electro-optical element 152e is a photoelectric polymer shown in FIG. Further, the optical fiber 151e may be a polarization-retaining fiber like the optical fiber 21e, but the optical fiber 151e does not need to retain polarization.

ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅは、超高強度のレーザを発振することのできる発振器である。計測システム１ｅでは、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅが発生させる超高速電子とＸ線を真空フィードスルー２３ｅの内部で検出器１５ｅにより検出する。 The LFEX laser oscillator 22e is an oscillator capable of oscillating an ultra-high intensity laser. In the measurement system 1e, ultrafast electrons and X-rays generated by the LFEX laser oscillator 22e are detected inside the vacuum feedthrough 23e by the detector 15e.

本実験では、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅの集光点から６５ｍｍ離れた位置に検出器１５ｅの先端すなわち電気光学素子１５２ｅが位置するように配置したが、電気光学素子１５２ｅを集光点に極限まで近づけてもよい。なお、計測システム１ｅでは、図示のように、電気光学素子１５２ｅの正面から計測対象を入射させてもよい。これは、ポッケルス効果とは異なり、シュタルク効果では計測対象の入射方向による効果の差異は生じないためである。これは超高強度レーザなどの実験セットアップにとっては非常に好都合である。 In this experiment, the tip of the detector 15e, that is, the electro-optic element 152e was placed at a position 65 mm away from the condensing point of the LFEX laser oscillator 22e, but the electro-optical element 152e was placed as close as possible to the condensing point. It is also good. In the measurement system 1e, as shown in the figure, the measurement target may be incident from the front of the electro-optic element 152e. This is because, unlike the Pockels effect, the Stark effect does not cause a difference in the effect depending on the incident direction of the measurement target. This is very convenient for experimental setups such as ultra-high intensity lasers.

また、電気光学素子１５２ｅの正面から高強度の計測対象を入射させた場合、検出器１５ｅが破損する場合がある。しかし、そのような場合であっても電気光学素子１５２ｅを透過したチャープパルスレーザにはシュタルク効果の影響が反映されているから計測結果には影響がない。また、計測対象は分析装置１６ｅには入射しないので、分析装置１６ｅが損傷を受けることはなく、破損した検出器１５ｅを交換すれば、再度の計測が可能である。 Further, when a high-intensity measurement target is incident from the front of the electro-optical element 152e, the detector 15e may be damaged. However, even in such a case, the influence of the Stark effect is reflected in the chirped pulse laser transmitted through the electro-optical element 152e, so that the measurement result is not affected. Further, since the measurement target is not incident on the analyzer 16e, the analyzer 16e is not damaged, and the damaged detector 15e can be replaced to perform the measurement again.

さらに、反射板１５３ｅと電気光学素子１５２ｅのサイズは、１ｍｍ程度まで小型化することも可能であり、これにより、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅの集光点のような極限的な環境に設置することが可能になっている。このように、計測システム１ｅは、従来の計測装置では計測不能な環境下でも使用することができると共に、大幅なコストダウンにも成功している。 Further, the size of the reflector 153e and the electro-optical element 152e can be reduced to about 1 mm, so that the reflector can be installed in an extreme environment such as a condensing point of the LFEX laser oscillator 22e. It has become. As described above, the measurement system 1e can be used in an environment where measurement cannot be performed by a conventional measuring device, and has succeeded in a significant cost reduction.

計測システム１ｅでは、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅの発振器光の一部（チャープパルスレーザ）が光ファイバ２１ｅを介して検出用レーザ出射装置１１ｅに出射されるようになっている。上記発振器光は、パルスストレッチャ１１１ｅによりパルス幅が調整される。そして、パルス幅調整後の発振光は、光学シャッタ１１２ｅを経て再生増幅器１１３ｅによりエネルギー増幅されて、時間遅れ調整器２４ｅに出射される。検出用レーザ出射装置１１ｅは、出射される上記発振光が、波長１０１０〜１０５０ｎｍ（半値全幅は２０ｎｍ）、エネルギー１００ｎＪ、パルス幅５００ｐｓのチャープパルスレーザとなるように調整した。 In the measurement system 1e, a part of the oscillator light (chirped pulse laser) of the LFEX laser oscillator 22e is emitted to the detection laser emitting device 11e via the optical fiber 21e. The pulse width of the oscillator light is adjusted by the pulse stretcher 111e. Then, the oscillated light after adjusting the pulse width is energy-amplified by the reproduction amplifier 113e via the optical shutter 112e and emitted to the time delay adjuster 24e. The detection laser emitting device 11e was adjusted so that the emitted oscillating light was a charm pulse laser having a wavelength of 1010 to 1050 nm (full width at half maximum of 20 nm), an energy of 100 nJ, and a pulse width of 500 ps.

