JP6659339B2 - Pulse light generation device and pulse light generation method - Google Patents

Pulse light generation device and pulse light generation method Download PDF

Info

Publication number
JP6659339B2
JP6659339B2 JP2015242172A JP2015242172A JP6659339B2 JP 6659339 B2 JP6659339 B2 JP 6659339B2 JP 2015242172 A JP2015242172 A JP 2015242172A JP 2015242172 A JP2015242172 A JP 2015242172A JP 6659339 B2 JP6659339 B2 JP 6659339B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
pulse light
pulse
waveform
phase waveform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015242172A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017107123A (en
Inventor
向陽 渡辺
向陽 渡辺
卓 井上
卓 井上
考二 高橋
考二 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2015242172A priority Critical patent/JP6659339B2/en
Publication of JP2017107123A publication Critical patent/JP2017107123A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6659339B2 publication Critical patent/JP6659339B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

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

Description

本発明は、パルス光生成装置及びパルス光生成方法に関するものである。   The present invention relates to a pulse light generation device and a pulse light generation method.

非特許文献1には、時間幅が極めて短いパルス光(超短パルス光)を発生させるための技術が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a technique for generating pulse light (ultra-short pulse light) having an extremely short time width.

廣本宜久ほか、「テラヘルツ技術総覧」、テラヘルツテクノロジーフォーラム編、2007年発行Yoshihisa Hiromoto et al., "Terahertz Technology Overview", Terahertz Technology Forum, 2007 edition

例えばテラヘルツパルス光は、励起パルス光を光伝導アンテナや結晶素子などに与え、非線形光学効果を生じさせることにより発生することができる。このような非線形光学効果は、励起パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりが急峻であるほど(すなわち強度の時間微分の最大値が大きいほど)顕著に生じる。テラヘルツパルス光を生成する場合、テラヘルツパルス光の時間波形のピーク強度(もしくはスペクトル強度のピーク値)は、励起光パルスの時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりが急峻であるほど大きくなる。   For example, terahertz pulsed light can be generated by applying excitation pulsed light to a photoconductive antenna, a crystal element, or the like to cause a nonlinear optical effect. Such a nonlinear optical effect occurs more remarkably as the rise or fall of the time intensity waveform of the excitation pulse light is steeper (that is, as the maximum value of the time derivative of the intensity is larger). When generating the terahertz pulse light, the peak intensity (or the peak value of the spectrum intensity) of the time waveform of the terahertz pulse light increases as the rise or fall of the time intensity waveform of the excitation light pulse becomes steeper.

パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりを急峻にする方法としては、例えば、そのパルス光の時間幅を出来る限り短くし、且つピーク値を大きくする方法がある。本発明者の認識によれば、パルス光の時間幅の最小値は、そのパルス光が有する固有のスペクトル帯域幅やスペクトル強度波形の形状により一意に定まる。特に、時間幅の短さが理論限界値と等しく、高いピーク値をもつパルス光は、TL(Transform limited)パルスと呼ばれる。   As a method of sharpening the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light, for example, there is a method of shortening the time width of the pulse light as much as possible and increasing the peak value. According to the recognition of the inventor, the minimum value of the time width of the pulse light is uniquely determined by the unique spectral bandwidth and the shape of the spectrum intensity waveform of the pulse light. In particular, a pulse light having a short time width equal to the theoretical limit value and having a high peak value is called a TL (Transform limited) pulse.

図15(a)は、TLパルスのスペクトル強度波形G11及びスペクトル位相波形G12を示すグラフであって、横軸は波長を示し、左縦軸は強度を示し、右縦軸は位相を示す。また、図15(b)は、TLパルスの時間波形の一例を示すグラフであって、横軸は時間を示し、縦軸は強度を示す。図15(a)に示されるように、TLパルスは、スペクトル位相波形G12が波長によらず一定(フラット)であるときに生じる。   FIG. 15A is a graph showing the spectrum intensity waveform G11 and the spectrum phase waveform G12 of the TL pulse, where the horizontal axis indicates the wavelength, the left vertical axis indicates the intensity, and the right vertical axis indicates the phase. FIG. 15B is a graph showing an example of the time waveform of the TL pulse, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents intensity. As shown in FIG. 15A, the TL pulse is generated when the spectral phase waveform G12 is constant (flat) regardless of the wavelength.

上記のように、パルス光の時間幅の最小値は、理論上、TLパルスにより定められる。従って、上述した考え方に従えば、非線形光学効果の大きさの限界は、励起パルス光がTLパルスであるときに得られる。しかしながら、パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりを更に急峻にすることができれば、非線形光学効果を更に顕著に生じさせることが可能となる。非線形光学効果を更に顕著に生じさせることができれば、例えばテラヘルツパルス光の時間波形のピーク強度を更に大きくできるなど、非線形光学効果を利用する光学デバイスにとって多大な利点がある。   As described above, the minimum value of the time width of the pulse light is theoretically determined by the TL pulse. Therefore, according to the above-described concept, the limit of the magnitude of the nonlinear optical effect is obtained when the excitation pulse light is a TL pulse. However, if the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light can be made steeper, the nonlinear optical effect can be more remarkably generated. If the nonlinear optical effect can be generated more remarkably, there is a great advantage for an optical device utilizing the nonlinear optical effect, for example, the peak intensity of the time waveform of the terahertz pulse light can be further increased.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりをTLパルスよりも急峻にすることができるパルス光生成装置及びパルス光生成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and provides a pulse light generation device and a pulse light generation method that can make the rise or fall of the time intensity waveform of pulse light steeper than the TL pulse. The purpose is to provide.

上述した課題を解決するために、本発明による第1のパルス光生成装置は、光を分光する分光素子と、分光素子と光学的に結合され、分光後の光の位相を変調する空間光変調器と、空間光変調器と光学的に結合され、変調後の光をパルス光に変換する光変換素子と、を備える。空間光変調器は、パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする。 In order to solve the above-described problem, a first pulsed light generation device according to the present invention includes a spectral element that splits light, and a spatial light modulation that is optically coupled to the spectral element and that modulates the phase of light after splitting. And a light conversion element which is optically coupled to the spatial light modulator and converts the modulated light into pulsed light. When the spatial light modulator makes the spectral phase waveform of the pulse light non-linear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0 and makes the rising of the pulse light steep , at least the full width at half maximum of the spectral intensity waveform of the pulse light is obtained. If the spectral phase waveform of the pulsed light is one of monotonically increasing and monotonically decreasing within the wavelength range, and the falling edge of the pulsed light is steep, the spectral phase waveform of the pulsed light is monotonically increased and monotonically reduced within the wavelength range. And the other .

また、本発明による第2のパルス光生成装置は、光を分光する分光素子と、分光素子と光学的に結合され、分光後の光の位相を変調する空間光変調器と、を備える。分光素子は、変調後の光を受けてパルス光に変換する。空間光変調器は、パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする。 In addition, a second pulsed light generation device according to the present invention includes a spectral element that splits light, and a spatial light modulator that is optically coupled to the spectral element and that modulates the phase of light after splitting. The spectroscopic element receives the modulated light and converts it into pulsed light. When the spatial light modulator makes the spectral phase waveform of the pulse light non-linear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0 and makes the rising of the pulse light steep , at least the full width at half maximum of the spectral intensity waveform of the pulse light is obtained. If the spectral phase waveform of the pulsed light is one of monotonically increasing and monotonically decreasing within the wavelength range, and the falling edge of the pulsed light is steep, the spectral phase waveform of the pulsed light is monotonically increased and monotonically reduced within the wavelength range. And the other .

