(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間−周波数変換光学系の入射面の水平方向に配置された入力１次元空間信号を平行光によって照射し、入射面の後側に配置されている円筒レンズによる水平方向の１次元フーリエ変換光学系のフーリエ面において、その面上にて得られる各空間周波数成分の水平軸Ｘ方向の空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に互いに少しずつ異なる周期を持つ位相型回折格子を配置してなる位相型回折格子群を有する空間周波数フィルタにより、当該空間周波数フィルタに到達した光を各空間周波数毎に異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折させ、そして当該空間周波数フィルタの後側に配置された球レンズを介して、射出面上の垂直軸方向に各空間位置での空間周波数分布を展開させることを特徴とする時間−周波数変換方法。
【請求項２】
時間―周波数変換光学系の入射面の水平方向に配置された入力１次元空間信号を平行光によって照射し、入射面の後側に配置されている球レンズによる２次元フーリエ変換光学系のフーリエ面において、その面上垂直方向に集光された入力１次元空間信号の各空間周波数成分の水平方向Ｘ方向の空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に異なる分布を持つ位相型フィルタを配置してなる位相型フィルタ群を有する空間周波数フィルタにより、当該空間周波数フィルタに到達した光を、各空間周波数毎に異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折させ、そして当該空間周波数フィルタの後側に配置された球レンズにより垂直方向に各回折光をコリメートすることにより、射出面上の垂直軸方向に各空間位置毎の空間周波数分布を展開させることを特徴とする時間−周波数変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、空間周波数フィルタによる時間−周波数変換方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、時空間テラ光情報変換・伝送システムや光計測システムや光信号解析システムなどの様々な光情報分野に有用な、高効率次元変換を実現ならしめる、新しい空間周波数フィルタによる時間−周波数変換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超短光パルス信号等の光信号に対して光学的な時間−周波数変換を行なう場合では、１次元信号中に含まれる２つの信号を２次元信号に展開するための空間周波数フィルタが必須である。
【０００３】
従来、この空間周波数フィルタとしては、たとえば図３に示したような、ある空間軸（Ｘ軸）に沿った所定の空間位置毎に当該空間軸に直交する別の空間軸（Ｙ軸）方向の位置（図３では高さ位置となる）が異なる窓を順次開けた振幅型フィルタをしばしば用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィルタリングされる信号は、空間軸Ｘに直交する空間軸Ｙ方向に同一の信号成分が分布したものであるため、上述のとおりの振幅型空間周波数フィルタを用いた場合では、各窓を透過しない信号は利用できず、入力する光のほとんどを損失しており、光量効率の低下が問題点となっていた。
【０００５】
各種の光情報分野において、たとえば光情報通信のさらなる大容量・高速化を図るべく、時空間変換技術によって１次元空間信号に展開された超高速時間信号に多重化されている時分割多重信号や波長分割多重信号などに対する情報処理への要求が日増しに高まり、それに伴い、各時間での波長信号の空間的な展開処理を高い光の利用効率で行なうことが必須となっている状況にあって、従来の振幅型空間周波数フィルタに取って代わり得る、高光量効率を維持できる空間周波数フィルタの実現が切望されているのである。
【０００６】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、光量損失のない新しい空間周波数フィルタヲ用イタ新しい時間−周波数変換方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、時間−周波数変換光学系の入射面の水平方向に配置された入力１次元空間信号を平行光によって照射し、入射面の後側に配置されている円筒レンズによる水平方向の１次元フーリエ変換光学系のフーリエ面において、その面上にて得られる各空間周波数成分の水平軸Ｘ方向の空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に互いに少しずつ異なる周期を持つ位相型回折格子を配置してなる位相型回折格子群を有する空間周波数フィルタにより、当該空間周波数フィルタに到達した光を各空間周波数毎に異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折させ、そして当該空間周波数フィルタの後側に配置された球レンズを介して、射出面上の垂直軸方向に各空間位置での空間周波数分布を展開させることを特徴とする時間−周波数変換方法を提供する。
【０００８】
第２には、この出願の発明は、時間―周波数変換光学系の入射面の水平方向に配置された入力１次元空間信号を平行光によって照射し、入射面の後側に配置されている球レンズによる２次元フーリエ変換光学系のフーリエ面において、その面上垂直方向に集光された入力１次元空間信号の各空間周波数成分の水平方向Ｘ方向の空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に異なる分布を持つ位相型フィルタを配置してなる位相型フィルタ群を有する空間周波数フィルタにより、当該空間周波数フィルタに到達した光を、各空間周波数毎に異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折させ、そして当該空間周波数フィルタの後側に配置された球レンズにより垂直方向に各回折光をコリメートすることにより、射出面上の垂直軸方向に各空間位置毎の空間周波数分布を展開させることを特徴とする時間−周波数変換方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、この出願の発明の一実施形態を示した概念図である。この図１の実施形態は、１次元フーリエ変換光学系（２ａ）のフーリエ面（１０１）において１次元空間信号Ａの任意の空間軸Ｘと直交する空間軸Ｙ方向に互いに異なる周期を持つ位相型回折格子（３ａ1）（３ａ2）・・・（３ａn）を当該１次元空間信号Ａの各空間周波数の空間位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に配置してなる位相型回折格子群（３ａ）を有する空間周波数フィルタ（３）が用いられた時間−周波数変換光学系（１）を構成している。
