(57)【要約】【課題】被変調光として入射される光の光学パラメータを正確に変調することが可能な光変調装置を提供する。【解決手段】導光部１０を介して入射された被変調光の第１光学パラメータを変調する光変調器２０と、光変調器２０に対する所望の変調量を指示する変調量指示部１５と、光変調器２０での実効変調量を評価する変調量評価部３０と、光変調器２０における被変調光の変調動作を制御する制御演算部２１及び変調制御部２２とによって光変調装置１を構成する。制御演算部２１は、所望の変調量及び実効変調量が一致するように、光変調器２０による第１光学パラメータの変調量に対する好適な制御条件を演算して求める。変調制御部２２は、制御演算部２１から入力された制御条件に基づいて、光変調器２０の変調動作を制御する。【選択図】  図１
2004317809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被変調光の第１光学パラメータを変調するとともに、第２光学パラメータに依存した変調特性を有する光変調手段と、
前記光変調手段による前記第１光学パラメータの実効変調量を評価する変調量評価手段と、
評価された前記実効変調量、及び前記第１光学パラメータに対する所望の変調量に基づいて、前記光変調手段による変調量に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、
求められた前記制御条件に基づいて、前記光変調手段による前記第１光学パラメータの変調を制御する変調制御手段と
を備えることを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記変調量評価手段は、
前記光変調手段の前段または後段の少なくとも一方において前記被変調光の前記第１光学パラメータを計測する第１パラメータ計測手段
を有することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項３】
前記変調量評価手段は、
前記光変調手段の前段または後段の少なくとも一方において前記被変調光の前記第２光学パラメータを計測する第２パラメータ計測手段と、
前記第１光学パラメータ及び前記第２光学パラメータの相関を用いて、前記第１光学パラメータの前記実効変調量を評価する第１パラメータ評価手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項４】
前記光変調手段の前段または後段の少なくとも一方に、前記被変調光の一部を分岐して計測手段へと導く光分岐手段が設置されていることを特徴とする請求項２または３記載の光変調装置。
【請求項５】
前記変調量評価手段は、
前記光変調手段の後段において前記光変調手段に前記被変調光とは別に入射されたプローブ光の所定の光学パラメータを計測するプローブ光計測手段と、
前記被変調光の前記第１光学パラメータ及び前記プローブ光の前記所定の光学パラメータの相関を用いて、前記第１光学パラメータの前記実効変調量を評価する第１パラメータ評価手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項６】
前記光変調手段によって変調される前記第１光学パラメータは、前記被変調光の位相、強度、偏光、及び波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光変調装置。
【請求項７】
前記光変調手段の変調特性が依存する前記第２光学パラメータは、前記被変調光の位相、強度、偏光、及び波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光変調装置。
【請求項８】
前記光変調手段は、１次元または２次元の変調量分布で前記被変調光の前記第１光学パラメータを変調する空間光変調手段であり、
前記変調量評価手段は、前記実効変調量として実効変調量分布を評価することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光変調装置。
【請求項９】
前記空間光変調手段は、前記被変調光の前記第１光学パラメータとして位相を変調するとともに、前記第２光学パラメータとして強度に依存した変調特性を有する光アドレス型空間光変調器であることを特徴とする請求項８記載の光変調装置。
【請求項１０】
前記光変調手段は、印加される音響波との相互作用により、前記被変調光の前記第１光学パラメータとして位相を変調する進行波型の音響光学素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被変調光として入射された光の光学パラメータを変調する光変調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光変調装置は、被変調光として入射された光の位相や強度（振幅）、偏光、波長などの光学パラメータを変調する装置である。このような光変調装置は、様々な光の制御に用いることができる。例えば、高強度のレーザ光の波形整形に光変調装置を適用することにより、レーザ光を用いた材料加工や、有害物質の分解等の物質の反応などを効率的に制御することが可能となる（特許文献１参照）。
【０００３】
このような光変調装置としては、例えば、空間光変調器や音響光学素子などがある。空間光変調器では、光変調層として例えば液晶層を用い、印加する電圧によって液晶層の各部位での状態を制御する。そして、被変調光を液晶層に入射させることによってその光学パラメータを変調する。また、音響光学素子では、被変調光は、素子を伝搬する際に、素子内部を伝搬する音響波との相互作用によって変調される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４２２７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光変調装置においては、被変調光として入射される光が有する様々な光学パラメータのうち、変調対象となっている光学パラメータ、あるいはそれ以外の光学パラメータに変調特性が依存する場合がある。このとき、被変調光が入射することにより、その光学パラメータに応じて光変調装置での変調特性が変化してしまうという問題が生じる。
