JP2016051018A - Pulse light fairing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse light fairing device that allows a waveform of an optical pulse to be highly accurately made similar to a desired shape.SOLUTION: A pulse light fairing device 1A comprises: a spectroscopic element 12; a spatial optical modulator 16; and a control unit 20 that controls a phase pattern to be presented to the spatial optical modulator 16. The control unit 20 is cause the spatial optical modulator 16 to present the phase pattern including an intensity modulation pattern for giving input pulse light La an intensity spectrum having a mountain waveform and a valley waveform alternately repeated and a phase spectrum having a wavelength interval in which the phase stays almost constant repeated. A boundary wavelength between adjacent wavelength intervals is included in a wavelength range of the valley waveform.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パルス光整形装置に関する。   The present invention relates to a pulsed light shaping device.

非特許文献1には、空間光変調器(Spatial Light Modulator:SLM)を用いて光パルスの形状を制御する技術が開示されている。この文献1では、入力光を回折格子によって分光し、分光後の光を2次元のLCOS(Liquid Crystal on Silicon)型空間光変調器に導いている。空間光変調器において入力光の位相スペクトル及び強度スペクトルを変調することにより、出力パルス光の波形を制御している。強度スペクトルの変調方式として、ブレーズド回折格子パターン、またはバイナリ回折格子パターンを採用している。   Non-Patent Document 1 discloses a technique for controlling the shape of an optical pulse using a spatial light modulator (SLM). In this document 1, input light is split by a diffraction grating, and the split light is guided to a two-dimensional LCOS (Liquid Crystal on Silicon) type spatial light modulator. The waveform of the output pulse light is controlled by modulating the phase spectrum and intensity spectrum of the input light in the spatial light modulator. A blazed diffraction grating pattern or a binary diffraction grating pattern is adopted as the intensity spectrum modulation method.

Eugene Frumker and Yaron Silberberg, “Phase and amplitude pulse shapingwith two-dimensional phase-only spatial light modulators,” J. Opt. Soc. Am.B, vol. 24, No. 12 (2007)Eugene Frumker and Yaron Silberberg, “Phase and amplitude pulse shaping with two-dimensional phase-only spatial light modulators,” J. Opt. Soc. Am. B, vol. 24, No. 12 (2007)

超短パルス光の波形を制御するための技術として、光パルスの位相スペクトル及び強度スペクトルを空間光変調器によって変調するものがある。この技術では、光パルスの波形を所望の形状に精度良く近づけることが望ましい。本発明は、光パルスの波形を所望の形状に精度良く近づけることができるパルス光整形装置を提供することを目的とする。   As a technique for controlling the waveform of the ultrashort pulse light, there is a technique of modulating the phase spectrum and the intensity spectrum of an optical pulse by a spatial light modulator. In this technique, it is desirable that the optical pulse waveform be brought close to a desired shape with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a pulsed light shaping device that can accurately approximate the waveform of an optical pulse to a desired shape.

上述した課題を解決するために、本発明による第1のパルス光整形装置は、入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を空間光変調器に提供する制御部とを備え、空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光がパルス光整形装置から出力され、制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む位相パターンを空間光変調器に呈示させ、互いに隣接する波長区間の境界波長が谷波形の波長範囲に含まれており、制御部は、ブレーズド回折格子を含む強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、該ブレーズド回折格子の振幅が可変であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a first pulsed light shaping device according to the present invention is a pulsed light shaping device that generates output pulsed light having a waveform different from the input pulsed light from input pulsed light, A spectroscopic element that splits input pulse light for each wavelength component, a phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component, and spatial light And a control unit that provides a control signal for controlling the phase pattern presented to the modulator to the spatial light modulator, and the combined light obtained by combining the wavelength components modulated by the spatial light modulator is a pulse light shaping device. The control unit outputs, to the combined light, an intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated, and a phase spectrum that repeats a wavelength section in which the phase is substantially constant. A phase pattern including a phase modulation pattern to be obtained is presented to the spatial light modulator, a boundary wavelength between adjacent wavelength sections is included in the wavelength range of the valley waveform, and the control unit includes a blazed diffraction grating An intensity modulation pattern is presented in each modulation region, and the amplitude of the blazed diffraction grating is variable.

また、本発明による第2のパルス光整形装置は、入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を空間光変調器に提供する制御部とを備え、空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光がパルス光整形装置から出力され、制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む位相パターンを空間光変調器に呈示させ、互いに隣接する波長区間の境界波長が谷波形の波長範囲に含まれており、制御部は、各変調領域における強度変調用パターンの位相変調量に基づいた位相変調画像の画素値を、各変調領域に対応する各波長に応じて補正することを特徴とする。   The second pulsed light shaping device according to the present invention is a pulsed light shaping device that generates output pulsed light having a waveform different from the input pulsed light from the input pulsed light. A spectral element that divides into two, a phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component, and a phase presented to the spatial light modulator A control unit that provides a control signal for controlling the pattern to the spatial light modulator, and the combined light in which the respective wavelength components modulated by the spatial light modulator are combined is output from the pulse light shaping device. An intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which peak and valley waveforms are alternately repeated, and a phase modulation pattern for giving the combined light a phase spectrum that repeats a wavelength section having a substantially constant phase. A phase pattern including the first and second phase patterns is presented to the spatial light modulator, and the boundary wavelength of the adjacent wavelength sections is included in the wavelength range of the valley waveform, and the control unit includes the phase of the intensity modulation pattern in each modulation region. The pixel value of the phase modulation image based on the modulation amount is corrected according to each wavelength corresponding to each modulation region.

また、本発明による第3のパルス光整形装置は、入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を空間光変調器に提供する制御部とを備え、空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光がパルス光整形装置から出力され、制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む位相パターンを空間光変調器に呈示させ、互いに隣接する波長区間の境界波長が谷波形の波長範囲に含まれており、制御部は、ブレーズド回折格子を含む強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、ブレーズド回折格子の周期を、各変調領域に対応する各波長の大きさに応じて補正することを特徴とする。   The third pulse light shaping device according to the present invention is a pulse light shaping device that generates output pulse light having a waveform different from that of the input pulse light from the input pulse light. A spectral element that divides into two, a phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component, and a phase presented to the spatial light modulator A control unit that provides a control signal for controlling the pattern to the spatial light modulator, and the combined light in which the respective wavelength components modulated by the spatial light modulator are combined is output from the pulse light shaping device. An intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which peak and valley waveforms are alternately repeated, and a phase modulation pattern for giving the combined light a phase spectrum that repeats a wavelength section having a substantially constant phase. A phase pattern that includes a horn pattern is presented to the spatial light modulator, and a boundary wavelength between adjacent wavelength sections is included in the wavelength range of the valley waveform, and the control unit generates a pattern for intensity modulation including a blazed diffraction grating. In addition to presenting each modulation region, the period of the blazed diffraction grating is corrected according to the size of each wavelength corresponding to each modulation region.

また、本発明による第4のパルス光整形装置は、入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を空間光変調器に提供する制御部とを備え、空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光がパルス光整形装置から出力され、制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む位相パターンを空間光変調器に呈示させ、互いに隣接する波長区間の境界波長が谷波形の波長範囲に含まれており、制御部は、周期的な強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、各変調領域における強度変調用パターンの振幅に応じた位相バイアスを各変調領域の位相変調量に加えることを特徴とする。   A fourth pulse light shaping device according to the present invention is a pulse light shaping device that generates output pulse light having a waveform different from the input pulse light from the input pulse light. A spectral element that divides into two, a phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component, and a phase presented to the spatial light modulator A control unit that provides a control signal for controlling the pattern to the spatial light modulator, and the combined light in which the respective wavelength components modulated by the spatial light modulator are combined is output from the pulse light shaping device. An intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which peak and valley waveforms are alternately repeated, and a phase modulation pattern for giving the combined light a phase spectrum that repeats a wavelength section having a substantially constant phase. The phase pattern including the waveform is presented to the spatial light modulator, the boundary wavelength between adjacent wavelength sections is included in the wavelength range of the valley waveform, and the control unit modulates the periodic intensity modulation pattern In addition to being presented in the region, a phase bias corresponding to the amplitude of the intensity modulation pattern in each modulation region is added to the amount of phase modulation in each modulation region.

上述した第1〜第4のパルス光整形装置では、まず分光素子によって入力パルス光が波長成分毎に分光された後、各波長成分の位相及び強度が、空間光変調器の各変調領域において変調される。空間光変調器は、強度変調用パターン及び位相変調用パターンを含む位相パターンを呈示する。強度変調用パターンは、山波形と谷波形とが交互に繰り返される(例えば正弦波成分を含む)強度スペクトルを合波光に与える。また、位相変調用パターンは、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを合波光に与える。   In the first to fourth pulse light shaping devices described above, first, after the input pulse light is dispersed for each wavelength component by the spectroscopic element, the phase and intensity of each wavelength component are modulated in each modulation region of the spatial light modulator. Is done. The spatial light modulator presents a phase pattern including an intensity modulation pattern and a phase modulation pattern. The intensity modulation pattern gives the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated (for example, including a sine wave component). In addition, the phase modulation pattern gives the combined light a phase spectrum that repeats a wavelength interval in which the phase is substantially constant.

