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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022180146
(43)【公開日】2022-12-06
(54)【発明の名称】分散測定装置及び分散測定方法
(51)【国際特許分類】
G01J 3/453 20060101AFI20221129BHJP
G01J 11/00 20060101ALI20221129BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20221129BHJP
H01S 3/10 20060101ALN20221129BHJP
【ＦＩ】
G01J3/453
G01J11/00
H01S3/00 G
H01S3/10 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021087082
(22)【出願日】2021-05-24
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度 国立研究開発法人 科学技術振興機構、研究成果展開事業、研究成果最適展開支援プログラム「超短パルスレーザー応用の先進化が可能で顕微光学系に実装可能な波形制御装置の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100174399
【弁理士】
【氏名又は名称】寺澤 正太郎
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 向陽
(72)【発明者】
【氏名】高橋 永斉
(72)【発明者】
【氏名】井上 卓
【テーマコード（参考）】
2G020
2G065
5F172
【Ｆターム（参考）】
2G020AA03
2G020CB05
2G020CB23
2G020CB55
2G020CC29
2G020CD24
2G020CD35
2G065AA12
2G065AA13
2G065AB09
2G065AB16
2G065BA09
2G065BB02
2G065BC13
2G065BC35
2G065DA05
5F172AE03
5F172AF06
5F172EE13
5F172NN22
5F172NP02
5F172NP18
5F172NR02
(57)【要約】
【課題】測定対象の波長分散量を精度良く測定することができる装置及び方法を提供する。
【解決手段】分散測定装置１Ａは、パルス形成部３、光検出部４、及び演算部５ｂを備える。パルス形成部３は、波長ごとの所定の位相ずれを光パルスＰａに与える位相パターンを提示するＳＬＭを有し、光パルスＰａから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む光パルス列Ｐｂを形成する。光検出部４は、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。演算部５ｂは、光検出部４と電気的に接続されている。光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置される。演算部５ｂは、時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定する。ＳＬＭの位相パターンは、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を光パルスＰａに与えるためのパターンを含む。
【選択図】図１
【解決手段】分散測定装置１Ａは、パルス形成部３、光検出部４、及び演算部５ｂを備える。パルス形成部３は、波長ごとの所定の位相ずれを光パルスＰａに与える位相パターンを提示するＳＬＭを有し、光パルスＰａから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む光パルス列Ｐｂを形成する。光検出部４は、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。演算部５ｂは、光検出部４と電気的に接続されている。光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置される。演算部５ｂは、時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定する。ＳＬＭの位相パターンは、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を光パルスＰａに与えるためのパターンを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
正又は負の群遅延分散を有する測定対象の波長分散量を測定する装置であって、
第１光パルスを出力する光源と、
波長ごとの所定の位相ずれを前記第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を有し、前記第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成部と、
前記光パルス列の時間波形を検出する光検出部と、
前記光検出部と電気的に接続された演算部と、を備え、
前記測定対象は、前記光源と前記パルス形成部との間の光路上、又は前記パルス形成部と前記光検出部との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記位相パターンは、前記測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるためのパターンを含む、分散測定装置。
第１光パルスを出力する光源と、
波長ごとの所定の位相ずれを前記第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を有し、前記第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成部と、
前記光パルス列の時間波形を検出する光検出部と、
前記光検出部と電気的に接続された演算部と、を備え、
前記測定対象は、前記光源と前記パルス形成部との間の光路上、又は前記パルス形成部と前記光検出部との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記位相パターンは、前記測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるためのパターンを含む、分散測定装置。
【請求項2】
前記光検出部は、前記光パルス列を受け、前記光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を出力する相関光学系を有し、前記光パルス列の時間波形に代えて前記相関光の時間波形を検出し、
前記演算部は、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１に記載の分散測定装置。
前記演算部は、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１に記載の分散測定装置。
【請求項3】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値が、前記測定対象の群遅延分散の絶対値の予測される範囲内である、請求項１又は２に記載の分散測定装置。
【請求項4】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値は、前記測定対象の設計上の群遅延分散の絶対値と等しい、請求項１又は２に記載の分散測定装置。
【請求項5】
前記測定対象は、前記パルス形成部と前記光検出部との間の光路上に配置される、請求項１～４のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項6】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、前記第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、前記中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が増大したのち減少する特性を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項7】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、前記第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、前記中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が減少したのち増大する特性を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項8】
正の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるための第１の前記位相パターンと、負の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるための第２の前記位相パターンとを記憶し、前記第１の位相パターン及び前記第２の位相パターンを空間光変調器へ選択的に出力する制御部を更に備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項9】
正又は負の群遅延分散を有する測定対象の波長分散量を測定する方法であって、
第１光パルスを出力する出力ステップと、
波長ごとの所定の位相ずれを前記第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を用いて、前記第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成ステップと、
前記光パルス列の時間波形を検出する検出ステップと、
前記測定対象の波長分散量を推定する演算ステップと、を含み、
前記パルス形成ステップにおいて、前記測定対象を透過した前記第１光パルスから前記光パルス列を形成するか、又は前記検出ステップにおいて、前記測定対象を透過した前記光パルス列の時間波形を検出し、
前記演算ステップでは、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記位相パターンは、前記測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるためのパターンを含む、分散測定方法。
第１光パルスを出力する出力ステップと、
波長ごとの所定の位相ずれを前記第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を用いて、前記第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む前記変調光である光パルス列を形成するパルス形成ステップと、
前記光パルス列の時間波形を検出する検出ステップと、
前記測定対象の波長分散量を推定する演算ステップと、を含み、
前記パルス形成ステップにおいて、前記測定対象を透過した前記第１光パルスから前記光パルス列を形成するか、又は前記検出ステップにおいて、前記測定対象を透過した前記光パルス列の時間波形を検出し、
前記演算ステップでは、前記時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記位相パターンは、前記測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を前記第１光パルスに与えるためのパターンを含む、分散測定方法。
【請求項10】
前記検出ステップでは、前記光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を生成し、前記光パルス列の時間波形に代えて前記相関光の時間波形を検出し、
前記演算ステップでは、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項９に記載の分散測定方法。
前記演算ステップでは、前記相関光の時間波形の特徴量に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項９に記載の分散測定方法。
【請求項11】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値が、前記測定対象の群遅延分散の絶対値の予測される範囲内である、請求項９又は１０に記載の分散測定方法。
【請求項12】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値は、前記測定対象の設計上の群遅延分散の絶対値と等しい、請求項９又は１０に記載の分散測定方法。
【請求項13】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、前記第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、前記中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が増大したのち減少する特性を有する、請求項９～１２のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【請求項14】
前記位相パターンによって前記第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、前記第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、前記中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が減少したのち増大する特性を有する、請求項９～１２のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分散測定装置及び分散測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、パルスレーザ光源の波長分散量を測定可能な分散測定装置及び分散測定方法が記載されている。これらの装置及び方法では、パルスレーザ光源から出力された被測定光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の光パルスを含む光パルス列が形成され、光パルス列が相関光学系に入射し、相関光学系から、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光が出力され、相関光の時間波形が検出され、検出された相関光の時間波形の特徴量からパルスレーザ光源の波長分散量が推定される。また、光学部品等の測定対象を光学系に挿入することによって、上記相関光の時間波形から測定対象の波長分散量を測定することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１６９９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
測定対象の波長分散量を測定するとき、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の光パルスを測定対象に透過させる。そして、測定対象を透過したのちの複数の光パルスの時間波形（例えばピーク間隔）に基づいて、測定対象の波長分散量を推定することができる。しかしながら、光パルスが測定対象を透過する際には、測定対象が有する波長分散によって、光パルスのパルス幅が次第に拡がるとともに光パルスのピーク強度が次第に低下する。測定対象において光パルスのパルス幅が拡がるほど、光パルスのピーク間隔の検出精度が低下する。また、測定対象において光パルスのピーク強度が低下するほど、光パルスの時間波形の検出精度が低下し、光検出器の検出閾値を下回ると光パルスを検出できないおそれがある。したがって、測定対象の波長分散量を精度良く測定することができないおそれがある。
