DE102021118071A1

DE102021118071A1 - Lichtformungsvorrichtung und Verfahren zur Lichtformung

Info

Publication number: DE102021118071A1
Application number: DE102021118071.6A
Authority: DE
Inventors: Koyo Watanabe; Naoya Matsumoto; Hisanari TAKAHASHI; Kyohei Shigematsu; Takashi Inoue
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2022-01-20
Also published as: US20220019094A1; JP7436311B2; JP2022017987A

Abstract

Es wird eine Lichtformungsvorrichtung 1 bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Intensitätsmodulationseinheit 3, die eine Spektralintensität eines optischen Impulses moduliert, der Eingangslicht L1 ist, und den optischen Impuls, dessen zeitliche Breite verengt ist, als Ausgangslicht L2 ausgibt. Die Intensitätsmodulationseinheit 3 moduliert die Spektralintensität des optischen Impulses mit einer Maske M, die durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr von einer Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts L1 und eine Wellenlängenbreite W ausgedrückt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtformungsvorrichtung und ein Lichtformungsverfahren.
Hintergrund
In den letzten Jahren wurden Forschung und Entwicklung einer Lichtformungstechnologie zur Verschmälerung der zeitlichen Breite eines optischen Impulses vorangetrieben. Der optische Impuls (z. B. ein ultrakurzer optischer Impuls), dessen zeitliche Breite unter Verwendung der Lichtformungstechnologie verschmälert wird, wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Laserbearbeitung, der Erzeugung und Messung von Terahertz-Wellen und in einem Lasermikroskop-System. Es wird davon ausgegangen, dass eine weitere Verschmälerung der zeitlichen Breite zu einer Verbesserung der Leistung in den jeweiligen Anwendungen beiträgt. Beispiele für diese Art von Technologie umfassen eine Lichtsteuerungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 (japanische, nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2016-218141) beschrieben ist. In der in dieser Patentliteratur 1 beschriebenen Lichtsteuerungsvorrichtung wird ein Intensitätsspektrum eines eingegebenen optischen Pulses durch einen räumlichen Lichtmodulator moduliert. Bei der Modulation des Intensitätsspektrums des optischen Impulses wird ein Modulationsmuster berechnet, das dem räumlichen Lichtmodulator vorgegeben wird, und eine Zeitintensitätswellenform des optischen Impulses zu einer gewünschten Wellenform geformt.
Zusammenfassung
In der in der zuvor erwähnten Patentliteratur 1 beschriebenen Lichtsteuerungsvorrichtung wird aufgrund der Optimierung des Modulationsmusters, das dem räumlichen Lichtmodulator vorgegeben wird, ein Intensitätsmuster erhalten, das sich kontinuierlich in Bezug auf eine Wellenlänge ändert. In der Lichtsteuerungsvorrichtung wird eine Verschmälerung der zeitlichen Breite um ca. 15% realisiert, indem ein Intensitätsverlust von ca. 60% zugelassen wird. In Erwartung einer Zunahme der Anwendungen des optischen Impulses, dessen zeitliche Breite durch die Lichtformungstechnologie verengt wird, und einer industriellen Belebung, die mit der Zunahme der Anwendungen einhergeht, ist eine Technologie erwünscht, die in der Lage ist, eine weitere Verbesserung der Verschmälerung der zeitlichen Breite in Bezug auf den Intensitätsverlust des optischen Impulses zu geringen Kosten zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das Problem zu lösen, und ein Ziel davon ist es, eine Lichtformungsvorrichtung und ein Lichtformungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite in Bezug auf einen Intensitätsverlust eines optischen Impulses zu geringen Kosten zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtformungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: eine Intensitätsmodulationseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spektralintensität eines optischen Impulses moduliert, der Eingangslicht ist, und den optischen Impuls, dessen zeitliche Breite verengt ist, als Ausgangslicht ausgibt. Die Intensitätsmodulationseinheit moduliert die Spektralintensität des Eingangslichts mit einer Maske, die durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr und eine Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird.
Die Lichtformungsvorrichtung moduliert die Spektralintensität des Eingangslichts mit der Maske, die durch die Anfangswellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W von der Anfangswellenlänge λr ausgedrückt wird. Demnach wird die Verschmälerung einer zeitlichen Breite, die eine theoretische Grenze im Fall der Modulation einer Spektralphase überschreitet, möglich, wodurch die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite in Bezug auf einen Intensitätsverlust des optischen Pulses verbessert werden kann. Darüber hinaus sind die Parameter der Maske relativ einfach, und es ist keine kontinuierliche oder hochgenaue Intensitätsmodulation in Bezug auf jede Spektralkomponente erforderlich. Dementsprechend ist es möglich, die Intensitätsmodulationseinheit zu konstruieren, ohne einen teuren Intensitätsmodulator vorzusehen. Infolgedessen kann eine Kostenreduzierung der Lichtformungsvorrichtung realisiert werden.
Die Maske kann so eingestellt werden, dass sie symmetrisch in Bezug auf eine Mittenwellenlänge des Eingangslichts ist. Bei Verwendung einer solchen Maske kann die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite in Bezug auf den Intensitätsverlust des optischen Impulses weiter verbessert werden.
Die Lichtformungsvorrichtung kann ferner eine Berechnungseinheit enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Intensitätsverlustrate und/oder einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts berechnet. In diesem Fall führt die Berechnungseinheit eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Intensitätsverlustrate und der Verschmälerungsrate durch. Entsprechend kann die Zweckdienlichkeit der Lichtformungsvorrichtung verbessert werden.
Die Berechnungseinheit kann die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Spitzenintensität und/oder eines Erscheinungszeitbereichs einer Nebenkeule des Ausgangslichts berechnen. In diesem Fall führt die Berechnungseinheit eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Nebenkeule durch. Dementsprechend kann der Nutzen der Lichtformungsvorrichtung weiter verbessert werden.
Die Berechnungseinheit kann einen Einstellwert der Maske, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Werts der Spitzenintensität und/oder des Erscheinungszeitbereichs der Nebenkeule des Ausgangslichts berechnen. In diesem Fall führt die Berechnungseinheit eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Nebenkeule durch. Dementsprechend kann der Nutzen der Lichtformungsvorrichtung weiter verbessert werden.
Die Berechnungseinheit kann eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts zur Kompensation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts auf der Basis von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske berechnen, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird. In diesem Fall kann die Spitzenintensität des Ausgangslichts derart kompensiert werden, dass sie einem Fall entspricht, in dem keine Intensitätsmodulation unter Verwendung der Maske durchgeführt wird.
Die Intensitätsmodulationseinheit kann ein Demultiplex-Element, das so konfiguriert ist, dass es das Eingangslicht für jede Wellenlänge demultiplext, ein Intensitätsmodulationselement, das so konfiguriert ist, dass es eine vorbestimmte Spektralkomponente in dem Eingangslicht, das von dem Demultiplex-Element demultiplext wird, schneidet, und ein Multiplexelement, das so konfiguriert ist, dass es die von dem Intensitätsmodulationselement ausgegebenen Spektralkomponenten multiplext, umfassen. In diesem Fall kann die Intensitätsmodulationseinheit, die die Spektralintensität des Eingangslichts moduliert, in einer einfachen Konfiguration realisiert werden.
Das Intensitätsmodulationselement kann durch einen räumlichen Lichtmodulator gebildet werden. In diesem Fall kann die Maske aufgrund eines Phasenmusters, das dem räumlichen Lichtmodulator vorgelegt wird, dynamisch und in einem höheren Freiheitsgrad gebildet werden.
Das Intensitätsmodulationselement kann durch eine Abschirmplatte gebildet werden. In diesem Fall kann die Maske eine einfache Konfiguration aufweisen, und es kann eine weitere Kostenreduzierung der Lichtformungsvorrichtung realisiert werden.
Das Intensitätsmodulationselement kann durch einen oder mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel gebildet werden. In diesem Fall kann die Maske eine einfache Konfiguration aufweisen, und eine weitere Reduzierung der Kosten der Lichtformungsvorrichtung kann realisiert werden.
Die Intensitätsmodulationseinheit kann aus einem oder mehreren dielektrischen Mehrschichtfolienspiegeln aufgebaut sein. In diesem Fall kann die einfach ausgebildet werden, und es kann eine weitere Kostenreduzierung der Lichtformungsvorrichtung realisiert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Lichtformung bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Modulieren einer Spektralintensität eines optischen Impulses, der Eingangslicht ist, und Ausgeben des optischen Impulses, dessen zeitliche Breite verschmälert ist, als Ausgangslicht. Bei der Modulation wird die Spektralintensität des Eingangslichts mit einer Maske moduliert, die durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr und eine Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird.
