CN102265208B - 光控制装置以及光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光控制装置以及光控制方法。光控制装置(1)具备光源(10)、棱镜(20)、空间光调制器(30)、驱动部(31)、控制部(32)、透镜(41)、缝隙(42)以及透镜(43)。空间光调制器(30)是相位调制型的空间光调制器，具有二维排列的多个像素，能够在4π以上的范围内进行这些多个像素的各个中的相位调制，显示在多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案。该相位图案由用于光衍射的炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成，相位调制范围为2π以上。

Description

光控制装置以及光控制方法

技术领域

本发明涉及光控制装置以及光控制方法。

背景技术

空间光调制器在各个二维排列的多个像素中能够调制输入光的强度或者相位。作为这样的空间光调制器，存在能够仅调制强度的强度调制型的调制器、能够仅调制相位的相位调制型的调制器、能够调制强度以及相位的两者的强度相位调制型的调制器。空间光调制器的各个像素中调制了强度或者相位而输出的光例如被设置于空间光调制器的后段的聚光光学系统聚光，从而能够加工存在于该聚光位置的对象物。

强度调制型的空间光调制器是调整每个像素中输入光的透过率的空间光调制器，因为不能够利用未透过的部分的光，所以光的利用效率较差。强度相位调制型的空间光调制器难以互相独立地控制各个像素中的强度调制和相位调制，因而使用操作较为困难。

另一方面，相位调制型的空间光调制器是调整每个像素中输入光的相位变化的空间光调制器，因为能够输出几乎所有的光，所以光的利用效率较高。另外，相位调制型的空间光调制器通过显示由计算机全息图(hologram)等制作成的相位图案，从而输出光的光束截面上的相位分布的自由度较高，由聚光光学系统得到的输出光的聚光位置的自由度较高。作为使用这样的相位调制型的空间光调制器的光控制的用途，可以列举加工对象物的表面和内部的加工、拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian)模式光的生成等。

另外，众所周知相位调制型的空间光调制器中能够调制每个像素中被相位调制而输出的光的强度(参照非专利文献1)。这是一种使通过重叠用于光衍射的炫耀光栅(blazed grating)图案和具有规定的相位调制分布的相位图案而成的相位图案显示于相位调制型的空间光调制器，调整炫耀光栅图案，从而调整空间光调制器中的光衍射效率的装置。由此，由空间光调制器进行衍射而输出的光，在其光束截面上能够具有所希望的强度分布以及相位分布。

另外，一般来说，光波的相位α和相位(α+2nπ)因为是同等的，所以空间光调制器的各个像素中的光相位调制如果能够在2π的范围内那么是充分的。在此，n为任意的整数。例如，在相位调制量超过2π的情况下，通过对该相位调制量加减2nπ(称为“相位折叠”)从而可以使相位调制量为从0到2π的范围内的值。即使如上所述被相位折叠后的相位调制量成为空间光调制器的各个像素的相位调制量，原理上也不会产生任何问题。

现有的空间光调制器被设定为具有相位调制范围2π。这是由于如果空间光调制器中的相位调制范围是2π，那么相位图案中通过进行相位折叠从而在原理上也能够表现超过2π的相位调制。另外，空间光调制器具有超过2π的相位调制范围，不仅是冗长的，而且会引起输入灰度(gradation)值与相位调制量之间的关系上的分辨率的降低和应答速度的降低。

非专利文献

非专利文献1：Joseph P.Kirk and Alan L.Jones，“Phase-onlycomplex-value spatial filter”，Journal of the optical society ofAmerica，Vol.61，No.8，1971

发明内容

发明所要解决的课题

然而，本发明人利用使通过重叠炫耀光栅(blazed grating)图案和具有规定的相位调制分布的相位图案而成的相位图案显示于相位调制型的空间光调制器而在该空间光调制器中能够调制每个像素中被相位调制而输出的光的强度，进行了各种各样的研究开发。本发明人在进行该研究开发的时候，发现了会有产生从空间光调制器输出的光的光束截面上的强度分布以及相位分布与所希望的分布不同的现象的情况，即会有从空间光调制器输出的光的光束品质降低的现象。而且，本发明人发现了该现象起因于相位折叠。

