JP2002139716A - 空間光変調器および光パルス波形制御装置 - Google Patents

空間光変調器および光パルス波形制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 余分な位相の乱れなく所定の波長域内の光の
位相変調が可能な空間光変調器を提供する。 【解決手段】 所定の波長域内の入射光を反射するとと
もに、所定の波長域内で、液晶層１７を除く各部で生じ
る群遅延が補償される群遅延特性を有するチャープ補償
誘電体多層膜ミラー１０を備えており、所定の入射光の
全ての波長成分がチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０
により反射されるとともに、空間光変調器１を通過する
際に液晶層１７以外の各層から受ける位相の乱れが、チ
ャープ補償誘電体多層膜ミラー１０で反射される際にう
ち消されるので、出射光に余分な位相の乱れを与えるこ
となく液晶層によってのみ所望の変調を行うことが可能
とされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調器およ
び光パルス波形制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】フェムト秒レーザに代表される超短光パ
ルスは、次世代の大容量光通信など様々な科学技術分野
における応用が期待されている。超短光パルスは、例え
ば、チタンサファイアレーザーの超短光パルスが１パル
ス中に７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長を含むように、
単色光と異なり広いスペクトル幅を持つ。このとき、レ
ンズ、窓材あるいは大気など群遅延量に波長分散が存在
する媒質中を伝播すると、光パルス内の波長毎に速度が
異なってしまい、位相が乱れてパルス幅が広がってしま
う。このため、超短光パルスに関する応用技術の実用化
においては、パルス圧縮等の超短光パルス制御技術が不
可欠である。
【０００３】超短光パルスの圧縮に利用される光デバイ
スとして、誘電体多層膜ミラーを用いたチャープミラー
がある（例えば、特開２０００―２２１５５５号公
報）。すなわち、薄膜の干渉効果を利用して入射光を反
射させる誘電体多層膜ミラーでは、金属膜での反射と異
なり、入射光がミラーの内部まで浸透して反射されるた
め、波長毎に異なった群遅延を生じる。そして、この多
層膜内での群遅延を逆に積極的に利用することによっ
て、超短光パルスの圧縮等の波形制御に利用可能な光の
群遅延制御（位相制御）が可能となる。
【０００４】これを詳しく説明すると、まず、超短光パ
ルスは上記のように広いスペクトル幅を持つので、一般
的なλ／４交互多層膜ミラーと比べて広帯域の反射特性
を有するように誘電体多層膜ミラーを構成する。このと
きのそれぞれの反射特性の一例を図１０に示す。一般的
なλ／４交互多層膜ミラーの波長に対する反射率分布
（図中のグラフａ）に比べて、広帯域の反射特性を有す
るように構成された誘電体多層膜ミラーの反射率分布
（図中のグラフｂ）は反射域が広くなっており、広い波
長域の光を反射可能になっている。ここで、このように
反射特性のみ考慮して群遅延特性に関して考慮していな
い広帯域のミラーは、図１１に示すように、その群遅延
量が波長に対して不均一となる。このとき、超短光パル
スのような広いスペクトルを持つ光が反射されると、波
長毎に異なる群遅延が生じてパルスの位相が乱れ、超短
光パルスの制御に適さない。
【０００５】これに対して、チャープ補償誘電体多層膜
ミラーでは、反射率特性に加えて群遅延特性も考慮に入
れた多層膜構造の設計が行われている。これにより、レ
ンズや窓材や大気などの媒質で生じた波長毎に異なる群
遅延量が相殺されて、短パルス化等の位相制御が可能と
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のチャープミラー
は、上述のようにその多層膜の構造による固定的な位相
制御特性を有する。このため、その位相制御特性は、適
用するレーザシステム等に合わせて固定的に設計され、
能動的に位相制御特性を調節することができない。
【０００７】これに対して、超短光パルスの位相等の制
御を能動的に行うデバイスとして、空間光変調器を用い
ることが提案されている。例えば、特開平６−５１３４
