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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】P2022180151
(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 9/00 20060101AFI20221129BHJP
G02F 1/01 20060101ALI20221129BHJP
G01J 11/00 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
G01J9/00
G02F1/01 D
G01J11/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021087088
(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）】
2G065
2K102
【Ｆターム（参考）】
2G065AA12
2G065AA13
2G065AB09
2G065AB16
2G065AB23
2G065BA09
2G065BA29
2G065BB02
2G065BB04
2G065BB14
2G065BB31
2G065BB49
2G065BB50
2G065BC13
2G065BC22
2G065BE03
2G065DA05
2K102AA21
2K102BA05
2K102BA21
2K102BB04
2K102BC04
2K102BD09
2K102DD02
2K102EA02
2K102EA18
2K102EB08
2K102EB10
2K102EB22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】測定対象の波長分散量をより正確に測定する分散測定装置及び分散測定方法を提供する。
【解決手段】分散測定装置１Ａは、パルスレーザ光源２、パルス形成部３、相関器４、及び演算部５ｂを備える。パルス形成部は、パルスレーザ光源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複数の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む光パルス列Ｐｂを形成する。相関器は、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。演算部５ｂは、相関光Ｐｃの時間波形に基づいて、パルスレーザ光源と相関器との間の光路上に配置された光学部品７の波長分散量を推定する。分散媒質８は、正又は負の群遅延分散を光パルス列Ｐｂに与えることにより、相関光Ｐｃのピーク強度を高めて相関器の検出閾値以上とする。パルス形成部は、光パルス列Ｐｂに与えられる群遅延分散と逆符号の群遅延分散を光パルスＰａに与える。
【選択図】図１
【解決手段】分散測定装置１Ａは、パルスレーザ光源２、パルス形成部３、相関器４、及び演算部５ｂを備える。パルス形成部は、パルスレーザ光源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複数の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む光パルス列Ｐｂを形成する。相関器は、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。演算部５ｂは、相関光Ｐｃの時間波形に基づいて、パルスレーザ光源と相関器との間の光路上に配置された光学部品７の波長分散量を推定する。分散媒質８は、正又は負の群遅延分散を光パルス列Ｐｂに与えることにより、相関光Ｐｃのピーク強度を高めて相関器の検出閾値以上とする。パルス形成部は、光パルス列Ｐｂに与えられる群遅延分散と逆符号の群遅延分散を光パルスＰａに与える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、
正又は負の群遅延分散を有し、前記光パルス列を受ける分散媒質と、
前記分散媒質を透過した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である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光学系と、前記相関光の時間波形を検出する検出器とを含み、検出閾値以上の強度を有する前記光パルス列から形成された前記相関光の時間波形を検出する相関器と、
前記相関器と電気的に接続された演算部と、を備え、
測定対象は、前記パルス形成部と前記分散媒質との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記相関光の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記分散媒質は、前記光パルス列に含まれる複数の前記第２光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第２光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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。
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、
正又は負の群遅延分散を有し、前記光パルス列を受ける分散媒質と、
前記分散媒質を透過した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である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光学系と、前記相関光の時間波形を検出する検出器とを含み、検出閾値以上の強度を有する前記光パルス列から形成された前記相関光の時間波形を検出する相関器と、
前記相関器と電気的に接続された演算部と、を備え、
測定対象は、前記パルス形成部と前記分散媒質との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記相関光の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記分散媒質は、前記光パルス列に含まれる複数の前記第２光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第２光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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】
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、
前記光パルス列を受け、前記光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光学系と、
正又は負の群遅延分散を有し、前記相関光を受ける分散媒質と、
前記分散媒質を透過した前記相関光を受け、検出閾値以上のピーク強度を有する前記相関光の時間波形を検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された演算部と、を備え、
測定対象は、前記パルス形成部と前記相関光学系との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記相関光の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記分散媒質は、前記相関光に含まれる複数の前記第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第３光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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。
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、
前記光パルス列を受け、前記光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光学系と、
正又は負の群遅延分散を有し、前記相関光を受ける分散媒質と、
前記分散媒質を透過した前記相関光を受け、検出閾値以上のピーク強度を有する前記相関光の時間波形を検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された演算部と、を備え、
