JPH02500547A - コヒーレント放射に対する弁別用光ノッチフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コヒーレント放射に対する弁別用光ノツチフィルタ［発明の背景］ 発明の技術分野 この発明は、光ビームの処理に関するものであり、特に選択された周波数におけ る光放射に対する弁別用に使用される光ノツチフィルタに関するものである。

関連技術の説明 光ビームはコヒーレントおよびコヒーレントでない放射の組合わせとして表わす ことができ、時にはコヒーレントな成分を除去することが所望される。光波が完 全にコヒーレントであるとき、ビーム中り任意の点および他の点における振幅と 位相間には予期される関連または相関が存在する。一般にビームの断面は波頭を 示し、その部分はどこでも他のどの部分とも同位相である。他方コヒーレントで ない放射では、ビームの任意の点における周波数、位相および振幅は他の部分に 対してランダムである。

ノツチフィルタは所定の周波数を有する信号成分を除去するために、または全体 の信号から比較的狭い周波数帯域を落とすために各種の応用において使用されて いる。ノツチフィルタは光放射用に開発され、ビームからコヒーレントな光を除 去するために使用される。しかしながら、現在利用できる光学的ノツチフィルタ は、異なった周波数に同調されることはできるけれども一度設定されるとそれら の同調は固定されたままであり、ビーム内の動特性には応答しないという意味で 受動的装置である。したがって、このフィルタは元来コヒーレント放射の周波数 に設定されるならば応答しないが、その後ビーム内のコヒーレントな放射の周波 数は変化する。またコヒーレントな放射の周波数は知られておらず、コヒーレン トな放射が存在するかしないかもまた知られていない。これらの状況ではこのフ ィルタは有効ではない。

［発明の概要］ 従来の技術の上述の問題の観点から、この発明の目的は、ビーム内のコヒーレン トな放射の存在を検出することができ、検出されたコヒーレントな放射の周波数 を決定し、ビームからコヒーレントな放射を除去するようにダイナミックに応答 する光ビームに対するすぐれた改善されたノツチフィルタおよび方法を提供する ことである。

これらの目的は、選択可能な周波数を弁別するように構成され、入力ビームの少 なくとも一部を受けるようにフィルタを位置された光学的フィルタを提供するこ とによって達成される。ビーム中のコヒーレントな放射の存在を検出し、その放 射の周波数を決定し、コヒーレントな放射に対して弁別するためにフィルタをダ イナミックに設定する手段が設けられ、それによってフィルタはビームのコヒー レントな成分を除去しコヒーレントでない成分を伝達する。好ましい実施例にお いては、ビームの一部は干渉計に向けられ、この干渉計はそれに向けられたビー ムの部分を長さの等しくない２つの経路すだめの手段を備えている。干渉縞パタ ーンは解析されてコヒーレントな放射の周波数が決定され、制御信号がコヒーレ ント周波数にフィルタをダイナミックに設定するために発生される。

フィルタはブラッグ（Ｂｒａｇｇ　）セルであることが好ましく、それは音響制 御信号に応答する。この形式のフィルタについては、コヒーレントな放射の検出 された周波数を表わす電気制御信号が発生され、電気・音響トランスデユーサが この電気制御信号に応答して動作し、ブラッグセルに音響制御信号を与える。制 御信号は入力ビームのコヒーレントな成分中の変化にダイナミックに応答し、ブ ラッグセルにコヒーレントな放射を追跡させ、導入される波長の変化に関係なく そのフィルタ作用を続ける。

これら、およびその他のこの発明の特徴および目的は、添附図面を参照にした以 下の好ましい実施例の説明から当業者には明白になるであろう。

［図面の説明］ 第１図は、この発明により構成された入力光ビームからコヒーレントな放射を除 去するためのシステムのブロック図である。

第２図は、ビーム中のコヒーレントな放射の存在を検出するために使用される干 渉計の１形態を示す。

第３ａ図および？ｇＢｂ図は、２つの異なったコヒーレントな放射周波数に応答 する干渉計によって形成された干渉バタ第４図は、この発明のダイナミックフィ ルタと共に使用されることかできる別の形態の干渉計を示す。