０号公報には、光アドレス方式の反射型空間光変調器が
開示されている。この空間光変調器は、液晶セルに電圧
を印加すると液晶の分子配列が変化してその屈折率が変
化することを利用したもので、入射光がこの液晶セルを
透過することにより位相が変調される。また、透過型の
ように電極により形成される影の影響を受けることのな
い反射型の構成を備えている。
【０００８】この空間光変調器のアドレス光強度に対す
る読み出し光の位相変調度を、読み出し光の波長をそれ
ぞれ５３０ｎｍ、６３３ｎｍ、８００ｎｍとした場合に
ついて、各々図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。ア
ドレス光強度を０．１μＷ／ｃｍ2から１０００μＷ／
ｃｍ2まで変化させていくと、いずれの場合も０〜２π
（１波長分）までの位相変調が得られ、アドレス光強度
を変化させることにより、能動的に変調量を制御するこ
とが可能となっている。
【０００９】ところで、従来の空間光変調器では、読み
出し光として単一波長のレーザ光を用いることがほとん
どであるために、反射ミラーとして、例えば、λ／４交
互多層膜を有する誘電体多層膜ミラーのような一般的な
ミラーが採用されている。しかしながら、一般的な誘電
体多層膜ミラーは上述したように群遅延量が波長に対し
て不均一であり、超短光パルスのような広いスペクトル
を持つ光を反射すると、波長毎に異なる位相の遅延が生
じて余分な位相の乱れが生じる。また、空間光変調器を
構成するガラス基板等による位相の遅延が起こる場合も
ある。そのため、従来の空間光変調器では、液晶層によ
る位相変調以外に、誘電体多層膜ミラーやガラス基板に
よる余分な位相の乱れを生じてしまうという問題があっ
た。
【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、余分な位相の乱れなく所定の波長域内の光の位
相変調が可能な空間光変調器、および、それを用いた光
パルス波形制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る空間光変調
器は、入射光を変調する光変調手段と、アドレス情報に
基づいて光変調手段の変調特性を変化させるアドレス手
段と、入射光を反射させる誘電体多層膜ミラーとを備え
る反射型の空間光変調器において、誘電体多層膜ミラー
は、所定の波長域内の入射光を反射するとともに、波長
域内で、光変調手段を除く各部で生じる群遅延が補償さ
れる群遅延特性を有して構成されることを特徴とする。
【００１２】これにより、所定の入射光の全ての波長成
分が誘電体多層膜ミラーにより反射されるとともに、空
間光変調器を通過する際に光変調手段以外の各層から受
ける位相の乱れが、誘電体多層膜ミラーで反射される際
にうち消される。したがって、出射光に余分な位相の乱
れが与えられることなく、光変調手段によってのみ所望
の変調が行われる。
【００１３】また、入射光が透過される透明基板を備
え、誘電体多層膜ミラーは、波長域内で、透明基板で生
じる群遅延が補償される群遅延特性を有して構成されて
もよい。これにより、透明基板以外で生じる群遅延量が
無視できる場合に、透明基板から受ける位相の乱れが、
誘電体多層膜ミラーで反射される際にうち消される。し
たがって、出射光に余分な位相の乱れが与えられない。
【００１４】また、誘電体多層膜ミラーは、波長域内
で、誘電体多層膜ミラーで生じる群遅延が略一定となる
群遅延特性を有して構成されてもよい。これにより、誘
電体多層膜ミラー以外の各層で生じる群遅延量が無視で
きる場合に、誘電体多層膜ミラーで反射される際に受け
る群遅延量が波長に関わらず同じなので、出射光に余分
な位相の乱れが加わることが防止される。
【００１５】また、アドレス手段は光導電層であり、光
変調手段は液晶層であるとともに、光導電層、誘電体多
層膜ミラー、および、液晶層が一対の透明電極の間に順
次積層されてなってもよい。このような空間光変調器に
より、その機能が十分に発揮される。
【００１６】本発明にかかる光パルス波形制御装置は、
上記した空間光変調器、空間光変調器のアドレス手段に
前記アドレス情報を送るアドレス情報書込手段とを有す
る、位相変調を行うための空間光変調装置と、空間光変
調器への入射光パルスを分光する第１の分光手段、およ
び、第１の分光手段で分光された入射光パルスを前記空
間光変調器へと集光させつつ入射させる第１の集光手段