【0005】
本発明の一側面は、測定対象の波長分散量を精度良く測定することができる分散測定装置及び分散測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本発明の一側面に係る分散測定装置は、正又は負の群遅延分散を有する測定対象の波長分散量を測定する装置であって、光源と、パルス形成部と、光検出部と、演算部と、を備える。光源は、第１光パルスを出力する。パルス形成部は、波長ごとの所定の位相ずれを第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を有し、第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む変調光である光パルス列を形成する。光検出部は、光パルス列の時間波形を検出する。演算部は、光検出部と電気的に接続されている。測定対象は、光源とパルス形成部との間の光路上、又はパルス形成部と光検出部との間の光路上に配置される。演算部は、時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。位相パターンは、測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を第１光パルスに与えるためのパターンを含む。
【0007】
本発明の一側面に係る分散測定方法は、正又は負の群遅延分散を有する測定対象の波長分散量を測定する方法であって、出力ステップと、パルス形成ステップと、検出ステップと、演算ステップと、を含む。出力ステップでは、第１光パルスを出力する。パルス形成ステップでは、波長ごとの所定の位相ずれを第１光パルスに与えて変調光を生成するための位相パターンを提示する空間光変調器を用いて、第１光パルスから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる複数の第２光パルスを含む変調光である光パルス列を形成する。検出ステップでは、光パルス列の時間波形を検出する。演算ステップでは、測定対象の波長分散量を推定する。パルス形成ステップにおいて、測定対象を透過した第１光パルスから光パルス列を形成するか、又は検出ステップにおいて、測定対象を透過した光パルス列の時間波形を検出する。演算ステップでは、時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。位相パターンは、測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を第１光パルスに与えるためのパターンを含む。
【0008】
これらの装置及び方法では、パルス形成部（パルス形成ステップ）において、測定対象が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散が第１光パルスに与えられる。これにより、測定対象に入射する複数の第２光パルスのピーク強度が一旦低下し且つパルス幅が一旦拡がるが、これらの第２光パルスが測定対象に入射した後、測定対象から出射するまでの間に、測定対象が有する群遅延分散によって各第２光パルスのピーク強度が高まり、且つ各第２光パルスのパルス幅が小さくなる。このように、上記の装置及び方法によれば、測定対象から出射された第２光パルスのパルス幅が小さくなるので、複数の第２光パルスのピーク間隔の検出精度の低下を抑制することができる。また、測定対象から出射された複数の第２光パルスのピーク強度が高まるので、光パルス列の時間波形の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、測定対象の波長分散量を精度良く測定することができる。
【0009】
上記装置において、光検出部は、光パルス列を受け、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を出力する相関光学系を有し、光パルス列の時間波形に代えて相関光の時間波形を検出してもよい。そして、演算部は、相関光の時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。同様に、上記方法において、検出ステップでは、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を生成し、光パルス列の時間波形に代えて相関光の時間波形を検出してもよい。そして、演算ステップでは、相関光の時間波形の特徴量に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。これらの装置及び方法によれば、例えば複数の第２光パルスがフェムト秒オーダーの超短パルスであるような場合であっても光パルス列の時間波形を測定できる。故に、超短パルスを用いて測定対象の波長分散量を更に精度良く測定することができる。
【0010】
上記の装置及び方法において、位相パターンによって第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値は、測定対象の群遅延分散の絶対値の予測される範囲内であってもよい。この場合、位相パターンによって第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値を、測定対象の群遅延分散の絶対値に近づけることができる。従って、測定対象において第２光パルスのパルス幅をより小さくすることができ、複数の第２光パルスのピーク間隔の検出精度の低下を更に抑制することができる。また、測定対象において複数の第２光パルスのピーク強度をより高めることができ、光パルス列の時間波形の検出精度の低下を更に抑制することができる。
【0011】
上記の装置及び方法において、位相パターンによって第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値は、測定対象の設計上の群遅延分散の絶対値と等しくてもよい。この場合もまた、位相パターンによって第１光パルスに与えられる群遅延分散の絶対値を、測定対象の群遅延分散の絶対値に近づけることができる。従って、測定対象において第２光パルスのパルス幅をより小さくすることができ、複数の第２光パルスのピーク間隔の検出精度の低下を更に抑制することができる。また、測定対象において複数の第２光パルスのピーク強度をより高めることができ、光パルス列の時間波形の検出精度の低下を更に抑制することができる。
【0012】
上記装置において、測定対象は、パルス形成部と光検出部との間の光路上に配置されてもよい。また、上記方法の検出ステップにおいて、測定対象を透過した光パルス列の時間波形を検出してもよい。上記の装置及び方法によれば、例えばこのように、測定対象を光路上の任意の位置に配置できる。したがって、装置の空間的な設計の自由度が高く、装置の小型化、並びに、測定対象の取り付け易さ及び取り出し易さといった利便性の向上へ向けた装置設計が可能となる。
【0013】
上記の装置及び方法において、位相パターンによって第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が増大したのち減少する特性を有してもよい。例えばこのような位相パターンを空間光変調器に提示することによって、第１光パルスに負の群遅延分散を好適に与えることができる。
【0014】
上記の装置及び方法において、位相パターンによって第１光パルスに与えられるスペクトル位相の波長特性は、第１光パルスの中心波長に関して対称であり、且つ、中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が減少したのち増大する特性を有してもよい。例えばこのような位相パターンを空間光変調器に提示することによって、第１光パルスに正の群遅延分散を好適に与えることができる。
【0015】
上記装置は、正の群遅延分散を第１光パルスに与えるための第１の位相パターンと、負の群遅延分散を第１光パルスに与えるための第２の位相パターンとを記憶し、第１の位相パターン及び第２の位相パターンを空間光変調器へ選択的に出力する制御部を更に備えてもよい。この場合、測定対象が正の群遅延分散を有する場合と、測定対象が負の群遅延分散を有する場合とで、位相パターンを容易に切り替えることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一側面に係る分散測定装置及び分散測定方法によれば、測定対象の波長分散量を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】一実施形態に係る分散測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】パルス形成部の構成例を示す図である。
【図3】空間光変調器の変調面を示す図である。
【図4】帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。（ａ）は、スペクトログラムである。（ｂ）は、光パルス列の時間波形を表している。（ｃ）は、２つの光パルスを合成したスペクトルを表している。
【図5】比較例として、帯域制御されていないマルチパルスの例を示す図である。（ａ）は、スペクトログラムである。（ｂ）は、光パルス列の時間波形を表している。（ｃ）は、２つの光パルスを合成したスペクトルを表している。
【図6】位相パターンによって光パルスに与えられるスペクトル波形であって、光パルスに負の群遅延分散を与える場合のスペクトル波形を示す図である。
【図7】位相パターンによって光パルスに与えられるスペクトル波形であって、光パルスに正の群遅延分散を与える場合のスペクトル波形を示す図である。
【図8】光パルス列が有する群遅延分散と、光パルスの時間波形におけるピーク強度及びパルス幅との関係の例を示すグラフである。
【図9】一実施形態のパルス形成部から出力されるパルス列の時間波形の例を示すグラフである。
【図10】比較例として、空間光変調器において光パルスに群遅延分散を与えない場合にパルス形成部から出力されるパルス列の時間波形の例を示すグラフである。
【図11】光学部品を透過した後のパルス列の時間波形の例を示すグラフである。
【図12】相関光学系の構成例を示す図である。
【図13】相関光学系の構成例として、光パルス列の自己相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。
【図14】相関光学系の別の構成例として、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。
【図15】相関光学系の更に別の構成例として、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成するための相関光学系を概略的に示す図である。
【図16】一実施形態において、光学部品を配置しない状態で相関光学系から出力される相関光の時間波形の例を示すグラフである。
【図17】比較例として、空間光変調器において光パルスに群遅延分散を与えない場合に、光学部品を配置しない状態で相関光学系から出力される相関光の時間波形の例を示すグラフである。
【図18】一実施形態において光学部品を配置した場合の相関光の時間波形の例を示すグラフである。
【図19】制御装置のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。
【図20】分散測定方法を示すフローチャートである。
【図21】（ａ）単パルス状の光パルスのスペクトル波形の例を示す図である。（ｂ）光パルスの時間強度波形を示す図である。
【図22】（ａ）空間光変調器において矩形波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部からの出力光のスペクトル波形を示す図である。（ｂ）該出力光の時間強度波形を示す図である。
【図23】空間光変調器の変調パターンを演算する変調パターン算出装置の構成を示す図である。
【図24】位相スペクトル設計部及び強度スペクトル設計部の内部構成を示すブロック図である。
【図25】反復フーリエ変換法による位相スペクトルの計算手順を示す図である。
【図26】位相スペクトル設計部における位相スペクトル関数の計算手順を示す図である。
【図27】強度スペクトル設計部におけるスペクトル強度の計算手順を示す図である。
【図28】ターゲット生成部におけるターゲットスペクトログラムの生成手順の一例を示す図である。
【図29】強度スペクトル関数を算出する手順の一例を示す図である。
【図30】（ａ）スペクトログラムを示す図である。（ｂ）スペクトログラムが変化したターゲットスペクトログラムを示す図である。
【図31】光学部品に入射する前の光パルスの時間波形と、光学部品を透過した光パルスの時間波形とを示す図である。
【図32】光学部品が配置されない場合の相関光の時間波形と、光学部品が配置された場合の相関光の時間波形とを示す図である。
【図33】光学部品が有する群遅延分散と、相関光のパルス幅との関係の一例を示すグラフである。
【図34】光学部品が有する群遅延分散と、相関光のピーク強度との関係の一例を示すグラフである。
【図35】光学部品に入射する光パルスが群遅延分散を有さない場合における、光学部品が有する群遅延分散と、相関光のピーク間隔の変化量との関係の一例を示す図である。
【図36】光学部品が有する群遅延分散の絶対値と、光学部品が有する群遅延分散に対する相関光のピーク間隔の変化率との関係を示すグラフである。
【図37】光学部品が有する群遅延分散と、相関光のピーク間隔の変化量との関係がシフトする様子を示す図である。
【図38】第１変形例に係る分散測定装置の構成を示す図である。
【図39】第２変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、添付図面を参照しながら本発明による分散測定装置及び分散測定方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0019】
図１は、本発明の一実施形態に係る分散測定装置１Ａの構成を概略的に示す図である。この分散測定装置１Ａは、測定対象である光学部品７の波長分散量を測定する装置であって、パルスレーザ光源２（光源）、パルス形成部３、光検出部４、及び制御装置５を備える。パルス形成部３の光入力端３ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、パルスレーザ光源２と光学的に結合されている。光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置される。光学部品７の光入力端７ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、パルス形成部３の光出力端３ｂと光学的に結合されている。光検出部４の光入力端４ａは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、光学部品７の光出力端７ｂと光学的に結合されている。光検出部４は、相関器であって、相関光学系４０と、検出器４００と、を備えている。相関光学系４０の光入力端は、光検出部４の光入力端４ａを構成する。相関光学系４０の光出力端４０ｂは、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、検出器４００と光学的に結合されている。制御装置５は、パルス形成部３及び検出器４００と電気的に接続されている。制御装置５は、制御部５ａ、演算部５ｂ、入力部５ｃ、及び出力部５ｄを有する。
【0020】
