JP3460960B2 - Broadband spatial light phase modulator - Google Patents

Broadband spatial light phase modulator

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JP3460960B2
JP3460960B2 JP36394298A JP36394298A JP3460960B2 JP 3460960 B2 JP3460960 B2 JP 3460960B2 JP 36394298 A JP36394298 A JP 36394298A JP 36394298 A JP36394298 A JP 36394298A JP 3460960 B2 JP3460960 B2 JP 3460960B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域空間光位相
変調器に関し、さらに詳細には、パルス幅がおよそフェ
ムト秒(10−15秒)台からピコ秒(10−12秒)
台の短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する際に用
いて好適な広帯域空間光位相変調器に関し、例えば、X
線顕微鏡の光源となる軟X線コヒーレント光を発生させ
るのに必要となる励起用レーザーを高強度化、短パルス
化させたり、あるいは、アブレーション作用を利用した
難加工物質の加工において、各種波長のレーザー光のパ
ルス波形を任意の形状に操作したり、あるいは、超高速
化学反応による新材料創成において高強度短パルス・レ
ーザー光を利用したりするなどの際に用いて好適な広帯
域空間光位相変調器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a broadband spatial light phase modulator, and more particularly, to a pulse width of about femtoseconds ( 10-15 seconds) to picoseconds ( 10-12 seconds).
A wide-band spatial optical phase modulator suitable for use in compressing the pulse width of a short pulse laser beam of a stage, for example, X
The intensity of the excitation laser required to generate soft X-ray coherent light, which is the light source of the line microscope, is shortened, or the wavelength of various wavelengths is increased in the processing of difficult-to-process substances using the ablation action. Wide-band spatial optical phase modulation suitable for manipulating the pulse waveform of laser light into an arbitrary shape or using high-intensity short-pulse laser light in the creation of new materials by ultrafast chemical reactions Regarding vessels.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、チタン・サファイア・レーザ
ーをはじめとする高強度短パルス・レーザー光を発生さ
せて利用する過程においては、そのパルス幅を圧縮する
技術が重要な地位を占めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the process of generating and utilizing a high-intensity short-pulse laser beam such as a titanium-sapphire laser, a technique for compressing the pulse width has occupy an important position.

【0003】即ち、およそフェムト秒台からピコ秒台の
パルス幅を持つ短パルス・レーザー光は、パルス幅に反
比例して広いスペクトル幅を有することが必須条件であ
り、短パルス・レーザー光の発生においては、幅広いス
ペクトルの各波長成分の位相を制御するパルス圧縮技術
が必要とされている。
That is, a short pulse laser light having a pulse width of about femtoseconds to picoseconds must have a wide spectrum width in inverse proportion to the pulse width, and the generation of the short pulse laser light is required. Requires a pulse compression technique for controlling the phase of each wavelength component in a wide spectrum.

【0004】さらに、この短パルス・レーザー光は、物
質中を透過したり、あるいは伝搬したりすると、波長分
散によってパルス幅が伸延することが知られているが、
短パルス・レーザー光の種々の利用分野においては、こ
うして伸延されたパルス幅を再圧縮することが必要とさ
れている。
Further, it is known that the pulse width of this short pulse laser light is elongated by wavelength dispersion when it is transmitted through or propagated in a substance.
In various applications of short-pulse laser light, it is necessary to recompress the pulse width thus extended.

【0005】このため、上記したように幅広いスペクト
ルを持つがパルス幅が十分に圧縮されていないパルスを
圧縮することにより短パルス・レーザー光を発生させる
手法として、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬
したりする間に伸延してしまった短パルス・レーザー光
のパルス幅を再圧縮することにより元のパルス幅に戻す
ための手法として、様々な技術が提案されており、例え
ば、2個のプリズムからなるプリズム対、2個の回折格
子からなる回折格子対、チャープミラーあるいは液晶を
用いた空間光位相変調器などを用いることが知られてい
る。
Therefore, as described above, as a method of generating a short pulse laser beam by compressing a pulse having a wide spectrum but a pulse width that is not sufficiently compressed, it is possible to pass through a substance, Alternatively, various techniques have been proposed as a method for restoring the original pulse width by recompressing the pulse width of the short pulse laser light that has been distracted during propagation. It is known to use a prism pair made up of two prisms, a diffraction grating pair made up of two diffraction gratings, a chirped mirror, or a spatial light phase modulator using a liquid crystal.

【0006】ここで、2個のプリズムからなるプリズム
対や2個の回折格子からなる回折格子対においては、こ
うしたプリズム対や回折格子対を用いて分散補償を行う
ことにより、短パルス・レーザー光の伸延したパルス幅
を圧縮しようとするものである。
Here, in a prism pair consisting of two prisms or a diffraction grating pair consisting of two diffraction gratings, dispersion compensation is performed using such a prism pair or a diffraction grating pair to obtain a short pulse laser light. It is intended to compress the extended pulse width of.

【0007】ところが、プリズム対を用いて短パルス・
レーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、プリズムの
特性によって決定される限られる範囲においての低次の
分散しか補償することができないという問題点があっ
た。
However, a short pulse
When the pulse width of the laser light is compressed, there is a problem that only low-order dispersion within a limited range determined by the characteristics of the prism can be compensated.

【0008】さらに、プリズム対を用いて短パルス・レ
ーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、短パルス・レ
ーザー光のパワーの強度が高くなると、短パルス・レー
ザー光がプリズム対を通過する際に、短パルス・レーザ
ー光の自己位相変調によって再びパルス幅が伸延してし
まうという問題点もあった。
Further, when the pulse width of the short pulse laser light is compressed by using the prism pair, when the power intensity of the short pulse laser light increases, the short pulse laser light passes through the prism pair. In addition, there is a problem that the pulse width is extended again due to the self-phase modulation of the short pulse laser light.

【0009】また、2個の回折格子からなる回折格子対
を用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場
合にも、上記したプリズム対の場合と同様に、回折格子
の特性によって決定される限られる範囲においての低次
の分散しか補償することができないという問題点があっ
た。
Also, when the pulse width of the short pulse laser light is compressed using a diffraction grating pair consisting of two diffraction gratings, it is determined by the characteristics of the diffraction grating as in the case of the prism pair described above. There is a problem that only low-order dispersion in a limited range can be compensated.

【0010】さらに、2個の回折格子からなる回折格子
対を用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する
場合には、回折格子対における短パルス・レーザー光の
損失が無視できないほど大きくなり、パルス幅の圧縮を
行った後の短パルス・レーザー光のエネルギーが大きく
低減されるという問題点があった。
Further, when the pulse width of the short pulse laser light is compressed by using the diffraction grating pair consisting of two diffraction gratings, the loss of the short pulse laser light in the diffraction grating pair becomes so large that it cannot be ignored. However, there is a problem that the energy of the short pulse laser beam after the pulse width is compressed is greatly reduced.

【0011】そして、上記したようなプリズム対ならび
に回折格子対の問題点を解決する手法として近年知られ
ているものが、チャープミラーと称される分散補償用の
ミラーである。
A recently known technique for solving the above-mentioned problems of the prism pair and the diffraction grating pair is a dispersion compensating mirror called a chirp mirror.

【0012】しかしながら、チャープミラーを用いて短
パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場合には、チ
ャープミラーの原材料ならびにチャープミラーの製作過
程により短パルス・レーザー光の波長域の制限を受け、
当該制限された範囲における波長域の短パルス・レーザ
ー光に対してのみしか使用することができないという問
題点があった。
However, when the pulse width of the short pulse laser light is compressed by using the chirp mirror, the wavelength range of the short pulse laser light is limited due to the raw material of the chirp mirror and the manufacturing process of the chirp mirror.
There is a problem that it can be used only for short pulse laser light in the wavelength range within the limited range.