測定対象は、前記パルス形成部と前記相関光学系との間の光路上に配置され、
前記演算部は、前記相関光の時間波形に基づいて前記測定対象の波長分散量を推定し、
前記分散媒質は、前記相関光に含まれる複数の前記第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第３光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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3】
前記位相パターンから与えられる群遅延分散は、負の群遅延分散であり、
前記分散媒質から与えられる群遅延分散は、正の群遅延分散である、請求項１又は２に記載の分散測定装置。
前記分散媒質から与えられる群遅延分散は、正の群遅延分散である、請求項１又は２に記載の分散測定装置。
【請求項4】
前記位相パターンは、前記測定対象において複数の前記第２光パルスのピーク強度が非線形光学現象の閾値を下回るような群遅延分散を前記第１光パルスに与えるための位相パターンである、請求項１～３のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項5】
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、
前記光パルス列が、測定対象を透過した後に、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する分散媒質透過ステップと、
前記分散媒質を透過した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である複数の第３光パルスを含む相関光を生成し、検出閾値以上のピーク強度を有する前記光パルス列から形成された前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
前記相関光の時間波形に基づいて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、
前記分散媒質透過ステップでは、前記光パルス列が前記分散媒質を透過する際に、前記光パルス列に含まれる複数の前記第２光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第２光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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。
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、
前記光パルス列が、測定対象を透過した後に、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する分散媒質透過ステップと、
前記分散媒質を透過した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である複数の第３光パルスを含む相関光を生成し、検出閾値以上のピーク強度を有する前記光パルス列から形成された前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
前記相関光の時間波形に基づいて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、
前記分散媒質透過ステップでは、前記光パルス列が前記分散媒質を透過する際に、前記光パルス列に含まれる複数の前記第２光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第２光パルスのピーク強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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6】
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、
前記光パルス列が測定対象を透過した後に、前記光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光出力ステップと、
前記相関光が、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する分散媒質透過ステップと、
前記分散媒質を透過した前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
前記相関光の時間波形に基づいて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、
前記検出ステップでは、検出閾値以上の強度を有する前記相関光の時間波形を検出し、
前記分散媒質透過ステップでは、前記相関光が前記分散媒質を透過する際に、前記相関光に含まれる複数の前記第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第３光パルスの強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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。
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、
前記光パルス列が測定対象を透過した後に、前記光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する相関光出力ステップと、
前記相関光が、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する分散媒質透過ステップと、
前記分散媒質を透過した前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
前記相関光の時間波形に基づいて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、
前記検出ステップでは、検出閾値以上の強度を有する前記相関光の時間波形を検出し、
前記分散媒質透過ステップでは、前記相関光が前記分散媒質を透過する際に、前記相関光に含まれる複数の前記第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の前記第３光パルスの強度を高めて前記検出閾値以上とし、
前記位相パターンは、前記分散媒質が有する群遅延分散と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。
【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ものである。
【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。ここで、測定対象に入射する光パルスのピーク強度が大きいとき、波長分散量の測定精度が下がる場合がある。例えば、測定対象が光ファイバ又は光導波路等の非線形媒質である場合、当該測定対象において、光パルスのピーク強度が或る閾値を超えると、非線形光学現象が発生する。この現象は、光パルスの時間波形を歪める。また、例えば、光パルスのピーク強度が過度に大きいと、測定対象にダメージが生じることがある。以上のことから、測定対象に入射する光パルスのピーク強度が大きいとき、測定対象を透過した光パルスの時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を正確に測定することができない場合がある。
【0005】
一方、測定対象に入射する光パルスのピーク強度を小さくすると、測定対象を透過した光パルスの時間波形を検出する検出器における検出閾値に当該光パルスのピーク強度が満たない場合がある。この場合、光パルスの時間波形の検出精度が下がってしまうので、光パルスの時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を正確に測定することができない。
【0006】
本発明の一側面は、測定対象の波長分散量をより正確に測定することが可能とな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】
【0007】