本发明是为了解决上述问题而悉心研究之结果，以提供一种在使通过重叠炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案而成的相位图案显示于相位调制型的空间光调制器的技术中，能够获得具有所希望的光束截面的光的光控制装置以及光控制方法为目的。

解决课题的技术手段

本发明所涉及的光控制装置，其特征在于，具备：(1)输出光的光源；(2)能够在4π以上的范围内进行二维排列的多个像素的各个中的相位调制，输入从光源输出的光，显示在多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案，输出由该相位图案进行相位调制后的光的相位调制型的空间光调制器；以及(3)使用于光衍射的炫耀光栅(blazed grating)图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成且相位调制范围为2π以上的相位图案显示于空间光调制器，调整炫耀光栅图案，从而调整空间光调制器中的光衍射效率的控制部。

在本发明所涉及的光控制装置中，控制部优选为使重叠了具有对应于特定指数的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian)模式光的光束截面上的强度分布的光衍射效率分布的炫耀光栅图案和具有对应于拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的相位分布的相位调制分布的相位图案的相位图案显示于空间光调制器。

另外，在本发明所涉及的光控制装置中，控制部优选为使重叠了具有对应于在光束截面上具有特定的强度分布以及相位分布的光的该强度分布的光衍射效率分布的炫耀光栅图案和具有对应于相位分布的相位调制分布的相位图案的相位图案显示于空间光调制器。

本发明所涉及的光控制方法，其特征在于，使用(1)输出光的光源；以及(2)能够在4π以上的范围内进行二维排列的多个像素的各个中的相位调制，输入从光源输出的光，显示在多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案，输出由该相位图案进行相位调制后的光的相位调制型的空间光调制器，(3)使用于光衍射的炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成且相位调制范围为2π以上的相位图案显示于空间光调制器，调整炫耀光栅图案，从而调整空间光调制器中的光衍射效率。

本发明所涉及的光控制方法优选为使重叠了具有对应于特定指数的拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的强度分布的光衍射效率分布的炫耀光栅图案和具有对应于拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的相位分布的相位调制分布的相位图案的相位图案显示于空间光调制器。

本发明所涉及的光控制方法优选为使重叠了具有对应于在光束截面上具有特定的强度分布以及相位分布的光的该强度分布的光衍射效率分布的炫耀光栅图案和具有对应于相位分布的相位调制分布的相位图案的相位图案显示于空间光调制器。

发明的效果

根据本发明，能够在使炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成的相位图案显示于相位调制型的空间光调制器的技术中获得具有所希望的光束截面的光。

附图说明

图1是光控制装置1的结构图。

图2是表示炫耀光栅(blazed grating)图案的图。

图3是表示炫耀光栅图案中的相位调制分布的一个例子的图。

图4是表示实际的显示于空间光调制器的炫耀光栅图案中的k值与衍射效率的关系的图表。

图5是表示炫耀光栅图案中的相位调制分布的一个例子的图。

图6是表示炫耀光栅图案中的各个像素的相位调制量的一个例子的图表。

图7是表示相位图案中的相位调制分布的一个例子的图。

图8是表示重叠了炫耀光栅图案(图5、图6)和具有规定的相位调制分布的相位图案(图7)的相位图案中的相位调制分布的图。

图9是表示对相位图案φ_result(图8)进行相位折叠之后的相位图案中的相位调制分布的图。

图10是表示在比较例的情况下从空间光调制器输出的光的光束截面上的强度分布的一个例子的图。

图11是表示LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。

图12是表示用于获得LG_1，3光的光束截面上的强度分布(图11)的炫耀光栅图案φ_grating的图。

图13是表示用于获得LG_1，3光的光束截面上的相位分布的所希望相位图案φ_desire的图。

图14是表示由本实施方式所生成的LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。

图15是表示由比较例所生成的LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。

图16是表示光束整形前的强度分布以及光束整形后的强度分布的一个例子的图。

符号的说明

1…光控制装置、2…摄像装置、10…光源、20…棱镜、30…空间光调制器、31…驱动部、32…控制部、41…透镜、42…缝隙(aperture)、43…透镜。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的最佳方式。还有，在图面的说明中，将相同的符号标注于相同的要素，从而省略重复的说明。