［好ましい実施例の詳細な説明］ この発明の好ましい実施例が第１図に示されている。受信開口（図示せず）を通 って伝送されるものでよい入力光ビーム２は部分的透過鍍銀鏡として構成された ものでよいビーム分割器４に指向される。光ビーム２は一般にコヒーレントでな い成分を有しており、またコヒーレントな成分を有している可能性もある。第１ 図のシステムは、周波数が変化したり、間欠的にしか存在しない場合であっても コヒーレントな成分を検出し、それを全体のビームから除去するように構成され ている。この適用に関しては、“光”は可視光のみならず赤外光その他コヒーレ ントなビームが伝送される可能性のある電磁スペクトル領域のものを含んだ広い 概念で使用されている。

入力ビームはビーム分割器４によって２つのビームに分割され、その一つのビー ム６はコヒーレント性検出システムに導かれる。他方の分割ビーム８は光フィル タｌＯに向い、この光フィルタ１０はコヒーレント性検出システムからの制御信 号に応じてビームからコヒーレントな放射を除去する。任意のコヒーレントな放 射の周波数は予め知られていないから、効率のようダイクロイックビーム分割器 を使用することは困難は不可能である。したがってビーム分割器４は固定された 波長に関係のない分割器４として構成されることが好ましく、それはビームの光 子の大部分をフィルタｌＯへ送られるビーム８に与えるものであることが好まし い。

入力ビーム中のコヒーレント放射を検出してフィルタしてそのような放射を除去 するための制御信号を出力するサブシステムは、干渉計の形態であることが好ま しいコヒーレント性検出器１２、入力ビーム中のコヒーレント放射の周波数の指 示を出力する周波数検出器１４、検出されたコヒーレント放射の周波数に応じて フィルタ１０に対する周波数制御方針を計算するアナログまたはデジタルコンピ ュータ１６、および電圧制御発振器（Ｖ　ＣＯ）のような周波数制御回路１８か ら構成されている。ｖＣＯはコンピュータ出力を受けてそれを制御ライン２０上 の検出されたコヒーレント放射の周波数に対応する周波数を有する電気的正弦波 信号に変換する。ＶＣＯブロックはＶＣｏの直列装置またはその正弦波出力信号 が１以上の算定されたコヒーレント放射波長でブラッグ偏向を生じるように設定 された位相ロックループであってよい。

ブラッグセルフィルタ１０は光学的および音響的に透明である音響・光学的セル であり、移動回折格子として動作する。

電気・音響トランスデユーサ２２がライン２０上の電気制御信号を受けてそれを 音響信号に変換し、それはブラッグセル中を御システムにより検出されたコヒー レント放射周波数に対応する周波数に設定され、コヒーレント放射周波数にある 入力分割ビーム８中の一部分を偏向し、入力ビームの残りの部分を透過させる。

したがってビームのコヒーレントでない部分はセルを通って伝送され、出力ビー ム２４として出力され、一方コヒーレント放射は偏向ビーム２６として主ビーム 路からフィルタされて除去される。ブラッグセルの回折効率は限定されているか ら、いくつかのセルが縦続的に動作してコヒーレント放射パワーの連続した大き な部分を除去する。

ブラッグセルはよく知られており、例えば文献（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔ ｏ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　、　Ａ、　Ｙａｒｉｖ。

２ｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　、　３４０〜３５２頁）に記載されている。それらは その回折効率が好ましいものであるために望ましい。ブラッグセルの代わりに実 時間ホログラムを使用することもできる。

これは周波数によって異なった角度でビームを偏向させる装置として開発された ものである。それは薄いフィルム装置であり、回折効率が低いためにプログラム 可能なコヒーレントビームの抽出用として使用するのには適していない。

レーザビームの形態のコヒーレントな放射により、電気・音響トランスデユーサ ２２によって生成された音響信号は典型的には約ｌＯ乃至４０ＭＨｚの範囲にあ り、ループ周波数およびシステムの角度方向に依存する。したがってコンピュー タ１６と電圧制御発振器１８の両者は高速動作が可能でなければならない。

