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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】分散測定装置、パルス光源、分散測定方法、および分散補償方法
(51)【国際特許分類】
G01M 11/00 20060101AFI20221129BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20221129BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20221129BHJP
G01J 3/453 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
G01M11/00 T
H01S3/10 Z
H01S3/00 G
G01J3/453
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2019072687
(22)【出願日】2019-04-05
(65)【公開番号】P2020169946
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-11-30
【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１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【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】重松 恭平
(72)【発明者】
【氏名】井上 卓
【審査官】後藤 慎平
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－１９３５５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３４６７４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１７３０２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８
Ｇ０１Ｊ ３／００－４／０４
Ｇ０１Ｊ ７／００－９／０４
Ｈ０１Ｓ ３／１０
Ｈ０１Ｓ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、前記パルス形成部から出力された前記光パルス列を受け、該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と、
前記相関光の時間波形を検出する光検出部と、
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する演算部と、
を備える、分散測定装置。
【請求項2】
光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、前記パルス形成部から出力されたのち測定対象を通過した前記光パルス列を受け、該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と、
前記相関光の時間波形を検出する光検出部と、
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する演算部と、
を備える、分散測定装置。
【請求項3】
前記演算部は、前記相関光に含まれる複数の光パルスの時間間隔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または２に記載の分散測定装置。
【請求項4】
前記パルス形成部は、前記第１光パルス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分光素子と、前記分光素子から出力された前記複数の波長成分の位相を相互にずらす空間光変調器と、前記空間光変調器から出力された前記複数の波長成分を集光する集光光学系とを有する、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】
前記空間光変調器は、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り、前記パルス形成部は、前記第１の偏光方向の成分及び前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を含む前記第１光パルスを入力し、
前記第１光パルスのうち前記第１の偏光方向の成分は、前記空間光変調器において変調され、前記光パルス列として前記パルス形成部から出力され、
前記第１光パルスのうち前記第２の偏光方向の成分は、前記空間光変調器において変調されずに前記パルス形成部から出力され、
前記相関光学系は、前記第１の偏光方向の成分と前記第２の偏光方向の成分とから、前記光パルス列の相互相関を含む前記相関光を生成する、請求項４に記載の分散測定装置。
【請求項6】
前記相関光学系は非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を含む、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】
前記光パルス列を二分岐する光分岐部品と、前記光分岐部品において分岐された一方の前記光パルス列と他方の前記光パルス列とに対して時間差を与える遅延光学系と、を更に備え、
前記相関光学系は、時間遅延した前記一方の光パルス列と、前記他方の光パルス列とから自己相関を含む前記相関光を生成する、請求項１～６のいずれか１項に記載の分散測定装置。
【請求項8】
前記演算部は、前記測定対象の波長分散がゼロであると仮定して予め算出された前記時間波形の特徴量と、前記光検出部により検出された前記時間波形の特徴量とを比較して前記測定対象の波長分散量を推定する、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】
請求項１または２に記載の分散測定装置と、前記測定対象に入力される、又は前記測定対象から出力された光パルスに対し、前記分散測定装置により求められた波長分散量を補償するパルス形成装置と、
を備える、パルス光源。
【請求項10】
請求項４または５に記載の分散測定装置を備え、前記空間光変調器は、前記測定対象に入力される、又は前記測定対象から出力された光パルスに対し、前記分散測定装置により求められた波長分散量を補償するパルス形成装置の一部を構成する、パルス光源。
【請求項11】
測定対象から出力された第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、前記光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を生成する相関光生成ステップと、
前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
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する演算ステップと、
を含む、分散測定方法。
【請求項12】
光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成ステップと、前記パルス形成ステップから出力されたのち測定対象を通過した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する相関光生成ステップと、
前記相関光の時間波形を検出する検出ステップと、
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する演算ステップと、
を含む、分散測定方法。
【請求項13】
前記演算ステップでは、前記相関光に含まれる複数の光パルスの時間間隔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１１または１２に記載の分散測定方法。
【請求項14】
前記パルス形成ステップでは、前記第１光パルスに含まれる複数の波長成分を波長毎に空間的に分離し、空間光変調器を用いて前記複数の波長成分の位相を相互にずらしたのち、前記複数の波長成分を集光する、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【請求項15】
前記空間光変調器は、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り、前記パルス形成ステップでは、前記第１の偏光方向の成分及び前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を含む前記第１光パルスを入力し、前記第１光パルスのうち前記第１の偏光方向の成分を前記空間光変調器において変調して前記光パルス列とし、前記第１光パルスのうち前記第２の偏光方向の成分を前記空間光変調器において変調せずに出力し、
前記相関光生成ステップでは、前記第１の偏光方向の成分と前記第２の偏光方向の成分とから、前記光パルス列の相互相関を含む前記相関光を生成する、請求項１４に記載の分散測定方法。
【請求項16】
前記相関光生成ステップでは非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を用いる、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【請求項17】
前記相関光生成ステップでは、前記光パルス列を二分岐し、分岐された一方の前記光パルス列を、他方の前記光パルス列に対して時間遅延させ、時間遅延した前記一方の光パルス列と、前記他方の光パルス列とから、前記光パルス列の自己相関を含む前記相関光を生成する、請求項１１～１６のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【請求項18】
前記演算ステップでは、前記測定対象の波長分散がゼロであると仮定して予め算出された前記時間波形の特徴量と、前記検出ステップにより検出された前記時間波形の特徴量とを比較して前記測定対象の波長分散量を推定する、請求項１１～１７のいずれか１項に記載の分散測定方法。
【請求項19】
請求項１１または１２に記載の分散測定方法を用いて前記測定対象の波長分散量を推定するステップと、前記測定対象に入力される、又は前記測定対象から出力された光パルスに対し、前記波長分散量を補償するためのパルス形成を行うステップと、
