(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光パルスを５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の超広帯域にわたって超広帯域化する超広帯域光パルス発生装置と、
この超広帯域光パルス発生装置が生成する超広帯域光パルスのビーム断面を一方向（ｙ方向とする）に広げる円柱面レンズと上記ｙ方向と直交する方向（ｘ方向とする）に波長分散させる回折格子等とからなるビーム拡散装置と、
このビーム拡散装置で上記超広帯域光パルスのビーム断面を二次元的に広げた超広帯域光パルスから、波長分散方向（ｘ方向）の行（ｙ行：ｙ1 ，ｙ2 ，ｙ3 ，ｙ4 ，・・とする）毎に波長選択されると共に独立に振幅変調を加えて上記ｙ行毎にそれぞれ独立な中心波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ，・・とする）を有する光パルス成分を取出す二次元空間振幅変調器と、
この二次元空間振幅変調器で取り出された上記ｙ行毎にそれぞれ独立な中心波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ，・・）を有する上記光パルス成分を上記ｙ行毎に独立に位相変調を加える二次元空間位相変調器と、
上記二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器とで変調した上記光パルス成分を上記ｘ方向に縮めるビーム縮小波形整形装置と、を有し、
上記中心波長毎に振幅と位相が独立に制御された複数の波形整形パルスを得ることを特徴とする、超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項２】
前記基本波光パルスの光源は、ピコ秒以下の超短パルスレーザ発生装置であることを特徴とする、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項３】
前記基本波光パルスの光源は、固体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザ、色素レーザ及び光パラメトリックレーザのいずれか、或いはこれらの増幅システムとの組み合わせであることを特徴とする、請求項２に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項４】
前記超広帯域光パルス発生装置は、前記基本波光パルスを一以上の非線形光学媒質中を通すことによって、自己位相変調効果及び誘起位相変調効果によって上記基本波光パルスのスペクトルが超広帯域化することを特徴とする、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項５】
前記超広帯域光パルス発生装置で生成する超広帯域光パルスは、ピコ秒以下の光パルスであることを特徴とする、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項６】
前記非線形光学媒質は、気体及び電離気体のいずれかを充填した中空ファイバーであることを特徴とする、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項７】
前記非線形光学媒質の構造は、導波路構造、バルク構造、薄膜構造、フォトニック結晶構造、フォトニックファイバー及び液体のいずれか、あるいはこれらの構造体を光学的に結合した組み合わせでなることを特徴とする、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項８】
前記非線形光学媒質は、３次の非線形光学特性を有していることを特徴とする、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項９】
前記二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器は、光軸に直交してかつ直列に配設されており、振幅と位相を独立に、かつ、前記波長分散方向の行毎に独立に設定できることを特徴とする、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項１０】
前記二次元空間振幅変調器及び二次元空間位相変調器をフィードバック制御し所望の光パルスを得ることを特徴とする、請求項９に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項１１】