【０００６】
例えば、液晶層を光変調層とする光アドレス型空間光変調器に対して高強度の光を被変調光として入射すると、その強度に依存して変調特性が変化する。このように変調特性の変化が発生すると、被変調光を光変調装置によって正確に変調することができない。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、被変調光として入射される光の光学パラメータを正確に変調することが可能な光変調装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光変調装置は、（１）被変調光の第１光学パラメータを変調するとともに、第２光学パラメータに依存した変調特性を有する光変調手段と、（２）光変調手段による第１光学パラメータの実効変調量を評価する変調量評価手段と、（３）評価された実効変調量、及び第１光学パラメータに対する所望の変調量に基づいて、光変調手段による変調量に対する制御条件を演算して求める制御演算手段と、（４）求められた制御条件に基づいて、光変調手段による第１光学パラメータの変調を制御する変調制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記した光変調装置においては、光変調手段によって被変調光の第１光学パラメータに与えようとする変調量に対して、実際に与えられる実効的な変調量を評価する。そして、所望の変調量と実効変調量とが一致するように制御条件を求めて、光変調手段による変調動作を制御している。
【００１０】
これにより、被変調光が入射することによって、光変調手段での変調特性に変化が生じた場合であっても、被変調光の光学パラメータを充分な精度で正確に変調することが可能となる。なお、光変調手段での変調特性が依存する第２光学パラメータについては、被変調光の光学パラメータのうちで、変調対象である第１光学パラメータであっても良く、あるいは第１光学パラメータとは異なる光学パラメータであっても良い。
【００１１】
変調量評価手段の構成としては、光変調手段の前段または後段の少なくとも一方において被変調光の第１光学パラメータを計測する第１パラメータ計測手段を有する構成を用いることができる。このような構成では、変調対象である第１光学パラメータ自体の計測結果を参照して、光変調手段による変調量の制御条件を求めることができる。
【００１２】
また、変調量評価手段の構成として、光変調手段の前段または後段の少なくとも一方において被変調光の第２光学パラメータを計測する第２パラメータ計測手段と、第１光学パラメータ及び第２光学パラメータの相関を用いて、第１光学パラメータの実効変調量を評価する第１パラメータ評価手段とを有する構成を用いることができる。このような構成では、第２光学パラメータが第１光学パラメータとは異なる光学パラメータである場合にも、第２光学パラメータの計測結果を参照して、光変調手段による変調量の制御条件を求めることができる。
【００１３】
これらの構成のように、変調量評価手段が被変調光の光学パラメータに対する計測手段を有する構成では、光変調手段の前段または後段の少なくとも一方に、被変調光の一部を分岐して計測手段へと導く光分岐手段が設置されていることが好ましい。
【００１４】
あるいは、変調量評価手段の構成として、光変調手段の後段において光変調手段に被変調光とは別に入射されたプローブ光の所定の光学パラメータを計測するプローブ光計測手段と、被変調光の第１光学パラメータ及びプローブ光の所定の光学パラメータの相関を用いて、第１光学パラメータの実効変調量を評価する第１パラメータ評価手段とを有する構成を用いても良い。このような構成では、被変調光とは別の光をプローブ光に用いて計測を行い、このプローブ光の光学パラメータの計測結果を参照して、光変調手段による変調量の制御条件を求めることができる。
【００１５】
ここで、光変調手段によって変調される第１光学パラメータは、被変調光の位相、強度（振幅）、偏光、及び波長の少なくとも１つであることが好ましい。また、光変調手段の変調特性が依存する第２光学パラメータは、被変調光の位相、強度、偏光、及び波長の少なくとも１つであることが好ましい。
【００１６】
また、光変調手段としては、１次元または２次元の変調量分布で被変調光の第１光学パラメータを変調する空間光変調手段を用いることができる。この場合には、変調量評価手段は、実効変調量として実効変調量分布を評価することが好ましい。このような空間光変調手段としては、例えば、被変調光の第１光学パラメータとして位相を変調するとともに、第２光学パラメータとして強度に依存した変調特性を有する光アドレス型空間光変調器がある。
【００１７】
あるいは、光変調手段としては、印加される音響波との相互作用により、被変調光の第１光学パラメータとして位相を変調する進行波型の音響光学素子を用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光変調装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