また、本発明によるパルス光生成方法は、光を分光する第1ステップと、分光後の光の位相を変調する第2ステップと、変調後の光をパルス光に変換する第3ステップと、を含む。そして、第2ステップによって、パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、波長範囲内においてパルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする。 Further, the pulse light generation method according to the present invention includes a first step of splitting light, a second step of modulating the phase of the light after splitting, and a third step of converting the modulated light into pulse light. Including. Then, in the second step, when the spectral phase waveform of the pulsed light is nonlinear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0 and the rising of the pulsed light is sharp , at least the full width at half maximum of the spectral intensity waveform of the pulsed light and one of the monotonic increase and monotonic decrease the spectral phase waveform of the pulsed light in the wavelength range of, in the case of a steep fall of the pulse light is monotonically increasing and monotonic spectral phase waveform of the pulsed light in the wavelength range The other of the decreases .

本発明者は、パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりをTLパルスよりも急峻にするために、TLパルスではフラットであったスペクトル位相波形を様々な形状にすることを試みた。その結果、上記のように、スペクトル位相波形が、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称であり、更に、スペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内において単調増加または単調減少であるときに、パルス光の時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方がTLパルスよりも急峻となり、他方がTLパルスよりも緩やかになることを見出した。なお、パルス光の時間幅はTLパルス光よりも僅かに広がることが確認された。   The inventor tried to make the spectrum phase waveform flat in the TL pulse into various shapes in order to make the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light steeper than the TL pulse. As a result, as described above, when the spectral phase waveform is non-linear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0, and further, is monotonically increasing or decreasing within at least the full width at half maximum wavelength range of the spectral intensity waveform, the pulse It has been found that one of the rise and fall of the time intensity waveform of light is steeper than the TL pulse, and the other is slower than the TL pulse. In addition, it was confirmed that the time width of the pulse light was slightly wider than that of the TL pulse light.

このように、上記の装置及び方法によれば、パルス光の時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方をTLパルスよりも急峻にできるので、非線形光学効果を更に顕著に生じさせることが可能となる。従って、例えば非線形光学効果を用いてテラヘルツパルス光を生成する場合には、テラヘルツパルス光の時間波形のピーク強度を、TLパルス光を励起光とする場合と較べて更に大きくすることができる。   As described above, according to the above apparatus and method, one of the rise and fall of the time intensity waveform of the pulse light can be made steeper than the TL pulse, so that the nonlinear optical effect can be more remarkably generated. . Therefore, for example, when the terahertz pulsed light is generated using the nonlinear optical effect, the peak intensity of the time waveform of the terahertz pulsed light can be further increased as compared with the case where the TL pulsed light is used as the excitation light.

上記の装置及び方法において、波長ω0は、パルス光のスペクトル強度波形の半値全幅の波長範囲内に含まれてもよい。これにより、パルス光の時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方を、より確実に、TLパルスよりも急峻にできる。   In the above apparatus and method, the wavelength ω0 may be included in the wavelength range of the full width at half maximum of the spectral intensity waveform of the pulsed light. Thereby, one of the rise and fall of the time intensity waveform of the pulse light can be more steeply formed than the TL pulse.

上記の装置及び方法において、スペクトル位相波形はシグモイド関数状であってもよい。或いは、スペクトル位相波形はn次関数状(nは正の奇数)であってもよい。或いは、スペクトル位相波形はk次関数状(kは正の奇数を除く正の実数)であってもよい。或いは、スペクトル位相波形は、シグモイド関数、n次関数(nは正の奇数)、及びk次関数状(kは正の奇数を除く正の実数)のうち少なくとも2つの関数の線形和に応じた形状であってもよい。これにより、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称であり、更に、スペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内において単調増加または単調減少であるスペクトル位相波形を好適に実現できる。   In the above apparatus and method, the spectral phase waveform may be sigmoidal. Alternatively, the spectral phase waveform may be an n-th order function (n is a positive odd number). Alternatively, the spectral phase waveform may be a k-th order function (k is a positive real number excluding a positive odd number). Alternatively, the spectral phase waveform corresponds to a linear sum of at least two of a sigmoid function, an n-th order function (n is a positive odd number), and a k-th order function (k is a positive real number excluding a positive odd number). It may be shaped. Accordingly, a spectrum phase waveform that is non-linear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0 and that is monotonically increasing or monotonically decreasing within a wavelength range of at least the full width at half maximum of the spectrum intensity waveform can be suitably realized.

上記の装置において、分光素子は、回折格子またはプリズムを含んでもよい。これにより、空間光変調器に提供される光を好適に分光することができる。   In the above device, the spectral element may include a diffraction grating or a prism. Thereby, the light provided to the spatial light modulator can be appropriately split.

上記の装置において、光変換素子は集光レンズを含んでもよい。これにより、空間光変調器により変調された光をパルス光に好適に変換することができる。   In the above device, the light conversion element may include a condenser lens. Thereby, the light modulated by the spatial light modulator can be suitably converted into pulsed light.

本発明によるパルス光生成装置及びパルス光生成方法によれば、パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりをTLパルスよりも急峻にすることができる。   According to the pulse light generation device and the pulse light generation method of the present invention, the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light can be steeper than the TL pulse.

本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a pulse light generation device concerning one embodiment of the present invention. 空間光変調器の変調面を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a modulation surface of the spatial light modulator. 空間光変調器によってパルス光に付与されるスペクトル位相波形の一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of a spectral phase waveform given to pulsed light by a spatial light modulator. (a)図3に示されたスペクトル位相波形及びスペクトル強度波形を有するパルス光の時間波形と、TLパルスの時間波形との比較を示す。(b)(a)の各グラフの時間微分波形を示す。(A) shows a comparison between the time waveform of the pulse light having the spectrum phase waveform and the spectrum intensity waveform shown in FIG. 3 and the time waveform of the TL pulse. (B) The time differential waveform of each graph of (a) is shown. 数式(1)のα、βの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of three spectral phase waveforms according to a combination of α and β in Expression (1). 空間光変調器によってパルス光に付与されるスペクトル位相波形の別の例を示すグラフである。11 is a graph showing another example of a spectral phase waveform given to pulsed light by a spatial light modulator. 数式(2)のa、nの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of three spectrum phase waveforms according to the combination of a and n of Numerical formula (2). 空間光変調器によってパルス光に付与されるスペクトル位相波形の更に別の例を示すグラフである。It is a graph which shows another example of the spectrum phase waveform given to the pulse light by the spatial light modulator. 数式(3)のa、kの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of three spectrum phase waveforms according to the combination of a and k of Numerical formula (3). 空間光変調器によってパルス光に付与されるスペクトル位相波形の更に別の例を示すグラフである。It is a graph which shows another example of the spectrum phase waveform given to the pulse light by the spatial light modulator. 数式(4)のb、cの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of three spectrum phase waveforms according to the combination of b and c of Formula (4). 複数の区間に分けて線形近似されたスペクトル位相波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the spectrum phase waveform linearly approximated by dividing into a some area. パルス光生成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a pulse light generation method. 一変形例に係るパルス光生成装置の構成を示す。9 shows a configuration of a pulsed light generation device according to a modification. (a)TLパルスのスペクトル強度波形及びスペクトル位相波形を示すグラフである。(b)TLパルスの時間波形の一例を示すグラフである。(A) is a graph showing a spectrum intensity waveform and a spectrum phase waveform of a TL pulse. (B) A graph showing an example of a time waveform of a TL pulse.

