CN107533246A - 调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质 - Google Patents

调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质 Download PDF

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Abstract

调制图案计算装置(20)具备迭代傅里叶变换部(23a)、滤波处理部(23b)以及调制图案计算部(24)。迭代傅里叶变换部(23a)对包含强度谱函数以及相位谱函数的波形函数进行傅里叶变换，在傅里叶变换后进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在傅里叶逆变换后进行用于约束相位谱函数的置换。滤波处理部(23b)对频域中的强度谱函数进行去除超过每个波长的截止强度的部分的滤波处理。由此，实现了能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法以及调制图案计算程序。

Description

调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图 案计算程序以及存储介质
技术领域
本发明的一个方面涉及调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质。
背景技术
在非专利文献1中公开了通过使用空间光调制器(Spatial Light Modulator：SLM)来调制相位谱从而对光脉冲进行成形的技术。在该文献中，使用迭代傅里叶法(Iterative Fourier Transform Algorithm：IFT)来计算用于获得所期望的光脉冲波形的相位谱。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：M.Hacker,G.Stobrawa,T.Feurer,“Iterative Fourier transformalgorithm for phase-only pulse shaping”,Optics Express,Vol.9,No.4,pp.191-199,13August 2001
发明内容
发明所要解决的技术问题
例如，作为用于控制超短脉冲光之类的各种光的时间波形的技术，有由SLM来调制光脉冲的相位谱以及强度谱的技术。在这样的技术中，计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的相位谱以及强度谱，并使用于将该相位谱以及强度谱提供给光的调制图案呈现于SLM。
关于相位谱，可以例如如上述的非专利文献1那样使用通常的迭代傅里叶法来计算出谱。相对于此，关于强度谱，由通常的迭代傅里叶法来进行计算是困难的。这是由于，如果使用通常的迭代傅里叶法来进行计算的话则依据波长区域而会有计算出大于朝向SLM的输入光的强度谱的强度谱的情况，从输入光生成具有这样的强度谱的光是困难的。因此，一直以来，采用例如一边测量成形后的光的波形一边到试行错误的末了决定强度谱等的方法，从而会有花费功夫并且为了获得精度高的强度谱而需要熟练操作等的问题。
本发明的一个方面的目的在于，提供一种能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质。
解决问题的技术手段
为了解决上述的技术问题，本发明的一个方面的调制图案计算装置是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的装置，具备：迭代傅里叶变换部，对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换；滤波处理部，相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理；调制图案计算部，根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案。
另外，本发明的一个方面的调制图案计算方法是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的方法，具备：对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换的步骤(傅里叶变换步骤)、在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换的步骤(傅里叶逆变换步骤)、在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换的步骤(置换步骤)、相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理的步骤(滤波处理步骤)、根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案的步骤(调制图案计算步骤)。