図１は、本発明による光変調装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。光変調装置１は、被変調光として入射される光が有する位相や強度などの光学パラメータのうち、変調対象となっている光学パラメータ（第１光学パラメータ）を所定の変調量で変調する装置である。本実施形態による光変調装置１は、導光部１０、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、変調制御部２２、及び変調量評価部３０を備えている。
【００２０】
光変調器２０は、入射された被変調光の第１光学パラメータを変調する光変調手段である。また、この光変調器２０は、その被変調光の第１光学パラメータに対する変調特性が、被変調光の所定の光学パラメータ（第２光学パラメータ）に依存している。
【００２１】
光変調器２０の変調特性が依存する被変調光の第２光学パラメータは、変調対象である第１光学パラメータ、あるいは、第１光学パラメータとは異なる光学パラメータである。例えば、変調対象の第１光学パラメータが被変調光の位相である場合、第２光学パラメータは、位相、あるいは、位相とは異なる光学パラメータである強度、偏光、波長などである。
【００２２】
また、光変調器２０の前段には、導光光学系を有する導光部１０が設けられている。導光部１０は、被変調光として入射された光を所定の入射条件によって光変調器２０へと導く。そして、被変調光は、光変調器２０においてその第１光学パラメータが変調された後、光変調装置の外部へと出射される。
【００２３】
被変調光の変調を行う光変調器２０に対し、変調量指示部１５、及び変調量評価部３０が設置されている。変調量指示部１５は、光変調器２０によって被変調光の第１光学パラメータに与えようとする所望の変調量を指示する指示手段である。この変調量指示部１５は、例えば変調量入力装置または変調量演算装置などを有し、自動または操作者の手動により被変調光の第１光学パラメータに対する光変調器２０での変調量を指示する。
【００２４】
また、変調量評価部３０は、光変調器２０による被変調光の第１光学パラメータの実効的な変調量を評価する評価手段である。この変調量評価部３０は、光変調器２０による被変調光の変調に関して必要な計測あるいは演算等を行う。そして、その結果に基づいて光変調器２０での第１光学パラメータの実効変調量を評価する。
【００２５】
光変調器２０における被変調光の変調動作は、制御演算部２１、及び変調制御部２２によって制御されている。制御演算部２１には、変調量指示部１５から指示された第１光学パラメータに対する所望の変調量、及び変調量評価部３０によって評価された実効変調量が入力されている。制御演算部２１は、これらの所望の変調量及び実効変調量に基づいて、所望の変調量と実効変調量との一致が改善されるように、光変調器２０による第１光学パラメータの変調量に対する好適な制御条件を演算して求める。
【００２６】
制御演算部２１で求められた光変調器２０の制御条件は、変調制御部２２へと入力される。変調制御部２２は、制御演算部２１から入力された制御条件に基づいて、光変調器２０の変調動作を制御する。これにより、光変調器２０による被変調光の第１光学パラメータの変調は、その実効変調量が所望の変調量に一致するように変調制御部２２によって制御される。
【００２７】
本実施形態による光変調装置の効果について説明する。
【００２８】
図１に示した光変調装置１においては、被変調光の第１光学パラメータに対して変調量指示部１５から指示された変調量に対して、変調量評価部３０によって光変調器２０で実際に与えられる実効的な変調量を評価する。そして、変調制御部２２は、所望の変調量と実効変調量とが一致するように制御演算部２１で求められた制御条件に基づいて、光変調器２０による変調動作を制御している。
【００２９】
これにより、被変調光が入射することによって、光変調器２０での変調特性に変化が生じた場合であっても、被変調光に対して充分な精度で正確に、変調対象となっている第１光学パラメータを変調することが可能となる。
【００３０】
ここで、被変調光を変調する光変調器２０としては、例えば、１次元または２次元の変調量分布で被変調光の第１光学パラメータを変調することが可能な空間光変調器を用いることができる。このように空間光変調器を用いる場合、変調量評価部３０は、光変調器２０での実効変調量として、空間光変調器に対応する１次元または２次元の実効変調量分布を評価することが好ましい。
【００３１】
あるいは、光変調器２０としては、印加される音響波との相互作用により、変調対象である被変調光の第１光学パラメータとして位相を変調する進行波型の音響光学素子を用いることができる。
【００３２】
また、光変調器２０によって変調される第１光学パラメータは、被変調光の位相、強度（振幅）、偏光、及び波長の少なくとも１つであることが好ましい。同様に、光変調器２０の変調特性が依存する第２光学パラメータは、被変調光の位相、強度（振幅）、偏光、及び波長の少なくとも１つであることが好ましい。また、これらの第１光学パラメータ及び第２光学パラメータは、上述したように、同一の光学パラメータであっても良く、あるいは異なる光学パラメータであっても良い。
【００３３】
上記構成の光変調装置１による被変調光の変調精度の向上効果について、光変調器２０として空間光変調器である光アドレス型空間光変調器を用いた場合を例として具体的に説明する。光アドレス型空間光変調器は、一般に、被変調光の第１光学パラメータとして位相を変調する。また、被変調光の第２光学パラメータとして強度に依存した変調特性を有する。
【００３４】
図２（ａ）は、光変調器の一例である光アドレス型空間光変調器の構成を模式的に示す側面断面図である。この空間光変調器５０は、その一方の面（図中の左側の面）が被変調光入射面、他方の面（右側の面）が被変調光に対する変調条件を設定するための書き込み光入射面となっている反射型の光アドレス型空間光変調器である。