ここで、出力パルス光においてノイズとなる高次成分が発生する場合があるが、このような高次成分は、上記のような位相スペクトルにおける、互いに隣接する波長区間の境界での急激な位相変化が原因であると考えられる。上述した第1〜第4のパルス光整形装置では、互いに隣接する波長区間の境界波長が谷波形の波長範囲に含まれているので、位相が急激に変化する領域における光強度を相対的に抑えることができる。したがって、これらのパルス光整形装置によれば、高次成分を低減して出力パルス光を所望の形状に精度良く近づけることができる。   Here, high-order components that cause noise may occur in the output pulse light, but such high-order components cause a sudden phase change at the boundary between adjacent wavelength sections in the phase spectrum as described above. Is considered to be the cause. In the first to fourth pulse light shaping devices described above, since the boundary wavelength between adjacent wavelength sections is included in the wavelength range of the valley waveform, the light intensity in the region where the phase changes rapidly is relatively suppressed. be able to. Therefore, according to these pulse light shaping devices, it is possible to reduce the higher order components and bring the output pulse light close to a desired shape with high accuracy.

また、第1のパルス光整形装置では、制御部が、ブレーズド回折格子を含む強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、該ブレーズド回折格子の振幅が可変となっている。このように、強度変調用パターンがブレーズド回折格子を含むことによって、強度スペクトルを上記の波形に好適に変調することができる。また、強度スペクトルの変調は必ず光損失を伴うが、ブレーズド回折格子の振幅が可変であるので、強度変調量と光損失とのバランスを適切に調整して、過度な光損失を回避しつつ、強度スペクトルを十分な精度で変調することができる。   In the first pulsed light shaping device, the control unit presents an intensity modulation pattern including a blazed diffraction grating in each modulation region, and the amplitude of the blazed diffraction grating is variable. As described above, when the intensity modulation pattern includes the blazed diffraction grating, the intensity spectrum can be suitably modulated into the above waveform. In addition, the modulation of the intensity spectrum always involves optical loss, but since the amplitude of the blazed diffraction grating is variable, the balance between the intensity modulation amount and the optical loss is appropriately adjusted to avoid excessive optical loss, The intensity spectrum can be modulated with sufficient accuracy.

また、第2のパルス光整形装置では、制御部が、各変調領域における強度変調用パターンの位相変調量に基づいた位相変調画像の画素値を、各変調領域に対応する各波長に応じて補正する。本発明者の知見によれば、空間光変調器において、或る一定の強度変調を行うための位相変調量は同じであるが、それを基に作られた位相変調画像の画素値は、波長によって僅かに異なる。従って、各変調領域に対応する各波長に応じて位相変調量に基づいた位相変調画像の画素値を補正することによって、各波長における強度変調をより精度よく行い、光パルスの波形を所望の形状に更に精度良く近づけることができる。   Further, in the second pulse light shaping device, the control unit corrects the pixel value of the phase modulation image based on the phase modulation amount of the intensity modulation pattern in each modulation region according to each wavelength corresponding to each modulation region. To do. According to the knowledge of the present inventor, in the spatial light modulator, the amount of phase modulation for performing a certain intensity modulation is the same, but the pixel value of the phase modulation image created based on the amount is the wavelength. Slightly different. Therefore, by correcting the pixel value of the phase modulation image based on the phase modulation amount in accordance with each wavelength corresponding to each modulation region, intensity modulation at each wavelength is performed more accurately, and the waveform of the optical pulse has a desired shape. Can be brought closer to accuracy.

また、第3のパルス光整形装置では、制御部が、ブレーズド回折格子を含む強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、ブレーズド回折格子の周期を各変調領域に対応する各波長に応じて補正する。本発明者の知見によれば、入射光の波長が異なると、同一周期のブレーズド回折格子による回折角が僅かに異なることがある。従って、ブレーズド回折格子の周期の波長依存性を考慮し、ブレーズド回折格子の周期を各変調領域に対応する各波長に応じて補正することによって、各波長における回折角を一致させることができ、一次光を出力光として用いる場合においても、強度スペクトルを高い精度で変調することができる。   Further, in the third pulse light shaping device, the control unit presents the intensity modulation pattern including the blazed diffraction grating to each modulation region, and sets the period of the blazed diffraction grating in accordance with each wavelength corresponding to each modulation region. to correct. According to the knowledge of the present inventors, when the wavelength of incident light is different, the diffraction angle by the blazed diffraction grating having the same period may be slightly different. Therefore, in consideration of the wavelength dependence of the period of the blazed diffraction grating, the diffraction angle at each wavelength can be matched by correcting the period of the blazed diffraction grating according to each wavelength corresponding to each modulation region. Even when light is used as output light, the intensity spectrum can be modulated with high accuracy.

また、第4のパルス光整形装置では、制御部が、周期的な強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、各変調領域における強度変調用パターンの振幅に応じた位相バイアスを各変調領域の位相変調量に加える。この位相バイアスは、例えば変調振幅の中心が各変調領域において互いに一致するようなバイアスである。これにより、強度スペクトル変調パターンが位相スペクトル変調パターンに影響を与えない状態を実現し、光パルスの波形を所望の形状に更に精度良く近づけることができる。   Further, in the fourth pulse light shaping device, the control unit presents a periodic intensity modulation pattern in each modulation area and a phase bias corresponding to the amplitude of the intensity modulation pattern in each modulation area. Is added to the phase modulation amount. This phase bias is, for example, a bias in which the centers of modulation amplitudes coincide with each other in each modulation region. As a result, a state where the intensity spectrum modulation pattern does not affect the phase spectrum modulation pattern can be realized, and the waveform of the optical pulse can be brought closer to a desired shape with higher accuracy.

本発明によるパルス光整形装置によれば、光パルスの波形を所望の形状に精度良く近づけることができる。   According to the pulsed light shaping device of the present invention, the waveform of an optical pulse can be brought close to a desired shape with high accuracy.

本発明の一実施形態に係るパルス光整形装置の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a pulsed light shaping device according to an embodiment of the present invention. 空間光変調器の変調面を示す図である。It is a figure which shows the modulation surface of a spatial light modulator. (a)位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせの例を示すグラフである。(b)(a)に示された位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせによって実現される出力パルス光の時間波形を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the example of the combination of a phase spectrum and an intensity spectrum. (B) It is a graph which shows the time waveform of the output pulse light implement | achieved by the combination of the phase spectrum and intensity spectrum which were shown to (a). (a)位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせの例を示すグラフである。(b)(a)に示された位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせによって実現される出力パルス光の時間波形を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the example of the combination of a phase spectrum and an intensity spectrum. (B) It is a graph which shows the time waveform of the output pulse light implement | achieved by the combination of the phase spectrum and intensity spectrum which were shown to (a). 図3(a)及び図4(a)に示された位相スペクトルを実現するための位相変調用パターンを可視的に示す図である。It is a figure which shows the phase modulation pattern for implement | achieving the phase spectrum shown by Fig.3 (a) and Fig.4 (a) visually. (a)位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせの例を示すグラフである。(b)(a)に示された位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせによって実現される出力パルス光の時間波形を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the example of the combination of a phase spectrum and an intensity spectrum. (B) It is a graph which shows the time waveform of the output pulse light implement | achieved by the combination of the phase spectrum and intensity spectrum which were shown to (a). (a)図6(a)に示された強度スペクトルを実現するための強度変調用パターンを可視的に示す図である。(b)図5(b)に示された位相変調用パターンと、図7(a)に示された強度変調用パターンとを重ね合わせた位相パターンである。(A) It is a figure which shows the intensity | strength modulation pattern for implement | achieving the intensity | strength spectrum shown by Fig.6 (a) visually. (B) A phase pattern in which the phase modulation pattern shown in FIG. 5B and the intensity modulation pattern shown in FIG. ブレーズド回折格子の振幅の違いによる回折光量の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the amount of diffracted light by the difference in the amplitude of a blazed diffraction grating. ブレーズド回折格子の振幅変化を利用した、強度スペクトルの変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of an intensity spectrum using the amplitude change of a blazed diffraction grating. 変調強度の操作の際に参照される特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the characteristic referred in the case of modulation intensity operation. 互いに異なる波長において回折光量を等しくした場合における、ブレーズド回折格子の振幅の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the amplitude of a blazed diffraction grating when the amount of diffraction light is made equal in a mutually different wavelength. 互いに異なる波長において回折光量を等しくした場合における、ブレーズド回折格子の周期の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the period of a blazed diffraction grating when the amount of diffraction light is made equal in a mutually different wavelength. (a)図12(a)に示されたブレーズド回折格子を示す。(b)図12(b)に示されたブレーズド回折格子を示す。(c)図13(a)及び図13(b)の平均値を揃えるように、図13(b)にバイアス成分を足し合わせたプロットを示す。(A) The blazed diffraction grating shown in FIG. (B) The blazed diffraction grating shown in FIG. (C) FIG. 13B shows a plot in which the bias components are added so that the average values of FIGS. 13A and 13B are aligned. 一変形例に係る位相スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the phase spectrum which concerns on one modification. 一変形例による、図10に示された特性の変化を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a change in characteristics shown in FIG. 10 according to a modification. FIG. 一実施形態の手法により作成された、高精度な強度スペクトル変調を実現しうる(a)矩形型の位相変調用パターン、(b)コサイン波形型の強度変調用パターン、及び(c)これらのパターンが合成された位相パターンの一例を示す図である。(A) rectangular phase modulation pattern, (b) cosine waveform type intensity modulation pattern, and (c) these patterns, which are capable of realizing highly accurate intensity spectrum modulation, created by the method of the embodiment. It is a figure which shows an example of the phase pattern by which synthesize | combined. 図16に示された各パターンによって実現される(a)位相スペクトル、(b)強度スペクトル、及び(c)位相スペクトルと強度スペクトルとの重ね合わせを示すグラフである。It is a graph which shows the superposition of (a) phase spectrum, (b) intensity spectrum, and (c) phase spectrum and intensity spectrum which are realized by each pattern shown in FIG.