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、光源と、パルス形成部と、分散媒質と、相関器と、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する。パルス形成部は、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。分散媒質は、正又は負の群遅延分散を有し、光パルス列を受ける。相関器は、相関光学系と、検出器とを有する。相関光学系は、分散媒質を透過した光パルス列を受け、光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する。検出器は、相関光の時間波形を検出する。相関器は、検出閾値以上のピーク強度を有する光パルス列から形成された相関光の時間波形を検出する。演算部は、相関器と電気的に接続される。測定対象が、パルス形成部と分散媒質との間の光路上に配置される。演算部は、相関光の時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。分散媒質は、光パルス列に含まれる複数の第２光パルスに群遅延分散を与えることにより、第２光パルスのピーク強度を高めて検出閾値以上とする。位相パターンは、分散媒質が有する群遅延分散と逆符号の群遅延分散を第１パルスに与えるためのパターンを含む。
【0008】
本発明の一側面に係る分散測定方法は、出力ステップと、パルス形成ステップと、分散媒質透過ステップと、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。分散媒質透過ステップでは、光パルス列が、測定対象を透過した後に、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する。検出ステップでは、分散媒質を透過した光パルス列を受け、光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を生成し、相関光の時間波形を検出する。検出ステップでは、検出閾値以上のピーク強度を有する光パルス列から形成された相関光の時間波形を検出する。演算ステップでは、相関光の時間波形に基づいて、測定対象の波長分散量を推定する。位相パターンは、分散媒質が有する群遅延分散と逆符号の群遅延分散を第１光パルスに与えるための位相パターンを含む。
【0009】
本発明の他の側面に係る分散測定装置は、光源と、パルス形成部と、相関光学系と、分散媒質と、検出器と、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する。パルス形成部は、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。相関光学系は、光パルス列を受け、光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３の光パルスを含む相関光を出力する。分散媒質は、正又は負の群遅延分散を有し、相関光を受ける。検出器は、分散媒質を透過した相関光を受け、検出閾値以上のピーク強度を有する相関光の時間波形を検出する。演算部は、検出器と電気的に接続されている。測定対象が、パルス形成部と相関光学系との間の光路上に配置される。演算部は、相関光の時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。分散媒質は、相関光に含まれる複数の第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の第３光パルスのピーク強度を高めて検出閾値以上とする。位相パターンは、分散媒質が有する群遅延分散と逆符号の群遅延分散を第１パルスに与えるためのパターンを含む。
【0010】
本発明の一側面に係る分散測定方法は、出力ステップと、パルス形成ステップと、相関光出力ステップと、分散媒質透過ステップと、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。相関光出力ステップでは、光パルス列が測定対象を透過した後に、光パルス列の相互相関又は自己相関である複数の第３光パルスを含む相関光を出力する。分散媒質透過ステップでは、相関光が、正又は負の群遅延分散を有する分散媒質を透過する。検出ステップでは、分散媒質を透過した相関光の時間波形を検出する。演算ステップでは、相関光の時間波形に基づいて測定対象の波長分散量を推定する。検出ステップでは、検出閾値以上のピーク強度を有する相関光の時間波形を検出する。分散媒質透過ステップでは、相関光が分散媒質を透過する際に、相関光に含まれる複数の第３光パルスに群遅延分散を与えることにより、複数の第３光パルスのピーク強度を高めて検出閾値以上とする。位相パターンは、分散媒質が有する群遅延分散と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。
【0011】
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、正又は負の群遅延分散が第１光パルスに与えられる。これにより、第２光パルスのピーク強度が抑えられるので、第２光パルスのピーク強度が大きい場合の、測定対象における第２光パルスへの影響を回避することができる。例えば、測定対象中を伝搬する第２光パルスのピーク強度を非線形光学現象の閾値以下とすることが可能となる。そして、第２パルスが測定対象を透過した後、第２パルス又は第３パルスに対し、分散媒質によって、第１光パルスに与えられた群遅延分散と逆符号の群遅延分散が与えられる。故に、測定対象を透過した後の第２パルス又は第３パルスのピーク強度を、相関器又は検出器の検出閾値以上とすることが可能となる。これにより、相関光の時間波形を精度良く検出することが可能となる。以上のことから、測定対象の波長分散量をより正確に測定することが可能となる。
【0012】
上記装置において、位相パターンから与えられる群遅延分散は、負の群遅延分散であり、分散媒質から与えられる群遅延分散は、正の群遅延分散であってもよい。ここで、多くの種類の分散媒質は正の群遅延分散を与える。したがって、この装置によれば、分散媒質から与えられる群遅延分散が負の群遅延分散である場合と比較して、より多くの種類の分散媒質を、上記装置における分散媒質として選択することができる。
【0013】
上記装置において、位相パターンは、測定対象において、複数の第２光パルスのピーク強度が非線形光学現象の閾値を下回るような群遅延分散を第１光パルスに与えるための位相パターンであってもよい。この装置によれば、非線形光学現象の発生が抑制されるので、複数の第２光パルスの時間波形が歪むことを抑制し、ひいては相関光の時間波形が歪むことを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【0014】
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より正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の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】ＳＬＭの変調面を示す図である。
【図4】ＳＬＭに提示される位相パターンの一例を示す図である。
【図5】ＳＬＭに提示される位相パターンの一例を示す図である。
【図6】（ａ），（ｂ），（ｃ）光パルスに与えられる群遅延分散と光パルスのピーク強度との関係の一例を示す図である。
【図7】光パルスの時間波形におけるピーク強度の変化の様子を概念的に示す図である。
【図8】（ａ），（ｂ），（ｃ）帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。
【図9】（ａ），（ｂ），（ｃ）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。
【図10】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11】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12】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13】相関光の特徴量を概念的に説明するための図である。（ａ）光学部品の波長分散がゼロである場合の相関光の時間波形の例を示す。（ｂ）光学部品の波長分散がゼロではない場合の相関光の時間波形の例を示す。
【図14】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15】分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。
【図16】（ａ）単パルス状の光パルスのスペクトル波形を示す。（ｂ）光パルスの時間強度波形を示す。