另外，本发明的一个方面的调制图案计算程序是使计算机计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的程序，使计算机执行：对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换的步骤(傅里叶变换步骤)、在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换的步骤(傅里叶逆变换步骤)、在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换的步骤(置换步骤)、相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理的步骤(滤波处理步骤)、根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案的步骤(调制图案计算步骤)。
在上述的装置、方法以及程序中，用于使光的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱在迭代傅里叶变换部或者置换步骤中被计算出。此时，如上所述，依据波长区域而会有计算出大于输入光的强度谱的强度谱的情况。因此，在上述的装置以及方法中，相对于由傅里叶逆变换获得的强度谱(或者也可以是对该强度谱乘以用于标准化的系数后的强度谱)进行基于输入光的强度谱的滤波处理。即，去除(cut)超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分。由此，能够将被提供给调制图案计算部或者调制图案计算步骤的强度谱抑制为不超过输入光的强度谱的程度。因此，根据上述的装置以及方法，能够使用迭代傅里叶变换来容易地计算出用于使光的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱。
另外，本发明的一个方面的光控制装置具备上述的结构的调制图案计算装置、输出输入光的光源、对输入光进行分光的分光元件、调制分光后的输入光的强度谱并输出调制光的空间光调制器、对调制光进行聚光的光学系统。空间光调制器呈现被调制图案计算装置计算出的调制图案。
根据该装置，通过具备上述的结构的调制图案计算装置从而能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱。
发明的效果
根据本发明的一个方面的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质，能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱。
附图说明
图1是示意性地表示一个实施方式所涉及的光控制装置的结构的图。
图2是表示SLM的调制面的图。
图3(a)是表示某个相位谱和某个强度谱的组合的例子的图表，图3(b)是表示由图3(a)所表示的相位谱和强度谱的组合实现的输出光的时间强度波形的图表。
图4是表示相位谱设计部的迭代傅立叶变换部中的计算步骤的图。
图5是表示强度谱设计部的迭代傅立叶变换部以及滤波处理部中的计算步骤的图。
图6是表示调制图案计算方法的流程图。
图7是表示输入光的强度谱以及被计算出的强度谱的图。
图8是表示去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的情况的图。
图9(a)是表示相对于被计算出的强度谱乘以用于标准化的系数的强度谱的一个例子的图，图9(b)是表示相对于图9(a)的强度谱进行滤波处理的情况的图。
图10是表示在作为所期望的时间强度波形而设定双脉冲的情况下使标准化系数变化的时候的强度损失与波形精度的关系的图表。
图11是表示将标准化系数设定为1.0的时候的强度谱的图。
图12是表示将标准化系数设定为0.75的时候的强度谱的图。
图13是表示应用了COS型强度调制的情况下的强度谱的图。
图14是表示在作为所期望的时间强度波形而设定单脉冲的情况下使标准化系数变化的时候的强度损失与半值全宽的关系的图表。
图15(a)、(b)是表示分别将标准化系数设定为1.0、0.5的时候的强度谱的图。
图16是表示TL脉冲波形、以及将标准化系数设定为0.25的情况下的波形的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一个方面的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，将相同符号标注于相同要素，并省略反复的说明。