【００３５】
空間光変調器５０は、被変調光入射面側の支持基板である透明基板５１と、書き込み光入射面側の支持基板である透明基板５７とによって、光変調層である液晶層５４を挟み込むように構成されている。透明基板５１、５７としては、例えば、所定波長の光を効率良く透過させるガラス基板が用いられる。また、液晶層５４としては、ネマティック液晶などが用いられ、配向層５３ａ、５３ｂ、及びスペーサ５４ａ、５４ｂによって保持されるとともに液晶分子が所定の方向に配向される。
【００３６】
透明基板５１、５７の液晶層５４側となる内側の面上には、それぞれＩＴＯ膜などからなる透明電極５２、５６が形成されている。また、透明電極５６の液晶層５４側の面上には、さらに、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）などの光導電材料からなる光導電層５５が設けられている。
【００３７】
また、配向層５３ｂと、光導電層５５との間には、配向層５３ｂ側から順に誘電体多層膜鏡５８、及び遮光層５９が設けられている。誘電体多層膜鏡５８としては、被変調光に対応した所定の波長帯域の光を反射するように多層膜として形成されたものが用いられる。また、遮光層５９は、空間光変調器５０のうちで、透明基板５１及び液晶層５４を含む部分と、透明基板５７及び光導電層５５を含む部分とを光学的に分離するための層である。
【００３８】
このような構成において、図２（ｂ）に模式的に示すように、光アドレス型空間光変調器５０における液晶層５４、及び光導電層５５は、それぞれ固定抵抗、及び可変抵抗として機能する。この空間光変調器５０に対して、設定しようとする変調量分布に対応した１次元または２次元の強度パターンを有する書き込み光を透明基板５７側から入射すると、光導電層５５の各部位において電気抵抗が変化する。このとき、透明電極５２、５６の間に一定の電圧を印加しておくと、光導電層５５の各部位で電気抵抗が変化することにより、それに対応して液晶層５４の各部位に印加される電圧が変化する。
【００３９】
図３は、光アドレス型空間光変調器における書き込み光の強度と位相変調量との相関を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は透明基板５７側から入射される書き込み光の単位面積当たりの強度（μＷ／ｃｍ２）を示し、また、縦軸は透明基板５１側から入射される被変調光に対する位相変調量（ｒａｄ）を示している。
【００４０】
上述のように、書き込み光の強度に応じて液晶層５４の各部位に印加される電圧が変化することにより、光変調層である液晶層５４の状態が各部位において変化する。そして、このような状態にある空間光変調器５０に対して、透明基板５１側から被変調光が入射されると、被変調光の位相は、液晶層５４の各部位において、図３に示した書き込み光の強度に応じた位相変調量で変調されるとともに誘電体多層膜鏡５８で反射されて、変調された出射光として透明基板５１側から出射される。
【００４１】
このような光アドレス型空間光変調器では、被変調光として高強度の光を入射すると、その強度に依存して位相変調特性が変化する場合がある。図４は、光アドレス型空間光変調器における被変調光の強度と位相シフトとの相関を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は透明基板５１側から入射される被変調光の単位面積当たりの強度（Ｗ／ｃｍ２）を示し、また、縦軸は空間光変調器５０での位相変調特性の変化によって被変調光に生じる位相シフト（ｒａｄ）を示している。
【００４２】
また、図４に示す２種類のデータのうち、白四角で示すデータ点は、パルス幅４５ｆｓ、繰返し周波数１ｋＨｚの光を用いて計測された結果を示している。また、黒丸で示すデータ点は、パルス幅９６ｆｓ、繰返し周波数７６ＭＨｚの光を用いて計測された結果を示している。
【００４３】
この図４に示したデータでは、被変調光の強度が２００ｍＷ／ｃｍ２に達すると約１度の位相シフトが発生しており、さらに強度が増大することによって位相シフトが増大している。このように、レーザ光などの被変調光が高強度となってくると、空間光変調器での位相変調特性が入射光の強度に依存して変化し、余分な位相シフトが発生する。このとき、空間光変調器による実効的な変調量が位相シフトの分だけずれてしまうこととなり、被変調光を正確に変調することができない。
【００４４】
また、光変調装置に用いられる光変調器の他の例として、ＡＯＰＤＦ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）がある。ＡＯＰＤＦは、二酸化テルル（ＴｅＯ２）などからなる進行波型の音響光学素子であり、被変調光は、素子を伝搬する際に、素子内部を伝搬する音響波との相互作用により位相変調を受ける。また、このＡＯＰＤＦでは、音響波の周波数、位相、振幅等を制御することにより、被変調光に対する位相変調量を制御することができる。
【００４５】
このようなＡＯＰＤＦでは、その素子の媒質内部を被変調光として高強度レーザ光が伝搬すると、非線形光学効果による屈折率変化に起因した自己位相変調が発生する。したがって、この強度に依存した余分な位相シフトにより、上記した空間光変調器の場合と同様に、実効的な変調量がずれてしまうこととなり、被変調光を正確に変調することができない。
【００４６】
これに対して、図１に示した光変調装置１では、光変調器２０での実効変調量を変調量評価部３０によって評価し、それに基づいて光変調器２０を制御している。これにより、被変調光の強度等による変調特性の変化にかかわらず、高強度レーザ光などの被変調光を正確に変調することが可能となる。
【００４７】