また、検出用レーザ出射装置１１ｅから出射されたチャープパルスレーザが電気光学素子１５２ｅに入射するタイミングと、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅが発生させる超高速電子およびＸ線が検出器１５ｅに入射するタイミングとが同時になるように（より正確には超高速電子およびＸ線による電界変化が生じている期間にチャープパルスレーザが電気光学素子１５２ｅを透過するように）、時間遅れ調整器２４ｅにより時間調整を行った。 Further, the timing at which the charm pulse laser emitted from the detection laser emitting device 11e is incident on the electro-optical element 152e and the timing at which the ultrafast electrons and X-rays generated by the LFEX laser oscillator 22e are incident on the detector 15e are simultaneously. The time was adjusted by the time delay adjuster 24e so as to be (more accurately, the charp pulse laser passes through the electro-optical element 152e during the period when the electric field change due to the ultrafast electrons and X-rays is occurring).

そして、時間遅れ調整器２４ｅによる時間調整後のチャープパルスレーザは、ファイバサーキュレータ１３ｅ、Ｙｂファイバ増幅器２５ｅ、および光ファイバ１５１ｅを介して電気光学素子１５２ｅに入射する。入射時のチャープパルスレーザのエネルギーは１μＪであった。また、チャープパルスレーザが反射板１５３ｅで反射して光ファイバ１５１ｅに戻ったときのエネルギーは１ｎＪであった。 Then, the chirped pulse laser after the time adjustment by the time delay adjuster 24e is incident on the electro-optical element 152e via the fiber circulator 13e, the Yb fiber amplifier 25e, and the optical fiber 151e. The energy of the chirped pulse laser at the time of incident was 1 μJ. Further, the energy when the chirped pulse laser was reflected by the reflector 153e and returned to the optical fiber 151e was 1 nJ.

反射板１５３ｅで反射したチャープパルスレーザは、Ｙｂファイバ増幅器２５ｅで増幅された後、ファイバサーキュレータ１３ｅおよび光学シャッタ２６ｅを介して分析装置１６ｅに入射する。このときのチャープパルスレーザのエネルギーは１００ｎＪ未満であった。 The chirped pulse laser reflected by the reflector 153e is amplified by the Yb fiber amplifier 25e and then incident on the analyzer 16e via the fiber circulator 13e and the optical shutter 26e. The energy of the chirped pulse laser at this time was less than 100 nJ.

なお、光ファイバ１５１ｅの全長は４０ｍであり、分析装置１６ｅは、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅが設置されている部屋とは異なる部屋に配置されている。このように、計測システム１ｅは、検出対象が発生する場所に検出器１５ｅを持ち込んで検出を行い、その検出結果の分析は検出対象が発生する場所から離れて行うことができる。 The total length of the optical fiber 151e is 40 m, and the analyzer 16e is arranged in a room different from the room in which the LFEX laser oscillator 22e is installed. In this way, the measurement system 1e can bring the detector 15e to the place where the detection target is generated to perform detection, and analyze the detection result away from the place where the detection target is generated.