パルスレーザ光源２は、コヒーレントな光パルスＰａ（第１光パルス）を出力する。パルスレーザ光源２は、例えばフェムト秒レーザであり、一実施例ではＬＤ直接励起型Ｙｂ：ＹＡＧパルスレーザといった固体レーザ光源である。光パルスＰａの時間波形は例えばガウス関数状である。光パルスＰａの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例えば１０ｆｓ～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では１００ｆｓである。この光パルスＰａは、或る程度の帯域幅を有する光パルスであって、連続する複数の波長成分を含む。一実施例では、光パルスＰａの帯域幅は１０ｎｍであり、光パルスＰａの中心波長は１０３０ｎｍである。
【0021】
パルス形成部３は、光パルスＰａから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２（複数の第２光パルス）を含む光パルス列Ｐｂを形成する。光パルス列Ｐｂは、光パルスＰａを構成するスペクトルを複数の波長帯域に分け、それぞれの波長帯域を用いて生成したシングルパルス群である。なお、複数の波長帯域の境界では、互いに重なり合う部分があってもよい。以下の説明では、光パルス列Ｐｂを「帯域制御したマルチパルス」と称することがある。
【0022】
図２は、パルス形成部３の構成例を示す図である。このパルス形成部３は、回折格子１２、レンズ１３、空間光変調器（ＳＬＭ）１４、レンズ１５、及び回折格子１６を有する。回折格子１２は、本実施形態における分光素子であり、パルスレーザ光源２と光学的に結合されている。ＳＬＭ１４は、レンズ１３を介して回折格子１２と光学的に結合されている。回折格子１２は、光パルスＰａに含まれる複数の波長成分を、波長毎に空間的に分離する。なお、分光素子として、回折格子１２に代えてプリズム等の他の光学部品を用いてもよい。光パルスＰａは、回折格子１２に対して斜めに入射し、複数の波長成分に分光される。この複数の波長成分を含む光Ｐ１は、レンズ１３によって各波長成分毎に集光され、ＳＬＭ１４の変調面に結像される。レンズ１３は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。
【0023】
ＳＬＭ１４は、光パルスＰａを光パルス列Ｐｂ（変調光）に変換するために、波長ごとの所定の位相ずれを光パルスＰａに与える。具体的には、ＳＬＭ１４は、位相ずれを光パルスＰａに与えて光パルス列Ｐｂを生成するために、制御部５ａ（図１を参照）から制御信号を受ける。ＳＬＭ１４は、制御部５ａから出力された制御信号を受けることにより位相パターンを提示する。ＳＬＭ１４は、提示された位相パターンを用いて光Ｐ１の位相変調と強度変調とを同時に行う。このように、ＳＬＭ１４は、回折格子１２から出力された複数の波長成分の位相を相互にずらす。なお、ＳＬＭ１４は、位相変調のみ、または強度変調のみを行ってもよい。ＳＬＭ１４は、例えば位相変調型である。一実施例では、ＳＬＭ１４はＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）型である。なお、図面には透過型のＳＬＭ１４が示されているが、ＳＬＭ１４は反射型であってもよい。
【0024】
図３は、ＳＬＭ１４の変調面１７を示す図である。図３に示すように、変調面１７には、複数の変調領域１７ａが或る方向Ａに沿って並んでおり、各変調領域１７ａは方向Ａと交差する方向Ｂに延びている。方向Ａは、回折格子１２による分光方向である。この変調面１７はフーリエ変換面として働き、複数の変調領域１７ａのそれぞれには、分光後の対応する各波長成分が入射する。ＳＬＭ１４は、各変調領域１７ａにおいて、入射した各波長成分の位相及び強度を他の波長成分から独立して変調する。なお、本実施形態のＳＬＭ１４が位相変調型であるので、強度変調は、変調面１７に提示される位相パターン（位相画像）によって実現される。
【0025】
ＳＬＭ１４によって変調された変調光Ｐ２の各波長成分は、レンズ１５によって回折格子１６上の一点に集められる。このときのレンズ１５は、変調光Ｐ２を集光する集光光学系として機能する。レンズ１５は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。また、回折格子１６は合波光学系として機能し、変調後の各波長成分を合波する。すなわち、これらのレンズ１５及び回折格子１６により、変調光Ｐ２の複数の波長成分は互いに集光・合波されて、帯域制御したマルチパルス（光パルス列Ｐｂ）となる。
【0026】
図４は、帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。この例では、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２からなる光パルス列Ｐｂが示されている。図４（ａ）は、スペクトログラムであって、横軸に時間、縦軸に波長を示しており、光強度を色の濃淡で表している。図４（ｂ）は、光パルス列Ｐｂの時間波形を表している。各光パルスＰｂ1，Ｐｂ２の時間波形は例えばガウス関数状である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク同士は時間的に互いに離れており、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の伝搬タイミングは互いにずれている。言い換えると、一の光パルスＰｂ２に対して別の光パルスＰｂ１が時間遅れを有しており、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２は、互いに時間差を有している。光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２の中心波長は互いに異なる。光パルスＰｂ１の中心波長は、例えば１５６０ｎｍであり、光パルスＰｂ２の中心波長は、例えば１５４０ｎｍである。光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間間隔（ピーク間隔）は、例えば１０ｆｓ～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では２０００ｆｓである。また、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のＦＷＨＭは、例えば、１０ｆｓ～５０００ｆｓの範囲内であり、一例では３００ｆｓである。
【0027】
図４（ｃ）は、２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を合成したスペクトルを表している。図４（ｃ）に示すように２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を合成したスペクトルは単一のピークを有するが、図４（ａ）を参照すると２つの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の中心波長は互いにずれている。図４（ｃ）に示す単一のピークは、ほぼ光パルスＰａのスペクトルに相当する。隣り合う光パルスＰｂ1，Ｐｂ２のピーク波長間隔は、光パルスＰａのスペクトル帯域幅によって定まり、概ね半値全幅の２倍の範囲内である。一例では、光パルスＰａのスペクトル帯域幅である半値全幅（ＦＷＨＭ）が１０ｎｍの場合、ピーク波長間隔は１０ｎｍである。具体例として、光パルスＰａの中心波長が８００ｎｍである場合、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のピーク波長はそれぞれ８０５ｎｍ、及び７９５ｎｍであることができる。
【0028】
図５は、比較例として、帯域制御されていないマルチパルスの例を示す図である。この例では、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２からなる光パルス列Ｐｄが示されている。図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に、スペクトログラムであって、横軸に時間、縦軸に波長を示しており、光強度を色の濃淡で表している。図５（ｂ）は、光パルス列Ｐｄの時間波形を表している。図５（ｃ）は、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２を合成したスペクトルを表している。図５（ａ）～（ｃ）に示すように、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２のピーク同士は時間的に互いに離れているが、２つの光パルスＰｄ１，Ｐｄ２の中心波長は互いに一致している。本実施形態のパルス形成部３は、このような光パルス列Ｐｄを生成するものではなく、図４に示されたような、中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂを生成するものである。
【0029】
再び図１を参照する。光学部品７は、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂを受ける。光学部品７は、正又は負の群遅延分散（Group Delay Dispersion：ＧＤＤ）を有する。本実施形態において、測定対象である光学部品７の群遅延分散の大きさは測定前において不明だが、光学部品７が有する群遅延分散の符号は測定前において明らかであるものとする。群遅延分散の符号は、単位長さ当たりの群遅延分散である群速度分散（Group Velocity Dispersion）の符号と一致する。光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂは、光出力端７ｂから出力される。
【0030】
光学部品７は、例えば、光学ファイバあるいは光導波路等の導光部材である。光学ファイバとしては、例えば、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、希土類添加ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、分散シフトファイバ、又はダブルクラッドファイバが挙げられる。光導波路としては、例えば、ＳｉＮ又はＩｎＰなどの半導体微小導波路が挙げられる。或いは、光学部品７は、例えば半導体又は誘電体光学結晶であってもよい。その場合、光学部品７は、ダイヤモンド、ＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３，ＰＬＺＴ、Ｓｉ、Ｇｅ、フラーレン、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、磁性体、有機材料、又は高分子材料等であってもよい。
【0031】
ＳＬＭ１４の変調面１７に提示される位相パターンは、光パルス列Ｐｂを生成するための位相パターンに、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を光パルスＰａに与える（すなわち、光パルス列Ｐｂを、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を有するものとする）ための位相パターンが重畳されたものである。具体的には、光学部品７が正の群遅延分散を有する場合、位相パターンは、負の群遅延分散を光パルスＰａに与える。また、光学部品７が負の群遅延分散を有する場合、位相パターンは、正の群遅延分散を光パルスＰａに与える。
【0032】
図６及び図７は、位相パターンによって光パルスＰａに与えられるスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ１１及びスペクトル強度Ｇ１２）の例を示す。図６及び図７において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、左の縦軸はスペクトル強度の値（任意単位）を示し、右の縦軸はスペクトル位相の値（ｒａｄ）を示す。図６に示されるスペクトル波形は、光パルスＰａに負の群遅延分散を与える場合を示す。図７に示されるスペクトル波形は、光パルスＰａに正の群遅延分散を与える場合を示す。
【0033】
図６に示されるスペクトル波形において、スペクトル位相Ｇ１１の波長特性は、光パルスＰａの中心波長に関して対称であり、且つ、その中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が滑らかに増大したのち減少する特性を有する。スペクトル位相Ｇ１１の傾きは、中心波長において不連続であり、他の波長において連続している。図示例では、スペクトル位相Ｇ１１の中心波長は８００ｎｍであり、７８３ｎｍ付近及び８１７ｎｍ付近においてスペクトル位相Ｇ１１は極大値を取る。例えばこのような位相パターンを変調面１７に提示することによって、光パルスＰａを光パルス列Ｐｂに変換すると同時に、光パルスＰａに負の群遅延分散を好適に与えることができる。
【0034】
また、図７に示されるスペクトル波形において、スペクトル位相Ｇ１１の波長特性は、光パルスＰａの中心波長に関して対称であり、且つ、その中心波長から離れるに従ってスペクトル位相が滑らかに減少したのち増大する特性を有する。スペクトル位相Ｇ１１の傾きは、中心波長において不連続であり、他の波長において連続している。図示例では、スペクトル位相Ｇ１１の中心波長は８００ｎｍであり、７８３ｎｍ付近及び８１７ｎｍ付近においてスペクトル位相Ｇ１１が極小値を取る。例えばこのような位相パターンを変調面１７に提示することによって、光パルスＰａを光パルス列Ｐｂに変換すると同時に、光パルスＰａに正の群遅延分散を好適に与えることができる。
【0035】
制御部５ａは、正の群遅延分散を光パルスＰａに与えるための第１の位相パターンと、負の群遅延分散を光パルスＰａに与えるための第２の位相パターンとを記憶し、第１の位相パターン及び第２の位相パターンをＳＬＭ１４へ選択的に出力してもよい。その場合、制御部５ａは、入力部５ｃを介して、光学部品７の群遅延分散の符号に関する情報を取得してもよい。
【0036】
位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値は、光学部品７が有する群遅延分散の絶対値に近いことが望ましい。例えば、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値は、光学部品７が有する群遅延分散の絶対値の予測される範囲内（例えば許容誤差内）であってもよい。或いは、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値は、光学部品７の設計上の群遅延分散の絶対値と等しくてもよい。
【0037】
ここで、群遅延分散に起因する光パルス列Ｐｂの時間波形の変化について説明する。図８は、光パルス列Ｐｂが有する群遅延分散と、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形におけるピーク強度及びパルス幅との関係の例を示すグラフである。図８において、左の縦軸は光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度（任意単位）を示し、右の縦軸は光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅（単位：ｆｓ）を示す。横軸は光パルス列Ｐｂが有する群遅延分散（単位：ｆｓ２）を示す。また、図中の白丸のプロットＤ１１は光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を示し、図中の黒四角形のプロットＤ１２は光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅を示す。なお、本実施形態の説明において、「光パルスのピーク強度」及び「光パルスのパルス幅」は、特に説明がない場合には、時間領域における光パルスのピーク強度及びパルス幅を意味する。
【0038】