を有する入射光学系と、空間光変調器からの出射光パル
スを合成する第２の分光手段、および、空間光変調器で
反射された出射光パルスを第２の分光手段へと集光させ
つつ入射させる第２の集光手段を有する出射光学系とを
備えることを特徴とする。このような光パルス波形制御
装置によれば、出射光に余分な位相の乱れが与えられる
ことなく、所定の波長域を有する入射光の位相変調が可
能とされる。
【００１７】また、位相変調を行うための空間光変調装
置に加えて、上記の空間光変調器と、空間光変調器のア
ドレス手段にアドレス情報を送るアドレス情報書込手段
とを有する、強度変調を行うための空間光変調装置と、
強度変調を行うための空間光変調装置からの光パルスが
通過または反射される偏光手段とをさらに備えてもよ
い。このような光パルス波形制御装置によれば、出射光
に余分な位相の乱れが与えられることなく、所定の波長
域を有する入射光の位相と強度の変調が可能とされる。
【００１８】また、アドレス情報はアドレス光を介して
送られ、アドレス情報書込手段は、アドレス光の生成に
用いられるアドレス用光源、電気信号によってアドレス
されるとともにアドレス用光源からの光が透過される液
晶素子、および、液晶素子を透過して形成されたアドレ
ス光を空間光変調器のアドレス手段へと結像する結像手
段を有してもよい。このような光パルス波形制御装置に
より、その機能が十分に発揮される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る空間光変調器、および、これを用いた光パ
ルス波形制御装置の好適な実施形態について詳細に説明
する。なお、図面の説明において、同一または相当要素
には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】図１は、本発明の空間光変調器１の一実施
形態を示す概略構成図である。この空間光変調器１は、
図示左側のアドレス光側と図示右側の読み出し光側が、
チャープ補償誘電体多層膜ミラー１０により分けられて
いる。
【００２１】空間光変調器１のアドレス光側には、チャ
ープ補償誘電体多層膜ミラー１０側から、アドレス光側
と読み出し光側とを光学的に分離する光遮蔽層１１、ア
モルファスシリコンなどの光アドレス手段からなる光導
電層１２、好ましくはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−
Ｏｘｉｄｅ）膜からなる透明電極１３、好ましくはガラ
ス基板からなる透明基板１４、および、反射防止コート
１５が順次積層されている。
【００２２】一方、読み出し光側には、チャープ補償誘
電体多層膜ミラー１０側から、配向層１６、ネマチック
液晶などの光変調手段からなり透明基板１４と平行に液
晶分子がホモジニアス配向された液晶層１７、配向層１
８、好ましくはＩＴＯ膜からなる透明電極１９、好まし
くはガラス基板からなる透明基板２０、および、反射防
止コート２１が順次積層されている。
【００２３】チャープ補償誘電体多層膜ミラー１０は、
入射した読み出し光を反射するためのものであり、高屈
折率材料としてのＴｉＯ2と低屈折率材料としてのＳｉ
Ｏ2が、スパッタ装置または蒸着装置によって、交互に
積層されている。また、このチャープ補償誘電体多層膜
ミラー１０は、所定の波長域内の入射光を反射するとと
もに、当該波長域内で、液晶層１７を除く各部で生じる
群遅延が補償される群遅延特性を有して構成されてい
る。
【００２４】つぎに、このような空間光変調器１の作用
について説明する。
【００２５】まず、図示しない電源により透明電極１
３，１９間に３Ｖ程度の交流電圧を印加する。このと
き、アドレス光が照射されない場合は、光導電層１２の
インピーダンスが大きいので液晶層１７には一定量のわ
ずかな電圧しかかからず、液晶層１７の液晶分子は変化
しない。また、アドレス光側からアドレス光が入射され
た場合、そのアドレス光が透明基板１４を透過して光導
電層１２に入射すると、入射した部位の光導電層１２の
インピーダンスが低下し、対応する部位の液晶層１７に
電圧がかかって液晶分子が傾く。このようにして、液晶
層１７の各部位での屈折率がアドレス光強度に対応して
変化し、アドレス光パターンに対応した屈折率分布が液
晶層１７内に形成される。
【００２６】この状態で、読み出し光側から、チタンサ
ファイアレーザ等の超短光パルスを入射する。読み出し