【0013】ちなみに、現在用いることのできるチャー
プミラーとしては、可視域から近赤外域にかけての波長
域に用いるものしか製作されていないまた、液晶を用い
た空間光位相変調器を用いて短パルス・レーザー光のパ
ルス幅を圧縮する場合には、液晶の光学的損傷閾値が低
いために、高いピーク・パワーを備えた短パルス・レー
ザー光には使用できないという問題点あった。
By the way, as the chirp mirrors that can be used at present, only those used in the wavelength region from the visible region to the near infrared region have been manufactured. Moreover, a short optical pulse modulator using a spatial light phase modulator using a liquid crystal is used. In the case of compressing the pulse width of laser light, there is a problem that it cannot be used for short pulse laser light having high peak power because the optical damage threshold of liquid crystal is low.

【0014】さらに、液晶を用いた空間光位相変調器を
用いて短パルス・レーザー光のパルス幅を圧縮する場合
には、液晶の光学的性質によって、可視域から近赤外線
域の範囲に限定された波長域の短パルス・レーザー光に
対してのみにしか使用することができないという問題点
があった。
Further, when the pulse width of the short pulse laser light is compressed using the spatial light phase modulator using liquid crystal, it is limited to the range from the visible region to the near infrared region due to the optical properties of the liquid crystal. There is a problem that it can be used only for short pulse laser light in the wavelength range.

【0015】このように、幅広いスペクトルを持つがパ
ルス幅が十分に圧縮されていないパルスを圧縮すること
により短パルス・レーザー光を発生させるために、ま
た、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりする間に
伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス幅を、
物質を透過したり、あるいは伝搬する前の伸延していな
い元のパルス幅に戻すために圧縮する際に用いる公知の
プリズム対、回折格子対、チャープミラーあるいは液晶
を用いた広帯域空間光位相変調器は、いずれも上記した
ような種々の問題点を内在するものであった。
As described above, in order to generate a short pulse laser beam by compressing a pulse having a wide spectrum but a pulse width which is not sufficiently compressed, it is transmitted or propagated through a substance. The pulse width of the short pulse laser light that has been stretched during
Wide band spatial light phase modulator using a well-known prism pair, diffraction grating pair, chirped mirror or liquid crystal used for compression in order to transmit a substance or to restore the original pulse width of the pulse before it propagates. However, all of them have various problems as described above.

【0016】即ち、それら問題点は、プリズム対におけ
る短パルス・レーザー光の自己位相変調によるパルス幅
の再伸延、回折格子対におけるパルス幅圧縮後の短パル
ス・レーザー光のエネルギー低減、プリズム対ならびに
回折格子対における低次の分散補償、チャープミラーな
らびに液晶を用いた空間光位相変調器における使用可能
波長領域の制限、液晶を用いた空間光位相変調器におけ
る使用可能レーザー光のパワーの制限などであった。
That is, those problems are re-extension of the pulse width by self-phase modulation of the short pulse laser light in the prism pair, energy reduction of the short pulse laser light after pulse width compression in the diffraction grating pair, prism pair and For low-order dispersion compensation in a diffraction grating pair, limitation of usable wavelength range in a spatial light phase modulator using a chirp mirror and liquid crystal, limitation of usable laser light power in a spatial light phase modulator using liquid crystal, etc. there were.

【0017】つまり、幅広いスペクトルを持つがパルス
幅が十分に圧縮されていないパルスを圧縮することによ
り短パルス・レーザー光を発生させる手法として、ま
た、物質中を透過したり、あるいは伝搬したりする間に
伸延してしまった短パルス・レーザー光のパルス幅を、
物質を透過したり、あるいは伝搬する前の伸延していな
い元のパルス幅に戻すために圧縮する手法としては、上
記したように従来から種々提案されているが、分散補償
を精密制御することが困難であったり、また、幅広い波
長領域において使用することできなかったり、また、レ
ーザー光のパワーの強弱にかかわらず使用することがで
きなかったりするなどという問題点があった。
That is, as a method of generating a short pulse laser beam by compressing a pulse having a wide spectrum but a pulse width which is not sufficiently compressed, it is transmitted or propagated through a substance. The pulse width of the short pulse laser light that has been stretched in between,
Various techniques have been proposed in the past as described above as a method of compressing in order to transmit the substance or to return to the original pulse width that has not been stretched before propagating, but it is possible to precisely control the dispersion compensation. There are problems that it is difficult, that it cannot be used in a wide wavelength range, and that it cannot be used regardless of the strength of the laser beam power.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、短パルス・レーザー光
を発生させる場合において、また、物質中を透過した
り、あるいは伝搬したりする間に伸延してしまった短パ
ルス・レーザー光のパルス幅を再圧縮する場合におい
て、分散補償を精密制御することができ、かつ、幅広い
波長領域において使用することができ、かつ、レーザー
光のパワーの強弱にかかわらず使用することができるこ
とを可能にした広帯域空間光位相変調器を提供しようと
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the above-mentioned conventional techniques, and its object is to generate a short pulse laser beam. In addition, in the case of recompressing the pulse width of a short pulse laser light that has been elongated while transmitting or propagating in a substance, dispersion compensation can be precisely controlled and a wide range. An object of the present invention is to provide a wide band spatial light phase modulator that can be used in the wavelength range and can be used regardless of the strength of laser light.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、幅広い波長域において、レーザー光のパ
ワーの強弱にかかわらず、分散補償の精密制御が可能な
ようにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention enables precise control of dispersion compensation in a wide wavelength range regardless of the power of laser light. .

【0020】即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明
は、光学的透過材料から構成される複数の平行平面板
と、上記平行平面板を空間的に可動自在な状態で整列さ
せて支持する支持手段と、上記平行平面板の傾きを変更
する傾斜変更手段とを有するようにしたものである。
That is, according to the first aspect of the present invention, a plurality of parallel plane plates made of an optically transparent material and the parallel plane plates are aligned and supported in a spatially movable state. And a tilt changing means for changing the tilt of the parallel plane plate.

【0021】ここで、上記した「光学的透過材料から構
成される複数の平行平面板」は「発明の実施の形態」の
項における「平行平面板18」に対応し、上記した「支
持手段」は「発明の実施の形態」の項における「支持柱
12」、「シャフト14」ならびに「ベアリング・シリ
ンダー16」に対応し、上記した「傾斜変更手段」は
「発明の実施の形態」の項における「バイモルフ・ピエ
ゾ・アクチュエーター20」に対応する。
Here, the above-mentioned "plurality of parallel plane plates made of an optically transparent material" corresponds to the "parallel plane plate 18" in the section of "Embodiment of the invention", and the above-mentioned "supporting means". Corresponds to the “support pillar 12”, the “shaft 14”, and the “bearing cylinder 16” in the “embodiment of the invention”, and the above “inclination changing means” in the “embodiment of the invention”. Corresponds to "Bimorph Piezo Actuator 20".

【0022】また、本発明のうち請求項2に記載の発明
は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記
平行平面板は、石英から構成されるようにしたものであ
る。
The invention according to claim 2 of the present invention is the invention according to claim 1 of the present invention, wherein the plane-parallel plate is made of quartz.

【0023】つまり、上記した本発明のうち請求項2に
記載の発明は、上記平行平面板を構成するものとしては
固体材料が好適であるとの発想に基づいてなされたもの
である。
That is, the invention according to claim 2 of the present invention is made based on the idea that a solid material is suitable for forming the plane-parallel plate.

