JP2019144537A - Data creation device, optical control device, data creation method, and data creation program - Google Patents

Data creation device, optical control device, data creation method, and data creation program Download PDF

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

To reduce a ratio to be led to a local solution, and to accurately calculate spectrum intensity and spectrum phase (or only the spectrum intensity) for approximating a time waveform of light to a desired waveform thereof.SOLUTION: An intensity spectrum design unit 23 has: an initial value setting unit 25 that sets a plurality of individual bodies of a first generation of an intensity spectrum function A(ω), and a phase spectrum function Ψ(ω); an evaluation calculation unit 26 that calculates an evaluation value about each of a plurality of individual bodies of an n-th generation; an individual body selection unit 27 that selects two or more individual bodies to be used in creating a plurality of individual bodies of a (n+1)-th generation from the plurality of individual bodies of the n-th generation on the basis of superiority of the evaluation value; a next generation creation unit 28 that creates the plurality of individual bodies of the (n+1)-th generation on the basis of the two or more individual bodies selected in the individual body selection unit 27. The evaluation calculation unit 26, the individual body selection unit 27 and the next generation creation unit 28 are configured to repeat processing as adding n one by one until a prescribed condition is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、データ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムに関するものである。   The present invention relates to a data creation device, a light control device, a data creation method, and a data creation program.

特許文献1及び2には、空間光変調器(Spatial Light Modulator:SLM)を用いて位相スペクトル及び強度スペクトルの少なくとも一方を変調することにより、光パルスを成形する技術が開示されている。これらの文献では、所望の光パルス波形を得るための位相スペクトル及び強度スペクトルの少なくとも一方を、反復フーリエ法(Iterative Fourier Transform Algorithm;IFTA)を改良した方法を用いて算出している。   Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for shaping an optical pulse by modulating at least one of a phase spectrum and an intensity spectrum using a spatial light modulator (SLM). In these documents, at least one of a phase spectrum and an intensity spectrum for obtaining a desired optical pulse waveform is calculated using a method obtained by improving the iterative Fourier method (Iterative Fourier Transform Algorithm; IFTA).

特開2016−218141号公報JP 2016-218141 A 特開2016−218142号公報JP 2016-218142 A

例えば超短パルス光といった種々の光の時間波形を制御するための技術として、光パルスのスペクトル強度及びスペクトル位相(またはスペクトル強度のみ)をSLMによって変調するものがある。このような技術では、光の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度(及びスペクトル位相)を光に与えるための変調パターンをSLMに呈示させる。その場合、任意の時間波形を容易に実現できるようにするために、スペクトル強度(及びスペクトル位相)を計算により求め得ることが望ましい。   For example, there is a technique for modulating the spectral intensity and spectral phase (or only the spectral intensity) of an optical pulse by an SLM as a technique for controlling the time waveform of various lights such as ultrashort pulsed light. In such a technique, the SLM is caused to present a modulation pattern for giving a spectrum intensity (and spectrum phase) for making the time waveform of light close to a desired waveform to the light. In that case, it is desirable that the spectrum intensity (and spectrum phase) can be obtained by calculation so that an arbitrary time waveform can be easily realized.

スペクトル強度(及びスペクトル位相)を計算により求める際には、例えば特許文献1,2に示されるように、反復フーリエ法、もしくは反復フーリエ法を修正した方法が用いられる。しかしながら、反復フーリエ法及び反復フーリエ法を修正した方法では局所解に導かれてしまう割合が比較的高いため、最適解をより正確に算出し得る方法が求められる。本発明の一側面は、局所解に導かれる割合を低減しつつ、光の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度及びスペクトル位相(またはスペクトル強度のみ)を算出することができるデータ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムを提供することを目的とする。   When obtaining the spectrum intensity (and spectrum phase) by calculation, as shown in Patent Documents 1 and 2, for example, an iterative Fourier method or a method obtained by correcting the iterative Fourier method is used. However, in the iterative Fourier method and the method in which the iterative Fourier method is modified, the ratio of being led to a local solution is relatively high, so a method that can calculate the optimum solution more accurately is required. One aspect of the present invention is a data creation device capable of calculating a spectral intensity and a spectral phase (or only a spectral intensity) for bringing a temporal waveform of light closer to a desired waveform while reducing the ratio of being led to a local solution. An object is to provide a light control device, a data creation method, and a data creation program.

上述した課題を解決するために、本発明の一側面によるデータ作成装置は、空間光変調器を制御するデータを作成する装置であって、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル設計部と、位相スペクトル関数Ψ(ω)と、強度スペクトル設計部において生成された強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、データを作成するデータ生成部と、を備える。強度スペクトル設計部は、強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定部と、第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、時間強度波形関数と所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出部と、評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定部と、個体選定部において選定された二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成部と、を有する。このデータ作成装置は、評価値算出部、個体選定部、及び次世代生成部は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返す。強度スペクトル設計部は、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。   In order to solve the above-described problem, a data creation device according to an aspect of the present invention is a device that creates data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function A (ω that is suitable for a desired time intensity waveform. ) To generate data based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum design unit. . The intensity spectrum design unit includes an initial value setting unit that sets a plurality of individuals of the first generation of the intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function ψ (ω), and an nth generation (n is an integer of 1 or more). A plurality of first waveform functions in the frequency domain including each of the plurality of individuals and a phase spectrum function Ψ (ω) are respectively converted into a plurality of second waveform functions in the time domain including the time intensity waveform function and the time phase waveform function. An evaluation value calculation unit that converts and calculates an evaluation value indicating a degree of difference between the time intensity waveform function and a desired time intensity waveform for each second waveform function, and the nth generation based on the evaluation value excellence An individual selection unit that selects two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) generation individuals from among the plurality of individuals, and the (n + 1) th based on the two or more individuals selected by the individual selection unit ) Live multiple generations A next generation generation unit. In this data creation device, the evaluation value calculation unit, the individual selection unit, and the next generation generation unit repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied. The intensity spectrum design unit generates an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform from a plurality of nth generation individuals when a predetermined condition is satisfied.

本発明の一側面によるデータ作成方法は、空間光変調器を制御するデータを作成する方法であって、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、位相スペクトル関数Ψ(ω)と、強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、データを作成するデータ生成ステップと、を含む。強度スペクトル関数生成ステップは、強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、時間強度波形関数と所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、個体選定ステップにおいて選定された二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有する。このデータ作成方法では、評価値算出ステップ、個体選定ステップ、及び次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、強度スペクトル関数生成ステップにおいて、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。   A data creation method according to an aspect of the present invention is a method for creating data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function generation step for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform. And a data generation step of creating data based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum function generation step. The intensity spectrum function generation step includes an initial value setting step of setting a plurality of individuals of the first generation of the intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω), an nth generation (n is an integer of 1 or more) ) And a plurality of first waveform functions in the frequency domain including the phase spectrum function Ψ (ω), respectively, and a plurality of second waveform functions in the time domain including the time intensity waveform function and the time phase waveform function, respectively. And an evaluation value calculation step for calculating an evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function and the desired time intensity waveform for each second waveform function, and a plurality of nth generations based on the evaluation value An individual selection step of selecting two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) generation individuals from among the individuals, and the number (n) based on the two or more individuals selected in the individual selection step +1) a next generation generation step of generating a plurality of generations of individuals. In this data creation method, the evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until the predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the intensity spectrum function generation step. An intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform is generated from a plurality of nth generation individuals.

本発明の一側面によるデータ作成プログラムは、空間光変調器を制御するデータを作成するプログラムであって、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、位相スペクトル関数Ψ(ω)と、強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、データを作成するデータ生成ステップと、をコンピュータに実行させる。強度スペクトル関数生成ステップは、強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、時間強度波形関数と所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、個体選定ステップにおいて選定された二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有する。このデータ作成プログラムでは、評価値算出ステップ、個体選定ステップ、及び次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、強度スペクトル関数生成ステップにおいて、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。   A data creation program according to an aspect of the present invention is a program for creating data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function generation step for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform. And a data generation step of creating data based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum function generation step. The intensity spectrum function generation step includes an initial value setting step of setting a plurality of individuals of the first generation of the intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω), an nth generation (n is an integer of 1 or more) ) And a plurality of first waveform functions in the frequency domain including the phase spectrum function Ψ (ω), respectively, and a plurality of second waveform functions in the time domain including the time intensity waveform function and the time phase waveform function, respectively. And an evaluation value calculation step for calculating an evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function and the desired time intensity waveform for each second waveform function, and a plurality of nth generations based on the evaluation value An individual selection step of selecting two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) generation individuals from among the individuals, and the number (n) based on the two or more individuals selected in the individual selection step +1) a next generation generation step of generating a plurality of generations of individuals. In this data creation program, the evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the intensity spectrum function generation step. An intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform is generated from a plurality of nth generation individuals.

これらのデータ作成装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムにおいては、第2波形関数の時間強度波形関数と所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値の優良さに基づいて、次世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する。そして、選定された二以上の個体に基づいて、第(n+1)世代の複数の個体を生成する。このような処理を、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。本発明者の研究によれば、このような方式により、反復フーリエ法及び反復フーリエ法を修正した方法と比較して、強度スペクトル関数A(ω)が局所解に導かれてしまう割合を低減し、最適解をより正確に探索することができる。すなわち、上記のデータ作成装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムによれば、光の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度を精度良く算出することができる。   In these data creation devices, data creation methods, and data creation programs, the next generation is based on the evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function of the second waveform function and the desired time intensity waveform. Select two or more individuals to be used to generate a plurality of individuals. Then, a plurality of (n + 1) generation individuals are generated based on the two or more selected individuals. Such processing is repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and an intensity spectrum suitable for a desired time intensity waveform is obtained from a plurality of nth generation individuals when the predetermined condition is satisfied. A function A (ω) is generated. According to the study of the present inventor, the rate by which the intensity spectrum function A (ω) is led to the local solution is reduced by such a method as compared with the iterative Fourier method and the method obtained by correcting the iterative Fourier method. The optimal solution can be searched more accurately. That is, according to the data creation apparatus, the data creation method, and the data creation program, it is possible to accurately calculate the spectrum intensity for bringing the temporal waveform of light closer to a desired waveform.

上記のデータ作成装置において、初期値設定部は、第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成部を含み、初期個体生成部は、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を含む周波数領域の第3波形関数に対するフーリエ変換と、該フーリエ変換後の時間領域における所望の時間強度波形に基づく時間強度波形関数の第1の置き換えと、第1の置き換え後に行う逆フーリエ変換と、該逆フーリエ変換後の周波数領域における、位相スペクトル関数Ψ(ω)を拘束するための第2の置き換えと、を反復して行うことによって強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成し、該強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより第1世代の複数の個体を生成してもよい。本発明者の知見によれば、前述したデータ作成装置において最適解をより正確に探索するためには、第1世代の複数の個体の設定が極めて重要である。このように、反復フーリエ法を用いて第1世代の複数の個体を生成することにより、第1世代の複数の個体を適切に設定することができ、スペクトル強度の算出精度をより高めることができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムにおいても、初期値設定ステップが第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成ステップを含み、初期個体生成ステップにおいて、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を含む周波数領域の第3波形関数に対するフーリエ変換と、該フーリエ変換後の時間領域における所望の時間強度波形に基づく時間強度波形関数の第1の置き換えと、第1の置き換え後に行う逆フーリエ変換と、該逆フーリエ変換後の周波数領域における、位相スペクトル関数Ψ(ω)を拘束するための第2の置き換えと、を反復して行うことによって強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成し、該強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより第1世代の複数の個体を生成してもよい。 In the data creation device, the initial value setting unit includes an initial individual generation unit that generates a plurality of individuals of the first generation, and the initial individual generation unit includes the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω ), The first replacement of the time intensity waveform function based on the desired time intensity waveform in the time domain after the Fourier transform, and the inverse Fourier transform performed after the first replacement. And the second replacement for constraining the phase spectrum function Ψ (ω) in the frequency domain after the inverse Fourier transform to generate the intensity spectrum function A IFTA (ω), A plurality of first generation individuals may be generated by changing the intensity spectrum function A IFTA (ω). According to the knowledge of the present inventor, setting of a plurality of individuals of the first generation is extremely important in order to more accurately search for an optimal solution in the above-described data creation device. Thus, by generating a plurality of first generation individuals using the iterative Fourier method, a plurality of first generation individuals can be set appropriately, and the calculation accuracy of spectrum intensity can be further improved. . Similarly, in the above data creation method and data creation program as well, the initial value setting step includes an initial individual generation step of generating a plurality of individuals of the first generation, and in the initial individual generation step, the intensity spectrum function Fourier transform for the third waveform function in the frequency domain including A (ω) and phase spectrum function ψ (ω), and a first replacement of the time intensity waveform function based on the desired time intensity waveform in the time domain after the Fourier transform And an inverse Fourier transform performed after the first replacement, and a second replacement for constraining the phase spectrum function Ψ (ω) in the frequency domain after the inverse Fourier transform, thereby performing an intensity spectrum. generate a function a IFTA (ω), the first generation of a plurality of individuals by varying the said intensity spectral function a IFTA (ω) Generation may be.

上記のデータ作成装置において、評価値算出部は、時間強度波形関数と、所望の時間位相波形を表す関数に係数を乗じたものとの相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出し、係数は、該係数の乗算前と比較して、乗算後の評価値が良好になる値を有してもよい。これにより、所望の時間強度波形と第2波形関数の時間強度波形関数との大きさの違いが評価値の算出に影響することを抑制し、所望の時間強度波形と第2波形関数の時間強度波形関数との形状の違いに主に基づいて評価値を算出することができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムの評価値算出ステップにおいても、時間強度波形関数と、所望の時間位相波形を表す関数に係数を乗じたものとの相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出し、係数は、該係数の乗算前と比較して、乗算後の評価値が良好になる値を有してもよい。   In the above data creation device, the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value indicating a degree of difference between the time intensity waveform function and a function representing a desired time phase waveform multiplied by a coefficient for each second waveform function. The calculated coefficient may have a value that makes the evaluation value after multiplication favorable compared to before multiplication of the coefficient. Thereby, the difference in magnitude between the desired time intensity waveform and the time intensity waveform function of the second waveform function is suppressed from affecting the calculation of the evaluation value, and the time intensity of the desired time intensity waveform and the second waveform function is suppressed. The evaluation value can be calculated mainly based on the difference in shape from the waveform function. Similarly to this, also in the evaluation value calculation step of the above data creation method and data creation program, the degree of difference between the time intensity waveform function and the function representing the desired time phase waveform multiplied by a coefficient is set. An evaluation value to be shown is calculated for each second waveform function, and the coefficient may have a value that makes the evaluation value after multiplication better than before the multiplication of the coefficient.

上記のデータ作成装置において、個体選定部において選定される二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、第1の個体群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体の評価値の平均よりも優れており、第2の個体群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体の評価値の平均よりも劣っていてもよい。本発明者の幾度もの試行によれば、このように評価値が劣る個体を選定後の個体の一部に含めることにより、最終的なスペクトル強度の算出精度をより高めることができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムにおいても、個体選定ステップにおいて選定される二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、第1の個体群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体の評価値の平均よりも優れており、第2の個体群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体の評価値の平均よりも劣っていてもよい。   In the data creation device, the two or more individuals selected by the individual selection unit include a first individual group consisting of at least one individual and a second individual group consisting of at least one other individual, The average evaluation value of the first population is superior to the average evaluation value of the nth generation individuals, and the average evaluation value of the second population is the average of the nth generation individuals. It may be inferior to the average of the evaluation values. According to the present inventor's many trials, it is possible to further increase the accuracy of calculating the final spectrum intensity by including an individual with an inferior evaluation value as a part of the selected individual. Similarly, in the above data creation method and data creation program, two or more individuals selected in the individual selection step include a first individual group consisting of at least one individual and at least one other individual. The average of the evaluation values of the first individual group is superior to the average of the evaluation values of the plurality of nth generation individuals, and the evaluation value of the second individual group May be inferior to the average of the evaluation values of a plurality of individuals of the nth generation.

本発明の一側面による光制御装置は、入力光を出力する光源と、入力光を分光する分光素子と、分光後の入力光の強度スペクトルを変調し、変調光を出力する空間光変調器と、変調光を集光する光学系と、を備える。空間光変調器は、上記いずれかのデータ作成装置により作成されたデータに基づいて入力光の強度スペクトルを変調する。この装置によれば、局所解に導かれる割合を低減してスペクトル強度を精度良く算出し、光の時間波形を所望の波形に近づけることができる。   A light control device according to one aspect of the present invention includes a light source that outputs input light, a spectroscopic element that divides the input light, a spatial light modulator that modulates the intensity spectrum of the input light after the spectrum, and outputs the modulated light. And an optical system for collecting the modulated light. The spatial light modulator modulates the intensity spectrum of the input light based on the data created by any one of the data creation devices. According to this apparatus, it is possible to reduce the ratio led to the local solution, accurately calculate the spectrum intensity, and bring the time waveform of light closer to a desired waveform.

本発明の別の側面によるデータ作成装置は、空間光変調器を制御するデータを作成する装置であって、時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列のための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル設計部と、スペクトル設計部において生成された強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、データを作成するデータ生成部と、を備える。スペクトル設計部は、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定部と、強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出部と、評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定部と、個体選定部において選定された二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成部と、を有する。評価値算出部、個体選定部、及び次世代生成部は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返す。スペクトル設計部は、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、光パルス列を生成するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。   A data generating apparatus according to another aspect of the present invention is an apparatus for generating data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function A (for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at intervals of time. ω) and a spectrum design unit for generating a phase spectrum function Ψ (ω), and data generation for creating data based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum design unit A section. The spectrum design unit includes an initial value setting unit that sets a plurality of first generation individual pairs related to the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω), and an nth generation ( (n = 1, 2,...) based on the evaluation value calculation unit for calculating the evaluation value indicating the amount of loss caused by the intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals for each individual pair, and the superiority of the evaluation value, An individual selection unit for selecting two or more individual pairs used for generating a plurality of (n + 1) th generation individual pairs from a plurality of individual pairs of the nth generation, and two or more individuals selected by the individual selection unit And a next generation generation unit that generates a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the pair. The evaluation value calculation unit, the individual selection unit, and the next generation generation unit repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied. The spectrum design unit generates an intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) for generating an optical pulse train from a plurality of nth generation individual pairs when a predetermined condition is satisfied.

本発明の別の側面によるデータ作成方法は、空間光変調器を制御するデータを作成する方法であって、時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル関数生成ステップと、スペクトル関数生成ステップにおいて生成された強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、データを作成するデータ生成ステップと、を含む。スペクトル関数生成ステップは、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定ステップと、強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出ステップと、評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定ステップと、個体選定ステップにおいて選定された二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成ステップと、を有する。このデータ作成方法では、評価値算出ステップ、個体選定ステップ、及び次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、スペクトル関数生成ステップにおいて、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。   A data creation method according to another aspect of the present invention is a method for creating data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function A (appropriate for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at intervals of time. ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) are generated, and data is created based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum function generation step. Data generation step. The spectral function generation step includes an initial value setting step for setting a plurality of first generation individual pairs related to the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω), and the nth generation of the intensity spectrum function A (ω). Based on the evaluation value calculation step for calculating the evaluation value indicating the amount of loss caused by the intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals (n = 1, 2,...) For each individual pair, and the superiority of the evaluation value , An individual selection step of selecting two or more individual pairs to be used for generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs from a plurality of individual pairs of the nth generation, and two or more selected in the individual selection step A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the individual pairs. In this data creation method, the evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the spectrum function generation step. In this case, an intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) suitable for an optical pulse train are generated from a plurality of nth generation individual pairs.