图1是光控制装置1的结构图。由该图所表示的光控制装置1具备光源10、棱镜20、空间光调制器30、驱动部31、控制部32、透镜41、缝隙42以及透镜43。还有，在该图中除了光控制装置1之外还表示有摄像装置2。

本发明中所使用的相位调制型的空间光调制器可以是反射型的空间光调制器，也可以是透过型的空间光调制器。作为反射型的空间光调制器，可以是LCOS(Liquid Crystal on Silicon)型、MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)型以及光寻址型中的任意一种。另外，作为透过型的空间光调制器，可以是LCD(Liquid Crystal Display)等。在图1中，作为空间光调制器30，表示反射型的空间光调制器。

光源10是输出应该由空间光调制器30进行相位调制的光的装置，优选为激光光源，也可以是飞秒(femto second)激光光源或Nd:YAG激光光源等的脉冲激光光源，也可以是He-Ne等的CW激光光源。从光源10输出的光优选为在经过空间滤波器(spatial filter)之后由准直透镜(Collimate Lens)校准。

棱镜20具有第1反射面21以及第2反射面22。棱镜20的第1反射面21输入从光源10输出的光，并将该光向空间光调制器30反射。棱镜20的第2反射面22输入从空间光调制器30输出的光，并将该光向透镜41反射。

空间光调制器30是相位调制型的空间光调制器，具有二维排列的多个像素，能够在4π以上的范围内进行这些多个像素的各个中的相位调制，并能够显示在多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案。空间光调制器30输入从光源10输出并在棱镜20的第1反射面21上被反射而到达的光，并使由该相位图案进行相位调制之后的光向棱镜20的第2反射面22输出。该空间光调制器30中所显示的相位图案例如有由数值计算求得的计算机全息图(CGH：Computer GeneratedHologram)等。

驱动部31是设定空间光调制器30的二维排列的多个像素的各个中的相位调制量的装置，将用于该每个像素的相位调制量设定的信号赋予空间光调制器30。驱动部31通过设定空间光调制器30的二维排列的多个像素的各个中的相位调制量从而使相位图案显示于空间光调制器30。

控制部32例如由计算机所构成，通过控制驱动部31的动作从而从驱动部31向空间光调制器30写入相位图案。即存储应该被显示于空间光调制器30的相位图案A，或者制作该相位图案A并从驱动部31将该相位图案A写入到空间光调制器30。

该相位图案A由用于光衍射的炫耀光栅(blazed grating)图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成。具有该规定的相位调制分布的相位图案包含用于在光束截面上实现所希望的相位分布的成分，另外，优选还包含用于修正光控制装置1中的光学系统的相位失真的成分。另外，该相位图案A，相位调制范围为2π以上。通过调整炫耀光栅图案从而能够调整空间光调制器30中的光衍射效率。

透镜41输入从空间光调制器30输出并在棱镜20的第2反射面22上被反射的光。透镜41和透镜43构成了4f光学系统，在两者之间的焦点位置上配置有缝隙42的开口。该缝隙以仅通过由空间光调制器30衍射的光中的所希望的次数的衍射光的方式配置。

摄像装置2接收从光控制装置1的透镜43输出的光B，并取得该光B的光束截面上的强度分布。摄像装置2是用于观察从光控制装置1输出的光的品质的装置。还有，在用于加工等的时候，在透镜43的后段重新配置透镜，并在其聚光点位置上配置加工对象物。