前記二次元空間振幅変調器は、第１の超広帯域偏光板と、複数の画素からなる二次元空間位相変調器と、上記第１の超広帯域偏光板と偏光透過軸が直交する第２の超広帯域偏光板とを有していることを特徴とする、請求項９に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【請求項１２】
前記ビーム縮小波形整形装置は、光ビームを一方向に縮小する円柱レンズまたは円柱ミラーと、この一方向に縮小した光ビームの波長成分を集光して波形整形する回折格子またはプリズムとから成り、独立に制御された複数の波形整形パターンを出力面上の異なった位置に形成することを特徴とする、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超広帯域で波長可変かつ波長多重の光パルス発生装置に利用し、超広帯域光パルスのビーム断面内で二次元的に振幅変調及び位相変調して超広帯域で可変な波長多重パルス波形を整形するための超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光パルスの波形整形は、所定の一つの中心波長を有する光パルスを一次元空間位相変調器及び一次元空間振幅変調器のいずれか、あるいは両方の組み合わせに通すことにより、又は所定の一つの中心波長を有する光パルスを二次元空間位相変調器に通すことによりなされてきた。
この光パルス波形整形は、所定の一つの中心波長を有する光パルスを分散素子により、その波長に依存して空間的に広げ、その波長成分ごとに位相の変調又は振幅の変調を行ない波形整形を行なうものである。
【０００３】
一次元空間位相変調器を用いた場合及び一次元空間振幅変調器を用いた場合の文献として「Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒ，Ｊ．Ｐ．Ｈｅｒｉｔａｇｅ  ａｎｄ  Ｅ．Ｍ．Ｋｉｒｓｃｈｎｅｒ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ５，１５６３（１９８８）」を挙げることができる。
また、これら両者を用いた場合の文献として「Ｍ．Ｍ．Ｗｅｆｅｒｓ  ａｎｄＫ．Ａ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１８，２０３２（１９９３）」を挙げることができる。
さらに二次元空間位相変調器を用いた場合の文献として「Ｍ．Ｍ．Ｗｅｆｅｒｓ，Ｋ．Ａ．Ｎｅｌｓｏｎ  ａｎｄ  Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒｓ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２１，７４６（１９９６）．」を挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の文献で示された例では、一次元空間位相変調器及び一次元空間振幅変調器のいずれか、あるいは両方を用いた場合でも、一つの中心波長の波形整形光パルスしか得ることができない。
また、二次元空間位相変調器を用いた場合では、空間的な位置ごとに異なる波形整形光パルスを得ることができるが、その中心波長はどれも同じ一つの波長であり、したがって一つの中心波長の波形整形光パルスしか得られない。
【０００５】
本発明は、上記の課題にかんがみ、超広帯域で波長可変なかつ波長多重なピコ秒以下、フェムト秒におよぶ波形整形光パルスを得ることのできる優れた超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置のうち請求項１に記載の発明は、基本波光パルスを５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の超広帯域にわたって超広帯域化する超広帯域光パルス発生装置と、超広帯域光パルス発生装置が生成する超広帯光パルスのビーム断面を一方向（ｙ方向とする）に広げる円柱面レンズとｙ方向と直交する方向（ｘ方向とする）に波長分散させる回折格子等とからなるビーム拡散装置と、このビーム拡散装置で超広帯域光パルスのビーム断面を二次元的に広げた超広帯域光パルスから、波長分散方向（ｘ方向）の行（ｙ行：ｙ1 ，ｙ2 ，ｙ3 ，ｙ4 ，・・とする）毎に波長選択されると共に独立に振幅変調を加えてｙ行毎にそれぞれ独立な中心波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ，・・とする）を有する光パルス成分を取出す二次元空間振幅変調器と、この二次元空間振幅変調器で取り出されたｙ行毎にそれぞれ独立な中心波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ，・・）を有する上記光パルス成分をｙ行毎に独立に位相変調を加える二次元空間位相変調器と、二次元空間振幅変調器と二次元空間位相変調器とで変調した光パルス成分を上記ｘ方向に縮めるビーム縮小波形整形装置と、を有し、中心波長毎に振幅と位相が独立に制御された複数の波形整形パルスを得ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、基本波光パルス光源が、ピコ秒以下の超短パルスレーザ発生装置であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、基本波光パルスの光源が、固体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザ、色素レーザ及び光パラメトリックレーザのいずれか或いはこれらの増幅システムとの組み合わせでなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、超広帯域光パルス発生装置が、基本波光パルスを一以上の非線形光学媒質中を通すことによって、自己位相変調効果及び誘起位相変調効果によって基本波光パルスのスペクトルが超広帯域化することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、超広帯域光パルス発生装置で生成する超広帯域光パルスが、ピコ秒以下の光パルスであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、非線形光学媒質が、気体及び電離気体のいずれかを充填した中空ファイバーであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、線形光学媒質の構造が、導波路構造、バルク構造、薄膜構造、フォトニック結晶構造、フォトニックファイバー及び液体のいずれかあるいはこれらの構造体を光学的に結合した組み合わせであることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、非線形光学媒質が、３次の非線形光学特性を有していることを特徴とする。
【０００９】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、透過光の振幅を設定する二次元空間振幅変調器と位相を設定する二次元空間位相変調器が、光軸に直交してかつ直列に配設されており、振幅と位相を独立に、かつ、波長分散方向の行毎に独立に設定できることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、二次元空間振幅変調器及び二次元空間位相変調器をフィードバック制御し所望の光パルスを得ることを特徴とする。
【００１０】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、二次元空間振幅変調器が、第１の超広帯域偏光板と、複数の画素からなる二次元空間位相変調器と、第１の超広帯域偏光板と偏光透過軸が直交する第２の超広帯域偏光板とを有していることを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置において、ビーム縮小波形整形装置が、光ビームを一方向に縮小する円柱レンズまたは円柱ミラーと、この一方向に縮小した光ビームの波長成分を集光して波形整形する回折格子またはプリズムとから成り、独立に制御された複数の波形整形パターンを出力面上の異なった位置に形成することを特徴とする。
【００１２】
このような構成により、可変な複数の波長における光パルス列をそれぞれ独立に、かつ、同時に、また、同期した状態でも発生が可能となる。
この波長可変で、かつ、任意に波形整形された光パルスを用いれば、この光パルスを入射した物質に対して、波長制御による電子準位の共鳴と同時に、整形光パルス列のパルス間隔制御による振動準位共鳴を利用した多次元電子準位・振動準位二重選択励起を行なうことが可能になり、物質の反応制御、成長制御への応用の道が開かれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置の一実施形態を示す構成概念図である。