【図17】（ａ）ＳＬＭ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。（ｂ）パルス形成部からの出力光の時間強度波形を示す。
【図18】ＳＬＭの変調パターンを演算する装置の構成を示す図である。
【図19】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20】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21】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22】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23】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24】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25】（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26】本発明の一実施形態に係る分散測定装置における光パルスの時間波形における強度変化の一例を示す図である。
【図27】本発明の一実施形態に係る分散測定装置における光パルスの時間波形における強度変化の一例を示す図である。
【図28】第１変形例として分散測定装置の別の構成を示す図である。
【図29】第１変形例における分散測定装置を用いた分散測定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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、分散媒質８、相関器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。分散媒質８の光入力端８ａ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。相関器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、分散媒質８の光出力端８ｂ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及び相関器４と電気的に接続されている。相関器４は、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、制御部５ａ、演算部５ｂ、及び出力部５ｃを備えている。
【0018】
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。
【0019】
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複数の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２（複数の第２光パルス）を含む光パルス列Ｐｂを形成する部分である。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。
【0020】
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。
【0021】
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には、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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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、正又は負の群遅延分散（Group Delay Dispersion：ＧＤＤ）を光パルスＰａに与える（すなわち、光パルス列Ｐｂを、正又は負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。図４及び図５は、パルス形成部３からの出力光のスペクトル波形（スペクトル位相Ｇ１１及びスペクトル強度Ｇ１２）の例を示す。図４及び図５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。図４に示されるスペクトル波形は、負の群遅延分散が与えられた場合を示す。図５に示されるスペクトル波形は、正の群遅延分散が与えられた場合を示す。
【0025】
正又は負の群遅延分散を変調面１７に入射した光パルスＰａに与えることにより、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形のピーク強度が変化する。図６は、変調面１７によって光パルスＰａに与えられる群遅延分散と、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度との関係の例を示す図である。図６において、縦軸は光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を示し、横軸は変調面１７によって光パルスＰａに与えられる群遅延分散を示す。図６に示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度は、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、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る。従って、変調面１７において、正又は負の群遅延分散を光パルスＰａに与えることにより、群遅延分散を与えない場合と比べて、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を小さくすることができる。なお、本実施形態の説明において、「光パルスのピーク強度」とは、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を意味する。変調面１７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。
【0026】
変調面１７に提示される位相パターンは、光学部品７において、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の最大強度が非線形光学現象の閾値を下回るような群遅延分散を光パルスＰａに与えるための位相パターンである。上述したように、位相パターンが正又は負の群遅延分散を光パルスＰａに与えると、パルス形成部３から出力される光パルス列Ｐｂのピーク強度が低減される。そして、光パルスＰａに与える群遅延分散の絶対値を十分に大きくすることにより、光学部品７中を伝搬する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が非線形光学現象の閾値を下回ることが可能となる。なお、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。
【0027】
図７は、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度の変化の様子を概念的に示す図である。図７に示されるように、パルス形成部３において正又は負の群遅延分散が光パルスＰａに与えられることにより、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が光学部品７の有する非線形光学現象の閾値Ｑ１を下回る。なお、光学部品７が例えば光ファイバといった長距離の光導波路である場合、光学部品７が有する群遅延分散によって光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が更に変化する。そのような場合には、光学部品７の光入力端７ａおよび光出力端７ｂの双方において、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が非線形光学現象の閾値Ｑ１を下回るとよい。
【0028】
ＳＬＭ１４は、光パルスＰａから、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２を含む光パルス列Ｐｂを形成する。図８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８（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８（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８（ａ）及び図８（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、８０５ｎｍであり、光パルスＰｂ２の中心波長は、例えば、７９５ｎｍ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。