分析装置１６ｅの構成は、図９に示した分析装置１６ｄと同様であり、波長分光器で分光し、撮像素子で検出するというものである。分析装置１６ｅは、例えばＣＣＤ（charge-coupled device）撮像素子を用いたＣＣＤ分光器であってもよい。図１１には、分析装置１６ｅによる分析結果を示すデータ１１０を示している。データ１１０の横軸は波長であり、輝度値が強度を表している。このように、分析装置１６ｅによれば、波長分光器の波長スペクトルとしての信号を得ることができる。 The configuration of the analyzer 16e is the same as that of the analyzer 16d shown in FIG. 9, in which spectroscopy is performed by a wavelength spectroscope and detection is performed by an image pickup device. The analyzer 16e may be, for example, a CCD spectroscope using a CCD (charge-coupled device) image pickup device. FIG. 11 shows data 110 showing the analysis result by the analyzer 16e. The horizontal axis of the data 110 is the wavelength, and the luminance value represents the intensity. As described above, according to the analyzer 16e, it is possible to obtain a signal as the wavelength spectrum of the wavelength spectroscope.

ここで、上述のように、波長は時間に変換することができる。本実験例では、データ１１０の上下のスケールで示すように、１０１０ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長範囲が、８００ｐｓ〜０ｐｓの時間範囲に対応している。よって、データ１１０は、時間分解計測の結果を表しているともいえる。 Here, as described above, the wavelength can be converted into time. In this experimental example, the wavelength range of 1010 nm to 50 nm corresponds to the time range of 800 ps to 0 ps, as shown by the upper and lower scales of the data 110. Therefore, it can be said that the data 110 represents the result of the time-resolved measurement.

〔検出対象の強度の時系列変化〕
図１２は、図１１に示すデータ１１０を用いて生成した、超高速電子とＸ線の強度の時系列変化を示す図である。より詳細には、図１２に示すグラフ１２０２が超高速電子とＸ線の強度の時系列変化を示している。 [Time-series changes in the intensity of the detection target]
FIG. 12 is a diagram showing time-series changes in the intensities of ultrafast electrons and X-rays generated using the data 110 shown in FIG. More specifically, graph 1202 shown in FIG. 12 shows the time-series changes in the intensities of ultrafast electrons and X-rays.

なお、図１０のグラフ１０２１〜１０２３に示したように、光電ポリマーの吸収率は波長が長くなるにつれて低くなる。このため、データ１１０の測定前に、検出対象を入射させずに、チャープパルスレーザのみを検出器１５ｅに出射して計測を行った。この計測結果をベースラインとして、データ１１０が示す計測結果を処理することにより、図１２に示すグラフ１２０２を得ている。 As shown in Graphs 1021 to 1023 of FIG. 10, the absorptivity of the photoelectric polymer decreases as the wavelength becomes longer. Therefore, before the measurement of the data 110, only the chirped pulse laser was emitted to the detector 15e without incident the detection target, and the measurement was performed. Graph 1202 shown in FIG. 12 is obtained by processing the measurement result shown by the data 110 using this measurement result as a baseline.

また、図１２には、グラフ１２０２と共に、計測システム１ｅの時間分解能を示すグラフ１２０３を記載している。グラフ１２０３は、計測システム１ｅの時間分解能が４ｐｓ程度であることを示している。なお、計測システム１ｅの時間分解能は、使用するチャープパルスレーザのパルス幅間と、分析装置１６ｅが備える波長分光器の分解能とで決まる。この時間分解能は、当該分野における高エネルギー電子・Ｘ線計測において、これまでの最高時間分解能であった２５ｐｓを大きく下回る。 Further, FIG. 12 shows a graph 1203 showing the time resolution of the measurement system 1e together with the graph 1202. Graph 1203 shows that the time resolution of the measurement system 1e is about 4 ps. The time resolution of the measurement system 1e is determined by the pulse width of the chapter pulse laser used and the resolution of the wavelength spectroscope included in the analyzer 16e. This time resolution is far below the 25 ps, which was the highest time resolution so far in high-energy electron / X-ray measurement in the field.

さらに、図１２には、シミュレーション計算により算出した、ＬＦＥＸレーザ発振器２２ｅにより発生するＸ線と超高エネルギー電子の電荷の計時変化を示すグラフ１２０３も示している。 Further, FIG. 12 also shows a graph 1203 showing the timekeeping change of the charge of the X-ray and the ultra-high energy electron generated by the LFEX laser oscillator 22e calculated by the simulation calculation.