図８に示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度及びパルス幅は、群遅延分散に依存する。すなわち、群遅延分散がゼロである場合において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度は最大となり、パルス幅は最小となる。そして、群遅延分散の絶対値が大きくなるほど、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度は小さくなり、パルス幅は大きくなる。
【0039】
本実施形態においては、まずＳＬＭ１４において光パルスＰａに正又は負の群遅延分散が与えられる。正の群遅延分散が光パルスＰａに与えれられた場合、光パルス列Ｐｂが正の群遅延分散を有することとなり、図８に示す矢印Ｂ１１の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が変化するとともに、矢印Ｂ１２の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が変化する。また、負の群遅延分散が光パルスＰａに与えれられた場合、光パルス列Ｐｂが負の群遅延分散を有することとなり、図８に示す矢印Ｂ２１の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が変化するとともに、矢印Ｂ２２の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が変化する。従って、いずれの場合においても、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低下するとともにパルス幅が拡大することとなる。
【0040】
なお、ＳＬＭ１４において群遅延分散を光パルスＰａに与えるとき、スペクトル領域における光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の強度が維持されつつ、時間領域における光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低減される。
【0041】
次いで、光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過すると、光パルス列Ｐｂには、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに与えられた群遅延分散とは逆符号の群遅延分散が光学部品７によって与えられる。光学部品７において負の群遅延分散が光パルス列Ｐｂに与えれられた場合、図８に示す矢印Ｂ３１の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が変化するとともに、矢印Ｂ３２の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が変化する。また、光学部品７において正の群遅延分散が光パルス列Ｐｂに与えれられた場合、図８に示す矢印Ｂ４１の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が変化するとともに、矢印Ｂ４２の方向に光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が変化する。従って、いずれの場合においても光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高くなり、パルス幅が縮小することとなる。
【0042】
ＳＬＭ１４において光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値が、光学部品７において光パルス列Ｐｂに与えられる群遅延分散の絶対値に近いほど、光学部品７を透過した後の光パルス列Ｐｂの群遅延分散はゼロに近づく。そして、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値が、光学部品７において光パルス列Ｐｂに与えられる群遅延分散の絶対値と等しい場合、光学部品７を透過した後の光パルス列Ｐｂの群遅延分散はゼロとなるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度は最大となり、パルス幅は最小となる。
【0043】
図９は、本実施形態のパルス形成部３から出力される光パルス列Ｐｂの時間波形の例を示すグラフである。図１０は、比較例として、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合にパルス形成部３から出力される光パルス列Ｐｂの時間波形の例を示すグラフである。図９及び図１０に示されるように、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合と比較して、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与える場合には、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低くなり、パルス幅が拡大することがわかる。
【0044】
図１１は、光学部品７を透過した後の光パルス列Ｐｂの時間波形の例（曲線Ｇ２１）を示すグラフである。なお、図１１には、図９に示された光パルス列Ｐｂの時間波形（曲線Ｇ２２）が併せて示されている。図１１に示されるように、光学部品７を透過する前と比較して、光学部品７を透過した後には、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高くなり、パルス幅が縮小することがわかる。
【0045】
図１に示す相関光学系４０は、光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関である相関光Ｐｃを出力する。図１２は、相関光学系４０の構成例を示す図である。相関光学系４０は、レンズ４１、光学素子４２及びレンズ４３を含んで構成され得る。レンズ４１は、パルス形成部３（図１を参照）と光学素子４２との間の光路上に設けられ、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂを光学素子４２に集光する。光学素子４２は、例えば二次高調波（ＳＨＧ）を発生する非線形光学結晶、及び蛍光体の少なくとも一方を含む発光体である。非線形光学結晶としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶、ＢＢＯ（β－ＢａＢ2Ｏ4）結晶等が挙げられる。蛍光体としては、例えばクマリン、スチルベン、ローダミン等が挙げられる。光学素子４２は、光パルス列Ｐｂを入力し、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成する。レンズ４３は、光学素子４２から出力された相関光Ｐｃを平行化または集光する。なお、相関光Ｐｃは、光パルス列Ｐｂの時間波形をより精度良く検出するために生成される光である。
【0046】
ここで、相関光学系４０の構成例について詳細に説明する。図１３は、相関光学系４０の構成例として、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ａを概略的に示す図である。この相関光学系４０Ａは、光パルス列Ｐｂを二分岐する光分岐部品として、ビームスプリッタ４４を有する。ビームスプリッタ４４は、図１に示されたパルス形成部３と光学的に結合されており、パルス形成部３から入力した光パルス列Ｐｂの一部を透過し、残部を反射する。ビームスプリッタ４４の分岐比は例えば１：１である。ビームスプリッタ４４により分岐された一方の光パルス列Ｐｂａは、複数のミラー４５を含む光路４０ｃを通ってレンズ４１に達する。ビームスプリッタ４４により分岐された他方の光パルス列Ｐｂｂは、複数のミラー４６を含む光路４０ｄを通ってレンズ４１に達する。光路４０ｃの光学長と光路４０ｄの光学長とは互いに異なる。従って、複数のミラー４５及び複数のミラー４６は、ビームスプリッタ４４において分岐された一方の光パルス列Ｐｂａと、他方の光パルス列Ｐｂｂとに対して時間差を与える遅延光学系を構成する。更に、複数のミラー４６の少なくとも一部は移動ステージ４７上に搭載されており、光路４０ｄの光学長は可変となっている。故に、この構成では、光パルス列Ｐｂａと光パルス列Ｐｂｂとの時間差を可変とすることができる。
【0047】
この例では、光学素子４２は非線形光学結晶を含む。レンズ４１は、光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂのそれぞれを光学素子４２に向けて集光するとともに、光学素子４２において光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂの光軸を所定の角度でもって互いに交差させる。これにより、非線形光学結晶である光学素子４２では、光パルス列Ｐｂａ，Ｐｂｂの交点を起点として二次高調波が生じる。この二次高調波は、相関光Ｐｃであって、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む。この相関光Ｐｃはレンズ４３にて平行化または集光された後、検出器４００に入力される。
【0048】
図１４は、相関光学系４０の別の構成例として、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ｂを概略的に示す図である。この相関光学系４０Ｂでは、光パルス列Ｐｂが光路４０ｅを通ってレンズ４１に達すると共に、シングルパルスである参照光パルスＰｒが光路４０ｆを通ってレンズ４１に達する。光路４０ｆは、複数のミラー４８を含み、Ｕ字状に屈曲している。更に、複数のミラー４８の少なくとも一部は移動ステージ４９上に搭載されており、光路４０ｆの光学長は可変となっている。故に、この構成では、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとの時間差（レンズ４１に到達するタイミング差）を可変とすることができる。
【0049】
この例においても、光学素子４２は非線形光学結晶を含む。レンズ４１は、光パルス列Ｐｂ及び参照光パルスＰｒを光学素子４２に向けて集光するとともに、光学素子４２において光パルス列Ｐｂの光軸と参照光パルスＰｒの光軸とを所定の角度でもって互いに交差させる。これにより、非線形光学結晶である光学素子４２では、光パルス列Ｐｂ及び参照光パルスＰｒの交点を起点として二次高調波が生じる。この二次高調波は、相関光Ｐｃであって、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む。この相関光Ｐｃはレンズ４３にて平行化または集光された後、検出器４００に入力される。
【0050】
図１５は、相関光学系４０の更に別の構成例として、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成するための相関光学系４０Ｃを概略的に示す図である。この例において、パルス形成部３のＳＬＭ１４は、第１の偏光方向に変調作用を有する偏光依存型の空間光変調器である。これに対し、パルス形成部３に入力される光パルスＰａの偏向面は、ＳＬＭ１４が変調作用を有する偏光方向に対して傾斜しており、光パルスＰａは、第１の偏光方向の偏光成分（図中の矢印Ｄｐ1）と、第１の偏光方向に対して直交する第２の偏光方向の偏光成分（図中の記号Ｄｐ２）とを含む。また、光パルスＰａの偏波は、上記の偏波（傾斜した直線偏光）に限られず、楕円偏光でも良い。
【0051】
光パルスＰａのうち第１の偏光方向の偏光成分は、ＳＬＭ１４において変調され、光パルス列Ｐｂとしてパルス形成部３から出力される。一方、光パルスＰａのうち第２の偏光方向の偏光成分は、ＳＬＭ１４において変調されずに、そのままパルス形成部３から出力される。この変調されなかった偏光成分は、シングルパルスである参照光パルスＰｒとして、光パルス列Ｐｂと同軸でもって相関光学系４０に提供される。相関光学系４０は、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。この構成例では、ＳＬＭ１４において光パルス列Ｐｂに遅延を与え、且つその遅延時間を可変とすることにより（図中の矢印Ｅ）、光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとの時間差（レンズ４１に到達するタイミング差）を可変とすることができ、相関光学系４０において光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを好適に生成することができる。
【0052】
図１３～図１５に示されるように、相関光学系４０は、光パルス列Ｐｂを、光パルス列Ｐｂ自身又は他のパルス列と空間的及び時間的に重ね合わせる光学系である。具体的には、一方のパルス列を時間的に掃引することで、光パルス列Ｐｂの時間波形形状に準じた相関波形が検出される。ここで、一般に、パルスの掃引は、駆動ステージ等で空間的に光路長を変化させることで実施されるので、ステージの移動量が相関波形の時間遅延量に対応する。このとき、ステージ移動量に対する時間遅延量が非常に小さい。したがって、相関光学系４０を採用することにより、検出器４００（後述する）においてフェムト秒オーダーに達する高い時間分解スケールでパルス形状が観察されるので、光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量がより精度良く測定される。
【0053】
光学部品７の波長分散がゼロではない場合、相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間波形の特徴量（ピーク強度、半値全幅、ピーク時間間隔）が、光学部品７の波長分散量がゼロである場合と比較して大きく変化する。そして、その変化量は、光学部品７の波長分散量に依存する。従って、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量の変化を観察することにより、光学部品７の波長分散量を精度良く且つ容易に知ることができる。但し、上記の観察において、パルスレーザ光源２の既知の波長分散量を用いて光学部品７の波長分散量を補正してもよい。
【0054】
また、前述したように、本実施形態では、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに正又は負の群遅延分散が与えられる。図１６は、本実施形態において、光学部品７を配置しない状態で相関光学系４０から出力される相関光Ｐｃの時間波形の例を示すグラフである。図１７は、比較例として、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合に、光学部品７を配置しない状態で相関光学系４０から出力される相関光Ｐｃの時間波形の例を示すグラフである。図１６及び図１７に示されるように、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合と比較して、ＳＬＭ１４において光パルスＰａに群遅延分散を与える場合には、光学部品７を配置しない状態での相関光Ｐｃのピーク強度が低くなり、パルス幅が拡大する。
【0055】
図１８は、本実施形態において光学部品７を配置した場合の相関光Ｐｃの時間波形の例（曲線Ｇ３１）を示すグラフである。なお、図１８には、図１６に示された相関光Ｐｃの時間波形（曲線Ｇ３２）が併せて示されている。図１８に示されるように、光学部品７が配置されない場合と比較して、光学部品７が配置される場合には、相関光Ｐｃのピーク強度が高くなり、パルス幅が縮小することがわかる。
【0056】