以下、添付図面を参照しながら本発明によるパルス光生成装置及びパルス光生成方法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。   Hereinafter, embodiments of a pulse light generation device and a pulse light generation method 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 will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

図1は、本発明の一実施形態に係るパルス光生成装置1Aの構成を概略的に示す図である。本実施形態のパルス光生成装置1Aは、入力光Laから、時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりが急峻な(すなわち、時間変化率の絶対値が大きい)パルス光Ldを生成する。図1に示されるように、パルス光生成装置1Aは、光源2、光学系10、及び制御部20を備える。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a pulse light generation device 1A according to an embodiment of the present invention. The pulse light generation device 1A of the present embodiment generates pulse light Ld from the input light La with a steep rise or fall of the time intensity waveform (that is, a large absolute value of the time change rate). As shown in FIG. 1, the pulse light generation device 1A includes a light source 2, an optical system 10, and a control unit 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。   The light source 2 outputs input light La input to the optical system 10. The light source 2 is, for example, a laser light source such as a solid-state laser light source, and the input light La is, for example, a coherent pulse light.

光学系10は、分光素子12、曲面ミラー14、及び空間光変調器(Spatial Light Modulator;SLM)16を有する。分光素子12は光源2と光学的に結合されており、SLM16は曲面ミラー14を介して分光素子12と光学的に結合されている。分光素子12は、入力光Laを波長成分毎に分光する。分光素子12は、例えば板面に形成された回折格子を含む。或いは、分光素子12は、プリズムを含んで構成されてもよい。入力光Laは、分光素子12に対して斜めに入力し、回折若しくは屈折の作用によって複数の波長成分に分光される。この複数の波長成分からなる分光後の光Lbは、曲面ミラー14に達する。光Lbは、曲面ミラー14によって反射され、SLM16に達する。   The optical system 10 includes a spectral element 12, a curved mirror 14, and a spatial light modulator (SLM) 16. The spectral element 12 is optically coupled to the light source 2, and the SLM 16 is optically coupled to the spectral element 12 via the curved mirror 14. The spectroscopic element 12 splits the input light La for each wavelength component. The spectral element 12 includes, for example, a diffraction grating formed on a plate surface. Alternatively, the spectral element 12 may include a prism. The input light La enters the light-splitting element 12 obliquely and is split into a plurality of wavelength components by the action of diffraction or refraction. The light Lb after splitting composed of the plurality of wavelength components reaches the curved mirror 14. The light Lb is reflected by the curved mirror 14 and reaches the SLM 16.

SLM16は、時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりが急峻なパルス光Ldを生成するために、分光後の光Lbの位相を変調する。SLM16は、一次元若しくは二次元に配列された複数の画素を有し、分光素子12によって分光された光Lbを画素毎に変調する。一実施例では、SLM16はLCOS(Liquid crystal on silicon)型である。図2は、SLM16の変調面17を示す図である。変調面17は、二次元に配列された複数の画素により構成される。図2では、理解しやすくするために、複数の画素が或る方向Bに沿って並んで配列された変調領域17aを示している。変調領域17aは、方向Bと交差する方向Aに沿って複数並んでいる。この方向Aは、分光素子12による分光方向である。したがって、複数の変調領域17aのそれぞれには、分光された各波長成分が入力する。SLM16は、各変調領域17aにおいて、入力された各波長成分の位相を変調する。   The SLM 16 modulates the phase of the split light Lb in order to generate the pulse light Ld in which the rise or fall of the time intensity waveform is steep. The SLM 16 has a plurality of pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and modulates the light Lb dispersed by the spectral element 12 for each pixel. In one embodiment, SLM 16 is of the liquid crystal on silicon (LCOS) type. FIG. 2 is a diagram illustrating the modulation surface 17 of the SLM 16. The modulation surface 17 is composed of a plurality of pixels arranged two-dimensionally. FIG. 2 shows a modulation region 17a in which a plurality of pixels are arranged along a certain direction B for easy understanding. A plurality of modulation regions 17a are arranged along a direction A intersecting with the direction B. This direction A is the direction of the spectral separation by the spectral element 12. Therefore, each of the split wavelength components is input to each of the plurality of modulation regions 17a. The SLM 16 modulates the phase of each input wavelength component in each modulation area 17a.

SLM16によって変調された各波長成分からなる変調光Lcは、再び曲面ミラー14によって反射され、分光素子12に達する。このときの曲面ミラー14は、変調光Lcを集光する集光光学系として機能する。また、分光素子12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、分光素子12により、変調光Lcの複数の波長成分は互いに集光・合波されてパルス光Ldに変換される。   The modulated light Lc composed of each wavelength component modulated by the SLM 16 is reflected again by the curved mirror 14 and reaches the spectral element 12. At this time, the curved mirror 14 functions as a condensing optical system that condenses the modulated light Lc. Further, the spectral element 12 functions as a multiplexing optical system, and multiplexes each of the modulated wavelength components. That is, a plurality of wavelength components of the modulated light Lc are condensed and multiplexed with each other by the spectral element 12 and converted into pulsed light Ld.

制御部20は、プロセッサ及びメモリ等を含むコンピュータ21、及びプロセッサ及びメモリ等を含むコントローラ22により構成される。コンピュータ21は、例えば、パーソナルコンピュータあるいはスマートデバイスなどであり、プロセッサにより、光源2等の動作を制御する。コントローラ22は、SLM16の複数の画素それぞれに対応する制御値が二次元に分布する変調パターンに従って、複数の画素毎の変調量を制御する。詳述すると、コントローラ22は、コンピュータ21及びSLM16と電気的に接続されており、SLM16のパルス光Ldの時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりを急峻にするための位相変調パターンを含む制御信号をSLM16に提供する。以下、時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりを急峻にするためにパルス光Ldに付与されるスペクトル位相波形について詳しく述べる。   The control unit 20 includes a computer 21 including a processor and a memory and a controller 22 including a processor and a memory. The computer 21 is, for example, a personal computer or a smart device, and controls operations of the light source 2 and the like by a processor. The controller 22 controls a modulation amount for each of the plurality of pixels in accordance with a modulation pattern in which control values corresponding to the plurality of pixels of the SLM 16 are two-dimensionally distributed. More specifically, the controller 22 is electrically connected to the computer 21 and the SLM 16 and sends a control signal including a phase modulation pattern for sharpening the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light Ld of the SLM 16 to the SLM 16. To provide. Hereinafter, the spectral phase waveform given to the pulsed light Ld to sharpen the rise or fall of the time intensity waveform will be described in detail.

図3は、SLM16によってパルス光Ldに付与されるスペクトル位相波形の一例を示すグラフである。グラフG21はパルス光Ldのスペクトル位相波形を示し、グラフG22はパルス光Ldのスペクトル強度波形を示す。ここで示すスペクトル強度波形の形状は、Sech2型である。横軸は波長(単位:nm)を示し、左縦軸はスペクトル強度(任意単位)を示し、右縦軸はスペクトル位相(単位:rad)を示す。 FIG. 3 is a graph showing an example of a spectral phase waveform given to the pulse light Ld by the SLM 16. A graph G21 shows a spectrum phase waveform of the pulse light Ld, and a graph G22 shows a spectrum intensity waveform of the pulse light Ld. The shape of the spectrum intensity waveform shown here is a Sech 2 type. The horizontal axis indicates the wavelength (unit: nm), the left vertical axis indicates the spectrum intensity (arbitrary unit), and the right vertical axis indicates the spectrum phase (unit: rad).