を含む、分散補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分散測定装置、パルス光源、分散測定方法、および分散補償方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１および非特許文献１は、レーザ光パルスの波長分散を測定する方法を開示する。これらの文献に記載された測定手法は、ＭＩＩＰＳ（Multiphoton Intrapulse Interference Phase Scan）と呼ばれる。図３８は、ＭＩＩＰＳによる測定装置の構成例を概略的に示す図である。この測定装置１００は、測定対象であるパルス光源１０１、空間光変調素子（ＳＬＭなど）を含むパルス制御光学系（パルスシェーパ）１０２、ＳＨＧ結晶１０３ａを含む光学系１０３、分光器１０４、及び演算部１０５を備える。まず、パルス光源１０１から出力された光パルスに対し、パルス制御光学系１０２において正弦波状の位相スペクトル変調を与える。そして、パルス制御光学系１０２から出力された光をＳＨＧ結晶１０３ａに入力し、ＳＨＧ結晶１０３ａにおいて変調パターンに応じた二次高調波（ＳＨＧ）を発生させる。このＳＨＧを分光器１０４に入力し、分光器１０４においてＳＨＧの発光スペクトルを取得し、演算部１０５がこの発光スペクトルを解析する。このような構成において、正弦波状の位相スペクトル変調パターンの位相シフト量σを関数とした発光スペクトルを取得し、その２次元データ（MIIPS trace）に表れる特徴量を基に、波長分散量を算出することができる。また、測定された波長分散の逆分散をパルス制御光学系１０２の空間光変調素子の変調パターンに与えることにより、光パルスの分散補償を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２００６－５０２４０７号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】Bingwei Xu et al., “Quantitative investigation of the multiphoton intrapulseinterference phase scan method for simultaneous phase measurement and compensationof femtosecond laser pulses”, Journal of the Optical Society of America B, Vol.23, No. 4, pp. 750-759, April 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図３８に示された測定装置１００では、正弦波状の位相変調パターンの位相シフト量に応じた、発光スペクトルの変化を基に分散を測定する。そのため、発光スペクトルを測定することが必須となる。通常、発光スペクトルの測定には、分光素子および光検出器の組み合わせ、または波長－強度特性を検出し得る光検出器（分光器）が必要となる。従って、光学系が複雑になってしまう。
【0006】
本発明の一側面は、波長分散を簡易な構成によって測定可能な分散測定装置、パルス光源、分散測定方法、および分散補償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、測定対象から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、パルス形成部から出力された複数の第２光パルスを受け、該複数の第２光パルス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と、相関光の時間波形を検出する光検出部と、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演算部と、を備える。
【0008】
また、本発明の別の側面に係る分散測定装置は、光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、パルス形成部から出力されたのち測定対象を通過した複数の第２光パルスを受け、該複数の第２光パルス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と、相関光の時間波形を検出する光検出部と、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演算部と、を備える。
【0009】
本発明の一側面に係る分散測定方法は、測定対象から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成ステップと、複数の第２光パルスを受け、該複数の第２光パルス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生成ステップと、相関光の時間波形を検出する検出ステップと、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演算ステップと、を含む。
【0010】
また、本発明の別の側面に係る分散測定方法は、光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成ステップと、パルス形成ステップから出力されたのち測定対象を通過した複数の第２光パルスを受け、該複数の第２光パルス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生成ステップと、相関光の時間波形を検出する検出ステップと、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演算ステップと、を含む。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一側面に係る分散測定装置、パルス光源、分散測定方法、および分散補償方法によれば、波長分散を簡易な構成によって測定できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【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３の構成例を示す図である。
【図3】ＳＬＭ１４の変調面１７を示す図である。
【図4】（ａ）～（ｃ）帯域制御したマルチパルスの例を示す図である。
【図5】（ａ）～（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6】相関光学系４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４Ａを概略的に示す図である。
【図7】相関光学系４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４Ｂを概略的に示す図である。
【図8】相関光学系４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４Ｃを概略的に示す図である。
【図9】相関光Ｐｃの特徴量を概念的に説明するための図である。（ａ）パルスレーザ光源２が波長分散を有しない場合の相関光Ｐｃの時間波形の例を示す。（ｂ）パルスレーザ光源２が波長分散を有する場合の相関光Ｐｃの時間波形の例を示す。
【図10】演算部６のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。
【図11】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。
【図12】（ａ）単パルス状の被測定光パルスＰａのスペクトル波形を示す。（ｂ）被測定光パルスＰａの時間強度波形を示す。
【図13】（ａ）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を示す。（ｂ）パルス形成部３からの出力光の時間強度波形を示す。
【図14】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。
【図15】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16】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17】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。
【図18】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。
【図19】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の生成手順の一例を示す図である。
【図20】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。
【図21】（ａ）スペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）を示す図である。（ｂ）スペクトログラムＳＧIFTA（ω，ｔ）が変化したターゲットスペクトログラムＴａｒｇｅｔＳＧ0（ω，ｔ）を示す図である。
【図22】（ａ）帯域制御したマルチパルスを生成するための変調パターンを示すグラフである。（ｂ）（ａ）の変調パターンにより作成された光パルス列Ｐｂを示すグラフである。
【図24】（ａ）帯域制御していないマルチパルスを生成するための変調パターンを示すグラフである。（ｂ）（ａ）の変調パターンにより作成された光パルス列Ｐｄを示すグラフである。
【図26】（ａ）中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔の平均値と、被測定光パルスＰａの２次分散量との関係をプロットしたグラフである。（ｂ）中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄのピーク時間間隔の平均値と、被測定光パルスＰａの２次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図27】中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂのピーク強度と、被測定光パルスＰａの２次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図28】中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂの半値全幅と、被測定光パルスＰａの２次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図29】（ａ）中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔の差と、被測定光パルスＰａの３次分散量との関係をプロットしたグラフである。（ｂ）中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄのピーク時間間隔の差と、被測定光パルスＰａの３次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図30】中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂのピーク強度と、被測定光パルスＰａの３次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図31】中心波長が互いに異なる光パルス列Ｐｂの半値全幅と、被測定光パルスＰａの３次分散量との関係をプロットしたグラフである。
【図32】第１変形例としてパルス形成部３Ａの構成を示す図である。
【図33】第２変形例の構成を示す図である。
【図34】第３変形例の構成を示す図である。
【図35】第４変形例としてパルス光源３０Ａの構成を示す図である。
【図36】第４変形例に係る分散補償方法を示すフローチャートである。
【図37】第５変形例としてパルス光源３０Ｂの構成を示す図である。
【図38】ＭＩＩＰＳによる測定装置の構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の一側面に係る分散測定装置は、測定対象から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、パルス形成部から出力された光パルス列を受け、該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と、相関光の時間波形を検出する光検出部と、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演算部と、を備える。
【0014】
本発明の別の側面に係る分散測定装置は、光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成部と、パルス形成部から出力されたのち測定対象を通過した光パルス列を受け、該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と、相関光の時間波形を検出する光検出部と、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演算部と、を備える。
【0015】