【0024】また、本発明のうち請求項3に記載の発明
は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記
載の発明において、上記傾斜変更手段は、上記平行平面
板の各々に独立かつ任意の傾きを与えるものであり、上
記傾斜変更手段によって上記平行平面板の各々が独立か
つ任意に傾けられることにより、上記平行平面板の各々
を透過するレーザー光に独立かつ任意の位相変化を与え
るようにしたものである。
The invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to claim 1 or 2 of the present invention, wherein the inclination changing means is each of the parallel plane plates. Independently and arbitrarily inclining each of the parallel plane plates by the inclination changing means independently and arbitrarily inclining each of the parallel plane plates to independently and arbitrarily phase the laser light passing through each of the parallel plane plates. It was designed to change.

【0025】従って、本発明のうち請求項3に記載の発
明によれば、上記傾斜変更手段によって上記平行平面板
の各々が独立かつ任意に傾けられて、上記平行平面板の
各々を透過するレーザー光に独立かつ任意の位相変化を
与えることにより、複数の平行平面板にまたがって透過
する光に対して空間的な位相変調を与えることになる。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, each of the parallel plane plates is independently and arbitrarily inclined by the inclination changing means, and is transmitted through each of the parallel plane plates. By giving an independent and arbitrary phase change to the light, spatial phase modulation is given to the light transmitted through the plurality of parallel plane plates.

【0026】また、本発明のうち請求項4に記載の発明
は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項
に記載の発明において、さらに、上記平行平面板に入射
するレーザー光を波長分散する波長分散手段を有し、上
記波長分散手段によって入射するレーザー光の波長分散
された各々の波長のレーザー光が前記平行平面板に入射
する際に、各々の波長成分に独立かつ任意の位相変化が
与えられることにより、パルス幅の圧縮、あるいは、パ
ルス幅の伸延、あるいは、パルス波形の制御を行うよう
にしたものである。
The invention according to claim 4 of the present invention is the invention according to claim 1, 2 or 3 of the invention, further comprising a laser beam incident on the plane-parallel plate. It has a wavelength dispersion means for wavelength-dispersing light, and when the wavelength-dispersed laser light of each wavelength of the laser light incident by the wavelength dispersion means is incident on the plane-parallel plate, it is independent of each wavelength component. By applying an arbitrary phase change, the pulse width is compressed, the pulse width is extended, or the pulse waveform is controlled.

【0027】従って、本発明のうち請求項4に記載の発
明によれば、平行平面板に入射されるレーザー光は波長
分散手段によって各々の波長のレーザー光に分散され
て、当該各々の波長のレーザー光が上記平行平面板の各
々に入射する際に、各々の波長成分に上記平行平面板の
各々によって独立かつ任意の位相変化が与えられ、パル
ス幅の圧縮、あるいは、パルス幅の伸延、あるいは、パ
ルス波形の制御が行われることになる。
Therefore, according to the invention of claim 4 of the present invention, the laser light incident on the plane-parallel plate is dispersed into laser light of each wavelength by the wavelength dispersion means, and the laser light of each wavelength is dispersed. When the laser light is incident on each of the parallel plane plates, an independent and arbitrary phase change is given to each wavelength component by each of the parallel plane plates, and the pulse width is compressed or the pulse width is extended, or , The pulse waveform is controlled.

【0028】本発明のうち請求項5に記載の発明は、本
発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載
の発明において、さらに、上記平行平面板を透過したレ
ーザー光を集光する集光手段を有し、上記集光手段によ
って上記平行平面板を透過したレーザー光が固体材料の
表面で集光されることにより、上記固体材料の表面に周
期的構造を微細加工するようにしたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second or third aspects of the present invention, a laser beam transmitted through the parallel plane plate is further added. The light collecting means has a light collecting means, and the light collecting means collects the laser light transmitted through the plane-parallel plate on the surface of the solid material, thereby finely processing the periodic structure on the surface of the solid material. It was done like this.

【0029】従って、本発明のうち請求項5に記載の発
明によれば、集光手段によって上記平行平面板を透過し
たレーザー光が固体材料の表面で集光されることによ
り、上記固体材料の表面に周期的構造を微細加工される
ことになる。
Therefore, according to the invention described in claim 5 of the present invention, the laser light transmitted through the plane-parallel plate is condensed by the condensing means on the surface of the solid material, whereby the solid material The periodic structure will be finely processed on the surface.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による広帯域光位相変調器の実施の形態の一
例を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of an embodiment of a wideband optical phase modulator according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0031】図1には、本発明による広帯域空間光位相
変調器の実施の形態の一例の概略構成を示す概略正面説
明図(図1(a)参照)および中央部分の概略側面説明
図(図1(b)参照)が示されている。
FIG. 1 is a schematic front explanatory view (see FIG. 1A) showing a schematic configuration of an example of an embodiment of a wide band spatial light phase modulator according to the present invention and a schematic side explanatory view of a central portion (FIG. 1). 1 (b)) is shown.

【0032】図1において、本発明による広帯域空間光
位相変調器200は、支持台10の上面に2本の支持柱
12が直立して固定的に配設されており、これら2本の
支持柱12の上端部には両者を連結するシャフト14が
配設されており、このシャフト14に5個のベアリング
・シリンダー16が貫通して回動自在に軸支されてい
て、シャフト14に対してベアリング・シリンダー16
は可動自在となされている。
In FIG. 1, a wide band spatial light phase modulator 200 according to the present invention has two support columns 12 which are vertically and fixedly arranged on an upper surface of a support base 10. These two support columns are provided. A shaft 14 that connects the two is disposed at the upper end portion of the shaft 12, and five bearing cylinders 16 are rotatably supported by the shaft 14 so as to be rotatably supported by the shaft 14.・ Cylinder 16
Is made movable.

【0033】さらに、これら5個のベアリング・シリン
ダー16には、それぞれ石英平行平面板18が取り付け
られている。即ち、この実施の形態においては、光学的
透過材料としては、石英が用いられているものである。
Further, quartz parallel plane plates 18 are attached to the five bearing cylinders 16, respectively. That is, in this embodiment, quartz is used as the optically transparent material.

【0034】これにより、平行平面板18は、空間的に
可動自在な状態で整列されて支持されることになる。
As a result, the plane parallel plates 18 are aligned and supported in a spatially movable state.

【0035】また、支持台12に配設された2本の支持
柱12の間には中央支持部材17が取り付けられてお
り、この中央支持部材17には、リード線22を介して
コントローラー24に電気的に接続されていて、このコ
ントローラー24によって電気的に制御される5個のバ
イモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20がそれぞれ配
設されている。
A central support member 17 is attached between the two support columns 12 arranged on the support base 12. The central support member 17 is connected to the controller 24 via a lead wire 22. Five bimorph piezo actuators 20 that are electrically connected and electrically controlled by the controller 24 are provided.

【0036】そして、5個の石英平行平面板18と5個
のバイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20とはそれ
ぞれ対応して配置されるとともに、各石英平行平面板1
8の下端部と各バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター
20の上端部とがそれぞれ接するようになされている。
The five quartz parallel plane plates 18 and the five bimorph piezo actuators 20 are arranged corresponding to each other, and each quartz parallel plane plate 1 is arranged.
The lower end of 8 and the upper end of each bimorph piezo actuator 20 are in contact with each other.

【0037】なお、上記したようにシャフト14にはベ
アリング・シリンダー16が貫通して回動自在に軸支さ
れており、即ち、ベアリング・シリンダー16はシャフ
ト14を中心軸として回動自在なものである。
As described above, the bearing cylinder 16 penetrates the shaft 14 and is rotatably supported, that is, the bearing cylinder 16 is rotatable about the shaft 14 as a central axis. is there.