本発明の別の側面によるデータ作成プログラムは、空間光変調器を制御するデータを作成するプログラムであって、時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル関数生成ステップと、スペクトル関数生成ステップにおいて生成された強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、データを作成するデータ生成ステップと、をコンピュータに実行させる。スペクトル関数生成ステップは、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定ステップと、強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出ステップと、評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定ステップと、個体選定ステップにおいて選定された二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成ステップと、を有する。このデータ作成プログラムでは、評価値算出ステップ、個体選定ステップ、及び次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、スペクトル関数生成ステップにおいて、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。   A data creation program according to another aspect of the present invention is a program for creating data for controlling a spatial light modulator, and an intensity spectrum function A (appropriate for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at intervals of time. ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) are generated, and data is created based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum function generation step. And causing the computer to execute a data generation step. The spectral function generation step includes an initial value setting step for setting a plurality of first generation individual pairs related to the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω), and the nth generation of the intensity spectrum function A (ω). Based on the evaluation value calculation step for calculating the evaluation value indicating the amount of loss caused by the intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals (n = 1, 2,...) For each individual pair, and the superiority of the evaluation value , An individual selection step of selecting two or more individual pairs to be used for generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs from a plurality of individual pairs of the nth generation, and two or more selected in the individual selection step A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the individual pairs. In this data creation program, the evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the spectrum function generation step. In this case, an intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) suitable for an optical pulse train are generated from a plurality of nth generation individual pairs.

これらのデータ作成装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムにおいては、強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値の優良さに基づいて、次世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する。そして、選定された二以上の個体対に基づいて、第(n+1)世代の複数の個体対を生成する。このような処理を、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、所望の光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。上述した場合と同様に、このような方式により、反復フーリエ法及び反復フーリエ法を修正した方法と比較して、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)が局所解に導かれてしまう割合を低減し、最適解をより正確に探索することができる。すなわち、これらのデータ作成装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムによれば、局所解に導かれてしまう割合を低減しつつ、光パルス列の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度及びスペクトル位相を算出することができる。更に、これらのデータ作成装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムによれば、光パルス生成時に生じる損失量を最小化するためのスペクトル強度及びスペクトル位相を精度良く算出することができる。   In these data creation devices, data creation methods, and data creation programs, based on the superiority of the evaluation value indicating the amount of loss caused by intensity spectrum modulation, two or more used for generation of a plurality of next-generation individual pairs Select individual pairs. Based on the two or more selected individual pairs, a plurality of (n + 1) generation individual pairs are generated. Such processing is repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and an intensity spectrum suitable for a desired optical pulse train from a plurality of nth generation individual pairs when the predetermined condition is satisfied. A function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) are generated. Similar to the above-described case, the intensity spectral function A (ω) and the phase spectral function Ψ (ω) are led to the local solution by this method as compared to the iterative Fourier method and the modified method of the iterative Fourier method. The optimal solution can be searched more accurately. That is, according to these data creation devices, data creation methods, and data creation programs, the spectrum intensity and spectrum for reducing the time waveform of the optical pulse train to a desired waveform while reducing the ratio of being guided to a local solution. The phase can be calculated. Furthermore, according to these data creation devices, data creation methods, and data creation programs, it is possible to accurately calculate the spectrum intensity and the spectrum phase for minimizing the amount of loss that occurs when generating an optical pulse.

上記のデータ作成装置において、初期値設定部は、第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成部を含み、初期個体生成部は、光パルス列に含まれる各光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有し、時間位相がそれぞれ異なる複数のデルタ関数群をそれぞれフーリエ変換することにより第1世代の複数の個体を生成してもよい。前述したように、最適解をより正確に探索するためには、第1世代の複数の個体の設定が極めて重要である。このように、光パルス列に含まれる各光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有し、時間位相がそれぞれ異なる複数のデルタ関数群をそれぞれフーリエ変換して第1世代の複数の個体を生成することにより、第1世代の複数の個体を適切に設定することができ、スペクトル強度及びスペクトル位相の算出精度をより高めることができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムにおいても、初期値設定ステップが第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成ステップを含み、初期個体生成ステップにおいて、光パルス列に含まれる各光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有し、時間位相がそれぞれ異なる複数のデルタ関数群をそれぞれフーリエ変換することにより第1世代の複数の個体を生成してもよい。   In the data creation device, the initial value setting unit includes an initial individual generation unit that generates a plurality of first generation individuals, and the initial individual generation unit has the same amplitude and timing of each optical pulse included in the optical pulse train. A plurality of first generation individuals may be generated by performing a Fourier transform on each of a plurality of delta function groups having amplitude and timing and different time phases. As described above, in order to search for the optimum solution more accurately, the setting of a plurality of individuals of the first generation is extremely important. In this way, a plurality of delta function groups having the same amplitude and timing as each optical pulse included in the optical pulse train and having different time phases are Fourier transformed to generate a plurality of first generation individuals. By doing so, it is possible to appropriately set a plurality of individuals of the first generation, and it is possible to further improve the calculation accuracy of the spectrum intensity and the spectrum phase. Similarly, in the above data creation method and data creation program, the initial value setting step includes an initial individual generation step of generating a plurality of first generation individuals, and in the initial individual generation step, the optical pulse train A plurality of first generation individuals may be generated by Fourier transforming a plurality of delta function groups having the same amplitude and timing as the amplitudes and timings of the included optical pulses and having different time phases.

上記のデータ作成装置において、評価値算出部は、強度スペクトル関数A(ω)に関する第n世代の複数の個体を、最大値が均等となるように規格化し、規格化後の該複数の個体それぞれの積分値に基づいて評価値を算出してもよい。これにより、強度スペクトル関数A(ω)に関する複数の個体の大きさのばらつきが評価値の算出に影響することを抑制し、該複数の個体の形状の違いに主に基づいて評価値を算出することができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムの評価値算出ステップにおいても、強度スペクトル関数A(ω)に関する第n世代の複数の個体を、最大値が均等となるように規格化し、規格化後の該複数の個体それぞれの積分値に基づいて評価値を算出してもよい。   In the above data creation device, the evaluation value calculation unit normalizes the plurality of nth generation individuals related to the intensity spectrum function A (ω) so that the maximum values are equal, and each of the plurality of individuals after normalization The evaluation value may be calculated based on the integral value of. As a result, the variation in the size of the plurality of individuals related to the intensity spectrum function A (ω) is suppressed from affecting the calculation of the evaluation value, and the evaluation value is calculated mainly based on the difference in the shape of the plurality of individuals. be able to. Similarly, in the evaluation value calculation step of the above data creation method and data creation program, a plurality of nth generation individuals related to the intensity spectrum function A (ω) are standardized so that the maximum values are uniform. The evaluation value may be calculated based on the integrated value of each of the plurality of individuals after normalization.

上記のデータ作成装置において、個体選定部において選定される二以上の個体対は、少なくとも一つの個体対からなる第1の個体対群と、少なくとも一つの別の個体対からなる第2の個体対群とを含み、第1の個体対群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の評価値の平均よりも優れており、第2の個体対群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の評価値の平均よりも劣っていてもよい。このように評価値が劣る個体対を選定後の個体対の一部に含めることにより、最終的なスペクトル強度及びスペクトル位相の算出精度をより高めることができる。なお、これと同様に、上記のデータ作成方法及びデータ作成プログラムにおいても、個体選定ステップにおいて選定される二以上の個体対は、少なくとも一つの個体対からなる第1の個体対群と、少なくとも一つの別の個体対からなる第2の個体対群とを含み、第1の個体対群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の評価値の平均よりも優れており、第2の個体対群の評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の評価値の平均よりも劣っていてもよい。   In the above data creation device, the two or more individual pairs selected by the individual selecting unit include a first individual pair group composed of at least one individual pair and a second individual pair composed of at least one other individual pair. The average of the evaluation values of the first individual pair group is superior to the average of the evaluation values of a plurality of individual pairs of the nth generation, and the average of the evaluation values of the second individual pair group is It may be inferior to the average of the evaluation values of a plurality of individual pairs of the nth generation. By including an individual pair having an inferior evaluation value as a part of the selected individual pair in this way, the final spectral intensity and spectral phase calculation accuracy can be further increased. Similarly, in the above data creation method and data creation program, two or more individual pairs selected in the individual selection step are at least one first pair of individuals consisting of at least one individual pair. A second individual pair group consisting of two other individual pairs, and the average of the evaluation values of the first individual pair group is superior to the average of the evaluation values of the plurality of individual pairs of the nth generation, The average of the evaluation values of the two individual pairs may be inferior to the average of the evaluation values of a plurality of nth generation individual pairs.

本発明の別の側面による光制御装置は、入力光を出力する光源と、入力光を分光する分光素子と、分光後の入力光を変調し、変調光を出力する空間光変調器と、変調光を集光する光学系と、を備える。空間光変調器は、上記いずれかのデータ作成装置により作成されたデータに基づいて入力光の強度スペクトル及びスペクトル位相を変調する。この装置によれば、局所解に導かれる割合を低減しつつ、スペクトル強度およびスペクトル位相を算出し、光の時間波形を所望の波形に近づけることができる。更に、この装置によれば、光パルス生成時に生じる損失量を最小化するためのスペクトル強度及びスペクトル位相を精度良く算出することができる。   A light control device according to another aspect of the present invention includes a light source that outputs input light, a spectroscopic element that splits the input light, a spatial light modulator that modulates the input light after the spectrum and outputs the modulated light, and a modulation An optical system for collecting light. The spatial light modulator modulates the intensity spectrum and the spectrum phase of the input light based on the data created by any one of the data creating devices. According to this apparatus, it is possible to calculate the spectral intensity and the spectral phase while reducing the ratio led to the local solution, and to approximate the time waveform of light to a desired waveform. Furthermore, according to this apparatus, it is possible to accurately calculate the spectrum intensity and the spectrum phase for minimizing the loss amount generated when generating the optical pulse.

本発明によるデータ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムによれば、局所解に導かれる割合を低減し、光の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度及びスペクトル位相(またはスペクトル強度のみ)を精度良く算出することができる。   According to the data creation device, the light control device, the data creation method, and the data creation program according to the present invention, the spectral intensity and the spectrum phase for reducing the ratio led to the local solution and bringing the time waveform of light closer to the desired waveform (Or only the spectral intensity) can be calculated with high accuracy.

図1は、本発明の第1実施形態に係る光制御装置1Aの構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light control apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention. 図2は、光制御装置1Aが備える光学系10の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical system 10 included in the light control apparatus 1A. 図3は、SLM14の変調面17を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the modulation surface 17 of the SLM 14. 図4の(a)は、一例として、単パルス状の入力光Laのスペクトル波形(スペクトル位相G11及びスペクトル強度G12)を示し、図4の(b)は、該入力光Laの時間強度波形を示す。4A shows a spectrum waveform (spectrum phase G11 and spectrum intensity G12) of the input light La having a single pulse shape as an example, and FIG. 4B shows a time intensity waveform of the input light La. Show. 図5の(a)は、一例として、SLM14において矩形波状の位相スペクトル変調を与えたときの出力光Ldのスペクトル波形(スペクトル位相G21及びスペクトル強度G22)を示し、図5の(b)は、該出力光Ldの時間強度波形を示す。FIG. 5A shows, as an example, a spectrum waveform (spectrum phase G21 and spectrum intensity G22) of the output light Ld when rectangular wave-like phase spectrum modulation is given in the SLM 14, and FIG. The time intensity waveform of the output light Ld is shown. 図6は、変調パターン算出装置20のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration example of the modulation pattern calculation apparatus 20. 図7は、強度スペクトル設計部23の内部構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an internal configuration of the intensity spectrum design unit 23. 図8は、変調パターン算出装置20による強度スペクトル設計方法(データ作成方法)を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an intensity spectrum design method (data creation method) by the modulation pattern calculation apparatus 20. 図9は、初期個体生成部25aにおける強度スペクトル関数AIFTA(ω)の算出手法を概念的に示す図である。FIG. 9 is a diagram conceptually illustrating a method of calculating the intensity spectrum function A IFTA (ω) in the initial individual generation unit 25a. 図10は、入力光Laの強度スペクトル関数Apulse(ω)、及び強度スペクトル関数AIFTA(ω)の一例を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of the intensity spectrum function A pulse (ω) and the intensity spectrum function A IFTA (ω) of the input light La. 図11は、図10に示された強度スペクトル関数Apulse(ω)及びAIFTA(ω)を用いる場合の関数b(ω)と、関数b(ω)を上限、関数a(ω)(=0)を下限とする範囲内においてランダムに(全く無秩序に、且つ出現確率が同じになるように)生成された確率関数B(ω)とを例示するグラフである。FIG. 11 shows the function b m (ω) when the intensity spectrum functions A pulse (ω) and A IFTA (ω) shown in FIG. 10 are used, the function b m (ω) as the upper limit, and the function a m (ω ) (= 0) is a graph exemplifying a probability function B m (ω) generated randomly (so that the appearance probabilities are the same at random) within a range having a lower limit of (= 0). 図12の(a)は、一例として、第1実施形態の変調パターン算出装置20及び変調パターン算出方法によって算出された、8パルスの出力光Ldを生成するための強度スペクトル関数A(ω)を示すグラフである。図12の(b)は、図12の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。FIG. 12A shows, as an example, an intensity spectrum function A (ω) for generating 8-pulse output light Ld calculated by the modulation pattern calculation device 20 and the modulation pattern calculation method of the first embodiment. It is a graph to show. 12B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform. 図13の(a)は、比較例として、反復フーリエ法のみを用いて算出された、8パルスの出力光Ldを生成するための強度スペクトル関数A(ω)を示すグラフである。図13の(b)は、図13の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing, as a comparative example, an intensity spectrum function A (ω) for generating 8-pulse output light Ld calculated using only the iterative Fourier method. FIG. 13B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform. 図14は、その際のパルス数と評価値(数式(14)に示される標準偏差の最小値)との関係をプロットしたグラフである。FIG. 14 is a graph plotting the relationship between the number of pulses at that time and the evaluation value (minimum value of the standard deviation shown in Equation (14)). 図15は、上記の実施例におけるパルス数と平均パルス幅(半値全幅)との関係をプロットしたグラフである。FIG. 15 is a graph plotting the relationship between the number of pulses and the average pulse width (full width at half maximum) in the above example. 図16は、上記の実施例におけるパルス数とピーク値の分散との関係をプロットしたグラフである。FIG. 16 is a graph plotting the relationship between the number of pulses and the dispersion of peak values in the above embodiment. 図17は、世代が進むに従い評価値が変化する様子を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing how the evaluation value changes as the generation progresses. 図18は、非エリート個体の導入前後での評価値の変化量を図示したものである。FIG. 18 illustrates the amount of change in evaluation values before and after the introduction of non-elite individuals. 図19は、本発明の第2実施形態に係る光制御装置1Bの構成を概略的に示す図である。FIG. 19 is a diagram schematically showing a configuration of a light control device 1B according to the second embodiment of the present invention. 図20は、光パルス列の一例を模式的に示す図である。FIG. 20 is a diagram schematically illustrating an example of an optical pulse train. 図21は、変調パターン算出装置30による強度スペクトル及び位相スペクトルの設計方法(データ作成方法)を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart showing a design method (data creation method) of an intensity spectrum and a phase spectrum by the modulation pattern calculation device 30. 図22は、初期個体生成部25aにおける、M個のデルタ関数群から第1世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)を算出する方法の一例を概念的に示す図である。FIG. 22 illustrates the first generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1, 2,...) From the M delta function groups in the initial individual generation unit 25a. , M) conceptually shows an example of a method for calculating. 図23は、初期個体生成ステップS36の詳細を示すフローチャートである。FIG. 23 is a flowchart showing details of the initial individual generation step S36. 図24の(a)は、一例として、第2実施形態の変調パターン算出装置30及び変調パターン算出方法によって算出された、50本の光パルスからなる光パルス列を生成するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を示すグラフである。図24の(b)は、図24の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。FIG. 24A shows, as an example, an intensity spectrum function A (for generating an optical pulse train composed of 50 optical pulses calculated by the modulation pattern calculation device 30 and the modulation pattern calculation method of the second embodiment. It is a graph which shows (omega)) and phase spectrum function (PSI) ((omega)). 24B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform. 図25は、光パルス列の時間強度波形関数及び時間位相関数の最適な組み合わせを網羅的に探索する従来の方式において必要となる高速フーリエ変換(FFT)の演算回数と、本実施形態において必要となるFFTの演算回数を比較するグラフである。FIG. 25 shows the number of operations of Fast Fourier Transform (FFT) required in the conventional method for exhaustively searching for the optimal combination of the time intensity waveform function and the time phase function of the optical pulse train, and is required in this embodiment. It is a graph which compares the frequency | count of a calculation of FFT. 図26は、従来の方式により算出した強度スペクトル変調パターンによる損失量と、本実施形態の方式により算出した強度スペクトル変調パターンによる損失量とを比較するグラフである。FIG. 26 is a graph comparing the loss amount due to the intensity spectrum modulation pattern calculated by the conventional method with the loss amount due to the intensity spectrum modulation pattern calculated by the method according to the present embodiment. 図27は、50パルスの光パルス列を生成するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)(図23の(a)を参照)を算出するときに、世代が進むに従い評価値が変化する様子を示すグラフである。FIG. 27 shows the evaluation as the generation progresses when calculating the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) (see FIG. 23A) for generating an optical pulse train of 50 pulses. It is a graph which shows a mode that a value changes. 図28は、第3実施形態に係る光制御装置1Cの構成を概略的に示す図である。FIG. 28 is a diagram schematically illustrating a configuration of a light control apparatus 1C according to the third embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明によるデータ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラム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 data creation device, a light control device, a data creation method, and a data creation program 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.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る光制御装置1Aの構成を概略的に示す図である。図2は、光制御装置1Aが備える光学系10の構成を示す図である。本実施形態の光制御装置1Aは、入力光Laから、該入力光Laとは異なる任意の時間強度波形を有する出力光Ldを生成する。図1に示されるように、光制御装置1Aは、光源2、光学系10、及び変調パターン算出装置(データ作成装置)20を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light control apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical system 10 included in the light control apparatus 1A. The light control apparatus 1A of the present embodiment generates output light Ld having an arbitrary time intensity waveform different from the input light La from the input light La. As shown in FIG. 1, the light control device 1 </ b> A includes a light source 2, an optical system 10, and a modulation pattern calculation device (data creation device) 20.

光源2は、光学系10に入力される入力光Laを出力する。光源2は例えば固体レーザ光源やファイバーレーザ光源等のレーザ光源であり、入力光Laは例えばコヒーレントなパルス光である。光学系10は、SLM14を有しており、変調パターン算出装置20からSLM14の各画素を制御するための制御信号SCをSLM14に受ける。光学系10は、光源2からの入力光Laを、任意の時間強度波形を有する出力光Ldに変換する。変調パターンは、SLM14を制御するためのデータであり、複素振幅分布の強度あるいは位相分布の強度をファイルに出力されたデータである。変調パターンは、例えば、計算機合成ホログラム(Computer-Generated Holograms(CGH))である。   The light source 2 outputs input light La input to the optical system 10. The light source 2 is a laser light source such as a solid laser light source or a fiber laser light source, and the input light La is, for example, coherent pulse light. The optical system 10 includes an SLM 14, and receives a control signal SC for controlling each pixel of the SLM 14 from the modulation pattern calculation device 20. The optical system 10 converts the input light La from the light source 2 into output light Ld having an arbitrary time intensity waveform. The modulation pattern is data for controlling the SLM 14 and is data in which the intensity of the complex amplitude distribution or the intensity of the phase distribution is output to a file. The modulation pattern is, for example, a computer-generated hologram (CGH).

図2に示されるように、光学系10は、回折格子12、レンズ13、SLM14、レンズ15、及び回折格子16を有する。回折格子12は本実施形態における分光素子であり、光源2と光学的に結合されている。SLM14はレンズ13を介して回折格子12と光学的に結合されている。回折格子12は、入力光Laを波長成分毎に分光する。なお、分光素子として、回折格子12に代えてプリズム等の他の光学部品を用いてもよい。また、分光素子は反射型であってもよく、透過型であってもよい。入力光Laは、回折格子12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光Lbは、レンズ13によって各波長成分毎に集光され、SLM14の変調面に結像される。レンズ13は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。   As shown in FIG. 2, the optical system 10 includes a diffraction grating 12, a lens 13, an SLM 14, a lens 15, and a diffraction grating 16. The diffraction grating 12 is a spectroscopic element in the present embodiment, and is optically coupled to the light source 2. The SLM 14 is optically coupled to the diffraction grating 12 via the lens 13. The diffraction grating 12 separates the input light La for each wavelength component. As the spectroscopic element, other optical components such as a prism may be used instead of the diffraction grating 12. The spectroscopic element may be a reflection type or a transmission type. The input light La is incident on the diffraction grating 12 at an angle, and is split into a plurality of wavelength components. The light Lb including the plurality of wavelength components is condensed for each wavelength component by the lens 13 and imaged on the modulation surface of the SLM 14. The lens 13 may be a convex lens made of a light transmitting member, or a concave mirror having a concave light reflecting surface.