光側から入射される読み出し光が液晶層１７を透過する
とアドレス光に対応した部位で位相が変調され、位相が
変調された光は、チャープ補償誘電体多層膜ミラー１０
で反射され外部に出射される。
【００２７】このとき、チャープ補償誘電体多層膜ミラ
ー１０により所定の入射光の全ての波長成分が反射され
るとともに、空間光変調器１を通過する際に液晶層１７
以外の各層、例えば、透明基板２０や透明電極１９等、
から受ける位相の乱れが、チャープ補償誘電体多層膜ミ
ラー１０で反射される際にうち消される。したがって、
出射光に余分な位相の乱れが与えられることなく、液晶
層１７によってのみ所望の変調が行われるようになって
いる。
【００２８】ここで、本発明の空間光変調器１が採用す
るチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０の第１実施例を
説明する。図２は、本実施例によるチャープ補償誘電体
多層膜ミラー１０の（ａ）反射特性および（ｂ）群遅延
特性を示すグラフである。
【００２９】本実施例のチャープ補償誘電体多層膜ミラ
ー１０は、高屈折率材料としてのＴｉＯ2と低屈折率材
料としてのＳｉＯ2が、スパッタ装置または蒸着装置に
よって、交互に３９層積層されている。そして、この多
層膜の各層の厚みは、このチャープ補償誘電体多層膜ミ
ラー１０が、７００ｎｍ〜１０００ｎｍまでの広帯域に
わたって十分な反射能力を有し（図２（ａ）参照）、か
つ、７００ｎｍから１０００ｎｍまでの広帯域にわたっ
て均一な群遅延特性を有する（図２（ｂ）参照）ように
設定されている（例えば特開２０００−２２１５５５号
公報参照）。
【００３０】このようなチャープ補償誘電体多層膜ミラ
ー１０を空間光変調器１に採用すると、一般的なλ／４
多層膜ミラーと違って、７００ｎｍ〜１０００ｎｍまで
の光を高反射率で反射できる特性を有しているために、
読み出し光の全ての波長成分が効率よく反射される。ま
た、多層膜の構造を制御してその波長成分の群遅延特性
が波長に関わらず均一にされているので、超短光パルス
を反射する際の群遅延の波長分散による位相の乱れが防
止されている。
【００３１】なお、このようなチャープ補償誘電体多層
膜ミラー１０を採用した空間光変調器１の構成は、読み
出し光が液晶層１７以外の各層を通過するときに生じる
位相の乱れが無視できるほど小さいときに、十分に発揮
される。
【００３２】つづいて、本発明の空間光変調器１が採用
するチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０の第２実施例
を説明する。図３は、本実施例によるチャープ補償誘電
体多層膜ミラー１０の（ａ）反射特性および（ｂ）群遅
延特性を示すグラフである。
【００３３】このチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０
は、第１実施例のチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０
と同様に、高屈折率材料としてのＴｉＯ2と低屈折率材
料としてのＳｉＯ2が交互に積層された層数３９層から
なるミラーであり、第１実施例と同様の広帯域の反射特
性（図３（ａ）参照）を有し、さらに、透明基板１４を
構成する厚さ５ｍｍの石英板の７００ｎｍ〜１０００ｎ
ｍの波長域の群遅延特性（図４参照）の正負を逆転した
群遅延特性（図３（ｂ）参照）を有するように各層の厚
みが設定されている。
【００３４】このようなチャープ補償誘電体多層膜ミラ
ー１０を空間光変調器１に採用すると、読み出し光が透
明基板２０を通過することにより生じる位相の乱れが、
透明基板２０で受ける位相の乱れをうち消すような群遅
延特性を有するチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０で
反射される際に相殺され、読み出し光が液晶層１７以外
の部分で位相の遅延を起こさないので、出射光に余分な
位相の乱れが与えられることなく、液晶層によってのみ
所望の変調を行うことが可能となっている。
【００３５】なお、このようなチャープ補償誘電体多層
膜ミラー１０を採用した空間光変調器１の構成は、読み
出し光が透明基板２０以外の各層を通過する際に生じる
位相の乱れが無視できるほど小さいときに、十分に発揮
される。
【００３６】また、上記実施例では、透明基板２０によ
る位相の乱れのみを補償するチャープ補償誘電体多層膜