Bei dem Lichtformungsverfahren wird die Spektralintensität des Eingangslichts mit der Maske moduliert, die durch die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird. Demnach wird die Verschmälerung einer zeitlichen Breite, die eine theoretische Grenze im Falle der Modulation einer Spektralphase überschreitet, möglich, und eine zeitliche Breitenverschmälerungsrate in Bezug auf einen Intensitätsverlust des optischen Pulses kann verbessert werden. Darüber hinaus sind die Parameter der Maske relativ einfach, und somit ist keine kontinuierliche oder hochgenaue Intensitätsmodulation in Bezug auf jede Spektralkomponente erforderlich. Dementsprechend ist es möglich, eine Verschmälerung der zeitlichen Breite des optischen Pulses durchzuführen, ohne einen teuren Intensitätsmodulator vorzusehen. Dadurch kann eine Reduzierung der Kosten für die Lichtformung realisiert werden.
Bei der Modulation kann die Maske so eingestellt werden, dass sie symmetrisch in Bezug auf eine Mittenwellenlänge des Eingangslichts ist. Bei Verwendung einer solchen Maske kann die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite in Bezug auf den Intensitätsverlust des optischen Impulses weiter verbessert werden.
Das Verfahren zur Lichtformung kann ferner die Berechnung von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Intensitätsverlustrate und/oder einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts umfassen. In diesem Fall wird im Berechnungsschritt eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Intensitätsverlustrate und der Verschmälerungsrate vorgenommen. Dementsprechend kann die Lichtformung einfach verbessert werden.
Bei der Berechnung können die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Werts einer Spitzenintensität und/oder einem Erscheinungszeitbereich einer Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet werden. In diesem Fall wird im Berechnungsschritt eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Nebenkeule vorgenommen. Dementsprechend kann die Lichtformung einfach verbessert werden.
Bei der Berechnung kann ein Einstellwert der Maske, der bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Werts der Spitzenintensität und/oder des Erscheinungszeitbereichs der Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet werden. In diesem Fall wird im Berechnungsschritt eine optimale Einstellung der Maske unter Berücksichtigung der Nebenkeule vorgenommen. Dementsprechend kann die Lichtformung einfach verbessert werden.
Bei der Berechnung kann eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts zur Kompensation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts auf der Grundlage von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, berechnet werden. In diesem Fall kann die Spitzenintensität des Ausgangslichts so kompensiert werden, dass sie einem Fall entspricht, in dem keine Intensitätsmodulation mit der Maske durchgeführt wird.
Bei der Intensitätsmodulation kann die Spektralintensität des Eingangslichts unter Verwendung eines Demultiplex-Elements, das so konfiguriert ist, dass es das Eingangslicht für jede Wellenlänge demultiplext, eines Intensitätsmodulationselements, das so konfiguriert ist, dass es eine vorbestimmte Spektralkomponente im Eingangslicht, das durch das Demultiplex-Element demultiplext wird, ausschneidet, und eines Multiplexelements, das so konfiguriert ist, dass es die vom Intensitätsmodulationselement ausgegebenen Spektralkomponenten multiplext, moduliert werden. In diesem Fall kann der Intensitätsmodulationsschritt der Modulation der Spektralintensität des Eingangslichts in einer einfachen Konfiguration durchgeführt werden.
Als Intensitätsmodulationselement kann ein räumlicher Lichtmodulator verwendet werden. In diesem Fall kann die Maske aufgrund eines Phasenmusters, das dem räumlichen Lichtmodulator vorgelegt wird, dynamisch und in einem höheren Freiheitsgrad gebildet werden.
Als Intensitätsmodulationselement kann ein Abschirmblech verwendet werden. In diesem Fall kann die Maske in einer einfachen Konfiguration gebildet und eine weitere Reduzierung der Kosten für die Lichtformung realisiert werden.
Als Intensitätsmodulationselement kann ein oder eine Vielzahl von dielektrischen Mehrschichtfolienspiegeln verwendet werden. In diesem Fall kann die Maske in einer einfachen Konfiguration gebildet und eine weitere Reduzierung der Kosten für die Lichtformung realisiert werden.
Bei der Modulation kann die Spektralintensität des Eingangslichts durch Verwendung eines oder mehrerer dielektrischer Mehrschichtspiegel moduliert werden. In diesem Fall kann die Maske in einer einfachen Konfiguration gebildet und eine weitere Reduzierung der Kosten der Lichtformungsvorrichtung realisiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Pulsbreitenverschmälerung in Bezug auf den Intensitätsverlust des optischen Pulses mit geringem Aufwand verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtformungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Spektralkurve mit einer Gaußschen Form zeigt.
2B ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform zeigt, die der in 2A gezeigten Spektralwellenform entspricht.
3A ist eine Ansicht, die eine Wellenform zeigt, die durch Anwendung einer cosinus-ähnlichen Modulation auf die in 2A gezeigte Spektralwellenform erhalten wird.
3B ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform zeigt, die der in 3A gezeigten Spektralwellenform entspricht.
4 ist eine Ansicht, die eine Maske (Einzelmaske) zeigt, die in einer Intensitätsmodulationseinheit verwendet werden kann.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt.
8A ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt.
8B ist eine Ansicht, die die Reflexionseigenschaften eines dielektrischen Mehrschichtfolienspiegels auf einer Seite zeigt.
8C ist eine Ansicht, die die Reflexionseigenschaften eines dielektrischen Mehrschichtfolienspiegels auf der anderen Seite zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Lichtformungsvorrichtung zeigt.
11A ist eine Ansicht, die eine Variation der zeitlichen Breite des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter einer Maske geändert werden.
11B ist eine Ansicht, die ein Ergebnis in der Nähe einer Mittenwellenlänge in 11A in vergrößerter Form zeigt.
12 ist eine Ansicht, die eine Variation einer Intensitätsverlustrate des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
13 ist eine Ansicht, die eine Variation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
14 ist eine Ansicht, die die Leistung des Eingangslichts zeigt, die für die Kompensation der Spitzenintensität erforderlich ist.
15 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Genauigkeit der Maske und der zeitlichen Breite des Ausgangslichts zeigt.
16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Nebenkeule zeigt, die in einer zeitlichen Wellenform des Ausgangslichts erscheint.
17 ist eine Ansicht, die eine Variation einer Spitzenintensität der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
18 ist eine Ansicht, die eine Variation der Erscheinungszeit der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
19 ist eine Ansicht, die eine Maske (Doppelmaske) zeigt, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet werden kann.
20 ist eine Ansicht, die eine Variation einer zeitlichen Breite des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
21 ist eine Ansicht, die eine Variation der Spitzenintensität der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden.
22A ist eine Ansicht, die ein Modell der Einzelmaske in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsverlustrate als konstant eingestellt ist.
22B ist eine Ansicht, die die zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsmodulation unter Verwendung der Maske in 22A durchgeführt wird.
23A ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Modell der Doppelmaske in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsverlustrate als konstant eingestellt ist.
23B ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Modell der Doppelmaske in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsverlustrate als konstant eingestellt ist.
23C ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Modell der Doppelmaske in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsverlustrate als konstant eingestellt ist.
24 ist eine Ansicht, die die zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsmodulation unter Verwendung der in 23A bis 23C dargestellten Masken durchgeführt wird.

Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Lichtformungsvorrichtung und eines Lichtformungsverfahrens gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
[Schematischer Aufbau der Lichtformungsvorrichtung]
1 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration der Lichtformungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst eine Lichtformungsvorrichtung 1 eine Lichtquelle 2, eine Intensitätsmodulationseinheit 3, die optisch mit der Lichtquelle 2 verbunden ist, und eine Berechnungseinheit 4, die die Modulationsbedingungen in der Intensitätsmodulationseinheit 3 berechnet. Die Lichtquelle 2 ist z. B. eine Laserlichtquelle, die als Festkörperlaserlichtquelle bezeichnet wird, und gibt kohärentes Impulslicht als Eingangslicht L1 an die Intensitätsmodulationseinheit 3 aus. Die Intensitätsmodulationseinheit 3 moduliert eine Spektralintensität eines optischen Impulses, der das Eingangslicht L1 ist, und gibt den optischen Impuls, dessen zeitliche Breite verschmälert ist, als Ausgangslicht L2 aus.
Eine Spektralwellenform des optischen Impulses und eine zeitliche Wellenform sind einander in einer Fourier-Transformationsbeziehung zugeordnet. Zum Beispiel ist 2A eine Ansicht, die ein Beispiel einer Spektralwellenform mit einer Gaußschen Form zeigt, und 2B ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform zeigt, die der Spektralwellenform entspricht. Darüber hinaus ist 3A eine Ansicht, die eine Wellenform zeigt, die durch Anwendung einer cosinus-ähnlichen Modulation auf die in 2A gezeigte Spektralwellenform erhalten wird, und 3B ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform zeigt, die der Spektralwellenform entspricht. Wie in den Zeichnungen gezeigt, ändert sich die zeitliche Wellenform entsprechend der Änderung, wenn mindestens eine Phase oder eine Intensität der Spektralwellenform variiert.