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的光控制装置1A的结构的图。本实施方式的光控制装置1A从输入光La生成具有与该输入光La不同的任意的时间强度波形的输出光Ld。如图1所示，光控制装置1A具备光源2、光学系统10、以及调制图案计算装置20。
光源2输出被输入到光学系统10的输入光La。光源2例如是固体激光光源等激光光源，输入光La例如是相干(coherent)的脉冲光。
光学系统10具有分光元件12、曲面镜14、以及SLM16。分光元件12与光源2相光学耦合，SLM16经由曲面镜14而与光学元件12相光学耦合。分光元件12对输入光La按每个波长成分进行分光。分光元件12例如具有被形成于板面的衍射光栅。另外，分光元件12也可以具有棱镜。输入光La相对于衍射光栅倾斜地入射并被分光成多个波长成分。包含该多个波长成分的光Lb到达曲面镜14。光Lb被曲面镜14反射并到达SLM16。
SLM16为了生成具有与输入光La不同的任意的时间强度波形的输出光Ld而同时进行光Lb的相位调制和强度调制。SLM16例如是相位调制型。在一个实施例中，SLM16为LCOS(Liquid Crystal on Silicon(硅基液晶))型。
图2是表示SLM16的调制面17的图。如图2所示，在调制面17上，多个调制区域17a沿着某个方向A进行排列，各个调制区域17a在与方向A相交叉的方向B上进行延伸。该方向A为取决于分光元件12的分光方向。因此，被分光的各个波长成分分别入射到多个调制区域17a。SLM16在各个调制区域17a中调制入射的各个波长成分的相位以及强度。还有，因为本实施方式的SLM16为相位调制型，所以强度调制由被呈现于调制面17的相位图案(相位图像)来实现。
包含被SLM16调制的各个波长成分的调制光Lc再次被曲面镜14反射并到达分光元件12。此时的曲面镜14起到作为对调制光Lc进行聚光的聚光光学系统的功能。另外，分光元件12起到作为合波光学系统的功能，并对调制后的各个波长成分进行合波。即，调制光Lc的多个波长成分由这些曲面镜14以及分光元件12而被互相聚光·合波从而成为输出光Ld。该输出光Ld是具有与输入光La不同的所期望的时间强度波形的光。
调制图案计算装置20是具有处理器等运算电路的计算机。调制图案计算装置20与SLM16相电连接，计算出用于使输出光Ld的时间强度波形接近所期望的波形的相位调制图案，并将包含该相位调制图案的控制信号提供给SLM16。
本实施方式的调制图案计算装置20将包含将用于获得所期望的波形的相位谱给予输出光Ld的相位调制用相位图案、和将用于获得所期望的波形的强度谱给予输出光Ld的强度调制用相位图案的相位图案呈现于SLM16。因此，调制图案计算装置20具有任意波形输入部21、相位谱设计部22、强度谱设计部23、调制图案计算部24。即，被设置于调制图案计算装置20的运算电路(例如计算机的处理器)实现任意波形输入部21的功能、相位谱设计部22的功能、强度谱设计部23的功能、调制图案计算部24的功能。各个功能既可以由相同的运算电路来实现也可以由不同的运算电路来实现。
运算电路(例如计算机的处理器)由调制图案计算程序而能够实现上述的各个功能。所以调制图案计算程序将运算电路(例如计算机的处理器)作为调制图案计算装置20中的任意波形输入部21、相位谱设计部22、强度谱设计部23、以及调制图案计算部24来使其工作。调制图案计算程序被存储于计算机的内部或者外部的存储装置(非瞬态的存储介质(non-transitory computer readable medium(非瞬态计算机可读介质)))。
任意波形输入部21接受来自操作人员的所期望的时间强度波形的输入。操作人员将与所期望的时间强度波形相关的信息(例如脉冲宽度等)输入到任意波形输入部21。
与所期望的时间强度波形相关的信息被提供给相位谱设计部22以及强度谱设计部23。相位谱设计部22根据该时间强度波形计算出所对应的输出光Ld的相位谱。强度谱设计部23根据该时间强度波形计算出所对应的输出光Ld的强度谱。还有，相位谱设计部22以及强度谱设计部23中的谱计算方法在后面详细叙述。
调制图案计算部24是本发明中的调制图案计算部的一个例子，计算出用于将在相位谱设计部22中被求得的相位谱、和在强度谱设计部23中被求得的强度谱给予输出光Ld的相位调制图案。然后，包含被计算出的相位调制图案的控制信号被提供给SLM16。
在此，对对应于所期望的时间强度波形的相位谱以及强度谱的计算方法进行详细叙述。图3(a)是表示某个相位谱G11和某个强度谱G12的组合的例子的图表。另外，图3(b)是表示由图3(a)所表示的相位谱和强度谱的组合实现的输出光Ld的时间强度波形的图表。还有，在图3(a)中，横轴表示波长(nm)，左面的纵轴表示强度谱的强度值(任意单位)，右面的纵轴表示相位谱的相位值(rad)。另外，在图3(b)，横轴表示时间(飞秒)，纵轴表示光强度(任意单位)。图3所表示的谱以及波形是一个例子，由各种相位谱以及强度谱的组合而能够将输出光Ld的时间强度波形整形成各种形状。
