JP2000187167A - Wide band spatial optical phase modulator - Google Patents
Wide band spatial optical phase modulatorInfo
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Abstract
Description
【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 wide-band spatial light phase modulator, and more particularly, to a pulse width ranging from about femtoseconds ( 10-15 seconds) to picoseconds ( 10-12 seconds).
A wide-band spatial light phase modulator suitable for use in compressing the pulse width of a short pulse laser beam, for example, X
The intensity of the excitation laser required to generate soft X-ray coherent light, which is the light source of the X-ray microscope, is increased, the pulse is shortened, or when processing difficult-to-process materials using ablation, various wavelengths are used. Broadband spatial light phase modulation suitable for manipulating the pulse waveform of laser light into an arbitrary shape or using high-intensity short-pulse laser light for creating new materials by ultrafast chemical reactions About the vessel.
【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 using high-intensity short-pulse laser light such as a titanium-sapphire laser, a technique of compressing the pulse width has been 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, it is essential that a short pulse laser beam having a pulse width on the order of femtoseconds to picoseconds has a wide spectrum width in inverse proportion to the pulse width. In, there is a need for a pulse compression technique for controlling the phase of each wavelength component of 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 beam is extended by chromatic dispersion when transmitted or propagated through 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。[0005] For this reason, as a method of generating a short-pulse laser beam by compressing a pulse having a wide spectrum as described above, but having a pulse width not sufficiently compressed, there is a method of transmitting through a substance, Alternatively, various techniques have been proposed as a technique for recompressing the pulse width of a short pulse laser beam that has been extended during propagation or returning to the original pulse width. It is known to use a prism pair composed of the above-described prisms, a diffraction grating pair composed of two diffraction gratings, a chirp mirror, a spatial light phase modulator using liquid crystal, or the like.
【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 composed of two prisms and a diffraction grating pair composed of two diffraction gratings, dispersion compensation is performed by using such a prism pair and a diffraction grating pair, so that a short pulse laser beam can be obtained. Is intended to compress the extended pulse width.
【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, using a prism pair, a short pulse
When the pulse width of the laser light is compressed, there is a problem that only low-order dispersion in 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, in the case where the pulse width of the short pulse laser beam is compressed by using the prism pair, when the power intensity of the short pulse laser beam increases, the short pulse laser beam passes through the prism pair. Another problem is that the pulse width is extended again by 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 by 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 above-described prism pair. There has been 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 beam is compressed by using a diffraction grating pair composed of two diffraction gratings, the loss of the short pulse laser beam 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 light after the compression of the pulse width 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 technique for solving the problems of the above-mentioned prism pair and diffraction grating pair which has been known in recent years is a dispersion compensation 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 beam is compressed using the chirp mirror, the wavelength range of the short-pulse laser beam is limited by 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 in 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 chirp mirrors which can be used at present, only those used in a wavelength range from a visible region to a near-infrared region have been manufactured. In addition, a short-pulse mirror using a spatial light phase modulator using liquid crystal is used. When the pulse width of the laser light is compressed, there is a problem that it cannot be used for a short pulse laser light having a high peak power because the optical damage threshold of the 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 a pulse width of a short pulse laser beam is compressed by using a spatial light phase modulator using a liquid crystal, it is limited to a range from a visible region to a near infrared region due to the optical properties of the liquid crystal. However, 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 broad spectrum but a pulse width not sufficiently compressed, or to transmit or propagate through a substance. The pulse width of the short pulse laser beam
Wideband spatial light phase modulator using known prism pairs, diffraction grating pairs, chirped mirrors or liquid crystals used to compress to return to the original unstretched pulse width before transmitting or propagating through the material All 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, the problems are that the pulse width is re-extended by self-phase modulation of the short pulse laser beam in the prism pair, the energy of the short pulse laser beam is reduced after the pulse width compression in the diffraction grating pair, the prism pair and Low-order dispersion compensation in a diffraction grating pair, limitations on the usable wavelength range in a chirped mirror and a liquid crystal-based spatial light phase modulator, and restrictions on the usable laser light power in a liquid crystal-based spatial light phase modulator. 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 broad spectrum but a pulse width not sufficiently compressed, or transmitting or propagating through a substance. The pulse width of the short pulse laser beam
As a method of compressing to return to the original non-stretched pulse width before transmitting or propagating a substance, various methods have been conventionally proposed as described above, but precise control of dispersion compensation is required. There are problems that it is difficult, that it cannot be used in a wide wavelength range, and that it cannot be used irrespective of the strength of the laser light.