図５は、光変調装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。本光変調装置１Ａは、変調対象である被変調光の第１光学パラメータを変調するものであり、導光部１０、光分岐部１１、１２、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、変調制御部２２、及び変調量評価部３０を備えている。これらのうち、導光部１０、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、及び変調制御部２２の構成については、図１に示した第１実施形態と同様である。
【００４８】
光変調器２０の前段及び後段には、それぞれ前段光分岐部１１、及び後段光分岐部１２が設けられている。前段光分岐部１１は、導光部１０を介して光変調器２０へと入射される変調前の被変調光の一部を所定の分岐率によって分岐する。また、後段光分岐部１２は、光変調器２０から出射される変調後の被変調光の一部を所定の分岐率によって分岐する。
【００４９】
被変調光の変調を行う光変調器２０に対し、その実効変調量を評価する変調量評価部３０が設置されている。本実施形態においては、変調量評価部３０は、第１パラメータ計測部３１を有して構成されている。また、この第１パラメータ計測部３１には、光分岐部１１、１２によってそれぞれ分岐された被変調光が入力されている。第１パラメータ計測部３１は、これらの分岐された被変調光の第１光学パラメータを計測する。そして、変調量評価部３０は、第１パラメータ計測部３１による被変調光の計測結果を参照して、光変調器２０での第１光学パラメータの実効変調量を評価する。
【００５０】
光変調器２０における被変調光の変調動作は、制御演算部２１、及び変調制御部２２によって制御されている。制御演算部２１は、変調量指示部１５から指示された変調量、及び変調量評価部３０から入力された実効変調量に基づいて、光変調器２０による第１光学パラメータの変調量に対する好適な制御条件を演算して求める。変調制御部２２は、制御演算部２１から入力された制御条件に基づいて、光変調器２０の変調動作を制御する。これにより、光変調器２０による被変調光の第１光学パラメータの変調は、その実効変調量が所望の変調量に一致するように制御される。
【００５１】
本実施形態による光変調装置の効果について説明する。
【００５２】
図５に示した光変調装置１Ａにおいては、被変調光の第１光学パラメータに対する所望の変調量と、評価された実効変調量とが一致するように求められた制御条件に基づいて、光変調器２０による変調動作を制御している。これにより、被変調光の光学パラメータを充分な精度で正確に変調することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態においては、変調量評価部３０を、被変調光の第１光学パラメータを計測する第１パラメータ計測部３１を有する構成としている。このような構成では、変調対象である第１光学パラメータ自体の計測結果を参照して、光変調器２０による変調量の制御条件を求めることができる。なお、第１パラメータ計測部３１による被変調光の計測については、一般には、光変調器２０の前段または後段の少なくとも一方において計測すれば良い。この場合、被変調光を分岐する光分岐部１１、１２については、そのうちの必要な一方のみを設置する構成としても良い。
【００５４】
図６は、光変調装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。本光変調装置１Ｂは、変調対象である被変調光の第１光学パラメータを変調するものであり、導光部１０、光分岐部１１、１２、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、変調制御部２２、及び変調量評価部３０を備えている。これらのうち、導光部１０、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、及び変調制御部２２の構成については、図１に示した第１実施形態と同様である。
【００５５】
光変調器２０の前段及び後段には、それぞれ前段光分岐部１１、及び後段光分岐部１２が設けられている。前段光分岐部１１は、導光部１０を介して光変調器２０へと入射される変調前の被変調光の一部を所定の分岐率によって分岐する。また、後段光分岐部１２は、光変調器２０から出射される変調後の被変調光の一部を所定の分岐率によって分岐する。
【００５６】
被変調光の変調を行う光変調器２０に対し、その実効変調量を評価する変調量評価部３０が設置されている。本実施形態においては、変調量評価部３０は、第２パラメータ計測部３２、及び第１パラメータ評価部３３を有して構成されている。また、この第２パラメータ計測部３２には、光分岐部１１、１２によってそれぞれ分岐された被変調光が入力されている。第２パラメータ計測部３２は、これらの分岐された被変調光の第２光学パラメータを計測する。また、第１パラメータ評価部３３は、第２パラメータ計測部３２によって計測された第２光学パラメータを参照し、第１光学パラメータ及び第２光学パラメータの相関を示す関係式を用いて、光変調器２０での第１光学パラメータの実効変調量を評価する。
【００５７】
光変調器２０における被変調光の変調動作は、制御演算部２１、及び変調制御部２２によって制御されている。制御演算部２１は、変調量指示部１５から指示された変調量、及び変調量評価部３０から入力された実効変調量に基づいて、光変調器２０による第１光学パラメータの変調量に対する好適な制御条件を演算して求める。変調制御部２２は、制御演算部２１から入力された制御条件に基づいて、光変調器２０の変調動作を制御する。これにより、光変調器２０による被変調光の第１光学パラメータの変調は、その実効変調量が所望の変調量に一致するように制御される。