Die Lichtformung in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet die Fourier-Transformationsbeziehung. Wenn bei der Lichtformung eine Maske (Filterung) M auf die Spektralwellenform des Eingangslichts L1 angewendet wird, wird eine Verbesserung einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate in Bezug auf einen Intensitätsverlust des optischen Impulses zu geringen Kosten realisiert. 4 ist eine Ansicht, die eine Maske zeigt, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet werden kann. Wie in der gleichen Zeichnung dargestellt, wird die Maske M durch zwei Parameter ausgedrückt, einschließlich einer Anfangs-Endwellenlänge λr und einer Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr. In 4 ist die Maske M so eingestellt, dass sie symmetrisch in Bezug auf eine Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts L1 ist.
Dabei ist die Anfangs-Endwellenlänge λr definiert als eine Wellenlänge auf einer Seite, die nahe der Mittenwellenlänge λ0 liegt, zwischen beiden Enden in einem Wellenlängenbereich, der durch eine Wellenlängenbreite W ausgedrückt wird. In einer Maske M auf einer langen Wellenlängenseite im Vergleich zur Mittenwellenlänge λ0 wird ein Ende auf einer kurzen Wellenlängenseite im Wellenlängenbereich der Maske M zur Anfangs-Endwellenlänge λr, und eine abschließende Endwellenlänge wird λr + W. In einer Maske M auf einer kurzen Wellenlängenseite im Vergleich zur Mittenwellenlänge λ0 wird ein Ende auf einer langen Wellenlängenseite im Wellenlängenbereich der Maske M zur Anfangs-Endwellenlänge λr, und die abschließende Endwellenlänge wird λr - W. In 4 ist ein Paar von Masken (Einzelmasken) symmetrisch in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 dargestellt, aber ein Einstellwert der Maske M ist nicht darauf beschränkt, und eine Vielzahl von Maskenpaaren (Mehrfachmasken) symmetrisch in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 kann eingestellt werden.
Bezugnehmend auf 1 sit die Berechnungseinheit 4 z. B. aus einem Computersystem mit einem Prozessor, einem Speicher und dergleichen gebildet. Beispiele für das Computersystem sind ein PC, ein Mikrocomputer, ein Cloud-Server und ein Smart-Gerät (ein Smartphone, ein Tablet o. Ä.). Die Berechnungseinheit 4 kann aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einer integrierten Schaltung wie eine im Feld programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA) bestehen.
Die Berechnungseinheit 4 berechnet Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes von mindestens einer Intensitätsverlustrate und einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts L2. Der zulässige Wert der Intensitätsverlustrate und der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate wird z. B. durch die Annahme einer Eingabe von einem Benutzer der Lichtformungsvorrichtung 1 mit einer Eingabeeinheit wie einer Tastatur ermittelt. Eine Beziehung zwischen der Anfangswellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W sowie der Intensitätsverlustrate und der Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite wird später beschrieben.
Darüber hinaus berechnet die Berechnungseinheit 4 Einstellwerte der Anfangswellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, und einen Einstellwert der Maske M auf der Grundlage eines zulässigen Wertes von mindestens einer Spitzenintensität und einem Erscheinungszeitbereich einer Nebenkeule des Ausgangslichts L2. Die Nebenkeule ist Licht hoher Ordnung, das auf beiden Seiten eines Hauptpulses im Pulslicht erscheint (siehe 16). Eine Beziehung zwischen den Einstellwerten der Anfangswellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W und des Einstellwertes der Maske M sowie der Spitzenintensität und dem Erscheinungszeitbereich der Nebenkeule des Ausgangslichts L2 wird später beschrieben.
Darüber hinaus kann die Berechnungseinheit 4 eine Lesitungsvergrößerung des Eingangslichts L1 zur Kompensation der Spitzenintensität des Ausgangslichts L2 auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses der Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, berechnen. In dem Aspekt von 1 sind die Berechnungseinheit 4 und die Lichtquelle 2 in einer kommunikationsfähigen Weise miteinander verbunden, und ein Steuersignal zur Steuerung der Leistung des Eingangslichts L1 auf der Basis des Berechnungsergebnisses der Leistungsvergrößerung des Eingangslichts L1 in der Berechnungseinheit 4 wird von der Berechnungseinheit 4 an die Lichtquelle 2 ausgegeben.
[Konfigurationsbeispiel der Intensitätsmodulationseinheit]
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt. Wie in 5 dargestellt, enthält die Intensitätsmodulationseinheit 3 ein Demultiplex-Element 11, das das Eingangslicht L1 für jede Wellenlänge demultiplext, ein Intensitätsmodulationselement 12, das eine vorbestimmte Spektralkomponente in dem Eingangslicht L1 abschneidet, das durch das Demultiplex-Element 11 demultiplext wird, und ein Multiplexelement 13, das eine Spektralkomponente multiplexiert, die von dem Intensitätsmodulationselement 12 ausgegeben wird.
Als Demultiplex-Element 11 und Multiplexelement 13 können beispielsweise ein Beugungsgitter, ein Prisma, ein Gitter oder ähnliches verwendet werden. Das Beugungsgitter kann ein beliebiges Beugungsgitter vom Reflexionstyp und ein Beugungsgitter vom Transmissionstyp sein und kann bei Bedarf mit einer Linse oder dergleichen kombiniert werden. Darüber hinaus können das Demultiplex-Element 11 und das Multiplexelement 13 durch die Kombination eines Faser-Bragg-Gitters und einer Linse konfiguriert werden. In diesem Fall kann eine Intensitätsmodulationseinheit 3 vom Typ Fasereingang und -ausgang konfiguriert werden. Als Intensitätsmodulationselement 12 kann z. B. ein räumlicher Lichtmodulator (SLM), eine Abschirmplatte, ein dielektrischer Mehrschichtfolienspiegel o. ä. verwendet werden.
In einem in 5 dargestellten Beispiel bestehen das Demultiplex-Element 11 und das Multiplexelement 13 aus einem Beugungsgitter vom Reflexionstyp 21, und das Intensitätsmodulationselement 12 besteht aus einem räumlichen Lichtmodulator 22. Das Eingangslicht L1, das durch das Reflexionsbeugungsgitter 21, das das Demultiplex-Element 11 ist, reflektiert wird, wird durch eine Linse 23 zu parallelem Licht und fällt auf den räumlichen Lichtmodulator 22. Der räumliche Lichtmodulator 22 ist zum Beispiel ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenmodulationstyp. Der räumliche Lichtmodulator 22 schneidet eine Spektralkomponente, die der Maske M entspricht, indem er ein vorbestimmtes Beugungsgittermuster auf eine Phasenmodulationsebene legt.
Das Beugungsgittermuster, das der Phasenmodulationsebene des räumlichen Lichtmodulators 22 vorgegeben wird, wird von einer Modulationsmusterberechnungsvorrichtung (nicht dargestellt) berechnet. Die Modulationsmusterberechnungsvorrichtung ist beispielsweise elektrisch mit der Berechnungseinheit 4 verbunden, und auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M in der Berechnungseinheit 4 berechnet die Modulationsmusterberechnungsvorrichtung ein Beugungsgittermuster entsprechend dem Berechnungsergebnis. Licht, dessen Intensität durch den räumlichen Lichtmodulator 22 moduliert wird, wird in einer Linse 24 gesammelt und durch das Reflexionsbeugungsgitter 21, das das Multiplexelement 13 ist, in das Ausgangslicht L2 gemultiplext. Das Ausgangslicht L2 ist Impulslicht, dessen zeitliche Breite im Vergleich zum Eingangslicht L1 weiter verschmälert ist.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt. Das in der Zeichnung dargestellte Beispiel unterscheidet sich von dem Aspekt in 5 dadurch, dass das Demultiplex-Element 11 und das Multiplexelement 13 durch ein Beugungsgitter 25 vom Transmissionstyp gebildet werden. Auch in diesem Aspekt wird eine Spektralkomponente, die der Maske M entspricht, geschnitten, indem ein vorbestimmtes Beugungsgittermuster der Phasenmodulationsebene des räumlichen Lichtmodulators 22 vorgelegt wird. Dementsprechend kann als Ausgangslicht L2 Impulslicht erhalten werden, dessen zeitliche Breite im Vergleich zum Eingangslicht L1 weiter verschmälert ist.