本発明の一側面に係る分散測定方法は、測定対象から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成ステップと、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する相関光生成ステップと、相関光の時間波形を検出する検出ステップと、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演算ステップと、を含む。
【0016】
本発明の別の側面に係る分散測定方法は、光源から出力された第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光パルスを含む光パルス列を形成するパルス形成ステップと、パルス形成ステップから出力されたのち測定対象を通過した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する相関光生成ステップと、相関光の時間波形を検出する検出ステップと、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演算ステップと、を含む。
【0017】
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、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光パルスを含む光パルス列が、第１光パルスから生成される。そして、第１光パルスが測定対象から出力されたものであるか、又は光パルス列が測定対象を通過する。このような場合、本発明者の知見によれば、例えば非線形光学結晶などを用いて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すると、その相関光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、上記の装置及び方法によれば、演算部（演算ステップ）において測定対象の波長分散量を精度良く推定することができる。更に、上記の装置及び方法によれば、図３８に示した測定装置１００と異なり発光スペクトルを測定する必要がないので、光検出部（検出ステップ）の光学系を簡略化することができ、測定対象の波長分散を簡易な構成によって測定することができる。
【0018】
上記装置において、演算部は、相関光に含まれる複数の光パルスの時間間隔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、演算ステップでは、相関光に含まれる複数の光パルスの時間間隔に基づいて測定対象の波長分散量を推定してもよい。本発明者は、時間波形における種々の特徴量のうち特にパルス間隔が、測定対象の波長分散量と顕著な相関を有することを見出した。従って、これらの装置及び方法によれば、測定対象の波長分散量をより精度良く推定することができる。
【0019】
上記装置において、パルス形成部は、第１光パルス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分光素子と、分光素子から出力された複数の波長成分の位相を相互にずらす空間光変調器と、空間光変調器から出力された複数の波長成分を集光する集光光学系とを有してもよい。同様に、上記方法において、パルス形成ステップでは、第１光パルスに含まれる複数の波長成分を波長毎に空間的に分離し、空間光変調器を用いて複数の波長成分の位相を相互にずらしたのち、複数の波長成分を集光してもよい。例えばこれらのような装置及び方法によって、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光パルスを含む光パルス列を容易に形成することができる。
【0020】
上記装置において、空間光変調器は、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り、パルス形成部は、第１の偏光方向の成分及び第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を含む第１光パルスを入力し、第１光パルスのうち第１の偏光方向の成分は、空間光変調器において変調され、光パルス列としてパルス形成部から出力され、第１光パルスのうち第２の偏光方向の成分は、空間光変調器において変調されずにパルス形成部から出力され、相関光学系は、第１の偏光方向の成分と第２の偏光方向の成分とから、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成してもよい。同様に、上記方法において、空間光変調器は、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り、パルス形成ステップでは、第１の偏光方向の成分及び第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を含む第１光パルスを入力し、第１光パルスのうち第１の偏光方向の成分を空間光変調器において変調して光パルス列とし、第１光パルスのうち第２の偏光方向の成分を空間光変調器において変調せずに出力し、相関光生成ステップでは、第１の偏光方向の成分と第２の偏光方向の成分とから、光パルス列の相互相関を含む相関光を生成してもよい。例えばこれらのような装置及び方法によって、光パルス列の相互相関を含む相関光を容易に生成することができる。
【0021】
上記装置において、相関光学系は非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を含んでもよい。同様に、上記方法において、相関光生成ステップでは非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を用いてもよい。例えばこれらのような装置及び方法によって、光パルス列の相互相関又は自己相関を含む相関光を容易に生成することができる。
【0022】
上記装置は、光パルス列を二分岐する光分岐部品と、光分岐部品において分岐された一方の光パルス列と他方の光パルス列とに対して時間差を与える遅延光学系と、を更に備え、相関光学系は、時間遅延した一方の光パルス列と、他方の光パルス列とから自己相関を含む相関光を生成してもよい。同様に、上記方法において、相関光生成ステップでは、光パルス列を二分岐し、分岐された一方の光パルス列を、他方の光パルス列に対して時間遅延させ、時間遅延した一方の光パルス列と、他方の光パルス列とから、光パルス列の自己相関を含む相関光を生成してもよい。例えばこれらのような装置及び方法によって、光パルス列の自己相関を含む相関光を容易に生成することができる。
【0023】
上記装置において、演算部は、測定対象の波長分散がゼロであると仮定して予め算出された時間波形の特徴量と、光検出部により検出された時間波形の特徴量とを比較して測定対象の波長分散量を求めてもよい。同様に、上記方法において、演算ステップでは、測定対象の波長分散がゼロであると仮定して予め算出された時間波形の特徴量と、検出ステップにより検出された時間波形の特徴量とを比較して測定対象の波長分散量を求めてもよい。これらの装置及び方法によれば、測定対象の波長分散量をより精度良く推定することができる。
【0024】
本発明の一側面に係るパルス光源は、上述した分散測定装置と、測定対象に入力される、又は測定対象から出力された光パルスに対し、分散測定装置により求められた波長分散量を補償するパルス形成装置と、を備える。また、本発明の別の側面に係るパルス光源は、上述した分散測定装置を備え、分散測定装置の空間光変調器は、測定対象に入力される、又は測定対象から出力された光パルスに対し、分散測定装置により求められた波長分散量を補償するパルス形成装置の一部を構成する。また、本発明の一側面に係る分散補償方法は、上述した分散測定方法を用いて測定対象の波長分散量を推定するステップと、測定対象に入力される、又は測定対象から出力された光パルスに対し、波長分散量を補償するためのパルス形成を行うステップと、を含む。これらのパルス光源及び分散補償方法では、上述した分散測定装置又は分散測定方法を備える（用いる）ので、波長分散を簡易な構成によって測定し、補償することができる。
【0025】
［実施の形態の詳細］
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、パルス光源、分散測定方法、および分散補償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。
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、パルス光源、分散測定方法、および分散補償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。
【0026】
図１は、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。この分散測定装置１Ａは、測定対象であるパルスレーザ光源２の波長分散を測定する装置であって、パルス形成部３、相関光学系４、光検出部５、及び演算部６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。相関光学系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、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５は、空間的に又は光ファイバ等の光導波路を介して、相関光学系４の光出力端４ｂと光学的に結合されている。演算部６は、パルス形成部３及び光検出部５と電気的に接続されている。
【0027】
測定対象であるパルスレーザ光源２は、コヒーレントな被測定光パルスＰａ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。被測定光パルスＰａは、本実施形態における第１光パルスの例であり、その時間波形は例えばガウス関数状である。被測定光パルスＰａの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例えば１０～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では１００ｆｓである。この被測定光パルス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、被測定光パルスＰａの帯域幅は１０ｎｍであり、被測定光パルスＰａの中心波長は１０３０ｎｍである。
【0028】
パルス形成部３は、被測定光パルスＰａから複数の光パルス（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、被測定光パルス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。
【0029】
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、被測定光パルス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。被測定光パルス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。
【0030】
ＳＬＭ１４は、被測定光パルスＰａを光パルス列Ｐｂに変換するために、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。そのために、ＳＬＭ１４は、演算部６（図１を参照）から制御信号を受けて、光Ｐ１の位相変調と強度変調とを同時に行う。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。
【0031】
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は位相変調型であるため、強度変調は、変調面１７に呈示される位相パターン（位相画像）によって実現される。
【0032】