【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 above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to generate a short pulse laser beam. In addition, when recompressing the pulse width of a short pulse laser beam that has been extended while transmitting or propagating through a substance, dispersion compensation can be precisely controlled, and a wide range can be obtained. It is an object of the present invention to provide a wide-band spatial light phase modulator which can be used in a wavelength region and can be used regardless of the power 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。SUMMARY OF THE INVENTION 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 transmissive material and the parallel plane plates are aligned and supported in a spatially movable state. And an inclination changing means for changing the inclination of the plane-parallel 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 "plurality of parallel plane plates made of optically transmissive material" corresponds to the "parallel plane plate 18" in the section of "Embodiments of the Invention", and the "support means" described above. Corresponds to the “supporting column 12”, the “shaft 14” and the “bearing cylinder 16” in the section of “Embodiment of the Invention”, and the above-mentioned “inclination changing means” corresponds to the section of “Embodiment of the Invention”. This 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。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the parallel flat 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 based on the idea that a solid material is suitable for constituting 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。According to a third aspect of the present invention, in accordance with the first aspect of the present invention, the inclination changing means is provided for each of the parallel plane plates. The parallel plane plates are independently and arbitrarily tilted by the tilt changing means, so that the laser light passing through each of the parallel plane plates has an independent and arbitrary phase. It is intended to give a 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 a laser beam transmitted through each of the parallel plane plates is provided. By giving independent and arbitrary phase changes to the light, spatial phase modulation is given to the light transmitted across 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。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the invention according to any one of the first, second or third aspects of the present invention, further comprising a laser beam incident on the parallel plane plate. It has wavelength dispersion means for wavelength-dispersing light, and when the laser light of each wavelength wavelength-dispersed of the laser light incident by the wavelength dispersion means is incident on the parallel plane plate, independent of each wavelength component and By giving an arbitrary phase change, compression of the pulse width, extension of the pulse width, or control of the pulse waveform are performed.
【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 fourth aspect of the present invention, the laser light incident on the plane-parallel plate is dispersed into the 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, 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, there is provided the invention according to any one of the first, second or third aspects of the present invention, further comprising a laser beam transmitted through the plane-parallel plate. It has a light condensing means for condensing, and the laser light transmitted through the parallel plane plate is condensed on the surface of the solid material by the light condensing means, thereby finely processing a periodic structure on the surface of the solid material. It is like that.
【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 fifth aspect of the present invention, the laser beam transmitted through the plane-parallel plate is condensed on the surface of the solid material by the condensing means, so that the solid material is condensed. The periodic structure is 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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a wide-band optical phase modulator according to the present invention;
【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 view (see FIG. 1 (a)) showing a schematic configuration of an embodiment of a wide-band spatial optical phase modulator according to the present invention, and a schematic side view (FIG. 1 (b)).
【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 broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention has two support columns 12 fixedly arranged upright on the upper surface of a support base 10, and these two support columns are provided. At the upper end of the shaft 12, there is provided a shaft 14 for connecting the two, and on this shaft 14, five bearing cylinders 16 are penetrated and rotatably supported.・ 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, a quartz parallel flat plate 18 is attached to each of the five bearing cylinders 16. 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。Thus, the parallel plane 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 center support member 17 is mounted between the two support columns 12 provided on the support base 12, and the center support member 17 is connected to a controller 24 via a lead wire 22. Five bimorph piezo actuators 20, which 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
8 and the upper end of each bimorph piezo actuator 20.
【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 is rotatably supported on the shaft 14 through the shaft 14, 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 parallel plane plate 18 is attached to the bearing cylinder 16, and even when the quartz parallel plane 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, one bearing cylinder 16 is provided with one quartz parallel flat plate 18, and the bearing cylinder 16 provided with such a quartz parallel flat plate 18 is provided. 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。The bearing cylinders 16 provided with the quartz plane-parallel plates 18 are independently movable about 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 plane-parallel plate 18 attached to the bearing cylinder 16 is a plane-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 transmission wavelength range of the quartz light is about 0.15 μm to 3.0 μm, and the transmission wavelength range of the light of the quartz plane-parallel plate 18 is naturally 0.15 μm to 3.0 μm.
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 plane-parallel quartz plate 18 is attached to the bearing cylinder 16 and spatially disposed.
【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。As described above, the quartz plane-parallel plate 18
Bearing cylinders 16 each with
Are independently rotatable about the shaft 14, each of the quartz parallel flat plates 18 attached to each bearing cylinder 16 is also independent about the shaft 14. It is made rotatable.