ミラー１０を採用しているが、空間光変調器１を構成す
る他の層、例えば、透明電極１９等による位相の乱れが
問題になる場合は、それらの各層の遅延の影響も合わせ
て相殺できるような群遅延特性を備えるチャープ補償誘
電体多層膜ミラー１０を採用しても構わない。
【００３７】このように、本発明による空間光変調器１
は、所定の波長域内の入射光を反射するとともに、所定
の波長域内で、液晶層１７を除く各部で生じる群遅延が
補償される群遅延特性を有するチャープ補償誘電体多層
膜ミラー１０を備え、所定の入射光の全ての波長成分が
チャープ補償誘電体多層膜ミラー１０により反射される
とともに、空間光変調器１を通過する際に液晶層１７以
外の各層から受ける位相の乱れが、チャープ補償誘電体
多層膜ミラー１０で反射される際にうち消されるので、
出射光に余分な位相の乱れを与えることなく液晶層１７
によってのみ所望の変調を行うことが可能となってい
る。
【００３８】つづいて、図５を参照して、図１に示した
空間光変調器１を用いた光パルス波形制御装置２につい
て説明する。この光パルス波形制御装置２は、入力され
たパルス光を空間光変調器１で位相変調することにより
パルス圧縮等のパルス波形制御をする装置であり、空間
光変調器１、空間光変調器１による入射光の変調量を制
御するためのアドレス光パターンを形成する透過型液晶
素子３２、レーザダイオード３３とコリメートレンズ３
４からなるアドレス用光源３５、および、アドレス光を
空間光変調器１のアドレス光側に結像する結像レンズ
（結像手段）３６を有する空間光変調装置３を備えてい
る。透過型液晶素子３２の各画素に表れるアドレス光パ
ターンはコンピュータ３７により制御されている。
【００３９】また、位相変調の対象となるパルス光の空
間光変調器１への入射については、入射光パルスを分光
するグレーティング（第１の分光手段）３０、および、
分光された光を空間光変調器１の読み出し光側に集光し
つつ入射させるコリメートレンズ（第１の集光手段）３
８からなる入射光学系４０が設けられている。また、パ
ルス光の出射については、空間光変調器１からの出射光
パルスを集光するコリメートレンズ（第２の集光手段）
３９、および、集光された光を合成するグレーティング
（第２の分光手段）３１からなる出射光学系４１が設け
られている。
【００４０】このような構成からなる光パルス波形制御
装置２に対して、グレーティング３０にパルス光Ｐ1が
入射されると、パルス光はグレーティング３０により１
次元に分光された後、コリメートレンズ３８により集光
されて空間光変調器１の読み出し光側に入射される。一
方、レーザダイオード３３から出射した光は、コリメー
トレンズ３４によりコリメートされて透過型液晶素子３
２に入射し、コンピュータ３７により制御された透過型
液晶素子３２の各画素を透過することにより位相制御量
情報を備えるアドレス光となる。アドレス光は、結像レ
ンズ３６で結像されて空間光変調器１のアドレス光側に
入射される。そして、前述と同様の作用により、入射し
たパルス光の位相が各波長毎にそれぞれアドレス光に対
応して位相変調され、所望の位相を有する光が出射され
る。出射された光は、コリメートレンズ３９で集光され
たのち、グレーティング３１で合成されて、必要な位相
制御が行われた超短光パルスＰ2として出射される。
【００４１】このように、空間光変調器１を用いた光パ
ルス波形制御装置２によって、出射光に余分な位相の乱
れが与えられることなく所定の波長域を有する入射光の
位相変調が可能な、光パルス波形制御装置が提供されて
いる。
【００４２】なお、パルス光を分光・合成する手段はグ
レーティング３０、３１に限らず、プリズムなどの透過
型分光素子を用いてもよい。また、分光方式は一次元に
限らずに２次元に分布させてもよく、２次元にすること
で、空間光変調器１の変調能力をさらに有効に利用する
ことができる。パルス光を２次元に分光する方法とし
て、例えば、エシェル（ｅｃｈｅｌｌｅ）回折格子など
を採用することができる。
【００４３】つづいて、図６を参照して、図５の光パル
ス波形制御装置２に、さらにもう一つの空間光変調装置
４を備えた光パルス波形制御装置６について説明する。
本実施形態の光パルス波形制御装置６においては、入射
光学系４０として、図５のグレーティング３０とコリメ
ートレンズ３８に代えて、分光用プリズム５０と集光用
プリズム５１とを用いている。また、出射光学系４１と