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。
【0033】
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、３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3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～Ｐｂ3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、３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3のピーク同士は時間的に互いに離れており、３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3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Ｐｂ1に対して別の光パルスＰｂ2が時間遅れを有しており、該別の光パルスＰｂ2に対して更に別の光パルスＰｂ3が時間遅れを有している。但し、隣り合う光パルスＰｂ1，Ｐｂ2（又はＰｂ2，Ｐｂ3）の裾部分同士が互いに重なっていてもよい。隣り合う光パルスＰｂ1，Ｐｂ2（又はＰｂ2，Ｐｂ3）の時間間隔（ピーク間隔）は、例えば１０～１００００ｆｓの範囲内であり、一例では２０００ｆｓである。また、各光パルスＰｂ１～Ｐｂ３のＦＷＨＭは、例えば１０～５０００ｆｓの範囲内であり、一例では３００ｆｓである。
【0034】
図４（ｃ）は、３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3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３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3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３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3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、ほぼ被測定光パルスＰａのスペクトルに相当する。隣り合う光パルスＰｂ1，Ｐｂ2（又はＰｂ2，Ｐｂ3）のピーク波長間隔は、被測定光パルス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、被測定光パルスＰａのスペクトル帯域幅が１０ｎｍの場合、ピーク波長間隔は５ｎｍである。具体例として、被測定光パルスＰａの中心波長が１０３０ｎｍである場合、３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3のピーク波長はそれぞれ１０２５ｎｍ、１０３０ｎｍ、及び１０３５ｎｍであることができる。
【0035】
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、３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3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、３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3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、３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3のピーク同士は時間的に互いに離れているが、３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3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。
【0036】
再び図１を参照する。相関光学系４は、パルス形成部３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を含む相関光Ｐｃを出力する。本実施形態では、相関光学系４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。
【0037】
ここで、相関光学系４の構成例について詳細に説明する。図６は、相関光学系４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４Ａを概略的に示す図である。この相関光学系４Ａ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４ｃ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４ｄを通ってレンズ４１に達する。光路４ｃの光学長と光路４ｄ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４ｄ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。
【0038】
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、光検出部５に入力される。
【0039】
図７は、相関光学系４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４Ｂを概略的に示す図である。この相関光学系４Ｂでは、光パルス列Ｐｂが光路４ｅ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４ｆを通ってレンズ４１に達する。光路４ｆ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４ｆ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。
【0040】
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、光検出部５に入力される。
【0041】
図８は、相関光学系４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４Ｃ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に入力される被測定光パルス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、被測定光パルス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、被測定光パルスＰａの偏波は、上記の偏波（傾斜した直線偏光）だけではなく、楕円偏光でも良い。
【0042】
被測定光パルス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、被測定光パルス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４に提供される。相関光学系４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４において光パルス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。
【0043】
図９は、相関光Ｐｃの特徴量を概念的に説明するための図である。図９（ａ）は、パルスレーザ光源２が波長分散を有しない（波長分散がゼロである）場合の相関光Ｐｃの時間波形の例を示す。図９（ｂ）は、パルスレーザ光源２が波長分散を有する（波長分散がゼロではない）場合の相関光Ｐｃの時間波形の例を示す。なお、これらの例は、相関光学系４に入力する光パルス列Ｐｂが、図４（ｂ）に示された３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3を含む場合を示している。この場合、相関光Ｐｃは、光パルスＰｂ1～Ｐｂ3にそれぞれ対応する３つの光パルスＰｃ1～Ｐｃ3を含んで構成される。ここで、光パルスＰｃ1～Ｐｃ3のピーク強度をぞれぞれＰＥ1～ＰＥ3とし、光パルスＰｃ1～Ｐｃ3の半値全幅（ＦＷＨＭ）をぞれぞれＷ1～Ｗ3とし、光パルスＰｃ1，Ｐｃ2のピーク時間間隔（パルス間隔）をＧ1,2とし、光パルスＰｃ2，Ｐｃ3のピーク時間間隔をＧ2,3とする。
【0044】
図９（ａ）に示すように、パルスレーザ光源２が波長分散を有しない場合、相関光Ｐｃの時間波形は光パルス列Ｐｂの時間波形とほぼ同一となる。この例では、ピーク強度についてはＰＥ2がＰＥ1及びＰＥ3よりも大きく、ＰＥ1とＰＥ3とがほぼ等しい。また、半値全幅についてはＷ1とＷ2とＷ3とが互いにほぼ等しい。ピーク時間間隔についてはＧ1,2とＧ2,3とがほぼ等しい。これに対し、図９（ｂ）に示すように、パルスレーザ光源２が波長分散を有する場合、相関光Ｐｃの時間波形は光パルス列Ｐｂの時間波形から大きく変化する。この例では、光パルスＰｃ1～Ｐｃ3のピーク強度ＰＥ1～ＰＥ3が図９（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９（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９（ａ）と比較して格段に長くなっている。
【0045】
このように、パルスレーザ光源２が波長分散を有する場合、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、パルスレーザ光源２が波長分散を有しない場合と比較して大きく変化する。そして、その変化量は、パルスレーザ光源２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、パルスレーザ光源２の波長分散量を精度良く且つ容易に知ることができる。
【0046】
再び図１を参照する。光検出部５は、相関光学系４から出力された相関光Ｐｃを受け、相関光Ｐｃの時間波形を検出する部分である。光検出部５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。光検出部５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６に提供される。
【0047】
演算部６は、光検出部５から提供された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量に基づいて、パルスレーザ光源２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６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、測定対象であるパルスレーザ光源２の波長分散量を精度良く推定することができる。
【0048】
図１０は、演算部６のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。図１０に示すように、この演算部６は、物理的には、プロセッサ（ＣＰＵ）６１、ＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３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６４、ディスプレイ（タッチスクリーン含む）等の出力デバイス６５、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６６、ハードディスク等の補助記憶装置６７などを含む、通常のコンピュータとして構成され得る。
【0049】
コンピュータのプロセッサ６１は、波長分散量算出プログラムによって、上記の演算部６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６１を、演算部６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６７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。