SLM14は、入力光Laとは異なる任意の時間強度波形を有する出力光Ldを生成するために、光Lbの位相変調と強度変調とを同時に行う。SLM14は、強度変調のみを行ってもよい。SLM14は、例えば位相変調型である。一実施例では、SLM14はLCOS(Liquid crystal on silicon)型である。或いは、SLM14はデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)などの強度変調型SLMであってもよい。また、SLM14は反射型であってもよく、透過型であってもよい。図3は、SLM14の変調面17を示す図である。図3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。方向Aは、回折格子12による分光方向である。この変調面17はフーリエ変換面として働き、複数の変調領域17aのそれぞれには、分光後の対応する各波長成分が入射する。SLM14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他の波長成分から独立して変調する。なお、本実施形態のSLM14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 SLM 14 simultaneously performs phase modulation and intensity modulation of the light Lb in order to generate output light Ld having an arbitrary time intensity waveform different from the input light La. The SLM 14 may perform only intensity modulation. The SLM 14 is, for example, a phase modulation type. In one embodiment, SLM 14 is of the LCOS (Liquid crystal on silicon) type. Alternatively, the SLM 14 may be an intensity modulation type SLM such as a digital micromirror device (DMD). The SLM 14 may be a reflection type or a transmission type. FIG. 3 is a diagram showing the modulation surface 17 of the SLM 14. As shown in FIG. 3, 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. A direction A is a spectral direction by the diffraction grating 12. The modulation surface 17 functions as a Fourier transform surface, and each wavelength component corresponding to the spectrum is incident on each of the plurality of modulation regions 17a. In each modulation region 17a, the SLM 14 modulates the phase and intensity of each incident wavelength component independently of other wavelength components. Since the SLM 14 of the present embodiment is a phase modulation type, intensity modulation is realized by a phase pattern (phase image) presented on the modulation surface 17.

SLM14によって変調された変調光Lcの各波長成分は、レンズ15によって回折格子16上の一点に集められる。このときのレンズ15は、変調光Lcを集光する集光光学系として機能する。レンズ15は、光透過部材からなる凸レンズであってもよく、凹状の光反射面を有する凹面鏡であってもよい。また、回折格子16は合波光学系として機能し、変調後の各波長成分を合波する。すなわち、これらのレンズ15及び回折格子16により、変調光Lcの複数の波長成分は互いに集光・合波されて出力光Ldとなる。   Each wavelength component of the modulated light Lc modulated by the SLM 14 is collected at one point on the diffraction grating 16 by the lens 15. The lens 15 at this time functions as a condensing optical system that condenses the modulated light Lc. The lens 15 may be a convex lens made of a light transmitting member, or a concave mirror having a concave light reflecting surface. The diffraction grating 16 functions as a multiplexing optical system, and multiplexes the modulated wavelength components. That is, the plurality of wavelength components of the modulated light Lc are condensed and combined with each other by the lens 15 and the diffraction grating 16 to become output light Ld.

レンズ15よりも前の領域(スペクトル領域)と、回折格子16よりも後ろの領域(時間領域)とは、互いにフーリエ変換の関係にあり、スペクトル領域における位相変調及び強度変調は、時間領域における時間強度波形に影響する。従って、出力光Ldは、SLM14の変調パターンに応じた、入力光Laとは異なる所望の時間強度波形を有することとなる。ここで、図4の(a)は、一例として、単パルス状の入力光Laのスペクトル波形(スペクトル位相G11及びスペクトル強度G12)を示し、図4の(b)は、該入力光Laの時間強度波形を示す。また、図5の(a)は、一例として、SLM14において矩形波状の位相スペクトル変調を与えたときの出力光Ldのスペクトル波形(スペクトル位相G21及びスペクトル強度G22)を示し、図5の(b)は、該出力光Ldの時間強度波形を示す。図4の(a)及び図5の(a)において、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4の(b)及び図5の(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。この例では、矩形波状の位相スペクトル波形を出力光Ldに与えることにより、入力光Laのシングルパルスが、出力光Ldとして高次光を伴うダブルパルスに変換されている。なお、図4及び図5に示されるスペクトル及び波形は一つの例であって、様々な位相スペクトル及び強度スペクトルの組み合わせにより、出力光Ldの時間強度波形を様々な形状に整形することができる。   The region before the lens 15 (spectral region) and the region after the diffraction grating 16 (time region) are in a Fourier transform relationship with each other, and phase modulation and intensity modulation in the spectral region are performed in time in the time region. Affects the intensity waveform. Therefore, the output light Ld has a desired time intensity waveform different from the input light La according to the modulation pattern of the SLM 14. Here, FIG. 4A shows the spectrum waveform (spectrum phase G11 and spectrum intensity G12) of the monopulse input light La as an example, and FIG. 4B shows the time of the input light La. An intensity waveform is shown. FIG. 5A shows, as an example, a spectrum waveform (spectrum phase G21 and spectrum intensity G22) of the output light Ld when rectangular wave-like phase spectrum modulation is given in the SLM 14, and FIG. Indicates a time intensity waveform of the output light Ld. 4 (a) and 5 (a), the horizontal axis indicates the wavelength (nm), the left vertical axis indicates the intensity value (arbitrary unit) of the intensity spectrum, and the right vertical axis indicates the phase spectrum. The phase value (rad) is indicated. In FIG. 4B and FIG. 5B, the horizontal axis represents time (femtoseconds), and the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit). In this example, by giving a rectangular wave-like phase spectrum waveform to the output light Ld, the single pulse of the input light La is converted into a double pulse with higher-order light as the output light Ld. 4 and 5 are only examples, and the time intensity waveform of the output light Ld can be shaped into various shapes by combining various phase spectra and intensity spectra.

再び図1を参照する。変調パターン算出装置20は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン及びタブレット端末といったスマートデバイス、あるいはクラウドサーバといった、プロセッサを有するコンピュータである。変調パターン算出装置20は、SLM14と電気的に接続されており、出力光Ldの時間強度波形を所望の波形に近づけるための位相変調パターンを算出し、該位相変調パターンを含む制御信号SCをSLM14に提供する。本実施形態の変調パターン算出装置20は、所望の波形を得る為の位相スペクトルを出力光Ldに与える位相変調用の位相パターンと、所望の波形を得る為の強度スペクトルを出力光Ldに与える強度変調用の位相パターンとを含む位相パターンをSLM14に呈示させる。そのために、変調パターン算出装置20は、任意波形入力部21と、位相スペクトル設計部22と、強度スペクトル設計部23と、変調パターン生成部(データ生成部)24とを有する。すなわち、変調パターン算出装置20に設けられたコンピュータのプロセッサは、任意波形入力部21の機能と、位相スペクトル設計部22の機能と、強度スペクトル設計部23の機能と、変調パターン生成部24の機能とを実現する。それぞれの機能は、同じプロセッサにより実現されてもよいし、異なるプロセッサにより実現されてもよい。   Refer to FIG. 1 again. The modulation pattern calculation apparatus 20 is a computer having a processor such as a personal computer, a smart device such as a smartphone and a tablet terminal, or a cloud server. The modulation pattern calculation device 20 is electrically connected to the SLM 14, calculates a phase modulation pattern for bringing the time intensity waveform of the output light Ld closer to a desired waveform, and sends a control signal SC including the phase modulation pattern to the SLM 14. To provide. The modulation pattern calculation apparatus 20 of the present embodiment includes a phase pattern for phase modulation that gives a phase spectrum for obtaining a desired waveform to the output light Ld, and an intensity that gives an intensity spectrum for obtaining a desired waveform to the output light Ld. A phase pattern including the phase pattern for modulation is presented to the SLM 14. For this purpose, the modulation pattern calculation apparatus 20 includes an arbitrary waveform input unit 21, a phase spectrum design unit 22, an intensity spectrum design unit 23, and a modulation pattern generation unit (data generation unit) 24. That is, the processor of the computer provided in the modulation pattern calculation apparatus 20 has the function of the arbitrary waveform input unit 21, the function of the phase spectrum design unit 22, the function of the intensity spectrum design unit 23, and the function of the modulation pattern generation unit 24. And realize. Each function may be realized by the same processor or may be realized by different processors.

図6は、変調パターン算出装置20のハードウェアの構成例を概略的に示す図である。図6に示されるように、変調パターン算出装置20は、物理的には、プロセッサ(CPU)201、ROM202及びRAM203等の主記憶装置、キーボード、マウス及びタッチスクリーン等の入力デバイス204、ディスプレイ(タッチスクリーン含む)等の出力デバイス205、他の装置との間でデータの送受信を行うためのネットワークカード等の通信モジュール206、ハードディスク等の補助記憶装置207などを含む、通常のコンピュータとして構成され得る。   FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration example of the modulation pattern calculation apparatus 20. As shown in FIG. 6, the modulation pattern calculation apparatus 20 physically includes a processor (CPU) 201, a main storage device such as a ROM 202 and a RAM 203, an input device 204 such as a keyboard, a mouse, and a touch screen, and a display (touch). Output device 205 (including a screen), a communication module 206 such as a network card for transmitting / receiving data to / from other devices, an auxiliary storage device 207 such as a hard disk, and the like.

コンピュータのプロセッサ201は、変調パターン算出プログラム(データ作成プログラム)によって、上記の各機能(任意波形入力部21、位相スペクトル設計部22、強度スペクトル設計部23、及び変調パターン生成部24)を実現することができる。故に、変調パターン算出プログラムは、コンピュータのプロセッサ201を、変調パターン算出装置20における任意波形入力部21、位相スペクトル設計部22、強度スペクトル設計部23、及び変調パターン生成部24として動作させる。変調パターン算出プログラムは、例えば補助記憶装置207といった、コンピュータの内部または外部の記憶装置(記憶媒体)に記憶される。記憶装置は、非一時的記録媒体であってもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク、CD、DVD等の記録媒体、ROM等の記録媒体、半導体メモリ、クラウドサーバ等が例示される。   The processor 201 of the computer realizes the above functions (arbitrary waveform input unit 21, phase spectrum design unit 22, intensity spectrum design unit 23, and modulation pattern generation unit 24) by a modulation pattern calculation program (data creation program). be able to. Therefore, the modulation pattern calculation program causes the processor 201 of the computer to operate as the arbitrary waveform input unit 21, phase spectrum design unit 22, intensity spectrum design unit 23, and modulation pattern generation unit 24 in the modulation pattern calculation device 20. The modulation pattern calculation program is stored in a storage device (storage medium) inside or outside the computer such as the auxiliary storage device 207, for example. The storage device may be a non-transitory recording medium. Examples of the recording medium include a recording medium such as a flexible disk, a CD, and a DVD, a recording medium such as a ROM, a semiconductor memory, a cloud server, and the like.

任意波形入力部21は、操作者からの所望の時間強度波形の入力を受け付ける。操作者は、所望の時間強度波形に関する情報(例えばパルス幅、パルス数など)を任意波形入力部21に入力する。所望の時間強度波形に関する情報は、位相スペクトル設計部22及び強度スペクトル設計部23に与えられる。位相スペクトル設計部22は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、出力光Ldの位相スペクトルを算出する。強度スペクトル設計部23は、与えられた所望の時間強度波形の実現に適した、出力光Ldの強度スペクトルを算出する。変調パターン生成部24は、位相スペクトル設計部22において求められた位相スペクトルと、強度スペクトル設計部23において求められた強度スペクトルとを出力光Ldに与えるための位相変調パターン(例えば、計算機合成ホログラム)を算出する。そして、算出された位相変調パターンを含む制御信号SCが、SLM14に提供され、SLM14は、制御信号SCに基づいて制御される。   The arbitrary waveform input unit 21 receives an input of a desired time intensity waveform from the operator. The operator inputs information relating to a desired time intensity waveform (for example, pulse width, number of pulses, etc.) to the arbitrary waveform input unit 21. Information on the desired time intensity waveform is given to the phase spectrum design unit 22 and the intensity spectrum design unit 23. The phase spectrum design unit 22 calculates the phase spectrum of the output light Ld suitable for realizing the given desired time intensity waveform. The intensity spectrum design unit 23 calculates an intensity spectrum of the output light Ld suitable for realizing a given desired time intensity waveform. The modulation pattern generation unit 24 provides a phase modulation pattern (for example, a computer-generated hologram) for providing the output light Ld with the phase spectrum obtained by the phase spectrum design unit 22 and the intensity spectrum obtained by the intensity spectrum design unit 23. Is calculated. Then, a control signal SC including the calculated phase modulation pattern is provided to the SLM 14, and the SLM 14 is controlled based on the control signal SC.

図7は、強度スペクトル設計部23の内部構成を示すブロック図である。図7に示されるように、強度スペクトル設計部23は、初期値設定部25、評価値算出部26、個体選定部27、及び次世代生成部28を含む。初期値設定部25は初期個体生成部25aを含む。また、図8は、変調パターン算出装置20による強度スペクトル設計方法(データ作成方法)を示すフローチャートである。以下、図7及び図8を参照しながら、本実施形態の変調パターン算出装置20の動作、すなわち強度スペクトル設計方法(データ作成方法)について説明する。   FIG. 7 is a block diagram showing an internal configuration of the intensity spectrum design unit 23. As shown in FIG. 7, the intensity spectrum design unit 23 includes an initial value setting unit 25, an evaluation value calculation unit 26, an individual selection unit 27, and a next generation generation unit 28. The initial value setting unit 25 includes an initial individual generation unit 25a. FIG. 8 is a flowchart showing an intensity spectrum design method (data creation method) by the modulation pattern calculation apparatus 20. Hereinafter, the operation of the modulation pattern calculation apparatus 20 of the present embodiment, that is, the intensity spectrum design method (data creation method) will be described with reference to FIGS.

まず、強度スペクトル設計部23が、任意波形入力部21から入力された所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する(強度スペクトル関数生成ステップS1)。詳細には、強度スペクトル関数生成ステップS1は、初期値設定ステップS11、評価値算出ステップS12、個体選定ステップS13、および次世代生成ステップS14を含んで構成されている。   First, the intensity spectrum design unit 23 generates an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform input from the arbitrary waveform input unit 21 (intensity spectrum function generation step S1). Specifically, the intensity spectrum function generation step S1 includes an initial value setting step S11, an evaluation value calculation step S12, an individual selection step S13, and a next generation generation step S14.

初期値設定ステップS11では、初期値設定部25が、強度スペクトル関数A(ω)に関する第1世代のM個(但しMは2以上の整数)の個体(遺伝情報)A(ω)〜A(ω)、及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する。個体A(ω)〜A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)は、周波数ωの関数である。位相スペクトル関数Ψ(ω)は、操作者により入力されたものであってもよく、或いは、位相スペクトル設計部22により計算されたものであってもよい。この初期値設定ステップS11により、強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の個体A(ω)〜A(ω)のそれぞれと、位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域のM個の波形関数(1)が定義される。この波形関数(1)は、本実施形態における第1波形関数である。但し、iは虚数である。
In the initial value setting step S11, the initial value setting unit 25 performs the first generation M individuals (genetic information) A 1 (ω) to A 1 related to the intensity spectrum function A (ω) (where M is an integer of 2 or more). Set M (ω) and the phase spectral function ψ (ω). The individual A 1 (ω) to A M (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) are functions of the frequency ω. The phase spectrum function Ψ (ω) may be input by an operator, or may be calculated by the phase spectrum design unit 22. By this initial value setting step S11, the frequency domain including each of the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ 0 (ω) is obtained. M waveform functions (1) are defined. This waveform function (1) is the first waveform function in the present embodiment. However, i is an imaginary number.

本実施形態の初期値設定ステップS11は、初期個体生成ステップS11aを含んでいる。初期個体生成ステップS11aでは、初期個体生成部25aが、強度スペクトル関数AIFTA(ω)を反復フーリエ法により生成し、この強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成する。図9は、初期個体生成部25aにおける強度スペクトル関数AIFTA(ω)の算出手法を概念的に示す図である。図9に示されるように、まず、初期個体生成部25aは、初期の強度スペクトル関数Ak=0(ω)及び位相スペクトル関数Ψ0(ω)を用意する(図中の処理番号(1))。一例では、初期の強度スペクトル関数Ak=0(ω)及び位相スペクトル関数Ψ0(ω)は、入力光Laのスペクトル強度及びスペクトル位相に基づいて定められる。次に、初期個体生成部25aは、強度スペクトル関数Ak(ω)及び位相スペクトル関数Ψ0(ω)を含む周波数領域の波形関数(2)を用意する(図中の処理番号(2))。この波形関数(2)は、本実施形態における第3波形関数である。

添え字kは、第k回目のフーリエ変換処理後を表す。最初(第1回目)のフーリエ変換処理の前においては、強度スペクトル関数Ak(ω)として上記の初期強度スペクトル関数Ak=0(ω)が用いられる。iは虚数である。
The initial value setting step S11 of the present embodiment includes an initial individual generation step S11a. In the initial individual generation step S11a, the initial individual generation unit 25a generates the intensity spectrum function A IFTA (ω) by the iterative Fourier method, and changes the intensity spectrum function A IFTA (ω) to thereby change the first generation individual A. 1 (ω) to A M (ω) are generated. FIG. 9 is a diagram conceptually illustrating a method of calculating the intensity spectrum function A IFTA (ω) in the initial individual generation unit 25a. As shown in FIG. 9, first, the initial individual generation unit 25a prepares an initial intensity spectrum function A k = 0 (ω) and a phase spectrum function Ψ 0 (ω) (processing number (1) in the figure). ). In one example, the initial intensity spectrum function A k = 0 (ω) and the phase spectrum function Ψ 0 (ω) are determined based on the spectrum intensity and the spectrum phase of the input light La. Next, the initial individual generation unit 25a prepares a frequency domain waveform function (2) including the intensity spectrum function A k (ω) and the phase spectrum function Ψ 0 (ω) (process number (2) in the figure). . This waveform function (2) is the third waveform function in the present embodiment.

The subscript k represents after the k-th Fourier transform processing. First in front of the Fourier transform processing (first time), the above initial strength spectral function A k = 0 (omega) is used as the intensity spectrum function A k (omega). i is an imaginary number.

続いて、初期個体生成部25aは、上記関数(2)に対して周波数領域から時間領域へのフーリエ変換を行う(図中の矢印A1)。これにより、時間強度波形関数bk(t)及び時間位相関数Θk(t)を含む時間領域の波形関数(3)が得られる(図中の処理番号(3))。
Subsequently, the initial individual generation unit 25a performs a Fourier transform from the frequency domain to the time domain for the function (2) (arrow A1 in the figure). Thereby, the time domain waveform function (3) including the time intensity waveform function b k (t) and the time phase function Θ k (t) is obtained (process number (3) in the figure).

続いて、初期個体生成部25aは、フーリエ変換後の波形関数bk(t)と関数Target0(t)に係数αを乗じたもの(α×Target0(t))との差が、波形関数bk(t)と関数Target0(t)との差よりも小さくなるような係数αを求める(図中の処理番号(4))。一例では、次の数式(4)で示されるように、フーリエ変換後の波形関数bk(t)に対する、α×Target0(t)の標準偏差σが最小(σmin)となる係数αを探査的に導出する。なお、数式(4)において、Dはデータ点数を表し、t、tはそれぞれ時間軸の始点及び終点を表す。
Subsequently, the initial individual generation unit 25a determines that the difference between the waveform function b k (t) after Fourier transform and the function Target 0 (t) multiplied by the coefficient α (α × Target 0 (t)) A coefficient α that is smaller than the difference between the function b k (t) and the function Target 0 (t) is obtained (process number (4) in the figure). In one example, as shown in the following formula (4), a coefficient α that minimizes the standard deviation σ of α × Target 0 (t) with respect to the waveform function b k (t) after Fourier transform is the minimum (σ min ). Derived exploratively. Note that in equation (4), D represents the number of data points, t s, t e represents the start and end points of each time axis.