コヒーレントな放射について解析されるべき分割されたビーム６は、反射鏡２８ で反射されて干渉計１２に入射する。種々のの異なった設計の干渉計が使用でき 、適当な設計の一つが第２図に示されている。この設計ではビーム分割器４は入 力ビーム２の周縁内の１対の小型の反射鏡４ａ、　４ｂとして構成されている。

それらは平行な経路に沿フて入力ビーム２の各反射鏡４ａ、　４ｂにより反射さ れた部分を反射鏡２８ａ、２８ｂに導き、そこからビームは再び反射されて新し い平行路に沿って集束レンズ３０に導かれる。このレンズ３０はそのレンズの焦 点距離に配置されている周波数検出器１４における共通点に焦点を結ばせる。入 力ビームの残りの部分はビーム８として別のレンズ３２を通過し、このレンズ３ ２はビームをコリメートレンズ３４に集束し、それからブラッグセルへと送られ る。

第２図に示した干渉計システムは、“薄くされたアレイ”の映像システムであり 、それにおいては２つのサンプルされたビームｅａ、　６ｂの経路長は故意に整 合されていない。もしも経路長が適切に設計されているならば、サンプルされた ビームのコヒーレントな成分は空間的周波数検出器１４に干渉縞パターンを生成 する。コヒーレントな放射の周波数は干渉縞パターンに基づいて決定される。

２つのビーム６ａ、　８ｂの経路長の差は予想されたコヒーレントな放射に対す るコヒーレント長とコヒーレントでない放射のコヒーレント長の間でなければな らない。小さな経路差に対して、コヒーレントな放射に対する干渉縞の可視性は 高い。

しかしながら、差が増加するにしたがって干渉縞の可視性は減少し、究極的には 干渉縞か完全に消失するに至る。この差の距離が解析される放射のコヒーレント 長として定義される。

コヒーレントレーザ放射に対するコヒーレント長はコヒーレントでない広帯域光 源に対するものよりもずっと大きく、一般的にコヒーレントでない光に対しては ミクロンの程度であるのに比較してレーザではセンチメータまたはメータの程度 である。

周波数検出器１４の構成が第３ａ図に示されている。光検出器アレイ３Ｂが電荷 結合装置基体３８上に設けられている。空間的周波数はコヒーレント放射の波長 に対応する振幅分布４０として検出器上に符号化される。検出された振幅分布は 周波数検出器からライン４２によって出力され、一般的には一時的なシーケンス としてコンピュータ１６に与えられる。コンピュータは１以上の空間的周期値Ａ および１以上の波長値λを次の関係式によって算定する。

λ＝＝Ａ２ｓｉｎθ／２ ここで、θは第２図に示されたビーム間の分離角度である。

異なったコヒーレント放射周波数に対する振幅分布４４は第３ｂ図に示されてい る。

この発明で使用できる第２の形態の干渉計は第４図に示された傾斜板ジャリング 干渉計である。この装置によって、単一の分割されたビーム６は傾斜した一方通 行反射鏡４Ｂを通って伝送される。ビーム分割器４８の平面と一方通行反射鏡４ Ｂは互いに傾斜しており、それによってビームの一部はビーム分割器４８を通過 して第１の部分ビーム５０として周波数検出器１４に伝達され、一方ビーム６の 残りの部分は再び一方通行反射鏡４６の反射側に反射されて戻って、そこから再 び反射されてビーム分割器４８を通ってビーム５２として周波数検出器１４に送 られる。２つのビーム５０と５２は接近してほぼ平行であり、所望のコヒーレン ト長条件を決定するビーム分割器４８と一方通行反射鏡４６と間の角度を有して いる。このシステムは非常に短いコヒーレント長のレーザに適しており、整列が 容易である利点を有している。干渉縞のコントラストは第２図のシステムのもの よりも低いが、約０．９４の干渉縞コントラスト比を有し、それは依然として充 分に高いものである。