7 ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt. In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel werden das Demultiplex-Element 11 und das Multiplexelement 13 durch das Reflexionsbeugungsgitter 21 gebildet, und das Intensitätsmodulationselement 12 wird durch eine Abschirmplatte 26 gebildet. Die Abschirmplatte 26 ist mit einem Abschirmabschnitt 26a, der Licht abschirmt, und einem Übertragungsabschnitt 26b versehen, durch den Licht in einem vorbestimmten Muster übertragen wird. Eine der Maske M entsprechende Spektralkomponente wird durch das Abschirmabschnitt 26a abgeschnitten, und somit kann als Ausgangslicht L2 Impulslicht erhalten werden, dessen zeitliche Breite im Vergleich zum Eingangslicht L1 weiter verschmälert ist. Bei diesem Aspekt werden beispielsweise mehrere Abschirmplatten 26, bei denen sich die Muster des Abschirmabschnitts 26a und des Übertragungsabschnitts 26b voneinander unterscheiden, im Voraus hergestellt, und die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M sowie ein Einstellwert der Maske M können durch Schalten der Abschirmplatten 26, die auf einem optischen Pfad des Eingangslichts L1 angeordnet sind, durch eine Schalteinheit geändert werden.
8A ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt. In dem in 8A dargestellten Beispiel werden das Demultiplex-Element 11 und das Multiplexelement 13 durch das Beugungsgitter 25 vom Transmissionstyp gebildet, und das Intensitätsmodulationselement 12 wird durch einen oder mehrere (hier zwei) dielektrische Mehrschichtfolienspiegel 27 gebildet. Die dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27 dienen als sogenannter Bandstoppfilter. Wie in 8B gezeigt, hat der dielektrische Mehrschichtfolienspiegel 27 auf einer Seite einen hohen Reflexionsgrad in einem Band, das der Anfangswellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W auf einer längeren Wellenlängenseite im Vergleich zu der Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts entspricht. Wie in 8C gezeigt, hat der dielektrische Mehrschichtfolienspiegel 27 auf der anderen Seite einen hohen Reflexionsgrad in einem Band, das der Anfangswellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W auf einer kürzeren Wellenlängenseite im Vergleich zur Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts entspricht.
Eine der Maske M entsprechende Spektralkomponente wird von den dielektrischen Mehrschichtfolienspiegeln 27 abgeschnitten, und so kann als Ausgangslicht L2 Impulslicht erhalten werden, dessen zeitliche Breite im Vergleich zum Eingangslicht L1 weiter verschmälert ist. Gemäß diesem Aspekt werden beispielsweise mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel 27 mit unterschiedlichen Reflexionsbändern im Voraus vorbereitet, und die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M sowie der Einstellwert der Maske M können durch Schalten der auf einem optischen Pfad des Eingangslichts L1 angeordneten dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27 mittels einer Schalteinheit geändert werden.
9 ist eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit zeigt. Das in derselben Zeichnung dargestellte Beispiel unterscheidet sich von dem in 5 bis 7 und 8A dargestellten Aspekt dadurch, dass die Intensitätsmodulationseinheit 3 aus nur einem oder mehreren (hier zwei) dielektrischen Mehrschichtfolienspiegeln 27 besteht. Auch gemäß diesem Aspekt wird eine der Maske M entsprechende Spektralkomponente durch die dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27 abgeschnitten, und somit kann als Ausgangslicht L2 Impulslicht erhalten werden, dessen zeitliche Breite im Vergleich zum Eingangslicht L1 weiter verengt ist. Es sollte beachtet werden, dass z. B. die Reflexionsbänder der beiden dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27 die gleichen sind, wie in 8B und 8C gezeigt. Die Konfiguration, in der die dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27, die auf dem optischen Pfad des Eingangslichts L1 angeordnet sind, durch die Schalteinheit geschaltet werden, ist ebenfalls die gleiche wie im Fall von 8A.
[funktionsweise der Lichtformungsvorrichtung]
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb der oben beschriebenen Lichtformungsvorrichtung zeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird in der Lichtformungsvorrichtung 1 zunächst eine Eingabe zulässiger Werte der Intensitätsverlustrate und der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts L2 empfangen (Schritt S01). Außerdem wird eine Eingabe von zulässigen Werten einer Spitzenintensität und eines Erscheinungszeitbereichs einer Nebenkeule des Ausgangslichts L2 empfangen (Schritt S02). Anschließend werden die Parameter der Maske M auf der Grundlage der eingegebenen zulässigen Werte eingestellt. Insbesondere werden in der Berechnungseinheit 4 Einstellwerte für die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W der Maske M berechnet (Schritt S03). Darüber hinaus wird ein Einstellwert der Maske M berechnet (Schritt S04). Außerdem wird eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts L1 auf der Basis der Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M berechnet (Schritt S05).
Nach der Berechnung der Parameter der Maske M erfolgt die Einstellung der Intensitätsmodulationseinheit 3, so dass eine Maske auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses gebildet wird (Schritt S06). Der Einstellungsinhalt der Intensitätsmodulationseinheit 3 ist je nach dem Aspekt der Intensitätsmodulationseinheit 3 unterschiedlich. Im Fall der Verwendung des räumlichen Lichtmodulators 22 als die Intensitätsmodulationseinheit 3 wird dem räumlichen Lichtmodulator 22 ein Phasenmuster vorgegeben, und im Fall der Verwendung der Abschirmplatte 26 oder des dielektrischen Mehrschichtfolienspiegels 27 als die Intensitätsmodulationseinheit 3 wird das Schalten der Abschirmplatte 26 oder des dielektrischen Mehrschichtfolienspiegels 27, die auf einem optischen Pfad des Eingangslichts L1 angeordnet sind, durchgeführt.
Nach der Einstellung der Intensitätsmodulationseinheit 3 wird die Einstellung der Lichtquelle 2 basierend auf dem Berechnungsergebnis in Schritt S05 (Einstellung der Leistung des Eingangslichts L1) durchgeführt (Schritt S07), und die Ausgabe eines optischen Impulses, der zum Eingangslicht L1 wird, wird von der Lichtquelle 2 auf der Basis der Einstellung initiiert (Schritt S08). Das von der Lichtquelle 2 ausgegebene Eingangslicht L1 wird in die Intensitätsmodulationseinheit 3 eingegeben, und in der Intensitätsmodulationseinheit 3 wird eine Spektralintensität unter Verwendung der eingestellten Maske M moduliert (Schritt S09). Aufgrund der Modulation der Spektralintensität unter Verwendung der Maske M wird ein optischer Impuls, dessen zeitliche Breite verengt ist, von der Intensitätsmodulationseinheit 3 als Ausgangslicht L2 ausgegeben (Schritt S10).
Der Empfang der Eingabe der zulässigen Werte in Schritt S01 und Schritt S02 kann in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Der Empfang der Eingabe des zulässigen Wertes in Schritt S02 kann ausgelassen werden. Die Berechnung in Schritt S03 und Schritt S04 kann in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Wird der Empfang der Eingabe des zulässigen Wertes in Schritt S02 weggelassen, kann die Berechnung in Schritt S04 entfallen. Die Berechnung der Leistungsvergrößerung des Eingangslichts L1 in Schritt S05 kann weggelassen werden. Wird die Berechnung der Leistungsvergrößerung des Eingangslichts L1 in Schritt S05 weggelassen, entfällt auch die Einstellung der Lichtquelle 2 in Schritt S07.
[Betrieb und Wirkung]
Wie zuvor beschrieben, wird in der Lichtformungsvorrichtung 1 die Spektralintensität des Eingangslichts L1 mit der Maske M moduliert, die durch die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird. Demnach wird die Verschmälerung einer zeitlichen Breite, die eine theoretische Grenze im Falle der Modulation einer Spektralphase übersteigt, möglich, und eine zeitliche Breitenverschmälerungsrate in Bezug auf einen Intensitätsverlust des optischen Pulses kann verbessert werden. Darüber hinaus sind die Parameter der Maske M relativ einfach, und eine kontinuierliche oder hochgenaue Intensitätsmodulation in Bezug auf jede Spektralkomponente ist nicht erforderlich. Dementsprechend ist es möglich, die Intensitätsmodulationseinheit 3 ohne die Einführung eines teuren Intensitätsmodulators zu konstruieren. Dadurch kann eine Kostenreduzierung der Lichtformungsvorrichtung 1 realisiert werden.
Darüber hinaus wird die Maske M so eingestellt, dass sie symmetrisch zur Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts L1 ist. Bei Verwendung einer solchen Maske M kann die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite in Bezug auf den Intensitätsverlust des optischen Impulses weiter verbessert werden.