所期望的时间强度波形作为时域的函数来进行表示，相位谱以及强度谱作为频域的函数进行表示。因此，对应于所期望的时间强度波形的相位谱以及强度谱由基于该所期望的时间强度波形的迭代傅里叶变换来获得。在以下进行说明的方法中，使用迭代傅里叶法来计算相位谱以及强度谱。因此，如图1所示，相位谱设计部22具有迭代傅里叶变换部22a。另外，强度谱设计部23具有迭代傅里叶变换部23a以及滤波处理部23b。
图4是表示相位谱设计部22的迭代傅立叶变换部22a中的计算步骤的图。首先，迭代傅立叶变换部22a准备频率ω的函数即初始的强度谱函数A0(ω)以及相位谱函数ψ0(ω)(图中的处理序号(1))。在一个例子中，这些强度谱函数A0(ω)以及相位谱函数ψ0(ω)分别表示输入光La的强度谱以及相位谱。
接着，迭代傅立叶变换部22a准备包含强度谱函数A0(ω)以及相位谱函数ψn(ω)的频域的波形函数(a)(图中的处理序号(2))。
[数1]
在此，字符n表示第n次傅里叶变换处理后。在最初(第1次)的傅里叶变换处理之前，作为相位谱函数ψn(ω)而使用上述的初始相位谱函数ψ0(ω)。i为虚数。
接着，迭代傅立叶变换部22a相对于上述函数(a)进行从频域向时域的傅里叶变换(图中的箭头A1)。由此，获得了包含时间强度波形函数bn(t)的频域的波形函数(b)(图中的处理序号(3))。
[数2]
接着，迭代傅立叶变换部22a将包含于上述函数(b)的时间强度波形函数bn(t)置换成基于所期望的波形的Target0(t)(图中的处理序号(4)、(5))。
[数3]
bn(t):＝Target0(t)···(c)
[数4]
接着，迭代傅立叶变换部22a相对于上述函数(d)进行从时域向频域的傅里叶逆变换(图中的箭头A2)。由此，获得了包含强度谱函数Bn(ω)以及相位谱函数ψn(ω)的频域的波形函数(e)(图中的处理序号(6))。
[数5]
接着，迭代傅立叶变换部22a为了约束包含于上述函数(e)的强度谱函数Bn(ω)而置换成初始的强度谱函数A0(ω)(图中的处理序号(7))。
[数6]
Bn(ω):＝A0(ω)···(f)
之后，通过迭代傅立叶变换部22a多次反复进行上述的处理(1)～(7)从而能够使波形函数中的相位谱函数ψn(ω)所表示的相位谱形状接近对应于所期望的时间强度波形的相位谱形状。最终获得的相位谱函数ψIFTA(ω)被提供给调制图案计算部24。
图5表示强度谱设计部23的迭代傅立叶变换部23a以及滤波处理部23b中的计算步骤。首先，迭代傅立叶变换部23a与计算相位谱的时候相同地准备初始的强度谱函数Ak＝0(ω)以及相位谱函数ψ0(ω)(图中的处理序号(1))。接着，迭代傅立叶变换部23a准备包含强度谱函数Ak(ω)以及相位谱函数ψ0(ω)的频域的波形函数(g)(图中的处理序号(2))。
[数7]
在此，字符k表示第k次傅里叶变换处理后。在最初(第1次)的傅里叶变换处理之前，作为强度谱函数Ak(ω)而使用上述的初始强度谱函数Ak＝0(ω)。i为虚数。
接着，迭代傅立叶变换部23a相对于上述函数(g)进行从频域向时域的傅里叶逆变换(图中的箭头A3)。由此，获得了包含时间强度波形函数bk(t)的频域的波形函数(h)(图中的处理序号(3))。
[数8]
接着，迭代傅立叶变换部23a将包含于函数(h)中的时间强度波形函数bk(t)置换成基于所期望的波形的函数Target0(t)(图中的处理序号(4)、(5))。
[数9]
bk(t):＝Target0(t)···(i)
[数10]
接着，迭代傅立叶变换部23a相对于上述函数(j)进行从时域向频域的傅里叶逆变换(图中的箭头A4)。由此，获得了包含强度谱函数Ck(ω)以及相位谱函数ψk(ω)的频域的波形函数(k)(图中的处理序号(6))。
[数11]
接着，迭代傅立叶变换部23a为了约束包含于上述函数(k)的相位谱函数ψk(ω)而置换成初始的相位谱函数ψ0(ω)(图中的处理序号(7-a))。
[数12]
Ψk(ω):＝Ψ0(ω)···(m)
接着，迭代傅立叶变换部23b相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数Ck(ω)进行基于输入光La的强度谱的滤波处理。具体来说，去除超过根据由强度谱函数Ck(ω)表示的强度谱中的输入光La的强度谱进行决定的每个波长的截止强度的部分。
在一个例子中，每个波长的截止强度以与输入光La的强度谱(在本实施方式中为初始强度谱函数Ak＝0(ω))相一致的形式被设定。在此情况下，如下述数学式(n)所示，强度谱函数Ck(ω)大于初始强度谱函数Ak＝0(ω)的频率时，初始强度谱函数Ak＝0(ω)的值作为强度谱函数Ak(ω)的值被引进。另外，强度谱函数Ck(ω)为初始强度谱函数Ak＝0(ω)以下的频率时，强度谱函数Ck(ω)的值作为强度谱函数Ak(ω)的值被引进(图中的处理序号(7-b))。
[数13]