【0029】
図８（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８（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８（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８（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１５５０ｎｍ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１５５５ｎｍ、及び１５４５ｎｍであることができる。
【0030】
図９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９（ａ）は、図８（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９（ｂ）は、光パルス列Ｐｄの時間波形を表している。図９（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９（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８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。
【0031】
再び図１を参照する。分散媒質８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。分散媒質８は、正又は負の群遅延分散を有する。分散媒質８が有する群遅延分散の符号は、パルス形成部３において光パルスＰａに与えられる群遅延分散の符号とは逆である。すなわち、パルス形成部３において光パルスＰａに正の群遅延分散が与えられる場合、分散媒質８は負の群遅延分散を有する。また、パルス形成部３において光パルスＰａに負の群遅延分散が与えられる場合、分散媒質８は正の群遅延分散を有する。分散媒質８は、光パルス列Ｐｂに含まれる光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２に当該群遅延分散を与えることにより、パルス形成部３とは逆に光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のピーク強度を高めて、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を相関器４の検出閾値以上とする。分散媒質８を透過した光パルス列Ｐｂは、光出力端８ｂから出力される。
【0032】
再び図７を参照する。上述したように、分散媒質８は、パルス形成部３において光パルスＰａに与えられる群遅延分散とは逆符号の群遅延分散を光パルス列Ｐｂに与える。これにより、分散媒質８において光パルス列Ｐｂのピーク強度が増大する。これにより、光パルス列Ｐｂの強度を相関器４の検出閾値Ｑ２以上とすることが可能となる。
【0033】
図６を参照して、上記の作用を説明する。例えば、パルス形成部３において負の群遅延分散を光パルスＰａに与えると、図中の矢印Ｂ１にて示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低減される。その後、分散媒質８において正の群遅延分散を光パルスＰｂ１，Ｐｂ２に与えると、図中の矢印Ｂ２にて示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が増大する。また、例えば、パルス形成部３において正の群遅延分散を光パルスＰａに与えると、図中の矢印Ｂ３にて示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低減される。その後、分散媒質８において負の群遅延分散を光パルスＰｂ１，Ｐｂ２に与えると、図中の矢印Ｂ４にて示されるように、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が増大する。
【0034】
分散媒質８は、分散がゼロではない媒質であればよい。分散媒質８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ってもよく、半導体又は誘電体光学結晶であってもよい。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、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、ＳｉＮ若しくはＩｎＰなどの半導体微小導波路が挙げられる。半導体又は誘電体光学結晶としては、例えば、ダイヤモンド、ＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（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、又は高分子材料が挙げられる。また、分散媒質８は、例えば、グレーティングペア、あるいはプリズムペア等でもよい。さらに、分散媒質８は、例えば、ＢＫ７などのガラスでもよい。なお、分散媒質８は、光学部品７の分散が大きい場合、例えば分散の大きいＳＦ１１等であるとよい。また、分散媒質８は、非線形光学現象が発生しないものが好ましいが、非線形光学現象が発生しにくいものであればよい。分散媒質８は、例えば、非線形光学効果が十分小さいものであればよい。
【0035】
相関光学系４０は、分散媒質８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複数の光パルス（複数の第３光パルス）を含む相関光Ｐｃを出力する。本実施形態では、相関光学系４０は、レンズ４１、光学素子４２及びレンズ４３を含んで構成されている。レンズ４１は、パルス形成部３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の時間波形の特徴量をより精度良く算出するために生成される光である。
【0036】
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１０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。
【0037】
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。
【0038】
図１１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。
【0039】
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。
【0040】
図１２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。
【0041】
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。
【0042】
図１３（ａ）には、光学部品７の波長分散量がゼロである場合における相関光Ｐｃの時間波形が示されている。図１３（ｂ）には、光学部品７の波長分散量がゼロではない場合における相関光Ｐｃの時間波形が示されている。この例では、相関光Ｐｃに含まれる光パルスＰｃ１～Ｐｃ３のピーク強度ＰＥ１～ＰＥ３が図１３（ａ）と比較して大きく低下しており、且つ、光パルスＰｃ１～Ｐｃ３の半値全幅Ｗ１～Ｗ３が図１３（ａ）と比較して顕著に拡大している。更に、ピーク時間間隔Ｇ１，２が図１３（ａ）と比較して格段に長くなっている。
【0043】
このように、光学部品７の波長分散がゼロではない場合、相関光Ｐｃの時間波形の特徴量（ピーク強度ＰＥ１～ＰＥ３、半値全幅Ｗ１～Ｗ３、ピーク時間間隔Ｇ１，２，Ｇ２，３）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。
【0044】
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、相関器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。
【0045】
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（例えばパルス間隔、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。