【0050】
補助記憶装置６７は、パルスレーザ光源２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、光検出部５により検出された時間波形の特徴量とを比較すれば、パルスレーザ光源２の波長分散に起因して相関光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６は、補助記憶装置６７に記憶された特徴量と、光検出部５により検出された時間波形の特徴量とを比較して、測定対象の波長分散量を推定することができる。
【0051】
図１１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。この方法では、まず、パルス形成ステップＳ１において、光パルス列Ｐｂを形成するために必要な設計情報を準備する。設計情報とは、例えばパルスレーザ光源２の波長分散がゼロであると仮定した場合の、ピーク時間間隔、ピーク強度、半値全幅、パルス数、帯域制御量などである。そして、パルスレーザ光源２から出力された被測定光パルス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～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂを形成する。例えば、被測定光パルス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のち、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。
【0052】
次に、相関光生成ステップＳ２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を生成する。例えば、図６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。
【0053】
続いて、検出ステップＳ３において相関光Ｐｃの時間波形を検出したのち、該時間波形の特徴量に基づいて、演算ステップＳ４においてパルスレーザ光源２の波長分散量を推定する。例えば、相関光Ｐｃのピーク強度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に基づいて、パルスレーザ光源２の波長分散量を推定する。また、パルスレーザ光源２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相関光Ｐｃの時間波形の特徴量と、検出ステップＳ３において検出された時間波形の特徴量とを比較して、パルスレーザ光源２の波長分散量を推定する。なお、パルスレーザ光源２の波長分散がゼロであると仮定した相関光Ｐｃの時間波形の特徴量として、光パルス列Ｐｂの設計に用いた特徴量をそのまま用いてもよい。
【0054】
図８を参照して説明したように、ＳＬＭ１４は、第１の偏光方向に変調作用を有する偏光依存型のＳＬＭ１４であってもよい。その場合、パルス形成ステップＳ１において、第１の偏光方向の成分、及び第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分の双方を含む被測定光パルスＰａを入力し、被測定光パルスＰａのうち第１の偏光方向の成分をＳＬＭ１４において変調して光パルス列Ｐｂとし、被測定光パルスＰａのうち第２の偏光方向の成分をＳＬＭ１４において変調せずに参照光パルスＰｒとしてもよい。そして、相関光生成ステップＳ２において、第１の偏光方向を有する光パルス列Ｐｂと、第２の偏光方向を有する参照光パルスＰｒとから、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを生成してもよい。
【0055】
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、被測定光パルス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１２（ａ）は、一例として、単パルス状の被測定光パルスＰａ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）を示し、図１２（ｂ）は、該被測定光パルスＰａの時間強度波形を示す。また、図１３（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Ｇ２１及びスペクトル強度Ｇ２２）を示し、図１３（ｂ）は、該出力光の時間強度波形を示す。図１２（ａ）及び図１３（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１２（ｂ）及び図１３（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、被測定光パルス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１３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。
【0056】
図１４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６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。
【0057】
本実施形態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ＳＬＭ１４に呈示させる。そのために、変調パターン算出装置２０は、図１４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。
【0058】
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。
【0059】
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、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。
【0060】
図１５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１５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。
【0061】
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１６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。
【0062】
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】
【0063】
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。
【0064】
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１７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】
【0065】
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】
【0066】
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】
【0067】
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】
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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）。
【0073】
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。
【0074】
図１８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）。
【0075】
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】
【0076】
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。
【0077】
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）。
【0078】
ここで、図１９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１９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））。
【0079】
次に、ターゲット生成部２９は、例えば図１６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））。
【0080】
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２０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。
【0081】
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。
【0082】
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】
【0083】
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】
【0084】
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】
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
再び図１９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】
【0088】
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。
【0089】
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２１（ａ）に示されるような結果となる。なお、図２１（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。
【0090】
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２１（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。
【0091】
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２１（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。
【0092】