滤波处理部23b将包含于上述函数(k)的强度谱函数Ck(ω)置换成取决于上述数学式(n)的滤波处理后的强度谱函数Ak(ω)。
之后，通过反复进行上述处理(1)～(7-b)从而能够使波形函数中的强度谱函数Ak(ω)所表示的强度谱形状接近对应于所期望的时间强度波形的强度谱形状。最终获得的强度谱函数AIFTA(ω)被提供给调制图案计算部24。
图6是表示由以上所说明的调制图案计算装置20实现的调制图案计算方法的流程图。如图6所示，首先，由操作人员将与所期望的时间强度波形相关的信息输入到任意波形输入部21(输入步骤S1)。接着，分别在相位谱设计部22以及强度谱设计部23中计算出用于使时间强度波形接近所期望的波形的相位谱以及强度谱(相位谱计算步骤S11、强度谱计算步骤S21)。
在相位谱计算步骤S11中包含由迭代傅里叶变换部22a进行的迭代傅立叶变换步骤S12。
即，在迭代傅立叶变换步骤S12中，相对于包含强度谱函数A0(ω)以及相位谱函数ψn(ω)的频域的波形函数(数学式(a))进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换(数学式(c))，在傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束强度谱函数的置换(数学式(f))。在迭代傅立叶变换步骤S12中，通过多次反复进行这样的处理从而相位谱函数ψn(ω)接近对应于所期望的波形的相位谱形状。最终获得的相位谱函数ψIFTA(ω)接着被提供给调制图案计算步骤S3。
另外，在强度谱计算步骤S21中包含由迭代谱变换部23a进行的迭代傅立叶变换步骤S22、以及由滤波处理部23b进行的滤波处理步骤S23。
即，在迭代傅立叶变换步骤S22中，相对于包含强度谱函数Ak(ω)以及相位谱函数ψ0(ω)的频域的波形函数(数学式(g))进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换(数学式(i))，在傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换(数学式(m))。再有，在滤波处理步骤S23中，相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数进行去除超过根据输入光La的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理(数学式(n))。然后，通过多次反复进行这些迭代傅立叶变换步骤S22以及滤波处理步骤S23，从而强度谱函数Ak(ω)接近对应于所期望的波形的强度谱形状。最终获得的强度谱函数AIFTA(ω)接着被提供给调制图案计算步骤S3。
在调制图案计算步骤S3中，根据相位谱函数ψIFTA(ω)以及强度谱函数函数AIFTA(ω)计算出调制图案。该调制图案被呈现在SLM16。
以下，对由以上所说明的本发明的调制图案计算装置20以及调制图案计算方法获得的效果进行说明。
在本实施方式中，在强度谱设计的时候采用与相位谱不同的计算方法。这是由于，如果假如由与上述的相位谱相同的计算方法来计算强度谱的话则依据波长区域而会有计算出大于输入光的强度谱的强度谱的情况。
图7是表示这样的状态的一个例子的图，纵轴表示强度，横轴表示频率。另外，虚线G21表示输入光La(参照图1)的强度谱，实线G22表示被计算出的强度谱。在该例子中，在被计算出的强度谱G22上由阴影表示的区域D1超过输入光La的强度谱G21的强度。因为在输出光Ld中不能够实现这样的强度谱G22，所以即使根据该强度谱G22制作强度调制图案，输出光Ld的时间强度波形也不会成为所期望的波形。
在本实施方式中，为了避免这样的问题而在强度谱设计的时候相对于由傅里叶逆变换后获得的强度谱进行基于输入光La的强度谱的滤波处理。即，如图8的曲线G23所示去除超过根据输入光La的强度谱进行决定的每个波长的截止强度的部分(图7的区域D1)。
由此，能够将被提供给调制图案计算部24(调制图案计算步骤S3)的强度谱(函数AIFTA(ω))抑制到不超过输入光La的强度谱的程度。因此，根据本实施方式，能够使用迭代傅立叶变换来容易地计算用于使输出光Ld的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱。另外，例如与所谓一边测量成形后的光的波形一边到试行错误的末了决定强度谱的方法相比较，能够提高相对于所期望的波形的实现波形的精度。再有，因为强度损失被限定于图8的区域D2，所以与减小强度谱全体的情况相比较，能够将伴随于强度谱调制的强度损失抑制到较小。
另外，在本实施方式中由迭代傅立叶变换部23a进行的处理(迭代傅里叶变换步骤S22)和由滤波处理部23进行的处理(滤波处理步骤S23)被反复进行，但是，这些处理也可以分别只被进行一次。即使是这样的情况，也能够适当地获得上述的效果。但是，通过一边进行滤波处理一边反复进行迭代傅里叶变换，从而能够更加高精度地获得用于使输出光Ld的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱。