以下、添付図面を参照しながら本発明によるパルス光整形装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a pulsed light shaping device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係るパルス光整形装置1Aの構成を概略的に示す図である。このパルス光整形装置1Aは、空間光変調器において位相変調と強度変調とを同時に行うことにより、入力パルス光Laから、該入力パルス光Laとは異なる任意の時間波形を有する出力パルス光Ldを生成する、いわゆるSLMパルスシェーパーである。入力パルス光Laとしては、例えば固体レーザから出力されたコヒーレントなパルス光が用いられる。図1に示されるように、本実施形態のパルス光整形装置1Aは、光学系10と、制御部20とを備える。光学系10は、分光素子12と、曲面ミラー14と、空間光変調器16とを有する。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a pulsed light shaping device 1A according to an embodiment of the present invention. This pulsed light shaping device 1A simultaneously performs phase modulation and intensity modulation in a spatial light modulator, thereby generating output pulsed light Ld having an arbitrary time waveform different from the input pulsed light La from the input pulsed light La. This is a so-called SLM pulse shaper. As the input pulsed light La, for example, coherent pulsed light output from a solid-state laser is used. As shown in FIG. 1, the pulsed light shaping device 1 </ b> A of the present embodiment includes an optical system 10 and a control unit 20. The optical system 10 includes a spectroscopic element 12, a curved mirror 14, and a spatial light modulator 16.

分光素子12は、入力パルス光Laを波長成分毎に分光する。分光素子12は、例えば板面に形成された回折格子を有する。入力パルス光Laは、回折格子に対して斜めに入射し、複数の波長成分に分光される。この複数の波長成分を含むパルス光Lbは、曲面ミラー14に達する。パルス光Lbは、曲面ミラー14によって反射され、空間光変調器16に達する。   The spectroscopic element 12 splits the input pulsed light La for each wavelength component. The spectroscopic element 12 has, for example, a diffraction grating formed on a plate surface. The input pulsed light La is incident obliquely on the diffraction grating and is split into a plurality of wavelength components. The pulsed light Lb including the plurality of wavelength components reaches the curved mirror 14. The pulsed light Lb is reflected by the curved mirror 14 and reaches the spatial light modulator 16.

空間光変調器16は、位相変調型である。一実施例では、空間光変調器16はLCOS型である。図2は、空間光変調器16の変調面17を示す図である。図2に示されるように、変調面17には、複数の変調領域17aが或る方向Aに沿って並んでおり、各変調領域17aは方向Aと交差する方向Bに延びている。この方向Aは、分光素子12による分光方向である。したがって、複数の変調領域17aのそれぞれには、分光された各波長成分が入射する。空間光変調器16は、各変調領域17aにおいて、入射した各波長成分の位相及び強度を変調する。なお、本実施形態の空間光変調器16は位相変調型であるため、強度変調は、変調面17に呈示される位相パターン(位相画像)によって実現される。   The spatial light modulator 16 is a phase modulation type. In one embodiment, the spatial light modulator 16 is of the LCOS type. FIG. 2 is a diagram showing the modulation surface 17 of the spatial light modulator 16. As shown in FIG. 2, a plurality of modulation regions 17 a are arranged along a certain direction A on the modulation surface 17, and each modulation region 17 a extends in a direction B intersecting the direction A. This direction A is a spectral direction by the spectral element 12. Therefore, each of the dispersed wavelength components is incident on each of the plurality of modulation regions 17a. The spatial light modulator 16 modulates the phase and intensity of each incident wavelength component in each modulation region 17a. Since the spatial light modulator 16 of the present embodiment is a phase modulation type, the intensity modulation is realized by a phase pattern (phase image) presented on the modulation surface 17.

空間光変調器16によって変調された各波長成分を含むパルス光Lcは、再び曲面ミラー14によって反射され、分光素子12に達する。この分光素子12において、パルス光Lcの複数の波長成分は互いに合波される。この合波光は、出力パルス光Ldとしてパルス光整形装置1Aから出力される。   The pulsed light Lc including each wavelength component modulated by the spatial light modulator 16 is reflected again by the curved mirror 14 and reaches the spectroscopic element 12. In the spectroscopic element 12, the plurality of wavelength components of the pulsed light Lc are combined with each other. This combined light is output from the pulsed light shaping device 1A as output pulsed light Ld.

制御部20は、空間光変調器16と電気的に接続されており、空間光変調器16に呈示される位相パターンを制御する制御信号を空間光変調器に提供する。制御部20は、任意波形入力部21と、位相スペクトル設計部22と、位相・強度スペクトル設計部23と、位相パターン設計部24と、時間波形選択部25とを有する。任意波形入力部21は、操作者からの任意のパルス時間波形の入力または選択を受け付ける。操作者は、所望のパルス時間波形を任意波形入力部21に入力するか、あるいは、提示された複数のパルス時間波形の中から所望のパルス時間波形を選択する。   The control unit 20 is electrically connected to the spatial light modulator 16 and provides a control signal for controlling the phase pattern presented to the spatial light modulator 16 to the spatial light modulator. The control unit 20 includes an arbitrary waveform input unit 21, a phase spectrum design unit 22, a phase / intensity spectrum design unit 23, a phase pattern design unit 24, and a time waveform selection unit 25. The arbitrary waveform input unit 21 receives input or selection of an arbitrary pulse time waveform from the operator. The operator inputs a desired pulse time waveform to the arbitrary waveform input unit 21 or selects a desired pulse time waveform from a plurality of presented pulse time waveforms.

パルス時間波形に関する情報は、位相スペクトル設計部22に与えられる。位相スペクトル設計部22は、そのパルス時間波形を実現するための出力パルス光Ldの位相スペクトルを、あらかじめ用意された複数の位相スペクトルの中から選択するか、もしくは入力されたパルス時間波形に基づいて算出する。また、位相スペクトル設計部22は、特定された位相スペクトルに基づく位相パターンを設定する。   Information on the pulse time waveform is given to the phase spectrum design unit 22. The phase spectrum design unit 22 selects a phase spectrum of the output pulsed light Ld for realizing the pulse time waveform from a plurality of phase spectra prepared in advance, or based on the input pulse time waveform. calculate. Further, the phase spectrum design unit 22 sets a phase pattern based on the identified phase spectrum.

パルス時間波形に関する情報は、位相・強度スペクトル設計部23にも与えられる。位相・強度スペクトル設計部23は、そのパルス時間波形を実現するための出力パルス光Ldの位相スペクトル及び強度スペクトルを、あらかじめ用意された複数の位相スペクトル及び強度スペクトルの中から選択するか、もしくは入力されたパルス時間波形に基づいて算出する。位相パターン設計部24は、位相・強度スペクトル設計部23において求められた位相スペクトル及び強度スペクトルを実現するための位相パターンを設定する。なお、位相パターン設計部24における位相パターンの設定方法は後に詳しく述べる。   Information on the pulse time waveform is also given to the phase / intensity spectrum design unit 23. The phase / intensity spectrum design unit 23 selects or inputs a phase spectrum and an intensity spectrum of the output pulsed light Ld for realizing the pulse time waveform from a plurality of phase spectra and intensity spectra prepared in advance. Based on the pulse time waveform thus calculated. The phase pattern design unit 24 sets a phase pattern for realizing the phase spectrum and the intensity spectrum obtained by the phase / intensity spectrum design unit 23. The phase pattern setting method in the phase pattern design unit 24 will be described in detail later.

時間波形選択部25は、位相スペクトル設計部22によって設定された位相パターンと、位相パターン設計部24によって設定された位相パターンとのいずれか一方を選択する。時間波形選択部25は、例えば、入力パルス光Laに対する出力パルス光Ldの強度損失量、及び各位相パターンに固有の波形精度情報に基づいて、位相パターンを選択する。そして、選択された位相パターンを示す制御信号が、空間光変調器16に提供される。   The time waveform selection unit 25 selects either the phase pattern set by the phase spectrum design unit 22 or the phase pattern set by the phase pattern design unit 24. The time waveform selection unit 25 selects a phase pattern based on, for example, the intensity loss amount of the output pulsed light Ld with respect to the input pulsed light La and waveform accuracy information unique to each phase pattern. Then, a control signal indicating the selected phase pattern is provided to the spatial light modulator 16.

ここで、位相・強度スペクトル設計部23における位相パターンの設定方法について詳しく述べる。本実施形態の制御部20は、適切な位相スペクトルを出力パルス光Ldに与えるための位相変調用の位相パターン(以下、位相変調用パターンという)と、適切な強度スペクトルを出力パルス光Ldに与えるための強度変調用の位相パターン(以下、強度変調用パターンという)とを含む位相パターンを空間光変調器16に呈示させる。   Here, the phase pattern setting method in the phase / intensity spectrum design unit 23 will be described in detail. The control unit 20 of the present embodiment provides a phase pattern for phase modulation (hereinafter referred to as a phase modulation pattern) for providing an appropriate phase spectrum to the output pulse light Ld and an appropriate intensity spectrum to the output pulse light Ld. Therefore, the spatial light modulator 16 is caused to present a phase pattern including a phase pattern for intensity modulation (hereinafter referred to as an intensity modulation pattern).