【００１０】
より具体的には、まず、この時間−周波数変換光学系（１）の入射面（１００）の水平方向に配置された入力１次元空間信号Ａを平行光Ｂによって照射する。入射面（１００）の後側には、円筒レンズにより実現される水平方向の１次元フーリエ変換光学系（２ａ）を配置しており、さらに、この１次元フーリエ変換光学系（２ａ）のフーリエ面（１０１）において、その面上にて得られる各空間周波数成分の水平軸Ｘ方向の空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に互いに少しずつ異なる周期を持つ位相型回折格子（３ａ1）（３ａ2）・・・（３ａn）を配置してなる位相型回折格子群（３ａ）を有する空間周波数フィルタ（３）を配置している。この空間周波数フィルタ（３）に到達した全ての光は、各空間周波数毎に各位相型回折格子（３ａ1）（３ａ2）・・・（３ａn）によって少しずつ異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折される。そして、その後側に配置された球レンズ（４）を介して、射出面（１０２）上の垂直軸方向に各空間位置毎の空間周波数分布は光量損失無く展開されていく。
【００１１】
これにより、この出願の発明では、フィルタリングされる光信号の空間軸Ｙ方向に分布する全ての信号を利用して、大幅な光量効率の改善を実現しているのである。
【００１２】
［第２の実施形態］
図２は、この出願の発明の別の一実施形態を示した概念図である。この図２の実施形態は、２次元フーリエ変換光学系（２ｂ）のフーリエ面（１０１）において１次元空間信号Ａの任意の空間軸Ｘと直交する空間軸Ｙ方向に互いに異なる分布を持つ位相型フィルタ（３ｂ1）（３ｂ2）・・・（３ｂn）を当該１次元空間信号Ａの各空間周波数の空間位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に配置してなる位相型フィルタ群（３ｂ）を有する空間周波数フィルタ（３）が用いられた時間−周波数変換光学系（１）を構成している。
【００１３】
より具体的には、まず、この光学的な時間―周波数変換光学系（１）の入射面（１００）の水平方向に配置された入力１次元空間信号Ａを平行光Ｂによって照射する。入射面（１００）の後側には、球レンズにより実現される２次元フーリエ変換光学系（２ｂ）を配置しており、さらに、この２次元フーリエ変換光学系（２ｂ）のフーリエ面（１０１）において、その面上垂直方向に集光された入力１次元空間信号Ａの各空間周波数成分を空間的な位置Ｘ1，Ｘ2・・・Ｘn毎に垂直軸Ｙ方向に異なる分布を持つ位相型フィルタ（３ｂ1）（３ｂ2）・・・（３ｂn）を配置してなる位相型フィルタ群（３ｂ）を有する空間周波数フィルタ（３）を配置している。この空間周波数フィルタ（３）に到達した全ての光は、各空間周波数毎に各位相型フィルタ（３ｂ1）（３ｂ2）・・・（３ｂn）によって少しずつ異なる方向θ1，θ2・・・θnに回折される。そして、その後側に配置された球レンズ（４）を用いて垂直方向に各回折光をコリメートすることにより、射出面（１０２）上の垂直軸方向に各空間位置毎の空間周波数分布は光量損失無く展開されていく。
【００１４】
これにより、本実施形態においても、フィルタリングされる光信号の空間軸Ｙ方向に分布する全ての信号を利用して、大幅な光量効率の改善を実現しているのである。
【００１５】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。たとえば、第２の実施形態では、球レンズ（４）を用いて垂直方向への集光を行なっているが、集光せずに円筒レンズを用いた光学系を利用することもできる。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、光量損失のない全く新しい入力光完全利用型の空間周波数フィルタを用いた新しい時間−周波数変換方法が提供される。これにより、間接的な分光技術を利用することなく、時間信号を空間信号に直接超高速に変換できるようになる。
【００１７】
従来の振幅型空間周波数フィルタでは、フィルタリング点数つまり窓の数の増加につれ、光量損失が増大したが、この出願の発明の入力光完全利用型空間周波数フィルタでは、点数に関係なく、高い光量効率を維持できるのである。これに併せて、位相型にてフィルタを作製するため、従来のものと比較して設計の自由度を向上させることもできる。
【００１８】
そして、以上のこの出願の発明は、たとえば、大容量・超高速な光変調やスイッチング等に利用することが可能であり、また、超短光パルスを用いた計測システムにおいて光スペクトログラムを得るために利用することも可能であり、また、空間処理を用いた信号解析や暗号化等にも利用することが可能であり、これらの各種光情報分野のさらなる飛躍的発展に多大に貢献できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この出願の発明の一実施形態を説明するための図である。
【図２】  この出願の発明の別の一実施形態を説明するための図である。
【図３】  従来の空間周波数フィルタを示した図である。
【符号の説明】
１  時間−周波数変換光学系
２ａ  １次元フーリエ変換光学系
２ｂ  ２次元フーリエ変換光学系
３  空間周波数フィルタ
３ａ  位相型回折格子群
３ａ1，３ａ2，・・・３ａn  位相型回折格子
３ｂ  位相型フィルタ群
３ｂ1，３ｂ2，・・・３ｂn  位相型フィルタ
４  球レンズ
１００  入射面
１０１  フーリエ面
１０２  射出面
【図１】
0003725816.tif 000002
【図２】
0003725816.tif 000003
【図３】
0003725816.tif 000004