Darüber hinaus umfasst die Lichtformungsvorrichtung die Berechnungseinheit 4, die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes von mindestens einer der Intensitätsverlustrate und der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts L2 berechnet. Demnach führt die Berechnungseinheit 4 eine optimale Einstellung der Maske M unter Berücksichtigung der Intensitätsverlustrate und der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate durch. Dadurch kann die Lichtformungsvorrichtung 1 zweckdienlich verbessert werden.
In dieser Ausführungsform berechnet die Berechnungseinheit 4 die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Spitzenintensität und/oder eines Erscheinungszeitbereichs einer Nebenkeule des Ausgangslichts L2. Zusätzlich berechnet die Berechnungseinheit 4 einen Einstellwert der Maske M, der in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird, auf der Basis eines zulässigen Wertes der Spitzenintensität und/oder des Erscheinungszeitbereichs der Nebenkeule des Ausgangslichts L2. Demnach führt die Berechnungseinheit 4 eine optimale Einstellung der Maske M unter Berücksichtigung der Nebenkeule durch. Entsprechend kann die Zweckdienlichkeit der Lichtformungsvorrichtung 1 weiter verbessert werden.
Darüber hinaus berechnet die Berechnungseinheit 4 gemäß dieser Ausführungsform eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts L1 zur Kompensation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts L2 auf der Grundlage von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske M, die in der Intensitätsmodulationseinheit 3 verwendet wird. Demnach kann die Spitzenintensität des Ausgangslichts L2 derart kompensiert werden, dass sie einem Fall entspricht, in dem keine Intensitätsmodulation unter Verwendung der Maske M durchgeführt wird.
In dem in 5 bis 7 und 8A dargestellten Beispiel umfasst die Intensitätsmodulationseinheit 3 das Demultiplex-Element 11, das das Eingangslicht L1 für jede Wellenlänge demultiplext, das Intensitätsmodulationselement 12, das eine vorbestimmte Spektralkomponente in dem Eingangslicht L1 abschneidet, das von dem Demultiplex-Element 11 demultiplext wird, und das Multiplexelement 13, das die von dem Intensitätsmodulationselement 12 ausgegebenen Spektralkomponenten multiplext. Demnach kann die Intensitätsmodulationseinheit 3, die die Spektralintensität des Eingangslichts L1 moduliert, in einer einfachen Konfiguration realisiert werden.
Wie in 5 und 6 dargestellt, kann in einem Fall, in dem das Intensitätsmodulationselement 12 durch den räumlichen Lichtmodulator 22 gebildet wird, die Maske M dynamisch und in einem hohen Freiheitsgrad aufgrund eines Phasenmusters gebildet werden, das dem räumlichen Lichtmodulator 22 vorgegeben wird. In einem Fall, in dem das Intensitätsmodulationselement 12 durch die Abschirmplatte 26, wie in 7 dargestellt, gebildet wird, und in einem Fall, in dem das Intensitätsmodulationselement 12 durch einen oder mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel 27, wie in 8A dargestellt, gebildet wird, kann die Maske M in einer einfachen Konfiguration gebildet werden, und eine weitere Reduzierung der Kosten der Lichtformungsvorrichtung 1 kann realisiert werden. In dem in 9 dargestellten Beispiel wird die Intensitätsmodulationseinheit 3 durch einen oder mehrere der dielektrischen Mehrschichtfolienspiegel 27 gebildet. In diesem Fall kann die Maske M im Verhältnis zum Wegfall des Demultiplex-Elements 11 und des Multiplexelements 13 in einer einfacheren Konfiguration gebildet werden, und eine weitere Kostenreduzierung der Lichtformungsvorrichtung 1 kann realisiert werden.
Bei der Lichtformung gemäß dem Stand der Technik wird typischerweise ein Verfahren zur Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulslichts durch Verbreiterung eines Spektralbandes verwendet. Bei der Lichtformung gemäß der vorliegenden Erfindung wird dagegen eine weitere Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulslichts durch Abschneiden einer beliebigen Spektralkomponente mit der Maske M realisiert. Das heißt, die Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulslichts wirkt bei der Erzeugung von Terahertz-Wellenimpulsen, die sich in Abhängigkeit von einem Differenzwert ändern, effektiv auf eine Amplitudenvergrößerung der Terahertz-Wellen bzw. der Pulsformung. Darüber hinaus trägt die Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulses auch zu einer Verbesserung der zeitlichen Auflösung der Pulsmessung bei, die durch die Lichtlaufzeitmessung (TOF) dargestellt wird.
Im Falle der Anwendung des Pulslichts auf eine bildgebende Technologie wie eine Streak-Kamera (Schmierbild-Kamera) und eine STAMP (sequentially timed all-optical mapping photography) trägt die Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulslichts zu einer Verbesserung der Abbildungsgeschwindigkeit und der Zeitauflösung bei. Durch die Verbesserung der Zeitauflösung wird eine Verringerung des zeitlichen Interferenzrauschens und des Einflusses der Bewegungsunschärfe und damit eine Verbesserung des S/N-Verhältnisses erwartet. Im Bereich der Laserbearbeitung kann durch die Verkleinerung der zeitlichen Breite des Lichtimpulses die Zeit, in der Laserlicht mit einer Substanz wechselwirkt, reduziert werden. Demnach ist es möglich, einen nicht-thermischen Bearbeitungseffekt zu verstärken und gleichzeitig einen Wärmeeinfluss auf ein zu bearbeitendes Objekt zu reduzieren. Im Bereich der Lasermikroskope wird eine Verbesserung der Induktionseffizienz des nichtlinearen optischen Effekts oder eine Verbesserung des S/N-Verhältnisses erwartet.
[Überprüfung des Zusammenhangs zwischen den Parametern der Maske und der Verschmälerung der zeitlichen Breite des Lichtimpulses]
Im Folgenden wird der Zusammenhang zwischen den Parametern der Maske und der Verschmälerung der zeitlichen Breite des Lichtimpulses beschrieben. Zunächst wird ein Ergebnis der Überprüfung der Verschmälerung der zeitlichen Breite des Pulslichts im Falle der Durchführung der Intensitätsmodulation unter Verwendung der Maske beschrieben. Als Maske wird ein Paar von Einzelmasken angenommen, die in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 symmetrisch sind (siehe 4). Als Eingangslicht wird ein einzelner Impuls mit einer Wellenlängenbreite von 5 nm und einer Mittenwellenlänge λ0 von 800 nm angenommen. Wenn das Eingangslicht als Fourier-Transformationsgrenzimpuls eingestellt wird, dessen Phasenspektrum flach ist, beträgt die Halbwertsbreite etwa 135 fs. 11A ist eine Ansicht, die eine Variation einer zeitlichen Breite des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter (die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W) der Maske geändert werden. In der Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr dar, die vertikale Achse die zeitliche Breite (Halbwertsbreite) des Ausgangslichts, und es sind Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W 0,73 nm und W 1,22 nm beträgt, aufgetragen. Zusätzlich ist ein Ergebnis für einen Fall, in dem keine Intensitätsmodulation mit der Maske durchgeführt wird (W ist 0 nm: Fourier-Transformationsgrenzpuls), in Kombination aufgetragen, um eine relative Variation der zeitlichen Breite zu zeigen.
Aus dem Ergebnis in 11A ist zu erkennen, dass die zeitliche Breite des Ausgangslichts umso weiter verschmälert wird, je größer die Wellenlängenbreite W der Maske ist. Außerdem ist zu erkennen, dass die zeitliche Breite des Ausgangslichts umso weiter verschmälert wird, je weiter die Anfangs-Endwellenlänge λr in der Nähe der Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts liegt. Wenn W 1,22 nm beträgt, ist in einem Fall, in dem λr in der Nähe der Mittenwellenlänge λ0 liegt, die zeitliche Breite des Ausgangslichts kleiner als 110 fs, und eine Verschmälerung der zeitlichen Breite um etwa 22 % wird erwartet. Andererseits ist 11B eine Ansicht, die ein Ergebnis in der Nähe der Mittenwellenlänge in 11A in einer vergrößerten Weise zeigt. Wie in 11B gezeigt, ist zu erkennen, dass die zeitliche Breite des Ausgangslichts allmählich abnimmt, je weiter die Anfangs-Endwellenlänge λr in der Nähe der Mittenwellenlänge λ0 des Eingangslichts liegt, aber unter einer Bedingung, bei der die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Mittenwellenlänge λ0 gleich sind, nimmt die zeitliche Breite des Ausgangslichts leicht zu. Aus den Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Angleichung der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Mittenwellenlänge λ0 nicht unbedingt eine Bedingung ist, die die zeitliche Breite des Ausgangslichts am meisten verengt.