【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 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 the reference numeral 0 is attached to the center support member 17, and the upper end of each bimorph piezo actuator 20 is in contact with each of the quartz parallel plane plates 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 electric control from the controller 24 is performed via the lead wire 22 through the bimorph piezo
When the voltage is applied to the actuator 20, the bimorph piezo actuator 20 is distorted in accordance with the magnitude of the applied voltage and bends in the direction of the arrow A in FIG. 1B.
【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 plate 18 at the upper end thereof, the bimorph piezo actuator 20
Is applied under the control of the controller 24, and the bimorph piezo actuator 20 bends in the direction of the upper arrow A in FIG. 1 (b). 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。One bimorph piezo actuator 20 is provided for one quartz plane-parallel plate 18.
Is arranged, the voltage applied to each of the five bimorph piezo actuators 20 is arbitrarily changed under the control of the controller 24, whereby 5
The degree of inclination of each of the two quartz parallel flat plates 18 can be independently and arbitrarily changed.
【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。The case where short pulse laser light is incident on the above-mentioned wide band spatial light phase modulator 200 in the above configuration 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 pulse is applied to the quartz parallel 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 parallel plane plate having a thickness d made of a certain optically transmissive 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−ｎ０） ・・・ （１） により求められる。When light having a wavelength λ is perpendicularly incident on a plane-parallel plate having a thickness d made of an optically transmissive material and propagates through the optically transmissive material, the light having a wavelength λ simply passes through the air. The phase is delayed as compared with the case of propagation. The phase change amount φ is obtained by the following equation: 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、ｎ０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 transmissive material at the wavelength λ, and n 0 is the wavelength λ.
Is the refractive index of air.
【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 where the light having the wavelength λ is perpendicularly incident on the plane-parallel plate having a thickness d made of an optically transmissive material,
When the parallel plane plate is tilted so that the light having the wavelength λ is incident on the parallel plane plate at the incident angle θ, the light having 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。For this reason, as compared with the case where the light having the wavelength λ is perpendicularly incident on the plane-parallel plate, the distance that the light having the wavelength λ propagates in the plane-parallel plate becomes longer, so that the amount of phase change increases. 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・｛（ｎ２−ｎ０ ２ｓｉｎ２θ）１／２−ｎ０ｃｏ 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 to the parallel plane plate and the phase change amount φ (θ) is as follows: φ (θ) = 2πd / λ · ｛(n 2 −n 0 2 sin obtained by 2 θ) 1/2 -n 0 co sθ } ··· (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 light having a wavelength λ is incident on a parallel plane plate having a thickness d made of an optically transparent material, the incident angle when the light having a wavelength λ is incident on the parallel plane plate is changed from the vertical to the incident angle. When θ changes to θ, the distance over which the light of wavelength λ propagates in the plane-parallel plate changes, so that 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 in the incident angle θ at which the light having the wavelength λ is incident on the parallel plane plate depends on the inclination of the parallel plane plate having a thickness d made of an optically transparent material with respect to the incident light having the wavelength λ. , By changing the inclination of the parallel plane plate, it becomes possible to give an arbitrary amount of phase change to the light passing through each parallel plane plate, and over a plurality of parallel plane plates. Spatial phase modulation is realized for 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 the laser beam is incident on the quartz plane-parallel plate 18, the inclination of the quartz plane-parallel plate 18 is changed based on the above-described principle.
The laser beam passing through each of the quartz plane-parallel plates 18 can be given an arbitrary phase delay, and the laser beam transmitted over a plurality of plane-parallel plates can be given spatial phase modulation.
【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 beam is incident on the quartz plane-parallel 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 bends in the direction of the arrow A in FIG. 1B.
【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 the arrow A in FIG. 1B, the quartz plane-parallel plate 18 is inclined in the direction of the arrow B in FIG. 1B.
【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 plane-parallel quartz plate 18 is
It can be changed independently and arbitrarily by electrical control from the controller 24 in accordance with 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ｎ０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。Here, assuming that the thickness d of the quartz plane-parallel plate 18 and the refractive index n of the quartz plane-parallel plate 18 at the wavelength λ and the refractive index n 0 of the air at the wavelength λ, the quartz plane-parallel plate 18 The phase delay φ when a short pulse laser beam is perpendicularly incident on the laser beam is obtained by 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。The quartz parallel plane plate 18 has a bimorph
By giving an arbitrary inclination by the piezo actuator 20, the laser beam enters the quartz parallel plate 18 at an incident angle θ, and the relationship between the incident angle θ and the phase delay φ (θ) is as follows. It is obtained by 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 plane-parallel quartz plate 18 independently and arbitrarily, it is possible to apply phase modulation to the laser beam incident on the plane-parallel quartz 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 independently and arbitrarily changing the inclinations of the five quartz parallel plane plates 18, spatial phase modulation can be applied to the laser light passing therethrough, whereby each quartz parallel plane plate 18 It is possible to compress the pulse width of the laser light passing through the laser beam.