该光控制装置1的大致动作如以下所述。由被控制部32控制的驱动部31，将炫耀光栅图案和相位图案重叠而成的相位图案显示于空间光调制器30。从光源10输出的光在棱镜20的第1反射面21上被反射，并被输入到空间光调制器30。

被输入到空间光调制器30的光由被显示于空间光调制器30的相位图案中的炫耀光栅图案而被衍射并输出。该光衍射的时候的衍射效率根据炫耀光栅图案的形状而不同，另外，会有根据空间光调制器30的入射面上的位置而不同的情况。另外，从空间光调制器30被衍射并被输出的光成为由被显示于空间光调制器30的相位图案中的具有规定的相位调制分布的相位图案而被相位调制的光。

从空间光调制器30输出的光在棱镜20的第2反射面22上被反射，经过透镜41、缝隙42以及透镜43，并由摄像装置2进行受光从而取得光束截面上的强度分布。此时，透镜41、缝隙42以及透镜43为选择性地通过从空间光调制器30输出的光中的所希望的衍射次数的衍射光的结构。因此，从透镜43输出到摄像装置2的光B成为具有所希望的强度分布以及相位分布的光。

接着，对被显示于空间光调制器30的相位图案进行详细的说明。该相位图案由用于光衍射的炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成。图2是表示炫耀光栅图案的图。在该图中，以浓淡表示各个像素的相位调制量(调制宽度2π)。如果对显示有这样的炫耀光栅图案的空间光调制器30输入光，那么该光被衍射。该光衍射的时候的衍射效率根据炫耀光栅图案的形状而不同。

将沿着空间光调制器30的光入射面上的特定方向的N像素作为1周期的炫耀光栅图案φ_grating由下述式(1)表示。在此，n表示沿着特定方向的周期内的像素位置。k可以是0以上1以下的值。因此，炫耀光栅图案φ_grating的相位调制范围为2π以下的2kπ。

[数1]

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{grating}}\left(n\right)=2\mathrm{\π}\·k\frac{n-N/2}{N}\·\·\·\left(1\right)$

该炫耀光栅图案φ_grating的理论上的衍射效率I_+1th由下述式(2)表示，且根据k值而不同。当k值为1的时候，理论上的衍射效率I_+1th的最大值为1。

[数2]

$I_{+1\mathrm{th}}=\frac{\sin \left(\mathrm{\π}(1-k)\right)}{\mathrm{\π}(1-k)}\·\·\·\left(2\right)$

因此，如果空间光调制器30的光入射面上k值不同地分布，那么在空间光调制器30的光入射面上的光衍射效率也进行分布。图3是表示炫耀光栅图案φ_grating中的相位调制分布的一个例子的图。在该图中，横轴表示像素位置。如该图所示的例子那样，在越向右k值越大的情况下，越向右衍射效率越高。图4是表示实际的显示于空间光调制器的炫耀光栅图案φ_grating中的k值与衍射效率的关系的图表。如该图所示，k值越大衍射效率越高。还有，衍射角不依赖于k值。

被显示于空间光调制器30的相位图案φ_result是重叠了上述那样的炫耀光栅图案φ_grating和作为相位图案的所希望相位图案φ_desire的相位图案，由下述式(3)表示。或者，被显示于空间光调制器30的相位图案φ_result是重叠了上述那样的炫耀光栅图案φ_grating和作为相位图案的所希望相位图案φ_desire以及失真修正图案φ_correction的相位图案，由下述式(4)表示。

[数3]

φ_result＝φ_grating+φ_desire                   …(3)

[数4]

φ_result＝φ_grating+φ_desire+φ_correction      …(4)