グラフ１２０２には、０ｐｓ付近の下に凸のピークと、５０ｐｓ付近の上に凸のピークとが含まれている。下に凸のピークは光速で伝搬するＸ線に対応し、凸のピークは電子に対応していると解される。グラフ１２０２は、光速のＸ線が入射した後、５０〜８０ｐｓだけ遅れて電子が入射する様子を克明に示している。これは、グラフ１２０３に示すシミュレーション結果ともよく整合している。 Graph 1202 includes a peak that is convex below 0 ps and a peak that is convex above 50 ps. It is understood that the downwardly convex peak corresponds to the X-ray propagating at the speed of light, and the convex peak corresponds to the electron. Graph 1202 clearly shows how electrons are incident with a delay of 50 to 80 ps after the incident of X-rays at the speed of light. This is in good agreement with the simulation results shown in Graph 1203.

なお、グラフ１２０２と同様の計測結果は複数回取得することに成功している。また、計測対象を入射させるタイミングと、チャープパルスレーザを入射させるタイミングとをずらしたときにはグラフ１２０２のような計測結果は得られないことが確認されている。 It should be noted that the same measurement results as in graph 1202 have been successfully acquired a plurality of times. Further, it has been confirmed that the measurement result as shown in Graph 1202 cannot be obtained when the timing at which the measurement target is incident and the timing at which the chirped pulse laser is incident are shifted.

以上のとおり、計測システム１ｅによればＸ線と超高速電子を計測対象とした時間分解計測が可能である。無論、計測システム１ｅは、Ｘ線や超高速電子に限られず、電気光学素子１５２ｅに電界を発生させる任意の計測対象の計測に利用することができる。このような計測は、例えば超短パルス現象を扱う科学研究や工業において非常に有用である。また、本実施形態の検出器１５ｄおよび１５ｅは、図８に示した計測システム１ａの検出器として利用することもできる。 As described above, according to the measurement system 1e, it is possible to perform time-resolved measurement targeting X-rays and ultrafast electrons. Of course, the measurement system 1e is not limited to X-rays and ultrafast electrons, and can be used for measurement of any measurement target that generates an electric field in the electro-optical element 152e. Such measurements are very useful, for example, in scientific research and industry dealing with ultrashort pulse phenomena. Further, the detectors 15d and 15e of the present embodiment can also be used as the detector of the measurement system 1a shown in FIG.

〔まとめ〕
上記実施形態１および２で説明した各計測システムは、計測対象の時間分解計測を行う計測システムであって、検出用レーザ出射装置と、光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備える検出器と、分析装置と、を含み、上記検出用レーザ出射装置は、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を出射し、上記光ファイバは、上記検出器に入射した上記計測対象により生じた電界により電気光学効果が発生した上記電気光学素子に上記レーザ光を導光すると共に、上記レーザ光が当該電気光学素子を透過した透過光を上記分析装置に導光し、上記分析装置は、上記透過光を波長に基づいて分析する構成である。 〔summary〕
Each of the measurement systems described in the first and second embodiments is a measurement system that performs time-resolved measurement of the measurement target, and includes a detection laser emitting device and an electro-optical element that generates an electro-optical effect by an optical fiber and an electric field. The detection laser emitting device includes a detector and an analyzer, the detection laser emitting device emits a laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time, and the optical fiber is the measurement incident on the detector. The laser light is guided to the electro-optical element in which the electro-optical effect is generated by the electric field generated by the object, and the transmitted light transmitted by the laser light through the electro-optical element is guided to the analyzer to perform the analysis. The device is configured to analyze the transmitted light based on the wavelength.

上記の構成によれば、計測対象により生じた電界により電気光学効果が発生した電気光学素子に、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を導光するので、当該電気光学素子を透過したレーザ光の一部の波長成分は電気光学効果の影響を受ける。したがって、電気光学素子を透過した透過光を分析装置に導光して、当該透過光を波長に基づいて分析する上記の構成によれば、電気光学効果の影響を受けた波長成分の有無や、当該波長成分を特定することが可能になる。 According to the above configuration, since the laser beam composed of the pulse whose wavelength continuously changes with time is guided to the electro-optical element in which the electro-optic effect is generated by the electric field generated by the measurement target, the electro-optical element is transmitted. Some wavelength components of the laser light are affected by the electro-optic effect. Therefore, according to the above configuration in which the transmitted light transmitted through the electro-optical element is guided to the analyzer and the transmitted light is analyzed based on the wavelength, the presence / absence of the wavelength component affected by the electro-optic effect and the presence / absence of the wavelength component are determined. It becomes possible to specify the wavelength component.