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。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Ｓ１）において、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～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂが、パルスレーザ光源２から出力された被測定光パルスＰａから生成される。このような場合、例えば非線形光学結晶などを用いて光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成すると、相関光Ｐｃの時間波形における種々の特徴量（例えばピーク強度ＰＥ1～ＰＥ3、半値全幅Ｗ1～Ｗ3、ピーク時間間隔Ｇ1,2、Ｇ2,3など）は、パルスレーザ光源２の波長分散量と顕著な相関を有する。従って、本実施形態によれば、演算部６においてパルスレーザ光源２の波長分散量を精度良く推定することができる。更に、本実施形態によれば、図３８に示した測定装置１００と異なり発光スペクトルを測定する必要がないので、光検出部５の光学系を簡略化することができ、パルスレーザ光源２の波長分散を簡易な構成によって測定することができる。また、発光スペクトルの測定に通常用いられる、分光器および光検出器の組み合わせ、または波長－強度特性を検出し得る光検出器は一般的に高価であり、本実施形態によれば、それが不要になることで装置の低コスト化に寄与できる。
【0093】
本実施形態のように、演算部６は（演算ステップＳ４では）、光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔Ｇ1,2、Ｇ2,3に基づいて被測定光パルスＰａの波長分散量を求めてもよい。下記の実施例に示すように、本発明者は、時間波形における種々の特徴量のうち特にピーク時間間隔Ｇ1,2、Ｇ2,3が、パルスレーザ光源２の波長分散量と顕著な相関を有することを見出した。従って、光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔Ｇ1,2、Ｇ2,3に基づいて被測定光パルスＰａの波長分散量を推定することにより、パルスレーザ光源２の波長分散量をより精度良く推定することができる。
【0094】
図２に示したように、パルス形成部３は、被測定光パルス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回折格子１２と、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ＳＬＭ１４と、ＳＬＭ１４から出力された複数の波長成分を集光するレンズ１５を有してもよい。同様に、パルス形成ステップＳ１では、被測定光パルス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のち、複数の波長成分を集光してもよい。この場合、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～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂを容易に形成することができる。
【0095】
図８に示したように、ＳＬＭ１４が、第１の偏光方向に変調作用を有する偏光依存型のＳＬＭである場合、パルス形成部３は（パルス形成ステップＳ１では）、第１の偏光方向の偏光成分、及び第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の偏光成分を含む被測定光パルスＰａを入力してもよい。この場合、被測定光パルスＰａのうち第１の偏光方向の偏光成分は、ＳＬＭ１４において変調されて光パルス列Ｐｂとしてパルス形成部３から出力される。また、被測定光パルス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パルス形成部３から出力される。相関光学系４は（相関光生成ステップＳ２では）、これらの偏光成分から、光パルス列Ｐｂの相互相関を含む相関光Ｐｃを容易に生成することができる。
【0096】
本実施形態のように、相関光学系４は非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を含んでもよい。同様に、相関光生成ステップＳ２では、非線形光学結晶及び蛍光体の少なくとも一方を用いて相関光Ｐｃを生成してもよい。この場合、光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを容易に生成することができる。
【0097】
図６に示したように、分散測定装置１Ａは、光パルス列Ｐｂを二分岐するビームスプリッタ４４と、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Ｐｂｂと他方の光パルス列Ｐｂａとに対して時間差を与える遅延光学系と、を更に備え、相関光学系４は、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とから自己相関を含む相関光Ｐｃを生成してもよい。同様に、相関光生成ステップＳ２では、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を生成してもよい。例えばこれらのような装置及び方法によって、光パルス列Ｐｂの自己相関を含む相関光Ｐｃを容易に生成することができる。
【0098】
本実施形態のように、演算部６は（演算ステップＳ４では）、パルスレーザ光源２の波長分散がゼロであると仮定して予め算出された相関光Ｐｃの時間波形の特徴量と、光検出部５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、被測定光パルスＰａの波長分散量を求めてもよい。この場合、パルスレーザ光源２の波長分散量をより精度良く推定することができる。
【0099】
（実施例）
本発明者は、上記実施形態の実施例として、数値計算によるシミュレーションを行った。被測定光パルスＰａとして、帯域幅１０ｎｍ、中心波長１０３０ｎｍのシングルパルスを仮定した。この被測定光パルスＰａを、図４に示した３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂに変換するために、上記実施形態において述べた方法を用いて、ＳＬＭ１４に呈示させる変調パターンを算出した。このとき、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3を２０００ｆｓ、中心波長をそれぞれ１０２５ｎｍ、１０３０ｎｍ、及び１０３５ｎｍとした。図２２（ａ）は、算出した変調パターンを示すグラフである。同図において、横軸は波長（単位：ｎｍ）を表し、左の縦軸は光強度（任意単位）を表し、右の縦軸は位相（ｒａｄ）を表す。また、図中のグラフＧ３１はスペクトル位相の変調パターンを示し、図中のグラフＧ３２はスペクトル強度の変調パターンを示す。
本発明者は、上記実施形態の実施例として、数値計算によるシミュレーションを行った。被測定光パルスＰａとして、帯域幅１０ｎｍ、中心波長１０３０ｎｍのシングルパルスを仮定した。この被測定光パルスＰａを、図４に示した３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂに変換するために、上記実施形態において述べた方法を用いて、ＳＬＭ１４に呈示させる変調パターンを算出した。このとき、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3を２０００ｆｓ、中心波長をそれぞれ１０２５ｎｍ、１０３０ｎｍ、及び１０３５ｎｍとした。図２２（ａ）は、算出した変調パターンを示すグラフである。同図において、横軸は波長（単位：ｎｍ）を表し、左の縦軸は光強度（任意単位）を表し、右の縦軸は位相（ｒａｄ）を表す。また、図中のグラフＧ３１はスペクトル位相の変調パターンを示し、図中のグラフＧ３２はスペクトル強度の変調パターンを示す。
【0100】
図２２（ｂ）は、本シミュレーションにより作成された光パルス列Ｐｂの時間波形を示すグラフである。図２３は、本シミュレーションにより作成された光パルス列Ｐｂのスペクトログラムである。図２２（ｂ）では、横軸に時間（単位：ｆｓ）を示し、縦軸に光強度（任意単位）を示している。また、図２３では、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。これらの図に示すように、互いに時間差を有し中心波長が互いに異なる３つの光パルスＰｂ1～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂが得られた。
【0101】
また、本シミュレーションでは、比較のため、被測定光パルスＰａを、図５に示した３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3を含む光パルス列Ｐｄに変換するために、上記実施形態において述べた方法を用いて、ＳＬＭ１４に呈示させる変調パターンを算出した。これらのピーク時間間隔を光パルスＰｂ1～Ｐｂ3と同じとし、各光パルスＰｄ1～Ｐｄ3の中心波長を１０３０ｎｍとした。図２４（ａ）は、算出した変調パターンを示すグラフである。図中のグラフＧ４１はスペクトル位相の変調パターンを示し、図中のグラフＧ４２はスペクトル強度の変調パターンを示す。図２４（ｂ）は、本シミュレーションにより作成された光パルス列Ｐｄの時間波形を示すグラフである。図２５は、本シミュレーションにより作成された光パルス列Ｐｄのスペクトログラムである。これらの図に示すように、互いに時間差を有し中心波長が互いに等しい３つの光パルスＰｄ1～Ｐｄ3を含む光パルス列Ｐｄが得られた。
【0102】
［２次分散によるパルス列の特徴量の変化］
パルスレーザ光源２の２次分散がパルス列の特徴量に与える影響を調べるために、被測定光パルスＰａの２次分散量を変化させて、光パルス列Ｐｂ，Ｐｄの時間波形の変化を調べた。図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、被測定光パルスＰａの２次分散量と、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値（Ｇ1,2＋Ｇ2,3）／２との関係をプロットしたグラフである。図２６（ａ）は中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示し、図２６（ｂ）は各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合を示す。これらの図において、横軸は被測定光パルスＰａの２次分散量（単位：ｆｓ2）を表し、縦軸はピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値（単位：ｆｓ）を表す。
パルスレーザ光源２の２次分散がパルス列の特徴量に与える影響を調べるために、被測定光パルスＰａの２次分散量を変化させて、光パルス列Ｐｂ，Ｐｄの時間波形の変化を調べた。図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、被測定光パルスＰａの２次分散量と、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値（Ｇ1,2＋Ｇ2,3）／２との関係をプロットしたグラフである。図２６（ａ）は中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示し、図２６（ｂ）は各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合を示す。これらの図において、横軸は被測定光パルスＰａの２次分散量（単位：ｆｓ2）を表し、縦軸はピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値（単位：ｆｓ）を表す。
【0103】