再び図１を参照する。検出器４００は、相関光学系４０から出力された相関光Ｐｃを受ける。検出器４００は、光検出部４の検出閾値以上のピーク強度を有する光パルス列Ｐｂから形成された相関光Ｐｃの時間波形を検出する。検出器４００は、例えばフォトダイオードなどの光検出器（フォトディテクタ）を含んで構成されている。検出器４００は、相関光Ｐｃの強度を電気信号に変換することにより、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。検出結果である電気信号は、演算部５ｂに提供される。なお、本実施形態において、検出閾値とは、相関光学系４０及び検出器４００の特性に基づいて決定される値であり、検出閾値以上のピーク強度を有する光パルス列Ｐｂが相関光学系４０に入射することにより、検出器４００が光パルス列Ｐｂの時間波形を精度良く検出することができる。
【0057】
演算部５ｂは、検出器４００と電気的に接続されている。演算部５ｂは、検出器４００から提供された時間波形の特徴量に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。上述したように、本発明者の知見によれば、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成した場合、その相関光Ｐｃの時間波形における種々の特徴量（例えばピーク間隔、ピーク強度、パルス幅など）は、測定対象の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、演算部５ｂは、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を評価することによって、測定対象である光学部品７の波長分散量を精度良く推定することができる。
【0058】
入力部５ｃは、分散測定装置１Ａのユーザからの入力を受け付ける。入力部５ｃは、光学部品７の群遅延分散の符号に関する情報を取得する。光学部品７の群遅延分散の符号に関する情報とは、光学部品７の群遅延分散が正であるという情報、あるいは光学部品７の群遅延分散が負であるという情報である。
【0059】
出力部５ｄは、演算部５ｂにおける波長分散量の推定結果を出力する。出力部５ｄは、例えば波長分散量の推定結果を表示する表示装置である。
【0060】
図１９は、制御装置５のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。図１９に示すように、この制御装置５は、物理的には、プロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２及びＲＡＭ５３等の主記憶装置、キーボード、マウス及びタッチスクリーン等の入力デバイス５４、ディスプレイ（タッチスクリーン含む）等の出力デバイス５５、他の装置との間でデータの送受信を行うためのネットワークカード等の通信モジュール５６、ハードディスク等の補助記憶装置５７などを含む、通常のコンピュータとして構成され得る。
【0061】
コンピュータのプロセッサ５１は、波長分散量算出プログラムによって、上記の演算部５ｂの機能を実現することができる。言い換えると、波長分散量算出プログラムは、コンピュータのプロセッサ５１を、演算部５ｂとして動作させる。波長分散量算出プログラムは、例えば補助記憶装置５７といった、コンピュータの内部または外部の記憶装置（記憶媒体）に記憶される。記憶装置は、非一時的記録媒体であってもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体、ＲＯＭ等の記録媒体、半導体メモリ、クラウドサーバ等が例示される。ディスプレイ（タッチスクリーン含む）等の出力デバイス５５は、出力部５ｄとして動作する。
【0062】
補助記憶装置５７は、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を記憶している。この特徴量と、検出器４００により検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量とを比較すれば、光学部品７の波長分散量に起因して相関光Ｐｃの特徴量がどの程度変化したかがわかる。従って、演算部５ｂは、補助記憶装置５７に記憶された特徴量と、検出器４００により検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量とを比較して、光学部品７の波長分散量を推定することができる。
【0063】
図２０は、以上の構成を備える分散測定装置１Ａを用いた分散測定方法を示すフローチャートである。まず、出力ステップＳ１０１において、パルスレーザ光源２が光パルスＰａを出力する。
【0064】
次に、パルス形成ステップＳ１０２において、パルス形成部３が、光パルスＰａを受け、光パルス列Ｐｂを生成する。具体的には、パルス形成部３が、パルスレーザ光源２から出力された光パルスＰａから、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む変調光である光パルス列Ｐｂを形成する。例えば、光パルスＰａに含まれる複数の波長成分を波長毎に空間的に分離し、ＳＬＭ１４を用いて複数の波長成分の位相を相互にずらした後、複数の波長成分を集光する。これにより、光パルス列Ｐｂを容易に生成することができる。加えて、パルス形成ステップＳ１０２では、ＳＬＭ１４に提示された位相パターンが、正又は負の群遅延分散を光パルスＰａに与える。
【0065】
続いて、検出ステップＳ１０３において、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。具体的には、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂが光学部品７を透過した後に、相関光学系４０が、光学部品７から出力された光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関である相関光Ｐｃを出力する。そして、検出器４００が、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。一例としては、相関光学系４０において、非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を含む光学素子４２を用いることによって、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃが生成される。
【0066】
例えば、図１３に示したように光パルス列Ｐｂを二分岐し、分岐された一方の光パルス列Ｐｂｂを、他方の光パルス列Ｐｂａに対して時間遅延させ、時間遅延した一方の光パルス列Ｐｂｂと、他方の光パルス列Ｐｂａとから、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む相関光Ｐｃを生成する。また、例えば、図１４に示したように光パルス列Ｐｂ及び参照光パルスＰｒを入射し、参照光パルスＰｒを、光パルス列Ｐｂに対して時間遅延させ、時間遅延した参照光パルスＰｒと光パルス列Ｐｂとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。また、例えば、図１５に示したように光パルスＰａのうち第１の偏光方向の偏光成分のみをＳＬＭ１４において変調することにより光パルス列Ｐｂを生成し、第２の偏光方向の偏光成分を参照光パルスＰｒとし、ＳＬＭ１４において、光パルス列Ｐｂを、参照光パルスＰｒに対して時間遅延させ、時間遅延した光パルス列Ｐｂと参照光パルスＰｒとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成する。
【0067】
続いて、演算ステップＳ１０４において、演算部５ｂが、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定する。具体的には、まず、演算部５ｂは、光学部品７の波長分散がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を取得する。次に、演算部５ｂは、検出ステップＳ１０３において検出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量を取得する。ここで、特徴量とは、例えば相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク強度、半値全幅、及びピーク時間間隔のうち少なくとも一つである。続いて、演算部５ｂは、取得した２つの時間波形の特徴量同士を比較して、光学部品７の波長分散量を推定する。
【0068】
ここで、図２に示されたパルス形成部３のＳＬＭ１４における、帯域制御したマルチパルスを生成するための位相変調について詳細に説明する。レンズ１５よりも前の領域（スペクトル領域）と、回折格子１６よりも後ろの領域（時間領域）とは、互いにフーリエ変換の関係にあり、スペクトル領域における位相変調は、時間領域における時間強度波形に影響する。従って、パルス形成部３からの出力光は、ＳＬＭ１４の変調パターンに応じた、光パルスＰａとは異なる様々な時間強度波形を有することができる。図２１（ａ）は、一例として、単パルス状の光パルスＰａのスペクトル波形（スペクトル強度Ｇ４１及びスペクトル位相Ｇ４２）を示し、図２１（ｂ）は、該光パルスＰａの時間強度波形を示す。また、図２２（ａ）は、一例として、ＳＬＭ１４において矩形波状の位相スペクトル変調を与えたときのパルス形成部３からの出力光のスペクトル波形（スペクトル強度Ｇ５１及びスペクトル位相Ｇ５２）を示し、図２２（ｂ）は、該出力光の時間強度波形を示す。図２１（ａ）及び図２２（ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、左の縦軸は強度スペクトルの強度値（任意単位）を示し、右の縦軸は位相スペクトルの位相値（ｒａｄ）を示す。また、図２１（ｂ）及び図２２（ｂ）において、横軸は時間（フェムト秒）を表し、縦軸は光強度（任意単位）を表す。この例では、三角状の位相スペクトルを出力光に与えることにより、光パルスＰａのシングルパルスが、ダブルパルスに変換されている。なお、図２２に示されるスペクトル及び波形は一つの例であって、様々な位相スペクトル及び強度スペクトルの組み合わせにより、パルス形成部３からの出力光の時間強度波形を様々な形状に整形することができる。
【0069】
図２３は、ＳＬＭ１４の変調パターンを演算する変調パターン算出装置２０の構成を示す図である。変調パターン算出装置２０は、例えば、パーソナルコンピュータ；スマートフォン、タブレット端末などのスマートデバイス；あるいはクラウドサーバなどのプロセッサを有するコンピュータである。なお、図１に示された演算部５ｂが変調パターン算出装置２０を兼ねてもよい。変調パターン算出装置２０は、ＳＬＭ１４と電気的に接続され、パルス形成部３の出力光の時間強度波形を所望の波形に近づけるための位相変調パターンを算出し、該位相変調パターンを含む制御信号をＳＬＭ１４に提供する。変調パターンは、ＳＬＭ１４を制御するためのデータであり、複素振幅分布の強度あるいは位相分布の強度のテーブルを含むデータである。変調パターンは、例えば、計算機合成ホログラム（Computer-Generated Holograms(CGH)）である。
【0070】
本変形例の変調パターン算出装置２０は、所望の波形を得る為の位相スペクトルを出力光に与える位相変調用の位相パターンと、所望の波形を得る為の強度スペクトルを出力光に与える強度変調用の位相パターンとを含む位相パターンを制御部５ａに記憶させる。そのために、変調パターン算出装置２０は、図２３に示すように、任意波形入力部２１と、位相スペクトル設計部２２と、強度スペクトル設計部２３と、変調パターン生成部２４とを有する。すなわち、変調パターン算出装置２０に設けられたコンピュータのプロセッサは、任意波形入力部２１の機能と、位相スペクトル設計部２２の機能と、強度スペクトル設計部２３の機能と、変調パターン生成部２４の機能とを実現する。それぞれの機能は、同じプロセッサにより実現されてもよいし、異なるプロセッサにより実現されてもよい。
【0071】
コンピュータのプロセッサは、変調パターン算出プログラムによって、上記の各機能を実現することができる。故に、変調パターン算出プログラムは、コンピュータのプロセッサを、変調パターン算出装置２０における任意波形入力部２１、位相スペクトル設計部２２、強度スペクトル設計部２３、及び変調パターン生成部２４として動作させる。変調パターン算出プログラムは、コンピュータの内部または外部の記憶装置（記憶媒体）に記憶される。記憶装置は、非一時的記録媒体であってもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体、ＲＯＭ等の記録媒体、半導体メモリ、クラウドサーバ等が例示される。
【0072】
任意波形入力部２１は、操作者からの所望の時間強度波形の入力を受け付ける。操作者は、所望の時間強度波形に関する情報（例えばピーク間隔、パルス幅、パルス数など）を任意波形入力部２１に入力する。所望の時間強度波形に関する情報は、任意波形入力部２１から位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３に与えられる。位相スペクトル設計部２２は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、パルス形成部３の出力光の位相スペクトルを算出する。強度スペクトル設計部２３は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、パルス形成部３の出力光の強度スペクトルを算出する。変調パターン生成部２４は、位相スペクトル設計部２２において求められた位相スペクトルと、強度スペクトル設計部２３において求められた強度スペクトルとをパルス形成部３の出力光に与えるための位相変調パターン（例えば、計算機合成ホログラム）を算出する。そして、算出された位相変調パターンを含む制御信号ＳＣが、ＳＬＭ１４に提供される。ＳＬＭ１４は、制御信号ＳＣに基づいて制御される。
【0073】
図２４は、位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３の内部構成を示すブロック図である。図２４に示されるように、位相スペクトル設計部２２及び強度スペクトル設計部２３は、フーリエ変換部２５、関数置換部２６、波形関数修正部２７、逆フーリエ変換部２８、及びターゲット生成部２９を有する。ターゲット生成部２９は、フーリエ変換部２９ａ及びスペクトログラム修正部２９ｂを含む。これらの各構成要素の機能については、後に詳述する。
【0074】
ここで、所望の時間強度波形は時間領域の関数として表され、位相スペクトルは周波数領域の関数として表される。従って、所望の時間強度波形に対応する位相スペクトルは、例えば、所望の時間強度波形に基づく反復フーリエ変換によって得られる。図２５は、反復フーリエ変換法による位相スペクトルの計算手順を示す図である。まず、周波数ωの関数である初期の強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Ψ0（ω）を用意する（図中の処理番号（１））。一例では、これらの強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Ψ0（ω）はそれぞれ入力光のスペクトル強度及びスペクトル位相を表す。次に、強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Ψn（ω）を含む周波数領域の波形関数（ａ）を用意する（図中の処理番号（２））。
添え字ｎは、第ｎ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、位相スペクトル関数Ψn（ω）として上述した初期の位相スペクトル関数Ψ0（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
【数1】