図3(a)及び図4(a)は、位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせの例を示すグラフである。また、図3(b)及び図4(b)は、それぞれ図3(a)及び図4(a)に示された位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせによって実現される出力パルス光Ldの時間波形を示すグラフである。また、図5(a)及び図5(b)は、それぞれ図3(a)及び図4(a)に示された位相スペクトルを実現するための位相変調用パターンを可視的に示す図である。なお、図3(a)及び図4(a)において、グラフG11及びG21は位相スペクトルを示し、グラフG12及びG22は強度スペクトルを示し、横軸は波長(nm)を示し、左の縦軸は強度スペクトルの強度値(任意単位)を示し、右の縦軸は位相スペクトルの位相値(rad)を示す。また、図3(b)及び図4(b)において、横軸は時間(フェムト秒)を表し、縦軸は光強度(任意単位)を表す。また、図5(a)及び図5(b)において、方向Aは分光方向であって図2に示された複数の変調領域17aの並び方向を表しており、位相変調量は色の濃淡によって表されており、濃いほど0π(rad)に近く、薄いほど2π(rad)に近い。   FIG. 3A and FIG. 4A are graphs showing examples of combinations of a phase spectrum and an intensity spectrum. 3B and 4B show time waveforms of the output pulsed light Ld realized by the combination of the phase spectrum and the intensity spectrum shown in FIGS. 3A and 4A, respectively. It is a graph which shows. FIGS. 5A and 5B are diagrams visually showing phase modulation patterns for realizing the phase spectra shown in FIGS. 3A and 4A, respectively. . 3A and 4A, graphs G11 and G21 indicate phase spectra, graphs G12 and G22 indicate intensity spectra, the horizontal axis indicates wavelength (nm), and the left vertical axis indicates The intensity value (arbitrary unit) of the intensity spectrum is shown, and the right vertical axis shows the phase value (rad) of the phase spectrum. In FIGS. 3B and 4B, the horizontal axis represents time (femtoseconds), and the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit). 5A and 5B, the direction A is the spectral direction and represents the arrangement direction of the plurality of modulation regions 17a shown in FIG. 2, and the phase modulation amount depends on the color density. The darker the color is, the closer it is to 0π (rad), and the thinner, the closer it is to 2π (rad).

図3(a)及び図5(a)に示される例では、位相スペクトル及び位相変調用パターンは波長によらず一定であり、また、強度スペクトルは変調されておらず、単一のピークを有するレーザ光に特有のスペクトル形状となっている。この場合、図3(b)に示されるように、出力パルス光Ldの時間波形は急峻な単一のピークP1を有するシングルパルスとなる。これに対し、図4(a)及び図5(b)に示される例では、位相スペクトル及び位相変調用パターンの位相が、或る波長帯域にわたって周期的且つ離散的に変化している。具体的には、位相スペクトル及び位相変調用パターンにおいて、一定の位相値ph1を有する波長区間と、一定の位相値ph2(<ph1)を有する波長区間とが交互に繰り返されている。なお、強度スペクトルは図3(a)に示されたものと同じである。この場合、図4(b)に示されるように、出力パルス光Ldの時間波形は、急峻な2つのピークP2,P3を有するダブルパルスとなる。   In the example shown in FIGS. 3A and 5A, the phase spectrum and the phase modulation pattern are constant regardless of the wavelength, and the intensity spectrum is not modulated and has a single peak. It has a spectral shape peculiar to laser light. In this case, as shown in FIG. 3B, the time waveform of the output pulsed light Ld is a single pulse having a steep single peak P1. On the other hand, in the example shown in FIGS. 4A and 5B, the phase of the phase spectrum and the phase modulation pattern changes periodically and discretely over a certain wavelength band. Specifically, in the phase spectrum and the phase modulation pattern, a wavelength section having a constant phase value ph1 and a wavelength section having a constant phase value ph2 (<ph1) are alternately repeated. The intensity spectrum is the same as that shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 4B, the time waveform of the output pulse light Ld is a double pulse having two steep peaks P2 and P3.

このように、空間光変調器16を用いて、2つの位相値を周期的に繰り返す位相スペクトルを与えることにより、シングルパルスである入力パルス光Laからダブルパルスである出力パルス光Ldを好適に生成することができる。なお、これはあくまで一例であり、位相が略一定である波長区間を繰り返す様々な位相スペクトルによって、出力パルス光Ldの時間波形を任意の形状に整形することができる。   In this way, by using the spatial light modulator 16 to provide a phase spectrum that periodically repeats two phase values, the output pulse light Ld that is a double pulse is preferably generated from the input pulse light La that is a single pulse. can do. Note that this is merely an example, and the time waveform of the output pulsed light Ld can be shaped into an arbitrary shape by various phase spectra that repeat a wavelength interval in which the phase is substantially constant.

ここで、図4(b)を参照すると、ダブルパルスである出力パルス光Ld以外に、小さなピーク波形(ビート)B1が周期的に出現していることがわかる。このピーク波形B1は、位相変調用パターンに含まれる高周波成分に起因するものと考えられる。すなわち、位相が略一定である波長区間Dを繰り返す位相変調用パターンでは、波長区間の境界の波長において位相値が急激に変化するので、該波長付近に高周波成分が含まれる。この高周波成分によって、意図しない高次成分(ピーク波形B1)が生じてしまう。この高次成分は出力パルス光Ldに対してノイズとなるので、除去されることが望ましい。   Here, referring to FIG. 4B, it can be seen that small peak waveforms (beats) B1 appear periodically in addition to the output pulsed light Ld which is a double pulse. This peak waveform B1 is considered to be caused by a high-frequency component included in the phase modulation pattern. That is, in the phase modulation pattern that repeats the wavelength section D in which the phase is substantially constant, the phase value changes abruptly at the wavelength at the boundary of the wavelength section, so that a high frequency component is included in the vicinity of the wavelength. This high-frequency component causes an unintended high-order component (peak waveform B1). Since this higher-order component becomes noise with respect to the output pulsed light Ld, it is desirable to remove it.

図6(a)は、上記の問題点を解決するための位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせの例を示すグラフである。また、図6(b)は、図6(a)に示された位相スペクトルと強度スペクトルとの組み合わせによって実現される出力パルス光Ldの時間波形を示すグラフである。なお、図6(a)において、グラフG31は位相スペクトルを示し、グラフG32は強度スペクトルを示し、横軸は波長(nm)を示し、左の縦軸は強度スペクトルの強度値(任意単位)を示し、右の縦軸は位相スペクトルの位相値(rad)を示す。また、図6(b)において、横軸は時間(フェムト秒)を表し、縦軸は光強度(任意単位)を表す。図6(a)に示されるように、この例では、位相スペクトルは図4(a)に示されたものと同様であるが、強度スペクトルは図4(a)に示されたものとは異なる。すなわち、この強度スペクトルでは、周期的に強度が変化しており、山波形(ピーク波形)と谷波形(ボトム波形)とが交互に繰り返されている。   FIG. 6A is a graph showing an example of a combination of a phase spectrum and an intensity spectrum for solving the above problem. FIG. 6B is a graph showing a time waveform of the output pulsed light Ld realized by the combination of the phase spectrum and the intensity spectrum shown in FIG. In FIG. 6A, a graph G31 indicates a phase spectrum, a graph G32 indicates an intensity spectrum, a horizontal axis indicates a wavelength (nm), and a left vertical axis indicates an intensity value (arbitrary unit) of the intensity spectrum. The right vertical axis indicates the phase value (rad) of the phase spectrum. In FIG. 6B, the horizontal axis represents time (femtosecond), and the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit). As shown in FIG. 6 (a), in this example, the phase spectrum is the same as that shown in FIG. 4 (a), but the intensity spectrum is different from that shown in FIG. 4 (a). . That is, in this intensity spectrum, the intensity periodically changes, and a peak waveform (peak waveform) and a valley waveform (bottom waveform) are alternately repeated.

図7(a)は、図6(a)に示された強度スペクトルを実現するための強度変調用パターンを可視的に示す図である。図7(a)において、方向Aは分光方向であって図2に示された複数の変調領域17aの並び方向を表しており、位相変調量は色の濃淡によって表されており、濃いほど0π(rad)に近く、薄いほど2π(rad)に近い。   FIG. 7A is a diagram visibly showing an intensity modulation pattern for realizing the intensity spectrum shown in FIG. In FIG. 7A, the direction A is the spectral direction and represents the arrangement direction of the plurality of modulation regions 17a shown in FIG. 2, and the phase modulation amount is represented by color shading. It is closer to (rad) and closer to 2π (rad) as it is thinner.

図6(a)に示された強度スペクトルは、例えば、図7(a)に示されるように、複数の変調領域17a毎に振幅の大きさが設定されたブレーズド回折格子(鋸歯状溝)を含む強度変調用パターンを各変調領域17aに呈示することによるコサイン変調によって好適に実現される。このブレーズド回折格子における格子の並び方向は、複数の変調領域17aの並び方向と交差する。図7(b)は、図5(b)に示された位相変調用パターンと、図7(a)に示された強度変調用パターンとを重ね合わせた位相パターンである。制御部20は、この位相パターンを空間光変調器16に呈示させる。   For example, as shown in FIG. 7A, the intensity spectrum shown in FIG. 6A is obtained by using a blazed diffraction grating (sawtooth groove) in which the amplitude is set for each of the plurality of modulation regions 17a. The intensity modulation pattern is preferably realized by cosine modulation by presenting the intensity modulation pattern in each modulation region 17a. The arrangement direction of the gratings in the blazed diffraction grating intersects with the arrangement direction of the plurality of modulation regions 17a. FIG. 7B is a phase pattern in which the phase modulation pattern shown in FIG. 5B and the intensity modulation pattern shown in FIG. The control unit 20 causes the spatial light modulator 16 to present this phase pattern.