所希望相位图案φ_desire是用于在光束截面上实现所希望的相位分布的图案，其相位调制范围为2π以下。另外，失真修正图案φ_correction是用于修正光控制装置1中的光学系统的相位失真的图案，一般来说，相位调制范围为几π左右。光控制装置1中的光学系统的相位失真可以存在于棱镜20的第1反射面21和第2反射面22、空间光调制器30以及透镜41，43。从显示这样的相位图案φ_result的空间光调制器30被衍射并被输出的光成为在其光束截面上具有所希望的强度分布以及相位分布的光。

以下，为了简化说明而用下述式(5)表示上述式(3)以及式(4)。该式(5)中的相位图案φ_phase是式(3)中的所希望相位图案φ_desire，或者，是式(4)中所希望相位图案φ_desire与失真修正图案φ_correction之和。

[数5]

φ_result＝φ_grating+φ_phase                    …(5)

在本实施方式中，显示于空间光调制器30的相位图案φ_result的相位调制范围为2π以上。作为包含于该相位图案φ_result的炫耀光栅图案φ_grating的一个例子，考虑了图5以及图6所表示的内容。图5是表示炫耀光栅图案中的相位调制分布的一个例子的图。在该图中，横轴表示像素位置。另外，图6是表示炫耀光栅图案中的各个像素的相位调制量的一个例子的图表。在该炫耀光栅图案φ_grating中，k值为0.5，N值为8，邻接的2个像素之间的相位调制量的差为0.125π。在图5中，表示炫耀光栅图案φ_grating的大致6个周期。

另外，作为包含于相位图案φ_result中的相位图案φ_phase的一个例子，考虑了图7所表示的内容。图7是表示相位图案中的相位调制分布的一个例子的图。在该图中，横轴表示像素位置。该相位图案φ_phase包含相位调制量为0的部分和相位调制量为1.25π的部分。

图8是表示重叠了炫耀光栅图案φ_grating(图5、图6)和相位图案φ_phase(图7)的相位图案φ_result中的相位调制分布的图。在该图中，横轴表示像素位置。在由该图所表示的相位图案φ_result中，相位调制范围为2π以上。

图9是表示对相位图案φ_result(图8)进行相位折叠之后的相位图案中的相位调制分布的图。在该图中，横轴表示像素位置。在相位折叠后的相位图案(图9)的相位调制分布中，对于相位折叠前的相位图案φ_result(图8)中相位调制量超过2π的像素从该相位调制量减去2π，各个像素中的相位调制量在0到2π的范围内。

在使用相位调制范围为4π以上的空间光调制器30的本实施方式的情况下，在该空间光调制器30中显示相位折叠前的相位图案(图8)。相对于此，在使用相位调制范围为2π的空间光调制器的比较例的情况下，在该空间光调制器中显示相位折叠后的相位图案(图9)。

相位折叠之前的相位图案(图8)和相位折叠之后的相位图案(图9)在原理上具有彼此同等的效果。但是，在实际的空间光调制器中，在邻接的2个像素之间相位调制量的差大的部分，存在称为折叠区域(flyback region)的相位不准且没有被正确表示的区域。即，与相位折叠之前的相位图案(图8)相比较，相位折叠之后的相位图案(图9)在图中由于折叠区域存在于由箭头所表示的位置，由此，不能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的光。

在相位折叠之后的相位图案(图9)被显示于相位调制范围为2π的空间光调制器的比较例的情况下，在相位折叠之前，在邻接的2个像素之间相位调制量的差微小，而在相位折叠之后，该2个像素之间的相位调制量的差大致为2π。如果使这样的相位折叠之后的相位图案显示于现实的空间光调制器，那么在该空间光调制器中在邻接的2个像素之间相位调制量的差大的部分，其相位调制量急剧地变化而不会中断，在邻接的2个像素之间产生串扰。这样的串扰所存在的部分(折叠区域)被认为在以下的情况下会带来特别显著的影响：在邻接的2个像素之间存在相位调制量的大致2π的级差而且折叠区域存在于炫耀光栅图案的周期构造内。