另外，如本实施方式那样，滤波处理中的每个波长的截止强度也可以与输入光La的强度谱大致相一致。由此，能够将被提供给调制图案计算部24(调制图案计算步骤S3)的强度谱作为输入光La的强度谱以下的强度并将强度损失抑制到最小限度。
(变形例)
在此，对上述实施方式的一个变形例进行说明。在上述实施方式中，相对于由傅里叶逆变换获得的函数(k)的强度谱函数Ck(ω)其本身进行滤波处理(数学式(n))，但是，也可以相对于被标准化的强度谱、即对强度谱函数Ck(ω)乘以用于标准化的系数a(a为大于0的实数)后的标准化强度谱函数Ck’(ω)＝a·Ck(ω)进行滤波处理。于是，调制图案计算部24(在调制图案计算步骤S3)也可以根据滤波处理后的标准化强度谱函数Ck’(ω)计算出调制图案。
图9是用于说明这样的处理的图表。图9(a)所表示的曲线G24是相对于图7所表示的曲线G22(即强度谱函数Ck(ω))乘以用于标准化的系数a(a＜1)后的标准化强度谱函数Ck’(ω)的一个例子。另外，图9(b)所表示的曲线G25是相对于曲线G24进行将曲线G21设定为截止强度的滤波处理的例子。即使是这样的计算方法也能够获得与上述实施方式相同的效果。还有，标准化系数例如也可以为使该系数的乘法计算后的强度谱函数Ck’(ω)的最大值与输入光La的强度谱的最大值大致相等的值，或者也可以小于该值。
接着，对由标准化系数的差异引起的强度谱形状的变化进行说明。图10是表示在作为所期望的时间强度波形而设定双脉冲(具有时间差的2个脉冲)的情况下使标准化系数变化的时候的强度损失与波形精度的关系的图表。还有，作为波形精度的指标，使用相对于所期望的波形的标准偏差。另外，将以强度谱函数Ck’(ω)的最大值与输入光La的强度谱的最大值相等的形式被标准化的情况(换言之，以输入光La的强度谱的最大值进行标准化的情况)下的系数设定为1.0，在图10中表示将标准化系数设定为1.0、0.75、0.5、以及0.25的情况下的节点(plot)P1～P4。
还有，图11以及图12表示将标准化系数分别设定为1.0、0.75的时候的强度谱(曲线G31)。图11以及图12的曲线G32是相位谱，且不取决于标准化系数而为一定。
如果参照图10的话，则可以了解到标准化系数的值越大，波形精度越差，但是越能够将强度损失抑制到较小。相反的，标准化系数的值越小，强度损失越增大，但是越能够进一步提高波形精度。在这样的权衡之下，只要对应于目的以及用途来决定适当的标准化系数即可。例如，在能够允许大的强度损失的情况下，通过减小标准化系数从而能够格外(直至标准偏差基本上成为零的程度)提高波形精度。
另外，在图10中，一并表示作为比较例的应用了COS型强度调制的情况下的节点P0。在此情况下，即使有50％的强度损失，标准偏差也成为0.008。相对于此，在本变形例中，在相同强度损失(50％)下的标准偏差成为0.0064。这样，在允许50％的强度损失的情况下，根据本变形例，与COS型强度调制相比较，能够提高波形精度20％。还有，图13表示应用了COS型强度调制的情况下的强度谱(曲线G33)。图13的曲线G34为相位谱。
接着，对由标准化系数的差异引起的脉冲状时间强度波形的时间宽度的变化进行说明。图14是表示在作为所期望的时间强度波形而设定(比转换限制(TL)脉冲的时间宽度更短的时间宽度的)单脉冲的情况下使标准化系数变化的时候的强度损失与半值全宽(FWHM)的关系的图表。在图14中表示将标准化系数设定为1.0、0.75、0.5以及0.25的情况下的节点P5～P8。还有，图15(a)以及图15(b)表示将标准化系数分别设定为1.0、0.5的时候的强度谱(曲线G41)。图15(a)以及图15(b)的曲线G42为相位谱，且不取决于标准化系数而为一定。
如果参照图14的话，则可以了解到标准化系数的值越大，脉冲时间宽度越长，但是越能够将强度损失抑制到较小。相反的，标准化系数的值越小，强度损失越增大，但是越能够进一步减短脉冲时间宽度。在这样的权衡之下，只要对应于目的以及用途来决定适当的标准化系数即可。
另外，根据本变形例，通过将标准化系数设为小于1.0，从而能够生成相位谱平坦且比没有进行强度调制的情况下的时间波形(称作为转换限制脉冲(TL脉冲)。FWHM为135.5fs)短的时间宽度的光脉冲。例如，在将标准化系数设定为0.25的情况下，与TL脉冲波形相比较，获得了时间宽度为大约20fs程度的短的波形。图16表示TL脉冲波形(G51)、以及将标准化系数设定为0.25的情况下的波形(G52)。
本发明的一个方面的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法以及调制图案计算程序并不限定于上述的实施方式以及变形例，能够进行其他各种变形。