【0038】さらに、上記したようにベアリング・シリ
ンダー16には石英平行平面板18が取り付けられてお
り、当該石英平行平面板18を備えた状態においても、
当該ベアリングシリンダー16は当該シャフト14を中
心軸として可動自在なものである。
Further, as described above, the quartz cylinder flat plate 18 is attached to the bearing cylinder 16, and even in the state where the quartz parallel plate 18 is provided,
The bearing cylinder 16 is movable about the shaft 14 as a central axis.

【0039】ただし、この実施の形態においては、1つ
のベアリング・シリンダー16には1枚の石英平行平面
板18が取り付けられてり、そのような石英平行平面板
18を備えた状態のベアリングシリンダー16は5個用
いられている。
However, in this embodiment, a single quartz parallel plane plate 18 is attached to one bearing cylinder 16, and the bearing cylinder 16 is provided with such a quartz parallel plane plate 18. 5 are used.

【0040】また、石英平行平面板18を備えた状態の
ベアリング・シリンダー16は、各々独立してシャフト
14を中心軸として可動自在なものである。
Further, the bearing cylinders 16 provided with the quartz parallel flat plate 18 are each independently movable around the shaft 14 as a central axis.

【0041】さらに、この実施の形態においては、ベア
リング・シリンダー16に取り付けられた石英平行平面
板18は、石英から成る平行平面板であり、幅2mm、
長さ20mm、厚さ1mmを有するものである。
Further, in this embodiment, the quartz parallel plane plate 18 attached to the bearing cylinder 16 is a parallel plane plate made of quartz and has a width of 2 mm.
It has a length of 20 mm and a thickness of 1 mm.

【0042】図2に示すように石英の光の透過波長域は
およそ0.15μm〜3.0μmであり、当然のことな
がら、石英平行平面板18の光の透過波長域も0.15
μm〜3.0μmとなる。
As shown in FIG. 2, the light transmission wavelength range of quartz is about 0.15 μm to 3.0 μm, and naturally, the light transmission wavelength range of the quartz parallel flat plate 18 is also 0.15 μm to 3.0 μm.
It becomes μm to 3.0 μm.

【0043】そして、石英平行平面板18は、ベアリン
グ・シリンダー16に取り付けられて空間的に配設され
るものである。
The quartz parallel flat plate 18 is attached to the bearing cylinder 16 and spatially arranged.

【0044】また、上記したように石英平行平面板18
をそれぞれ備えた5個のベアリング・シリンダー16
は、それぞれが独立してシャフト14を中心軸として回
動自在となされているので、各ベアリング・シリンダー
16にそれぞれ取り付けられた石英平行平面板18の各
々もまた、シャフト14を中心軸として独立して回動自
在となされているものである。
Further, as described above, the quartz parallel flat plate 18
5 bearing cylinders 16 each with
Are independently rotatable about the shaft 14 as the central axis, the quartz parallel flat plates 18 attached to the bearing cylinders 16 are also independent about the shaft 14 as the central axis. It can be freely rotated.

【0045】ここで、石英平行平面板18を傾きを変え
る傾斜変更手段として機能するものが、バイモルフ・ピ
エゾ・アクチュエーター20である。
Here, the bimorph piezo actuator 20 functions as an inclination changing means for changing the inclination of the quartz parallel flat plate 18.

【0046】バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター2
0の下端部は、中央支持部材17に取り付けられてお
り、各バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20の上
端部は各石英平行平面板18とそれぞれ接しているもの
である。
Bimorph Piezo Actuator 2
The lower end of 0 is attached to the central support member 17, and the upper end of each bimorph piezo actuator 20 is in contact with each quartz parallel flat plate 18.

【0047】そして、コントローラー24からの電気的
な制御は、リード線22を介してバイモルフ・ピエゾ・
アクチュエーター20に伝えられ、バイモルフ・ピエゾ
・アクチュエーター20は電圧を加えられると、加えら
れた電圧の大きさに応じて歪み、図1(b)上矢印Aの
方向に撓むものである。
The electrical control from the controller 24 is carried out by the bimorph piezo
When the bimorph piezo actuator 20 is transmitted to the actuator 20 and a voltage is applied, the bimorph piezo actuator 20 is distorted according to the magnitude of the applied voltage and is bent in the direction of arrow A in FIG.

【0048】そして、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエ
ーター20はその上端部で石英平行平面板18と接して
いるので、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20
にコントローラー24からの制御によって電圧が加えら
れて、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20が図
1(b)上矢印Aの方向に撓むことによって、石英平行
平面板18が図1(b)上矢印Bの方向に傾くことにな
る。
Since the bimorph piezo actuator 20 is in contact with the quartz parallel flat plate 18 at its upper end, the bimorph piezo actuator 20 is
1 is applied with a voltage by the controller 24, the bimorph piezo actuator 20 is bent in the direction of arrow A in FIG. Will be inclined in the direction of.

【0049】また、1枚の石英平行平面板18に対し
て、1つのバイモルフ・ピエゾ・アクチュエーター20
が配設されているので、5つのバイモルフ・ピエゾ・ア
クチュエーター20の各々に加わる電圧を、コントロー
ラー24の制御によって任意に変更することにより、5
枚の石英平行平面板18の各々の傾きの度合いを独立か
つ任意に変更することができる。
Further, one bimorph piezo actuator 20 is provided for one quartz parallel plane plate 18.
Is provided, the voltage applied to each of the five bimorph piezo actuators 20 is arbitrarily changed by the control of the controller 24.
The degree of inclination of each of the quartz parallel flat plates 18 can be changed independently and arbitrarily.

【0050】以上の構成において、上記した広帯域空間
光位相変調器200に短パルス・レーザー光が入射され
る場合について説明する。
A case in which short pulse laser light is incident on the above-described wide band spatial light phase modulator 200 will be described.

【0051】ここで、石英平行平面板18に短パルス・
レーザー光が入射される場合の理解を容易にするため
に、まず、ある光学的透過材料から成る厚さdの平行平
面板に、波長λの光が入射する場合について説明する。
Here, a short pulse is applied to the quartz parallel flat plate 18.
In order to facilitate understanding of the case where laser light is incident, first, the case where light of wavelength λ is incident on a plane-parallel plate having a thickness d made of a certain optically transparent material will be described.

【0052】波長λの光が光学的透過材料から成る厚さ
dの平行平面板に垂直に入射されて、当該光学的透過材
料内を伝搬する場合には、波長λの光が単に空気中を伝
搬する場合に比べると位相が遅れることになる。そし
て、この位相変化量φは、 φ=2πd/λ・(n−n) ・・・ (1) により求められる。
When light of wavelength λ is vertically incident on a plane-parallel plate made of an optically transmissive material and having a thickness of d, and propagates in the optically transmissive material, the light of wavelength λ simply passes through the air. The phase will be delayed compared to the case of propagation. Then, this phase change amount φ is obtained by φ = 2πd / λ · (n−n 0 ) ... (1).

【0053】ここで、上記した(1)式において、nは
波長λにおける光学的透過材料の屈折率、nは波長λ
における空気の屈折率である。
Here, in the above equation (1), n is the refractive index of the optically transparent material at the wavelength λ, and n 0 is the wavelength λ.
Is the refractive index of air at.