【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 beams having different wavelengths are incident on each of the five quartz parallel plane plates 18 using a dispersive element such as a prism or a diffraction grating, a phase delay different for each wavelength is obtained. That is, a phase change can be given.
【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
０１１Ｗ／ｃｍ２まで範囲のレーザー光が使用できるよ
うになる。In this embodiment, the use of the above-described quartz parallel plane plate 18 makes it possible to precisely control dispersion compensation within the range of quartz transmission wavelength and optical damage threshold. It can be used in the wavelength range from the region to the mid-infrared region, and the power intensity of the laser
Laser light in the range up to 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 beam within the above wavelength range and the power intensity range of the laser beam is adjusted to the precision of dispersion compensation within the transmission wavelength range of quartz and the optical damage threshold. Under control, short-pulse laser light can be generated by compression.
【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。The expanded pulse width of the laser beam within the above-mentioned wavelength range and the power intensity range of the laser beam is compressed so as to return to the original pulse width which has not been extended before transmission and propagation of 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。In the above-described embodiment, five quartz parallel flat plates 18 are used. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary number of quartz parallel flat 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。In the above-described embodiment, the quartz plane-parallel plate 18 made of quartz is used, but the plane-parallel plate may be made of an optically transmissive material. For example, as shown in FIG. Various solid materials having such a transmission wavelength range may be used as the optical transmission 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。In the above-described embodiment, the bimorph piezo actuator 20 is used to change the inclination of the plane-parallel quartz plate 18. However, the present invention is not limited to this, and other means may be used. You may.
【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 wideband spatial light phase modulator according to the present invention will be described. In the first application example, a broadband spatial light phase modulator according to the present invention is used, for example, to increase the intensity of an excitation laser necessary for generating soft X-ray coherent light, which is a light source of an X-ray microscope, and to shorten the excitation laser. This corresponds to a case where it is used for pulsing or the like.
【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 first applied example described above, 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,
A plane mirror 102, a diffraction grating 104 that disperses the femtosecond laser light in wavelength and extracts an outgoing femtosecond laser light, a concave mirror 106 provided with a focal length of the concave mirror 106 from the diffraction grating 104, and a concave mirror 106 from the concave mirror. Folded plane mirror 1 disposed with a focal length
08 and a broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention disposed between the concave mirror 106 and the folded flat mirror 108.
, A beam splitter 110, and an autocorrelator 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 a femtosecond laser beam as a short-pulse laser beam.
Diffraction grating 10 at an appropriate angle
4 (in this specification, the diffraction grating 104
The femtosecond laser light incident on the laser beam 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 disperses the wavelength of the incident femtosecond laser light, and separates and diffracts the light in different directions according to the respective wavelengths. At this time, of the incident femtosecond laser light, the laser light of the short wavelength component is incident on the concave mirror 106 via the path from c to d1, and the incident femtosecond laser light is incident on the concave mirror 106 via the path from c to d2. You.
【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 receives the laser light of each wavelength, which is wavelength-dispersed by the diffraction grating 104. Here, by arranging the interval between the concave mirror 106 and the diffraction grating 104 so as to be 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 folding flat mirror 108 is
Are arranged so that the distance between them is equal to the focal length of the concave mirror 106, and folds the parallel light emitted from 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。The spatial light phase converter 2 according to the present invention
00 is disposed immediately before the folding plane mirror 108, and the parallel light emitted from the folding plane mirror 108 is given a phase delay to each of the laser beams for each wavelength by the method described in the above embodiment. Is 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 short-wavelength component laser light of the incident femtosecond laser light is sequentially changed from d1 to 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 converges at the g on the diffraction grating 104 and emits the femtosecond laser light. 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 intermediate between the short wavelength component and the long wavelength component described above is
Proceeding on an intermediate path of the above-described paths, the light is condensed at g on the diffraction grating 104 and becomes an output 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 incidence c of the incident femtosecond laser light and the emission g of the emitted femtosecond laser light are vertically displaced from each other at a small interval, and as a result, the incident femtosecond The emitted femtosecond laser light can be extracted spatially separated 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。The beam splitter 110 reflects a part of the outgoing femtosecond laser light to form the autocorrelator 1.