図3に示されるように、SLM16は、パルス光Ldのスペクトル位相波形G21を波長に対して非線形とし、且つ、スペクトル強度波形G22の半値全幅Wの波長範囲内に含まれる波長ω0(図では800nm)に関して点対称とする(以下、条件Aとする)。ここで、点対称とはスペクトル位相波形のグラフを図形として捉えた場合の表現であって、言い換えれば、波長ω0に関して反対称であるとも言える。反対称性とは、ある要素にある変換を施した結果が、元の要素に逆符号を付けたもの(実数でいえば絶対値が同じで正負が逆)と等しくなる性質を意味する。交代性や歪対称性ともいう。すなわち、スペクトル位相波形における波長ω0に対応する位相値をφ0とすると、波長ω0よりも小さな波長領域のスペクトル位相波形を位相値φ0を中心として反転させ、更に波長ω0を中心として反転させたとき、波長ω0よりも大きな波長領域のスペクトル位相波形と一致することをいう。   As shown in FIG. 3, the SLM 16 makes the spectrum phase waveform G21 of the pulsed light Ld nonlinear with respect to the wavelength, and includes the wavelength ω0 (800 nm in the figure) included in the wavelength range of the full width at half maximum W of the spectrum intensity waveform G22. ) (Hereinafter referred to as condition A). Here, the point symmetry is an expression when a graph of a spectrum phase waveform is grasped as a graphic, in other words, it can be said that it is antisymmetric with respect to the wavelength ω0. Anti-symmetry means that the result of performing a certain transformation on an element is equal to the result of applying the opposite sign to the original element (in terms of real numbers, the absolute value is the same and the sign is opposite). Also called alternation or skew symmetry. That is, assuming that the phase value corresponding to the wavelength ω0 in the spectral phase waveform is φ0, when the spectral phase waveform in the wavelength region smaller than the wavelength ω0 is inverted around the phase value φ0 and further inverted around the wavelength ω0, This means that it matches the spectral phase waveform in the wavelength region larger than the wavelength ω0.

更に、SLM16は、スペクトル強度波形G22の少なくとも半値全幅Wの波長範囲内において、パルス光Ldのスペクトル位相波形G21を単調増加または単調減少とする(以下、条件Bとする)。これらの条件A,Bを満たすスペクトル位相波形の一例として、図3にはシグモイド関数状のスペクトル位相波形が示されている。数式(1)は、シグモイド関数状のスペクトル位相波形Phase(ω)を表す。α、βは任意の実数である。

Figure 0006659339
Further, the SLM 16 makes the spectrum phase waveform G21 of the pulse light Ld monotonically increase or decrease (hereinafter, referred to as condition B) within the wavelength range of at least the full width at half maximum W of the spectrum intensity waveform G22. FIG. 3 shows a sigmoid function-like spectrum phase waveform as an example of a spectrum phase waveform satisfying these conditions A and B. Equation (1) represents a sigmoid function-like spectral phase waveform Phase (ω). α and β are arbitrary real numbers.
Figure 0006659339

図4(a)は、図3に示されたスペクトル位相波形G21及びスペクトル強度波形G22を有するパルス光Ldの時間波形(グラフG31)と、図15(b)に示されたTLパルスの時間波形(グラフG32)との比較を示す。また、図4(b)は、図4(a)のグラフG31の時間微分波形(グラフG41)と、図4(a)のグラフG32の時間微分波形(グラフG42)との比較を示す。図4(a)及び図4(b)(特に図4(b)を参照)に示されるように、立ち上がりに関してはパルス光Ldの時間微分の最大値がTLパルスの時間微分の最大値よりも大きくなっており、パルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻になっていることがわかる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの時間微分の最小値がパルス光Ldの時間微分の最小値よりも小さくなっており、TLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻になっている。なお、パルス時間幅に関しては、パルス光LdがTLパルスよりも僅かに長くなる。   FIG. 4A shows a time waveform (graph G31) of the pulse light Ld having the spectrum phase waveform G21 and the spectrum intensity waveform G22 shown in FIG. 3 and a time waveform of the TL pulse shown in FIG. (Graph G32) is shown. FIG. 4B shows a comparison between the time derivative waveform (graph G41) of the graph G31 in FIG. 4A and the time derivative waveform (graph G42) of the graph G32 in FIG. 4A. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) (particularly, see FIG. 4 (b)), with respect to the rise, the maximum value of the time derivative of the pulse light Ld is larger than the maximum value of the time derivative of the TL pulse. This indicates that the pulse light Ld is steeper than the TL pulse. On the other hand, regarding the fall, the minimum value of the time derivative of the TL pulse is smaller than the minimum value of the time derivative of the pulse light Ld, and the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. With respect to the pulse time width, the pulse light Ld is slightly longer than the TL pulse.

図5は、数式(1)のα、βの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。図中のグラフG51はα=0.51、β=1.96の場合を示し、グラフG52はα=2.01、β=0.96の場合を示し、グラフG53はα=29.01、β=0.81の場合を示す。本発明者は、α、βが少なくともこれらの値である場合に、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻になることを確認した。また、このシグモイド関数状のスペクトル位相波形によれば、パルス光Ldの傾きがTLパルスの傾きに比べて11%以上大きくなる条件(α、β)が存在することが見出された。   FIG. 5 is a graph showing an example of three spectral phase waveforms according to the combination of α and β in Expression (1). The graph G51 in the figure shows the case where α = 0.51, β = 1.96, the graph G52 shows the case where α = 0.01, β = 0.96, the graph G53 shows α = 29.01, The case where β = 0.81 is shown. The present inventor has confirmed that when α and β are at least these values, the rising edge of the pulse light Ld is steeper than that of the TL pulse. Further, according to this sigmoid function-like spectrum phase waveform, it was found that there was a condition (α, β) in which the slope of the pulse light Ld was 11% or more larger than the slope of the TL pulse.

なお、上記の例ではスペクトル強度波形G22の半値全幅Wの波長範囲内においてスペクトル位相波形が単調増加のシグモイド型位相となっており、この場合立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。逆に、半値全幅Wの波長範囲内においてスペクトル位相波形が単調減少であるシグモイド型位相の場合には、立ち下がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。   In the above example, the spectrum phase waveform has a monotonically increasing sigmoid type phase within the wavelength range of the full width at half maximum W of the spectrum intensity waveform G22. Become. Conversely, in the case of a sigmoid phase in which the spectral phase waveform is monotonically decreasing within the wavelength range of the full width at half maximum W, the pulse light Ld is steeper with respect to the fall than the TL pulse.