続いて、初期個体生成部25aは、フーリエ変換後の関数(3)に含まれる時間強度波形関数bk(t)に対して所望の波形に基づく置き換えを行う(第1の置き換え)。このとき、初期個体生成部25aは、所望の波形を表す関数Target0(t)に係数αを乗じたもの(α×Target0(t))を使用して置き換えを行う。一例では、数式(5)により算出されるTargetk(t)に置き換える(図中の処理番号(5)、(6))。

Subsequently, the initial individual generation unit 25a performs replacement based on a desired waveform for the time intensity waveform function b k (t) included in the function (3) after the Fourier transform (first replacement). At this time, the initial individual generating unit 25a performs replacement using a function Target 0 (t) representing a desired waveform multiplied by a coefficient α (α × Target 0 (t)). In one example, it is replaced with Target k (t) calculated by Equation (5) (processing numbers (5) and (6) in the figure).

続いて、初期個体生成部25aは、上記関数(6)に対して時間領域から周波数領域への逆フーリエ変換を行う(図中の矢印A2)。これにより、強度スペクトル関数Ck(ω)及び位相スペクトル関数Ψk(ω)を含む周波数領域の波形関数(7)が得られる(図中の処理番号(7))。

続いて、初期個体生成部25aは、上記関数(7)に含まれる位相スペクトル関数Ψk(ω)を拘束するため、初期の位相スペクトル関数Ψ0(ω)に置き換える(第2の置き換え、図中の処理番号(8))。
Subsequently, the initial individual generation unit 25a performs inverse Fourier transform from the time domain to the frequency domain on the function (6) (arrow A2 in the figure). Thereby, the waveform function (7) in the frequency domain including the intensity spectrum function C k (ω) and the phase spectrum function Ψ k (ω) is obtained (process number (7) in the figure).

Subsequently, the initial individual generation unit 25a replaces the phase spectrum function Ψ k (ω) included in the function (7) with the initial phase spectrum function Ψ 0 (ω) (second replacement, FIG. Middle processing number (8)).

また、初期個体生成部25aは、逆フーリエ変換後の周波数領域における強度スペクトル関数Ck(ω)に対し、入力光Laの強度スペクトルに基づくフィルタ処理を行う。具体的には、強度スペクトル関数Ck(ω)により表される強度スペクトルのうち、入力光Laの強度スペクトルに基づいて定められる各波長毎のカットオフ強度を超える部分をカットする。一例では、波長毎のカットオフ強度は、入力光Laの強度スペクトル(本実施形態では初期強度スペクトル関数Ak=0(ω))と一致するように設定される。その場合、次の数式(9)に示されるように、強度スペクトル関数Ck(ω)が初期強度スペクトル関数Ak=0(ω)よりも大きい周波数では、強度スペクトル関数Ak(ω)の値として初期強度スペクトル関数Ak=0(ω)の値が取り入れられる。また、強度スペクトル関数Ck(ω)が初期強度スペクトル関数Ak=0(ω)以下である周波数では、強度スペクトル関数Ak(ω)の値として強度スペクトル関数Ck(ω)の値が取り入れられる。

初期個体生成部25aは、上記関数(7)に含まれる強度スペクトル関数Ck(ω)を、上記数式(9)によるフィルタ処理後の強度スペクトル関数Ak(ω)に置き換える。また、Ck(ω)に任意の係数を乗じた関数C’k(ω)を定義して、カットオフ強度を相対的に変化させる方法を用いても良い(図中の処理番号(9))。
Further, the initial individual generation unit 25a performs a filtering process based on the intensity spectrum of the input light La on the intensity spectrum function C k (ω) in the frequency domain after the inverse Fourier transform. Specifically, the portion of the intensity spectrum represented by the intensity spectrum function C k (ω) that exceeds the cutoff intensity for each wavelength determined based on the intensity spectrum of the input light La is cut. In one example, the cutoff intensity for each wavelength is set to coincide with the intensity spectrum of the input light La (in this embodiment, the initial intensity spectrum function A k = 0 (ω)). In that case, as shown in the following equation (9), at a frequency where the intensity spectrum function C k (ω) is larger than the initial intensity spectrum function A k = 0 (ω), the intensity spectrum function A k (ω) The value of the initial intensity spectrum function A k = 0 (ω) is taken as the value. At a frequency where the intensity spectrum function C k (ω) is equal to or less than the initial intensity spectrum function A k = 0 (ω), the value of the intensity spectrum function C k (ω) is the value of the intensity spectrum function A k (ω). Incorporated.

The initial individual generation unit 25a replaces the intensity spectrum function C k (ω) included in the function (7) with the intensity spectrum function A k (ω) after the filter processing according to the equation (9). Further, a method of defining a function C ′ k (ω) obtained by multiplying C k (ω) by an arbitrary coefficient and relatively changing the cutoff intensity may be used (processing number (9) in the figure). ).

以降、初期個体生成部25aが上記の処理(1)〜(9)を複数回繰り返し行うことにより、波形関数中の強度スペクトル関数Ak(ω)を、所望の時間強度波形に対応する強度スペクトル形状に近づけることができる。最終的に、強度スペクトル関数AIFTA(ω)が得られる。 Thereafter, the initial individual generation unit 25a repeats the above processes (1) to (9) a plurality of times, whereby the intensity spectrum function A k (ω) in the waveform function is converted into an intensity spectrum corresponding to a desired time intensity waveform. It can be close to the shape. Finally, the intensity spectrum function A IFTA (ω) is obtained.

初期個体生成部25aは、強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成する。具体的には、初期個体生成部25aは、下記の数式(10)を用いて第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成する。

ここで、mは個体番号を表し、m=1,2,・・・,Mである。B(ω)は強度スペクトル関数AIFTA(ω)に変化を与える確率関数である。この確率関数B(ω)を適切に設定することにより、強度スペクトル関数AIFTA(ω)に準じた適切な第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成することができる。
The initial individual generation unit 25a generates first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) by changing the intensity spectrum function A IFTA (ω). Specifically, the initial individual generation unit 25a generates first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) using the following formula (10).

Here, m represents an individual number, and m = 1, 2,. B m (ω) is a probability function that changes the intensity spectrum function A IFTA (ω). By appropriately setting this probability function B m (ω), it is possible to generate appropriate first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) according to the intensity spectrum function A IFTA (ω). it can.

例えば、被変調光である入力光Laの強度スペクトル関数Apulse(ω)をAIFTA(ω)×B(ω)が超えることはできない。確率関数B(ω)が取り得る実数範囲の上限を関数b(ω)、下限を関数a(ω)として表現するとき、これらの関数b(ω)、a(ω)は下記のように強度スペクトル関数AIFTA(ω)及びApulse(ω)を用いて表すことができる。なお、式中のsは、分母が0にならないように便宜上挿入された微小値である。
For example, A IFTA (ω) × B m (ω) cannot exceed the intensity spectrum function A pulse (ω) of the input light La that is the modulated light. When the upper limit of the real number range that the probability function B m (ω) can take is expressed as a function b m (ω) and the lower limit as a function a m (ω), these functions b m (ω) and a m (ω) are It can be expressed using the intensity spectrum functions A IFTA (ω) and A pulse (ω) as follows. Note that s in the equation is a minute value inserted for convenience so that the denominator does not become zero.

図10は、入力光Laの強度スペクトル関数Apulse(ω)、及び強度スペクトル関数AIFTA(ω)の一例を示すグラフである。図10において、グラフG31は強度スペクトル関数Apulse(ω)を表し、グラフG32は強度スペクトル関数AIFTA(ω)を表す。また、横軸は波長(単位:nm)を表し、縦軸は強度(任意単位)を表す。横軸に関しては、波長を周波数ωに変換し、本文中の式や図で表現されているように周波数ωとして取り扱うことができる。図10に示されるように、この強度スペクトル関数Apulse(ω)はガウス分布に従う。また、強度スペクトル関数AIFTA(ω)は、極大及び極小を繰り返しながらも、前述した数式(9)の作用により全周波数域において強度スペクトル関数Apulse(ω)を超えない現実的な強度スペクトル関数となっている。 FIG. 10 is a graph showing an example of the intensity spectrum function A pulse (ω) and the intensity spectrum function A IFTA (ω) of the input light La. In FIG. 10, a graph G31 represents the intensity spectrum function A pulse (ω), and a graph G32 represents the intensity spectrum function A IFTA (ω). The horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents intensity (arbitrary unit). Regarding the horizontal axis, the wavelength can be converted to the frequency ω and treated as the frequency ω as expressed in the formulas and figures in the text. As shown in FIG. 10, the intensity spectrum function A pulse (ω) follows a Gaussian distribution. The intensity spectrum function A IFTA (ω) is a realistic intensity spectrum function that does not exceed the intensity spectrum function A pulse (ω) in the entire frequency range due to the action of the above-described equation (9) while repeating the maximum and minimum. It has become.

図11は、図10に示された強度スペクトル関数Apulse(ω)及びAIFTA(ω)を用いる場合の関数b(ω)と、関数b(ω)を上限、関数a(ω)(=0)を下限とする範囲内においてランダムに(全く無秩序に、且つ出現確率が同じになるように)生成された確率関数B(ω)とを例示するグラフである。図11において、グラフG41は関数b(ω)を表し、グラフG42は確率関数B(ω)を表す。また、横軸は波長(単位:nm)を表し、縦軸は関数b(ω)及び確率関数B(ω)の値(実数)を表す。図11に示されるように確率関数B(ω)の上限及び下限を適切に設定することにより、前述した数式(10)を用いて、現実的に取り得る実数値の範囲内でランダムに第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成することができる。また、上限と下限との差、すなわち関数b(ω)と関数a(ω)との差を任意に狭めることにより、第1世代の個体A(ω)〜A(ω)の分散を小さくすることができる。なお、確率関数B(ω)は完全な意味でのランダムでなくてもよく、例えば出現確率が正規分布に従ってもよい。 FIG. 11 shows the function b m (ω) when the intensity spectrum functions A pulse (ω) and A IFTA (ω) shown in FIG. 10 are used, the function b m (ω) as the upper limit, and the function a m (ω ) (= 0) is a graph exemplifying a probability function B m (ω) generated randomly (so that the appearance probabilities are the same at random) within a range having a lower limit of (= 0). In FIG. 11, a graph G41 represents a function b m (ω), and a graph G42 represents a probability function B m (ω). The horizontal axis represents the wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents the value (real number) of the function b m (ω) and the probability function B m (ω). As shown in FIG. 11, by appropriately setting the upper limit and the lower limit of the probability function B m (ω), the above equation (10) is used to randomly calculate a random number within the range of real values that can be actually taken. One generation of individuals A 1 (ω) to A M (ω) can be generated. Further, by arbitrarily narrowing the difference between the upper limit and the lower limit, that is, the difference between the function b m (ω) and the function a m (ω), the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) The dispersion can be reduced. Note that the probability function B m (ω) may not be random in a complete sense, and the appearance probability may follow a normal distribution, for example.

再び図7及び図8を参照する。次に、評価値算出ステップS12において、評価値算出部26は、第n世代(nは1以上の整数)の個体A(ω)〜A(ω)のそれぞれと、共通の位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域のM個の第1波形関数(12)

を、時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれと、時間位相波形関数Φ(t)〜Φ(t)それぞれとを含む時間領域のM個の波形関数(13)

に変換する。これらの波形関数(13)は、本実施形態における第2波形関数である。そして、評価値算出部26は、時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれと所望の時間強度波形T(t)(=Target(t))との相違の度合いを示すM個の評価値を算出する。例えば、評価値算出部26は、所望の時間強度波形T(t)に対する時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれの標準偏差を評価値として算出する。このとき、所望の時間強度波形T(t)と時間強度波形関数I(t)〜I(t)との間にエネルギー差が存在すると、このエネルギー差に起因して評価値が変動してしまう。本実施形態では、このエネルギー差を補償するために、探査型評価関数を導入する。具体的には、評価値算出部26は、次の数式(14)で表されるように、時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれと、所望の時間位相波形を表す関数T(t)に係数α〜αそれぞれを乗じたものとの相違の度合いを示すM個の評価値を算出する。

係数α〜αは、係数α〜αの乗算前と比較して、各評価値が良好になる値を有する。数式(14)は、評価値の一例として、所望の時間位相波形を表す関数T(t)に係数α〜αを乗じたものに対する、時間強度波形関数I(t)〜I(t)の標準偏差を示している。この例では、各標準偏差が最小値をとるように、α〜αを変化させる。そして、標準偏差の最小値σmin1〜σminMそれぞれを、時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれの評価値とする。
Refer to FIGS. 7 and 8 again. Next, in the evaluation value calculation step S12, the evaluation value calculation unit 26 uses a common phase spectrum function with each of the individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the nth generation (n is an integer of 1 or more). M first waveform functions (12) in the frequency domain including Ψ (ω)

M waveform functions (13) in the time domain including time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) and time phase waveform functions Φ 1 (t) to Φ M (t), respectively.

Convert to These waveform functions (13) are the second waveform functions in the present embodiment. Then, the evaluation value calculation unit 26 indicates the degree of difference between each of the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) and the desired time intensity waveform T (t) (= Target 0 (t)). M evaluation values are calculated. For example, the evaluation value calculation unit 26 calculates each standard deviation of the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) with respect to a desired time intensity waveform T (t) as an evaluation value. At this time, if there is an energy difference between the desired time intensity waveform T (t) and the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t), the evaluation value varies due to the energy difference. End up. In the present embodiment, an exploratory evaluation function is introduced to compensate for this energy difference. Specifically, the evaluation value calculation unit 26 represents each of the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) and a desired time phase waveform as represented by the following formula (14). M evaluation values indicating the degree of difference from the function T (t) multiplied by the coefficients α 1 to α M are calculated.

The coefficients α 1 to α M have values at which the respective evaluation values are good compared to before the multiplication of the coefficients α 1 to α M. As an example of the evaluation value, Expression (14) is a time intensity waveform function I 1 (t) to I M (for a function T (t) representing a desired time phase waveform multiplied by coefficients α 1 to α M. The standard deviation of t) is shown. In this example, α 1 to α M are changed so that each standard deviation takes a minimum value. Then, the respective minimum values σ min1 ~σ minM standard deviation, and the time intensity waveform function I 1 (t) ~I M ( t) each evaluation value.

続いて、評価値算出ステップS12において算出したM個の評価値(具体的には標準偏差の最小値σmin1〜σminM)に基づいて、個体選定部27は、第n世代の複数の個体A(ω)〜A(ω)の中から、第(n+1)世代の複数の個体A(ω)〜A(ω)の生成に用いられる二以上の個体を選定する(個体選定ステップS13)。この個体選定ステップS13では、M個の評価値の優良さに基づいて、二以上の個体を選定する。ここで、「優良さに基づいて」とは、例えば、第n世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)から選定された少なくとも1つの個体からなる個体群G1(第1の個体群)が、M個の個体A(ω)〜A(ω)のうちその個体群G1に含まれない他の全ての個体よりも評価値が優れていることを意味する。或いは、第n世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)から選定された1つ以上の個体からなる個体群G1における評価値の平均が、M個の個体A(ω)〜A(ω)の評価値の平均よりも優れていることを意味してもよい。以下、この個体群G1を「エリート個体群」と称することがある。 Subsequently, based on the M evaluation values calculated in the evaluation value calculation step S12 (specifically, the minimum values of standard deviations σ min1 to σ minM ), the individual selection unit 27 selects the plurality of nth generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) are used to select two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) th generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) (individual selection step) S13). In this individual selection step S13, two or more individuals are selected based on the superiority of the M evaluation values. Here, “based on excellence” means, for example, an individual group G1 (a first group consisting of at least one individual selected from M individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the nth generation. Means that the evaluation value is superior to all the other individuals not included in the individual group G1 among the M individuals A 1 (ω) to A M (ω). Alternatively, the average of the evaluation values in the individual group G1 including one or more individuals selected from M individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the nth generation is M individuals A 1 (ω ) To A M (ω) may mean better than the average evaluation value. Hereinafter, this population G1 may be referred to as an “elite population”.

また、本実施形態では、個体選定ステップS13において個体選定部27が選定する二以上の個体は、エリート個体群G1に加えて、少なくとも1つの別の個体からなる個体群G2(第2の個体群)を含んでもよい。この場合、個体群G2の評価値の平均は、第n世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)の評価値σmin1〜σminMの平均よりも劣っている。以下、この個体群G2を「非エリート個体群」と称することがある。M個の個体A(ω)〜A(ω)の評価値を優良な順に並べた場合、非エリート個体群G2の評価値はエリート個体群G1の評価値から連続していない。すなわち、M個の個体A(ω)〜A(ω)の中には、エリート個体群G1の中で最も劣る評価値よりも劣り、且つ、非エリート個体群G2の中で最も優良な評価値よりも優良な評価値を有する1つ以上の個体が存在する。 In the present embodiment, the two or more individuals selected by the individual selection unit 27 in the individual selection step S13 are, in addition to the elite individual group G1, an individual group G2 (second individual group) composed of at least one other individual. ) May be included. In this case, the average of the evaluation values of the population G2 is inferior than the average of the evaluation values σ min1 ~σ minM of M individuals A 1 of the generation n (ω) ~A M (ω) . Hereinafter, this population G2 may be referred to as a “non-elite population”. When the evaluation values of M individuals A 1 (ω) to A M (ω) are arranged in order of superiority, the evaluation values of the non-elite individual group G2 are not continuous from the evaluation values of the elite individual group G1. That is, some of the M individuals A 1 (ω) to A M (ω) are inferior to the evaluation value that is inferior in the elite individual group G1, and are the best in the non-elite individual group G2. There are one or more individuals that have an evaluation value better than the evaluation value.

続いて、次世代生成ステップS14において、次世代生成部28は、個体選定ステップS13において個体選定部27が選定した二以上の個体に基づいて、第(n+1)世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)を生成する。ここで、「選定された二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する」とは、例えば交叉、突然変異、増殖といった処理を意味し、第(n+1)世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)それぞれが、第n世代のいずれかの個体の少なくとも一部の成分を含んでいることを意味する。なお、選定した二以上の個体の一部(例えば最も優良な個体群)を、そのまま第(n+1)世代の個体A(ω)〜A(ω)のいずれかとしてもよい。 Subsequently, in the next generation generation step S14, the next generation generation unit 28, based on the two or more individuals selected by the individual selection unit 27 in the individual selection step S13, the M individuals A 1 ( ω) to A M (ω) are generated. Here, “generating a plurality of (n + 1) generation individuals based on two or more selected individuals” means, for example, processing such as crossover, mutation, proliferation, and the (n + 1) generation M It means that each of the individuals A 1 (ω) to A M (ω) includes at least a component of any one of the nth generation individuals. A part of the selected two or more individuals (for example, the most excellent individual group) may be directly used as any one of the (n + 1) th generation individuals A 1 (ω) to A M (ω).

強度スペクトル関数生成ステップS1においては、上述した評価値算出ステップS12、個体選定ステップS13、及び次世代生成ステップS14が、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返される(ステップS15)。言い換えると、評価値算出部26、個体選定部27、及び次世代生成部28は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返す。そして、強度スペクトル設計部23は(強度スペクトル関数生成ステップS1においては)、所定の条件が満たされた場合の第n世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)から、所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。例えば、M個の個体A(ω)〜A(ω)のうち1つの個体A(ω)を抜き出して、強度スペクトル関数A(ω)としてもよい。なお、所定の条件とは、例えば任意に設定した繰り返し試行回数を終了した場合や、任意に定めた評価値を満たした場合である。 In the intensity spectrum function generation step S1, the above-described evaluation value calculation step S12, individual selection step S13, and next generation generation step S14 are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied (step S15). . In other words, the evaluation value calculation unit 26, the individual selection unit 27, and the next generation generation unit 28 repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied. Then, the intensity spectrum design unit 23 (in the intensity spectrum function generation step S1) obtains a desired value from M individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the nth generation when a predetermined condition is satisfied. An intensity spectrum function A (ω) suitable for the time intensity waveform is generated. For example, one individual A m (ω) out of M individuals A 1 (ω) to A M (ω) may be extracted and used as the intensity spectrum function A (ω). The predetermined condition is, for example, a case where the arbitrarily set number of repeated trials is completed or a case where an arbitrarily defined evaluation value is satisfied.

上記の処理の後、データ生成ステップS2において、変調パターン生成部24は、位相スペクトル関数Ψ(ω)と、強度スペクトル関数生成ステップS1において生成された強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、SLM14に呈示させる変調パターンに関するデータを生成する。変調パターン生成部24は、生成したデータを、制御信号SCとしてSLM14に提供する。   After the above processing, in the data generation step S2, the modulation pattern generation unit 24, based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum function generation step S1, Data relating to a modulation pattern to be presented to the SLM 14 is generated. The modulation pattern generation unit 24 provides the generated data to the SLM 14 as the control signal SC.