図１を参照すると、この発明の実施形態に係る超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置２０は、ピコ秒以下の超短パルスを発生させる光パルスの光源２１と、光パルスを超広帯域化する第１の超広帯域光パルス発生装置２２と、超広帯域光パルスをビーム断面内の一方向（ここではｙ方向とする）に空間的に広げるビーム拡張装置２４と、光パルスビームの波長を分散しビーム断面ｘ方向に広げる波長分散装置２６とを有し、二次元的に広がったビーム断面を持つ光パルスビームを形成する。
ここで「ビーム断面」とは、超広帯域光パルスのビームを進行方向に対して垂直に切った断面をいう。
【００１４】
光源２１は基本波光パルスを発生させる固体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザ、色素レーザ、光パラメトリックレーザのいずれも使用でき、またこれらの増幅システムとの組み合わせでもよい。
【００１５】
また図１に示す第１超広帯域光パルス発生装置２２は、気体、例えば希ガスが充填された耐圧チャンバー３内に中空ファイバー４を光軸上に設けたものであるが、この中空ファイバー４に希ガスを充填しただけのものを光軸上に配設してもよい。
さらに、例えば耐圧チャンバーの両端に電極を設け、電圧を印加することによりこの耐圧チャンバー３内に設けられた中空ファイバー４内を電離ガスで満たした状態にしてもよく、また電離ガスを充填した中空ファイバー自体を光軸上に設けるようにしてもよい。さらに希ガスに変えて液体を充填してもよい。
【００１６】
この第１の超広帯域光パルス発生装置２２には光パルスを中空ファイバー４に集光する、例えば球面レンズ２と、コリメーターである球面レンズ５とを有しているが、これらは別途分離して設けられていてもよい。
【００１７】
図２は本発明に係る超広帯域光パルス発生装置の他の例を示す構成図であり、（ａ）は第１の超広帯域光パルス発生装置の入射側に第２の超広帯域光パルス発生装置を設けた構成図、（ｂ）は第１の超広帯域光パルス発生装置の出射側に第２の超広帯域光パルス発生装置を設けた構成図である。
図２（ａ）及び（ｂ）に示す超広帯域光パルス発生装置４２は図１に示した超広帯域光パルス発生装置２２に第２の超広帯域光パルス発生装置３２を組み合わせたものであるが、この第１の超広帯域光パルス発生装置に代えて第２の超広帯域光パルス発生装置のみを設けていてもよい。
【００１８】
図２に示す第２超広帯域光パルス発生装置３２は、集光素子３４とコリメーター３８との間の光軸上に他の非線形光学媒質構造体３６を設けたものである。
なお、希ガス又は電離ガスを充填した中空ファイバーもこの非線形光学媒質構造体の一例である。
超広帯域光パルスは、所定の中心波長のレーザ光源からの基本波パルスを非線形光学媒質に通し、自己位相変調効果を生じさせることによりスペクトルを広げ、或いは基本波パルスとそのパルスを用いた非線形現象により発生したパルスとの誘起位相変調効果を生じさせることによりスペクトルを広げて得られる。
【００１９】
非線形光学媒質としては、３次の非線形光学特性の大きい無機又は有機の多くの物質を用いることができる。
また、非線形光学媒質構造としては、導波路構造、バルク、薄膜、フォトニック結晶構造、フォトニックファイバー構造又は液体等を用いることができる。
導波路構造は光を閉じこめる構造であればよく、ファイバーやチャネル導波路でよい。
【００２０】
またバルク及び薄膜では光を閉じこめられず、広がってしまう構造ではあるが、加工性のよくない物質でもバルク及び薄膜構造は比較的容易に形成することができるので、バルク及び薄膜構造にすることによって、あらゆる３次の非線形光学特性を有する物質を利用することも可能になる。
フォトニック結晶は光の波長程度の周期で規則正しく配列した構造体であり、光を閉じこめることができる。
また液体を使用する場合は透明容器に充填すればよい。
【００２１】
本発明の最も望ましい場合においては、第１超広帯域光パルス発生装置で示したように媒質として希ガスを用い、この希ガスを導波路構造を形成するガラス製中空ファイバー中に充填した構造のものを用いる。
【００２２】
本実施形態に係る波長分散装置２６は円柱面レンズ又は円柱面ミラーなどのコリメーターを含んでいるが、別途分離して設けられていてもよい。
【００２３】
さらに本発明の実施形態に係る超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置２０は、二次元的に広がった光パルスビームのｙ方向に依存して異なる中心波長の波長帯域を選択する二次元空間振幅変調器１１と、この波長選択された複数の光をそれぞれごとに異なる位相に変調する二次元空間位相変調器１２と、この位相変調された光パルスビームをビーム断面内ｘ方向に縮めるとともに任意のパルス波形に整形するビーム縮小波形整形装置２８とを有し、ｙ方向に依存して中心波長が異なるとともに、それぞれ独立かつ任意に波形整形された、波長多重整形光パルスを形成する。ここで詳細は後述するが、集光素子としては円柱面レンズ、円柱面ミラーを使用でき、またパルス波形整形装置として回折格子を使用することができる。