在显示于空间光调制器的相位图案中的相位调制量变化比较平滑的情况下，折叠区域少，并且折叠区域对从空间光调制器输出的光的光束截面上的强度分布以及相位分布所给予的影响大体上可以忽视。

图10是表示作为比较例的另一个例子的从空间光调制器输出的光的光束截面上的强度分布的图。在此，由于显示于空间光调制器的相位图案是重叠了炫耀光栅图案φ_grating和所希望相位图案φ_desire的相位图案，所以试图使从空间光调制器输出的光的光束截面上的强度分布均匀。所试图的光的光束截面上的强度分布应该是图中的黑色区域遍及整个面。但是，实际所获得的光的光束截面上的强度分布与上述所试图的相反，存在强度强的区域(图中的白色区域)。这是因为在炫耀光栅图案φ_grating具有较多的折叠区域之后，所希望相位图案φ_desire以及失真修正图案φ_correction与其重叠而成的相位图案φ_result具有更多的折叠区域。

在比较例中，在输出光的光束截面上实际看到不良状况的部分与在相位图案中相位调制量急剧地变化的地方相一致。在现实的空间光调制器中输出光的品质降低成为无法忽视的问题。如以上所述，在比较例中，由于折叠区域的影响，不能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的光。

相对于此，在本实施方式中，将相位调制范围超过2π的相位图案(例如图8)显示于各个像素中相位调制范围为4π以上的空间光调制器30。因此，没有必要进行相位折叠，并且能够获得在光束截面上具有所希望的强度分布以及相位分布的光。

接着，对使用本实施方式所涉及的光控制装置1而生成拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian)模式光的情况进行说明。拉盖尔-高斯模式光在光束截面上具有由矢径指数以及偏角指数所特定的强度分布以及相位分布。以下，对生成矢径指数为1且偏角指数为3的拉盖尔-高斯模式光(以下记为“LG_1，3光”)的情况进行说明。

图11是表示LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。以光束截面上的强度分布成为由同图所表示的那样的分布的方式，设定炫耀光栅图案φ_grating。图12是表示用于获得LG_1，3光的光束截面上的强度分布(图11)的炫耀光栅图案φ_grating的图。另外，图13是表示用于获得LG_1，3光的光束截面上的相位分布的所希望相位图案φ_desire的图。在图12以及图13中分别用浓淡表示各个像素的相位调制量。

用于由空间光调制器30生成LG_1，3光的相位图案φ_result是重叠了上述的炫耀光栅图案φ_grating和所希望相位图案φ_desire，并进一步重叠了失真修正图案φ_correction的相位图案。该相位图案φ_result被显示于空间光调制器30。该相位图案φ_result通常为超过2π的相位调制范围。

在本实施方式中，由于使用相位调制范围为4π以上的空间光调制器30，所以没有必要对相位图案φ_result进行相位折叠，能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的LG_1，3光。相对于此，在比较例中，因为使用相位调制范围为2π的空间光调制器，所以相位折叠后的相位图案被显示于该空间光调制器，因而不能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的LG_1，3光。

图14是表示由本实施方式生成的LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。另外，图15是表示由比较例生成的LG_1，3光的光束截面上的强度分布的图。以对两者进行比较而进行判定的方式，由本实施方式生成的LG_1，3光与由比较例生成的LG_1，3光相比较，具有接近于所希望的分布的强度分布。

如上所述由本实施方式所涉及的光控制装置1生成的拉盖尔-高斯模式光是在光束截面上不仅相位分布而且强度分布也接近于所希望的分布的光，且成为模式纯度高的光。因此，该拉盖尔-高斯模式光在光镊(OpticalTweezers)和量子运算中能够适宜地利用。

接着，对使用本实施方式所涉及的光控制装置1的光束整形进行说明。光束整形是将光束截面上的强度分布不均匀的输入光变换成光束截面上的强度分布为所希望的分布的输出光的技术。图16是表示光束整形前的强度分布以及光束整形后的强度分布的一个例子的图。实线表示光束整形前的强度分布，虚线表示光束整形后的强度分布。光束整形前的强度分布(实线)越接近于中心强度越强，光束整形后的强度分布(虚线)是均匀的。