して、図５のグレーティング３１とコリメートレンズ３
９とに代えて、分光用プリズム５２と集光用プリズム５
３とを用いている。また、位相変調用の空間光変調装置
３と入射光学系４０との間に、空間光変調装置３と同じ
構成を備え強度変調を行う空間光変調装置４と偏光板
（偏光手段）６０とをさらに備えている。
【００４４】一般に、マルチ縦モードが寄与する超短パ
ルス光の波形は次式で表される。
【数１】 この式より、各モードの位相φnを制御するだけではパ
ルス波形制御が不十分で、各モードの電界Ｅn、すなわ
ち、強度も制御する方が好ましい場合がある。
【００４５】ここで、空間光変調器１は、出射光側に偏
光板６０や偏光子等の偏光手段を設置すると、各部位で
の液晶分子の傾きに応じて、強度変調をすることができ
る。
【００４６】そして、このような光パルス波形制御装置
６にパルス光Ｐ1が入射されると、入射光はプリズム５
０，５１により分光・集光され、強度変調用の空間光変
調装置４内の空間光変調器１に入射される。入射された
光は空間光変調器１により各部位でのアドレス光に対応
した液晶分子の傾きに応じて偏波面が回転され、偏光板
６０を通過することにより、強度が変調される。強度変
調された光は、位相変調用の空間光変調装置３内の空間
光変調器１に入射され、前述と同様の作用で位相制御が
行われ、出射した光はプリズム５３，５２により集光・
合成されて超短光パルスＰ2となる。
【００４７】このように、さらに強度変調用の空間光変
調装置４と偏光板６０とを備えることにより、出射光に
余分な位相の乱れが与えられることなく入射光の位相と
強度の両方が制御されるので、極めて自由度の高い波形
のコントロールやパルス圧縮が可能となっている。
【００４８】また、空間光変調器１は、アドレス光パタ
ーンを高速で変化させると、光変調手段である液晶層１
７に印加される電圧が高速に変化する。そのため、各波
長の光に対する位相や強度等の変調特性を任意にしかも
リアルタイムに変化・制御することができ、例えば、図
７に示すように、光変調手段の群遅延特性を、ある時間
では図７（ａ）とし、次の瞬間には図７（ｂ）に代える
といったことが可能となっている。
【００４９】そして、このような空間光変調器１を用い
た光パルス波形制御装置６によれば、図８に示すよう
に、パルス光を数フェムト秒のパルスへ圧縮する（図８
（ａ））だけでなく、図８（ｂ）のように進行方向前側
から波長が徐々に短くなるようにしたり、図８（ｃ）の
ように進行方向前側から波長が徐々に長くなるようにで
きる。また、図８（ｄ）のように短波長パルスと長波長
パルスに分離して進行方向前側に長波長部を設定した
り、図８（ｅ）のように短波長パルスと長波長パルスに
分離して進行方向前側に短波長部を設定したりすること
もできる。このように、数十フェムト秒の中で、光パル
ス内の波長成分とその強度を変化させることが可能とな
っている。これにより、物質に光を照射してフェムト秒
レベルで原子、分子を励起させる場合等に、所望のパル
ス光を容易に得ることができる。
【００５０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、種々の変形態様をとることが可能であ
る。
【００５１】上記実施形態では、空間光変調器として、
１対の透明電極１９の間に、光アドレス手段としての光
導電層１２、チャープ補償誘電体多層膜ミラー１０、お
よび、光変調手段としての液晶層１７が順次積層された
空間光変調器１が採用されているが、これに限られな
い。例えば、アドレス光を光導電層１２で受けて液晶層
１７の変調特性を変化させるのではなく、図９に示すよ
うに、光電子により液晶部１０１にアドレス情報を書き
込む、いわゆる、ＬＣ−ＭＳＬＭ型の空間光変調器１０
２でもよい「N. Mukouzaka et al., Japanese Journal
of Applied Physics, 29, 1227-1230, 1990参照」。こ
の空間光変調器１０２は、図９（ａ）に示すように、ア
ドレス光入射側から順に、光電面１１１、ＭＣＰ１１
２、メッシュ電極１１３、および、液晶部１０１を備え
ている。アドレス光は、光電面１１１で電子に変換され
た後、電極１１４によって加速・収束され、ＭＣＰ１１
２で増幅されて、液晶部１０１に入射される。そして、
液晶部１０１は、光電子が入射される透明基板１４から
読み出し光側に向かって、チャープ補償誘電体多層膜ミ