以上に説明した本実施形態の光制御装置1A、変調パターン算出装置20、変調パターン算出方法、及び変調パターン算出プログラムによって得られる効果について説明する。従来、所望の時間波形を有する光をSLMを用いて実現する際、所望の時間波形に対応するスペクトル強度を精度良く算出するために、反復フーリエ法若しくは反復フーリエ法を修正した方法(例えば特許文献1,2を参照)が用いられている。しかしながら、同方法を用いてマルチパルスなどの生成を試みると、波形制御精度が大きく向上するものの、詳細に波形形状の分析を行うと、各パルスのピーク値やパルス幅に分散(ばらつき)が確認された。このことは、波形制御パターンの設計手法として改善の余地があることを意味する。特に、パルス光の顕微鏡応用や加工応用を考えた場合、パルス幅の変化やピーク値の変化は、信号のS/N比や加工状態の変化に大きく影響を及ぼす可能性がある。従って、波形制御パターンをより高精度に設計できる手法が望まれる。   The effects obtained by the light control device 1A, the modulation pattern calculation device 20, the modulation pattern calculation method, and the modulation pattern calculation program of the present embodiment described above will be described. Conventionally, when light having a desired time waveform is realized using an SLM, an iterative Fourier method or a method in which the iterative Fourier method is modified in order to accurately calculate the spectral intensity corresponding to the desired time waveform (for example, Patent Documents) 1 and 2) are used. However, when trying to generate multipulses using this method, the waveform control accuracy is greatly improved. However, when the waveform shape is analyzed in detail, dispersion (variation) is confirmed in the peak value and pulse width of each pulse. It was done. This means that there is room for improvement as a design method of the waveform control pattern. In particular, when considering a microscope application or processing application of pulsed light, a change in pulse width or a change in peak value may greatly affect a change in signal S / N ratio or processing state. Therefore, a method capable of designing the waveform control pattern with higher accuracy is desired.

このような課題に対し、本実施形態の変調パターン算出装置20、変調パターン算出方法、及び変調パターン算出プログラムにおいては、時間強度波形関数I(t)〜I(t)と、所望の時間強度波形T(t)との相違の度合いを示す評価値の優良さに基づいて、次世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)の生成に用いられる二以上の個体を選定する。そして、選定された二以上の個体に基づいて、第(n+1)世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)を生成する。このような処理を、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、所定の条件が満たされた場合の第n世代のM個の個体A(ω)〜A(ω)から、所望の時間強度波形T(t)に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する。本発明者は研究の末、このような方式(遺伝的アルゴリズム)により、反復フーリエ法及び反復フーリエ法を修正した方法と比較して、強度スペクトル関数A(ω)が局所解に導かれてしまう割合を低減し、最適解をより正確に探索することができることを見出した。 For such a problem, in the modulation pattern calculation device 20, the modulation pattern calculation method, and the modulation pattern calculation program of the present embodiment, the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) and a desired time Two or more individuals used to generate the next generation M individuals A 1 (ω) to A M (ω) based on the superiority of the evaluation value indicating the degree of difference from the intensity waveform T (t). Select. Based on the two or more selected individuals, the (n + 1) th generation M individuals A 1 (ω) to A M (ω) are generated. Such processing is repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the nth generation M individuals A 1 (ω) to A M (ω) when the predetermined condition is satisfied. From this, an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform T (t) is generated. As a result of the research, the inventor leads the intensity spectrum function A (ω) to a local solution by such a method (genetic algorithm) as compared with the iterative Fourier method and the method obtained by correcting the iterative Fourier method. It has been found that the optimal solution can be searched more accurately by reducing the ratio.

図12の(a)は、一例として、本実施形態の変調パターン算出装置20及び変調パターン算出方法によって算出された、8パルスの出力光Ldを生成するための強度スペクトル関数A(ω)を示すグラフである。グラフG61は、その強度スペクトル関数A(ω)を示す。また、グラフG62は、この例で用いられた位相スペクトル関数Ψ(ω)を示す。この位相スペクトル関数Ψ(ω)は、反復フーリエ法により算出されたものである。図12の(b)は、図12の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。また、図13の(a)は、比較例として、反復フーリエ法のみを用いて算出された、8パルスの出力光Ldを生成するための強度スペクトル関数A(ω)を示すグラフである。グラフG71は、その強度スペクトル関数A(ω)を示す。また、グラフG72は、この比較例で用いられた位相スペクトル関数Ψ(ω)を示す。なお、この位相スペクトル関数Ψ(ω)の形状は図12の(a)のグラフG62と同一である。図13の(b)は、図13の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。   FIG. 12A shows, as an example, an intensity spectrum function A (ω) for generating 8-pulse output light Ld calculated by the modulation pattern calculation device 20 and the modulation pattern calculation method of the present embodiment. It is a graph. The graph G61 shows the intensity spectrum function A (ω). A graph G62 shows the phase spectrum function Ψ (ω) used in this example. This phase spectrum function Ψ (ω) is calculated by the iterative Fourier method. 12B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform. FIG. 13A is a graph showing, as a comparative example, an intensity spectrum function A (ω) for generating the 8-pulse output light Ld calculated using only the iterative Fourier method. The graph G71 shows the intensity spectrum function A (ω). A graph G72 shows the phase spectrum function Ψ (ω) used in this comparative example. The shape of the phase spectrum function Ψ (ω) is the same as the graph G62 in FIG. FIG. 13B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform.

図13の(b)を参照すると、反復フーリエ法のみを用いて強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合、生成される出力光Ldの時間強度波形において、8つのパルスのピーク強度に大きなばらつきが見られる。これに対し、図12の(b)を参照すると、本実施形態の変調パターン算出装置20及び変調パターン算出方法によって強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合、強度損失量は39%となり反復フーリエ法の31%よりも高くなるものの、生成される出力光Ldの時間強度波形において、8つのパルスのピーク強度のばらつきは小さく抑えられている。評価値に関しては、本実施形態による値が反復フーリエ法による値の1/8.7となり、大きく改善された。   Referring to (b) of FIG. 13, when the intensity spectrum function A (ω) is calculated using only the iterative Fourier method, the peak intensity of the eight pulses greatly varies in the time intensity waveform of the generated output light Ld. Is seen. On the other hand, referring to FIG. 12B, when the intensity spectrum function A (ω) is calculated by the modulation pattern calculation apparatus 20 and the modulation pattern calculation method of the present embodiment, the intensity loss amount is 39%, and iterative Fourier Although it is higher than 31% of the modulo, in the time intensity waveform of the output light Ld to be generated, variations in the peak intensity of the eight pulses are suppressed to be small. Regarding the evaluation value, the value according to the present embodiment is 1 / 8.7 of the value obtained by the iterative Fourier method, which is greatly improved.

このように、本実施形態の変調パターン算出装置20及び変調パターン算出方法によれば、反復フーリエ法のみを用いる従来の装置及び方法と比較して、局所解に導かれてしまう割合を低減し、最適解をより正確に探索することができる。すなわち、本実施形態によれば、出力光Ldの時間波形を所望の波形T(t)に近づけるためのスペクトル強度を精度良く算出して、所望の時間波形を精度良く得ることができる。なお、本実施形態では各世代の個体の数を全てM個に統一しているが、各世代の個体の数は変化してもよい。   Thus, according to the modulation pattern calculation device 20 and the modulation pattern calculation method of the present embodiment, compared to the conventional device and method using only the iterative Fourier method, the ratio of being led to a local solution is reduced, The optimal solution can be searched more accurately. That is, according to this embodiment, it is possible to accurately calculate the spectrum intensity for bringing the time waveform of the output light Ld close to the desired waveform T (t), and to obtain the desired time waveform with high accuracy. In the present embodiment, the number of individuals of each generation is unified to M, but the number of individuals of each generation may be changed.

ここで、本実施形態の有効性を確認するために、マルチパルスを含む時間強度波形を有する出力光Ldを生成するための変調パターンを、パルス数を変えながら複数計算した。各パルスはTLパルス(時間幅135fsのシングルパルス)であり、パルス間隔は1psで等間隔であった。初期位相スペクトルΨ0(ω)としては、反復フーリエ法を用いて算出したものを使用した。図14は、その際のパルス数と評価値(数式(14)に示される標準偏差の最小値)との関係をプロットしたグラフである。図14において、プロットP11は、反復フーリエ法のみを用いる従来の方法により強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合を示し、プロットP12は、本実施形態の方法により強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合を示す。なお、本実施形態の方法による強度スペクトル関数A(ω)の算出では、評価値が収束するまでステップS12〜S14を十分に繰り返した。その繰り返し数(世代数)は1700世代であった。図14に示されるように、いずれのパルス数においても、本実施形態の方法によれば、従来の方法と比較して波形制御精度(評価値)が大幅に改善される。パルス数によって差はあるが、概ね3倍から24倍程度の改善が見込めることが確認された。 Here, in order to confirm the effectiveness of the present embodiment, a plurality of modulation patterns for generating the output light Ld having a time intensity waveform including multipulses were calculated while changing the number of pulses. Each pulse was a TL pulse (single pulse with a time width of 135 fs), and the pulse interval was equal to 1 ps. As the initial phase spectrum Ψ 0 (ω), the one calculated using the iterative Fourier method was used. FIG. 14 is a graph plotting the relationship between the number of pulses at that time and the evaluation value (minimum value of the standard deviation shown in Equation (14)). In FIG. 14, a plot P11 shows a case where the intensity spectrum function A (ω) is calculated by a conventional method using only the iterative Fourier method, and a plot P12 shows the intensity spectrum function A (ω) by the method of this embodiment. The calculated case is shown. In the calculation of the intensity spectrum function A (ω) by the method of the present embodiment, steps S12 to S14 were sufficiently repeated until the evaluation value converged. The number of repetitions (number of generations) was 1700 generations. As shown in FIG. 14, the waveform control accuracy (evaluation value) is greatly improved according to the method of this embodiment at any number of pulses as compared with the conventional method. Although there is a difference depending on the number of pulses, it was confirmed that an improvement of about 3 to 24 times can be expected.

また、図15は、上記の実施例におけるパルス数と平均パルス幅(半値全幅)との関係をプロットしたグラフである。図16は、上記の実施例におけるパルス数とピーク値の分散との関係をプロットしたグラフである。図15及び図16において、プロットP21,P31は、反復フーリエ法のみを用いる従来の方法により強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合を示し、プロットP22,P32は、本実施形態の方法により強度スペクトル関数A(ω)を算出した場合を示す。これらの図から、図14に示された評価値の改善は、パルス幅が狭くなったこと(TLパルスの半値幅に近くなったこと)、及び、ピーク値のばらつきが小さくなったことに因ると考えられる。   FIG. 15 is a graph plotting the relationship between the number of pulses and the average pulse width (full width at half maximum) in the above embodiment. FIG. 16 is a graph plotting the relationship between the number of pulses and the dispersion of peak values in the above embodiment. 15 and 16, plots P21 and P31 show the case where the intensity spectrum function A (ω) is calculated by a conventional method using only the iterative Fourier method, and the plots P22 and P32 show the intensity by the method of this embodiment. The case where the spectrum function A (ω) is calculated is shown. From these figures, the improvement of the evaluation value shown in FIG. 14 is due to the fact that the pulse width is narrowed (close to the half-value width of the TL pulse) and the variation in peak value is small. It is thought.

本実施形態のように、初期値設定部25(初期値設定ステップS11)は、第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成する初期個体生成部25a(初期個体生成ステップS11a)を含んでもよい。そして、初期個体生成部25a(初期個体生成ステップS11a)は、反復フーリエ変換によって強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成し、該強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を生成してもよい。本発明者の知見によれば、本実施形態の変調パターン算出装置20において最適解をより正確に探索するためには、第1世代の個体A(ω)〜A(ω)の設定が極めて重要である。そして、反復フーリエ法には、短時間で評価値の優れた解を算出できるという特徴がある。その上、その解近傍にさらに評価値の高い解が、存在することがある。従って、反復フーリエ法を用いて第1世代の個体A(ω)〜A(ω)の基となる強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成することにより、第1世代の個体A(ω)〜A(ω)を適切に設定することができる。 As in the present embodiment, the initial value setting unit 25 (initial value setting step S11) includes an initial individual generation unit 25a (initial individual generation step) that generates first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω). S11a) may be included. The initial population generation unit 25a (initial population generation step S11a) is repeated by the Fourier transform to generate an intensity spectrum function A IFTA (omega), by varying the said intensity spectral function A IFTA (omega) of the first generation Individuals A 1 (ω) to A M (ω) may be generated. According to the knowledge of the present inventor, in order to search the optimum solution more accurately in the modulation pattern calculation apparatus 20 of the present embodiment, the setting of the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) is required. Very important. The iterative Fourier method is characterized in that a solution with an excellent evaluation value can be calculated in a short time. In addition, there may be a solution with a higher evaluation value in the vicinity of the solution. Therefore, by generating the intensity spectrum function A IFTA (ω) that is the basis of the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) using the iterative Fourier method, the first generation individual A 1 ( ω) to A M (ω) can be set appropriately.

また、本実施形態のように、評価値算出部26(評価値算出ステップS12)は、時間強度波形関数I(t)〜I(t)それぞれと、所望の時間位相波形を表す関数T(t)に係数α〜αそれぞれを乗じたものとの相違の度合いを示すM個の評価値を算出し、係数α〜αは、該係数α〜αの乗算前と比較して、乗算後の評価値が良好になる値を有してもよい。これにより、所望の時間強度波形T(t)と時間強度波形関数I(t)〜I(t)との総エネルギーの違いが評価値の算出に影響することを抑制し、所望の時間強度波形T(t)と時間強度波形関数I(t)〜I(t)との形状の違いに主に基づいて評価値を算出することができる。 Further, as in the present embodiment, the evaluation value calculation unit 26 (evaluation value calculation step S12) includes the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) and a function T representing a desired time phase waveform. calculating the M evaluation values indicating the degree of difference between multiplied by the respective coefficients alpha 1 to? M in (t), the coefficient alpha 1 to? M has a front multiplication of engagement several alpha 1 to? M In comparison, the evaluation value after multiplication may have a good value. This suppresses the difference in total energy between the desired time intensity waveform T (t) and the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t) from affecting the calculation of the evaluation value, and the desired time. The evaluation value can be calculated mainly based on the difference in shape between the intensity waveform T (t) and the time intensity waveform functions I 1 (t) to I M (t).

また、本実施形態のように、個体選定部27(個体選定ステップS13)において選定される二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる個体群G1と、少なくとも一つの別の個体からなる個体群G2とを含んでもよい。そして、個体群G1の評価値の平均は、第n世代の個体A(ω)〜A(ω)の評価値の平均よりも優れており、個体群G2の評価値の平均は、第n世代の個体A(ω)〜A(ω)の評価値の平均よりも劣っていてもよい。 Further, as in the present embodiment, the two or more individuals selected by the individual selection unit 27 (individual selection step S13) are an individual group G1 composed of at least one individual and an individual group composed of at least one other individual. G2 may be included. The average of the evaluation values of the individual group G1 is superior to the average of the evaluation values of the nth generation individuals A 1 (ω) to A M (ω), and the average of the evaluation values of the individual group G2 is It may be inferior to the average of the evaluation values of the n generation individuals A 1 (ω) to A M (ω).

本実施形態のような遺伝的アルゴリズムにおいては、世代数が進んでいくと、複数の個体A(ω)〜A(ω)が次第に均一に近づく。故に、評価値が収束し、それ以上の改善が見られなくなるか、または、改善の度合いが著しく低下してしまう。そこで、本実施形態では、個体選定部27(個体選定ステップS13)において選定される二以上の個体に、非エリート個体からなる個体群G2を含める。図17は、8パルスの出力光Ldを生成するための強度スペクトル関数A(ω)(図12の(a)を参照)を算出するときに、世代が進むに従い評価値が変化する様子を示すグラフである。図17の横軸は世代を表し、縦軸は評価値(標準偏差の最小値σmin)を表す。図17に示される例では、約150世代の辺りで評価値が一旦収束しているが、約250世代の辺りで非エリート個体を導入(図中に矢印A3で示す)したことにより、評価値が不連続的に低下(改善)している。そして、その後に非エリート個体を導入する毎に、更に評価値が不連続的に低下(改善)している。このように、個体選定部27(個体選定ステップS13)において選定される二以上の個体に非エリート個体を導入することによって、一旦収束した値から抜け出し、評価値を更に良好にすることが可能となる。 In the genetic algorithm as in the present embodiment, as the number of generations progresses, a plurality of individuals A 1 (ω) to A M (ω) gradually approach evenly. Therefore, the evaluation value converges and no further improvement is observed, or the degree of improvement is significantly reduced. Therefore, in the present embodiment, the individual group G2 composed of non-elite individuals is included in the two or more individuals selected by the individual selection unit 27 (individual selection step S13). FIG. 17 shows how the evaluation value changes as the generation progresses when calculating the intensity spectrum function A (ω) (see FIG. 12A) for generating the 8-pulse output light Ld. It is a graph. The horizontal axis in FIG. 17 represents the generation, and the vertical axis represents the evaluation value (standard deviation minimum value σ min ). In the example shown in FIG. 17, the evaluation value once converges around about 150 generations, but the evaluation value is obtained by introducing a non-elite individual (shown by arrow A3 in the figure) around about 250 generations. Is discontinuously decreasing (improving). Each time a non-elite individual is introduced thereafter, the evaluation value further decreases (improves). Thus, by introducing non-elite individuals into two or more individuals selected by the individual selection unit 27 (individual selection step S13), it is possible to get out of the once converged value and further improve the evaluation value. Become.

本発明者は、更に、どのような非エリート個体が効果的かを調べた。図18は、非エリート個体の導入前後での評価値の変化量を図示したものである。この実施例では、個体群G2を構成する非エリート個体を評価値の範囲別に4つのグループ(0.0025<σmin<0.003、0.0035<σmin<0.004、0.0045<σmin<0.005、及び0.0055<σmin<0.006)に分けて、それぞれ個別に計算を行った。非エリート個体の導入は、評価値が概ね0.0015から0.0025で収束値を迎えた演算に対して行った。図18において、グラフG51は各範囲毎における計算を複数回試行したときの評価値の変化量の平均を示し、グラフG52はそのときの各範囲における評価値の変化量の存在範囲を示す。図18を参照すると、非エリート個体の評価値にかかわらず、評価値が収束値から更に優良な方向へ有意に変化した。また、この計算条件においては、非エリート個体の評価値が優れている(標準偏差が小さい)ほど、評価値が収束値から優良な方向へ大きく変化し、顕著な効果が得られることがわかった。 The inventor further investigated what non-elite individuals were effective. FIG. 18 illustrates the amount of change in evaluation values before and after the introduction of non-elite individuals. In this embodiment, non-elite individuals constituting the individual group G2 are divided into four groups (0.0025 <σ min <0.003, 0.0035 <σ min <0.004, 0.0045 < The calculation was performed separately for each of σ min <0.005 and 0.0055 <σ min <0.006). The introduction of non-elite individuals was performed for calculations that reached a convergence value with an evaluation value of approximately 0.0015 to 0.0025. In FIG. 18, a graph G51 shows an average of evaluation value change amounts when a calculation for each range is tried a plurality of times, and a graph G52 shows an existence range of evaluation value change amounts in each range at that time. Referring to FIG. 18, regardless of the evaluation value of the non-elite individual, the evaluation value changed significantly from the convergence value to a better direction. In addition, it was found that, under this calculation condition, the evaluation value of the non-elite individual is better (standard deviation is smaller), and the evaluation value changes greatly from the convergence value to the better direction, and a remarkable effect is obtained. .

このように、本発明者の試行によれば、評価値が比較的劣る非エリート個体を選定後の個体の一部に含めることにより、最終的なスペクトル強度の算出精度をより高めることができる。   Thus, according to the trial of the present inventor, it is possible to further increase the accuracy of calculating the final spectrum intensity by including a non-elite individual having a relatively inferior evaluation value as part of the selected individual.

また、本実施形態の光制御装置1Aによれば、変調パターン算出装置20を備えることにより、局所解に導かれる割合を低減してスペクトル強度を精度良く算出し、出力光Ldの時間波形を所望の波形T(t)に近づけることができる。   Further, according to the light control apparatus 1A of the present embodiment, by providing the modulation pattern calculation apparatus 20, the spectral intensity is accurately calculated by reducing the ratio led to the local solution, and the time waveform of the output light Ld is desired. The waveform T (t) can be approximated.