【００２４】
図３は本実施形態に係る二次元空間振幅変調器の構成概念図で、（a ）は二次元空間フィルターの概念図、（ｂ）は波長切り出しのスペクトル図である。
図３に示すように、二次元空間振幅変調器は、例えば画素数６４８（ｘ方向）×４（ｙ方向）の二次元空間フィルター５０を有しており、この二次元空間フィルター５０にｙ１行〜ｙ４行の光パルスビームの不透過部５２及び透過部５４を設定し、超広帯域光パルスを通すことにより、図３（ｂ）に示す異なる中心波長選択、つまり波長切り出しができる。
【００２５】
図４は本実施形態に係る他の二次元空間振幅変調器の構成概念図で、（ａ）は他の二次元空間振幅変調器の構成概略図、（ｂ）は超広帯域偏光板、（ｃ）は二次元空間位相変調器、（ｄ）は超広帯域偏光板を示す図である。
図４に示す他の二次元空間振幅変調器６０は、第１の超広帯域偏光板６２と、例えば画素数６４８（ｘ方向）×４（ｙ方向）を有する二次元空間位相変調器６４と、第１の超広帯域偏光板６２と直交する偏光透過軸を持つ第２の超広帯域偏光板６６とを重ね合わせて形成され、二次元空間位相変調器６４の位相を変化させると、直交した２枚の超広帯域偏光板を透過する光の量が変化する。
これにより、二次元空間振幅変調を行うことができる。
【００２６】
なお、図４（ａ）中、６１は二次元的に広がった超広帯域光パルスを示し、６３は二次元的に振幅変調された超広帯域光パルスを示す。また図４（ｂ）及び（ｄ）の矢印の方向は偏光透過軸の方向を示す。
【００２７】
次に、本実施形態の作用について説明する。
上述のように構成された本発明の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置２０では、ピコ秒以下の超広帯域光パルスを発生させて使用し、その光パルスの波長は５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の超広帯域にわたっている。
この超広帯域光パルスをビーム断面内の一方向、例えばｙ方向に、円柱面レンズの対又は円柱面ミラーの対などのビーム拡張装置２４を用いて空間的に広げ、さらに回折格子又はプリズムなどの波長分散装置２６を用いて波長分散するとともに、ビーム断面内のｙ方向と同じ断面内でｙ方向と垂直な方向（ｘ方向とする）に空間的に広げる。
【００２８】
この後、波長分散装置２６が有している円柱面レンズ又は円柱面ミラーなどのコリメーターにより平行化した超広帯域光パルスを二次元空間振幅変調器１１により、ｙ方向に依存して異なる中心波長の波長帯域を選択（波長切り出し）し、これら波長を選択した複数の光をそれぞれごとに二次元空間位相変調器１２により、異なる位相に変調する。
さらに、円柱面レンズ又は円柱面ミラー並びに回折格子又はプリズムなどのビーム縮小波形整形装置２８により位相変調した超広帯域光パルスをビーム断面のｘ方向に縮めた後、任意のパルス波形に整形する。
この超広帯域光パルスをビーム断面のｘ方向に縮めることは波長分散に対応したｘ方向の広がりをなくすことに対応する。
【００２９】
これにより、ｙ方向に依存して中心波長が異なり、それぞれ独立に任意に波形整形した光パルス、すなわち、波長多重整形光パルスが得られる。
この際、得られた波形整形パルスの中心波長、波形をモニターし、フィードバック制御を行うことにより、所望の中心波長及び所望のパルス波形を得ることができる。
【００３０】
次に、図１及び図５〜図８に基づき上記実施の形態の具体的構成及びその作用効果について詳細に説明する。
上述したように、図１は本発明の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置の一実施形態を示す構成概念図である。なお、円柱面レンズの曲率のある方向及び回折格子の溝の方向はともにｙ方向である。
図５は本実施形態に係る光学素子通過後の超広帯域光パルスビームの概略図であり、（ａ）は球面レンズ５を通過後の光パルスビーム断面、（ｂ）は光パルスビームを断面一方向に広げるための円柱面レンズ６，７を通過後の光パルスビーム断面、（ｃ）は入射回折格子９を通過後の光パルスビーム断面を示す。
図６，図７及び図８は、二次元空間振幅変調器の波長切り出し機能、及び二次元空間位相変調器による独立な波形整形機能の説明図である。
【００３１】