また、上記の構成によれば、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を用いる。つまり、このレーザ光では波長と時間とが１対１に対応している。このため、当該レーザ光における電気光学効果の影響を受けた波長成分を特定することができれば、電気光学効果が発生していた時間、つまり計測対象が検出器付近に存在していた時間を特定することができる。このように、上記の構成によれば、時間分解計測を行うことが可能になる。 Further, according to the above configuration, a laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time is used. That is, in this laser light, there is a one-to-one correspondence between wavelength and time. Therefore, if the wavelength component affected by the electro-optic effect in the laser beam can be specified, the time during which the electro-optic effect was generated, that is, the time when the measurement target was in the vicinity of the detector is specified. be able to. As described above, according to the above configuration, it is possible to perform time-resolved measurement.

また、上記の構成によれば、分析装置に入射するのは、検出用レーザ出射装置が出射したレーザ光が電気光学素子を透過した透過光であり、検出対象は分析装置に入射しない。よって、ストリークカメラでは計測が難しい高強度の光やレーザ等の種々の計測対象についても時間分解計測を行うことが可能になる。 Further, according to the above configuration, what is incident on the analyzer is the transmitted light that the laser light emitted by the detection laser emitting device has passed through the electro-optical element, and the detection target is not incident on the analyzer. Therefore, it is possible to perform time-resolved measurement for various measurement targets such as high-intensity light and laser, which are difficult to measure with a streak camera.

また、上記実施形態１および２で説明した各検出器は、計測対象の時間分解計測を行う計測システムで使用される検出器であって、光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備え、上記光ファイバは、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を上記電気光学素子に導光すると共に、当該レーザ光が上記電気光学素子を透過した透過光の波長に基づいて分析する分析装置に導光する。 Further, each of the detectors described in the first and second embodiments is a detector used in a measurement system that performs time-resolved measurement of a measurement target, and is an electro-optical element that generates an electro-optical effect by an optical fiber and an electric field. The optical fiber guides a laser beam composed of pulses whose wavelength continuously changes with time to the electro-optical element, and the laser light is based on the wavelength of transmitted light transmitted through the electro-optical element. Guide the light to the analyzer to be analyzed.

上述のように、このような検出器を用いることにより、ストリークカメラでは計測が難しい高強度の光やレーザ等の種々の計測対象についても時間分解計測を行うことが可能になる。 As described above, by using such a detector, it becomes possible to perform time-resolved measurement for various measurement targets such as high-intensity light and laser, which are difficult to measure with a streak camera.

また、実施形態２で説明したように、上記電気光学素子は、電界によりシュタルク効果を発生させる素子であってもよい。この場合、上記分析装置は、上記透過光を分光する波長分光器と撮像素子とを備え、上記波長分光器で分光した上記透過光の光成分を、上記撮像素子における当該光成分の波長に応じた位置に結像させるものであってもよい。 Further, as described in the second embodiment, the electro-optical element may be an element that generates a Stark effect by an electric field. In this case, the analyzer includes a wavelength spectroscope that disperses the transmitted light and an image pickup element, and the optical component of the transmitted light spectroscopically separated by the wavelength spectroscope corresponds to the wavelength of the light component in the image pickup element. It may be an image formed at a certain position.