【0054】そして、波長λの光が光学的透過材料から
成る厚さdの平行平面板に垂直に入射された状態から、
波長λの光が入射角θで当該平行平面板に入射するよう
に当該平行平面板を傾けると、波長λの光は入射角θで
当該平行平面板に入射することになる。
Then, from the state in which the light of wavelength λ is perpendicularly incident on the plane-parallel plate of thickness d made of an optically transparent material,
When the parallel plane plate is tilted so that the light of the wavelength λ is incident on the parallel plane plate at the incident angle θ, the light of the wavelength λ is incident on the parallel plane plate at the incident angle θ.

【0055】このため、波長λの光が当該平行平面板に
垂直に入射する場合に比べると、波長λの光が当該平行
平面板内を伝搬する距離が長くなるので、位相変化量が
増大することになる。
Therefore, as compared with the case where the light having the wavelength λ is perpendicularly incident on the parallel plane plate, the distance in which the light having the wavelength λ propagates in the parallel plane plate becomes longer, so that the phase change amount increases. It will be.

【0056】このとき、波長λの光の平行平面板への入
射角θと位相変化量φ(θ)との関係は、 φ(θ)=2πd/λ・{(n−n sinθ)1/2−nco sθ} ・・・(2) により求められる。
At this time, the relationship between the incident angle θ of the light having the wavelength λ on the plane-parallel plate and the phase change amount φ (θ) is φ (θ) = 2πd / λ · {(n 2 −n 0 2 sin 2 θ) 1/2 −n 0 cos θ} (2)

【0057】つまり、光学的透過材料から成る厚さdの
平行平面板に波長λの光が入射する場合に、波長λの光
が当該平行平面板に入射する際の入射角が垂直から入射
角θに変化すると、波長λの光が平行平面板内を伝搬す
る距離が変化するために、位相変化量がφからφ(θ)
に変化する。
That is, when the light of wavelength λ is incident on the plane-parallel plate having a thickness d and made of an optically transparent material, the incident angle when the light of wavelength λ is incident on the plane-parallel plate is changed from vertical to angle of incidence. When it changes to θ, the distance that the light of wavelength λ propagates in the plane-parallel plate changes, so the phase change amount changes from φ to φ (θ).
Changes to.

【0058】ここで、波長λの光が当該平行平面板に入
射する入射角θの変化は、入射する波長λの光に対して
の光学的透過材料から成る厚さdの平行平面板の傾きを
変えることによりもたらされることから、当該平行平面
板の傾きを変えることによって、各々の平行平面板を通
過する光に任意の位相変化量を与えることが可能とな
り、複数の平行平面板にまたがって透過する光に対して
空間位相変調が実現されることになる。
Here, the change of the incident angle θ at which the light of wavelength λ is incident on the parallel plane plate is caused by the inclination of the parallel plane plate of thickness d made of an optically transparent material with respect to the incident light of wavelength λ. By changing the inclination of the plane-parallel plate, it is possible to give an arbitrary amount of phase change to the light passing through each plane-parallel plate, and to spread over a plurality of plane-parallel plates. Spatial phase modulation will be realized for the transmitted light.

【0059】そして、石英平行平面板18にレーザー光
が入射される場合においても、上記したような原理に基
づき、石英平行平面板18の傾きを変えることにより、
各々の石英平行平面板18を通過するレーザー光に任意
の位相の遅れを与え、複数の平行平面板にまたがって透
過するレーザー光に対して空間位相変調を与えることが
できるものである。
Even when laser light is incident on the quartz parallel flat plate 18, by changing the inclination of the quartz parallel flat plate 18 based on the above-described principle.
The laser light passing through each quartz parallel plate 18 can be delayed by an arbitrary phase, and the spatial light phase modulation can be applied to the laser light passing over a plurality of parallel flat plates.

【0060】ここで、短パルス・レーザー光が石英平行
平面板18に入射される際には、まず、コントローラー
24からの電気的な制御によって、バイモルフ・ピエゾ
・アクチュエーター20に所定の電圧が加えられ、加え
られた電圧の大きさに応じてバイモルフ・ピエゾ・アク
チュエーター20が歪んで図1(b)上矢印Aの方向に
撓むことになる。
Here, when the short pulse laser light is incident on the quartz parallel flat plate 18, first, a predetermined voltage is applied to the bimorph piezo actuator 20 by electrical control from the controller 24. The bimorph piezo actuator 20 is distorted according to the magnitude of the applied voltage and is bent in the direction of arrow A in FIG.

【0061】そして、バイモルフ・ピエゾ・アクチュエ
ーター20が図1(b)上矢印Aの方向に撓むことによ
って、石英平行平面板18が図1(b)上矢印Bの方向
に傾くことになる。
When the bimorph piezo actuator 20 bends in the direction of arrow A in FIG. 1 (b), the quartz parallel flat plate 18 tilts in the direction of arrow B in FIG. 1 (b).

【0062】この際に、石英平行平面板18の傾きは、
入射されるレーザー光に応じて、コントローラー24か
らの電気的な制御により独立かつ任意に変えられるもの
である。
At this time, the inclination of the quartz parallel flat plate 18 is
It can be changed independently and arbitrarily by electrical control from the controller 24 according to the incident laser light.

【0063】ここで、石英平行平面板18の厚さd、レ
ーザー光の波長λとして、波長λにおける石英平行平面
板18の屈折率n、空気の屈折率nとすると、石英平
行平面板18に短パルス・レーザー光が垂直に入射され
る場合の位相の遅れφは(1)式により求められるもの
である。
Assuming that the thickness d of the quartz parallel flat plate 18 and the wavelength λ of the laser light are the refractive index n of the quartz parallel flat plate 18 and the refractive index n 0 of air at the wavelength λ, the quartz parallel flat plate 18 is shown. The phase delay φ when the short pulse laser light is vertically incident on is calculated by the equation (1).

【0064】また、石英平行平面板18にバイモルフ・
ピエゾ・アクチュエーター20によって任意の傾きを与
えることにより、レーザー光は入射角θで石英平行平面
板18に入射することになり、その際の入射角θと位相
の遅れφ(θ)との関係は(2)式により求められるも
のである。
Further, the quartz parallel plane plate 18 is provided with a bimorph.
By giving an arbitrary inclination by the piezo actuator 20, the laser light is incident on the quartz parallel flat plate 18 at the incident angle θ, and the relationship between the incident angle θ and the phase delay φ (θ) at that time. It is obtained by the equation (2).

【0065】このような位相の遅れを、石英平行平面板
18の傾きを独立かつ任意に変えることによって、石英
平行平面板18に入射されるレーザー光に位相変調を与
えることができるようになる。
By changing the inclination of the quartz parallel flat plate 18 independently and arbitrarily with respect to such a phase delay, it becomes possible to apply phase modulation to the laser light incident on the quartz parallel flat plate 18.

【0066】即ち、5個の石英平行平面板18の傾きを
独立かつ任意に変えることにより、それらを透過するレ
ーザー光に空間的な位相変調を与えることができ、これ
により各石英平行平面板18を透過するレーザー光のパ
ルス幅を圧縮することができるようになる。
That is, by changing the inclinations of the five quartz plane-parallel plates 18 independently and arbitrarily, spatial phase modulation can be given to the laser light passing through them, whereby each quartz plane-parallel plate 18 is made. It becomes possible to compress the pulse width of the laser beam that passes through.

【0067】そして、プリズムあるいは回折格子などの
分散素子を用いて、5個の石英平行平面板18の各々に
異なる波長のレーザー光が入射するようにした場合に
は、波長毎に異なる位相の遅れ、即ち、位相変化を与え
ることが可能となる。
When laser light of different wavelengths is made incident on each of the five quartz parallel plane plates 18 by using a dispersive element such as a prism or a diffraction grating, a phase delay different for each wavelength is provided. That is, it becomes possible to give a phase change.