12 ist eine Ansicht, die eine Variation der Intensitätsverlustrate des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. In der Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr dar, die vertikale Achse die Intensitätsverlustrate, und es sind Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W 0,24 nm, W 0,49 nm, W 0,73 nm, W 0,98 nm und W 1,22 nm ist, aufgetragen. Aus den Ergebnissen in 12 ist ersichtlich, dass die Intensitätsverlustrate des Ausgangslichts umso höher ist, je weiter die Anfangswellenlänge λr von der Mittenwellenlänge λ0 entfernt ist. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Intensitätsverlustrate des Ausgangslichts umso höher ist, je größer die Wellenlängenbreite W der Maske ist.
Wird dieses Ergebnis in Kombination mit dem Ergebnis in 11A betrachtet, so ist zu erkennen, dass die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite und die Intensitätsverlustrate in einer Kompromissbeziehung stehen. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die Parameter der Maske innerhalb eines zulässigen Bereichs des Intensitätsverlusts in der praktischen Anwendung eingestellt werden müssen, wenn die zeitliche Breite des Ausgangslichts verengt wird. In diesem Zusammenhang wird in der japanischen, ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2016-218141 als Zitationsliste eine Verschmälerung der zeitlichen Breite um etwa 15 % gezeigt, indem etwa 60 % des Intensitätsverlusts zugelassen werden. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann anhand der Ergebnisse in 11A und 12 eine Verschmälerung der zeitlichen Breite um ca. 22 % realisiert werden, indem ein Intensitätsverlust von ca. 40 % zugelassen wird. Darüber hinaus kann bei einer Verschmälerung der zeitlichen Breite um ca. 15 % ein Intensitätsverlust von ca. 25 % zugelassen werden. Dementsprechend ist zu erkennen, dass eine große Verschmälerung der zeitlichen Breite bei einem geringeren Intensitätsverlust erreicht wird.
13 ist eine Ansicht, die eine Variation der Spitzenintensität des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. In der gleichen Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr und die vertikale Achse ein Spitzenintensitätsverhältnis dar. In 13 sind die Simulationsergebnisse für den Fall, dass W 0,24 nm, W 0,49 nm, W 0,73 nm, W 0,98 nm und W 1,22 nm beträgt, wie in 12 dargestellt. Das Spitzenintensitätsverhältnis des Ausgangslichts ist eine Spitzenintensität einer zeitlichen Wellenform in Bezug auf eine Spitzenintensität einer zeitlichen Wellenform in einem Fall, in dem keine Intensitätsmodulation mit der Maske durchgeführt wird (Fourier-Transformationsgrenzimpuls). In einem Fall, in dem das Spitzenintensitätsverhältnis größer als 1 ist, stellt dieser Fall dar, dass die Spitzenintensität im Vergleich zum Fourier-Transformgrenzimpuls durch die Intensitätsmodulation mit der Maske weiter ansteigt. Wenn das Spitzenintensitätsverhältnis kleiner als 1 ist, bedeutet dies, dass die Spitzenintensität im Vergleich zum Fourier-Transformgrenzimpuls durch die Intensitätsmodulation mit der Maske weiter abnimmt.
Aus dem Ergebnis in 13 geht hervor, dass in einem Fall, in dem W 0,24 nm beträgt, das Spitzenintensitätsverhältnis ungefähr 0,9 ist, während das Spitzenintensitätsverhältnis umso weiter abnimmt, je weiter Wzunimmt. In einem Fall, in dem W 1,22 nm beträgt, ist das Spitzenintensitätsverhältnis kleiner als 0,6. Daraus ist ersichtlich, dass die Spitzenintensität des Ausgangslichts umso weiter abnimmt, je größer die Wellenlängenbreite W der Maske ist (d. h. je höher die Intensitätsverlustrate und die Verschmälerungsrate der zeitlichen Breite sind).
In einem Fall, in dem die Spitzenintensität des Ausgangslichts zu einem Problem bei der Anwendung der Lichtformungsvorrichtung 1 wird, kann das Problem durch Erhöhung der Leistung des Eingangslichts kompensiert werden. 14 ist eine Ansicht, die die Leistung des Eingangslichts zeigt, die zur Kompensation der Spitzenintensität erforderlich ist. In der gleichen Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr und die vertikale Achse die Leistungsvergrößerung des Eingangslichts dar. In 14 sind die Simulationsergebnisse für den Fall, dass W 0,24 nm, W 0,49 nm, W 0,73 nm, W 0,98 nm und W 1,22 nm beträgt, wie in 13 aufgetragen. Die Leistungsvergrößerung des Eingangslichts ist ein Verhältnis zwischen der Leistung des Eingangslichts in einem Fall, in dem die Intensitätsmodulation mit der Maske nicht durchgeführt wird, und der Leistung des Eingangslichts, die erforderlich ist, um eine Spitzenintensität zu erhalten, die mit der Spitzenintensität einer zeitlichen Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall übereinstimmt, in dem die Intensitätsmodulation mit der Maske nicht durchgeführt wird. Aus den Ergebnissen in 14 geht beispielsweise hervor, dass in einem Fall, in dem W 1,22 nm beträgt, bei einer Erhöhung der Leistung des Eingangslichts um das etwa 1,85-fache die Spitzenintensität des Ausgangslichts auf demselben Niveau kompensiert werden kann wie in einem Fall, in dem die Intensitätsmodulation mit einer Maske nicht durchgeführt wird.
15 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Genauigkeit der Maske und der zeitlichen Breite des Ausgangslichts zeigt. In der gleichen Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr und die vertikale Achse die zeitliche Breite (Halbwertsbreite) des Ausgangslichts dar. In der oben beschriebenen Simulation wird ein ideales Modell (siehe 4) verwendet, in dem die Spektralintensität des Eingangslichts eines Wellenlängenbereichs, dessen Intensität mit der Maske moduliert wird, auf 0 gesetzt wird. In einem realen Gerät wird jedoch auch davon ausgegangen, dass die Spektralintensität des Eingangslichts aufgrund der Konfiguration der Intensitätsmodulationseinheit 3 o. Ä. möglicherweise nicht komplett 0 ist. In 15 wird unter der Bedingung, dass W 1,22 nm beträgt, eine Intensität (Transmissionsgrad) des Lichts, das nicht der Intensitätsmodulation mit der Maske unterzogen wird und durchgelassen wird, geändert, und ein Simulationsergebnis einer zeitlichen Breite des Ausgangslichts in Bezug auf jeden Transmissionsgrad wird aufgezeichnet. Die Bedingungen für den Transmissionsgrad sind auf die drei Bedingungen 0 %, 10 % und 20 % eingestellt. Zusätzlich wird zum Vergleich ein Ergebnis im Falle eines Fourier-Transformationsgrenzimpulses (TL-Impuls) in Kombination aufgetragen.
Wie in 15 gezeigt, beträgt beispielsweise bei λr von 800,02 nm die zeitliche Breite des Ausgangslichts in einem Fall, in dem der Transmissionsgrad 0 % beträgt, 109 fs, während die zeitliche Breite des Ausgangslichts in einem Fall, in dem der Transmissionsgrad 10 % beträgt, 118 fs und die zeitliche Breite des Ausgangslichts in einem Fall, in dem der Transmissionsgrad 20 % beträgt, 121 fs beträgt. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass der Transmissionsgrad des Eingangslichts in einem Wellenlängenbereich, dessen Intensität mit der Maske moduliert wird, einen Einfluss auf die zeitliche Verschmälerungsrate des Ausgangslichts hat. Darüber hinaus ist selbst bei einem Transmissionsgradunterschied von 10 % zu erkennen, dass in einem Fall, in dem der Transmissionsgrad von 0 % auf 10 % ansteigt, eine Abnahme der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts um das Zwei- oder Mehrfache im Vergleich zu einem Fall, in dem der Transmissionsgrad von 10 % auf 20 % ansteigt, zu verzeichnen ist. Dementsprechend kann unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts gefolgert werden, dass es bevorzugt ist, dass der Transmissionsgrad des Eingangslichts in einem Wellenlängenbereich, dessen Intensität mit der Maske moduliert wird, auf 10 % oder weniger unterdrückt wird, und noch bevorzugter nahe 0 %.
Als Nächstes wird ein Ergebnis der Überprüfung einer Nebenkeule des Ausgangslichts in einem Fall beschrieben, in dem eine Intensitätsmodulation mit der Maske durchgeführt wird. Wie oben beschrieben, sind die Anfangs-Endwellenlänge λr und die Wellenlängenbreite W der Maske Parameter, die einen Einfluss auf die zeitliche Breite des Ausgangslichts haben, und sind auch Parameter, die einen Einfluss auf eine Form der Nebenkeule des Ausgangslichts haben. Es wird angenommen, dass die Spitzenintensität und der Erscheinungszeitbereich der Nebenkeule zu einem Problem bei der Anwendung der Lichtformungsvorrichtung 1 werden.