添え字ｎは、第ｎ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、位相スペクトル関数Ψn（ω）として上述した初期の位相スペクトル関数Ψ0（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
【0075】
続いて、上記関数（ａ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ１）。これにより、時間強度波形関数ｂn（ｔ）及び時間位相波形関数Θn（ｔ）を含む周波数領域の波形関数（ｂ）が得られる（図中の処理番号（３））。
続いて、上記関数（ｂ）に含まれる時間強度波形関数ｂn（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）に置き換える（図中の処理番号（４）、（５））。
続いて、上記関数（ｄ）に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ２）。これにより、強度スペクトル関数Ｂn（ω）及び位相スペクトル関数Ψn（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｅ）が得られる（図中の処理番号（６））。
【数2】
続いて、上記関数（ｂ）に含まれる時間強度波形関数ｂn（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）に置き換える（図中の処理番号（４）、（５））。
【数3】
【数4】
続いて、上記関数（ｄ）に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ２）。これにより、強度スペクトル関数Ｂn（ω）及び位相スペクトル関数Ψn（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｅ）が得られる（図中の処理番号（６））。
【数5】
【0076】
続いて、上記関数（ｅ）に含まれる強度スペクトル関数Ｂn（ω）を拘束するため、初期の強度スペクトル関数Ａ0（ω）に置き換える（図中の処理番号（７））。
以降、上記の処理（２）～（７）を複数回繰り返し行うことにより、波形関数中の位相スペクトル関数Ψn（ω）が表す位相スペクトル形状を、所望の時間強度波形に対応する位相スペクトル形状に近づけることができる。最終的に得られる位相スペクトル関数ΨIFTA（ω）が、所望の時間強度波形を得るための変調パターンの基になる。
【数6】
以降、上記の処理（２）～（７）を複数回繰り返し行うことにより、波形関数中の位相スペクトル関数Ψn（ω）が表す位相スペクトル形状を、所望の時間強度波形に対応する位相スペクトル形状に近づけることができる。最終的に得られる位相スペクトル関数ΨIFTA（ω）が、所望の時間強度波形を得るための変調パターンの基になる。
【0077】
しかしながら、上述したような反復フーリエ法では、時間強度波形を制御することはできるが、時間強度波形を構成する周波数成分（帯域波長）を制御することはできないという問題がある。そこで、本実施形態の変調パターン算出装置２０は、以下に説明する算出方法を用いて、変調パターンの基になる位相スペクトル関数及び強度スペクトル関数を算出する。図２６は、位相スペクトル設計部２２における位相スペクトル関数の計算手順を示す図である。まず、周波数ωの関数である初期の強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Φ0（ω）を用意する（図中の処理番号（１））。一例では、これらの強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Φ0（ω）はそれぞれ入力光のスペクトル強度及びスペクトル位相を表す。次に、強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び位相スペクトル関数Φ0（ω）を含む周波数領域の第１波形関数（ｇ）を用意する（処理番号（２－ａ））。但し、ｉは虚数である。
【数7】
【0078】
続いて、位相スペクトル設計部２２のフーリエ変換部２５は、上記関数（ｇ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ３）。これにより、時間強度波形関数ａ0（ｔ）及び時間位相波形関数φ0（ｔ）を含む時間領域の第２波形関数（ｈ）が得られる（フーリエ変換ステップ、処理番号（３））。
【数8】
【0079】
続いて、位相スペクトル設計部２２の関数置換部２６は、次の数式（ｉ）に示されるように、時間強度波形関数ｂ0（ｔ）に、任意波形入力部２１において入力された所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）を代入する（処理番号（４－ａ））。
【数9】
【0080】
続いて、位相スペクトル設計部２２の関数置換部２６は、次の数式（ｊ）に示されるように、時間強度波形関数ａ0（ｔ）を時間強度波形関数ｂ0（ｔ）で置き換える。すなわち、上記関数（ｈ）に含まれる時間強度波形関数ａ0（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）に置き換える（関数置換ステップ、処理番号（５））。
【数10】
【0081】
続いて、位相スペクトル設計部２２の波形関数修正部２７は、置き換え後の第２波形関数（ｊ）のスペクトログラムが、所望の波長帯域に従って予め生成されたターゲットスペクトログラムに近づくように第２波形関数を修正する。まず、置き換え後の第２波形関数（ｊ）に対して時間－周波数変換を施すことにより、第２波形関数（ｊ）をスペクトログラムＳＧ0,k（ω，ｔ）に変換する（図中の処理番号（５－ａ））。添え字ｋは、第ｋ回目の変換処理を表す。
【0082】
ここで、時間－周波数変換とは、時間波形のような複合信号に対して、周波数フィルタ処理または数値演算処理（窓関数をずらしながら乗算して、各々の時間に対してスペクトルを導出する処理）を施し、時間、周波数、信号成分の強さ（スペクトル強度）からなる３次元情報に変換することをいう。また、本実施形態では、その変換結果（時間、周波数、スペクトル強度）を「スペクトログラム」と定義する。
【0083】
時間－周波数変換としては、例えば、短時間フーリエ変換（Short-Time Fourier Transform；ＳＴＦＴ）やウェーブレット変換（ハールウェーブレット変換、ガボールウェーブレット変換、メキシカンハットウェーブレット変換、モルレーウェーブレット変換）などがある。
【0084】
また、所望の波長帯域に従って予め生成されたターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）をターゲット生成部２９から読み出す。このターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）は、目標とする時間波形（時間強度波形とそれを構成する周波数成分）と概ね同値であり、処理番号（５－ｂ）のターゲットスペクトログラム関数において生成される。
【0085】
次に、位相スペクトル設計部２２の波形関数修正部２７は、スペクトログラムＳＧ0,k（ω，ｔ）とターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）とのパターンマッチングを行い、類似度（どの程度一致しているか）を調べる。本実施形態では、類似度を表す指標として、評価値を算出する。そして、続く処理番号（５－ｃ）では、得られた評価値が、所定の終了条件を満たすか否かの判定を行う。条件を満たせば処理番号（６）へ進み、満たさなければ処理番号（５－ｄ）へ進む。処理番号（５－ｄ）では、第２波形関数に含まれる時間位相波形関数φ0（ｔ）を任意の時間位相波形関数φ0,k（ｔ）に変更する。時間位相波形関数を変更した後の第２波形関数は、ＳＴＦＴなどの時間－周波数変換により再びスペクトログラムに変換される。以降、上述した処理番号（５－ａ）～（５－ｄ）が繰り返し行われる。こうして、スペクトログラムＳＧ0,k（ω，ｔ）がターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）に次第に近づくように、第２波形関数が修正される（波形関数修正ステップ）。
【0086】
その後、位相スペクトル設計部２２の逆フーリエ変換部２８は、修正後の第２波形関数に対して逆フーリエ変換を行い（図中の矢印Ａ４）、周波数領域の第３波形関数（ｋ）を生成する（逆フーリエ変換ステップ、処理番号（６））。
この第３波形関数（ｋ）に含まれる位相スペクトル関数Φ0,k（ω）が、最終的に得られる所望の位相スペクトル関数ΦTWC-TFD（ω）となる。この位相スペクトル関数ΦTWC-TFD（ω）が、変調パターン生成部２４に提供される。
【数11】
この第３波形関数（ｋ）に含まれる位相スペクトル関数Φ0,k（ω）が、最終的に得られる所望の位相スペクトル関数ΦTWC-TFD（ω）となる。この位相スペクトル関数ΦTWC-TFD（ω）が、変調パターン生成部２４に提供される。
【0087】
図２７は、強度スペクトル設計部２３におけるスペクトル強度の計算手順を示す図である。なお、処理番号（１）から処理番号（５－ｃ）までは、上述した位相スペクトル設計部２２におけるスペクトル位相の計算手順と同様なので説明を省略する。強度スペクトル設計部２３の波形関数修正部２７は、スペクトログラムＳＧ0,k（ω，ｔ）とターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）との類似度を示す評価値が所定の終了条件を満たさない場合、第２波形関数に含まれる時間位相波形関数φ0（ｔ）は初期値で拘束しつつ、時間強度波形関数ｂ0（ｔ）を任意の時間強度波形関数ｂ0,k（ｔ）に変更する（処理番号（５－ｅ））。時間強度波形関数を変更した後の第２波形関数は、ＳＴＦＴなどの時間－周波数変換により再びスペクトログラムに変換される。以降、処理番号（５－ａ）～（５－ｃ）が繰り返し行われる。こうして、スペクトログラムＳＧ0,k（ω，ｔ）がターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）に次第に近づくように、第２波形関数が修正される（波形関数修正ステップ）。
【0088】
その後、強度スペクトル設計部２３の逆フーリエ変換部２８は、修正後の第２波形関数に対して逆フーリエ変換を行い（図中の矢印Ａ４）、周波数領域の第３波形関数（ｍ）を生成する（逆フーリエ変換ステップ、処理番号（６））。
【数12】
【0089】
続いて、処理番号（７－ｂ）では、強度スペクトル設計部２３のフィルタ処理部が、第３波形関数（ｍ）に含まれる強度スペクトル関数Ｂ0,k（ω）に対し、入力光の強度スペクトルに基づくフィルタ処理を行う（フィルタ処理ステップ）。具体的には、強度スペクトル関数Ｂ0,k（ω）に係数αを乗じた強度スペクトルのうち、入力光の強度スペクトルに基づいて定められる各波長毎のカットオフ強度を超える部分をカットする。全ての波長域において、強度スペクトル関数αＢ0,k（ω）が入力光のスペクトル強度を超えないようにするためである。一例では、波長毎のカットオフ強度は、入力光の強度スペクトル（本実施形態では初期の強度スペクトル関数Ａ0（ω））と一致するように設定される。その場合、次の数式（ｎ）に示されるように、強度スペクトル関数αＢ0,k（ω）が強度スペクトル関数Ａ0（ω）よりも大きい周波数では、強度スペクトル関数ＡTWC-TFD（ω）の値として強度スペクトル関数Ａ0（ω）の値が取り入れられる。また、強度スペクトル関数αＢ0,k（ω）が強度スペクトル関数Ａ0（ω）以下である周波数では、強度スペクトル関数ＡTWC-TFD（ω）の値として強度スペクトル関数αＢ0,k（ω）の値が取り入れられる（図中の処理番号（７－ｂ））。
この強度スペクトル関数ＡTWC-TFD（ω）が、最終的に得られる所望のスペクトル強度として変調パターン生成部２４に提供される。
【数13】
この強度スペクトル関数ＡTWC-TFD（ω）が、最終的に得られる所望のスペクトル強度として変調パターン生成部２４に提供される。
【0090】
変調パターン生成部２４は、位相スペクトル設計部２２において算出された位相スペクトル関数ΦTWC-TFD（ω）により示されるスペクトル位相と、強度スペクトル設計部２３において算出された強度スペクトル関数ＡTWC-TFD（ω）により示されるスペクトル強度とを出力光に与えるための位相変調パターン（例えば、計算機合成ホログラム）を算出する（データ生成ステップ）。
【0091】
ここで、図２８は、ターゲット生成部２９におけるターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）の生成手順の一例を示す図である。ターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）は、目標とする時間波形（時間強度波形とそれを構成する周波数成分（波長帯域成分））を示すので、ターゲットスペクトログラムの作成は、周波数成分（波長帯域成分）を制御するために極めて重要な工程である。図２８に示されるように、ターゲット生成部２９は、まずスペクトル波形（初期の強度スペクトル関数Ａ0（ω）及び初期の位相スペクトル関数Φ0（ω））、並びに所望の時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）を入力する。また、所望の周波数（波長）帯域情報を含む時間関数ｐ0（ｔ）を入力する（処理番号（１））。
【0092】
次に、ターゲット生成部２９は、例えば図２５に示された反復フーリエ変換法を用いて、時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）を実現するための位相スペクトル関数ΦIFTA（ω）を算出する（処理番号（２））。
【0093】
続いて、ターゲット生成部２９は、先に得られた位相スペクトル関数ΦIFTA（ω）を利用した反復フーリエ変換法により、時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）を実現するための強度スペクトル関数ＡIFTA（ω）を算出する（処理番号（３））。ここで、図２９は、強度スペクトル関数ＡIFTA（ω）を算出する手順の一例を示す図である。
【0094】
まず、初期の強度スペクトル関数Ａk=0（ω）及び位相スペクトル関数Ψ0（ω）を用意する（図中の処理番号（１））。次に、強度スペクトル関数Ａk（ω）及び位相スペクトル関数Ψ0（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｏ）を用意する（図中の処理番号（２））。
添え字ｋは、第ｋ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、強度スペクトル関数Ａk（ω）として上記の初期強度スペクトル関数Ａk=0（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
【数14】
添え字ｋは、第ｋ回目のフーリエ変換処理後を表す。最初（第１回目）のフーリエ変換処理の前においては、強度スペクトル関数Ａk（ω）として上記の初期強度スペクトル関数Ａk=0（ω）が用いられる。ｉは虚数である。
【0095】
続いて、上記関数（ｏ）に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ５）。これにより、時間強度波形関数ｂk（ｔ）を含む周波数領域の波形関数（ｐ）が得られる（図中の処理番号（３））。
【数15】
【0096】
続いて、上記関数（ｐ）に含まれる時間強度波形関数ｂk（ｔ）を、所望の波形に基づく時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）に置き換える（図中の処理番号（４）、（５））。
【数16】
【数17】
【0097】