なお、上記の説明では主に強度スペクトル設計部23の構成及びスペクトル強度の算出方法について説明したが、位相スペクトル設計部22の構成及びスペクトル位相の算出方法は、従来の構成及び方法(例えば反復フーリエ法若しくはその改良方法)を用いてもよく、或いは、本実施形態の強度スペクトル設計部23の構成及びスペクトル強度の算出方法と同様の構成及び方法を用いてもよい。   In the above description, the configuration of the intensity spectrum design unit 23 and the calculation method of the spectrum intensity are mainly described. However, the configuration of the phase spectrum design unit 22 and the calculation method of the spectrum phase are the same as the conventional configuration and method (for example, iterative Fourier transform). May be used, or the configuration and method similar to the configuration of the intensity spectrum design unit 23 and the spectrum intensity calculation method of the present embodiment may be used.

(第2実施形態)
図19は、本発明の第2実施形態に係る光制御装置1Bの構成を概略的に示す図である。本実施形態の光制御装置1Bは、入力光Laから、時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列を出力光Ldとして生成する。光パルス列は、複数の光パルスLP1〜LPN(Nは2以上の整数)を含む。各光パルスLP1〜LPNは、例えば100fs以下といった極めて短い時間幅を有する。各光パルスLP1〜LPNの出現タイミングは任意であり、隣接する直前の光パルスとの時間間隔は、各光パルスLP2〜LPNにおいて互いに等しくてもよく、異なってもよい。また、各光パルスLP2〜LPNのピーク強度は互いに等しくてもよく、異なってもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 19 is a diagram schematically showing a configuration of a light control device 1B according to the second embodiment of the present invention. The light control apparatus 1B according to the present embodiment generates, as output light Ld, an optical pulse train that includes a plurality of optical pulses arranged at time intervals from the input light La. The optical pulse train includes a plurality of optical pulses LP 1 to LP N (N is an integer of 2 or more). Each of the light pulses LP 1 to LP N has a very short time width, for example, 100 fs or less. The appearance timing of each of the optical pulses LP 1 to LP N is arbitrary, and the time interval between the adjacent immediately preceding optical pulses may be equal to or different from each other in each of the optical pulses LP 2 to LP N. Further, the peak intensities of the light pulses LP 2 to LP N may be equal to each other or different from each other.

光制御装置1Bは、光源2、光学系10、及び変調パターン算出装置(データ作成装置)30を備える。光源2及び光学系10の構成は、第1実施形態(図2を参照)と同様である。変調パターン算出装置30のハードウェア構成は、第1実施形態の変調パターン算出装置20(図4を参照)と同様である。変調パターン算出装置30は、SLM14と電気的に接続されており、出力光Ldの時間強度波形を所望のピーク強度及び時間間隔を有する光パルス列に近づけるための位相変調パターンを算出し、該位相変調パターンを含む制御信号SC2をSLM14に提供する。本実施形態の変調パターン算出装置30は、所望の光パルス列を得る為の位相スペクトルを出力光Ldに与える位相変調用の位相パターンと、所望の光パルス列を得る為の強度スペクトルを出力光Ldに与える強度変調用の位相パターンとを含む位相パターンをSLM14に呈示させる。そのために、変調パターン算出装置30は、任意波形入力部31と、スペクトル設計部32と、変調パターン生成部(データ生成部)33とを有する。すなわち、変調パターン算出装置30に設けられたコンピュータのプロセッサ201(図4を参照)は、任意波形入力部31の機能と、スペクトル設計部32の機能と、変調パターン生成部33の機能とを実現する。   The light control device 1B includes a light source 2, an optical system 10, and a modulation pattern calculation device (data creation device) 30. The configurations of the light source 2 and the optical system 10 are the same as those in the first embodiment (see FIG. 2). The hardware configuration of the modulation pattern calculation device 30 is the same as that of the modulation pattern calculation device 20 (see FIG. 4) of the first embodiment. The modulation pattern calculation device 30 is electrically connected to the SLM 14 and calculates a phase modulation pattern for bringing the time intensity waveform of the output light Ld closer to an optical pulse train having a desired peak intensity and time interval. A control signal SC2 including a pattern is provided to the SLM 14. The modulation pattern calculation apparatus 30 according to the present embodiment outputs a phase pattern for phase modulation that gives a phase spectrum for obtaining a desired optical pulse train to the output light Ld and an intensity spectrum for obtaining a desired optical pulse train for the output light Ld. A phase pattern including a phase pattern for intensity modulation to be applied is presented to the SLM 14. For this purpose, the modulation pattern calculation apparatus 30 includes an arbitrary waveform input unit 31, a spectrum design unit 32, and a modulation pattern generation unit (data generation unit) 33. That is, the processor 201 (see FIG. 4) of the computer provided in the modulation pattern calculation device 30 realizes the function of the arbitrary waveform input unit 31, the function of the spectrum design unit 32, and the function of the modulation pattern generation unit 33. To do.

任意波形入力部31は、操作者からの所望の光パルス列に関する情報の入力を受け付ける。操作者は、所望の光パルス列に関する情報(光パルス数、各光パルスのピーク強度、時間間隔など)を任意波形入力部31に入力する。所望の光パルス列に関する情報は、スペクトル設計部32に与えられる。スペクトル設計部32は、与えられた所望の光パルス列の実現に適した、出力光Ldの位相スペクトル及び強度スペクトルを算出する。変調パターン生成部33は、スペクトル設計部32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出力光Ldに与えるための位相変調パターン(例えば、計算機合成ホログラム)を算出する。そして、算出された位相変調パターンを含む制御信号SC2が、SLM14に提供され、SLM14は、制御信号SC2に基づいて制御される。   The arbitrary waveform input unit 31 receives an input of information related to a desired optical pulse train from the operator. The operator inputs information on the desired optical pulse train (number of optical pulses, peak intensity of each optical pulse, time interval, etc.) to the arbitrary waveform input unit 31. Information about the desired optical pulse train is given to the spectrum design unit 32. The spectrum design unit 32 calculates a phase spectrum and an intensity spectrum of the output light Ld suitable for realizing a given desired optical pulse train. The modulation pattern generation unit 33 calculates a phase modulation pattern (for example, a computer-generated hologram) for giving the phase spectrum and the intensity spectrum obtained by the spectrum design unit 32 to the output light Ld. Then, a control signal SC2 including the calculated phase modulation pattern is provided to the SLM 14, and the SLM 14 is controlled based on the control signal SC2.

図20は、スペクトル設計部32の内部構成を示すブロック図である。図20に示されるように、スペクトル設計部32は、初期値設定部35、評価値算出部36、個体選定部37、及び次世代生成部38を含む。初期値設定部35は初期個体生成部39を含む。また、図21は、変調パターン算出装置30による強度スペクトル及び位相スペクトルの設計方法(データ作成方法)を示すフローチャートである。以下、図20及び図21を参照しながら、本実施形態の変調パターン算出装置30の動作、すなわち強度スペクトル及び位相スペクトルの設計方法(データ作成方法)について説明する。   FIG. 20 is a block diagram showing the internal configuration of the spectrum design unit 32. As shown in FIG. 20, the spectrum design unit 32 includes an initial value setting unit 35, an evaluation value calculation unit 36, an individual selection unit 37, and a next generation generation unit 38. The initial value setting unit 35 includes an initial individual generation unit 39. FIG. 21 is a flowchart showing a design method (data creation method) of the intensity spectrum and the phase spectrum by the modulation pattern calculation device 30. Hereinafter, the operation of the modulation pattern calculation apparatus 30 according to the present embodiment, that is, the design method (data creation method) of the intensity spectrum and the phase spectrum will be described with reference to FIGS.

まず、スペクトル設計部32が、任意波形入力部31から入力された所望の光パルス列に関する情報に基づいて、該光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する(スペクトル関数生成ステップS3)。詳細には、スペクトル関数生成ステップS3は、初期値設定ステップS31、評価値算出ステップS32、個体選定ステップS33、および次世代生成ステップS34を含んで構成されている。   First, the spectrum design unit 32 generates the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) suitable for the optical pulse train based on the information about the desired optical pulse train input from the arbitrary waveform input unit 31. (Spectral function generation step S3). Specifically, the spectrum function generation step S3 includes an initial value setting step S31, an evaluation value calculation step S32, an individual selection step S33, and a next generation generation step S34.

初期値設定ステップS31では、初期値設定部35が、強度スペクトル関数A(ω)に関する第1世代のM個(但しMは2以上の整数)の個体(遺伝情報)A(ω)〜A(ω)、及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代のM個の個体(遺伝情報)Ψ(ω)〜Ψ(ω)を設定する。各個体A(ω)と各個体Ψ(ω)(但し、m=1,2,・・・,M)とは、第m番目の個体対(ペア)を構成する。すなわち、個体A(ω)〜A(ω)と個体Ψ(ω)〜Ψ(ω)とは、M個の個体対を構成する。個体A(ω)〜A(ω)及び個体Ψ(ω)〜Ψ(ω)は、周波数ωの関数である。この初期値設定ステップS31により、強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の個体A(ω)〜A(ω)のそれぞれと、位相スペクトル関数Ψ(ω)の第1世代の個体Ψ(ω)〜Ψ(ω)のそれぞれとを含む周波数領域のM個の波形関数(15)が定義される。但し、iは虚数である。
In the initial value setting step S31, the initial value setting unit 35 performs the first generation M individuals (genetic information) A 1 (ω) to A 1 regarding the intensity spectrum function A (ω) (where M is an integer of 2 or more). M (omega), and sets the phase spectrum function [psi (omega) the first generation of the M individual related (genetic information) Ψ 1 (ω) ~Ψ M (ω). Each individual A m (ω) and each individual ψ m (ω) (where m = 1, 2,..., M) constitute an m-th individual pair. That is, the individuals A 1 (ω) to A M (ω) and the individuals ψ 1 (ω) to ψ M (ω) constitute M individual pairs. The individuals A 1 (ω) to A M (ω) and the individuals ψ 1 (ω) to ψ M (ω) are functions of the frequency ω. By this initial value setting step S31, each of the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) of the intensity spectrum function A (ω) and the first generation individual of the phase spectrum function Ψ 0 (ω). M waveform functions (15) in the frequency domain including each of Ψ 1 (ω) to Ψ M (ω) are defined. However, i is an imaginary number.

本実施形態の初期値設定ステップS31は、初期個体生成ステップS36を含んでいる。初期個体生成ステップS36では、初期個体生成部39が、所望の光パルス列に含まれる各光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有し、時間位相がそれぞれ異なるM個のデルタ関数群をそれぞれフーリエ変換することにより、第1世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(但しm=1,2,・・・,M)を生成する。 The initial value setting step S31 of the present embodiment includes an initial individual generation step S36. In the initial individual generation step S36, the initial individual generation unit 39 generates M delta function groups having the same amplitude and timing as the amplitude and timing of each optical pulse included in the desired optical pulse train and having different time phases. By performing Fourier transformation, M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (where m = 1, 2,..., M) of the first generation are generated.

図22は、初期個体生成部25aにおける、M個のデルタ関数群から第1世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)を算出する方法の一例を概念的に示す図である。図22の(a)部は所望の光パルス列の時間波形を示す。図22の(b)部ないし(d)部はそれぞれ第1番目、第2番目および第M番目のデルタ関数群を示す。なお、図22各部の上部には複数の光パルスの番号(1,2,・・・,N)が示されており、図中のt1,t,・・・,tは各光パルスの出現タイミングを示す時間であり、A,A,・・・,Aは各光パルスのピーク強度である。また、図23は、初期個体生成ステップS36の詳細を示すフローチャートである。図23に示されるように、初期個体生成ステップS36は、ステップS36a〜S36cを含む。 FIG. 22 illustrates the first generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1, 2,...) From the M delta function groups in the initial individual generation unit 25a. , M) conceptually shows an example of a method for calculating. Part (a) of FIG. 22 shows a time waveform of a desired optical pulse train. Parts (b) to (d) in FIG. 22 indicate the first, second, and Mth delta function groups, respectively. Note that FIG. 22 is the top of each unit number of the plurality of optical pulses (1, 2, · · ·, N) are the indicated, t 1, t 2 in FIG, · · ·, t N each light A 1 , A 2 ,..., AN are the peak intensities of the optical pulses. FIG. 23 is a flowchart showing details of the initial individual generation step S36. As shown in FIG. 23, the initial individual generation step S36 includes steps S36a to S36c.

図22の(a)に示される所望の光パルス列の時間波形を実現するために、初期個体生成部25aは、まず、該所望の光パルス列のパラメータの入力を受ける(ステップS36a)。光パルス列のパラメータとは、例えば当該光パルス列に含まれる光パルスの本数N、各光パルスのピーク強度(A,A,・・・,A)、各光パルスの出現タイミング(t1,t,・・・,t)等である。 In order to realize the time waveform of a desired optical pulse train shown in FIG. 22A, the initial individual generation unit 25a first receives input of parameters of the desired optical pulse train (step S36a). The parameters of the optical pulse train include, for example, the number N of optical pulses included in the optical pulse train, the peak intensity (A 1 , A 2 ,..., A N ) of each optical pulse, and the appearance timing (t 1 ) of each optical pulse. , T 2 ,..., T N ).

次に、初期個体生成ステップS36は、光パルス列に関する上記パラメータを用いて、図22の(b)〜(d)に示されるようなM個のデルタ関数群を用意する(ステップS36b)。各デルタ関数群のN個の光パルスは、所望の光パルス列に含まれるN個の光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有する。また、各デルタ関数群のN個の光パルスの時間位相は任意であり、それぞれ異なる。時間位相とは、前述した数式(3)のΘk(t)に相当する値である。具体的には、図22の(b)〜(d)に示されるように、デルタ関数群に含まれる各デルタ関数の位相Φ〜Φの大きさを設定する。 Next, in the initial individual generation step S36, M delta function groups as shown in FIGS. 22B to 22D are prepared using the above-described parameters relating to the optical pulse train (step S36b). The N optical pulses of each delta function group have the same amplitude and timing as the amplitude and timing of the N optical pulses included in the desired optical pulse train. Further, the time phases of the N optical pulses of each delta function group are arbitrary and different from each other. The time phase is a value corresponding to Θ k (t) in Equation (3) described above. Specifically, as shown in FIGS. 22B to 22D, the magnitudes of the phases Φ 1 to Φ N of the delta functions included in the delta function group are set.

続いて、初期個体生成部25aは、これらのデルタ関数群のそれぞれに対してフーリエ変換を行う(ステップS36c)。これにより、数式(15)に示された周波数領域のM個の波形関数が求まり、その結果、第1世代の個体A1(ω)〜AM(ω),Ψ1(ω)〜ΨM(ω)が算出される。 Subsequently, the initial individual generation unit 25a performs a Fourier transform on each of these delta function groups (step S36c). As a result, M waveform functions in the frequency domain shown in Expression (15) are obtained, and as a result, the first generation individuals A 1 (ω) to A M (ω), Ψ 1 (ω) to Ψ M (Ω) is calculated.

再び図20及び図21を参照する。次に、評価値算出ステップS32において、評価値算出部36は、第n世代(nは1以上の整数)の個体A(ω)〜A(ω)それぞれを、最大値が均等となるように規格化する。一例では、評価値算出部36は、第n世代の個体A(ω)〜A(ω)それぞれを、最大値が1となるように規格化する。そして、評価値算出部36は、個体A(ω)〜A(ω)それぞれの積分値に基づいて評価値を算出する。例えば、評価値算出部36は、個体A(ω)〜A(ω)に基づく強度スペクトル変調によって生じる損失量を示すM個の評価値を算出してもよい。その場合、評価値算出部26は、規格化後の個体A(ω)〜A(ω)の積分値(グラフの面積)Area〜Areaを、全ての周波数で上記の均等値h(例えばh=1)をとる強度スペクトル関数A(ω)=hの面積Areaから差し引き、その値をAreaで除算した値(すなわち下記の数式(16)に示される値)を、評価値Loss〜Lossとして算出してもよい。
Refer to FIGS. 20 and 21 again. Next, in the evaluation value calculation step S32, the evaluation value calculation unit 36 equalizes the maximum values of the individual A 1 (ω) to A M (ω) of the nth generation (n is an integer of 1 or more). Standardize as follows. In one example, the evaluation value calculation unit 36 normalizes each of the nth generation individuals A 1 (ω) to A M (ω) so that the maximum value is 1. Then, evaluation value calculation unit 36 calculates the evaluation value based on the individual A 1 (ω) ~A M ( ω) respectively integral. For example, the evaluation value calculation unit 36 may calculate M evaluation values indicating the amount of loss caused by intensity spectrum modulation based on the individuals A 1 (ω) to A M (ω). In this case, the evaluation value calculation unit 26 calculates the integrated values (area of the graph) Area 1 to Area M of the normalized individuals A 1 (ω) to A M (ω) at the above-described equal value h. A value obtained by subtracting from the area Area of the intensity spectrum function A (ω) = h (for example, h = 1) and dividing the value by Area (that is, a value represented by the following equation (16)) is an evaluation value Loss 1 It may be calculated as ~ Loss M.

続いて、評価値算出ステップS32において算出したM個の評価値(例えばLoss〜Loss)に基づいて、個体選定部37は、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(但しm=1,2,・・・,M)の中から、第(n+1)世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の生成に用いられる二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))を選定する(個体選定ステップS33)。この個体選定ステップS33では、M個の評価値の優良さに基づいて、二以上の個体対を選定する。ここで、「優良さに基づいて」とは、例えば、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))から選定された少なくとも1つの個体対(A(ω),Ψ(ω))からなる個体対群G3(第1の個体対群)が、M個の個体対(A(ω),Ψ(ω))のうちその個体対群G3に含まれない他の全ての個体対よりも評価値が優れていることを意味する。或いは、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))から選定された1つ以上の個体対からなる個体対群G3における評価値の平均が、M個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の評価値の平均よりも優れていることを意味してもよい。以下、この個体対群G3を「エリート個体対群」と称することがある。 Subsequently, based on the M evaluation values (for example, Loss 1 to Loss M ) calculated in the evaluation value calculation step S32, the individual selection unit 37 sets the n-th generation M individual pairs (A m (ω), Generation of (n + 1) th generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) from Ψ m (ω)) (where m = 1, 2,..., M) Two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) used in the above are selected (individual selection step S33). In this individual selection step S33, two or more individual pairs are selected based on the superiority of the M evaluation values. Here, "based on the fineness", e.g., M-number of individual pairs of generation n (A m (ω), Ψ m (ω)) of at least one individual pairs were selected from (A m ( ω), Ψ m (ω) ) consisting of individual pair group G3 (first individual pair group), M number of individual pairs (a m (ω), Ψ m (ω)) the individual pair group of G3 This means that the evaluation value is superior to all other individual pairs not included in. Alternatively, the average of the evaluation values in the individual pair group G3 including one or more individual pairs selected from the M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) of the nth generation is M It may mean that it is superior to the average of the evaluation values of the individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)). Hereinafter, this individual pair group G3 may be referred to as an “elite individual pair group”.

また、本実施形態では、個体選定ステップS33において個体選定部37が選定する二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))は、エリート個体対群G3に加えて、少なくとも1つの別の個体対からなる個体対群G4(第2の個体対群)を含んでもよい。この場合、個体対群G4の評価値の平均は、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の評価値の平均(例えばLoss1〜Lossの平均)よりも劣っている。以下、この個体対群G4を「非エリート個体対群」と称することがある。M個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の評価値を優良な順に並べた場合、非エリート個体対群G4の評価値はエリート個体対群G3の評価値から連続していない。すなわち、M個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の中には、エリート個体対群G3の中で最も劣る評価値よりも劣り、且つ、非エリート個体対群G4の中で最も優良な評価値よりも優良な評価値を有する1つ以上の個体対が存在する。 In this embodiment, two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) selected by the individual selection unit 37 in the individual selection step S33 are at least 1 in addition to the elite individual pair group G3. An individual pair group G4 (second individual pair group) including two different individual pairs may be included. In this case, the average of the evaluation values of the individual pair group G4 is the average of the evaluation values of the M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) of the nth generation (for example, the average of Loss 1 to Loss M ). ). Hereinafter, this individual pair group G4 may be referred to as a “non-elite individual pair group”. When the evaluation values of M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) are arranged in order of preference, the evaluation values of the non-elite individual pair group G4 are consecutive from the evaluation values of the elite individual pair group G3. Not. That is, some of the M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) are inferior to the evaluation value that is the worst in the elite individual pair group G3, and the non-elite individual pair group G4 There are one or more individual pairs having an evaluation value better than the best evaluation value among them.