Die Nebenkeule ist zum Beispiel Licht hoher Ordnung, das auf beiden Seiten eines Hauptpulses im Pulslicht erscheint, wie in 16 gezeigt. Ein Beispiel in 16 ist eine zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall, in dem die Intensitätsmodulation unter Verwendung von Masken (siehe 4) durchgeführt wird, die in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 symmetrisch sind, und in einem Fall, in dem die Masken in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 symmetrisch sind, erscheinen die Nebenkeulen des Ausgangslichts auch symmetrisch in Bezug auf den Hauptimpuls. Hier wird ein erster Peak, der in einem Zeitbereich auf beiden Seiten des Hauptpulses auftritt, als erste Nebenkeule bezeichnet, und der nachfolgende Peak, der in einem Zeitbereich auf einer äußeren Seite des oben beschriebenen Zeitbereichs auftritt, wird als zweite Nebenkeule bezeichnet.
17 ist eine Ansicht, die eine Variation einer Spitzenintensität der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. In derselben Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr dar, die vertikale Achse stellt ein Verhältnis der Spitzenintensität der Nebenkeule (erste Nebenkeule) zur Spitzenintensität des Hauptpulses dar, und Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W 0,73 nm und W 1,22 nm beträgt, sind aufgetragen. Aus den Ergebnissen in 17 ist ersichtlich, dass die Spitzenintensität der Nebenkeule tendenziell zunimmt, je größer die Wellenlängenbreite W der Maske ist. Außerdem ist zu erkennen, dass die Spitzenintensität der Nebenkeule in Abhängigkeit vom Wert der Anfangswellenlänge λr variiert. Im Beispiel in 17 ist zu erkennen, dass in einem Bereich, in dem λr 800 bis 801 nm beträgt, die Spitzenintensität der Nebenkeule umso weiter abnimmt, je größer λr ist. Diese Tendenz gilt auch für einen Bereich, in dem λr 801 bis 802 nm beträgt und für einen Bereich, in dem λr 802 bis 805 nm beträgt.
18 ist eine Ansicht, die eine Variation der Erscheinungszeit der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. In der gleichen Zeichnung stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr dar, die vertikale Achse die Erscheinungszeit der Nebenkeule (erste Nebenkeule), und es sind Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W 0,73 nm und W 1,22 nm beträgt, aufgetragen. Die Erscheinungszeit der Nebenkeule entspricht einem Zeitintervall zwischen der Spitzenposition des Hauptpulses und der Spitzenposition der Nebenkeule. Aus den Ergebnissen in 18 ist zu erkennen, dass die Erscheinungszeit der Nebenkeule umso weiter von der Erscheinungszeit des Hauptpulses abweicht, je größer die Wellenlängenbreite W der Maske ist. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Erscheinungszeit der Nebenkeule in Abhängigkeit vom Wert der Anfangs-Endwellenlänge λr variiert. Im Beispiel in 18 ist in einem Bereich, in dem λr 800 bis 801 nm beträgt, zu erkennen, dass die Erscheinungszeit der Nebenkeule umso weiter von der Erscheinungszeit des Hauptimpulses entfernt ist, je größer λr ist. Diese Tendenz gilt auch für einen Bereich, in dem λr 801 bis 802 nm beträgt und für einen Bereich, in dem λr 802 bis 805 nm beträgt.
Aus den Ergebnissen in 17 und 18 ist ersichtlich, dass die Spitzenintensität und der Erscheinungszeitbereich der Nebenkeule durch die Auswahl der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske gesteuert werden können. Es sollte beachtet werden, dass in den Ergebnissen in 17 und 18 eine Diskontinuität in der Darstellung zu sehen ist. Die Diskontinuität verschwindet, wenn die erste Nebenkeule bei einer Änderung der Anfangs-Endwellenlänge λr bis zu einem gewissen Grad näher am Hauptimpuls liegt, und tritt auf, weil die zweite Nebenkeule die erste Nebenkeule ersetzt.
Als nächstes wird ein Zusammenhang zwischen dem Einstellwert der Maske und der zeitlichen Wellenform des Ausgangslichts beschrieben. In den oben beschriebenen Simulationen wird ein Paar von Einzelmasken verwendet, die symmetrisch in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 sind (siehe 4). Hier wird jedoch, wie in 19 gezeigt, ein Fall betrachtet, in dem mehrere Maskenpaare (Multimasken) symmetrisch in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 eingestellt sind. In 19 sind zwei Maskenpaare (Doppelmasken) symmetrisch in Bezug auf die Mittenwellenlänge λ0 dargestellt. Die Masken (Primärmasken M1) auf der Seite der Mittenwellenlänge λ0 werden durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr1 und eine Wellenlängenbreite W1 ausgedrückt. Die Masken (Sekundärmasken M2) auf einer äußeren Seite der Primärmasken M1 werden durch eine Anfangswellenlänge λr2 und eine Wellenlängenbreite W2 ausgedrückt.
20 ist eine Ansicht, die eine Variation der zeitlichen Breite des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. Im Eingangslicht wird ein einzelner Impuls angenommen, bei dem die Wellenlängenbreite 5 nm und die Mittenwellenlänge λ0 800 nm beträgt. In einem Fall, in dem das Eingangslicht als ein Fourier-Transformationsgrenzpuls eingestellt ist, dessen Phasenspektrum flach ist, beträgt die Halbwertsbreite etwa 135 fs. Zur Vereinfachung der Simulation wird die Anfangs-Endwellenlänge λr1 der Primärmasken auf eine Konstante von 800,49 nm und die Wellenlängenbreite W1 auf eine Konstante von 0,49 nm gesetzt. In 20 stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr2 dar, die vertikale Achse stellt die zeitliche Breite (Halbwertsbreite) des Ausgangslichts dar, und es sind die Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W2 0,24 nm, W2 0,73 nm und W2 1,22 nm beträgt, aufgetragen. Zusätzlich wird ein Ergebnis in einem Fall, in dem keine Intensitätsmodulation mit einer Maske durchgeführt wird (W1 = W2 = 0 nm: der Fall eines Fourier-Transformationsgrenzpulses (TL)), in Kombination aufgetragen, um eine relative Variation der zeitlichen Breite zu zeigen.
Aus den Ergebnissen in 20 ist zu erkennen, dass die zeitliche Breite des Ausgangslichts umso weiter eingeengt wird, je größer die Wellenlängenbreite W2 der Maske ist. Außerdem ist zu erkennen, dass die zeitliche Breite des Ausgangslichts umso weiter eingeengt wird, je weiter die Anfangs-Endwellenlänge λr2 der Sekundärmasken in der Nähe einer End-Endwellenlänge (= λr1 + W1) der Primärmasken liegt. Das heißt, es kann gesagt werden, dass eine Verschmälerung der zeitlichen Breite des Ausgangslichts im Fall der Mehrfachmasken ein Fall ist, in dem die Wellenlängenbreite W der Masken groß ist und die Anfangs-Endwellenlänge λr näher an der Mittenwellenlänge λ0 liegt als bei der Einzelmaske.
21 ist eine Ansicht, die eine Variation der Spitzenintensität der Nebenkeule in einem Fall zeigt, in dem die Parameter der Maske geändert werden. In 21 stellt die horizontale Achse die Anfangs-Endwellenlänge λr2 dar, die vertikale Achse stellt ein Verhältnis der Spitzenintensität der Nebenkeule (erste Nebenkeule) zur Spitzenintensität des Hauptpulses dar, und Simulationsergebnisse in einem Fall, in dem W2 0,24 nm, W2 0,73 nm und W2 1,22 nm beträgt, sind aufgetragen. Die Parameter des Eingangslichts sind die gleichen wie im Fall von 20. Aus den Ergebnissen in 21 ist ersichtlich, dass die Spitzenintensität der ersten Nebenkeule umso weiter ansteigt, je größer die Wellenlängenbreite W2 der Maske ist. Außerdem ist zu erkennen, dass die Spitzenintensität der ersten Nebenkeule in Abhängigkeit von einem Wert der Anfangs-Endwellenlänge λr2 variiert.
Bei der Lichtformung der vorliegenden Erfindung stehen, wie oben beschrieben, die zeitliche Breitenverschmälerungsrate und die Intensitätsverlustrate in einer Kompromissbeziehung. In der praktischen Anwendung der Lichtformung wird die zeitliche Breitenverschmälerungsrate innerhalb eines zulässigen Bereichs der Intensitätsverlustrate eingestellt. In der folgenden Simulation wird überprüft, welche zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in der Einzelmaske und den Doppelmasken in einem Fall erhalten wird, in dem die Intensitätsverlustrate auf einen konstanten Wert eingestellt ist.
