JP4614903B2 - 光パルスの光搬送波絶対位相計測方法および装置 - Google Patents
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Description
E(t)=A(t)cos(ωt−ΔφCE) …(1)
ここで、ωは電界振動の角周波数、tは時間、A(t)は時間0に尖頭値をとる電界振動の包絡線関数を表す。図5に示すように、光パルスの強度波形の尖頭値に対応する時刻と、電界振動の最初の極大値に対応する時刻との間の時間差が、ΔφCE/ωとなる。
法は、光パルスの光搬送波絶対位相を変化させて固体ターゲットに斜入射で照射し、前記固体ターゲット表面で反射した前記光パルスの基本波と、前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した前記光パルスの偶数次高調波との干渉強度、または、前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した前記光パルスの奇数次高調波と偶数次高調波との干渉強度を、干渉明視度が最大となる波長で繰り返し計測するステップと、前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対する前記干渉強度の周期的変化から前記光搬送波絶対位相の値を算出するステップとを備える。
また、光検出手段の測定結果に基づき、基本波または奇数次高調波と偶数次高調波との干渉光の明視度を最大にするパラメータを算出するパラメータ算出手段と、算出されたパラメータに基づき固体ターゲットおよび波長選択手段の少なくとも1つを制御する制御手段とをさらに備えていてもよい。
また、空間分解能を持った光電子検出器または複数の光電子検出器は不要である。さらに、干渉させる光成分の波長が200nm程度以上の場合には、特別な真空容器を用いずに空気中で光搬送波絶対位相を計測することができる。したがって、従来よりも簡便に光搬送波絶対位相を計測することが可能である。
以下、図面を参照し、本発明の第1の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る極短光パルスの光搬送波絶対位相計測装置の構成を示す図である。この極短光パルスの光搬送波絶対位相計測装置は、極短パルスレーザ装置1と、光搬送波絶対位相調整機構3と、偏光回転素子4と、集光用光学素子5と、ターゲット・レーザ光相互作用部6と、波長選択装置7と、光検出器8と、コンピュータ10とから構成される。
集光用光学素子5は、偏光回転素子4を通過した極短光パルス2を、ターゲット・レーザ光相互作用部6に所定の光電界強度で供給するものである。集光用光学素子5の軸に対する傾斜角(煽り)により、極短光パルス2の光電界強度を調整することができる。集光用光学素子5の煽りは、コンピュータ10により制御される。
ターゲットとしては、例えば、ガラス、アルミ蒸着ミラー、金蒸着ミラー、シリコン(001)等の固体ターゲットを用いることができる。また、非線形感受率の大きい材料を使用することにより、高調波発生効率を向上させることや、計測に必要となる極短パルスレーザ装置1からの供給エネルギーの最低閾値をさらに低く抑制することが可能である。以下、ターゲットとして、上述した固体ターゲットを用いるものとして説明する。
ターゲット・レーザ光相互作用部6はさらに、固体ターゲットの反射面を回転させて極短光パルス2の入射角度を調整するターゲット駆動装置を有する。極短光パルス2の入射角度は、コンピュータ10により制御される。
光検出器8は、波長選択装置7を通過してきた偶数次高調波と奇数次高調波との干渉強度を測定するものであり、例えば光電子増倍管または半導体光検出器で構成される。
干渉明視度測定部12は、光検出器8の測定結果に基づき干渉明視度を測定する。具体的には、光搬送波絶対位相調整機構3によって与えられる位相の変化量を変えて繰り返し測定した干渉強度を複数取得し、これらの測定結果から干渉強度の最大値と最小値を推定し、最大値と最小値との差を干渉明視度とする。
光搬送波絶対位相算出部16は、干渉強度記憶部15に記憶されているデータから、光搬送波絶対位相調整機構3による光搬送波絶対位相の変化量に対して周期的に変化する高調波干渉強度の1周期分の区間を検出し、この区間の長さを2πとおき、この区間における「光搬送波絶対位相調整機構3による光搬送波絶対位相の変化量」とその変化が与えられた光パルスの「光搬送波絶対位相の値」との対応関係を求める。
まず、光搬送波絶対位相調整機構制御部11を用いて、光搬送波絶対位相調整機構3による光搬送波絶対位相の変化量を設定する(ステップSl)。
そして、測定された高調波干渉強度を光搬送波絶対位相調整機構3による光搬送波絶対位相の変化量とともに、干渉強度記憶部15に記憶する(ステップS4)。
極短光パルス2の光搬送波絶対位相とこの極短光パルス2に与えられる位相の変化量との相関により、干渉強度は図4に示すように、光搬送波絶対位相調整機構3による光搬送波絶対位相の変化量に対して周期的に変化する。
この際、1μJ/pulse以下の極短光パルスを使用して光搬送波絶対位相を計測することも可能である。
