JP7333457B2 - データ作成装置、光制御装置、データ作成方法、及びデータ作成プログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る光制御装置1Aの構成を概略的に示す図である。図2は、光制御装置1Aが備える光学系10の構成を示す図である。本実施形態の光制御装置1Aは、入力光Laから、該入力光Laとは異なる任意の時間強度波形を有する出力光Ldを生成する。図1に示されるように、光制御装置1Aは、光源2、光学系10、及び変調パターン算出装置(データ作成装置)20を備える。
添え字kは、第k回目のフーリエ変換処理後を表す。最初(第1回目)のフーリエ変換処理の前においては、強度スペクトル関数Ak(ω)として上記の初期強度スペクトル関数Ak=0(ω)が用いられる。iは虚数である。
続いて、初期個体生成部25aは、上記関数(7)に含まれる位相スペクトル関数Ψk(ω)を拘束するため、初期の位相スペクトル関数Ψ0(ω)に置き換える(第2の置き換え、図中の処理番号(8))。
初期個体生成部25aは、上記関数(7)に含まれる強度スペクトル関数Ck(ω)を、上記数式(9)によるフィルタ処理後の強度スペクトル関数Ak(ω)に置き換える。また、Ck(ω)に任意の係数を乗じた関数C’k(ω)を定義して、カットオフ強度を相対的に変化させる方法を用いても良い(図中の処理番号(9))。
ここで、mは個体番号を表し、m=1,2,・・・,Mである。Bm(ω)は強度スペクトル関数AIFTA(ω)に変化を与える確率関数である。この確率関数Bm(ω)を適切に設定することにより、強度スペクトル関数AIFTA(ω)に準じた適切な第1世代の個体A1(ω)~AM(ω)を生成することができる。
を、時間強度波形関数I1(t)~IM(t)それぞれと、時間位相波形関数Φ1(t)~ΦM(t)それぞれとを含む時間領域のM個の波形関数(13)
に変換する。これらの波形関数(13)は、本実施形態における第2波形関数である。そして、評価値算出部26は、時間強度波形関数I1(t)~IM(t)それぞれと所望の時間強度波形T(t)(=Target0(t))との相違の度合いを示すM個の評価値を算出する。例えば、評価値算出部26は、所望の時間強度波形T(t)に対する時間強度波形関数I1(t)~IM(t)それぞれの標準偏差を評価値として算出する。このとき、所望の時間強度波形T(t)と時間強度波形関数I1(t)~IM(t)との間にエネルギー差が存在すると、このエネルギー差に起因して評価値が変動してしまう。本実施形態では、このエネルギー差を補償するために、探査型評価関数を導入する。具体的には、評価値算出部26は、次の数式(14)で表されるように、時間強度波形関数I1(t)~IM(t)それぞれと、所望の時間位相波形を表す関数T(t)に係数α1~αMそれぞれを乗じたものとの相違の度合いを示すM個の評価値を算出する。
係数α1~αMは、係数α1~αMの乗算前と比較して、各評価値が良好になる値を有する。数式(14)は、評価値の一例として、所望の時間位相波形を表す関数T(t)に係数α1~αMを乗じたものに対する、時間強度波形関数I1(t)~IM(t)の標準偏差を示している。この例では、各標準偏差が最小値をとるように、α1~αMを変化させる。そして、標準偏差の最小値σmin1~σminMそれぞれを、時間強度波形関数I1(t)~IM(t)それぞれの評価値とする。
図19は、本発明の第2実施形態に係る光制御装置1Bの構成を概略的に示す図である。本実施形態の光制御装置1Bは、入力光Laから、時間間隔をあけて並ぶ複数の光パルスを含む光パルス列を出力光Ldとして生成する。光パルス列は、複数の光パルスLP1~LPN(Nは2以上の整数)を含む。各光パルスLP1~LPNは、例えば100fs以下といった極めて短い時間幅を有する。各光パルスLP1~LPNの出現タイミングは任意であり、隣接する直前の光パルスとの時間間隔は、各光パルスLP2~LPNにおいて互いに等しくてもよく、異なってもよい。また、各光パルスLP2~LPNのピーク強度は互いに等しくてもよく、異なってもよい。
上記実施形態の変調パターン算出装置20、変調パターン算出方法、及び変調パターン算出プログラムは、時間パルス整形に代表される強度スペクトル変調パターン(1次元パターン)の設計に限らず、例えばビーム強度分布整形に代表される、2次元強度変調パターンの設計にも用いられ得る。言い換えると、例えばホログラムといった、所望の強度パターンと光学的フーリエ変換の関係にあるような領域にあるパターンの強度分布の設計にも用いられ得る。
Claims (9)
- 空間光変調器を制御するデータを作成する装置であって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル設計部と、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル設計部において生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成部と、を備え、
前記強度スペクトル設計部は、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定部と、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出部と、
前記評価値の優良さに基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定部と、
前記個体選定部において選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成部と、を有し、
前記評価値算出部、前記個体選定部、及び前記次世代生成部は、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら処理を繰り返し、前記強度スペクトル設計部は、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成し、
少なくとも一部の世代において、前記個体選定部において選定される前記二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、
前記第1の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも優れており、
前記第2の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っており、