図１を参照すると、本実施形態の超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置では、光パルス光源１のチタニウムサファイアレーザ増幅システムによって発生された中心波長が７９０ｎｍ、パルス幅が３０ｆｓ、パルスエネルギーが０．６ｍＪ、くり返し周波数が１ｋＨｚの光パルスを、超広帯域光パルス発生装置２２に焦点距離が２００ｍｍの球面レンズ２を用いて集光し導波させ、５００〜１０００ｎｍの超広帯域光パルスを発生させる。
【００３２】
この超広帯域光パルス発生装置２２は、例えば３．３気圧のアルゴンが充填されたサファイア製の入射及び出射窓を持つ耐圧チャンバー３内に配設された内径が０．１ｍｍ、長さが３００ｍｍの石英ガラス製中空ファイバー４を有し、この石英ガラス製中空ファイバー４の入射端に光パルスが集光し入射するようになっている。
【００３３】
この超広帯域光パルスをコリメーターの焦点距離が２００ｍｍの球面レンズ５により平行化した後（平行化後のビーム断面は図５（ａ）で示す）、焦点距離が−２０ｍｍの円柱面レンズ６及び焦点距離１５０ｍｍの円柱面レンズ７を有するビーム拡張装置２４を用いて、ビーム断面内ｙ方向にビームを広げる（このときのビーム断面は図５（ｂ）で示す）。
このｙ方向に広げた光パルスビームを平面ミラー８により反射した後、波長分散装置である格子定数が６００本／ｍｍの入射回折格子９を用いて波長分散させ、ビーム断面ｘ方向に広げ、ｘ方向に曲率を持ったコリメーターの焦点距離が１５０ｍｍの円柱面レンズ１０により平行化する。
【００３４】
このとき、光パルスビームは、ｘ方向にもｙ方向にも広がった、二次元的な広がりを持つビーム断面を持つことになり、その様子は図５（ｃ）で示すように、ｘ軸は波長をλとするとλ軸にも対応している。このときのビーム断面とスペクトルとの対比を図６（ａ），（ｂ）に示す。ここで図６（ａ）は二次元空間振幅変調器上での超広帯域光パルスのビーム断面図、図６（ｂ）は二次元空間振幅変調器上での超広帯域光パルスのスペクトル分布Ｓ（λ）（λ軸とビーム断面内ｘ軸とは一致している）を示す図である。
【００３５】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ビーム断面ｙ方向には同じ波長成分が並んでいるが、ビーム断面ｘ方向は波長λ軸と一致しているのでそのスペクトル分布Ｓ（λ）に対応して波長成分が並んでいる。
【００３６】
この二次元的に広がった光パルスを、例えば画素数６４８（ｘ方向）×４（ｙ方向）の二次元空間振幅変調器１１に通す。
これは、図７（ｃ）に示す例のように、光パルスビーム断面内に６４８×１の一次元空間振幅変調器が４つ（ｙ１行、ｙ２行、ｙ３行、ｙ４行とする）あることに対応する。このｙ１行からｙ４行ごとに異なる振幅変調を加えれば、それぞれ、中心波長λ１、λ２、λ３、λ４の異なる成分を取り出す（波長切り出しする）ことができる。
ここで、図７（ｃ）は二次元空間振幅変調器による振幅変調の様子を示す図、図７（ｄ）は二次元空間振幅変調器による振幅変調により波長切り出しを行なったスペクトル分布Ｓ（λ）を示す図である。
【００３７】
次いで、このｙ方向に依存して異なる波長きり出しされた光パルスを画素数６４８（ｘ方向）×４（ｙ方向）、最大位相変調量２π以上の二次元空間位相変調器１２に通し、ｙ１行からｙ４行ごとに異なる位相変調を加える。この際のビーム断面は図８（ｅ）に示すように、各画素ごとに独立に位相変調を加えることになる。
ここで、図８（ｅ）は二次元空間位相変調器による位相変調の様子を示す図、図８（ｆ）は出射回折格子１４通過後のビーム断面図、図８（ｇ）は独立に波形整形された異なる中心波長のパルス（超広帯域波長可変波長多重整形パルス）を示す図である。
【００３８】
この後、ｘ方向に曲率を持つ焦点距離が１５０ｍｍの円柱面レンズ１３を用いて、格子定数が６００本／ｍｍの出射回折格子１４上でｘ方向に光パルスビームが集光されるようにすると、回折格子により回折された光パルスビーム（この時点でのビーム断面は図８（ｆ）である）は、ｙ１の位置には中心周波数λ１の波形整形パルス、ｙ２の位置には中心周波数λ２の波形整形パルス、ｙ３の位置には中心周波数λ３の波形整形パルス、ｙ４の位置には中心周波数λ４の波形整形パルスが得られる。
【００３９】
このとき、それぞれの整形パルスパターンは、独立に制御することができ、それぞれ任意の波形にすることができる。この独立に整形されたパルス列の時間波形（パルス強度Ｉ（ｔ）とした）を示したのが図８（ｇ）である。
最後に、出射方向調整ミラー１５で発生した超広帯域波長可変波長多重波形整形パルスの伝播方向を調整する。