図6は、SLM16によってパルス光Ldに付与されるスペクトル位相波形の別の例を示すグラフである。この例においても図3と同様に、SLM16は、条件A,Bを満たすスペクトル位相波形を実現する。そのようなスペクトル位相波形の一例として、図6はn次関数状(nは正の奇数)のスペクトル位相波形G61,G62を示す。具体的には、グラフG61はn=3の場合を示し、グラフG62はn=5の場合を示す。数式(2)は、n次関数状のスペクトル位相波形Phase(ω)を表す。aは任意の実数である。

Figure 0006659339
FIG. 6 is a graph showing another example of the spectral phase waveform given to the pulse light Ld by the SLM 16. Also in this example, as in FIG. 3, the SLM 16 realizes a spectrum phase waveform satisfying the conditions A and B. As an example of such a spectral phase waveform, FIG. 6 shows spectral phase waveforms G61 and G62 having an n-th order function (n is a positive odd number). Specifically, a graph G61 shows a case where n = 3, and a graph G62 shows a case where n = 5. Equation (2) represents an n-th order function-like spectral phase waveform Phase (ω). a is an arbitrary real number.
Figure 0006659339

上記のようなa<0の場合のn次関数状のスペクトル位相波形によれば、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻となる。a>0の場合は、立ち上がりと立ち下がりの急峻度合いは逆転する。なお、パルス時間幅に関しては、パルス光LdがTLパルスよりも僅かに長くなる。   According to the spectrum phase waveform of the n-th order function when a <0 as described above, the rising edge of the pulse light Ld is steeper than that of the TL pulse. On the other hand, regarding the falling, the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. When a> 0, the steepness of the rise and fall is reversed. With respect to the pulse time width, the pulse light Ld is slightly longer than the TL pulse.

図7は、数式(2)のa、nの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。図中のグラフG71はa=−4.6×10-4、n=3の場合を示し、グラフG72はa=−2.0×10-6、n=5の場合を示し、グラフG73はa=−1.6×10-8、n=7の場合を示す。本発明者は、a、nが少なくともこれらの値である場合に、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻になることを確認した。また、このn次関数状のスペクトル位相波形によれば、パルス光Ldの傾きがTLパルスの傾きに比べて7%以上大きくなる条件(a、n)が存在することが見出された。 FIG. 7 is a graph showing an example of three spectral phase waveforms according to the combination of a and n in Expression (2). A graph G71 in the figure shows a case where a = −4.6 × 10 −4 and n = 3, a graph G72 shows a case where a = −2.0 × 10 −6 and n = 5, and a graph G73 shows The case where a = −1.6 × 10 −8 and n = 7 is shown. The present inventor has confirmed that, when a and n are at least these values, the pulse light Ld is steeper with respect to the rise than the TL pulse. Further, according to the n-th order function-like spectral phase waveform, it has been found that there is a condition (a, n) in which the slope of the pulse light Ld is 7% or more larger than the slope of the TL pulse.

図8は、SLM16によってパルス光Ldに付与されるスペクトル位相波形の更に別の例を示すグラフである。この例においても図3と同様に、SLM16は、条件A,Bを満たすスペクトル位相波形を実現する。そのようなスペクトル位相波形の一例として、図8はk次関数状(kは正の奇数を除く正の実数)のスペクトル位相波形を示す。具体的には、グラフG81はk=1.25の場合を示し、グラフG82はk=2.5の場合を示す。数式(3)は、k次関数状のスペクトル位相波形Phase(ω)を表す。aは任意の実数である。

Figure 0006659339
FIG. 8 is a graph showing still another example of the spectral phase waveform given to the pulse light Ld by the SLM 16. Also in this example, as in FIG. 3, the SLM 16 realizes a spectrum phase waveform satisfying the conditions A and B. As an example of such a spectral phase waveform, FIG. 8 shows a spectral phase waveform of a k-th order function (k is a positive real number excluding a positive odd number). Specifically, a graph G81 shows a case where k = 1.25, and a graph G82 shows a case where k = 2.5. Equation (3) represents a k-th order function-like spectral phase waveform Phase (ω). a is an arbitrary real number.
Figure 0006659339

上記のようなk次関数状のスペクトル位相波形G81,G82によれば、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻となる。なお、パルス時間幅に関しては、パルス光LdがTLパルスよりも僅かに長くなる。   According to the spectral phase waveforms G81 and G82 of the k-th order function as described above, the rising edge of the pulse light Ld is steeper than that of the TL pulse. On the other hand, regarding the falling, the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. With respect to the pulse time width, the pulse light Ld is slightly longer than the TL pulse.

図9は、数式(3)のa、kの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。図中のグラフG91はa=−1.13×10-2、k=2の場合を示し、グラフG92はa=−3.0×10-5、k=4の場合を示し、グラフG93はa=−1.7×10-3、k=2.5の場合を示す。本発明者は、a、kが少なくともこれらの値である場合に、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻になることを確認した。また、このk次関数状のスペクトル位相波形によれば、パルス光Ldの傾きがTLパルスの傾きに比べて17%以上大きくなる条件(a、k)が存在することが見出された。 FIG. 9 is a graph showing an example of three spectral phase waveforms according to the combination of a and k in Expression (3). A graph G91 in the figure shows a case where a = −1.13 × 10 −2 and k = 2, a graph G92 shows a case where a = −3.0 × 10 −5 and k = 4, and a graph G93 shows The case where a = −1.7 × 10 −3 and k = 2.5 is shown. The present inventor has confirmed that, when a and k are at least these values, the rising edge of the pulse light Ld is steeper than that of the TL pulse. In addition, according to the k-th order function-like spectral phase waveform, it has been found that there is a condition (a, k) in which the slope of the pulse light Ld is 17% or more larger than the slope of the TL pulse.

上記のようなa<0の場合のk次関数状のスペクトル位相波形によれば、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻となる。a>0の場合は、立ち上がりと立ち下がりの急峻度合いは逆転する。   According to the spectral phase waveform of the k-th order function in the case of a <0 as described above, the pulse light Ld is steeper with respect to the rise than the TL pulse. On the other hand, regarding the falling, the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. When a> 0, the steepness of the rise and fall is reversed.

図10は、SLM16によってパルス光Ldに付与されるスペクトル位相波形の更に別の例を示すグラフである。この例においても図3と同様に、SLM16は、条件A,Bを満たすスペクトル位相波形を実現する。そのようなスペクトル位相波形の一例として、図10は正弦関数状のスペクトル位相波形G101を示す。数式(4)は、正弦関数状のスペクトル位相波形Phase(ω)を表す。b,cは任意の実数である。

Figure 0006659339
FIG. 10 is a graph showing still another example of the spectral phase waveform given to the pulse light Ld by the SLM 16. Also in this example, as in FIG. 3, the SLM 16 realizes a spectrum phase waveform satisfying the conditions A and B. As an example of such a spectral phase waveform, FIG. 10 shows a sinusoidal spectral phase waveform G101. Equation (4) represents a sinusoidal spectral phase waveform Phase (ω). b and c are arbitrary real numbers.
Figure 0006659339

図10,図12のようなb>0の正弦関数状のスペクトル位相波形によれば、スペクトル強度波形G22の半値全幅Wの波長範囲内においてスペクトル位相波形が単調増加となっているので、このとき立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻となる。一方、b<0の場合は、立ち上がりと立ち下がりの急峻度合いは逆転する。なお、パルス時間幅に関しては、パルス光LdがTLパルスよりも僅かに長くなる。   According to the sinusoidal spectrum phase waveform of b> 0 as shown in FIGS. 10 and 12, the spectrum phase waveform monotonically increases within the wavelength range of the full width at half maximum W of the spectrum intensity waveform G22. Regarding the rise, the pulse light Ld is steeper than the TL pulse. On the other hand, regarding the falling, the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. On the other hand, when b <0, the steepness of the rise and fall is reversed. With respect to the pulse time width, the pulse light Ld is slightly longer than the TL pulse.