続いて、次世代生成ステップS34において、次世代生成部38は、個体選定ステップS33において個体選定部37が選定した二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))に基づいて、第(n+1)世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)を生成する。ここで、「選定された二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する」とは、例えば交叉、突然変異、増殖といった処理を意味し、第(n+1)世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))それぞれが、第n世代のいずれかの個体対(A(ω),Ψ(ω))の少なくとも一部の成分を含んでいることを意味する。なお、選定した二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))の一部(例えば最も優良な個体対群)を、そのまま第(n+1)世代の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)のいずれかとしてもよい。 Subsequently, in the next generation generation step S34, the next generation generation unit 38 is based on two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) selected by the individual selection unit 37 in the individual selection step S33. , (N + 1) generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1, 2,..., M) are generated. Here, “generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on two or more selected individual pairs” means, for example, processing such as crossover, mutation, and multiplication, and the (n + 1) generation the M individual pairs (a m (ω), Ψ m (ω)) respectively, one of the individual pairs of generation n (a m (ω), Ψ m (ω)) of at least some of the components of Is included. It should be noted that a part of the selected two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (for example, the most excellent individual pair group) is directly used as the (n + 1) th generation individual pair (A m (ω ), Ψ m (ω)) (m = 1, 2,..., M).

スペクトル関数生成ステップS3においては、上述した評価値算出ステップS32、個体選定ステップS33、及び次世代生成ステップS34を、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返す(ステップS35)。言い換えると、評価値算出部36、個体選定部37、及び次世代生成部38は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返す。そして、スペクトル設計部32は(スペクトル関数生成ステップS3においては)、所定の条件が満たされた場合の第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)から、所望の光パルス列の形態(光パルスの数、各光パルスのピーク強度、各光パルスの出現タイミング等)に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。例えば、M個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)のうち1つの個体対(A(ω),Ψ(ω))(mは任意の1つの整数)を抜き出して、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)としてもよい。なお、所定の条件とは、例えば任意に設定した繰り返し試行回数を終了した場合や、任意に定めた評価値を満たした場合である。 In the spectrum function generation step S3, the above-described evaluation value calculation step S32, individual selection step S33, and next generation generation step S34 are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied (step S35). In other words, the evaluation value calculation unit 36, the individual selection unit 37, and the next generation generation unit 38 repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied. Then, the spectrum design unit 32 (in the spectrum function generation step S3) performs the n-th generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1, 2,..., M), the intensity spectrum function A (ω) suitable for the desired optical pulse train form (number of optical pulses, peak intensity of each optical pulse, appearance timing of each optical pulse, etc.) And a phase spectral function Ψ (ω). For example, M-number of individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1,2, ···, M) 1 single individual pairs of the (A m (ω), Ψ m (ω )) (M is an arbitrary integer) may be extracted and used as the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω). The predetermined condition is, for example, a case where the arbitrarily set number of repeated trials is completed or a case where an arbitrarily defined evaluation value is satisfied.

上記の処理の後、データ生成ステップS2において、変調パターン生成部33は、スペクトル関数生成ステップS3において生成された強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、SLM14に呈示させる変調パターンに関するデータを生成する。変調パターン生成部33は、生成したデータを、制御信号SC2としてSLM14に提供する。   After the above processing, in the data generation step S2, the modulation pattern generation unit 33 presents to the SLM 14 based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum function generation step S3. Data relating to the modulation pattern to be generated is generated. The modulation pattern generation unit 33 provides the generated data to the SLM 14 as the control signal SC2.

以上に説明した本実施形態の光制御装置1B、変調パターン算出装置30、変調パターン算出方法、及び変調パターン算出プログラムによって得られる効果について説明する。本実施形態においては、強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値の優良さに基づいて、次世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))(m=1,2,・・・,M)の生成に用いられる二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))を選定する。そして、選定された二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))に基づいて、第(n+1)世代の複数の個体対(A(ω),Ψ(ω))を生成する。このような処理を、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、所定の条件が満たされた場合の第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))から、所望の光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する。第1実施形態と同様に、このような方式(遺伝的アルゴリズム)により、反復フーリエ法及び反復フーリエ法を修正した方法と比較して、強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)が局所解に導かれてしまう割合を低減し、最適解をより正確に探索することができる。すなわち、本実施形態によれば、局所解に導かれてしまう割合を低減しつつ、光パルス列の時間波形を所望の波形に近づけるためのスペクトル強度A(ω)及びスペクトル位相Ψ(ω)を算出することができる。更に、本実施形態によれば、光パルス列の生成時に生じる損失量を最小化するためのスペクトル強度A(ω)及びスペクトル位相Ψ(ω)を精度良く算出することができる。 The effects obtained by the light control device 1B, the modulation pattern calculation device 30, the modulation pattern calculation method, and the modulation pattern calculation program of the present embodiment described above will be described. In the present embodiment, the next-generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) (m = 1, based on the superiority of the evaluation value indicating the amount of loss caused by intensity spectrum modulation. 2,..., M), two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) are selected. Based on the two or more selected individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)), a plurality of (n + 1) th generation individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) Is generated. Such processing is repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the n-th generation M individual pairs (A m (ω), Ψ m ( From ω)), an intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) suitable for a desired optical pulse train are generated. Similar to the first embodiment, the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) are compared with a method in which the iterative Fourier method and the iterative Fourier method are modified by such a method (genetic algorithm). Is reduced to a local solution, and the optimal solution can be searched more accurately. That is, according to the present embodiment, the spectral intensity A (ω) and the spectral phase Ψ (ω) for approximating the time waveform of the optical pulse train to a desired waveform are calculated while reducing the ratio of being led to the local solution. can do. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to accurately calculate the spectral intensity A (ω) and the spectral phase Ψ (ω) for minimizing the amount of loss that occurs when generating the optical pulse train.

図24の(a)は、一例として、本実施形態の変調パターン算出装置30及び変調パターン算出方法によって算出された、50本の光パルスからなる光パルス列を生成するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を示すグラフである。グラフG81は、その強度スペクトル関数A(ω)を示す。グラフG82は、その位相スペクトル関数Ψ(ω)を示す。図24の(b)は、図24の(a)に示される強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づく変調パターンをSLM14に呈示させて得られる出力光Ldの時間強度波形を示すグラフである。図24の(b)を参照すると、本実施形態の変調パターン算出装置30及び変調パターン算出方法によって強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を算出した場合、生成される出力光Ldの時間強度波形において、50本の光パルスのピーク強度のばらつきが小さく抑えられていることがわかる。   FIG. 24A shows, as an example, an intensity spectrum function A (ω for generating an optical pulse train composed of 50 optical pulses calculated by the modulation pattern calculation device 30 and the modulation pattern calculation method of the present embodiment. ) And the phase spectrum function Ψ (ω). The graph G81 shows the intensity spectrum function A (ω). The graph G82 shows the phase spectrum function Ψ (ω). 24B shows the time intensity of the output light Ld obtained by causing the SLM 14 to present the modulation pattern based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) shown in FIG. It is a graph which shows a waveform. Referring to (b) of FIG. 24, the output light generated when the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) are calculated by the modulation pattern calculation device 30 and the modulation pattern calculation method of the present embodiment. It can be seen that in the time intensity waveform of Ld, variation in peak intensity of 50 optical pulses is suppressed to a small level.

また、従来より、所望の形態(光パルスの数、各光パルスのピーク強度、各光パルスの出現タイミング等)を有する光パルス列をSLMを用いて実現する際、損失の少ない強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を算出するために、光パルス列の時間強度波形関数及び時間位相関数の最適な組み合わせを網羅的に探索する方法が用いられている。しかしながら、このような方法を用いて光パルス列の生成を試みると、光パルスの数の増加に伴って計算量が指数関数的に増大し、コンピュータの計算能力及び計算時間の制約等から、光パルスの数が実質的に制限されることが確認された。これに対し、本実施形態の方式によれば、各世代の個体対(A(ω),Ψ(ω))の数がM個に限定されており、また、光パルスの数の増加に伴う計算量の増加は僅かである。従って、本実施形態によれば、所望の形態を有する光パルス列を実現するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を、光パルスの数によらず設計することができる。 Conventionally, when an optical pulse train having a desired form (number of optical pulses, peak intensity of each optical pulse, appearance timing of each optical pulse, etc.) is realized using an SLM, an intensity spectrum function A ( In order to calculate ω) and the phase spectrum function Ψ (ω), a method of exhaustively searching for an optimal combination of the time intensity waveform function and the time phase function of the optical pulse train is used. However, when an attempt is made to generate an optical pulse train using such a method, the amount of calculation increases exponentially with the increase in the number of optical pulses, and the optical pulse is limited due to the computer's computational power and calculation time constraints. It has been confirmed that the number of is substantially limited. On the other hand, according to the method of the present embodiment, the number of individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) of each generation is limited to M, and the number of optical pulses increases. The increase in the amount of calculation associated with is small. Therefore, according to the present embodiment, the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) for realizing an optical pulse train having a desired form can be designed regardless of the number of optical pulses. .

図25は、光パルス列の時間強度波形関数及び時間位相関数の最適な組み合わせを網羅的に探索する従来の方式において必要となる高速フーリエ変換(FFT)の演算回数と、本実施形態において必要となるFFTの演算回数を比較するグラフである。縦軸はFFTの演算回数を表し、横軸は光パルスの数を表す。また、円形のプロットP41は本実施形態の方式を示し、菱形のプロットP42は従来の方式を示す。図25に示されるように、従来の方式では、光パルス数の増加に伴いFFT回数が指数関数的に増加する。これに対し、本実施形態の方式では、FFT回数がパルス数に殆ど依存していない。このことは、本実施形態の方式が、所望の光パルス列のための変調パターンの算出を、光パルス数の制限なしに可能とすることを示している。   FIG. 25 shows the number of operations of Fast Fourier Transform (FFT) required in the conventional method for exhaustively searching for the optimal combination of the time intensity waveform function and the time phase function of the optical pulse train, and is required in this embodiment. It is a graph which compares the frequency | count of a calculation of FFT. The vertical axis represents the number of FFT operations, and the horizontal axis represents the number of optical pulses. Moreover, the circular plot P41 shows the system of this embodiment, and the rhombus plot P42 shows the conventional system. As shown in FIG. 25, in the conventional method, the number of FFTs exponentially increases as the number of optical pulses increases. On the other hand, in the method of this embodiment, the number of FFTs hardly depends on the number of pulses. This indicates that the method of this embodiment enables calculation of a modulation pattern for a desired optical pulse train without limiting the number of optical pulses.

図26は、従来の方式により算出した強度スペクトル変調パターンによる損失量と、本実施形態の方式により算出した強度スペクトル変調パターンによる損失量とを比較するグラフである。縦軸は損失量(任意単位)を表し、横軸は光パルスの数を表す。また、円形のプロットP51は本実施形態の方式を示し、菱形のプロットP52は従来の方式を示す。従来の方式では、10パルスを超えると計算量が膨大になり、計算ができなかったため、10パルス以下の結果を示している。図26を参照すると、本実施形態の方式では、従来の方式と比較して、いずれのパルス数においても損失量が小さいことがわかる。すなわち、本実施形態によれば、計算量を少なく抑えつつ、損失が小さい変調パターンを作成することができる。   FIG. 26 is a graph comparing the loss amount due to the intensity spectrum modulation pattern calculated by the conventional method with the loss amount due to the intensity spectrum modulation pattern calculated by the method according to the present embodiment. The vertical axis represents the loss amount (arbitrary unit), and the horizontal axis represents the number of optical pulses. Moreover, the circular plot P51 shows the system of this embodiment, and the rhombus plot P52 shows the conventional system. In the conventional method, when the number of pulses exceeds 10, the amount of calculation becomes enormous and the calculation cannot be performed. Referring to FIG. 26, it can be seen that in the method of this embodiment, the loss amount is small at any number of pulses as compared with the conventional method. That is, according to the present embodiment, it is possible to create a modulation pattern with a small loss while suppressing a calculation amount to a small amount.

また、本実施形態のように、個体選定部37(個体選定ステップS33)において選定される二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))は、少なくとも一つの個体対(A(ω),Ψ(ω))からなる個体対群G3と、少なくとも一つの別の個体対(A(ω),Ψ(ω))からなる個体対群G4とを含んでもよい。そして、個体対群G3の評価値の平均は、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の評価値の平均よりも優れており、個体対群G4の評価値の平均は、第n世代のM個の個体対(A(ω),Ψ(ω))の評価値の平均よりも劣っていてもよい。 Further, as in the present embodiment, two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) selected by the individual selection unit 37 (individual selection step S33) are at least one individual pair (A m (omega), and Ψ m (ω)) individual pair group G3 consisting of at least one other individual pairs (a m (ω), Ψ m (ω)) individual pair group G4 and may contain consisting . The average of the evaluation values of the individual pair group G3 is superior to the average of the evaluation values of the M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) of the nth generation, and the individual pair group G4 May be inferior to the average of the evaluation values of the M individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) of the nth generation.

第1実施形態と同様に、本実施形態においても、個体選定部37(個体選定ステップS33)において選定される二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))に、非エリート個体対からなる個体対群G4を含める。図27は、50パルスの光パルス列を生成するための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)(図23の(a)を参照)を算出するときに、世代が進むに従い評価値が変化する様子を示すグラフである。図27の横軸は世代を表し、縦軸は評価値(強度スペクトル変調による損失量)を表す。図27に示される例では、約40世代の辺りで評価値が一旦収束しているが、約100世代の辺りで非エリート個体対を導入(図中に矢印A4で示す)したことにより、評価値が不連続的に低下(改善)している。そして、その後に非エリート個体対を導入する毎に、更に評価値が不連続的に低下(改善)している。このように、個体選定部37(個体選定ステップS33)において選定される二以上の個体対(A(ω),Ψ(ω))に非エリート個体対を導入することによって、一旦収束した値から抜け出し、評価値を更に良好にすることが可能となる。 Similar to the first embodiment, also in this embodiment, two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) selected by the individual selection unit 37 (individual selection step S33) are non-elite. An individual pair group G4 including individual pairs is included. FIG. 27 shows the evaluation as the generation progresses when calculating the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) (see FIG. 23A) for generating an optical pulse train of 50 pulses. It is a graph which shows a mode that a value changes. The horizontal axis in FIG. 27 represents the generation, and the vertical axis represents the evaluation value (loss amount due to intensity spectrum modulation). In the example shown in FIG. 27, the evaluation value has converged once around about 40 generations, but the evaluation was made by introducing a non-elite individual pair (indicated by arrow A4 in the figure) around about 100 generations. The value drops discontinuously (improves). Then, each time the non-elite individual pair is introduced thereafter, the evaluation value further decreases (improves). As described above, by introducing the non-elite individual pair into the two or more individual pairs (A m (ω), Ψ m (ω)) selected in the individual selection unit 37 (individual selection step S33), convergence is once achieved. It becomes possible to get out of the value and further improve the evaluation value.

また、本実施形態の光制御装置1Bによれば、変調パターン算出装置30を備えることにより、局所解に導かれる割合を低減しつつスペクトル強度A(ω)及びスペクトル位相Ψ(ω)を算出し、出力光Ldの時間波形を所望の光パルス列の時間波形に近づけることができる。更に、本実施形態の光制御装置1Bによれば、光パルス列の生成時に生じる損失量を最小化するためのスペクトル強度A(ω)及びスペクトル位相Ψ(ω)を精度良く算出することができる。   Further, according to the light control device 1B of the present embodiment, the modulation pattern calculation device 30 is provided, thereby calculating the spectrum intensity A (ω) and the spectrum phase ψ (ω) while reducing the ratio led to the local solution. The time waveform of the output light Ld can be made closer to the time waveform of the desired optical pulse train. Furthermore, according to the light control apparatus 1B of the present embodiment, it is possible to accurately calculate the spectrum intensity A (ω) and the spectrum phase Ψ (ω) for minimizing the amount of loss that occurs when generating the optical pulse train.

なお、本実施形態においては各世代の個体対の数を全てM個に統一しているが、各世代の個体対の数は変化してもよい。   In this embodiment, the number of individual pairs in each generation is unified to M, but the number of individual pairs in each generation may be changed.

(第3実施形態)
上記実施形態の変調パターン算出装置20、変調パターン算出方法、及び変調パターン算出プログラムは、時間パルス整形に代表される強度スペクトル変調パターン(1次元パターン)の設計に限らず、例えばビーム強度分布整形に代表される、2次元強度変調パターンの設計にも用いられ得る。言い換えると、例えばホログラムといった、所望の強度パターンと光学的フーリエ変換の関係にあるような領域にあるパターンの強度分布の設計にも用いられ得る。
(Third embodiment)
The modulation pattern calculation device 20, the modulation pattern calculation method, and the modulation pattern calculation program of the above embodiment are not limited to the design of an intensity spectrum modulation pattern (one-dimensional pattern) typified by time pulse shaping, but for example for beam intensity distribution shaping. It can also be used to design a representative two-dimensional intensity modulation pattern. In other words, it can also be used to design the intensity distribution of a pattern in a region such as a hologram that has a relationship of optical Fourier transform with a desired intensity pattern.

図28は、本発明の第3実施形態に係る、2次元強度変調パターンを有効利用する際の光制御装置1Cの構成を概略的に示す図である。なお、図28では、光制御装置1Cが備える変調パターン算出装置20(または30)の図示を省略している。光源は、上記各実施形態の光源2のようにパルス光源であってもよく、或いはCW(Continuous Wave)レーザ光源であってもよい。光制御装置1Cは、上記各実施形態の応用として、所望の光強度分布をスクリーン45に表示する。光制御装置1Cは、2つのSLM41,46と、一対のレンズ42,43と、フーリエ変換レンズ44とを備えている。2つのSLM41,46は、一対のレンズ42,43を介して光学的に結合されている。SLM46とレンズ42との光学距離はレンズ42の焦点距離fであり、SLM41とレンズ43との光学距離はレンズ43の焦点距離fである。一例では、焦点距離fと焦点距離fとは互いに等しい。レンズ42とレンズ43との間の光学距離は、焦点距離fと焦点距離fとの和である。フーリエ変換レンズ44は、SLM41と光学的に結合されており、その間の光学距離はフーリエ変換レンズ44の焦点距離fである。この光制御装置1Cは、フーリエ変換レンズ44からSLM41とは反対側に焦点距離fだけ離れたスクリーン45上に出力光像を結像する。SLM46は2次元の強度変調用のSLMであって、変調パターン算出装置20(または30)から提供された強度変調用の変調パターンを呈示する。SLM41は2次元の位相変調用のSLMであって、変調パターン算出装置20(または30)から提供された位相変調用の変調パターンを呈示する。強度変調用のホログラムパターンを表示するSLM46と、位相変調用のホログラムパターンを表示するSLM41とは、互いに入れ替えてもよい。 FIG. 28 is a diagram schematically showing a configuration of a light control apparatus 1C when effectively using a two-dimensional intensity modulation pattern according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 28, illustration of the modulation pattern calculation device 20 (or 30) included in the light control device 1C is omitted. The light source may be a pulse light source like the light source 2 of each of the above embodiments, or may be a CW (Continuous Wave) laser light source. The light control apparatus 1 </ b> C displays a desired light intensity distribution on the screen 45 as an application of the above embodiments. The light control apparatus 1 </ b> C includes two SLMs 41 and 46, a pair of lenses 42 and 43, and a Fourier transform lens 44. The two SLMs 41 and 46 are optically coupled via a pair of lenses 42 and 43. The optical distance between the SLM 46 and the lens 42 is the focal distance f 1 of the lens 42, and the optical distance between the SLM 41 and the lens 43 is the focal distance f 2 of the lens 43. In one example, the focal length f 1 and the focal length f 2 are equal to each other. The optical distance between the lens 42 and the lens 43 is the sum of the focal length f 1 and the focal length f 2 . Fourier transform lens 44, SLM41 and are optically coupled, during which the optical distance is the focal length f 3 of the Fourier transform lens 44. The light control device 1C is the Fourier transform lens 44 SLM41 for forming an output optical image on the screen 45 at a distance a focal length f 3 on the opposite side. The SLM 46 is a two-dimensional intensity modulation SLM, and presents a modulation pattern for intensity modulation provided from the modulation pattern calculation device 20 (or 30). The SLM 41 is an SLM for two-dimensional phase modulation, and presents a modulation pattern for phase modulation provided from the modulation pattern calculation device 20 (or 30). The SLM 46 that displays a hologram pattern for intensity modulation and the SLM 41 that displays a hologram pattern for phase modulation may be interchanged.