【0068】この実施の形態においては、上記したよう
な石英平行平面板18を用いることにより、石英の透過
波長域ならびに光学的損傷閾値の範囲内での分散補償の
精密制御が可能となり、真空紫外線領域から中赤外線領
域までの波長域で使用でき、レーザー光のパワー強度1
11W/cmまで範囲のレーザー光が使用できるよ
うになる。
In this embodiment, by using the quartz parallel plane plate 18 as described above, it is possible to precisely control the dispersion compensation within the transmission wavelength range of quartz and the optical damage threshold range, and the vacuum ultraviolet ray is used. It can be used in the wavelength range from the infrared range to the mid-infrared range, and the power intensity of laser light
Laser light in the range of 0 11 W / cm 2 can be used.

【0069】即ち、この実施の形態においては、上記波
長域およびレーザー光のパワー強度範囲内のレーザー光
のパルス幅を、石英の透過波長域ならびに光学的損傷閾
値の範囲内での分散補償の精密制御のもとで、圧縮する
ことにより短パルス・レーザー光を発生させることがで
きる。
That is, in this embodiment, the pulse width of the laser light in the above wavelength range and the power intensity range of the laser light is set to the precision of dispersion compensation within the transmission wavelength range of quartz and the optical damage threshold range. Under control, compression can produce short pulse laser light.

【0070】また、上記波長域およびレーザー光のパワ
ー強度範囲内のレーザー光の伸延してしまったパルス幅
を、物質を透過、伝搬する前の伸延していない元のパル
ス幅に戻すために圧縮することができる。
Further, the pulse width of the stretched laser light within the above wavelength range and the power intensity range of the laser light is compressed in order to return to the original pulse width which has not been stretched before transmitting and propagating through the substance. can do.

【0071】なお、上記した実施の形態においては、石
英平行平面板18を5個用いるようにしたが、これに限
られることなしに、任意の個数の石英平行平面板18を
用いるようにしてもよい。
Although five quartz parallel plane plates 18 are used in the above embodiment, the number of quartz parallel plane plates 18 is not limited to this, and any number of quartz parallel plane plates 18 may be used. Good.

【0072】また、上記した実施の形態においては、石
英から成る石英平行平面板18を用いたが、平行平面板
は光学的透過材料から構成されるものであればよく、例
えば、図2に示すような透過波長域を有する各種固体材
料を光学的透過材料として用いてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the quartz parallel plane plate 18 made of quartz is used, but the parallel plane plate may be made of an optically transparent material, for example, shown in FIG. Various solid materials having such a transmission wavelength range may be used as the optically transparent material.

【0073】また、上記した実施の形態においては、石
英平行平面板18を傾きを変えるものとしてバイモルフ
・ピエゾ・アクチュエーター20を用いたが、これに限
られることなしに、他の手段を用いるようにしてもよ
い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the bimorph piezo actuator 20 is used to change the inclination of the quartz parallel plate 18, but the present invention is not limited to this, and other means may be used. May be.

【0074】次に、図3ならびに図4を参照しながら、
本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた第1の応
用例について説明する。この第1の応用例は、本発明に
よる広帯域空間光位相変調器を、例えば、X線顕微鏡の
光源となる軟X線コヒーレント光を発生させるのに必要
となる励起用レーザーを高強度化、短パルス化させたり
する際に用いる場合に当たるものである。
Next, referring to FIGS. 3 and 4,
A first application example using the broadband spatial light phase modulator according to the present invention will be described. In this first application example, the broadband spatial light phase modulator according to the present invention is used, for example, to increase the intensity of a pumping laser required to generate soft X-ray coherent light, which is a light source of an X-ray microscope, and to shorten it. This corresponds to the case of using it when making it into a pulse.

【0075】図3には上記した第1の応用例の概略構成
説明図が示されており、図4には図3におけるC矢視図
が示されている。
FIG. 3 is a schematic structural explanatory view of the above-mentioned first application example, and FIG. 4 is a view taken in the direction of arrow C in FIG.

【0076】この第1の応用例は、フェムト秒レーザー
光を発振するフェムト秒レーザー発振器100と、45
度入射平面鏡102と、フェムト秒レーザー光を波長分
散しかつ出射フェムト秒レーザー光を取り出す回折格子
104と、回折格子104から凹面鏡106の焦点距離
をもって配設される凹面鏡106と、凹面鏡から凹面鏡
106の焦点距離をもって配設される折り返し平面鏡1
08と、凹面鏡106と折り返し平面鏡108の間に配
設される本発明による広帯域空間光位相変調器200
と、ビームスプリッター110と、自己相関計112と
を有して構成されている。
The first application example is a femtosecond laser oscillator 100 that oscillates femtosecond laser light, and 45
Of the incident plane mirror 102, the diffraction grating 104 for wavelength-dispersing the femtosecond laser light and extracting the emitted femtosecond laser light, the concave mirror 106 arranged with the focal length of the concave mirror 106 from the diffraction grating 104, and the concave mirror to the concave mirror 106. Folded plane mirror 1 arranged with a focal length
08, and the broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention disposed between the concave mirror 106 and the folding plane mirror 108.
, A beam splitter 110, and an autocorrelation meter 112.

【0077】フェムト秒レーザー発振器100は、短パ
ルス・レーザー光としてフェムト秒レーザー光を出力す
るものであり、出力されたフェムト秒レーザー光は45
度入射平面鏡102を介して適当な角度で回折格子10
4に入射される(本明細書においては、回折格子104
に入射されるフェムト秒レーザー光を、適宜、「入射フ
ェムト秒レーザー光」と称することとする)。
The femtosecond laser oscillator 100 outputs femtosecond laser light as short pulse laser light, and the femtosecond laser light output is 45.
The diffraction grating 10 at an appropriate angle through the incident plane mirror 102.
4 (herein, the diffraction grating 104
The femtosecond laser light incident on is referred to as "incident femtosecond laser light" as appropriate).

【0078】回折格子104は入射されたフェムト秒レ
ーザー光を波長分散するもので、それぞれの波長に応じ
て分離して異なる方向に回折するものである。その際
に、入射フェムト秒レーザー光のうち短波長成分のレー
ザー光はcからd1の経路で、入射フェムト秒レーザー
光のうち長波長成分のレーザー光はcからd2の経路で
凹面鏡106に入射される。
The diffraction grating 104 wavelength-disperses the incident femtosecond laser light, and separates it according to each wavelength and diffracts it in different directions. At that time, the laser light of the short wavelength component of the incident femtosecond laser light is incident on the concave mirror 106 through the path of c to d1, and the laser light of the long wavelength component of the incident femtosecond laser light is incident on the concave mirror 106 through the path from c to d2. It

【0079】凹面鏡106は回折格子104によって波
長分散された波長別のレーザー光の各々が入射するもの
である。ここで、凹面鏡106と回折格子104の間隔
を、凹面鏡106の焦点距離と等しくなるように配設す
ることで、凹面鏡106に入射した波長別のフェムト秒
レーザー光は平行光として出射される。
The concave mirror 106 is one on which each of the laser beams of different wavelengths dispersed by the diffraction grating 104 enters. Here, by arranging the concave mirror 106 and the diffraction grating 104 so that the distance between them is equal to the focal length of the concave mirror 106, the femtosecond laser light for each wavelength incident on the concave mirror 106 is emitted as parallel light.

【0080】折り返し用平面鏡108は、凹面鏡106
との間隔が凹面鏡106の焦点距離と等しくなるように
配設されて、凹面鏡106から出射した平行光を折り返
すものである。
The plane mirror 108 for folding is a concave mirror 106.
The parallel light emitted from the concave mirror 106 is turned back by arranging so that the distance between and is equal to the focal length of the concave mirror 106.