【００４０】
なお、上記実施形態で説明した具体的な数値例等は、本発明の範囲を限定するものではなく、必要に応じて適宜変更可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明かなように本発明は、超広帯域光パルスを二次元空間振幅変調器及び二次元空間位相変調器を用いて、従来までに困難であった、超広帯域で可変な複数の波長における任意パルス列をそれぞれ独立かつ同時に、また、同期した状態でも発生できるという効果を有する。
したがって、この超広帯域光パルスを物質に入射し、波長制御による電子準位の共鳴と同時に、整形パルス列のパルス間隔制御による振動準位共鳴を利用した多次元電子準位・振動準位二重選択励起を行なうことができるようになる。
これにより、物質の反応制御、成長制御、新物質創製、分子機能制御、選択励起治療を行なうことができる。
また、時間、波長多重及び時間並列制御による光情報・伝送処理、光コンピューティングへの応用など、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態の構成概念図である。
【図２】本発明に係る超広帯域光パルス発生装置の他の例を示す構成図であり、（ａ）は第１超広帯域光パルス発生装置の入射側に第２超広帯域光パルス発生装置を設けた構成図、（ｂ）は第１超広帯域光パルス発生装置の出射側に第２の超広帯域光パルス発生装置を設けた構成図である。
【図３】本実施形態に係る二次元空間振幅変調器の構成概念図で、（ａ）は二次元空間フィルターの概念図、（ｂ）は波長切り出しのスペクトル図である。
【図４】本実施形態に係る他の二次元空間振幅変調器の構成概念図であり、（ａ）は他の二次元空間振幅変調器の構成概略図、（ｂ）は超広帯域偏光板、（ｃ）は二次元空間位相変調器、（ｄ）は超広帯域偏光板を示す図である。
【図５】図１における光学素子通過後の超広帯域光パルスのビーム断面図であり、（ａ）はコリメーターの球面レンズ通過後のビーム断面、（ｂ）はビームを断面一方向に広げるための円柱面レンズ通過後のビーム断面、（ｃ）は入射回折格子通過後のビーム断面図を示す。
【図６】本実施形態に係る二次元的な広がりを持つ光パルスビームを示す図で、（ａ）は超広帯域光パルスビーム断面図、（ｂ）は超広帯域光パルスのスペクトル分布Ｓ（λ）を示す図である。
【図７】本実施形態に係る二次元空間振幅変調器の波長切り出し機能の説明図であり、（ｃ）は二次元空間振幅変調器による振幅変調の様子を示す図、（ｄ）は二次元空間振幅変調器による振幅変調により波長切り出しを行なったスペクトル分布Ｓ（λ）を示す図である。
【図８】本実施形態に係る二次元空間位相変調器による独立な波形整形機能の説明図であり、（ｅ）は二次元空間位相変調器による位相変調の様子を示す図、（ｆ）は出射回折格子１４通過後のビーム断面図、（ｇ）は独立に波形整形された異なる中心波長のパルス（超広帯域波長可変波長多重整形パルス）を示す図である。
【符号の説明】
１    チタニウムサファイアレーザ増幅システム
２    集光用球面レンズ
３    耐圧チャンバー
４    石英ガラス製中空ファイバー
５    平行化用球面レンズ
６，７  円柱面レンズ
８    ミラー
９    入射回折格子
１０    円柱面レンズ
１１    二次元空間振幅変調器
１２    二次元空間位相変調器
１３    円柱面レンズ
１４    出射回折格子
１５    出射ビーム方向調整用ミラー
２０    超広帯域可変波長多重パルス波形整形装置
２１    光源
２２，３２，４２，４４    超広帯域光パルス発生装置
２４    ビーム拡張装置
２６    波長分散装置
２８    ビーム縮小波形整形装置
３４    集光素子
３６    非線形光学媒質構造体
３８    コリメーター
５０    二次元空間フィルター
５２    不透過部
５４    透過部
６０    二次元空間振幅変調器
６１，６３    超広帯域光パルス
６２    第１の超広帯域偏光板
６４    二次元空間振幅変調器
６６    第２の超広帯域偏光板
【図１】
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【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】
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【図８】
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