図11は、数式(4)のb、cの組み合わせに応じた3つのスペクトル位相波形の例を示すグラフである。図中のグラフG111はb=0.285、c=0.345の場合を示し、グラフG112はb=0.615、c=0.225の場合を示し、グラフG113はb=2.865、c=0.09の場合を示す。本発明者は、b,cが少なくともこれらの値である場合に、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻になることを確認した。また、この正弦関数状のスペクトル位相波形によれば、パルス光Ldの傾きがTLパルスの傾きに比べて11.3%以上大きくなる条件(b,c)が存在することが見出された。   FIG. 11 is a graph showing an example of three spectral phase waveforms according to the combination of b and c in Expression (4). The graph G111 in the figure shows the case where b = 0.285 and c = 0.345, the graph G112 shows the case where b = 0.615 and c = 0.225, and the graph G113 shows the case where b = 2.865. The case where c = 0.09 is shown. The present inventor has confirmed that when b and c are at least these values, the rising edge of the pulse light Ld is steeper than that of the TL pulse. Further, according to the sine function-like spectrum phase waveform, it was found that there was a condition (b, c) in which the slope of the pulse light Ld was larger than the slope of the TL pulse by 11.3% or more.

以上に説明した例では何れもスペクトル位相波形が曲線である場合を示したが、スペクトル位相波形は複数の区間に分けて線形近似されてもよく、その場合であってもパルス光Ldの傾きを急峻化することができる。その一例として、図12は、図3に示されたシグモイド関数状のスペクトル位相波形(α=0.51、β=1.96)を3つの区間に区切り、各区間において直線近似したときのスペクトル位相波形G121を示す。なお、この例においても図3と同様に、スペクトル位相波形G121は条件A,Bを満たしている。数式(5)は、シグモイド関数の線形近似型のスペクトル位相波形Phase(ω)を表す。y0,y1,bは任意の実数である。図12のグラフG121はy0=0、y1=1.96、b=0.199の場合を示している。

Figure 0006659339
In each of the examples described above, the case where the spectral phase waveform is a curve is shown. However, the spectral phase waveform may be linearly approximated by dividing it into a plurality of sections. It can be sharpened. As an example, FIG. 12 shows a spectrum obtained by dividing the sigmoid function-like spectrum phase waveform (α = 0.51, β = 1.96) shown in FIG. 3 into three sections and performing linear approximation in each section. 19 shows a phase waveform G121. Note that, also in this example, the spectrum phase waveform G121 satisfies the conditions A and B as in FIG. Equation (5) represents a spectral phase waveform Phase (ω) of a linear approximation type of a sigmoid function. y0, y1, b are arbitrary real numbers. A graph G121 in FIG. 12 shows a case where y0 = 0, y1 = 1.96, and b = 0.199.
Figure 0006659339

上記のようなシグモイド関数状を直線近似したスペクトル位相波形によれば、スペクトル強度波形G22の半値全幅Wの波長範囲内においてスペクトル位相波形が単調増加となる。このとき、立ち上がりに関してパルス光Ldの方がTLパルスよりも急峻となる。一方、立ち下がりに関してはTLパルスの方がパルス光Ldよりも急峻となる。なお、パルス時間幅に関しては、パルス光LdがTLパルスよりも僅かに長くなる。   According to the spectrum phase waveform obtained by linearly approximating the sigmoid function as described above, the spectrum phase waveform monotonically increases within the wavelength range of the full width at half maximum W of the spectrum intensity waveform G22. At this time, regarding the rising, the pulse light Ld is steeper than the TL pulse. On the other hand, regarding the falling, the TL pulse is steeper than the pulse light Ld. With respect to the pulse time width, the pulse light Ld is slightly longer than the TL pulse.

スペクトル位相波形は上記の各例に限られるものではなく、例えば、シグモイド関数(図3を参照)、n次関数(図6を参照)、k次関数(図8を参照)、正弦関数(図10を参照)、及びこれらの線形近似関数のうち少なくとも2つの関数の線形和に応じた形状であってもよい。また、例えばマルチパルスを生成可能とするような位相パターンと、急峻化を可能とする上記位相パターンとの和であっても良い。このような場合であっても、立ち上がり若しくは立ち下がりに関してパルス光LdをTLパルスよりも急峻とすることができる。   The spectral phase waveform is not limited to each of the above examples. For example, a sigmoid function (see FIG. 3), an n-th function (see FIG. 6), a k-th function (see FIG. 8), a sine function (see FIG. 10), and a shape corresponding to a linear sum of at least two of these linear approximation functions. Further, for example, the sum may be the sum of a phase pattern that enables generation of a multi-pulse and the phase pattern that enables steepening. Even in such a case, the pulse light Ld can be steeper than the TL pulse with respect to the rise or fall.

ここで、パルス光生成装置1Aを用いたパルス光生成方法について、図13に示されるフローチャートを参照しながら説明する。まず、入力光Laを分光素子12によって分光する(第1ステップS1)。次に、分光後の光Lbの位相をSLM16によって変調する(第2ステップS2)。続いて、変調後の光Lcを分光素子12によってパルス光Ldに変換する(第3ステップS3)。第2ステップS2では、パルス光Ldのスペクトル位相波形が、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称となるとともに(条件A)、パルス光Ldのスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅Wの波長範囲内において単調増加または単調減少となる(条件B)ように、光Lbの位相を変調する。   Here, a pulse light generation method using the pulse light generation device 1A will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the input light La is split by the spectroscopic element 12 (first step S1). Next, the phase of the split light Lb is modulated by the SLM 16 (second step S2). Subsequently, the modulated light Lc is converted into pulsed light Ld by the spectroscopic element 12 (third step S3). In the second step S2, the spectral phase waveform of the pulsed light Ld is nonlinear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0 (condition A), and is monotonic within at least the wavelength range of the full width at half maximum W of the spectral intensity waveform of the pulsed light Ld. The phase of the light Lb is modulated so as to increase or monotonically decrease (condition B).

以上に説明した本実施形態のパルス光生成装置1A及びパルス光生成方法によって得られる効果について説明する。本発明者は、パルス光の時間強度波形の立ち上がり又は立ち下がりをTLパルスよりも急峻にするために、TLパルスではフラットであったスペクトル位相波形を様々な形状にすることを試みた。その結果、スペクトル位相波形が前述した条件A,Bの双方を満たす場合に、パルス光の時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方がTLパルスよりも急峻となり、他方がTLパルスよりも緩やかになることを見出した。   Effects obtained by the pulse light generation device 1A and the pulse light generation method of the present embodiment described above will be described. The inventor tried to make the spectrum phase waveform flat in the TL pulse into various shapes in order to make the rise or fall of the time intensity waveform of the pulse light steeper than the TL pulse. As a result, when the spectrum phase waveform satisfies both the conditions A and B described above, one of the rise and fall of the time intensity waveform of the pulse light becomes steeper than the TL pulse and the other becomes gentler than the TL pulse. I found that.