一部の世代においてのみ、前記個体選定部において選定される前記二以上の個体が前記第2の個体群を含み、
前記一部の世代は、各個体の前記評価値が一旦収束した後の世代である、データ作成装置。 - 前記第2の個体群の前記評価値の平均は、前記評価値の平均が第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っている全ての個体群の中で最も優れている、請求項1に記載のデータ作成装置。
- 前記初期値設定部は、前記第1世代の複数の個体を生成する初期個体生成部を含み、
前記初期個体生成部は、
前記強度スペクトル関数A(ω)及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を含む周波数領域の第3波形関数に対するフーリエ変換と、該フーリエ変換後の時間領域における前記所望の時間強度波形に基づく時間強度波形関数の第1の置き換えと、前記第1の置き換え後に行う逆フーリエ変換と、該逆フーリエ変換後の前記周波数領域における、前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を拘束するための第2の置き換えと、を反復して行うことによって強度スペクトル関数AIFTA(ω)を生成し、該強度スペクトル関数AIFTA(ω)を変化させることにより前記第1世代の複数の個体を生成する、請求項1または2に記載のデータ作成装置。 - 前記評価値算出部は、前記時間強度波形関数と、前記所望の時間位相波形を表す関数に係数を乗じたものとの相違の度合いを示す前記評価値を各第2波形関数毎に算出し、
前記係数は、該係数の乗算前と比較して、乗算後の前記評価値が良好になる値を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のデータ作成装置。 - 入力光を出力する光源と、
前記入力光を分光する分光素子と、
分光後の前記入力光の強度スペクトルを変調し、変調光を出力する空間光変調器と、
前記変調光を集光する光学系と、
を備え、
前記空間光変調器は、請求項1~4のいずれか一項に記載のデータ作成装置により作成された前記データに基づいて前記入力光の強度スペクトルを変調する、光制御装置。 - 空間光変調器を制御するデータを作成する方法であって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、を含み、
前記強度スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成し、
少なくとも一部の世代において、前記個体選定ステップにおいて選定される前記二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、
前記第1の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも優れており、
前記第2の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っており、
一部の世代においてのみ、前記個体選定ステップにおいて選定される前記二以上の個体が前記第2の個体群を含み、
前記一部の世代は、各個体の前記評価値が一旦収束した後の世代である、データ作成方法。 - 前記第2の個体群の前記評価値の平均は、前記評価値の平均が第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っている全ての個体群の中で最も優れている、請求項6に記載のデータ作成方法。
- 空間光変調器を制御するデータを作成するプログラムであって、
所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成する強度スペクトル関数生成ステップと、
位相スペクトル関数Ψ(ω)と、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて生成された前記強度スペクトル関数A(ω)とに基づいて、前記データを作成するデータ生成ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記強度スペクトル関数生成ステップは、
前記強度スペクトル関数A(ω)の第1世代の複数の個体、及び前記位相スペクトル関数Ψ(ω)を設定する初期値設定ステップと、
第n世代(nは1以上の整数)の複数の個体それぞれと前記位相スペクトル関数Ψ(ω)とを含む周波数領域の複数の第1波形関数それぞれを、時間強度波形関数及び時間位相波形関数を含む時間領域の複数の第2波形関数それぞれに変換し、前記時間強度波形関数と前記所望の時間強度波形との相違の度合いを示す評価値を各第2波形関数毎に算出する評価値算出ステップと、
前記評価値に基づいて、第n世代の複数の個体の中から第(n+1)世代の複数の個体の生成に用いられる二以上の個体を選定する個体選定ステップと、
前記個体選定ステップにおいて選定された前記二以上の個体に基づいて第(n+1)世代の複数の個体を生成する次世代生成ステップと、を有し、
前記評価値算出ステップ、前記個体選定ステップ、及び前記次世代生成ステップを、所定の条件が満たされるまでnを1ずつ加算しながら繰り返し、前記強度スペクトル関数生成ステップにおいて、前記所定の条件が満たされた場合の第n世代の複数の個体から、前記所望の時間強度波形に適した強度スペクトル関数A(ω)を生成し、
少なくとも一部の世代において、前記個体選定ステップにおいて選定される前記二以上の個体は、少なくとも一つの個体からなる第1の個体群と、少なくとも一つの別の個体からなる第2の個体群とを含み、
前記第1の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも優れており、
前記第2の個体群の前記評価値の平均は、第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っており、
一部の世代においてのみ、前記個体選定ステップにおいて選定される前記二以上の個体が前記第2の個体群を含み、
前記一部の世代は、各個体の前記評価値が一旦収束した後の世代である、データ作成プログラム。 - 前記第2の個体群の前記評価値の平均は、前記評価値の平均が第n世代の複数の個体の前記評価値の平均よりも劣っている全ての個体群の中で最も優れている、請求項8に記載のデータ作成プログラム。
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