上述のように、シュタルク効果が発生した電気光学素子を透過した透過光では、一部の周波数成分の強度が変化する。よって、波長分光器で分光した透過光の光成分を、撮像素子における当該光成分の波長に応じた位置に結像させる上記の構成によれば、シュタルク効果の影響を受けた波長成分を示す像を得ることができる。電気光学素子に入射させたレーザ光は、波長が連続的に経時変化するパルスからなるものであり、波長と時間が一対一に対応するから、上記の像は、時間分解計測の結果を示している。つまり、上記の構成によれば時間分解計測が実現される。 As described above, the intensity of some frequency components changes in the transmitted light transmitted through the electro-optical element in which the Stark effect is generated. Therefore, according to the above configuration in which the light component of the transmitted light spectroscopically separated by the wavelength spectroscope is imaged at a position corresponding to the wavelength of the light component in the image pickup element, an image showing the wavelength component affected by the Stark effect. Can be obtained. Since the laser beam incident on the electro-optical element consists of pulses whose wavelength continuously changes with time and has a one-to-one correspondence between wavelength and time, the above image shows the result of time-resolved measurement. There is. That is, according to the above configuration, time-resolved measurement is realized.

また、実施形態１で説明したように、上記電気光学素子は、電界によりポッケルス効果を発生させる素子であってもよい。この場合、上記分析装置は、偏光分離装置と、波長分光器と、撮像素子とを備え、上記偏光分離装置は、上記透過光のうち、上記ポッケルス素子を透過することにより偏光状態が変化した光成分を上記波長分光器に出射し、上記波長分光器は、上記光成分を、撮像素子における当該光成分の波長に応じた位置に結像させる構成としてもよい。この構成によれば、ポッケルス効果の影響を受けた波長成分を示す像を得ることができる。この像も時間分解計測の結果を示している。 Further, as described in the first embodiment, the electro-optical element may be an element that generates a Pockels effect by an electric field. In this case, the analyzer includes a polarization separator, a wavelength spectroscope, and an image pickup element, and the polarization separator is light whose polarization state is changed by passing through the Pockels element among the transmitted light. The component may be emitted to the wavelength spectroscope, and the wavelength spectroscope may be configured to form an image of the light component at a position corresponding to the wavelength of the light component in the image pickup element. According to this configuration, it is possible to obtain an image showing a wavelength component affected by the Pockels effect. This image also shows the result of time-resolved measurement.

また、上記電気光学素子は、ポッケルス効果およびシュタルク効果以外の電気光学効果を発生させる素子であってもよい。例えば、上記電気光学素子として、カー効果を発生させる素子を用いてもよい。この場合、実施形態１と同様の構成により、時間分解計測を行うことが可能である。 Further, the electro-optical element may be an element that generates an electro-optical effect other than the Pockels effect and the Stark effect. For example, as the electro-optical element, an element that generates a Kerr effect may be used. In this case, it is possible to perform time-resolved measurement with the same configuration as in the first embodiment.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

１、１ａ、１ｄ、１ｅ 計測システム
１１、１１ｅ 検出用レーザ出射装置
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ 検出器
１５１、１５１ｄ、１５１ｅ 光ファイバ
１５２、１５２ｃ ポッケルス素子
１５３、１５３ｄ、１５３ｅ 反射板
１５５ 電子変換材
１５６ 陽子変換材
１６、１６ａ、１６ｄ、１６ｅ 分析装置
１６１ 偏光分離装置
１６２ 波長分光器
１６２ａ 偏光ビームスプリッタ
１６３ａ 波長分光器
３０ 画像生成装置
１５２ｄ、１５２ｅ 電気光学素子
１６１ｄ 波長分光器
１６２ｄ 撮像素子 1, 1a, 1d, 1e Measuring system 11, 11e Laser emitting device for detection 15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e Detector 151, 151d, 151e Optical fiber 152, 152c Pockels element 153, 153d, 153e Reflector plate 155 Electronic conversion material 156 Proton conversion material 16, 16a, 16d, 16e Analyzer 161 Polarization separator 162 Wavelength spectroscope 162a Polarized beam splitter 163a Wavelength spectroscope 30 Image generator 152d, 152e Electro-optical element 161d Wavelength spectroscope 162d Imaging element

Claims (13)