本実施形態のパルス光生成装置1A及びパルス光生成方法によれば、パルス光Ldが条件A,Bを満たすようにSLM16が光Lbの位相変調を行うので、パルス光Ldの時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方をTLパルスよりも急峻にできる。これにより、非線形光学効果を更に顕著に生じさせることが可能となる。なお、数値計算の結果、本実施形態によればパルス光Ldの時間強度波形の傾きをTLパルス光と比較して10〜17%程度大きくできることが確かめられた。   According to the pulse light generation device 1A and the pulse light generation method of the present embodiment, since the SLM 16 performs the phase modulation of the light Lb so that the pulse light Ld satisfies the conditions A and B, the rise of the time intensity waveform of the pulse light Ld And the falling edge can be steeper than the TL pulse. As a result, the nonlinear optical effect can be more remarkably generated. As a result of the numerical calculation, it was confirmed that according to the present embodiment, the gradient of the time intensity waveform of the pulse light Ld can be increased by about 10 to 17% as compared with the TL pulse light.

本実施形態による効果の例としては、THz(テラヘルツ)光の高効率発生が挙げられる。THz光の発生方法として例えば光伝導アンテナを用いる場合を考えると、一般的にTHz光の時間波形あるいはそのスペクトルは、電流密度Jpc(t)及び光伝導率σ(t)の時間変化によって決まる。光伝導率σ(t)の時間変化はパルス光の強度プロファイルI(t)に基づいて決まるので、パルス光の時間波形の急峻さはTHz光の発生強度向上およびスペクトル帯域拡大に寄与すると考えられる。また、非線形光学結晶を用いてTHz光を発生させる場合においても、そのTHz光の発生強度は、強度プロファイルI(t)の二階微分に比例するので、パルス光の時間波形の急峻さは、上記と同様にTHz光の発生強度向上およびスペクトル帯域拡大に寄与すると考えられる。なお、他の非線形光学効果を用いる様々な技術(レーザ加工、レーザ顕微鏡計測など)においても更なる高効率化、高精度化が期待される。   As an example of the effect of the present embodiment, high efficiency generation of THz (terahertz) light is given. Considering, for example, the case where a photoconductive antenna is used as a method of generating THz light, the time waveform or spectrum of the THz light is generally determined by the current density Jpc (t) and the temporal change of the photoconductivity σ (t). Since the temporal change of the photoconductivity σ (t) is determined based on the intensity profile I (t) of the pulsed light, it is considered that the steepness of the time waveform of the pulsed light contributes to the improvement of the generation intensity of THz light and the expansion of the spectrum band. . Further, even when the THz light is generated using the nonlinear optical crystal, the generation intensity of the THz light is proportional to the second derivative of the intensity profile I (t). It is considered that this contributes to the improvement of the generation intensity of THz light and the expansion of the spectrum band in the same manner as described above. It should be noted that various technologies using other nonlinear optical effects (laser processing, laser microscope measurement, etc.) are expected to achieve higher efficiency and higher accuracy.

また、本実施形態のように、波長ω0は、半値全幅Wの波長範囲内に含まれてもよい。これにより、パルス光Ldの時間強度波形の立ち上がり及び立ち下がりの一方を、より確実に、TLパルスよりも急峻にできる。   Further, as in the present embodiment, the wavelength ω0 may be included in the wavelength range of the full width at half maximum W. Thereby, one of the rise and fall of the time intensity waveform of the pulse light Ld can be more reliably made steeper than the TL pulse.

(変形例)
図14は、上記実施形態の一変形例に係るパルス光生成装置1Bの構成を示す。このパルス光生成装置1Bにおいて上記実施形態と異なる点は、光変換素子の形態である。すなわち、上記実施形態では分光素子12が変調後の光Lcを受けてパルス光Ldに変換しているが、本変形例のパルス光生成装置1Bは、SLM16と光学的に結合されて変調後の光Lcをパルス光Ldに変換する光変換素子18を更に備えている。なお、このような光変換素子18は、例えば集光レンズを含むことによって好適に実現される。
(Modification)
FIG. 14 shows a configuration of a pulse light generation device 1B according to a modification of the above embodiment. This pulse light generation device 1B is different from the above embodiment in the form of a light conversion element. That is, in the above embodiment, the spectroscopic element 12 receives the modulated light Lc and converts it into the pulsed light Ld. However, the pulsed light generation device 1B of this modified example is optically coupled to the SLM 16 and It further includes a light conversion element 18 that converts light Lc into pulsed light Ld. In addition, such a light conversion element 18 is suitably realized by including, for example, a condenser lens.

本発明によるパルス光生成装置及びパルス光生成方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では条件A,Bを満たすスペクトル位相波形の例としてシグモイド関数等を示したが、本発明のスペクトル位相波形は上述した各形状に限られず、条件A,Bを満たす様々な波形を採用できる。   The pulse light generation device and the pulse light generation method according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, in the above embodiment, a sigmoid function or the like is shown as an example of the spectrum phase waveform that satisfies the conditions A and B. Can be adopted.

1A,1B…パルス光生成装置、2…光源、10…光学系、12…分光素子、14…曲面ミラー、17…変調面、17a…変調領域、18…光変換素子、20…制御部、La…入力光、Lc…変調光、Ld…パルス光、W…半値全幅。   1A, 1B: pulse light generation device, 2: light source, 10: optical system, 12: spectral element, 14: curved mirror, 17: modulation surface, 17a: modulation area, 18: light conversion element, 20: control unit, La ... input light, Lc ... modulated light, Ld ... pulsed light, W ... full width at half maximum.

Claims (15)