【0046】
出力部５ｃ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５ｃ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。
【0047】
光学部品７は、パルス形成部３と分散媒質８との間の光路上に配置される。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。
【0048】
ここで、ＳＬＭ１４に提示される位相パターンが与える群遅延分散の符号、光学部品７が有する群遅延分散の符号、及び分散媒質８が有する群遅延分散の符号の組み合わせについて説明する。本実施形態においては、ＳＬＭ１４に提示される位相パターンが光パルスＰａに与える群遅延分散により光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低減し、分散媒質８が有する群遅延分散により光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が増大すればよい。したがって、ＳＬＭ１４に提示される位相パターンが与える群遅延分散の符号と、分散媒質８が有する群遅延分散の符号とは、互いに逆であればよい。そして、光学部品７が有する群遅延分散の符号は、正と負のどちらであってもよい。但し、ＳＬＭ１４に提示される位相パターンが与える群遅延分散は、負の群遅延分散であり、分散媒質８が与える群遅延分散は、正の群遅延分散であることがより好ましい。ここで、多くの種類の分散媒質は正の群遅延分散を与える。したがって、この装置によれば、分散媒質８から与えられる群遅延分散が負の群遅延分散である場合と比較して、より多くの種類の分散媒質を、本実施形態における分散媒質８として選択することができる。
【0049】
図１４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１４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。
【0050】
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５ｃとして動作する。
【0051】
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。
【0052】
図１５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。
【0053】
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複数の光パルス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。これにより、パルス形成部３についての説明で述べたように、形成される光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２において、スペクトル領域の強度を維持しつつ、時間領域のピーク強度を低減することが可能となる。
【0054】
続いて、分散媒質透過ステップＳ１０３において、光パルス列Ｐｂが分散媒質８を透過する。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、光パルス列Ｐｂは、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を有する分散媒質８を透過する。光パルス列Ｐｂが透過する際に、分散媒質８は、光パルス列Ｐｂに含まれる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２に群遅延分散を与える。これにより、光パルス列Ｐｂが分散媒質８を透過する際に分散媒質８が光パルスＰｂ１，Ｐｂ２における時間領域のピーク強度を増大させるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を相関器４の検出閾値以上とすることが可能となる。
【0055】
続いて、検出ステップＳ１０４において、相関光Ｐｃの時間波形を検出する。具体的には、相関光学系４０が、分散媒質８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複数の光パルスＰｃ１～Ｐｃ３を含む相関光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、光パルス列Ｐｂが分散媒質８を透過した後に、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。
【0056】
例えば、図１０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１１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１２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。
【0057】
続いて、演算ステップＳ１０５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Ｓ１０４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、例えば図１３に示されたピーク強度Ｅ１～Ｅ３、半値全幅Ｗ１～Ｗ３、及びピーク時間間隔Ｇ１，２，Ｇ２，３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。
【0058】
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１６（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（スペクトル位相Ｇ２１及びスペクトル強度Ｇ２２）を示し、図１６（ｂ）は、該光パルスＰａの時間強度波形を示す。また、図１７（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（スペクトル位相Ｇ３１及びスペクトル強度Ｇ３２）を示し、図１７（ｂ）は、該出力光の時間強度波形を示す。図１６（ａ）及び図１７（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１６（ｂ）及び図１７（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、矩形波状の位相スペクトル波形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、高次光を伴うダブルパルスに変換されている。なお、図１７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。
【0059】
図１８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-GeneratedHolograms(CGH)）である。
【0060】
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１８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。
【0061】
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。
【0062】
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（例えばパルス間隔、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。
【0063】
図１９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１９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。
【0064】
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２０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。
【0065】
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】
【0066】
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。
【0067】