例如，在上述实施方式中，计算用于使输出光的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱以及相位谱的双方，根据这些谱制作出被呈现于SLM的调制图案。然而，在本发明的装置以及方法中，也可以只计算出用于使输出光接近所期望的波形的强度谱并根据该强度谱和被预先准备(或者被选择)的相位谱制作调制图案。或者，也可以只计算出用于使输出光接近所期望的波形的强度谱并且制作出不调制相位谱而只调制强度谱的调制图案。
在上述实施方式的调制图案计算装置中，其构成为，是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的装置，具备：迭代傅里叶变换部，对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换；滤波处理部，相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理；调制图案计算部，根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案。
另外，在上述实施方式的调制图案计算方法中，其构成为，是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的方法，具备：迭代傅里叶变换步骤，对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换；滤波处理步骤，相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理；调制图案计算步骤，根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案。
另外，在上述实施方式的调制图案计算程序中，其构成为，使计算机作为计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的调制图案计算装置中的以下各部来进行工作：迭代傅立叶变换部，对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在该傅里叶逆变换后的频域中进行用于约束相位谱函数的置换；滤波处理部，相对于傅里叶逆变换后的频域中的强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数进行去除超过根据输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理；调制图案计算部，根据滤波处理后的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案。
在上述的装置、方法以及程序中，也可以反复进行由迭代傅立叶变换部进行的处理(迭代傅立叶变换步骤)、由滤波处理部进行的处理(滤波处理步骤)，在调制图案计算步骤中，调制图案计算部根据由反复后的滤波处理获得的强度谱函数或者标准化强度谱函数计算出调制图案。这样，通过一边进行滤波处理一边反复进行迭代傅里叶变换，从而能够更加高精度地获得用于使光的时间强度波形接近所期望的波形的强度谱。
在上述的装置、方法以及程序中，滤波处理中的每个波长的截止强度也可以与输入光的强度谱相一致。由此，能够将被提供给调制图案计算部(调制图案计算步骤)的强度谱作为输入光的强度谱以下的强度并将强度损失抑制到最小限度。
在上述的装置、方法以及程序中，系数也可以是使由标准化强度谱函数表示的强度谱的最大值与输入光的强度谱的最大值大致相等的值。
另外，在上述实施方式的光控制装置中，其构成为，具备上述任意一个调制图案计算装置、输出输入光的光源、对输入光进行分光的分光元件、调制分光后的输入光的强度谱并输出调制光的空间光调制器、对调制光进行聚光的光学系统。空间光调制器呈现由上述的调制图案计算装置计算出的调制图案。
根据该装置，通过具备上述任意一个调制图案计算装置，从而能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱。
产业上的利用可能性
本发明能够作为能够容易地计算出用于使光的时间波形接近所期望的波形的强度谱的调制图案计算装置、光控制装置、调制图案计算方法、调制图案计算程序以及存储介质来进行利用。
符号的说明
1A…光控制装置、2…光源、10…光学系统、12…分光元件、14…曲面镜、16…空间光调制器(SLM)、17…调制面、17a…调制区域、20…调制图案计算装置、21…任意波形输入部、22…相位谱设计部、22a…迭代傅立叶变换部、23…强度谱设计部、23a…迭代傅立叶变换部、23b…滤波处理部、24…调制图案计算部、La…输入光、Ld…输出光。

Claims (11)

1.一种调制图案计算装置，其特征在于：
是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的装置，
具备：