図２６（ａ）を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合、２次分散量の増減に伴って、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値が単調に（ほぼ線形に）増減することがわかる。更に詳細にデータを調べると、中央の光パルスＰｂ2のピーク時間に対して、左右の光パルスＰｂ1，Ｐｂ3のピーク時間が、分散量に応じて互いに対称に移動する傾向があることが確認された。この例では、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の５０ｆｓの増加（または減少）は、５０００ｆｓ2の２次分散量の増加（または減少）に相当する。一方、図２６（ｂ）を参照すると、各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合、２次分散量の増減にかかわらず、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の平均値はほぼ一定であることがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3に基づいて、パルスレーザ光源２の２次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0104】
図２７は、被測定光パルスＰａの２次分散量と、ピーク強度Ｅ1～Ｅ3との関係をプロットしたグラフであって、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示す。三角形のプロットはピーク強度Ｅ1を表し、円形のプロットはピーク強度Ｅ2を表し、四角形のプロットはピーク強度Ｅ3を表す。この図において、横軸は被測定光パルスＰａの２次分散量（単位：ｆｓ2）を表し、縦軸はピーク強度（任意単位）を表す。
【0105】
図２７を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂにおいて、２次分散量の増減に伴いピーク強度Ｅ1～Ｅ3も増減することがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂのピーク強度Ｅ1～Ｅ3に基づいて、パルスレーザ光源２の２次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0106】
図２８は、被測定光パルスＰａの２次分散量と、半値全幅Ｗ1～Ｗ3との関係をプロットしたグラフであって、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示す。三角形のプロットは半値全幅Ｗ1を表し、円形のプロットは半値全幅Ｗ2を表し、四角形のプロットは半値全幅Ｗ3を表す。この図において、横軸は被測定光パルスＰａの２次分散量（単位：ｆｓ2）を表し、縦軸は半値全幅（単位：ｆｓ）を表す。
【0107】
図２８を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂにおいて、２次分散量の増減に伴い半値全幅Ｗ1～Ｗ3も増減することがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの半値全幅Ｗ1～Ｗ3に基づいて、パルスレーザ光源２の２次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0108】
［３次分散によるパルス列の特徴量の変化］
パルスレーザ光源２の３次分散がパルス列の特徴量に与える影響を調べるために、被測定光パルスＰａの３次分散量を変化させて、光パルス列Ｐｂ，Ｐｄの時間波形の変化を調べた。図２９（ａ）及び図２９（ｂ）は、被測定光パルスＰａの３次分散量と、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差（Ｇ1,2－Ｇ2,3）／２との関係をプロットしたグラフである。図２９（ａ）は中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示し、図２９（ｂ）は各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合を示す。これらの図において、横軸は被測定光パルスＰａの３次分散量（単位：ｆｓ3）を表し、縦軸はピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差（単位：ｆｓ）を表す。
パルスレーザ光源２の３次分散がパルス列の特徴量に与える影響を調べるために、被測定光パルスＰａの３次分散量を変化させて、光パルス列Ｐｂ，Ｐｄの時間波形の変化を調べた。図２９（ａ）及び図２９（ｂ）は、被測定光パルスＰａの３次分散量と、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差（Ｇ1,2－Ｇ2,3）／２との関係をプロットしたグラフである。図２９（ａ）は中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示し、図２９（ｂ）は各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合を示す。これらの図において、横軸は被測定光パルスＰａの３次分散量（単位：ｆｓ3）を表し、縦軸はピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差（単位：ｆｓ）を表す。
【0109】
図２９（ａ）を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合、３次分散量の増減に伴って、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差が単調に増減することがわかる。一方、図２９（ｂ）を参照すると、各パルスの中心波長が互いに等しい光パルス列Ｐｄの場合、３次分散量の増減にかかわらず、ピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の差はほぼ一定であることがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂのピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3に基づいて、パルスレーザ光源２の３次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0110】
更に詳細にデータを調べると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合、中央の光パルスＰｂ2のピーク時間に対して、左右の光パルスＰｂ1，Ｐｂ3のピーク時間が、分散量に応じて互いに非対称に移動する傾向があることが確認された。このような特徴は２次分散量のときとは異なるものであり、この差異すなわちピーク時間間隔Ｇ1,2，Ｇ2,3の相対的な変化の傾向に基づいて、分散次数を区別することが可能となる。
【0111】
図３０は、被測定光パルスＰａの３次分散量と、ピーク強度Ｅ1～Ｅ3との関係をプロットしたグラフであって、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示す。三角形のプロットはピーク強度Ｅ1を表し、円形のプロットはピーク強度Ｅ2を表し、四角形のプロットはピーク強度Ｅ3を表す。この図において、横軸は被測定光パルスＰａの３次分散量（単位：ｆｓ3）を表し、縦軸はピーク強度（任意単位）を表す。
【0112】
図３０を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂにおいて、３次分散量の増減に伴いピーク強度Ｅ1～Ｅ3も増減することがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂのピーク強度Ｅ1～Ｅ3に基づいて、パルスレーザ光源２の３次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0113】
図３１は、被測定光パルスＰａの３次分散量と、半値全幅Ｗ1～Ｗ3との関係をプロットしたグラフであって、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの場合を示す。三角形のプロットは半値全幅Ｗ1を表し、円形のプロットは半値全幅Ｗ2を表し、四角形のプロットは半値全幅Ｗ3を表す。この図において、横軸は被測定光パルスＰａの３次分散量（単位：ｆｓ3）を表し、縦軸は半値全幅（単位：ｆｓ）を表す。
【0114】
図３１を参照すると、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂにおいて、３次分散量の増減に伴い半値全幅Ｗ1～Ｗ3も増減することがわかる。このことから、中心波長がパルス毎に異なる光パルス列Ｐｂの半値全幅Ｗ1～Ｗ3に基づいて、パルスレーザ光源２の３次分散量を精度良く且つ容易に推定できることがわかる。
【0115】
（第１変形例）
図３２は、上記実施形態の第１変形例として、パルス形成部３Ａの構成を示す図である。このパルス形成部３Ａは、パルス伸展器１８を有し、更に、ＳＬＭ１４（図２を参照）に代えてフィルタ１９を有する。パルス伸展器１８はパルスレーザ光源２と回折格子１２との間の光路上に設けられ、被測定光パルスＰａのパルス幅を拡大する。パルス伸展器１８としては、例えばガラスブロック、回折格子対、プリズムペアなどが挙げられる。フィルタ１９は、光強度フィルタであって、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により分光された光Ｐ１は、レンズ１３によって各波長成分毎に集光され、フィルタ１９に達する。フィルタ１９は、各波長成分に対応する光学的な開口（または、吸収率若しくは反射率が周囲と異なるフィルタ）を有しており、被測定光パルスＰａを構成する波長帯域の中から複数の波長成分を選択的に通過させる。なお、これら複数の波長成分の伝搬タイミングはパルス伸展器１８によって互いにずれている。フィルタ１９を通過した各波長成分は、レンズ１５によって回折格子１６上の一点に集められる。これらのレンズ１５及び回折格子１６により、フィルタ１９を通過した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。
図３２は、上記実施形態の第１変形例として、パルス形成部３Ａの構成を示す図である。このパルス形成部３Ａは、パルス伸展器１８を有し、更に、ＳＬＭ１４（図２を参照）に代えてフィルタ１９を有する。パルス伸展器１８はパルスレーザ光源２と回折格子１２との間の光路上に設けられ、被測定光パルスＰａのパルス幅を拡大する。パルス伸展器１８としては、例えばガラスブロック、回折格子対、プリズムペアなどが挙げられる。フィルタ１９は、光強度フィルタであって、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により分光された光Ｐ１は、レンズ１３によって各波長成分毎に集光され、フィルタ１９に達する。フィルタ１９は、各波長成分に対応する光学的な開口（または、吸収率若しくは反射率が周囲と異なるフィルタ）を有しており、被測定光パルスＰａを構成する波長帯域の中から複数の波長成分を選択的に通過させる。なお、これら複数の波長成分の伝搬タイミングはパルス伸展器１８によって互いにずれている。フィルタ１９を通過した各波長成分は、レンズ１５によって回折格子１６上の一点に集められる。これらのレンズ１５及び回折格子１６により、フィルタ１９を通過した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。
【0116】
上記実施形態の分散測定装置１Ａは、パルス形成部３に代えて、本変形例のパルス形成部３Ａを備えてもよい。その場合でも、上記実施形態と同様の効果を好適に奏することができる。
【0117】
（第２変形例）
図３３は、上記実施形態の第２変形例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の前段すなわちパルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置されている。この場合、パルスレーザ光源２の波長分散はゼロまたはゼロに近い。または、パルスレーザ光源２の波長分散が既知であれば、ゼロでなくてもよい。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が、波長分散を有する光学部品７を通過し、被測定光パルスＰａとしてパルス形成部３に入力される。このような構成においては、光学部品７の波長分散を簡易な構成により測定することができる。