計測対象の時間分解計測を行う計測システムであって、
検出用レーザ出射装置と、ポッケルス素子と光ファイバとを備える検出器と、分析装置と、を含み、
上記検出用レーザ出射装置は、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光を出射し、
上記計測対象は、上記検出器に入射して上記ポッケルス素子の周囲に電界を発生させ、
上記光ファイバは、上記レーザ光を上記ポッケルス素子に導光すると共に、上記レーザ光が上記ポッケルス素子を透過した透過光を上記分析装置に導光し、
上記分析装置は、上記透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する、計測システム。 It is a measurement system that performs time-resolved measurement of the measurement target.
Includes a laser emitting device for detection, a detector including a Pockels element and an optical fiber, and an analyzer.
The detection laser emitting device emits a linearly polarized laser beam composed of pulses whose wavelength continuously changes with time.
The measurement target is incident on the detector to generate an electric field around the Pockels element.
The optical fiber guides the laser beam to the Pockels element, and guides the transmitted light transmitted by the laser beam through the Pockels element to the analyzer.
The analyzer is a measurement system that analyzes the transmitted light based on the wavelength and the polarization state. 上記検出器は、反射板を含み、
上記ポッケルス素子は、上記反射板と上記光ファイバの端面とに挟まれて配置されている、請求項１に記載の計測システム。 The detector includes a reflector and
The measurement system according to claim 1, wherein the Pockels element is arranged between the reflector and the end face of the optical fiber. 上記ポッケルス素子は、上記光ファイバのガラス製のコアをポーリング処理することにより生成されたものである、請求項１または２に記載の計測システム。 The measurement system according to claim 1 or 2, wherein the Pockels element is generated by polling a glass core of the optical fiber. 上記計測対象は、光または電磁波であり、
上記検出器は、入射した光または電磁波を電子に変換する電子変換材を含む、請求項１から３の何れか１項に記載の計測システム。 The above measurement target is light or electromagnetic waves.
The measuring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the detector includes an electronic conversion material that converts incident light or electromagnetic waves into electrons. 上記計測対象は、中性子線であり、
上記検出器は、入射した中性子を陽子に変換する陽子変換材を含む、請求項１から３の何れか１項に記載の計測システム。 The above measurement target is a neutron beam.
The measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the detector includes a proton conversion material that converts incident neutrons into protons. 上記分析装置は、偏光分離装置と波長分光器とを備え、
上記分析装置が備える上記偏光分離装置は、上記透過光のうち、上記ポッケルス素子を透過することにより偏光状態が変化した光成分を上記波長分光器に出射し、
上記波長分光器は、上記光成分を、撮像素子における当該光成分の波長に応じた位置に結像させる、請求項１から５の何れか１項に記載の計測システム。 The analyzer includes a polarization separator and a wavelength spectroscope.
The polarization separating device included in the analyzer emits, out of the transmitted light, an optical component whose polarization state has changed by passing through the Pockels element to the wavelength spectroscope.
The measurement system according to any one of claims 1 to 5, wherein the wavelength spectroscope forms an image of the light component at a position corresponding to the wavelength of the light component in the image pickup device. 上記分析装置は、偏光ビームスプリッタと波長分光器とを備え、
上記偏光ビームスプリッタは、上記透過光のうち、上記ポッケルス素子を透過することにより偏光状態が変化した光成分を、垂直偏光成分と水平偏光成分とに分割して上記波長分光器に出射し、
上記波長分光器は、上記垂直偏光成分を撮像素子における当該垂直偏光成分の波長に応じた位置に結像させると共に、上記水平偏光成分を撮像素子における当該水平偏光成分の波長に応じた位置に結像させる、請求項１から５の何れか１項に記載の計測システム。 The analyzer includes a polarizing beam splitter and a wavelength spectroscope.
The polarized beam splitter divides the light component whose polarization state has changed by passing through the Pockels element among the transmitted light into a vertically polarized light component and a horizontally polarized light component, and emits the light component to the wavelength spectroscope.
The wavelength spectroscope forms an image of the vertically polarized light component at a position corresponding to the wavelength of the vertically polarized light component in the image pickup element, and connects the horizontally polarized light component to a position corresponding to the wavelength of the horizontally polarized light component in the image pickup element. The measurement system according to any one of claims 1 to 5, which is imaged. 上記検出器を複数含み、
上記分析装置は、複数の上記検出器における上記ポッケルス素子を同時に透過した各透過光を分析する、請求項１から７の何れか１項に記載の計測システム。 Including multiple of the above detectors