迭代傅里叶变换部，对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换，在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所述所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换，在该傅里叶逆变换后的所述频域中进行用于约束所述相位谱函数的置换；
滤波处理部，相对于所述傅里叶逆变换后的所述频域中的所述强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数，进行去除超过根据所述输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理；以及
调制图案计算部，根据所述滤波处理后的所述强度谱函数或者所述标准化强度谱函数，计算出所述调制图案。
2.如权利要求1所述的调制图案计算装置，其特征在于：
反复进行由所述迭代傅立叶变换部进行的处理、以及由所述滤波处理部进行的处理，
所述调制图案计算部根据由所述反复后的所述滤波处理获得的所述强度谱函数或者所述标准化强度谱函数，计算出所述调制图案。
3.如权利要求1或者2所述的调制图案计算装置，其特征在于：
所述滤波处理中的所述每个波长的截止强度与所述输入光的强度谱大致一致。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的调制图案计算装置，其特征在于：
所述系数是使由所述标准化强度谱函数表示的强度谱的最大值与所述输入光的强度谱的最大值大致相等的值。
5.一种光控制装置，其特征在于：
具备：
权利要求1～4中的任意一项所述的调制图案计算装置；
输出所述输入光的光源；
对所述输入光进行分光的分光元件；
调制分光后的所述输入光的强度谱并输出调制光的所述空间光调制器；以及
对所述调制光进行聚光的光学系统，
所述空间光调制器呈现由所述调制图案计算装置计算出的所述调制图案。
6.一种调制图案计算方法，其特征在于：
是计算呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的方法，
具备：
对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换的步骤；
在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所述所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换的步骤；
在该傅里叶逆变换后的所述频域中进行用于约束所述相位谱函数的置换的步骤；
相对于所述傅里叶逆变换后的所述频域中的所述强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数，进行去除超过根据所述输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理的步骤；以及
根据所述滤波处理后的所述强度谱函数或者所述标准化强度谱函数，计算出所述调制图案的步骤。
7.如权利要求6所述的调制图案计算方法，其特征在于：
反复进行进行所述傅里叶变换的步骤、进行所述傅里叶逆变换的步骤、进行所述置换的步骤、以及进行所述滤波处理的步骤，
在计算所述调制图案的步骤中，根据由所述反复后的所述滤波处理获得的所述强度谱函数或者所述标准化强度谱函数，计算出所述调制图案。
8.如权利要求6或者7所述的调制图案计算方法，其特征在于：
所述滤波处理中的所述每个波长的截止强度与所述输入光的强度谱大致一致。
9.如权利要求6～8中的任意一项所述的调制图案计算方法，其特征在于：
所述系数是使由所述标准化强度谱函数表示的强度谱的最大值与所述输入光的强度谱的最大值大致相等的值。
10.一种调制图案计算程序，其特征在于：
是使计算机计算出呈现于为了使光的时间强度波形接近所期望的波形而调制输入光的强度谱的空间光调制器的调制图案的程序，
使所述计算机执行：
对包含强度谱函数以及相位谱函数的频域的波形函数进行傅里叶变换的步骤；
在该傅里叶变换后的时域中进行了基于所述所期望的波形的时间强度波形函数的置换之后进行傅里叶逆变换的步骤；
在该傅里叶逆变换后的所述频域中进行用于约束所述相位谱函数的置换的步骤；
相对于所述傅里叶逆变换后的所述频域中的所述强度谱函数、或者对该强度谱函数乘以用于标准化的系数后的标准化强度谱函数，进行去除超过根据所述输入光的强度谱决定的每个波长的截止强度的部分的滤波处理的步骤；以及
根据所述滤波处理后的所述强度谱函数或者所述标准化强度谱函数，计算出所述调制图案的步骤。
11.一种非瞬态存储介质，其特征在于：
保存有权利要求10所述的调制图案计算程序。
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