本発明によるデータ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラムは、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、上述した第1実施形態では初期値設定部が初期個体生成部を含み、初期個体生成部が反復フーリエ法を用いて第1世代の複数の個体を生成しているが、第1世代の複数の個体の決定方式はこれに限られず、例えば任意の複数の個体を入力してもよい。また、上述した第1実施形態では、評価値算出部が、第2波形関数の時間強度波形関数と、所望の時間位相波形を表す関数に係数を乗じたものとの相違の度合いを示す評価値を算出しているが(数式(14))、評価値の算出式はこれに限られず、第2波形関数の時間強度波形関数と所望の時間強度波形との相違の度合いを表すものであれば任意の算出式を用いることができる。   The data creation device, the light control device, the data creation method, and the data creation program according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the first embodiment described above, the initial value setting unit includes an initial individual generation unit, and the initial individual generation unit generates a plurality of first generation individuals using the iterative Fourier method. The determination method of a plurality of individuals is not limited to this, and any plurality of individuals may be input, for example. In the first embodiment described above, the evaluation value calculation unit indicates an evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function of the second waveform function and the function obtained by multiplying the function representing the desired time phase waveform by a coefficient. (Equation (14)), but the calculation formula for the evaluation value is not limited to this, as long as it represents the degree of difference between the time intensity waveform function of the second waveform function and the desired time intensity waveform. Any calculation formula can be used.

1A,1B,1C…光制御装置、2…光源、10…光学系、12…回折格子、13,15…レンズ、16…回折格子、17…変調面、17a…変調領域、20,30…変調パターン算出装置、21,31…任意波形入力部、22…位相スペクトル設計部、23…強度スペクトル設計部、24,33…変調パターン生成部、25,35…初期値設定部、25a,39…初期個体生成部、26,36…評価値算出部、27,37…個体選定部、28,38…次世代生成部、32…スペクトル設計部、f,f,f…焦点距離、La…入力光、Lc…変調光、Ld…出力光、SC,SC2…制御信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B, 1C ... Light control apparatus, 2 ... Light source, 10 ... Optical system, 12 ... Diffraction grating, 13, 15 ... Lens, 16 ... Diffraction grating, 17 ... Modulation surface, 17a ... Modulation area, 20, 30 ... Modulation Pattern calculation device, 21, 31 ... Arbitrary waveform input unit, 22 ... Phase spectrum design unit, 23 ... Intensity spectrum design unit, 24, 33 ... Modulation pattern generation unit, 25, 35 ... Initial value setting unit, 25a, 39 ... Initial Individual generation unit, 26, 36 ... evaluation value calculation unit, 27, 37 ... individual selection unit, 28, 38 ... next generation generation unit, 32 ... spectrum design unit, f 1 , f 2 , f 3 ... focal length, La ... Input light, Lc ... modulated light, Ld ... output light, SC, SC2 ... control signal.

Claims (14)

空間光変調器を制御するデータを作成する装置であって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル設計部と、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル設計部において生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成部と、を備え、
前記強度スペクトル設計部は、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定部と、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出部と、
前記評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定部と、
前記個体選定部において選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成部と、を有し、
前記評価値算出部、前記個体選定部、及び前記次世代生成部は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返し、前記強度スペクトル設計部は、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する、データ作成装置。
An apparatus for creating data for controlling a spatial light modulator,
An intensity spectrum design unit that generates an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform;
A data generation unit that creates the data based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum design unit;
The intensity spectrum design unit
A plurality of first generation individuals of the intensity spectrum function A (ω), and an initial value setting unit for setting the phase spectrum function Ψ (ω);
A plurality of first waveform functions in the frequency domain including each of a plurality of individuals of the nth generation (n is an integer equal to or greater than 1) and the phase spectrum function Ψ (ω), a time intensity waveform function and a time phase waveform function An evaluation value calculation unit that converts each of the plurality of second waveform functions in the time domain including the time waveform function and calculates an evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function and the desired time intensity waveform for each second waveform function When,
An individual selection unit that selects two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) th generation individuals from a plurality of nth generation individuals based on the superiority of the evaluation value;
A next generation generation unit that generates a plurality of (n + 1) generation individuals based on the two or more individuals selected by the individual selection unit,
The evaluation value calculation unit, the individual selection unit, and the next generation generation unit repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the intensity spectrum design unit satisfies the predetermined condition. A data creation device that generates an intensity spectrum function A (ω) suitable for the desired time intensity waveform from a plurality of nth generation individuals in the case of being performed.
前記初期値設定部は、前記第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成部を含み、
前記初期個体生成部は、
前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を含む周波数領域の第3波形関数に対するフーリエ変換と、該フーリエ変換後の時間領域における前記所望の時間強度波形に基づく時間強度波形関数の第1の置き換えと、前記第1の置き換え後に行う逆フーリエ変換と、該逆フーリエ変換後の前記周波数領域における、前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を拘束するための第2の置き換えと、を反復して行うことによって強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成し、該強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより前記第1世代の複数の個体を生成する、請求項1に記載のデータ作成装置。
The initial value setting unit includes an initial individual generation unit that generates a plurality of individuals of the first generation,
The initial individual generation unit
A Fourier transform for a third waveform function in the frequency domain including the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω), and a time intensity waveform based on the desired time intensity waveform in the time domain after the Fourier transform. A first replacement of the function, an inverse Fourier transform performed after the first replacement, and a second replacement for constraining the phase spectrum function Ψ (ω) in the frequency domain after the inverse Fourier transform; generating an intensity spectrum function a IFTA (omega) by performing iteratively, and generates a plurality of individuals of the first generation by varying the said intensity spectral function a IFTA (ω), according to claim 1 Data creation device.
前記評価値算出部は、前記時間強度波形関数と、前記所望の時間位相波形を表す関数に係数を乗じたものとの相違の度合いを示す前記評価値を各第2波形関数毎に算出し、
前記係数は、該係数の乗算前と比較して、乗算後の前記評価値が良好になる値を有する、請求項1または2に記載のデータ作成装置。
The evaluation value calculation unit calculates the evaluation value indicating the degree of difference between the time intensity waveform function and a function representing the desired time phase waveform multiplied by a coefficient for each second waveform function,
The data creation device according to claim 1, wherein the coefficient has a value that makes the evaluation value after multiplication better than before multiplication of the coefficient.
前記個体選定部において選定される前記二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、
前記第1の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも優れており、
前記第2の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のデータ作成装置。
The two or more individuals selected by the individual selection unit include a first individual group consisting of at least one individual and a second individual group consisting of at least one other individual,
The average of the evaluation values of the first population is superior to the average of the evaluation values of a plurality of individuals of the nth generation,
The data creation device according to any one of claims 1 to 3, wherein an average of the evaluation values of the second individual group is inferior to an average of the evaluation values of a plurality of nth generation individuals.
入力光を出力する光源と、
前記入力光を分光する分光素子と、
分光後の前記入力光の強度スペクトルを変調し、変調光を出力する空間光変調器と、
前記変調光を集光する光学系と、
を備え、
前記空間光変調器は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のデータ作成装置により作成された前記データに基づいて前記入力光の強度スペクトルを変調する、光制御装置。
A light source that outputs input light;
A spectroscopic element for dispersing the input light;
A spatial light modulator that modulates the intensity spectrum of the input light after spectroscopy and outputs modulated light;
An optical system for collecting the modulated light;
With
The said spatial light modulator is a light control apparatus which modulates the intensity spectrum of the said input light based on the said data produced by the data production apparatus as described in any one of Claims 1-4.
空間光変調器を制御するデータを作成する装置であって、
時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列のための強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル設計部と、
前記スペクトル設計部において生成された前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、前記データを作成するデータ生成部と、を備え、
前記スペクトル設計部は、
前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定部と、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出部と、
前記評価値の優良さに基づいて、前記第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定部と、
前記個体選定部において選定された前記二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成部と、を有し、
前記評価値算出部、前記個体選定部、及び前記次世代生成部は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返し、前記スペクトル設計部は、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、前記光パルス列を生成するための前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する、データ作成装置。
An apparatus for creating data for controlling a spatial light modulator,
A spectrum design unit for generating an intensity spectrum function A (ω) and a phase spectrum function Ψ (ω) for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at time intervals;
A data generation unit that creates the data based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum design unit,
The spectrum design unit includes:
An initial value setting unit for setting a plurality of first-generation individual pairs for the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω);
Evaluation value for calculating for each individual pair an evaluation value indicating an amount of loss caused by intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals of the nth generation (n = 1, 2,...) Of the intensity spectrum function A (ω). A calculation unit;
An individual selection unit that selects two or more individual pairs used to generate a plurality of (n + 1) generation individual pairs from among the plurality of n generation individual pairs based on the superiority of the evaluation value;
A next generation generation unit that generates a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the two or more individual pairs selected in the individual selection unit,
The evaluation value calculation unit, the individual selection unit, and the next generation generation unit repeat the process while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the spectrum design unit satisfies the predetermined condition. A data generation device that generates the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) for generating the optical pulse train from a plurality of n-th generation individual pairs in the case of
前記初期値設定部は、前記第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成部を含み、
前記初期個体生成部は、
前記光パルス列に含まれる各光パルスの振幅及びタイミングと同じ振幅及びタイミングを有し、時間位相がそれぞれ異なる複数のデルタ関数群をそれぞれフーリエ変換することにより前記第1世代の複数の個体を生成する、請求項6に記載のデータ作成装置。
The initial value setting unit includes an initial individual generation unit that generates a plurality of individuals of the first generation,
The initial individual generation unit
A plurality of first generation individuals are generated by Fourier transforming a plurality of delta function groups having the same amplitude and timing as each of the optical pulses included in the optical pulse train and having different time phases. The data creation device according to claim 6.
前記評価値算出部は、前記強度スペクトル関数A(ω)に関する第n世代の複数の個体を、最大値が均等となるように規格化し、規格化後の該複数の個体それぞれの積分値に基づいて前記評価値を算出する、請求項6または7に記載のデータ作成装置。   The evaluation value calculation unit normalizes the plurality of nth generation individuals related to the intensity spectrum function A (ω) so that the maximum values are equal, and based on the integrated value of each of the plurality of individuals after normalization The data creation device according to claim 6 or 7, wherein the evaluation value is calculated by using a computer. 前記個体選定部において選定される前記二以上の個体対は、少なくとも一つの個体対からなる第1の個体対群と、少なくとも一つの別の個体対からなる第2の個体対群とを含み、
前記第1の個体対群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の前記評価値の平均よりも優れており、
前記第2の個体対群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体対の前記評価値の平均よりも劣っている、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデータ作成装置。
The two or more individual pairs selected in the individual selection unit include a first individual pair group consisting of at least one individual pair and a second individual pair group consisting of at least one other individual pair,
The average of the evaluation values of the first individual pair group is superior to the average of the evaluation values of a plurality of individual pairs of the nth generation,
The data creation according to any one of claims 6 to 8, wherein an average of the evaluation values of the second individual pair group is inferior to an average of the evaluation values of a plurality of n-th generation individual pairs. apparatus.
入力光を出力する光源と、
前記入力光を分光する分光素子と、
分光後の前記入力光を変調し、変調光を出力する空間光変調器と、
前記変調光を集光する光学系と、
を備え、
前記空間光変調器は、請求項6〜9のいずれか一項に記載のデータ作成装置により作成された前記データに基づいて前記入力光を変調する、光制御装置。
A light source that outputs input light;
A spectroscopic element for dispersing the input light;
A spatial light modulator that modulates the input light after spectroscopy and outputs the modulated light;
An optical system for collecting the modulated light;
With
The said spatial light modulator is a light control apparatus which modulates the said input light based on the said data produced by the data production apparatus as described in any one of Claims 6-9.
空間光変調器を制御するデータを作成する方法であって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、を含み、
前記強度スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する、データ作成方法。
A method for creating data for controlling a spatial light modulator, comprising:
An intensity spectrum function generating step for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform;
A data generation step of creating the data based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum function generation step;
The intensity spectrum function generation step includes:
An initial value setting step of setting a plurality of individuals of the first generation of the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω);
A plurality of first waveform functions in the frequency domain including each of a plurality of individuals of the nth generation (n is an integer equal to or greater than 1) and the phase spectrum function Ψ (ω), a time intensity waveform function and a time phase waveform function An evaluation value calculating step of converting each of the plurality of second waveform functions in the time domain including the time domain and calculating an evaluation value indicating a degree of difference between the time intensity waveform function and the desired time intensity waveform for each second waveform function When,
An individual selection step of selecting two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) generation individuals from a plurality of n generation individuals based on the evaluation value;
A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individuals based on the two or more individuals selected in the individual selection step,
The evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the intensity spectrum function generation step. A data creation method for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for the desired time intensity waveform from a plurality of nth generation individuals.
空間光変調器を制御するデータを作成する方法であって、
時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル関数生成ステップと、
前記スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、を含み、
前記スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定ステップと、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値の優良さに基づいて、前記第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記スペクトル関数生成ステップにおいて、前記評価値が前記所定の条件を満たした場合の第n世代の複数の個体対から、前記光パルス列に適した前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する、データ作成方法。
A method for creating data for controlling a spatial light modulator, comprising:
A spectral function generation step for generating an intensity spectral function A (ω) and a phase spectral function Ψ (ω) suitable for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at intervals of time;
A data generation step of creating the data based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum function generation step;
The spectral function generation step includes:
An initial value setting step of setting a plurality of first generation individual pairs related to the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω);
Evaluation value for calculating for each individual pair an evaluation value indicating an amount of loss caused by intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals of the nth generation (n = 1, 2,...) Of the intensity spectrum function A (ω). A calculation step;
An individual selection step of selecting two or more individual pairs used for generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs from the plurality of n generation individual pairs based on the superiority of the evaluation value;
A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the two or more individual pairs selected in the individual selection step,
The evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and in the spectrum function generation step, the evaluation value is the predetermined condition. A data creation method for generating the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) suitable for the optical pulse train from a plurality of nth generation individual pairs when
空間光変調器を制御するデータを作成するプログラムであって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記強度スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する、データ作成プログラム。
A program for creating data for controlling a spatial light modulator,
An intensity spectrum function generating step for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for a desired time intensity waveform;
Based on the phase spectrum function Ψ (ω) and the intensity spectrum function A (ω) generated in the intensity spectrum function generation step, the data generation step of creating the data is executed by a computer,
The intensity spectrum function generation step includes:
An initial value setting step of setting a plurality of individuals of the first generation of the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω);
A plurality of first waveform functions in the frequency domain including each of a plurality of individuals of the nth generation (n is an integer equal to or greater than 1) and the phase spectrum function Ψ (ω), a time intensity waveform function and a time phase waveform function An evaluation value calculating step of converting each of the plurality of second waveform functions in the time domain including the time domain and calculating an evaluation value indicating a degree of difference between the time intensity waveform function and the desired time intensity waveform for each second waveform function When,
An individual selection step of selecting two or more individuals used to generate a plurality of (n + 1) generation individuals from a plurality of n generation individuals based on the evaluation value;
A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individuals based on the two or more individuals selected in the individual selection step,
The evaluation value calculation step, the individual selection step, and the next generation generation step are repeated while adding n one by one until a predetermined condition is satisfied, and the predetermined condition is satisfied in the intensity spectrum function generation step. A data creation program for generating an intensity spectrum function A (ω) suitable for the desired time intensity waveform from a plurality of nth generation individuals.
空間光変調器を制御するデータを作成するプログラムであって、
時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列に適した強度スペクトル関数A(ω)及び位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成するスペクトル関数生成ステップと、
前記スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)に関する第1世代の複数の個体対を設定する初期値設定ステップと、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第n世代(n=1,2,・・・)の複数の個体に基づく強度スペクトル変調により生じる損失量を示す評価値を各個体対毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値の優良さに基づいて、前記第n世代の複数の個体対の中から第(n+1)世代の複数の個体対の生成に用いられる二以上の個体対を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体対に基づいて第(n+1)世代の複数の個体対を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記スペクトル関数生成ステップにおいて、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体対から、前記光パルス列に適した前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を生成する、データ作成プログラム。
A program for creating data for controlling a spatial light modulator,
A spectral function generation step for generating an intensity spectral function A (ω) and a phase spectral function Ψ (ω) suitable for an optical pulse train including a plurality of optical pulses arranged at intervals of time;
Based on the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω) generated in the spectrum function generation step, the data generation step of creating the data is executed by a computer,
The spectral function generation step includes:
An initial value setting step of setting a plurality of first generation individual pairs related to the intensity spectrum function A (ω) and the phase spectrum function Ψ (ω);
Evaluation value for calculating for each individual pair an evaluation value indicating an amount of loss caused by intensity spectrum modulation based on a plurality of individuals of the nth generation (n = 1, 2,...) Of the intensity spectrum function A (ω). A calculation step;
An individual selection step of selecting two or more individual pairs used for generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs from the plurality of n generation individual pairs based on the superiority of the evaluation value;
A next generation generation step of generating a plurality of (n + 1) generation individual pairs based on the two or more individual pairs selected in the individual selection step,
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021025105A1 (en) 2019-08-06 2021-02-11 国立大学法人北海道大学 Polarization-transfer apparatus, and microfluidic device
WO2022070541A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-07 浜松ホトニクス株式会社 Dispersion measurement device and dispersion measurement method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020044328A1 (en) * 1998-05-27 2002-04-18 Yeda Research And Development Co. Adaptive pulse compressor
JP2011017674A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Tokyo Denki Univ System and program for estimation of electrical apparatus operation state
JP2012159546A (en) * 2011-01-28 2012-08-23 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Optical pulse compressing device and optical pulse compressing method
JP2013255128A (en) * 2012-06-07 2013-12-19 Univ Of Tsukuba High frequency wiring structure, high frequency mounting board, method for manufacturing high frequency wiring structure and method for shaping waveform of high frequency signal
JP2016218142A (en) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, and modulation pattern calculation program
JP2016218141A (en) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, and modulation pattern calculation program

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020044328A1 (en) * 1998-05-27 2002-04-18 Yeda Research And Development Co. Adaptive pulse compressor
JP2011017674A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Tokyo Denki Univ System and program for estimation of electrical apparatus operation state
JP2012159546A (en) * 2011-01-28 2012-08-23 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Optical pulse compressing device and optical pulse compressing method
JP2013255128A (en) * 2012-06-07 2013-12-19 Univ Of Tsukuba High frequency wiring structure, high frequency mounting board, method for manufacturing high frequency wiring structure and method for shaping waveform of high frequency signal
JP2016218142A (en) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, and modulation pattern calculation program
JP2016218141A (en) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, and modulation pattern calculation program

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HACKER ET AL.: "Iterative Fourier transform algorithm for phase-only pulse shaping", OPTICS EXPRESS, vol. 9, no. 4, JPN6022024784, 13 August 2001 (2001-08-13), US, pages 191 - 199, ISSN: 0004803264 *
OMENETTO ET AL.: "Adaptive Control Methods for Ultrafast Pulse Propagation in Optical Fibers", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, vol. 8, no. 3, JPN6022024785, 7 August 2002 (2002-08-07), pages 690 - 698, ISSN: 0004803265 *
村田裕章他: "改善集団と改悪集団による進化的停滞を回避する遺伝的アルゴリズムと時間枠付き配送計画問題への適用", 情報処理学会論文誌:数理モデル化と応用, vol. Vol. 47, No. SIG14(TOM 15), JPN7022002794, October 2006 (2006-10-01), JP, pages 1 - 8, ISSN: 0004803266 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021025105A1 (en) 2019-08-06 2021-02-11 国立大学法人北海道大学 Polarization-transfer apparatus, and microfluidic device
WO2022070541A1 (en) * 2020-10-02 2022-04-07 浜松ホトニクス株式会社 Dispersion measurement device and dispersion measurement method

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