ラー１０、配向層１６、液晶層１７、配向層１８、透明
電極１９および透明基板２０が順に積層されて構成され
ている。このような構成からなる空間光変調器１０２に
おいても、同様にチャープ補償誘電体多層膜ミラー１０
によって余分な位相の乱れを無くすことができる。
【００５２】また、これ以外にも、上記ＬＣ−ＭＳＬＭ
型の空間光変調器１０２の構成において、変調手段をＬ
ＩＮｂＯ2結晶等の電気光学結晶としたＭＳＬＭや、Ｍ
ＳＬＭから光電面をなくして外部からの電子ビームを直
接受ける電子ビーム書込型のＭＳＬＭ、アドレス手段と
してＣＣＤを備えるＣＣＤ−ＬＣＬＶ、さらに、光変調
手段とアドレス手段を兼ねるＢＳＯ等の材料を用いたＰ
ＲＯＭなど、光変調手段とアドレス手段とを備え、チャ
ープ補償誘電体多層膜ミラー１０により入射光が反射さ
れる空間光変調器であればその種類を問わない。なお、
光変調手段は、液晶、電気光学結晶以外にも有機材料等
が利用できる。
【００５３】また、本実施形態の光パルス波形制御装置
において、空間光変調器への書き込み手段として、透過
型液晶素子３２を採用しているが、これに限られない。
例えば、本実施形態の空間光変調器１や、上述のＬＣ−
ＭＬＳＭ、ＭＬＳＭおよびＰＲＯＭ等の光アドレス型の
空間光変調器の場合、ＣＲＴ等でも構わない。また、電
子ビームＭＳＬＭや、ＣＣＤ−ＬＣＬＶ等の電気アドレ
ス型の空間光変調器では、電子ビームや電気信号で書き
込むこととなる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように、本発明による空間光変調
器は、所定の波長域内の入射光を反射するとともに、所
定の波長域内で、光変調手段を除く各部で生じる群遅延
が補償される群遅延特性を有する誘電体多層膜ミラーを
備え、所定の入射光の全ての波長成分が誘電体多層膜ミ
ラーにより反射されるとともに、空間光変調器を通過す
る際に光変調手段以外の各層から受ける位相の乱れが、
誘電体多層膜ミラーで反射される際にうち消されるの
で、出射光に余分な位相の乱れを与えることなく光変調
手段によってのみ所望の変調を行うことが可能な空間光
変調器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空間光変調器を示す概略構成図であ
る。
【図２】第１実施例のチャープ補償誘電体多層膜ミラー
の特性を示す図であり、（ａ）は反射特性図、（ｂ）は
群遅延特性図である。
【図３】第２実施例のチャープ補償誘電体多層膜ミラー
の特性を示す図であり、（ａ）は反射特性図、（ｂ）は
群遅延特性図である。
【図４】図１中の透明基板の群遅延特性を示す図であ
る。
【図５】本発明の空間光変調器を備えた光パルス波形制
御装置を示す構成図である。
【図６】図５の空間光変調装置を２つ備えた光パルス波
形制御装置を示す構成図である。
【図７】図６中の空間光変調器の群遅延特性の変化を示
す図であり、（ａ）時間ｔ0、（ｂ）時間ｔ1での群遅延
特性を示す図である。
【図８】図６の光パルス波形制御装置における波形制御
の例を示す図であり、（ａ）圧縮した場合、（ｂ）長波
長から短波長に変化させた場合、（ｃ）短波長から長波
長へ変化させた場合、（ｄ）分離して先に超波長、後に
短波長とした場合、（ｅ）分離して先に短波長、後に長
波長とした場合の出力パルスの波形図である。
【図９】ＬＣ−ＭＳＬＭ型の空間光変調器の断面図であ
り、（ａ）全体断面図、（ｂ）液晶部の拡大断面図であ
る。
【図１０】λ／４型および広帯域化された誘電体多層膜
ミラーの反射特性図である。
【図１１】広帯域化のみが行われた誘電体多層膜ミラー
の群遅延特性図である。
【図１２】空間光変調器のアドレス光強度に対する読み
出し光の波長が、（ａ）５３０ｎｍ、（ｂ）６３３ｎ
ｍ、（ｃ）８００ｎｍでの位相変調度を示す図である。
【符号の説明】
１，１０２…空間光変調器、２，６…光パルス波形制御
装置、３，４…空間光変調装置、１０…チャープ補償誘
電体多層膜ミラー、１２…光電導層、１３，１９…透明
電極、１４，２０…透明基板、１７…液晶層、３０…グ
レーティング（第１の分光手段）、３１…グレーティン
グ（第２の分光手段）、３２…透過型液晶素子、３５…
アドレス用光源、３６…結像レンズ（結像手段）、３８
…コリメートレンズ（第１の集光手段）、３９…コリメ
ートレンズ（第２の集光手段）、４０…入射光学系、４
１…出射光学系、５０…プリズム（第１の分光手段）、