ここで、図6(a)を参照すると、位相スペクトルにおいて互いに隣接する波長区間Dの境界の波長が、強度スペクトルの谷波形の波長範囲に含まれている。言い換えれば、強度スペクトルのボトム波長は、位相スペクトルにおいて位相が急激に変化する波長域内若しくはその近傍に位置する。そして、周期的に変化する強度スペクトルの複数のピーク(極大部)は、それぞれ位相スペクトルの各波長区間D内(立ち上がりから立ち下がりまでの間、もしくは立ち下がりから立ち上がりまでの間)に位置する。   Here, referring to FIG. 6A, the wavelength of the boundary between the wavelength sections D adjacent to each other in the phase spectrum is included in the wavelength range of the valley waveform of the intensity spectrum. In other words, the bottom wavelength of the intensity spectrum is located in or near the wavelength region where the phase changes rapidly in the phase spectrum. A plurality of peaks (maximum portions) of the intensity spectrum that change periodically are located in each wavelength section D of the phase spectrum (between rising and falling or between falling and rising).

これにより、位相スペクトルにおいて位相が急激に変化する波長、すなわち高周波成分を含む波長では強度を相対的に抑え、高周波成分を含まない(位相が一定の)波長域では強度を高めることができる。したがって、位相スペクトルにおける高次成分(図4(b)に示されたピーク波形B1)を効果的に除去することができ、出力パルス光Ldの時間波形を所望の形状に近づけることができる(図6(b)参照)。なお、本実施形態において谷波形の波長範囲とは、極小点を含む範囲であって、一方の変曲点から他方の変曲点までの範囲をいう。   Thereby, the intensity can be relatively suppressed at a wavelength whose phase changes rapidly in the phase spectrum, that is, a wavelength including a high frequency component, and the intensity can be increased in a wavelength region not including a high frequency component (a phase is constant). Therefore, higher-order components in the phase spectrum (the peak waveform B1 shown in FIG. 4B) can be effectively removed, and the time waveform of the output pulsed light Ld can be brought close to a desired shape (FIG. 6 (b)). In this embodiment, the wavelength range of the valley waveform is a range including a minimum point, and refers to a range from one inflection point to the other inflection point.

ここで、出力パルス光Ldの時間波形を所望の形状に更に精度良く近づけるために、強度スペクトルを波長軸に対して滑らかにし、強度変調分解能を高くすることを考える。強度スペクトルの変調精度を高める方式としては、以下の4つが挙げられる。
・ブレーズド回折格子の振幅操作
・位相変調量の波長依存性を考慮
・ブレーズド回折格子の周期の波長依存性を考慮
・ブレーズド回折格子の変調振幅量に応じたバイアス変調
以下、これらの方式についてそれぞれ詳細に説明する。
Here, in order to bring the time waveform of the output pulsed light Ld closer to a desired shape with higher accuracy, it is considered that the intensity spectrum is made smooth with respect to the wavelength axis and the intensity modulation resolution is increased. There are the following four methods for increasing the modulation accuracy of the intensity spectrum.
・ Amplitude operation of blazed diffraction grating ・ Consideration of wavelength dependency of phase modulation amount ・ Consideration of wavelength dependency of period of blazed diffraction grating ・ Bias modulation according to modulation amplitude amount of blazed diffraction grating Explained.

(1)ブレーズド回折格子の振幅操作
本実施形態では、各変調領域17aにおける強度変調を、ブレーズド回折格子によって実現している。このブレーズド回折格子の振幅を可変とすることにより、各波長における強度変調をより精度よく行うことができる。図8は、ブレーズド回折格子の振幅の違いによる回折光量の違いを説明するための図である。或る波長(例えば800nm)において、図8(a)に示されるブレーズド回折格子GR1(振幅A1)が回折光量90%を実現するものとする。このとき、図8(b)に示されるブレーズド回折格子GR2の回折光量を90%よりも小さい値、例えば60%としたい場合には、ブレーズド回折格子GR2の振幅A2を振幅A1よりも小さくすれば良い。
(1) Amplitude operation of blazed diffraction grating In this embodiment, intensity modulation in each modulation region 17a is realized by a blazed diffraction grating. By making the amplitude of the blazed diffraction grating variable, intensity modulation at each wavelength can be performed with higher accuracy. FIG. 8 is a diagram for explaining the difference in the amount of diffracted light due to the difference in amplitude of the blazed diffraction grating. Assume that at a certain wavelength (for example, 800 nm), the blazed diffraction grating GR1 (amplitude A1) shown in FIG. At this time, if the diffracted light amount of the blazed diffraction grating GR2 shown in FIG. 8B is to be set to a value smaller than 90%, for example 60%, the amplitude A2 of the blazed diffraction grating GR2 is made smaller than the amplitude A1. good.

図9は、このようなブレーズド回折格子の振幅変化を利用した、強度スペクトルの変化の一例を示すグラフである。図9において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は強度(任意単位)を示す。また、グラフG41〜45は強度スペクトルであって、谷波形における極小部の強度(以下、ボトム強度という)が、グラフG41からG45に移行するにつれて次第に小さくなっている。例えば、グラフG41は、強度変調を行わない場合の強度スペクトルであって、前述した図4(a)のグラフG22と同じものである。また、グラフG45は、ボトム強度がほぼゼロである場合の強度スペクトルであって、前述した図6(a)のグラフG32と同じものである。このグラフG45に示される強度スペクトルによって、位相スペクトルに含まれる高次成分を最も効果的に除去することができる。   FIG. 9 is a graph showing an example of a change in intensity spectrum using the amplitude change of such a blazed diffraction grating. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the intensity (arbitrary unit). Graphs G41 to G45 are intensity spectra, and the intensity of the minimum portion in the valley waveform (hereinafter referred to as bottom intensity) gradually decreases as the graph G41 shifts to G45. For example, the graph G41 is an intensity spectrum when the intensity modulation is not performed, and is the same as the graph G22 of FIG. The graph G45 is an intensity spectrum in the case where the bottom intensity is almost zero, and is the same as the graph G32 in FIG. With the intensity spectrum shown in the graph G45, higher-order components contained in the phase spectrum can be most effectively removed.

また、本実施形態のように山波形と谷波形とを交互に繰り返す強度スペクトルを入力パルス光Laに与えた場合、谷波形の部分において光強度が減衰されることから、必ず光損失を伴う。例えば、図4(b)に示されたダブルパルスのピーク強度は約1.8であるが、図6(b)に示されたダブルパルスのピーク強度は約1.2となっている。多くの場合、十分な光強度を有する出力パルス光Ldを得るために、入力パルス光Laの強度に対し、出力パルス光Ldの強度は出来るだけ小さくならないことが望まれる。したがって、位相スペクトルに含まれる高次成分を許容できる程度まで低減しつつ、過度な光損失を回避することができるような大きさに、ボトム強度を設定することが好ましい。高次成分に許容される大きさはパルス光整形装置1Aが使用される場面や状況によって異なると考えられるため、ブレーズド回折格子の振幅を可変として使用者に操作させることにより、このようなボトム強度の設定を好適に行うことができる。   Further, when the input pulse light La is given an intensity spectrum that alternately repeats a peak waveform and a valley waveform as in the present embodiment, the light intensity is attenuated in the valley waveform portion, so there is always a light loss. For example, the peak intensity of the double pulse shown in FIG. 4B is about 1.8, but the peak intensity of the double pulse shown in FIG. 6B is about 1.2. In many cases, in order to obtain the output pulsed light Ld having sufficient light intensity, it is desired that the intensity of the output pulsed light Ld is not as small as possible with respect to the intensity of the input pulsed light La. Therefore, it is preferable to set the bottom intensity to such a size that excessive light loss can be avoided while reducing higher-order components included in the phase spectrum to an acceptable level. Since it is considered that the size allowed for the high-order component varies depending on the scene and situation in which the pulse light shaping device 1A is used, such a bottom intensity can be obtained by operating the user with the amplitude of the blazed diffraction grating being variable. Can be suitably set.

図10は、上記のような変調強度の操作の際に参照される特性の一例を示す図である。図10の横軸は強度変調による光損失を表し、左側の縦軸は光強度を表す。図中のグラフG51はダブルパルスのピーク高さPmを示し、グラフG52は高次成分のうち最も大きなもののピーク高さPsを示す。また、右側の縦軸及び図中のグラフG53は、ダブルパルスのピーク高さPmに対する高次成分のピーク高さPsの割合(%)を示す。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of characteristics referred to when the modulation intensity is manipulated as described above. The horizontal axis of FIG. 10 represents light loss due to intensity modulation, and the left vertical axis represents light intensity. The graph G51 in the figure shows the peak height Pm of the double pulse, and the graph G52 shows the peak height Ps of the largest of the higher order components. The vertical axis on the right side and the graph G53 in the figure indicate the ratio (%) of the peak height Ps of the higher order component to the peak height Pm of the double pulse.