【００５８】
本実施形態による光変調装置の効果について説明する。
【００５９】
図６に示した光変調装置１Ｂにおいては、被変調光の第１光学パラメータに対する所望の変調量と、評価された実効変調量とが一致するように求められた制御条件に基づいて、光変調器２０による変調動作を制御している。これにより、被変調光の光学パラメータを充分な精度で正確に変調することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態においては、変調量評価部３０を、被変調光の第２光学パラメータを計測する第２パラメータ計測部３２と、第１光学パラメータを評価する第１パラメータ評価部３３とを有する構成としている。このような構成では、光変調器２０の変調特性が依存する第２光学パラメータが第１光学パラメータとは異なる光学パラメータである場合にも、第２光学パラメータの計測結果を参照して、光変調器２０による変調量の制御条件を求めることができる。
【００６１】
なお、第１パラメータ評価部３３における実効変調量の評価に用いられる第１光学パラメータと第２光学パラメータとの相関としては、例えば、図４に示したような被変調光の強度と位相シフトとの相関を用いることができる。また、第２パラメータ計測部３２による被変調光の計測については、一般には、光変調器２０の前段または後段の少なくとも一方において計測すれば良い。この場合、被変調光を分岐する光分岐部１１、１２については、そのうちの必要な一方のみを設置する構成としても良い。
【００６２】
図７は、光変調装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。本光変調装置１Ｃは、変調対象である被変調光の第１光学パラメータを変調するものであり、導光部１０、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、変調制御部２２、及び変調量評価部３０を備えている。これらのうち、導光部１０、変調量指示部１５、光変調器２０、制御演算部２１、及び変調制御部２２の構成については、図１に示した第１実施形態と同様である。
【００６３】
被変調光の変調を行う光変調器２０に対し、その実効変調量を評価する変調量評価部３０が設置されている。本実施形態においては、変調量評価部３０は、プローブ光計測部３４、及び第１パラメータ評価部３５を有して構成されている。また、光変調器２０には、被変調光とは別にプローブ光が入射されており、光変調器２０を通過して出射されたプローブ光がプローブ光計測部３４へと入力されている。プローブ光計測部３４は、光変調器２０から出射されたプローブ光の所定の光学パラメータを計測する。また、第１パラメータ評価部３５は、プローブ光計測部３４によって計測された光学パラメータを参照し、被変調光の第１光学パラメータ及びプローブ光の光学パラメータの相関を示す関係式を用いて、光変調器２０での第１光学パラメータの実効変調量を評価する。
【００６４】
光変調器２０における被変調光の変調動作は、制御演算部２１、及び変調制御部２２によって制御されている。制御演算部２１は、変調量指示部１５から指示された変調量、及び変調量評価部３０から入力された実効変調量に基づいて、光変調器２０による第１光学パラメータの変調量に対する好適な制御条件を演算して求める。変調制御部２２は、制御演算部２１から入力された制御条件に基づいて、光変調器２０の変調動作を制御する。これにより、光変調器２０による被変調光の第１光学パラメータの変調は、その実効変調量が所望の変調量に一致するように制御される。
【００６５】
本実施形態による光変調装置の効果について説明する。
【００６６】
図７に示した光変調装置１Ｃにおいては、被変調光の第１光学パラメータに対する所望の変調量と、評価された実効変調量とが一致するように求められた制御条件に基づいて、光変調器２０による変調動作を制御している。これにより、被変調光の光学パラメータを充分な精度で正確に変調することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態においては、変調量評価部３０を、プローブ光の所定の光学パラメータを計測するプローブ光計測部３４と、被変調光の第１光学パラメータを評価する第１パラメータ評価部３５とを有する構成としている。このような構成では、被変調光とは別の光をプローブ光に用いて計測を行い、このプローブ光の光学パラメータの計測結果を参照して、光変調器２０による変調量の制御条件を求めることができる。
【００６８】
ここで、光変調器２０に入射させるプローブ光については、被変調光と同一波長の光を用いることができる。あるいは、被変調光とは異なる波長の光をプローブ光として用いても良い。異なる波長のプローブ光を用いた場合でも、光変調器２０での変調特性、及びその相関をあらかじめ評価しておけば、それによって被変調光での変調量の制御条件を求めることが可能である。また、計測対象となるプローブ光の光学パラメータについては、光変調器２０によって変調される光学パラメータとすることが好ましい。あるいは、光変調器２０の変調特性が依存する光学パラメータとしても良い。
【００６９】
以下、上述した光変調装置の具体的な構成例について説明する。
【００７０】
図８は、光変調装置の具体的な構成の一例を示す図である。本実施例の光変調装置は、被変調光の第２光学パラメータを計測することによって光変調器２０での第１光学パラメータの実効変調量を評価する図６に示した光変調装置１Ｂに対応している。
【００７１】