また、従来の計測方法とは異なり、空間分解能を持った光電子検出器または複数の光電子検出器は不要である。さらに、可視・近赤外波長領域の極短光パルス2を用いる場合には、2次高調波および3次高調波の波長が200nm程度以上となるから、これらの高調波の干渉信号を利用することにより、特別な真空容器を用いずに空気中で光搬送波絶対位相を計測することができる。したがって、従来よりも簡便に光搬送波絶対位相を計測することが可能である。
なお、固体表面を使用した高調波発生の方式は、結晶を使用した高調波発生の方式と異なり、位相整合がどの波長に対しても取られる。つまり、N次高調波(Nは2以上の整数)は、基本波のスペクトル帯域を高調波の次数Nで割ったスペクトル帯域で発生する。このため、異なる次数の高調波同士の干渉強度を測定する本実施の形態には、固体表面から発生する高調波を利用することが適している。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図6は、本実施の形態に係る極短光パルスの光搬送波絶対位相計測装置の構成を示す図である。なお、本実施形態において、第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
Claims (5)
- 光パルスの光搬送波絶対位相を変化させて固体ターゲットに斜入射で照射し、前記固体ターゲット表面で反射した前記光パルスの基本波と、前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した前記光パルスの偶数次高調波との干渉強度、または、前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した前記光パルスの奇数次高調波と偶数次高調波との干渉強度を、干渉明視度が最大となる波長で繰り返し計測するステップと、
前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対する前記干渉強度の周期的変化から前記光搬送波絶対位相の値を算出するステップと
を備え、
前記光搬送波絶対位相の値を算出するステップは、
前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対する前記干渉強度の周期的変化における1周期分の区間を検出するステップと、
前記区間における前記干渉強度が極大となる前記光搬送波絶対位相の変化量と前記干渉強度が極小となる前記光搬送波絶対位相の変化量とから、前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対応する前記光搬送波絶対位相の値を算出するステップと
を備えることを特徴とする光パルスの光搬送波絶対位相計測方法。
- 光パルスを出力する光パルス出力手段と、
通過する光パルスの光搬送波絶対位相を変化させる光搬送波絶対位相調整手段と、
前記光パルス出力手段から出力され前記光搬送波絶対位相調整手段を通過した光パルスが斜入射で照射される固体ターゲットと、
前記固体ターゲット表面で反射した前記光パルスの基本波または前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した奇数次高調波と前記固体ターゲットの表面で前記基本波の反射方向に発生した偶数次高調波との干渉強度を、干渉明視度が最大となる波長で測定する光検出手段と、
前記光搬送波絶対位相調整手段による前記光搬送波絶対位相の変化量を変えて前記干渉強度を繰り返し測定したときの前記光検出手段の測定結果に基づき、光搬送波絶対位相の変化量に対する前記干渉強度の周期的変化から前記光搬送波絶対位相の値を算出する光搬送波絶対位相算出手段と
を備え、
前記光搬送波絶対位相算出手段は、
前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対する前記干渉強度の周期的変化における1周期の区間を検出する手段と、
前記区間における前記干渉強度が極大となる前記光搬送波絶対位相の変化量と前記干渉強度が極小となる前記光搬送波絶対位相の変化量とから、前記光パルスの光搬送波絶対位相の変化量に対応する前記光搬送波絶対位相の値を算出する手段と
を備えることを特徴とする光パルスの光搬送波絶対位相計測装置。
- 請求項2に記載の光パルスの光搬送波絶対位相計測装置において、
前記固体ターゲットと前記光検出手段との間の光路に配置され、前記固体ターゲットに反射した前記光パルスに含まれる所定の基本波または高調波の波長成分を選択的に通過させる波長選択手段をさらに備えることを特徴とする光パルスの光搬送波絶対位相計測装置。
- 請求項3に記載の光パルスの光搬送波絶対位相計測装置において、
前記光検出手段の測定結果に基づき、前記基本波または前記奇数次高調波と前記偶数次高調波との干渉光の明視度を最適にするパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
算出された前記パラメータに基づき前記固体ターゲットおよび前記波長選択手段の少なくとも1つを制御する制御手段と
をさらに備えることを特徴とする光パルスの光搬送波絶対位相計測装置。
- 請求項2に記載の光パルスの光搬送波絶対移送計測装置において、
前記光パルスの強度を計測する計測手段
をさらに備え、
前記光搬送波絶対位相算出手段は、前記光パルスの光強度の値が所定の範囲内のときの前記光検出手段からの測定結果に基づき、前記光搬送波絶対位相の値を算出する
ことを特徴とする光パルスの光搬送波絶対位相計測装置。
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