【0081】そして、本発明による空間光位相変換器2
00は、折り返し用平面鏡108の直前に配設され、折
り返し用平面鏡108から出射した平行光に、上記した
実施の形態において説明したような方法で、波長別のレ
ーザー光の各々に位相の遅れを与えるものである。
Then, the spatial light phase converter 2 according to the present invention
00 is arranged immediately before the plane mirror for folding 108, and the parallel light emitted from the plane mirror for folding 108 is delayed in phase with each of the laser beams for each wavelength by the method as described in the above embodiment. To give.

【0082】こうして、入射フェムト秒レーザー光のう
ち短波長成分のレーザー光はd1から順にe1、f1、
gの経路で、入射フェムト秒レーザー光のうち長波長成
分のレーザー光はd2から順にe2、f2、gの経路で
進み、回折格子104上のgにおいての集光されて出射
フェムト秒レーザ光となる。
Thus, the laser light of the short wavelength component of the incident femtosecond laser light is e1, f1,
In the path of g, the laser light of the long-wavelength component of the incident femtosecond laser light travels in the order of e2, f2, and g from d2, and is collected and emitted as femtosecond laser light at g on the diffraction grating 104. Become.

【0083】ちなみに、フェムト秒レーザー光のうち、
上記した短波長成分と長波長成分の中間の波長成分は、
上記した経路の中間の経路で進んで回折格子104上の
gにおいて集光されて出射フェムト秒レーザ光となる。
By the way, of the femtosecond laser light,
The wavelength component between the short wavelength component and the long wavelength component described above is
The light travels in the middle of the above-mentioned paths and is condensed at g on the diffraction grating 104 to be emitted femtosecond laser light.

【0084】ここで、回折格子104においては入射フ
ェムト秒レーザー光の入射するcと出射フェムト秒レー
ザー光が出射するgは、わずかな間隔をおいて上下方向
にずれており、これによって、入射フェムト秒レーザー
光から空間的に分離して出射フェムト秒レーザ光を取り
出すことができる。
Here, in the diffraction grating 104, the incident c of the incoming femtosecond laser light and the outgoing g of the outgoing femtosecond laser light are vertically displaced at a slight interval, whereby the incident femtosecond laser light is shifted. The emitted femtosecond laser light can be extracted by spatially separating from the second laser light.

【0085】そして、ビームスプリッター110は出射
フェムト秒レーザー光の一部を反射させて自己相関計1
12に出射するものである。
Then, the beam splitter 110 reflects a part of the emitted femtosecond laser light to reflect the autocorrelation 1
It is emitted to 12.

【0086】自己相関計112はビームスプリッター1
10によって入射された出射フェムト秒レーザー光のパ
ルス幅を観測するものである。観測の結果である自己相
関計112からの出力信号は、パーソナルコンピュータ
を用いて解析されて、当該解析した結果が本発明による
広帯域空間光位相変調器200にフィードバックされる
ものである。
The autocorrelator 112 is the beam splitter 1
The pulse width of the emitted femtosecond laser light incident by 10 is observed. The output signal from the autocorrelator 112, which is the result of the observation, is analyzed using a personal computer, and the analyzed result is fed back to the wide band spatial light phase modulator 200 according to the present invention.

【0087】以上の構成において、フェムト秒レーザー
発振器100から出力されたフェムト秒レーザー光は、
45度入射平面鏡102を介して回折格子104によっ
て波長分散されて、波長分散された入射フェムト秒レー
ザー光の各々の波長のレーザー光は凹面鏡106と折り
返し平面鏡108を介して本発明による広帯域空間光位
相変調器200に入射される。
In the above configuration, the femtosecond laser light output from the femtosecond laser oscillator 100 is
The wavelength-dispersed laser light of each wavelength of the incident femtosecond laser light wavelength-dispersed by the diffraction grating 104 via the 45-degree incident plane mirror 102 is passed through the concave mirror 106 and the folding plane mirror 108 to obtain the broadband spatial optical phase according to the present invention. The light enters the modulator 200.

【0088】そして、本発明による広帯域空間光位相変
調器200においては、波長分散された入射フェムト秒
レーザー光の各々の波長のレーザー光が、上記石英平行
平面板18の各々に入射され、上記石英平行平面板18
の傾きを独立かつ任意に変えることによって位相変調が
行われる。
In the wide band spatial light phase modulator 200 according to the present invention, the laser light of each wavelength of the wavelength-dispersed incident femtosecond laser light is made incident on each of the quartz parallel flat plates 18, and the quartz quartz Plane-parallel plate 18
Phase modulation is performed by independently and arbitrarily changing the slope of.

【0089】ここにおいては、例えば、入射フェムト秒
レーザー光が物質中を透過、伝搬することで伸延したパ
ルス幅を有していたとして、パルス幅を圧縮して元の伸
延していない状態に戻すことも可能であるし、あるい
は、パルス幅を広げることや位相面を変えることも可能
である。
Here, for example, assuming that the incident femtosecond laser beam has a pulse width extended by being transmitted and propagated in the substance, the pulse width is compressed to restore the original non-extended state. It is also possible to increase the pulse width or change the phase plane.

【0090】なお、本実施例においては、フェムト秒レ
ーザー発振器100と回折格子104と凹面鏡106と
を用いているが、これらに限られることなしに、フェム
ト秒発振器100に代わってフェムト秒発振器・増幅器
システムを、回折格子104に代わってプリズムを、凹
面鏡106に代わって色消しレンズを用いてもよい。
Although the femtosecond laser oscillator 100, the diffraction grating 104, and the concave mirror 106 are used in this embodiment, the femtosecond oscillator / amplifier can be used instead of the femtosecond oscillator 100. The system may use prisms in place of diffraction grating 104 and achromatic lenses in place of concave mirror 106.

【0091】次に、図5を参照しながら、本発明による
広帯域空間光位相変調器を用いた第2の応用例について
説明する。この第2の応用例は、本発明による広帯域空
間光位相変調器200を、例えば、アブレーション作用
を利用した難加工物質の加工において用いる場合に当た
るものである。
Next, a second application example using the wide band spatial light phase modulator according to the present invention will be described with reference to FIG. This second application example is applicable to the case where the broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention is used, for example, in the processing of a difficult-to-process material using an ablation action.

【0092】この第2の応用例は、本発明による広帯域
空間光位相変調器200と凸面鏡などのレンズ114と
を有して構成されるものである。
The second application example is constructed by including the wide band spatial light phase modulator 200 according to the present invention and the lens 114 such as a convex mirror.

【0093】本発明による広帯域空間光位相変調器20
0に入射するレーザー光は、高出力パルスレーザーであ
り、紫外線領域で発振するエキシマレーザーあるいは可
視域・近赤外域で発振する固体レーザーの高調波を用い
るものである。
Broadband spatial light phase modulator 20 according to the present invention
The laser light incident on 0 is a high-power pulse laser, and uses a harmonic of an excimer laser that oscillates in the ultraviolet region or a solid-state laser that oscillates in the visible / near-infrared region.

【0094】本発明による広帯域空間光位相変調器20
0は、上記石英平行平面板18の傾きを独立かつ任意に
変えることによって、入射するエキシマレーザーあるい
は可視域・近赤外域で発振する固体レーザーの高調波に
対してπの位相差、すなわち、半波長の位相差を与える
ものである。
Broadband spatial light phase modulator 20 according to the present invention
0 is a phase difference of π with respect to the harmonics of the incident excimer laser or the solid-state laser oscillating in the visible region / near infrared region by changing the inclination of the quartz parallel flat plate 18 independently and arbitrarily, that is, half It provides a phase difference in wavelength.