The measurement system according to any one of claims 1 to 7, wherein the analyzer analyzes each transmitted light transmitted simultaneously through the Pockels element in the plurality of detectors. 上記分析装置は、上記透過光を分析することにより、上記検出器に上記計測対象が入射したか否かを検出し、
上記検出器のそれぞれについての上記分析装置による上記検出の結果を、当該検出器の空間配置に応じた画素の画素値に反映させた画像を生成する画像生成装置を含む、請求項８に記載の計測システム。 The analyzer detects whether or not the measurement target is incident on the detector by analyzing the transmitted light.
The eighth aspect of the present invention includes an image generator that generates an image in which the result of the detection by the analyzer for each of the detectors is reflected in the pixel values of the pixels according to the spatial arrangement of the detector. Measurement system. 計測対象の時間分解計測を行う計測システムで使用される検出器であって、
ポッケルス素子と光ファイバとを備え、
上記光ファイバは、波長が連続的に経時変化するパルスからなる直線偏光のレーザ光を上記ポッケルス素子に導光すると共に、当該レーザ光が上記ポッケルス素子を透過した透過光を、該透過光を波長と偏光状態に基づいて分析する分析装置に導光する、検出器。 It is a detector used in a measurement system that performs time-resolved measurement of the measurement target.
Equipped with Pockels element and optical fiber,
The optical fiber guides linearly polarized laser light composed of pulses whose wavelength continuously changes with time to the Pockels element, and at the same time, the transmitted light transmitted by the laser light through the Pockels element is used as the wavelength of the transmitted light. A detector that guides an analyzer that analyzes based on the state of polarization. 計測対象の時間分解計測を行う計測システムであって、
検出用レーザ出射装置と、光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備える検出器と、分析装置と、を含み、
上記検出用レーザ出射装置は、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を出射し、
上記光ファイバは、上記検出器に入射した上記計測対象により生じた電界により電気光学効果が発生した上記電気光学素子に上記レーザ光を導光すると共に、上記レーザ光が当該電気光学素子を透過した透過光を上記分析装置に導光し、
上記分析装置は、上記透過光を波長に基づいて分析する、計測システム。 It is a measurement system that performs time-resolved measurement of the measurement target.
A detection laser emitting device, a detector including an electro-optic element for generating an electro-optical effect by an optical fiber and an electric field, and an analyzer are included.
The detection laser emitting device emits a laser beam composed of a pulse whose wavelength continuously changes with time.
The optical fiber guides the laser light to the electro-optical element in which the electro-optical effect is generated by the electric field generated by the measurement target incident on the detector, and the laser light is transmitted through the electro-optical element. Guide the transmitted light to the above analyzer and
The analyzer is a measurement system that analyzes the transmitted light based on the wavelength. 上記電気光学素子は、電界によりシュタルク効果を発生させる素子であり、
上記分析装置は、上記透過光を分光する波長分光器と撮像素子とを備え、上記波長分光器で分光した上記透過光の光成分を、上記撮像素子における当該光成分の波長に応じた位置に結像させる、請求項１１に記載の計測システム。 The electro-optical element is an element that generates the Stark effect by an electric field.
The analyzer includes a wavelength spectroscope that disperses the transmitted light and an image pickup element, and the optical component of the transmitted light dispersed by the wavelength spectroscope is placed at a position corresponding to the wavelength of the light component in the image pickup element. The measurement system according to claim 11, wherein an image is formed. 計測対象の時間分解計測を行う計測システムで使用される検出器であって、
光ファイバおよび電界により電気光学効果を発生させる電気光学素子を備え、
上記光ファイバは、波長が連続的に経時変化するパルスからなるレーザ光を上記電気光学素子に導光すると共に、当該レーザ光が上記電気光学素子を透過した透過光の波長に基づいて分析する分析装置に導光する、検出器。 It is a detector used in a measurement system that performs time-resolved measurement of the measurement target.
Equipped with an electro-optic element that produces an electro-optic effect by optical fiber and electric field,
The optical fiber guides a laser beam composed of pulses whose wavelength continuously changes with time to the electro-optical element, and analyzes the laser light based on the wavelength of transmitted light transmitted through the electro-optical element. A detector that guides the device.
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