光を分光する分光素子と、
前記分光素子と光学的に結合され、分光後の光の位相を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器と光学的に結合され、変調後の光をパルス光に変換する光変換素子と、を備え、
前記空間光変調器は、前記パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、前記パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、前記パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、前記パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、前記波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする、パルス光生成装置。
A light-splitting element for splitting light;
A spatial light modulator that is optically coupled to the spectroscopic element and modulates the phase of the light after the spectroscopy;
An optical conversion element that is optically coupled to the spatial light modulator and converts the modulated light into pulsed light,
The spatial light modulator sets the spectral phase waveform of the pulse light to be nonlinear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0, and when the rising of the pulse light is steep , At least in the wavelength range of the full width at half maximum, the spectral phase waveform of the pulse light is one of monotone increase and monotone decrease , and when the fall of the pulse light is steep, the spectrum of the pulse light in the wavelength range A pulsed light generation device, wherein the phase waveform is the other of monotonically increasing and monotonically decreasing .
光を分光する分光素子と、
前記分光素子と光学的に結合され、分光後の光の位相を変調する空間光変調器と、を備え、
前記分光素子は、変調後の光を受けてパルス光に変換し、
前記空間光変調器は、前記パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、前記パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、前記パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、前記パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、前記波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする、パルス光生成装置。
A light-splitting element for splitting light;
A spatial light modulator that is optically coupled to the spectral element and modulates the phase of the light after the spectral separation,
The spectroscopic element receives the modulated light and converts it into pulsed light,
The spatial light modulator sets the spectral phase waveform of the pulse light to be nonlinear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0, and when the rising of the pulse light is steep , At least in the wavelength range of the full width at half maximum, the spectral phase waveform of the pulse light is one of monotone increase and monotone decrease , and when the fall of the pulse light is steep, the spectrum of the pulse light in the wavelength range A pulsed light generation device, wherein the phase waveform is the other of monotonically increasing and monotonically decreasing .
前記波長ω0は、前記半値全幅の波長範囲内に含まれる、請求項1または2に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to claim 1, wherein the wavelength ω0 is included in a wavelength range of the full width at half maximum. 前記スペクトル位相波形がシグモイド関数状である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to claim 1, wherein the spectrum phase waveform has a sigmoid function. 前記スペクトル位相波形がn次関数状(nは正の奇数)である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the spectrum phase waveform is an n-th order function (n is a positive odd number). 前記スペクトル位相波形がk次関数状(kは正の奇数を除く正の実数)である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the spectrum phase waveform is a k-th order function (k is a positive real number excluding a positive odd number). 前記スペクトル位相波形が、シグモイド関数、n次関数(nは正の奇数)、及びk次関数(kは正の奇数を除く正の実数)のうち少なくとも2つの関数の線形和に応じた形状である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。   The spectral phase waveform has a shape corresponding to a linear sum of at least two functions of a sigmoid function, an n-th function (n is a positive odd number), and a k-th function (k is a positive real number excluding a positive odd number). The pulse light generation device according to any one of claims 1 to 3. 前記分光素子が回折格子またはプリズムを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to any one of claims 1 to 7, wherein the dispersive element includes a diffraction grating or a prism. 前記光変換素子が集光レンズを含む、請求項1に記載のパルス光生成装置。   The pulse light generation device according to claim 1, wherein the light conversion element includes a condenser lens. 光を分光する第1ステップと、
分光後の光の位相を変調する第2ステップと、
変調後の光をパルス光に変換する第3ステップと、を含み、
前記第2ステップによって、前記パルス光のスペクトル位相波形を、非線形且つ或る波長ω0に関して点対称とするとともに、前記パルス光の立ち上がりを急峻とする場合には、前記パルス光のスペクトル強度波形の少なくとも半値全幅の波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち一方とし、前記パルス光の立ち下がりを急峻とする場合には、前記波長範囲内において前記パルス光のスペクトル位相波形を単調増加及び単調減少のうち他方とする、パルス光生成方法。
A first step of dispersing light;
A second step of modulating the phase of the separated light;
Converting the modulated light into pulsed light; and
In the second step, when the spectral phase waveform of the pulse light is nonlinear and point-symmetric with respect to a certain wavelength ω0, and the rising of the pulse light is steep , at least the spectral intensity waveform of the pulse light is When the spectral phase waveform of the pulse light is one of monotonically increasing and monotonically decreasing within the full width at half maximum and the falling edge of the pulse light is steep, the spectral phase of the pulse light is within the wavelength range. A pulsed light generation method in which the waveform is the other of a monotone increase and a monotone decrease .
前記波長ω0は、前記半値全幅の波長範囲内に含まれる、請求項10に記載のパルス光生成方法。   The pulse light generation method according to claim 10, wherein the wavelength ω0 is included in a wavelength range of the full width at half maximum. 前記スペクトル位相波形がシグモイド関数状である、請求項10または11に記載のパルス光生成方法。   The pulse light generation method according to claim 10, wherein the spectrum phase waveform has a sigmoid function. 前記スペクトル位相波形がn次関数状(nは正の奇数)である、請求項10または11に記載のパルス光生成方法。   The pulse light generation method according to claim 10, wherein the spectrum phase waveform has an n-th order function shape (n is a positive odd number). 前記スペクトル位相波形がk次関数状(kは正の奇数を除く正の実数)である、請求項10または11に記載のパルス光生成方法。   The pulse light generation method according to claim 10, wherein the spectral phase waveform is a k-th order function (k is a positive real number excluding a positive odd number). 前記スペクトル位相波形が、シグモイド関数、n次関数(nは正の奇数)、及びk次関数(kは正の奇数を除く正の実数)のうち少なくとも2つの関数の線形和に応じた形状である、請求項10または11に記載のパルス光生成方法。   The spectral phase waveform has a shape corresponding to a linear sum of at least two functions of a sigmoid function, an n-th function (n is a positive odd number), and a k-th function (k is a positive real number excluding a positive odd number). The pulse light generation method according to claim 10 or 11, wherein
JP2015242172A 2015-12-11 2015-12-11 Pulse light generation device and pulse light generation method Active JP6659339B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015242172A JP6659339B2 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Pulse light generation device and pulse light generation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015242172A JP6659339B2 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Pulse light generation device and pulse light generation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017107123A JP2017107123A (en) 2017-06-15
JP6659339B2 true JP6659339B2 (en) 2020-03-04

Family

ID=59060673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015242172A Active JP6659339B2 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Pulse light generation device and pulse light generation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6659339B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05113588A (en) * 1991-10-23 1993-05-07 Olympus Optical Co Ltd Image input device and image data processor using the same
US5689361A (en) * 1996-01-22 1997-11-18 Lucent Technologies Inc. Apparatus and method for femtosecond pulse compression based on selective attenuation of a portion of an input power spectrum
US7450618B2 (en) * 2001-01-30 2008-11-11 Board Of Trustees Operating Michigan State University Laser system using ultrashort laser pulses
JP2007041310A (en) * 2005-08-03 2007-02-15 Hamamatsu Photonics Kk Fiber laser device
US8223298B2 (en) * 2009-06-18 2012-07-17 Raytheon Company LCD based polarization, phase and amplitude spatial light modulator
CN101592842B (en) * 2009-07-03 2010-09-01 湖南大学 Optical path system for wideband laser pulse high-efficiency harmonic conversion
JP6290697B2 (en) * 2014-04-22 2018-03-07 浜松ホトニクス株式会社 Waveform measurement device and pulsed light generation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017107123A (en) 2017-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107533246B (en) Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
US10218141B2 (en) Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
JP7394763B2 (en) AM/FM seeds for nonlinear spectral compression fiber amplifiers
EP3951337A1 (en) Dispersion measuring device, pulse light source, dispersion measuring method, and dispersion compensating method
CN109643029B (en) Data creation device, light control device, data creation method, and data creation program
JP6659339B2 (en) Pulse light generation device and pulse light generation method
JP7154125B2 (en) Data creation device, light control device, data creation method, and data creation program
JP7333457B2 (en) Data creation device, light control device, data creation method, and data creation program
Flemens et al. Single-cycle or arbitrarily shaped octave-spanning mid-infrared pulses: Intrinsic and extrinsic pulse shaping in adiabatic frequency conversion
Kalyoncu et al. Fast arbitrary waveform generation by using digital micromirror arrays
JP7149857B2 (en) Data creation device, light control device, data creation method, and data creation program
EP4194840A1 (en) Dispersion measurement device and dispersion measurement method
WO2023074379A1 (en) Data creation device, optical control device, target intensity spectrogram creation device, data creation method, target intensity spectrogram creation method, data creation program, and target intensity spectrogram creation program
JP4463707B2 (en) Optical pulse generator
JP2023144445A (en) Terahertz wave generation device, terahertz wave imaging device, and terahertz wave generation method
WO2022249658A1 (en) Dispersion measurement device and dispersion measurement method
US11022938B2 (en) Data generating device, light control device, data generating method, and computer-readable recording medium
WO2022249659A1 (en) Dispersion measuring device, and dispersion measuring method
Tainta et al. Optical signal processing with electrooptic modulators and dispersion
JP2005156851A (en) Method and device for generating side band of wide band light

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180912

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190930

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200206

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6659339

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250