図10を参照すると、強度変調による光損失が増えるほど、グラフG51に示されるダブルパルスのピーク高さPmが小さくなり、また、グラフG52に示される高次成分のピーク高さPsも小さくなる。そして、高次成分の割合(グラフG53)を参照すると、強度変調による光損失が増えるほどその割合が低下していることがわかる。つまり、ボトム強度を小さくするほど光損失が大きくなるが、高次成分が抑制されてピーク高さPsの割合が小さくなる。逆に、ボトム強度を比較的大きくすれば高次成分が増加してピーク高さPsの割合が大きくなるが、強度変調による光損失を低減することができる。使用者が、例えばこのようなグラフを参照しつつ、許容し得る光損失の範囲で高次成分のピーク高さPsの割合が最も小さくなるボトム強度を選択できるように、制御部20を構成すると良い。例えば、図10に示される例では、50%程度の強度損失を許容する場合には高次成分のピークがほぼ現れない。一方で、強度変調を行わない場合には約11%の高次成分ピークが現れている。この方式(1)の利点は、必要な波形精度を使用者が定めることにより、任意に強度損失量を減らすことができる点である。   Referring to FIG. 10, as the optical loss due to intensity modulation increases, the peak height Pm of the double pulse shown in the graph G51 decreases, and the peak height Ps of the higher order component shown in the graph G52 also decreases. Then, referring to the ratio of higher-order components (graph G53), it can be seen that the ratio decreases as the optical loss due to intensity modulation increases. That is, as the bottom intensity is decreased, the optical loss is increased, but higher-order components are suppressed and the ratio of the peak height Ps is decreased. Conversely, if the bottom intensity is relatively large, higher order components increase and the ratio of the peak height Ps increases, but light loss due to intensity modulation can be reduced. When the control unit 20 is configured so that the user can select the bottom intensity at which the ratio of the peak height Ps of the higher-order component is the smallest within the allowable optical loss range with reference to such a graph, for example. good. For example, in the example shown in FIG. 10, when the intensity loss of about 50% is allowed, the peak of the higher order component hardly appears. On the other hand, when the intensity modulation is not performed, a high-order component peak of about 11% appears. The advantage of this method (1) is that the amount of intensity loss can be reduced arbitrarily by the user determining the required waveform accuracy.

(2)位相変調量の波長依存性を考慮
本実施形態では、分光された各波長ごとに、対応する各変調領域17aにおいて強度変調を行っている。しかしながら、空間光変調器16においては、入射光の波長が異なると、同一の位相パターンに対する位相変調用画像の画素値が僅かに異なることがある。このような場合、制御部20は、位相変調用画像の画素値の波長依存性を考慮し、各変調領域17aにおける強度変調用パターンの位相変調量に基づく位相変調用画像の画素値を、各変調領域17aに対応する各波長に応じて補正するとよい。これにより、各波長における強度変調をより精度よく行うことができる。
(2) Considering the wavelength dependence of the phase modulation amount In the present embodiment, intensity modulation is performed in each corresponding modulation region 17a for each of the dispersed wavelengths. However, in the spatial light modulator 16, if the wavelength of the incident light is different, the pixel values of the phase modulation image for the same phase pattern may be slightly different. In such a case, the control unit 20 considers the wavelength dependence of the pixel value of the phase modulation image, and determines the pixel value of the phase modulation image based on the phase modulation amount of the intensity modulation pattern in each modulation region 17a. Correction may be made according to each wavelength corresponding to the modulation region 17a. Thereby, intensity modulation at each wavelength can be performed with higher accuracy.

図11は、互いに異なる波長において回折光量を等しくした場合(例えば回折光量90%)における、ブレーズド回折格子の振幅の違いを説明するための図である。図11(a)は例えば波長が800nmである場合を示し、図11(b)は例えば波長が810nmである場合を示す。このとき、各波長に応じて各振幅を補正すると、図11(a)に示されるブレーズド回折格子GR3の振幅A3よりも、図11(b)に示されるブレーズド回折格子GR4の振幅A4が小さくなる。   FIG. 11 is a diagram for explaining a difference in amplitude of a blazed diffraction grating when the amount of diffracted light is made equal at different wavelengths (for example, the amount of diffracted light is 90%). FIG. 11A shows a case where the wavelength is 800 nm, for example, and FIG. 11B shows a case where the wavelength is 810 nm, for example. At this time, when each amplitude is corrected according to each wavelength, the amplitude A4 of the blazed diffraction grating GR4 shown in FIG. 11B is smaller than the amplitude A3 of the blazed diffraction grating GR3 shown in FIG. .

(3)ブレーズド回折格子の周期の波長依存性を考慮
本実施形態では、各変調領域17aにおける強度変調を、ブレーズド回折格子によって実現している。しかしながら、空間光変調器16においては、入射光の波長が異なると、同一周期のブレーズド回折格子による回折角が僅かに異なることがある。このような場合、制御部20は、ブレーズド回折格子の周期の波長依存性を考慮し、ブレーズド回折格子の周期を各変調領域17aに対応する各波長に応じて補正するとよい。これにより、各波長における回折角を一致させることができ、一次光を出力光として用いる場合においても、強度スペクトルを高い精度で変調することができる。
(3) Considering the wavelength dependence of the period of the blazed diffraction grating In this embodiment, intensity modulation in each modulation region 17a is realized by a blazed diffraction grating. However, in the spatial light modulator 16, when the wavelength of the incident light is different, the diffraction angle by the blazed diffraction grating having the same period may be slightly different. In such a case, the control unit 20 may correct the period of the blazed diffraction grating in accordance with each wavelength corresponding to each modulation region 17a in consideration of the wavelength dependence of the period of the blazed diffraction grating. Thereby, the diffraction angles at the respective wavelengths can be matched, and the intensity spectrum can be modulated with high accuracy even when the primary light is used as the output light.

図12は、互いに異なる波長において回折角度を等しくした場合における、ブレーズド回折格子の周期の違いを説明するための図である。図12(a)は例えば波長が800nmである場合を示し、図12(b)は例えば波長が810nmである場合を示す。このとき、図12(a)に示されるブレーズド回折格子GR5の周期T1よりも、図12(b)に示されるブレーズド回折格子GR6の周期T2を小さくすれば良い。   FIG. 12 is a diagram for explaining the difference in the period of the blazed diffraction grating when the diffraction angles are made equal at different wavelengths. FIG. 12A shows a case where the wavelength is 800 nm, for example, and FIG. 12B shows a case where the wavelength is 810 nm, for example. At this time, the period T2 of the blazed diffraction grating GR6 shown in FIG. 12B may be made smaller than the period T1 of the blazed diffraction grating GR5 shown in FIG.

(4)ブレーズド回折格子の変調振幅量に応じたバイアス変調
本実施形態の制御部20は、ブレーズド回折格子といった周期的な強度変調用パターンを、各変調領域17aに呈示させる。例えば上記の(1)〜(3)に示された方式などを適用する際に、各変調領域17aにおける周期的な強度変調用パターンの振幅を変化させることがある。このとき、例えば或る位相値を基準とし、最大位相値を変化させることにより強度変調用パターンの振幅を好適に変化させることができる。しかしながら、このような方式では平均位相値が変動し、強度スペクトル変調パターンが位相スペクトル変調量に影響を及ぼしてしまう。そこで、制御部20は、各変調領域17aにおける強度変調用パターンの振幅に応じた位相バイアスを、各変調領域17aの位相変調量に加えるとよい。
(4) Bias modulation in accordance with the modulation amplitude amount of the blazed diffraction grating The control unit 20 of the present embodiment presents each modulation region 17a with a periodic intensity modulation pattern such as a blazed diffraction grating. For example, when applying the methods shown in the above (1) to (3), the amplitude of the periodic intensity modulation pattern in each modulation region 17a may be changed. At this time, for example, the amplitude of the intensity modulation pattern can be suitably changed by changing the maximum phase value with a certain phase value as a reference. However, in such a system, the average phase value fluctuates, and the intensity spectrum modulation pattern affects the phase spectrum modulation amount. Therefore, the control unit 20 may add a phase bias corresponding to the amplitude of the intensity modulation pattern in each modulation region 17a to the phase modulation amount of each modulation region 17a.

ここで、上記(3)に示された方式においてこのような位相バイアスを加える例について説明する。図13(a)は、図12(a)に示されたブレーズド回折格子GR5を示しており、図13(b)は、図12(b)に示されたブレーズド回折格子GR6を示している。これらのブレーズド回折格子GR5及びGR6の位相平均値を均等にするために、ブレーズド回折格子GR6に位相バイアスを加えると図13(c)のようになる。図13(c)に示されたブレーズド回折格子GR7では、任意の位相バイアスが一様に加えられたことによって、その平均位相値がPH1となり、ブレーズド回折格子GR5の平均位相値と略一致している。言い換えれば、変調振幅の中心(図中の直線E)が、ブレーズド回折格子GR5及びGR6において略一致している。このように、振幅の変化の度合いに応じて適切な大きさの位相バイアスを加えることにより、平均位相値の変動を抑制して、強度スペクトル変調精度を維持しつつ、強度スペクトル変調パターンが位相スペクトル変調量に影響を及ぼすことを防ぐことができる。   Here, an example of adding such a phase bias in the method shown in (3) above will be described. FIG. 13 (a) shows the blazed diffraction grating GR5 shown in FIG. 12 (a), and FIG. 13 (b) shows the blazed diffraction grating GR6 shown in FIG. 12 (b). When a phase bias is applied to the blazed diffraction grating GR6 in order to make the phase average values of the blazed diffraction gratings GR5 and GR6 uniform, the result is as shown in FIG. In the blazed diffraction grating GR7 shown in FIG. 13 (c), an arbitrary phase bias is uniformly applied, so that the average phase value becomes PH1, which substantially matches the average phase value of the blazed diffraction grating GR5. Yes. In other words, the centers of the modulation amplitudes (straight line E in the figure) substantially coincide with each other in the blazed diffraction gratings GR5 and GR6. In this way, by applying a phase bias of an appropriate magnitude according to the degree of change in amplitude, the fluctuation of the average phase value is suppressed, and the intensity spectrum modulation pattern is maintained while the intensity spectrum modulation pattern is maintained. It is possible to prevent the modulation amount from being affected.