【0095】そして、凸面鏡などのレンズ114は、半
波長の位相差を与えられた本発明による広帯域空間光位
相変調器200からの透過レーザー光を、固体材料の表
面に集光するものである。
The lens 114 such as a convex mirror collects the transmitted laser light from the broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention, which is given a phase difference of half wavelength, on the surface of the solid material.

【0096】以上の構成において、レーザー光は本発明
による広帯域空間光位相変調器200によって半波長の
位相差を与えられて、凸面鏡などのレンズ114によっ
て固体材料の表面で集光される。
In the above structure, the laser light is given a half-wavelength phase difference by the broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention, and is condensed on the surface of the solid material by the lens 114 such as a convex mirror.

【0097】こうして、固体材料の表面には周期的構造
が微細加工されるものである。ここで、加工対象物とし
ては石英や、半導体素子などの難加工物質を用いること
が可能である。
Thus, the periodic structure is finely processed on the surface of the solid material. Here, as the object to be processed, it is possible to use quartz or a difficult-to-process substance such as a semiconductor element.

【0098】従って、例えば、ファイバー・グレーティ
ングや、あるいは、ホログラフィック・グレーティング
(ホログラフィック回折格子)、半導体の一次元量子井
戸構造の作成などが可能となる。
Therefore, for example, a fiber grating, a holographic grating (holographic diffraction grating), or a semiconductor one-dimensional quantum well structure can be formed.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、短パルス・レーザー光を発生させる場合に
おいて、また、物質中を透過したり、あるいは伝搬した
りする間に伸延してしまった短パルス・レーザー光のパ
ルス幅を再圧縮する場合において、分散補償を精密制御
することができ、かつ、幅広い波長領域において使用す
ることができ、かつ、レーザー光のパワーの強弱にかか
わらず使用することができることを可能にした広帯域空
間光位相変調器を提供することができるという優れた効
果を奏する。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is constructed as described above, when the short pulse laser light is generated, it is extended while being transmitted or propagated through the substance. When re-compressing the pulse width of a short pulsed laser light, the dispersion compensation can be precisely controlled and can be used in a wide wavelength range, and regardless of the power of the laser light. The excellent effect of being able to provide a wideband spatial light phase modulator that can be used is exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による広帯域空間光位相変調器の実施の
形態の一例の概略構成を示す説明図であって、(a)は
概略正面説明図であり、(b)は(a)の中央部分の概
略側面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an example of an embodiment of a wide band spatial light phase modulator according to the present invention, in which (a) is a schematic front explanatory view and (b) is a center of (a). It is a schematic side surface explanatory drawing of a part.

【図2】各種固体材料の透過波長域を示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing transmission wavelength ranges of various solid materials.

【図3】本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた
第1の応用例を示す概略構成説明図である。
FIG. 3 is a schematic configuration explanatory view showing a first application example using the wide band spatial light phase modulator according to the present invention.

【図4】図3におけるC矢視図である。FIG. 4 is a view on arrow C in FIG.

【図5】本発明による広帯域空間光位相変調器を用いた
第2の応用例を示す概略構成説明図である。
FIG. 5 is a schematic configuration explanatory view showing a second application example using the broadband spatial light phase modulator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 支持台 12 支持柱 14 シャフト 16 ベアリング・シリンダー 17 中央支持部材 18 石英平行平面板 20 バイモルフ・ピエゾ・アク
チュエーター 22 リード線 24 コントローラー 100 フェムトム秒レーザー発
振器 102 45度入射平面鏡 104 回折格子 106 凹面鏡 108 折り返し用平面鏡 110 ビームスプリッター 112 自己相関計 114 レンズ 200 広帯域空間光位相変調器
10 Support Stand 12 Support Column 14 Shaft 16 Bearing Cylinder 17 Central Support Member 18 Quartz Parallel Plane Plate 20 Bimorph Piezo Actuator 22 Lead Wire 24 Controller 100 Femtom Second Laser Oscillator 102 45-degree Incident Plane Mirror 104 Diffraction Grating 106 Concave Mirror 108 For Folding Plane mirror 110 Beam splitter 112 Autocorrelator 114 Lens 200 Wideband spatial light phase modulator

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光学的透過材料から構成される複数の平
行平面板と、 前記平行平面板を空間的に可動自在な状態で整列させて
支持する支持手段と、 前記平行平面板の傾きを変更する傾斜変更手段とを有す
る広帯域空間光位相変調器。
1. A plurality of parallel plane plates made of an optically transparent material, a support means for aligning and supporting the parallel plane plates in a spatially movable state, and changing the inclination of the parallel plane plates. Wideband spatial optical phase modulator having tilt changing means.
【請求項2】 請求項1に記載の広帯域空間光位相変調
器において、 前記平行平面板は、石英から構成されるものである広帯
域空間光位相変調器。
2. The broadband spatial light phase modulator according to claim 1, wherein the parallel plane plate is made of quartz.
【請求項3】 請求項1または2のいずれか1項に記載
の広帯域空間光位相変調器において、 前記傾斜変更手段は、前記平行平面板の各々に独立かつ
任意の傾きを与えるものであり、 前記傾斜変更手段によって前記平行平面板の各々が独立
かつ任意に傾けられることにより、 前記平行平面板の各々を透過するレーザー光に独立かつ
任意の位相変化を与えるものである広帯域空間光位相変
調器。
3. The broadband spatial light phase modulator according to claim 1, wherein the tilt changing means gives each of the parallel plane plates an independent and arbitrary tilt. A wide-band spatial light phase modulator that independently and arbitrarily tilts each of the parallel plane plates by the tilt changing means to independently and arbitrarily change the phase of the laser light that passes through each of the parallel plane plates. .
【請求項4】 請求項1、2または3のいずれか1項に
記載の広帯域空間光位相変調器において、さらに、 前記平行平面板に入射するレーザー光を波長分散する波
長分散手段を有し、 前記波長分散手段によって入射するレーザー光の波長分
散された各々の波長のレーザー光が前記平行平面板に入
射する際に、各々の波長成分に独立かつ任意の位相変化
を与えることにより、 パルス幅の圧縮、あるいは、パルス幅の伸延、あるい
は、パルス波形の制御を行うものである広帯域空間光位
相変調器。
4. The broadband spatial light phase modulator according to claim 1, further comprising wavelength dispersion means for wavelength-dispersing the laser light incident on the plane-parallel plate. When the wavelength-dispersed laser light of the respective wavelengths of the laser light incident by the wavelength dispersion means is incident on the parallel plane plate, each wavelength component is given an independent and arbitrary phase change, so that the pulse width A broadband spatial light phase modulator that performs compression, pulse width extension, or pulse waveform control.
【請求項5】 請求項1、2または3のいずれか1項に
記載の広帯域空間光位相変調器において、さらに、 前記平行平面板を透過したレーザー光を集光する集光手
段を有し、 前記集光手段によって前記平行平面板を透過したレーザ
ー光が固体材料の表面で集光されることにより、 前記固体材料の表面に周期的構造を微細加工するもので
ある広帯域空間光位相変調器。
5. The broadband spatial light phase modulator according to claim 1, further comprising a condensing unit that condenses the laser light that has passed through the plane-parallel plate. A broadband spatial light phase modulator for finely processing a periodic structure on the surface of a solid material by condensing laser light transmitted through the plane-parallel plate by the light collecting means on the surface of the solid material.
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