続いて、上記関数（ｒ）に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う（図中の矢印Ａ６）。これにより、強度スペクトル関数Ｃk（ω）及び位相スペクトル関数Ψk（ω）を含む周波数領域の波形関数（ｓ）が得られる（図中の処理番号（６））。
続いて、上記関数（ｓ）に含まれる位相スペクトル関数Ψk（ω）を拘束するため、初期の位相スペクトル関数Ψ0（ω）に置き換える（図中の処理番号（７－ａ））。
【数18】
続いて、上記関数（ｓ）に含まれる位相スペクトル関数Ψk（ω）を拘束するため、初期の位相スペクトル関数Ψ0（ω）に置き換える（図中の処理番号（７－ａ））。
【数19】
【0098】
また、逆フーリエ変換後の周波数領域における強度スペクトル関数Ｃk（ω）に対し、入力光の強度スペクトルに基づくフィルタ処理を行う。具体的には、強度スペクトル関数Ｃk（ω）により表される強度スペクトルのうち、入力光の強度スペクトルに基づいて定められる各波長毎のカットオフ強度を超える部分をカットする。一例では、波長毎のカットオフ強度は、入力光の強度スペクトル（例えば初期の強度スペクトル関数Ａk=0（ω））と一致するように設定される。その場合、次の数式（ｕ）に示されるように、強度スペクトル関数Ｃk（ω）が強度スペクトル関数Ａk=0（ω）よりも大きい周波数では、強度スペクトル関数Ａk（ω）の値として強度スペクトル関数Ａk=0（ω）の値が取り入れられる。また、強度スペクトル関数Ｃk（ω）が強度スペクトル関数Ａk=0（ω）以下である周波数では、強度スペクトル関数Ａk（ω）の値として強度スペクトル関数Ｃk（ω）の値が取り入れられる（図中の処理番号（７－ｂ））。
上記関数（ｓ）に含まれる強度スペクトル関数Ｃk（ω）を、上記数式（ｕ）によるフィルタ処理後の強度スペクトル関数Ａk（ω）に置き換える。
【数20】
上記関数（ｓ）に含まれる強度スペクトル関数Ｃk（ω）を、上記数式（ｕ）によるフィルタ処理後の強度スペクトル関数Ａk（ω）に置き換える。
【0099】
以降、上記の処理（２）～（７－ｂ）を繰り返し行うことにより、波形関数中の強度スペクトル関数Ａk（ω）が表す強度スペクトル形状を、所望の時間強度波形に対応する強度スペクトル形状に近づけることができる。最終的に、強度スペクトル関数ＡIFTA（ω）が得られる。
【0100】
再び図２８を参照する。以上に説明した処理番号（２）、（３）における位相スペクトル関数ΦIFTA（ω）及び強度スペクトル関数ＡIFTA（ω）の算出によって、これらの関数を含む周波数領域の第３波形関数（ｖ）が得られる（処理番号（４））。
ターゲット生成部２９のフーリエ変換部２９ａは、上の波形関数（ｖ）をフーリエ変換する。これにより、時間領域の第４波形関数（ｗ）が得られる（処理番号（５））。
【数21】
ターゲット生成部２９のフーリエ変換部２９ａは、上の波形関数（ｖ）をフーリエ変換する。これにより、時間領域の第４波形関数（ｗ）が得られる（処理番号（５））。
【数22】
【0101】
ターゲット生成部２９のスペクトログラム修正部２９ｂは、時間－周波数変換により第４波形関数（ｗ）をスペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）に変換する（処理番号（６））。そして、処理番号（７）では、所望の周波数（波長）帯域情報を含む時間関数ｐ0（ｔ）を基にスペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）を修正することにより、ターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）を生成する。例えば、２次元データにより構成されるスペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）に現れる特徴的パターンを部分的に切り出し、時間関数ｐ0（ｔ）を基に当該部分の周波数成分の操作を行う。以下、その具体例について詳細に説明する。
【0102】
例えば、所望の時間強度波形関数Ｔａｒｇｅｔ0（ｔ）として時間間隔が２ピコ秒であるトリプルパルスを設定した場合について考える。このとき、スペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）は、図３０（ａ）に示されるような結果となる。なお、図３０（ａ）において横軸は時間（単位：フェムト秒）を示し、縦軸は波長（単位：ｎｍ）を示す。また、スペクトログラムの値は、図の明暗によって示されており、明るいほどスペクトログラムの値が大きい。このスペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）において、トリプルパルスは２ピコ秒間隔で時間軸上に分かれたドメインＤ1、Ｄ2、及びＤ3として現れる。ドメインＤ1、Ｄ2、及びＤ3の中心（ピーク）波長は８００ｎｍである。
【0103】
仮に出力光の時間強度波形のみを制御したい（単にトリプルパルスを得たい）場合には、これらのドメインＤ1、Ｄ2、及びＤ3を操作する必要はない。しかし、各パルスの周波数（波長）帯域を制御したい場合には、これらのドメインＤ1、Ｄ2、及びＤ3の操作が必要となる。すなわち、図３０（ｂ）に示されるように、波長軸（縦軸）に沿った方向に各ドメインＤ1、Ｄ2、及びＤ3を互いに独立して移動させることは、それぞれのパルスの構成周波数（波長帯域）を変更することを意味する。このような各パルスの構成周波数（波長帯域）の変更は、時間関数ｐ0（ｔ）を基に行われる。
【0104】
例えば、ドメインＤ2のピーク波長を８００ｎｍで据え置き、ドメインＤ1及びＤ3のピーク波長がそれぞれ－２ｎｍ、＋２ｎｍだけ平行移動するように時間関数ｐ0（ｔ）を記述するとき、スペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）は、図３０（ｂ）に示されるターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）に変化する。例えばスペクトログラムにこのような処理を施すことによって、時間強度波形の形状を変えずに、各パルスの構成周波数（波長帯域）が任意に制御されたターゲットスペクトログラムを作成することができる。
【0105】
以上に説明した本実施形態の分散測定装置１Ａ及び分散測定方法によって得られる効果について説明する。
【0106】
光学部品７の波長分散量を測定するとき、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を光学部品７に透過させる。そして、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２から得られる相関光Ｐｃの時間波形（例えばピーク間隔）に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定することができる。しかしながら、従来の分散測定装置において、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７を透過する際には、光学部品７が有する波長分散によって、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が次第に拡がるとともに光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が次第に低下する。図３１は、そのような現象の一例を示すグラフであって、光学部品７に入射する前の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形（グラフＧ６１）と、光学部品７を透過した光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形（グラフＧ６２）とを示す。また、図３２は、光学部品７が配置されない場合の相関光Ｐｃの時間波形（グラフＧ７１）と、光学部品７が配置された場合の相関光Ｐｃの時間波形（グラフＧ７２）とを示す。このように、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が拡がるほど、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔（又は相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク間隔）の検出精度が低下する。また、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低下するほど、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形（又は相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスの時間波形）の検出精度が低下する。したがって、光学部品７の波長分散量を精度良く測定することができないおそれがある。
【0107】
本実施形態の分散測定装置１Ａ及び分散測定方法では、パルス形成部３（パルス形成ステップＳ１０２）において、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散が光パルスＰａに与えられる。これにより、光学部品７に入射する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が一旦低下し且つパルス幅が一旦拡がるが、これらの光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７に入射した後、光学部品７から出射するまでの間に、光学部品７が有する群遅延分散によって各光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高まり、且つ各光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が小さくなる。このように、本実施形態によれば、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が小さくなるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔（本実施形態では相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク間隔）の検出精度の低下を抑制することができる。また、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高まるので、光パルス列Ｐｂの時間波形（本実施形態では相関光Ｐｃの時間波形）の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、光学部品７の波長分散量を精度良く測定することができる。
【0108】
本実施形態の分散測定装置１Ａ及び分散測定方法による効果について具体的に説明する。図３３は、光学部品７が有する群遅延分散と、相関光Ｐｃのパルス幅との関係の一例を示すグラフである。図３３において、黒四角形のプロットＤ２１は、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合を示す。白丸のプロットＤ２２は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合を示す。プロットＤ２２を参照すると、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合、相関光Ｐｃのパルス幅は、光学部品７の群遅延分散がゼロであるときに最小となり、光学部品７の群遅延分散の絶対値が大きくなるほど拡大する。これに対し、プロットＤ２１を参照すると、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、この関係は２００００ｆｓ２だけシフトする。すなわち、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、相関光Ｐｃのパルス幅は、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２であるときに最小となり、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２から離れるほど拡大する。そして、光学部品７の群遅延分散が１００００ｆｓ２より大きい範囲において、相関光Ｐｃのパルス幅は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合よりも小さくなる。言い換えると、－Ａ（ｆｓ２）の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、光学部品７の群遅延分散がＡ／２より大きい範囲において、相関光Ｐｃのパルス幅は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合よりも小さくなる。従って、光学部品７の群遅延分散がＡ／２より大きい場合に、相関光Ｐｃのパルス幅を小さくして、相関光Ｐｃのピーク間隔の検出精度の低下を抑制することができる。
【0109】
また、図３４は、光学部品７が有する群遅延分散と、相関光Ｐｃのピーク強度との関係の一例を示すグラフである。図３４において、黒四角形のプロットＤ３１は、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合を示す。白丸のプロットＤ３２は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合を示す。プロットＤ３２を参照すると、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合、相関光Ｐｃのピーク強度は、光学部品７の群遅延分散がゼロであるときに最大となり、光学部品７の群遅延分散の絶対値が大きくなるほど低下する。これに対し、プロットＤ３１を参照すると、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、この関係は２００００ｆｓ２だけシフトする。すなわち、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、相関光Ｐｃのピーク強度は、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２であるときに最大となり、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２から離れるほど低下する。そして、光学部品７の群遅延分散が１００００ｆｓ２より大きい範囲において、相関光Ｐｃのピーク強度は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合よりも大きくなる。言い換えると、－Ａ（ｆｓ２）の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、光学部品７の群遅延分散がＡ／２より大きい範囲において、相関光Ｐｃのピーク強度は、光パルスＰａに群遅延分散を与えない場合よりも大きくなる。従って、光学部品７の群遅延分散がＡ／２より大きい場合に、相関光Ｐｃのピーク強度を高め、相関光Ｐｃの時間波形の検出精度の低下を抑制することができる。
【0110】