本実施例では、光変調器２０として、図２（ａ）に示した構成の反射型の光アドレス型空間光変調器５０を有する空間光変調装置２０ａを用いている。この空間光変調装置２０ａは、被変調光の位相を２次元の変調量分布で変調するものであり、また、被変調光の強度に依存した位相変調特性を有する（図４参照）。
【００７２】
空間光変調装置２０ａは、上記した光アドレス型空間光変調器５０と、書き込み光源６０と、書き込み光生成用の液晶パネル６２とを有する。書き込み光源６０から出射された光は、レンズ６１を介して、所定の２次元パターンが表示された液晶パネル６２へと入射する。そして、この液晶パネル６２を通過することにより、所定の２次元強度パターンを有する書き込み光が生成される。この書き込み光は、レンズ６３、６４からなる結像光学系を介して空間光変調器５０へと入射し、これによって、空間光変調器５０での被変調光に対する変調条件が設定される。
【００７３】
空間光変調装置２０ａの後段には、光分岐部１２として、全反射鏡または一部透過鏡からなる反射鏡１２ａが設置されている。反射鏡１２ａによって分岐された被変調光は、偏光板３２ｂを介して、第２パラメータ計測部３２であるＣＣＤカメラ３２ａへと入射する。ＣＣＤカメラ３２ａは、入射された被変調光の２次元の強度分布を計測する。
【００７４】
ＣＣＤカメラ３２ａで計測された被変調光の２次元強度分布は、コンピュータ４１へと入力されている。本実施例においては、コンピュータ４１は、変調量評価部３０の第１パラメータ評価部３３、及び制御演算部２１として機能する。コンピュータ４１は、ＣＣＤカメラ３２ａによる被変調光の２次元強度分布の計測結果を参照して、空間光変調装置２０ａでの位相の実効変調量分布を評価する。そして、所望の変調量分布及び実効変調量分布に基づいて、空間光変調装置２０ａに対する制御条件を演算して求める。例えば、被変調光の平均入射光強度が２００ｍＷ／ｃｍ２であれば、上述したように約１度の位相シフトを生じるので、−１度の位相差を実現するように制御条件を決定する。
【００７５】
コンピュータ４１で求められた制御条件は、変調制御部２２である液晶パネルドライバ２２ａへと入力されている。液晶パネルドライバ２２ａは、入力された制御条件に基づいて、空間光変調装置２０ａの液晶パネル６２に表示されている書き込み光生成用の２次元パターンを制御する。これにより、光アドレス型空間光変調器５０における位相の変調量分布が制御される。
【００７６】
ここで、本実施例では、被変調光の位相を変調する空間光変調装置２０ａを光変調器２０として用いている。このため、空間光変調装置２０ａ等での損失分を除けば、被変調光の強度は変化しない。したがって、図８に示した構成では、空間光変調装置２０ａの後段に設置した反射鏡１２ａによって分岐した被変調光を計測に用いている。あるいは、空間光変調装置２０ａの前段に被変調光を分岐する一部透過鏡などの光分岐部を設置する構成としても良い。
【００７７】
図９は、光変調装置の具体的な構成の他の例を示す図である。本実施例の光変調装置は、プローブ光の所定の光学パラメータを計測することによって光変調器２０での被変調光の第１光学パラメータの実効変調量を評価する図７に示した光変調装置１Ｃに対応している。ここで、空間光変調装置２０ａ、液晶パネルドライバ２２ａ、被変調光に対する後段の反射鏡１２ａ、ＣＣＤカメラ３２ａ、及び偏光板３２ｂの構成については、図８に示した実施例と同様である。
【００７８】
本実施例では、光アドレス型空間光変調器５０を有する空間光変調装置２０ａに対して、被変調光とは別にプローブ光が入射されている。また、このプローブ光に対して空間光変調装置２０ａの後段には、偏光ビームスプリッタ３４ｂが設置されている。空間光変調器５０を通過して反射されたプローブ光は、偏光ビームスプリッタ３４ｂを介して、プローブ光計測部３４であるＣＣＤカメラ３４ａへと入射する。ＣＣＤカメラ３４ａは、入射されたプローブ光の２次元分布を計測する。
【００７９】
ＣＣＤカメラ３４ａで計測されたプローブ光の２次元分布は、ＣＣＤカメラ３２ａで計測された被変調光の２次元強度分布とともに、コンピュータ４２へと入力されている。本実施例においては、コンピュータ４２は、変調量評価部３０の第１パラメータ評価部３５、及び制御演算部２１として機能する。コンピュータ４２は、ＣＣＤカメラ３４ａによるプローブ光の２次元分布の計測結果等を参照して、空間光変調装置２０ａでの位相の実効変調量分布を評価する。そして、所望の変調量分布及び実効変調量分布に基づいて、空間光変調装置２０ａに対する制御条件を演算して求める。
【００８０】
コンピュータ４２で求められた制御条件は、変調制御部２２である液晶パネルドライバ２２ａへと入力されている。液晶パネルドライバ２２ａは、入力された制御条件に基づいて、空間光変調装置２０ａの液晶パネル６２に表示されている書き込み光生成用の２次元パターンを制御する。これにより、光アドレス型空間光変調器５０における位相の変調量分布が制御される。
【００８１】
ここで、空間光変調装置２０ａへと入射させるプローブ光としては、空間光変調装置２０ａでの位相変調特性に影響を与えないように、被変調光に比べて弱い光を用いることが好ましい。また、このプローブ光は、被変調光に対して、光軸や波長などのパラメータにより光学的に分離可能としておくことが好ましい。図９に示した構成では、被変調光とは異なる光軸で空間光変調装置２０ａへとプローブ光を入射することにより、被変調光とプローブ光とを分離している。
【００８２】
また、本実施例では、被変調光の位相を変調する空間光変調装置２０ａを光変調器２０として用いている。このため、プローブ光は、空間光変調装置２０ａによって位相変調を受けて偏光が変化する。したがって、空間光変調装置２０ａの後段の偏光ビームスプリッタ３４ｂによって分岐されたプローブ光をＣＣＤカメラ３４ａで計測することにより、空間光変調装置２０ａでの位相の実効変調量分布を評価することができる。