为了该光束整形而使用的炫耀光栅图案φ_grating以具有对应于光束截面上的光束整形前的强度分布与光束整形后的强度分布之比的衍射效率分布的方式设定k值的分布。另外，显示于空间光调制器30的相位图案φ_result是将所希望相位图案φ_desire以及失真修正图案φ_correctiong重叠于该炫耀光栅图案φ_grating的相位图案。该相位图案φ_result中的相位调制范围会有超过2π的情况。

在本实施方式中，由于使用相位调制范围为4π以上的空间光调制器30，所以对相位图案φ_result没有必要进行相位折叠，能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的光束整形后的光。相对于此，在比较例中，因为使用相位调制范围为2π的空间光调制器，所以在该空间光调制器中显示相位折叠后的相位图案，因而不能够获得具有所希望的强度分布以及相位分布的光束整形后的光。

如以上所述，通过由本实施方式所涉及的光控制装置1进行光束整形，从而能够将光束截面上的强度分布不均匀的输入光变换成光束截面上的强度分布为所希望的分布的输出光。例如，能够将高斯(Gaussian)分布的光束光整形成称为平顶的均匀分布的光束光。这样的光束整形技术在加工用途和显微镜用的照明等中是有用的。

产业上的利用可能性

本发明提供了一种在使炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成的相位图案显示于相位调制型的空间光调制器的技术中能够获得具有所希望的光束截面的光的光控制装置。

Claims (6)

1.一种光控制装置，其特征在于，

具备：

光源，输出光；

相位调制型的空间光调制器，能够在4π以上的范围内进行二维排列的多个像素的各个中的相位调制，输入从所述光源输出的光，显示在所述多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案，并输出由该相位图案进行相位调制后的光；以及

控制部，对用于光衍射的炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，通过调整所述炫耀光栅图案，从而调整所述空间光调制器中的光衍射效率。

2.如权利要求1所述的光控制装置，其特征在于，

所述控制部对所述炫耀光栅图案和所述相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，所述炫耀光栅图案具有对应于特定指数的拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的强度分布的光衍射效率分布，所述相位图案具有对应于所述拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的相位分布的相位调制分布。

3.如权利要求1所述的光控制装置，其特征在于，

所述控制部对所述炫耀光栅图案和所述相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，所述炫耀光栅图案具有对应于在光束截面上具有特定的强度分布以及相位分布的光的该强度分布的光衍射效率分布，所述相位图案具有对应于所述相位分布的相位调制分布。

4.一种光控制方法，其特征在于，

使用

光源，输出光；以及

相位调制型的空间光调制器，能够在4π以上的范围内进行二维排列的多个像素的各个中的相位调制，输入从所述光源输出的光，显示在所述多个像素的各个中对光的相位进行调制的相位图案，并输出由该相位图案进行相位调制后的光，

对用于光衍射的炫耀光栅图案和具有规定的相位调制分布的相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，通过调整所述炫耀光栅图案，从而调整所述空间光调制器中的光衍射效率。

5.如权利要求4所述的光控制方法，其特征在于，

对所述炫耀光栅图案和所述相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，所述炫耀光栅图案具有对应于特定指数的拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的强度分布的光衍射效率分布，所述相位图案具有对应于所述拉盖尔-高斯模式光的光束截面上的相位分布的相位调制分布。

6.如权利要求4所述的光控制方法，其特征在于，

对所述炫耀光栅图案和所述相位图案重叠而成且相位调制范围超过2π的相位图案不进行相位折叠而使其显示于所述空间光调制器，所述炫耀光栅图案具有对应于在光束截面上具有特定的强度分布以及相位分布的光的该强度分布的光衍射效率分布，所述相位图案具有对应于所述相位分布的相位调制分布。

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