以上に説明したように、本実施形態のパルス光整形装置1Aでは、図6(a)に示されたように、位相スペクトルにおいて互いに隣接する波長区間の境界の波長が、強度スペクトルの谷波形の波長範囲に含まれている。これにより、位相スペクトルにおいて位相が急激に変化する波長における光強度を相対的に抑えることができる。したがって、位相スペクトルの高次成分を低減し、出力パルス光Ldの時間波形を所望の形状に精度良く近づけることができる。   As described above, in the pulsed light shaping device 1A of the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the wavelength at the boundary between adjacent wavelength sections in the phase spectrum is a trough waveform of the intensity spectrum. It is included in the wavelength range. Thereby, it is possible to relatively suppress the light intensity at a wavelength at which the phase rapidly changes in the phase spectrum. Therefore, it is possible to reduce high-order components of the phase spectrum and bring the time waveform of the output pulsed light Ld close to a desired shape with high accuracy.

また、上記の方式(1)において説明したように、制御部20は、ブレーズド回折格子を含む強度変調用パターンを各変調領域17aに呈示させるとともに、該ブレーズド回折格子の振幅を可変とすることが好ましい。このように、強度変調用パターンがブレーズド回折格子を含むことによって、強度スペクトルを好適に変調することができる。また、強度スペクトルの変調は必ず光損失を伴うが、ブレーズド回折格子の振幅が可変であるので、強度変調量と光損失とのバランスを適切に調整して過度な光損失を回避しつつ、強度スペクトルを十分な精度で変調して出力パルス光Ldの時間波形を所望の形状に精度良く近づけることができる。   Further, as described in the method (1) above, the control unit 20 can present the intensity modulation pattern including the blazed diffraction grating in each modulation region 17a, and can change the amplitude of the blazed diffraction grating. preferable. Thus, the intensity spectrum can be suitably modulated by including the blazed diffraction grating in the intensity modulation pattern. Modulation of the intensity spectrum always involves optical loss, but since the amplitude of the blazed diffraction grating is variable, the intensity is adjusted while appropriately adjusting the balance between the intensity modulation amount and the optical loss to avoid excessive optical loss. By modulating the spectrum with sufficient accuracy, the time waveform of the output pulsed light Ld can be brought close to a desired shape with high accuracy.

また、上記の方式(2)において説明したように、制御部20は、各変調領域17aにおける強度変調用パターンの位相変調量を基に、位相変調用画像の画素値を各変調領域17aに対応する各波長に応じて補正することが好ましい。本発明者の知見によれば、空間光変調器において、或る一定の強度変調を行うための位相変調量に対応する位相変調用画像の画素値は、波長によって僅かに異なる。従って、各変調領域17aに対応する各波長に応じて対応する画素値を補正することによって、各波長における強度変調をより精度よく行い、出力パルス光Ldの波形を所望の形状に更に精度良く近づけることができる。   Further, as described in the above method (2), the control unit 20 corresponds the pixel value of the phase modulation image to each modulation region 17a based on the phase modulation amount of the intensity modulation pattern in each modulation region 17a. It is preferable to correct according to each wavelength. According to the knowledge of the present inventors, in the spatial light modulator, the pixel value of the phase modulation image corresponding to the phase modulation amount for performing a certain intensity modulation slightly varies depending on the wavelength. Accordingly, by correcting the pixel value corresponding to each wavelength corresponding to each modulation region 17a, intensity modulation at each wavelength is performed with higher accuracy, and the waveform of the output pulsed light Ld is made closer to a desired shape with higher accuracy. be able to.

また、上記の方式(3)において説明したように、制御部20は、強度変調用パターンに含まれるブレーズド回折格子の周期を各変調領域17aに対応する各波長に応じて補正することが好ましい。本発明者の知見によれば、入射光の波長が異なると、同一周期のブレーズド回折格子による回折角が僅かに異なることがある。従って、ブレーズド回折格子パターンの周期を各変調領域17aに対応する各波長に応じて補正することによって、各波長における回折角度を一定に保つことができる。その結果、方式(3)を用いることで、一次光を出力光として用いる場合においても、強度変調精度を落とすことなく、出力パルス光Ldの波形を所望の形状に更に精度良く近づけることができる。   Further, as described in the method (3) above, the control unit 20 preferably corrects the period of the blazed diffraction grating included in the intensity modulation pattern according to each wavelength corresponding to each modulation region 17a. According to the knowledge of the present inventors, when the wavelength of incident light is different, the diffraction angle by the blazed diffraction grating having the same period may be slightly different. Therefore, the diffraction angle at each wavelength can be kept constant by correcting the period of the blazed diffraction grating pattern in accordance with each wavelength corresponding to each modulation region 17a. As a result, by using the method (3), even when the primary light is used as the output light, the waveform of the output pulsed light Ld can be brought closer to the desired shape more accurately without reducing the intensity modulation accuracy.

また、上記の方式(4)において説明したように、制御部20は、各変調領域17aにおける強度変調用パターンの振幅に応じた位相バイアスを、各変調領域17aの位相変調量に加えることが好ましい。これにより、強度スペクトル変調精度を維持しつつ、強度スペクトル変調パターンが位相スペクトル変調量に影響を及ぼすことを防ぐことができる。   Further, as described in the above method (4), the control unit 20 preferably adds a phase bias corresponding to the amplitude of the intensity modulation pattern in each modulation region 17a to the phase modulation amount of each modulation region 17a. . This can prevent the intensity spectrum modulation pattern from affecting the phase spectrum modulation amount while maintaining the intensity spectrum modulation accuracy.

(変形例)
上記実施形態では、2つの位相値を周期的に繰り返す位相スペクトルが例示されたが、位相スペクトルを最適化することにより、波形制御の役割の多くを位相スペクトルに分担させ、強度スペクトルにおける制御量を小さくして光損失を更に低減することが可能である。
(Modification)
In the above embodiment, a phase spectrum that periodically repeats two phase values has been exemplified, but by optimizing the phase spectrum, most of the role of waveform control is assigned to the phase spectrum, and the control amount in the intensity spectrum is reduced. The optical loss can be further reduced by reducing the size.

図14は、上記実施形態の一変形例に係る位相スペクトルを示すグラフである。図14において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は位相(rad)を示す。グラフG61は、初期位相スペクトルとして用いられる上記実施形態の位相スペクトルを示し、グラフG62は最適化された位相スペクトルを示す。本変形例では、例えばダブルパルス波形を所望の時間波形とし、位相スペクトルに対して例えば反復フーリエ法(IFTA)などの数値計算手法を用いた最適化により、所望の時間波形を実現するための位相スペクトルを求める。グラフG62は、一例として、IFTAにより20回の演算を行った後の位相スペクトルを示している。   FIG. 14 is a graph showing a phase spectrum according to a modification of the embodiment. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the phase (rad). A graph G61 shows the phase spectrum of the above embodiment used as the initial phase spectrum, and a graph G62 shows the optimized phase spectrum. In this modification, for example, a double pulse waveform is set as a desired time waveform, and the phase for realizing the desired time waveform is optimized by using a numerical calculation method such as an iterative Fourier method (IFTA) for the phase spectrum. Obtain the spectrum. Graph G62 shows, as an example, a phase spectrum after performing 20 calculations by IFTA.

図15は、本変形例による、図10に示された特性の変化を示すグラフである。図15の横軸は強度変調による光損失を表し、縦軸はダブルパルスのピーク高さPmに対する高次成分のピーク高さPsの割合(%)を示す。グラフG71は図10のグラフG53と同一であり、上記実施形態による特性を示している。また、グラフG72は本変形例による特性を表している。図15に示されるように、本変形例では上記実施形態と比較して同一の光損失でのピーク高さPsの割合が格段に小さくなっている。このように、本変形例によれば、許容し得る光損失の範囲において、高次成分のピーク高さを効果的に低減することができる。   FIG. 15 is a graph showing changes in the characteristics shown in FIG. 10 according to this modification. The horizontal axis in FIG. 15 represents the optical loss due to intensity modulation, and the vertical axis represents the ratio (%) of the peak height Ps of the higher order component to the peak height Pm of the double pulse. A graph G71 is the same as the graph G53 of FIG. 10, and shows the characteristics according to the above embodiment. A graph G72 represents the characteristics according to this modification. As shown in FIG. 15, in this modification, the ratio of the peak height Ps with the same optical loss is significantly smaller than that in the above embodiment. Thus, according to the present modification, the peak height of the higher-order component can be effectively reduced within the allowable light loss range.

(実施例)
上記実施形態の一実施例について説明する。図16は、上記実施形態の手法により作成された、高精度な強度スペクトル変調を実現しうる(a)矩形型の位相変調用パターン、(b)コサイン波形型の強度変調用パターン、及び(c)これらのパターンが合成された位相パターンの一例を示す図である。また、図17は、図16に示された各パターンによって実現される(a)位相スペクトル、(b)強度スペクトル、及び(c)位相スペクトルと強度スペクトルとの重ね合わせを示すグラフである。なお、図16において、波長軸方向は分光方向であって図2に示された複数の変調領域17aの並び方向Aを表しており、位相変調量は色の濃淡によって表されており、濃いほど位相が小さく、薄いほど位相が大きい。
(Example)
An example of the above embodiment will be described. FIG. 16 shows (a) a rectangular phase modulation pattern, (b) a cosine waveform type intensity modulation pattern, and (c) created by the method of the above embodiment and capable of realizing highly accurate intensity spectrum modulation. It is a figure which shows an example of the phase pattern by which these patterns were synthesize | combined. FIG. 17 is a graph showing (a) a phase spectrum, (b) an intensity spectrum, and (c) a superposition of the phase spectrum and the intensity spectrum realized by each pattern shown in FIG. In FIG. 16, the wavelength axis direction is the spectral direction and represents the arrangement direction A of the plurality of modulation regions 17 a shown in FIG. 2, and the phase modulation amount is represented by color shading. The smaller the phase and the thinner the phase.