【００８３】
図１０は、光変調装置の具体的な構成の他の例を示す図である。本実施例の光変調装置は、被変調光の第１光学パラメータを計測することによって光変調器２０での実効変調量を評価する図５に示した光変調装置１Ａに対応している。
【００８４】
本実施例では、光変調器２０として、音響光学素子であるＡＯＰＤＦ２０ｂを用いている。このＡＯＰＤＦ２０ｂは、印加される制御信号に依存して被変調光の位相を波長毎に変調する０次元の位相変調素子であり、また、素子内部での非線形光学効果により、被変調光の強度に依存した位相変調特性を有する。
【００８５】
ＡＯＰＤＦ２０ｂの前段、及び後段には、光分岐部１１、１２として、それぞれ一部透過鏡１１ｂ、１２ｂが設置されている。また、これらの一部透過鏡１１ｂ、１２ｂは、反射鏡１１ｃ、及び一部透過鏡１２ｃとともにマッハツェンダ干渉計を構成している。一部透過鏡１１ｂ、１２ｂのそれぞれで分岐された被変調光は、このマッハツェンダ干渉計によって干渉した後、第１パラメータ計測部３１である分光器３１ａによって計測される。
【００８６】
分光器３１ａで計測された被変調光の干渉スペクトルは、コンピュータ４３へと入力されている。本実施例においては、コンピュータ４３は、変調量評価部３０、及び制御演算部２１として機能する。ここでは、まず、分光器３１ａによって取得された干渉スペクトルをフーリエ変換する。フーリエ変換の計算結果は、ＤＣ成分、＋の周波数成分、及び−の周波数成分の３つに分離するので、＋の周波数成分（または−の周波数成分）のみを残し、それを逆フーリエ変換する。
【００８７】
このとき、得られるスペクトルは複素数であり、その位相成分にＡＯＰＤＦ２０ｂを通過した際に受けた位相変調成分の情報が入っている。したがって、この位相変調成分の情報を抽出して実効変調量を評価し、所望の位相変調量と比較することによって、ＡＯＰＤＦ２０ｂに対する制御条件が求められる。
【００８８】
コンピュータ４３で求められた制御条件は、変調制御部２２であるＡＯＰＤＦドライバ２２ｂへと入力されている。ＡＯＰＤＦドライバ２２ｂは、入力された制御条件に基づいて、ＡＯＰＤＦ２０ｂを制御する。これにより、ＡＯＰＤＦ２０ｂにおける位相の変調量が制御される。
【００８９】
本発明による光変調装置は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、被変調光を計測することによって光変調器２０による実効変調量を評価する図５、図６に示した光変調装置１Ａ、１Ｂでは、被変調光を光分岐部１１、１２で分岐する構成を用いている。これに対して、被変調光を分岐せず、その光軸を切り換えて被変調光のすべてを計測手段へと入射する構成としても良い。また、光変調手段としては、空間光変調器や音響光学素子に限らず、様々なものを用いて良い。
【００９０】
【発明の効果】
本発明による光変調装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、光変調手段によって被変調光の第１光学パラメータに与えようとする変調量に対して、実際に与えられる実効変調量を評価し、所望の変調量と実効変調量とが一致するように制御条件を求めて光変調手段による変調動作を制御する構成によれば、被変調光が入射することによって、光変調手段での変調特性に変化が生じた場合であっても、被変調光の光学パラメータを充分な精度で正確に変調することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光変調装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】光アドレス型空間光変調器の構成の一例を模式的に示す側面断面図である。
【図３】光アドレス型空間光変調器における書き込み光の強度と位相変調量との相関を示すグラフである。
【図４】光アドレス型空間光変調器における被変調光の強度と位相シフトとの相関を示すグラフである。
【図５】光変調装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】光変調装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】光変調装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】光変調装置の構成の一例を示す図である。
【図９】光変調装置の構成の他の例を示す図である。
【図１０】光変調装置の構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…導光部、１１…前段光分岐部、１２…後段光分岐部、１５…変調量指示部、２０…光変調器、２０ａ…空間光変調装置、２０ｂ…音響光学素子、２１…制御演算部、２２…変調制御部、３０…変調量評価部、３１…第１パラメータ計測部、３２…第２パラメータ計測部、３３…第１パラメータ評価部、３４…プローブ光計測部、３５…第１パラメータ評価部、
５０…光アドレス型空間光変調器、５１、５７…透明基板、５２、５６…透明電極、５３ａ、５３ｂ…配向層、５４…液晶層、５４ａ、５４ｂ…スペーサ、５５…光導電層、５８…誘電体多層膜鏡、５９…遮光層、６０…書き込み光源、６２…液晶パネル。
【図１】
2004317809.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004317809.tif 000009
【図８】
2004317809.tif 000010
【図９】
2004317809.tif 000011
【図１０】
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