The light is emitted to the reference numeral 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
10 is for observing the pulse width of the outgoing femtosecond laser light that has entered. The output signal from the autocorrelator 112 as a result of the observation is analyzed using a personal computer, and the analyzed result is fed back to the wideband 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, which is wavelength-dispersed by the diffraction grating 104 via the 45-degree incident plane mirror 102, is transmitted through the concave mirror 106 and the folded plane mirror 108 to the broadband spatial light 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。Then, 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 incident on each of the quartz parallel plane plates 18 and the quartz Parallel plane plate 18
Is independently and arbitrarily changed to perform phase modulation.
【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。In this case, for example, it is assumed that the incident femtosecond laser beam has a pulse width extended by transmitting and propagating through a substance, and the pulse width is compressed to return to 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。In the present embodiment, the femtosecond laser oscillator 100, the diffraction grating 104, and the concave mirror 106 are used. However, the present invention is not limited to these, and the femtosecond oscillator / amplifier may be used instead of the femtosecond oscillator 100. The system may use a prism in place of the diffraction grating 104 and an achromatic lens in place of the 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 corresponds to a case where the wide-band spatial light phase modulator 200 according to the present invention is used, for example, in processing 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。This second application example is configured to include a wide-band spatial light phase modulator 200 according to the present invention and a 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。The wide-band spatial light phase modulator 20 according to the present invention
The laser light incident on 0 is a high output pulse laser, and uses a harmonic of an excimer laser oscillating in the ultraviolet region or a solid laser oscillating in the visible region or 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 a harmonic of an incident excimer laser or a solid-state laser oscillating in a visible region or a near-infrared region, that is, a half value, by independently and arbitrarily changing the inclination of the quartz parallel plate 18. This is to provide a wavelength phase difference.
【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 focuses the transmitted laser light having a half-wave phase difference from the broadband spatial light phase modulator 200 according to the present invention on the surface of a 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 configuration, the laser beam is given a half-wave phase difference by the wide-band spatial light phase modulator 200 according to the present invention, and is focused 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, a difficult-to-process material such as quartz or a semiconductor element can be used.
【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), a one-dimensional quantum well structure of a semiconductor, and the like 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。As described above, the present invention is constructed as described above, so that it can be used to generate short pulse laser light, or to extend while transmitting or propagating through a substance. When recompressing the pulse width of a short pulse laser beam, the dispersion compensation can be precisely controlled, and it can be used in a wide wavelength range, and regardless of the power of the laser beam. There is an excellent effect that a wideband spatial light phase modulator which can be used can be provided.
【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 broadband spatial light phase modulator according to the present invention, wherein (a) is a schematic front explanatory diagram, and (b) is a central portion of (a). It is a schematic side 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 a wideband 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 taken in the direction of the arrow C in FIG. 3;
【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 structural explanatory view showing a second application example using the wideband spatial light phase modulator according to the present invention.
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 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 incidence plane mirror 104 Diffraction grating 106 Concave mirror 108 Folding Plane mirror 110 beam splitter 112 autocorrelator 114 lens 200 wide-band spatial light phase modulator
Claims (5)
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 flat plates made of an optically transmissive material, support means for aligning and supporting the parallel flat plates in a spatially movable state, and changing the inclination of the parallel flat plates A wide-band spatial light phase modulator having a tilt changing means.
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 wide-band spatial light phase modulator according to claim 1, wherein the plane-parallel plate is made of quartz.
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 wide-band spatial light phase modulator according to claim 1, wherein the inclination changing means applies an independent and arbitrary inclination to each of the parallel plane plates. A wide-band spatial light phase modulator that independently and arbitrarily tilts each of the parallel plane plates by the tilt changing means, thereby giving an independent and arbitrary phase change to laser light transmitted through each of the parallel plane plates. .
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 wide-band 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 laser light of each wavelength wavelength-dispersed by the wavelength dispersing means is incident on the plane-parallel plate, by giving an independent and arbitrary phase change to each wavelength component, the pulse width can be reduced. A wide-band spatial light phase modulator for compressing, expanding a pulse width, or controlling a pulse waveform.
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 wide-band spatial light phase modulator according to claim 1, further comprising a condensing means for condensing the laser light transmitted through the parallel plane plate. A wide-band spatial light phase modulator for finely processing a periodic structure on the surface of the solid material by condensing the laser light transmitted through the parallel plane plate on the surface of the solid material by the light condensing means.
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| JP36394298A JP3460960B2 (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Broadband spatial light phase modulator |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2008155894A1 (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-24 | National Institute Of Information And Communications Technology | Optical waveform shaping device |
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| CN109314362A (en) * | 2016-06-15 | 2019-02-05 | 通快激光有限责任公司 | Dispersion matching unit |
-
1998
- 1998-12-22 JP JP36394298A patent/JP3460960B2/en not_active Expired - Fee Related
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