なお、これらのパターンは、0次光を利用することを前提に作成されたものであるため、強度変調の必要がない山波形の波長域、例えば図16(b)における波長800nm付近では、ブレーズド回折格子パターンが呈示されていない。一方、強度変調が行われる谷波形の波長域では、その変調量に応じたブレーズド回折格子パターンが縞模様として確認される。   Since these patterns are created on the assumption that zero-order light is used, in the wavelength region of a mountain waveform where intensity modulation is not necessary, for example, in the vicinity of a wavelength of 800 nm in FIG. The diffraction grating pattern is not presented. On the other hand, in the wavelength region of the valley waveform where intensity modulation is performed, the blazed diffraction grating pattern corresponding to the modulation amount is confirmed as a striped pattern.

本発明によるパルス光整形装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例では強度変調用パターンとしてブレーズド回折格子を適用したが、強度変調用パターンはこれ以外にも様々な周期的パターンを適用することができる。例えば、強度変調用パターンとして適用可能なものとして以下の回折格子が挙げられる。
・正弦波型回折格子(正弦波状溝)
・バイナリー型回折格子(矩形状溝)
上記実施形態で用いられたブレーズド回折格子では、0次光及び1次光の双方を利用可能である。これに対し、正弦波型回折格子及びバイナリー型回折格子は、主に0次光を利用する場合に使用され、1次光を利用する場合には光利用効率が劣る。
The pulsed light shaping device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, although the blazed diffraction grating is applied as the intensity modulation pattern in the embodiment and the modification, various periodic patterns can be applied to the intensity modulation pattern. For example, the following diffraction gratings can be used as an intensity modulation pattern.
・ Sine wave type diffraction grating (sinusoidal groove)
・ Binary diffraction grating (rectangular groove)
In the blazed diffraction grating used in the above embodiment, both 0th-order light and 1st-order light can be used. On the other hand, the sine wave type diffraction grating and the binary type diffraction grating are mainly used when the 0th order light is used, and the light use efficiency is inferior when the 1st order light is used.

1A…パルス光整形装置、10…光学系、12…分光素子、14…曲面ミラー、16…空間光変調器、17…変調面、17a…変調領域、20…制御部、21…任意波形入力部、22…位相スペクトル設計部、23…位相・強度スペクトル設計部、24…位相パターン設計部、25…時間波形選択部、A1〜A4…振幅、B1…時間波形の中に含まれる不要高次成分のピーク群、GR1〜GR7…ブレーズド回折格子、La…入力パルス光、Ld…出力パルス光、PH1…ブレーズド回折格子の位相平均値。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Pulse light shaping device, 10 ... Optical system, 12 ... Spectral element, 14 ... Curved surface mirror, 16 ... Spatial light modulator, 17 ... Modulation surface, 17a ... Modulation area, 20 ... Control part, 21 ... Arbitrary waveform input part , 22 ... Phase spectrum design unit, 23 ... Phase / intensity spectrum design unit, 24 ... Phase pattern design unit, 25 ... Time waveform selection unit, A1 to A4 ... Amplitude, B1 ... Unnecessary higher order components included in the time waveform , GR1 to GR7, blazed diffraction grating, La, input pulse light, Ld, output pulse light, PH1, phase average value of blazed diffraction grating.

Claims (4)

入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、
前記入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、
各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を前記空間光変調器に提供する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光が前記パルス光整形装置から出力され、
前記制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを前記合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを前記合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む前記位相パターンを前記空間光変調器に呈示させ、
互いに隣接する前記波長区間の境界波長が前記谷波形の波長範囲に含まれており、
前記制御部は、ブレーズド回折格子を含む前記強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、該ブレーズド回折格子の振幅が可変であることを特徴とする、パルス光整形装置。
A pulse light shaping device that generates an output pulse light having a waveform different from that of the input pulse light from the input pulse light,
A spectroscopic element that divides the input pulsed light into wavelength components;
A phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component;
A controller that provides the spatial light modulator with a control signal for controlling a phase pattern presented to the spatial light modulator;
With
A combined light obtained by combining the wavelength components modulated by the spatial light modulator is output from the pulse light shaping device,
The control unit provides the combined light with an intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated, and a phase spectrum repeating a wavelength section in which the phase is substantially constant. The phase pattern including a phase modulation pattern for presenting the spatial light modulator,
A boundary wavelength of the wavelength sections adjacent to each other is included in the wavelength range of the valley waveform,
The control unit causes the intensity modulation pattern including a blazed diffraction grating to be presented in each modulation region, and the amplitude of the blazed diffraction grating is variable.
入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、
前記入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、
各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を前記空間光変調器に提供する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光が前記パルス光整形装置から出力され、
前記制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを前記合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを前記合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む前記位相パターンを前記空間光変調器に呈示させ、
互いに隣接する前記波長区間の境界波長が前記谷波形の波長範囲に含まれており、
前記制御部は、各変調領域における前記強度変調用パターンの位相変調量に基づいた位相変調画像の画素値を、各変調領域に対応する各波長に応じて補正することを特徴とする、パルス光整形装置。
A pulse light shaping device that generates an output pulse light having a waveform different from that of the input pulse light from the input pulse light,
A spectroscopic element that divides the input pulsed light into wavelength components;
A phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component;
A controller that provides the spatial light modulator with a control signal for controlling a phase pattern presented to the spatial light modulator;
With
A combined light obtained by combining the wavelength components modulated by the spatial light modulator is output from the pulse light shaping device,
The control unit provides the combined light with an intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated, and a phase spectrum repeating a wavelength section in which the phase is substantially constant. The phase pattern including a phase modulation pattern for presenting the spatial light modulator,
A boundary wavelength of the wavelength sections adjacent to each other is included in the wavelength range of the valley waveform,
The control unit corrects the pixel value of the phase modulation image based on the phase modulation amount of the intensity modulation pattern in each modulation region in accordance with each wavelength corresponding to each modulation region. Shaping device.
入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、
前記入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、
各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を前記空間光変調器に提供する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光が前記パルス光整形装置から出力され、
前記制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを前記合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを前記合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む前記位相パターンを前記空間光変調器に呈示させ、
互いに隣接する前記波長区間の境界波長が前記谷波形の波長範囲に含まれており、
前記制御部は、ブレーズド回折格子を含む前記強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、前記ブレーズド回折格子の周期を、各変調領域に対応する各波長の大きさに応じて補正することを特徴とする、パルス光整形装置。
A pulse light shaping device that generates an output pulse light having a waveform different from that of the input pulse light from the input pulse light,
A spectroscopic element that divides the input pulsed light into wavelength components;
A phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component;
A controller that provides the spatial light modulator with a control signal for controlling a phase pattern presented to the spatial light modulator;
With
A combined light obtained by combining the wavelength components modulated by the spatial light modulator is output from the pulse light shaping device,
The control unit provides the combined light with an intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated, and a phase spectrum repeating a wavelength section in which the phase is substantially constant. The phase pattern including a phase modulation pattern for presenting the spatial light modulator,
A boundary wavelength of the wavelength sections adjacent to each other is included in the wavelength range of the valley waveform,
The control unit presents the intensity modulation pattern including a blazed diffraction grating to each modulation region, and corrects the period of the blazed diffraction grating according to the size of each wavelength corresponding to each modulation region. A pulsed light shaping device.
入力パルス光から、該入力パルス光とは異なる波形を有する出力パルス光を生成するパルス光整形装置であって、
前記入力パルス光を波長成分毎に分光する分光素子と、
各波長成分に対応する複数の変調領域を有し、各波長成分の位相及び強度を変調する位相変調型の空間光変調器と、
前記空間光変調器に呈示される位相パターンを制御する制御信号を前記空間光変調器に提供する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器により変調された各波長成分が合波された合波光が前記パルス光整形装置から出力され、
前記制御部は、山波形と谷波形とが交互に繰り返される強度スペクトルを前記合波光に与えるための強度変調用パターンと、位相が略一定である波長区間を繰り返す位相スペクトルを前記合波光に与えるための位相変調用パターンとを含む前記位相パターンを前記空間光変調器に呈示させ、
互いに隣接する前記波長区間の境界波長が前記谷波形の波長範囲に含まれており、
前記制御部は、周期的な前記強度変調用パターンを各変調領域に呈示させるとともに、各変調領域における前記強度変調用パターンの振幅に応じた位相バイアスを各変調領域の位相変調量に加えることを特徴とする、パルス光整形装置。
A pulse light shaping device that generates an output pulse light having a waveform different from that of the input pulse light from the input pulse light,
A spectroscopic element that divides the input pulsed light into wavelength components;
A phase modulation type spatial light modulator that has a plurality of modulation regions corresponding to each wavelength component and modulates the phase and intensity of each wavelength component;
A controller that provides the spatial light modulator with a control signal for controlling a phase pattern presented to the spatial light modulator;
With
A combined light obtained by combining the wavelength components modulated by the spatial light modulator is output from the pulse light shaping device,
The control unit provides the combined light with an intensity modulation pattern for giving the combined light an intensity spectrum in which a peak waveform and a valley waveform are alternately repeated, and a phase spectrum repeating a wavelength section in which the phase is substantially constant. The phase pattern including a phase modulation pattern for presenting the spatial light modulator,
A boundary wavelength of the wavelength sections adjacent to each other is included in the wavelength range of the valley waveform,
The control unit presents a periodic intensity modulation pattern in each modulation region, and adds a phase bias corresponding to the amplitude of the intensity modulation pattern in each modulation region to the phase modulation amount of each modulation region. A pulsed light shaping device.
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