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２１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】
【0068】
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】
【0069】
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】
【0070】
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】
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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）。
【0076】
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。
【0077】
図２２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）。
【0078】
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】
【0079】
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。
【0080】
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）。
【0081】
ここで、図２３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２３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））。
【0082】
次に、ターゲット生成部２９は、例えば図２０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））。
【0083】
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２４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。
【0084】
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。
【0085】
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】
【0086】
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】
【0087】
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】
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
再び図２３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】
【0091】
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。
【0092】
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２５（ａ）に示されるような結果となる。なお、図２５（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。
【0093】
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２５（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。
【0094】
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２５（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。
【0095】
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。
【0096】
光学部品７の波長分散量を推定するとき、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Ｐｂ１，Ｐｂ２を光学部品７に透過させる。そして、複数の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２から得られる相関光Ｐｃの時間波形に基づいて、光学部品７の波長分散量を推定することができる。ここで、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が大きいとき、波長分散量の測定精度が下がる場合がある。例えば、光学部品７において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が或る閾値を超えると、非線形光学現象が発生する。図２６は、非線形光学現象の閾値Ｑ１以上のピーク強度を有する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７を透過する前後における光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形を概念的に示す図である。図２６に示されるように、非線形光学現象が発生すると、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形が歪められる。或いは、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が大きいことにより、例えば、光学部品７にダメージが生じることがある。この場合もまた、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形が歪められる。光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形が歪むと、相関光Ｐｃの時間波形も歪む。したがって、光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２のピーク強度が大きいとき、相関光Ｐｃの時間波形に基づいて光学部品７の波長分散量を正確に測定することができない場合がある。
【0097】
これに対し、例えばパルス形成部３において光パルス列Ｐｂを生成する際に、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を小さくすることが考えられる。しかしながら、単にパルス形成部３において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を小さくするのみだと、時間波形の検出精度が下がってしまい、相関光Ｐｃの時間波形に基づいて光学部品７の波長分散量を正確に測定することができないおそれが生じる。図２７は、ピーク強度を小さくされた光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７を透過する前後における光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形を概念的に示す図である。図２７に示されるように、パルス形成部３において光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が低減されると、光学部品７を透過した後の光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が相関器４の検出閾値を下回ることがある。その場合、光学部品７の波長分散量を正確に測定することができない。
【0098】
本実施形態の分散測定装置１Ａ及び方法では、パルス形成部３（パルス形成ステップＳ１０２）において、正又は負の群遅延分散が光パルスＰａに与えられる。これにより、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が抑えられるので、例えば、光学部品７中を伝搬する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を非線形光学現象の閾値以下とすることが可能となる。また、例えば、光学部品７が変質するほどピーク強度の大きい光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７に入射することが抑制され、光学部品７にダメージが生じることを防ぐことができる。そして、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が、光学部品７を透過した後に分散媒質８を透過する際に、光パルスＰａに与えられた群遅延分散と逆符号の群遅延分散を与えられるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度を相関器４の検出閾値以上とすることが可能となる。これにより、相関光Ｐｃの時間波形を精度良く検出することが可能となる。以上のことから、本実施形態によれば、光学部品７の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