５１…プリズム（第２の分光手段）、５２…プリズム
（第１の集光手段）、５３…プリズム（第２の集光手
段）、６０…偏光板（偏光手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 英夫 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 原 勉 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H079 AA08 AA12 AA15 BA03 CA04 DA08 EA14 EA27 EB17 HA09 KA01 KA18 KA20

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を変調する光変調手段と、アドレ
    ス情報に基づいて前記光変調手段の変調特性を変化させ
    るアドレス手段と、前記入射光を反射させる誘電体多層
    膜ミラーとを備える反射型の空間光変調器において、 前記誘電体多層膜ミラーは、所定の波長域内の入射光を
    反射するとともに、前記波長域内で、前記光変調手段を
    除く各部で生じる群遅延が補償される群遅延特性を有し
    て構成されることを特徴とする、空間光変調器。
  2. 【請求項２】 前記入射光が透過される透明基板を備
    え、前記誘電体多層膜ミラーは、前記波長域内で、前記
    透明基板で生じる群遅延が補償される群遅延特性を有し
    て構成されることを特徴とする、請求項１に記載の空間
    光変調器。
  3. 【請求項３】 前記誘電体多層膜ミラーは、前記波長域
    内で、前記誘電体多層膜ミラーで生じる群遅延が略一定
    となる群遅延特性を有して構成されることを特徴とす
    る、請求項１に記載の空間光変調器。
  4. 【請求項４】 前記アドレス手段は光導電層であり、前
    記光変調手段は液晶層であるとともに、前記光導電層、
    前記誘電体多層膜ミラー、および、前記液晶層が一対の
    透明電極の間に順次積層されてなることを特徴とする、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の空間光変調器。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか１項に記載の空間
    光変調器と、前記空間光変調器のアドレス手段に前記ア
    ドレス情報を送るアドレス情報書込手段とを有する、位
    相変調を行うための空間光変調装置と、 前記空間光変調器への入射光パルスを分光する第１の分
    光手段、および、前記第１の分光手段で分光された前記
    入射光パルスを前記空間光変調器へと集光させつつ入射
    させる第１の集光手段を有する入射光学系と、 前記空間光変調器からの出射光パルスを合成する第２の
    分光手段、および、前記空間光変調器で反射された前記
    出射光パルスを前記第２の分光手段へと集光させつつ入
    射させる第２の集光手段を有する出射光学系と、 を備えることを特徴とする、光パルス波形制御装置。
  6. 【請求項６】 前記位相変調を行うための空間光変調装
    置に加えて、請求項１〜４の何れか１項に記載の空間光
    変調器と、前記空間光変調器のアドレス手段に前記アド
    レス情報を送るアドレス情報書込手段とを有する、強度
    変調を行うための空間光変調装置と、前記強度変調を行
    うための空間光変調装置からの光パルスが通過または反
    射される偏光手段とをさらに備えることを特徴とする、
    請求項５に記載の光パルス波形制御装置。
  7. 【請求項７】 前記アドレス手段はアドレス光によって
    前記アドレス情報が書込まれ、前記アドレス情報書込手
    段は、前記アドレス光の生成に用いられるアドレス用光
    源、電気信号によってアドレスされるとともに前記アド
    レス用光源からの光が透過される液晶素子、および、前
    記液晶素子を透過して形成された前記アドレス光を前記
    空間光変調器のアドレス手段へと結像する結像手段を有
    することを特徴とする、請求項５または６に記載の光パ
    ルス波形制御装置。
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