図３３は、上記実施形態の第２変形例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の前段すなわちパルスレーザ光源２とパルス形成部３との間の光路上に配置されている。この場合、パルスレーザ光源２の波長分散はゼロまたはゼロに近い。または、パルスレーザ光源２の波長分散が既知であれば、ゼロでなくてもよい。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が、波長分散を有する光学部品７を通過し、被測定光パルスＰａとしてパルス形成部３に入力される。このような構成においては、光学部品７の波長分散を簡易な構成により測定することができる。
【0118】
（第３変形例）
図３４は、上記実施形態の第３変形例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の後段すなわちパルス形成部３と相関光学系４との間の光路上に配置されている。本変形例では、光パルス列Ｐｂがパルス形成部３から出力されたのち光学部品７を通過する。そして、相関光学系４は、光学部品７を通過した光パルス列Ｐｂを受け、該光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを出力する。
図３４は、上記実施形態の第３変形例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の後段すなわちパルス形成部３と相関光学系４との間の光路上に配置されている。本変形例では、光パルス列Ｐｂがパルス形成部３から出力されたのち光学部品７を通過する。そして、相関光学系４は、光学部品７を通過した光パルス列Ｐｂを受け、該光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを出力する。
【0119】
本変形例の分散測定方法は、次の通りである。まず、図１１に示されたパルス形成ステップＳ１において、光パルス列Ｐｂを形成するために必要な設計情報を準備する。そして、パルスレーザ光源２から出力された光パルスから、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Ｐｂ1～Ｐｂ3を含む光パルス列Ｐｂを形成する。例えば、図２に示したように、パルスレーザ光源２から出力された光パルス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のち、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。その後、光パルス列Ｐｂは、波長分散を有する光学部品７を通過する。
【0120】
次に、相関光生成ステップＳ２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を用いて、光学部品７を通過した光パルス列Ｐｂの相互相関又は自己相関を含む相関光Ｐｃを生成する。例えば、図６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。以降、検出ステップＳ３及び演算ステップＳ４については上記実施形態と同様である。
【0121】
本変形例では、パルス形成部３から出力された光パルス列Ｐｂが、波長分散を有する光学部品７を通過し、相関光学系４に入力される。このような構成においても、光学部品７の波長分散を簡易な構成により測定することができる。つまり、測定対象は、パルス形成部３の前段及び後段のいずれに配置されてもよい。
【0122】
（第４変形例）
図３５は、上記実施形態の第４変形例として、パルス光源３０Ａの構成を示す図である。パルス光源３０Ａは、光源３１と、光分岐部品３２と、分散測定装置１Ａと、パルス形成部３３と、集光レンズ３４とを備える。光源３１は、例えば上記実施形態のパルスレーザ光源２、または第１変形例の光学部品７を含む。光分岐部品３２は、光源３１と光学的に結合され、光源３１から光パルスＰｆを受け、光パルスＰｆを分岐する。分岐された一方の光パルスＰｆａは、光分岐部品３２と光学的に結合された分散測定装置１Ａのパルス形成部３に入力される。分岐された他方の光パルスＰｆｂは、光分岐部品３２と光学的に結合されたパルス形成部３３に入力される。
図３５は、上記実施形態の第４変形例として、パルス光源３０Ａの構成を示す図である。パルス光源３０Ａは、光源３１と、光分岐部品３２と、分散測定装置１Ａと、パルス形成部３３と、集光レンズ３４とを備える。光源３１は、例えば上記実施形態のパルスレーザ光源２、または第１変形例の光学部品７を含む。光分岐部品３２は、光源３１と光学的に結合され、光源３１から光パルスＰｆを受け、光パルスＰｆを分岐する。分岐された一方の光パルスＰｆａは、光分岐部品３２と光学的に結合された分散測定装置１Ａのパルス形成部３に入力される。分岐された他方の光パルスＰｆｂは、光分岐部品３２と光学的に結合されたパルス形成部３３に入力される。
【0123】
パルス形成部３３は、本実施形態のパルス形成装置であって、光源３１から出力された光パルスＰｆｂに対し、分散測定装置１Ａにより求められた波長分散を補償する（逆分散を与える）。そのために、パルス形成部３３は、位相変調を行うＳＬＭ３３ａを含み、前述したパルス形成部３と同様の構成を有する。ＳＬＭ３３ａは、分散測定装置１Ａの演算部６（または他のコンピュータ）によって制御される。ＳＬＭ３３ａに呈示される変調パターンのデータは、演算部６（または他のコンピュータ）によって作成される。ＳＬＭ３３ａは、例えば位相変調型である。一実施例では、ＳＬＭ３３ａはＬＣＯＳ型である。なお、図には透過型のＳＬＭ３３ａが示されているが、ＳＬＭ３３ａは反射型であってもよい。パルス形成部３３から出力された分散補償後の光パルスＰｆｂは、集光レンズ３４によって集光されつつ被照射物３５に照射される。
【0124】
図３６は、本変形例に係る分散補償方法を示すフローチャートである。まず、光源３１から光パルスＰｆを出力し、分岐した光パルスＰｆａをパルス形成部３に入力する（ステップＳ１１）。そして、分散測定装置１Ａを用いて、光源３１の波長分散量を推定する（ステップＳ１２）。次に、光パルスＰｆｂに対し、波長分散量を補償するための位相変調を、パルス形成部３３を用いて行う（ステップＳ１３）。分散補償後の光パルスＰｆｂは、例えばレーザ加工、顕微鏡観察などの用途において、被照射物３５に照射される（ステップＳ１４）。
【0125】
本変形例に係るパルス光源３０Ａ及び分散補償方法によれば、上記実施形態の分散測定装置１Ａを備える（分散測定方法を用いる）ので、波長分散を簡易な構成によって測定し、補償することができる。なお、この例では、分散測定対象である光源３１から出力された光パルスＰｆｂに対し、パルス形成部３３において波長分散量を補償するための位相変調を行っているが、このような形態に限られない。例えば、パルス形成部３３を分散測定対象の前段に配置して、分散測定対象に入力される光パルスに対し波長分散量を補償するための位相変調をパルス形成部３３にて行ってもよい。
【0126】
（第５変形例）
図３７は、上記実施形態の第５変形例として、パルス光源３０Ｂの構成を示す図である。パルス光源３０Ｂは、光源３１と、分散測定装置１Ａと、光分岐部品３２と、集光レンズ３４とを備える。本変形例では、光分岐部品３２がパルス形成部３と相関光学系４との間の光路上に配置されている。そして、パルス形成部３のＳＬＭ１４（図２を参照）は、分散測定装置１Ａによる波長分散量の測定ののち、光源３１から出力された光パルスＰｆに対し、波長分散量を補償するための位相変調を更に行う。言い換えると、パルス形成部３が、第４変形例のパルス形成部３３の機能を兼ね備えており、ＳＬＭ１４は、波長分散を補償するためのパルス形成部の一部を構成する。この場合であっても、第４変形例と同様に、波長分散を簡易な構成によって測定し、補償することができる。なお、この例では、分散測定対象である光源３１から出力された光パルスＰｆに対し、パルス形成部３において波長分散量を補償するための位相変調を行っているが、このような形態に限られない。例えば、パルス形成部３を分散測定対象の前段に配置して、分散測定対象に入力される光パルスに対し波長分散量を補償するための位相変調をパルス形成部３にて行ってもよい。
図３７は、上記実施形態の第５変形例として、パルス光源３０Ｂの構成を示す図である。パルス光源３０Ｂは、光源３１と、分散測定装置１Ａと、光分岐部品３２と、集光レンズ３４とを備える。本変形例では、光分岐部品３２がパルス形成部３と相関光学系４との間の光路上に配置されている。そして、パルス形成部３のＳＬＭ１４（図２を参照）は、分散測定装置１Ａによる波長分散量の測定ののち、光源３１から出力された光パルスＰｆに対し、波長分散量を補償するための位相変調を更に行う。言い換えると、パルス形成部３が、第４変形例のパルス形成部３３の機能を兼ね備えており、ＳＬＭ１４は、波長分散を補償するためのパルス形成部の一部を構成する。この場合であっても、第４変形例と同様に、波長分散を簡易な構成によって測定し、補償することができる。なお、この例では、分散測定対象である光源３１から出力された光パルスＰｆに対し、パルス形成部３において波長分散量を補償するための位相変調を行っているが、このような形態に限られない。例えば、パルス形成部３を分散測定対象の前段に配置して、分散測定対象に入力される光パルスに対し波長分散量を補償するための位相変調をパルス形成部３にて行ってもよい。
【0127】
本発明による分散測定装置、パルス光源、分散測定方法、および分散補償方法は、上述した実施形態および各変形例の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0128】
上記実施形態では、図２に示したように回折格子１２及びＳＬＭ１４を用いて光パルス列Ｐｂを形成する方式を例示し、第１変形例ではパルス伸展器１８及びフィルタ１９を用いて光パルス列Ｐｂを形成する方式を例示したが、パルス形成部３及びパルス形成ステップＳ１において光パルス列Ｐｂを形成する方式はこれらに限られない。例えば、ＳＬＭ１４に代えて可変型ミラーを用いてもよい。或いは、ＳＬＭ１４に代えて、電子的に位相を制御できる液晶ディスプレイ、音響光学変調器などを用いてもよい。また、上記実施形態では、非線形光学結晶又は蛍光体を用いて相関光Ｐｃを生成する方式を例示したが、相関光学系４及び相関光生成ステップＳ２において相関光Ｐｃを生成する方式はこれらに限られない。
【符号の説明】
【0129】
１Ａ…分散測定装置、２…パルスレーザ光源、３，３Ａ…パルス形成部、３ａ…光入力端、３ｂ…光出力端、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…相関光学系、４ａ…光入力端、４ｂ…光出力端、４ｃ～４ｆ…光路、５…光検出部、６…演算部、７…光学部品、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、１８…パルス伸展器、１９…フィルタ、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、３０…パルス光源、３１…光源、３２…光分岐部品、３３…パルス形成部、３４…集光レンズ、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、６１…プロセッサ、６４…入力デバイス、６５…出力デバイス、６６…通信モジュール、６７…補助記憶装置、１００…測定装置、１０１…パルス光源、１０２…パルス制御光学系、１０３…光学系、１０３ａ…ＳＨＧ結晶、１０４…分光器、１０５…演算部、Ｐａ…被測定光パルス、Ｐｂ，Ｐｄ…光パルス列、Ｐｂ1～Ｐｂ3，Ｐｄ1～Ｐｄ3…光パルス、Ｐｂａ，Ｐｂｂ…光パルス列、Ｐｃ…相関光、Ｐｃ1～Ｐｃ3…光パルス、Ｐｆ…光パルス、Ｐｒ…参照光パルス、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】