【0099】
本実施形態のように、ＳＬＭ１４において提示される位相パターンは、光学部品７において、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２のピーク強度が非線形光学現象の閾値を下回るような群遅延分散を光パルスＰａに与えるための位相パターンであってもよい。この場合、非線形光学現象の発生が抑制されるので、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の時間波形が歪むことを抑制し、ひいては相関光Ｐｃの時間波形が歪むことを抑制することが可能となる。
【0100】
本実施形態のように、測定対象である光学部品７を透過した光パルス列Ｐｂを検出するために、相関光学系４０及び検出器４００を含む相関器４が採用される。図１０～図１２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、相関器４を採用することにより、検出器４００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を観察することができるので、測定対象である光学部品７の波長分散量をより正確に測定することができる。
【0101】
（第１変形例）
図２８は、第１変形例における分散測定装置１Ｂを示す図である。図２８に示されるように、第１変形例では、分散媒質８が、パルス形成部３と相関光学系４０との間の光路上ではなく、相関光学系４０と検出器４００との間の光路上に配置される。なお、光学部品７は、パルス形成部３と相関光学系４０との間の光路上に配置される。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光パルスＰｃ１～Ｐｃ３を含む相関光Ｐｃを出力する。なお、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。
図２８は、第１変形例における分散測定装置１Ｂを示す図である。図２８に示されるように、第１変形例では、分散媒質８が、パルス形成部３と相関光学系４０との間の光路上ではなく、相関光学系４０と検出器４００との間の光路上に配置される。なお、光学部品７は、パルス形成部３と相関光学系４０との間の光路上に配置される。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光パルスＰｃ１～Ｐｃ３を含む相関光Ｐｃを出力する。なお、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。
【0102】
正又は負の群遅延分散を有する分散媒質８は、相関光学系４０から出力された相関光Ｐｃを受ける。このとき、分散媒質８は、相関光Ｐｃに含まれる光パルスＰｃ１～Ｐｃ３に群遅延分散を与えることにより、光パルスＰｃ１～Ｐｃ３の強度を検出器４００の閾値（後述する）以上とする。
【0103】
検出器４００は、分散媒質８を透過した相関光Ｐｃを受け、検出閾値以上の強度を有する相関光Ｐｃの時間波形を検出する。なお、第１変形例における検出閾値は、検出器４００の特性に基づいて決定される値であり、検出閾値以上の強度を有する相関光Ｐｃが検出器４００に入射することにより、検出器４００が相関光Ｐｃの時間波形を精度良く検出することができる。
【0104】
図２９は、以上の構成を備える分散測定装置１Ｂ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Ｓ２０１において、パルスレーザ光源２が光パルスＰａを出力する。
【0105】
次に、パルス形成ステップＳ２０２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複数の光パルスＰｂ1，Ｐｂ２を含む変調光である光パルス列Ｐｂを形成する。このとき、パルス形成部３は、光パルスＰａに正又は負の群遅延分散を与える。すなわち、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。これにより、形成される光パルスＰｂ１及び光パルスＰｂ２において、スペクトル領域の強度を維持しつつ、時間領域の強度を低減することが可能となる。
【0106】
続いて、相関光出力ステップＳ２０３において、相関光学系４０が相関光Ｐｃを出力する。具体的には、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、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関である光パルスＰｃ１～Ｐｃ３を含む相関光Ｐｃを出力する。一例としては、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。
【0107】
続いて、分散媒質透過ステップＳ２０４において、相関光Ｐｃが分散媒質８を透過する。具体的には、分散媒質８が、相関光学系４０から出力された相関光Ｐｃを受ける。相関光Ｐｃは、光パルスＰａに与えられた群遅延分散と逆符号の群遅延分散を有する分散媒質８を透過する。これにより、相関光Ｐｃが分散媒質８を透過する際に光パルスＰｃ１～Ｐｂ３における時間領域の強度を増大させ、検出器４００の検出閾値以上とすることが可能となる。
【0108】
続いて、検出ステップＳ２０５において、検出器４００が、分散媒質８を透過した相関光Ｐｃの時間波形を検出する。具体的には、検出器４００が、検出器４００の検出閾値以上の強度を有する相関光Ｐｃの時間波形を検出する。
【0109】
続いて、演算ステップＳ２０６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。
【0110】
第１変形例の分散測定装置１Ｂ及び方法では、パルス形成部３（パルス形成ステップＳ２０２）において、正又は負の群遅延分散が光パルスＰａに与えられる。これにより、光パルス列Ｐｂに含まれる光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の強度が抑えられるので、例えば、光学部品７中を伝搬する光パルスＰｂ１，Ｐｂ２の最大強度を非線形光学現象の閾値以下とすることが可能となる。そして、光パルスＰｂ１，Ｐｂ２が光学部品７を透過した後に、光パルスＰｃ１～Ｐｂ３が、分散媒質８を透過する際に、光パルスＰａに与えられた群遅延分散と逆符号の群遅延分散を与えられるので、光パルスＰｃ１～Ｐｂ３の強度を検出器４００の検出閾値以上とすることが可能となる。これにより、相関光Ｐｃの時間波形を精度良く検出することが可能となる。以上のことから、光学部品７の波長分散量を正確に測定することが可能となる。
【符号の説明】
【0111】
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…相関器、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…相関光学系、４ａ…光入力端、４０ｂ…光出力端、４０ｃ～４０ｆ…光路、４００…検出器、５…制御装置、５ａ…制御部、５ｂ…演算部、５ｃ…出力部、７…光学部品（測定対象）、８…分散媒質、８ａ…光入力端、８ｂ…光出力端、１２…回折格子、１３，１５…レンズ、１４…空間光変調器（ＳＬＭ）、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、４１，４３…レンズ、４２…光学素子、４４…ビームスプリッタ、４５，４６，４８…ミラー、４７，４９…移動ステージ、５１…プロセッサ、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、Ｐａ…光パルス（第１光パルス）、Ｐｂ，Ｐｄ…光パルス列、Ｐｂ１，Ｐｂ２…光パルス（第２光パルス），Ｐｄ１，Ｐｄ２…光パルス、Ｐｂａ，Ｐｂｂ…光パルス列、Ｐｃ…相関光、Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３…光パルス、Ｐｒ…参照光パルス、ＳＣ…制御信号。Ｇ１１，Ｇ２１…スペクトル位相。
【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】