なお、光学部品７が有する群遅延分散の大きさは、光学部品７の群遅延分散の変化に対する相関光Ｐｃのピーク間隔の変化率にも影響する。図３５の白丸のプロットＤ４１は、光学部品７に入射する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が群遅延分散を有さない（光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の群遅延分散がゼロである）場合における、光学部品７が有する群遅延分散と、相関光Ｐｃのピーク間隔の変化量との関係の一例を示す。図３５において、縦軸は相関光Ｐｃのピーク間隔の変化量（単位：ｆｓ）を示し、横軸は光学部品７が有する群遅延分散（単位：ｆｓ２）を示す。また、図３６は、光学部品７が有する群遅延分散の絶対値と、光学部品７が有する群遅延分散に対する相関光Ｐｃのピーク間隔の変化率との関係を示すグラフである。図３５及び図３６に示されるように、光学部品７の群遅延分散がゼロに近いほど、光学部品７の群遅延分散の変化に対する相関光Ｐｃのピーク間隔の変化率は大きくなり、光学部品７の群遅延分散の絶対値が大きいほど、光学部品７の群遅延分散の変化に対する相関光Ｐｃのピーク間隔の変化率は小さくなる。言い換えると、光学部品７の群遅延分散がゼロに近いほど波長分散量の測定感度が高くなり、光学部品７の群遅延分散の絶対値が大きいほど波長分散量の測定感度が低くなる。
【0111】
これに対し、例えば－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えると、図３７の黒四角形のプロットＤ４２に示されるように、光学部品７が有する群遅延分散と、相関光Ｐｃのピーク間隔の変化量との関係は、２００００ｆｓ２だけシフトする。すなわち、－２００００ｆｓ２の群遅延分散を光パルスＰａに与えた場合、光学部品７の群遅延分散の変化に対する相関光Ｐｃのピーク間隔の変化率は、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２であるときに最大となり、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２から離れるほど低下する。従って、光学部品７の群遅延分散が２００００ｆｓ２に近いほど、波長分散量の測定感度が高くなる。言い換えると、光パルスＰａに与える群遅延分散の絶対値を、光学部品７が有する群遅延分散の絶対値に近づけるほど、波長分散量の測定感度を高くすることができる。
【0112】
本実施形態のように、光検出部４は、光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを出力する相関光学系４０を有し、光パルス列Ｐｂの時間波形に代えて相関光Ｐｃの時間波形を検出してもよい。そして、演算部５ｂは、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定してもよい。同様に、検出ステップＳ１０３では、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成し、光パルス列Ｐｂの時間波形に代えて相関光Ｐｃの時間波形を検出してもよい。そして、演算ステップＳ１０４では、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて光学部品７の波長分散量を推定してもよい。この場合、例えば光パルスＰｂ１，Ｐｂ２がフェムト秒オーダーの超短パルスであるような場合であっても光パルス列Ｐｂの時間波形を測定できる。故に、超短パルスを用いて光学部品７の波長分散量を更に精度良く測定することができる。
【0113】
前述したように、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値は、光学部品７の群遅延分散の絶対値の予測される範囲内であってもよい。この場合、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値を、光学部品７の群遅延分散の絶対値に近づけることができる。従って、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅をより小さくすることができ、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔（本実施形態では相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク間隔）の検出精度の低下を更に抑制することができる。また、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度をより高めることができ、光パルス列Ｐｂの時間波形（本実施形態では相関光Ｐｃの時間波形）の検出精度の低下を更に抑制することができる。
【0114】
本実施形態のように、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値は、光学部品７の設計上の群遅延分散の絶対値と等しくてもよい。この場合もまた、位相パターンによって光パルスＰａに与えられる群遅延分散の絶対値を、光学部品７の群遅延分散の絶対値に近づけることができる。従って、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅をより小さくすることができ、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔（本実施形態では相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク間隔）の検出精度の低下を更に抑制することができる。また、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度をより高めることができ、光パルス列Ｐｂの時間波形（本実施形態では相関光Ｐｃの時間波形）の検出精度の低下を更に抑制することができる。
【0115】
本実施形態のように、光学部品７は、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上に配置されてもよい。また、検出ステップＳ１０３において、光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂの時間波形（本実施形態では相関光Ｐｃの時間波形）を検出してもよい。本実施形態によれば、例えばこのように、測定対象である光学部品７を光路上の任意の位置に配置できる。したがって、装置の空間的な設計の自由度が高く、装置の小型化、並びに、光学部品７の取り付け易さ及び取り出し易さといった利便性の向上へ向けた装置設計が可能となる。
【0116】
本実施形態のように、分散測定装置１Ａは、正の群遅延分散を光パルスＰａに与えるための第１の位相パターンと、負の群遅延分散を光パルスＰａに与えるための第２の位相パターンとを記憶し、第１の位相パターン及び第２の位相パターンをＳＬＭ１４へ選択的に出力する制御部５ａを備えてもよい。この場合、光学部品７が正の群遅延分散を有する場合と、光学部品７が負の群遅延分散を有する場合とで、位相パターンを容易に切り替えることができる。
【0117】
（第１変形例）
本発明者の知見によれば、光パルス列Ｐｂの時間波形における種々の特徴量（例えば光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス間隔、ピーク強度、パルス幅など）もまた、光学部品７の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、相関光Ｐｃに代えて光パルス列Ｐｂの時間波形を評価することでも、光学部品７の波長分散量を推定することができる。
本発明者の知見によれば、光パルス列Ｐｂの時間波形における種々の特徴量（例えば光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス間隔、ピーク強度、パルス幅など）もまた、光学部品７の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、相関光Ｐｃに代えて光パルス列Ｐｂの時間波形を評価することでも、光学部品７の波長分散量を推定することができる。
【0118】
図３８は、上記実施形態の第１変形例に係る分散測定装置１Ｂの構成を示す図である。本変形例の分散測定装置１Ｂは、上記実施形態の光検出部４に代えて光検出部４Ａを備える点において上記実施形態と相違し、他の点において上記実施形態と一致する。光検出部４Ａは、検出器４００を有しているが、上記実施形態の相関光学系４０を有していない。現在、ナノ秒オーダーの時間幅を有する光パルスの時間波形を直接検出できる検出器が既に存在する。従って、このような検出器を用いることにより、光検出部４Ａは、相関光学系４０を有していなくても光パルス列Ｐｂの時間波形を精度良く検出することができる。但し、例えば光パルス列Ｐｂの時間幅がフェムト秒オーダーである場合など、検出器４００の応答速度が十分ではない場合には、上記実施形態のように相関光学系４０を用いてもよい。
【0119】
本変形例のように光検出部４Ａが相関光学系４０を有しない場合、図２０に示された検出ステップＳ１０３において、光検出部４Ａは、相関光Ｐｃに代えて光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。具体的には、検出器４００は、光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂを受け、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。検出器４００は、光パルス列Ｐｂの強度を電気信号に変換することにより、光パルス列Ｐｂの時間波形を検出する。当該電気信号は、演算部５ｂに提供される。
【0120】
本変形例では、図２０に示された演算ステップＳ１０４において、演算部５ｂは、光パルス列Ｐｂの時間波形から光学部品７の波長分散量を推定する。具体的には、演算部５ｂは、まず、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量を取得する。この特徴量は、補助記憶装置５７（図１９を参照）に予め記憶されてもよい。また、演算部５ｂは、検出ステップＳ１０３において検出された光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量を取得する。この特徴量は、例えば、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度、半値全幅、及びピーク時間間隔のうち少なくとも一つである。続いて、演算部５ｂは、光学部品７の波長分散量がゼロであると仮定して理論的に予め算出された（又は予め測定された）光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量と、検出ステップＳ１０３において検出された光パルス列Ｐｂの時間波形の特徴量とを比較して、光学部品７の波長分散量を推定する。
【0121】
本変形例では、上記実施形態と同様に、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が小さくなるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔の検出精度の低下を抑制することができる。また、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高まるので、光パルス列Ｐｂの時間波形の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、光学部品７の波長分散量を精度良く測定することができる。
【0122】
（第２変形例）
図３９は、上記実施形態の第２変形例に係る分散測定装置１Ｃの構成を示す図である。本変形例では、測定対象である光学部品７が、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上ではなく、パルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置される点において上記実施形態と相違し、他の点において上記実施形態と一致する。本変形例では、パルスレーザ光源２から出力された光パルスＰａは、光学部品７を透過したのちにパルス形成部３に入射する。
図３９は、上記実施形態の第２変形例に係る分散測定装置１Ｃの構成を示す図である。本変形例では、測定対象である光学部品７が、パルス形成部３と光検出部４との間の光路上ではなく、パルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置される点において上記実施形態と相違し、他の点において上記実施形態と一致する。本変形例では、パルスレーザ光源２から出力された光パルスＰａは、光学部品７を透過したのちにパルス形成部３に入射する。
【0123】
本変形例では、光パルスＰａが光学部品７を透過した後に、パルス形成ステップＳ１０２においてパルス形成部３が光パルスＰａから光パルス列Ｐｂを形成する。その際、光パルスＰａに対し、光学部品７が有する群遅延分散とは逆符号の群遅延分散が与えられる。そして、検出ステップＳ１０３において、相関光学系４０によって光パルス列Ｐｂから相関光Ｐｃが生成され、検出器４００によって相関光Ｐｃの時間波形が検出される。或いは、第１変形例のように、相関光学系４０が設けられず、検出器４００によって光パルス列Ｐｂの時間波形が検出されてもよい。演算部５ｂは、相関光Ｐｃ又は光パルス列Ｐｂの時間波形から、光学部品７の波長分散量を推定する。
【0124】
本変形例のように、測定対象である光学部品７は、パルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置されてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様に、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のパルス幅が小さくなるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク間隔（又は相関光Ｐｃに含まれる複数の光パルスのピーク間隔）の検出精度の低下を抑制することができる。また、光学部品７から出射された光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が高まるので、光パルス列Ｐｂの時間波形（又は相関光Ｐｃの時間波形）の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、光学部品７の波長分散量を精度良く測定することができる。
【符号の説明】
【0125】
１Ａ，１Ｂ…分散測定装置，２…パルスレーザ光源，３…パルス形成部，３ａ…光入力端，３ｂ…光出力端，４，４Ａ…光検出部，４ａ…光入力端，５…制御装置，５ａ…制御部，５ｂ…演算部，５ｃ…入力部，５ｄ…出力部，７…光学部品，７ａ…光入力端，７ｂ…光出力端，１２…回折格子，１３…レンズ，１４…空間光変調器（ＳＬＭ），１５…レンズ，１６…回折格子，１７…変調面，１７ａ…変調領域，２０…変調パターン算出装置，２１…任意波形入力部，２２…位相スペクトル設計部，２３…強度スペクトル設計部，２４…変調パターン生成部，２５…フーリエ変換部，２６…関数置換部，２７…波形関数修正部，２８…逆フーリエ変換部，２９…ターゲット生成部，２９ａ…フーリエ変換部，２９ｂ…スペクトログラム修正部，４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…相関光学系，４０ｂ…光出力端，４０ｃ～４０ｆ…光路，４１…レンズ，４２…光学素子，４３…レンズ，４４…ビームスプリッタ，４５，４６…ミラー，４７，４９…移動ステージ，４８…ミラー，５１…プロセッサ（ＣＰＵ），５２…ＲＯＭ，５３…ＲＡＭ，５４…入力デバイス，５５…出力デバイス，５６…通信モジュール，５７…補助記憶装置，４００…検出器，Ａ，Ｂ…方向，Ｐ１…光，Ｐ２…変調光，Ｐａ…光パルス（第１光パルス），Ｐｂ，Ｐｂａ，Ｐｂｂ…光パルス列，Ｐｂ１，Ｐｂ２…光パルス（第２光パルス），Ｐｃ…相関光，Ｐｄ…光パルス列，Ｐｄ１，Ｐｄ２…光パルス，Ｐｒ…参照光パルス，Ｓ１０１…出力ステップ，Ｓ１０２…パルス形成ステップ，Ｓ１０３…検出ステップ，Ｓ１０４…演算ステップ，ＳＣ…制御信号。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】