22B und 24 zeigen zeitliche Wellenformen des Ausgangslichts, die in Bezug auf Modelle der Einzelmaske bzw. der Doppelmasken erhalten werden, indem die Intensitätsverlustrate auf 30 % eingestellt wird. In 22A ist ein Modell von zwei Einzelmasken dargestellt, bei denen sich die Parameter voneinander unterscheiden. In Fall 1 ist λr auf 800,56 nm und W auf 0,98 nm eingestellt. In Fall 2 wird λr auf 801,15 nm und W auf 1,22 nm eingestellt.
22B ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsmodulation durch Verwendung der Maske durchgeführt wird. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, beträgt die zeitliche Breite (Halbwertsbreite) des Ausgangslichts in jedem der Fälle 1 und 2 116,1 fs. Andererseits tritt in Fall 1 und Fall 2 ein großer Unterschied in der Form der ersten Nebenkeule auf. Das Verhältnis der Spitzenintensität der ersten Nebenkeule zur Spitzenintensität des Hauptpulses beträgt 1,09 % in Fall 1 und 5,89 % in Fall 2. Außerdem beträgt die Erscheinungszeit der ersten Nebenkeule etwa 300 fs in Fall 1 und etwa 600 fs in Fall 2.
23A bis 23C zeigen Modelle von drei Doppelmasken, bei denen sich die Parameter voneinander unterscheiden. In Fall 1 wird λr1 auf 800,49 nm, W1 auf 0,49 nm, λr2 auf 801,12 nm und W2 auf 0,49 nm eingestellt. In Fall 2 wird λr1 auf 800,49 nm, W1 auf 0,49 nm, λr2 auf 802,00 nm und W2 auf 0,73 nm eingestellt. In Fall 3 wird λr1 auf 800,49 nm, W1 auf 0,49 nm, λr2 auf 802,73 nm und W2 auf 1,22 nm eingestellt.
24 ist eine Ansicht, die eine zeitliche Wellenform des Ausgangslichts in einem Fall zeigt, in dem die Intensitätsmodulation durch Verwendung der Masken durchgeführt wird. Wie in derselben Zeichnung gezeigt, liegt die zeitliche Breite (Halbwertsbreite) des Ausgangslichts in Fall 1 bis Fall 3 ungefähr in einem Bereich von 116,2 fs bis 118,2 fs. Das Verhältnis der Spitzenintensität der ersten Nebenkeule zur Spitzenintensität des Hauptpulses beträgt 1,05 % in Fall 1, 0,65 % in Fall 2 und 1,80 % in Fall 3. Darüber hinaus beträgt die Erscheinungszeit der ersten Nebenkeule etwa 300 fs in Fall 1, etwa 470 fs in Fall 2 und etwa 280 fs in Fall 3.
Aus den Ergebnissen in 22B und 24 ist ersichtlich, dass auch bei Verwendung der Multimasken eine Verschmälerung der zeitlichen Breite wie bei der Einzelmaske realisiert werden kann. Darüber hinaus ist zumindest in einem Fall, in dem der Zeitbereich in einem Bereich von -1000 fs bis 1000 fs liegt, zu erkennen, dass es bei Verwendung der Doppelmasken im Vergleich zur Verwendung der Einzelmaske Parameter gibt, die die Spitzenintensität der ersten Nebenkeule unterdrücken können. Da die Anzahl der Parameter bei der Verwendung der Doppelmasken groß ist, ist der Freiheitsgrad der Einstellung der Spitzenintensität und des Erscheinungszeitbereichs der ersten Nebenkeule im Vergleich zur Verwendung der Einzelmaske höher.

1:: Lichtformungsvorrichtung,
3:: Intensitätsmodulationseinheit,
4:: Recheneinheit,
11:: Demultiplex-Element,
12:: Intensitätsmodulationselement,
13:: Multiplexelement,
22:: Räumlicher Lichtmodulator,
26:: Abschirmplatte,
27:: dielektrischer Mehrschichtfolienspiegel,
L1:: Eingangslicht,
L2:: Ausgangslicht,
M:: Maske.

Claims

Lichtformungsvorrichtung, umfassend: eine Intensitätsmodulationseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spektralintensität eines optischen Impulses moduliert, der Eingangslicht ist, und den optischen Impuls, dessen zeitliche Breite verschmälert ist, als Ausgangslicht ausgibt, wobei die Intensitätsmodulationseinheit die Spektralintensität des Eingangslichts mit einer Maske moduliert, die durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr und eine Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maske so eingestellt ist, dass sie in Bezug auf eine Mittenwellenlänge des Eingangslichts symmetrisch ist.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Intensitätsverlustrate und/oder einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts berechnet.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Berechnungseinheit die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes von mindestens einem von einer Spitzenintensität und einem Erscheinungszeitbereich einer Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Berechnungseinheit einen Einstellwert der Maske, der in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes der Spitzenintensität und/oder des Erscheinungszeitbereichs der Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet.
Lichtformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Berechnungseinheit eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts zur Kompensation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts auf der Grundlage von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske berechnet, die in der Intensitätsmodulationseinheit verwendet wird.
Lichtformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Intensitätsmodulationseinheit umfasst, ein Demultiplex-Element, das so konfiguriert ist, dass es das Eingangslicht für jede Wellenlänge demultiplext, ein Intensitätsmodulationselement, das so konfiguriert ist, dass es eine vorbestimmte Spektralkomponente im Eingangslicht, das durch das Demultiplex-Element demultiplexiert wird, abschneidet, und ein Multiplexelement, das so konfiguriert ist, dass es die vom Intensitätsmodulationselement ausgegebenen Spektralkomponenten multiplext.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Intensitätsmodulationselement durch einen räumlichen Lichtmodulator gebildet wird.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Intensitätsmodulationselement durch eine Abschirmplatte gebildet wird.
Lichtformungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Intensitätsmodulationselement durch einen oder mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel gebildet wird.
Lichtformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Intensitätsmodulationseinheit durch einen oder mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel gebildet wird.
Verfahren zur Lichtformung, das Folgendes umfasst: Modulieren einer Spektralintensität eines optischen Pulses, der Eingangslicht ist, und Ausgeben des optischen Pulses, dessen zeitliche Breite verschmälert ist, als Ausgangslicht, wobei beim Modulieren die Spektralintensität des Eingangslichts mit einer Maske moduliert wird, die durch eine Anfangs-Endwellenlänge λr und eine Wellenlängenbreite W von der Anfangs-Endwellenlänge λr ausgedrückt wird.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 12, wobei beim Modulieren die Maske so eingestellt wird, dass sie symmetrisch in Bezug auf eine Mittenwellenlänge des Eingangslichts ist.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend: Berechnen von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Intensitätsverlustrate und/oder einer zeitlichen Breitenverschmälerungsrate des Ausgangslichts.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 14, wobei bei der Berechnung die Einstellwerte der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes einer Spitzenintensität und/oder einem Erscheinungszeitbereich einer Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet werden.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 14 oder 15, wobei bei der Berechnung einen Einstellwert der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, auf der Grundlage eines zulässigen Wertes der Spitzenintensität und/oder des Erscheinungszeitbereichs der Nebenkeule des Ausgangslichts berechnet wird.
Verfahren zur Lichtformung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei bei der Berechnung eine Leistungsvergrößerung des Eingangslichts zur Kompensation einer Spitzenintensität des Ausgangslichts auf der Grundlage von Einstellwerten der Anfangs-Endwellenlänge λr und der Wellenlängenbreite W der Maske, die bei der Modulation verwendet wird, berechnet wird.
Verfahren zur Lichtformung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei beim Modulieren, die Spektralintensität des Eingangslichts durch Verwendung eines Demultiplex-Elements moduliert wird, das so konfiguriert ist, dass es das Eingangslicht für jede Wellenlänge demultiplext, ein Intensitätsmodulationselement, das so konfiguriert ist, dass es eine vorbestimmte Spektralkomponente im Eingangslicht, das durch das Demultiplex-Element demultiplexiert wird, schneidet, und ein Multiplexelement, das so konfiguriert ist, dass es die vom Intensitätsmodulationselement ausgegebenen Spektralkomponenten multiplext.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 18, wobei ein räumlicher Lichtmodulator als Intensitätsmodulationselement verwendet wird.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 18, wobei eine Abschirmplatte als Intensitätsmodulationselement verwendet wird.
Verfahren zur Lichtformung nach Anspruch 18, wobei ein oder mehrere dielektrische Mehrschichtfolienspiegel als Intensitätsmodulationselement verwendet werden.
Verfahren zur Lichtformung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei beim Modulieren die Spektralintensität des Eingangslichts unter Verwendung eines oder mehrerer dielektrischer Mehrschichtfolienspiegel moduliert wird.