以上説明した装置は受信フィールドから１個または複数個のコヒーレントな放射 周波数を除去し、一方コヒーレントでない放射は実質上減衰を与えないで通過さ せるために使用することができる。その応答時間は典型的には検出されたコヒー レント信号の信号対雑音比によって制限される。コヒーレント信号が強いほどシ ステム応答は速くマイクロ秒程度に応答時間が減少する。この点においていくつ かの部品の応答時間が典型的にシステム全体の応答時間を限定できる。光リミタ と異なってコヒーレント信号強度がコヒーレントでない信号源の強度を越えるこ とが必要とされない。したがって、この発明のシステムは光リミタに対して本質 的に補足装置とすることができる。リミタは非常に高い強度のコヒーレント光源 を受けることができ、その出力をコヒーレントでない強度の１０乃至１００倍の 係数に制限する。この発明は付加的な減衰を与えることができ、コヒーレント信 号をコヒーレントでない信号に匹敵する、或いはそれよりも低い強度レベルに低 下させる。

以上この発明を示し説明したが、多くの変形変更および別の実施例が当業者によ って行われることができることが理解されるべきである。したがってこの発明は 添附された請求の範囲に記載された技術的事項によってのみ限定されるべきも国 際調査報告 ｍ−。−一１−＾−一喝一一哨一＆？Ｃ’：／’：Ｓミ凱゛Ｃ２２ム７国際調査 報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択された周波数を弁別するように構成された光学的フィルタと、 入力光ビームを受けてビームの少なくとも一部を前記フィルタに送る手段と、 弁別周波数を選択するために入力ビームに応答する電気・光学的手段と、 この電気・光学的手段によって選択された周波数を弁別するためにフィルタを設 定するための電気・光学的手段とフィルタとの間のインターフェイス手段とを具 備している光ノッチフィルタシステム。
2. （２）フィルタがブラッグセルを備えている請求の範囲１記載のシステム。
3. （３）電気・光学的手段が選択された周波数を有する電気弁別信号を設定する手 段を具備し、インターフェイス手段は電気弁別信号に応答してブラッグセルに音 響制御信号を与えるように構成された電気・音響トランスデューサを備えている 請求の範囲２記載のシステム。
4. （４）電気・光学的手段が弁別周波数の選択において入力ビームのコヒーレント 性に応答する請求の範囲１記載のシステム。
5. （５）入力光ビームを受ける手段がフィルタおよび電気・光学的手段に対して入 力光ビームのそれぞれの部分を導くように構成されたビーム分割器を具備してい る請求の範囲１記載のシステム。
6. （６）選択可能な周波数を弁別するように構成されビームの少なくとも一部を受 けるように配置された光学的フィルタと、ビーム中のコヒーレントな放射の存在 を検出する手段と、検出したコヒーレントな放射の周波数を決定する手段と、コ ヒーレントな放射を弁別するためにフィルタを設定し、それによつてフィルタが ビームの受けた部分からコヒーレントな放射をフィルタして除去し、かつその他 の放射は伝送させる手段とを具備しているコヒーレントな放射成分とコヒーレン トてない放射成分とを有する入力ビームからコヒーレントな放射をフィルタして 除去するシステム。
7. （７）コヒーレントな放射の存在を検出する手段が干渉計を含む請求の範囲６記 載のシステム。
8. （８）干渉計がビームの一部を異なる長さの２つの経路に分割し、その後経路を 一緒にして２つの経路中のコヒーレントな放射に対する干渉縞パターンを設定す るように構成され、経路長の差はコヒーレントな放射とコヒーレントでない放射 のコヒーレント長の間である請求の範囲７記載のシステム。
9. （９）フィルタと干渉計との間にビームを分割するように配置されたビーム分割 器を具備している請求の範囲７記載のシステム。
10. （１０）入力ビームからコヒーレントな放射を偏向することによつてコヒーレン トな放射をフィルタして除去するように構成されているブラッグセルを具備して いる請求の範囲６記載のシステム。
11. （１１）フィルタ設定手段は、検出されたコヒーレントな放射の周波数を表わす 電気制御信号を設定する手段と、電気制御信号に応答してブラッグセルに音響制 御信号を出力するように構成された電気・音響トランスデューサとを具備してい る請求の範囲１０記載のシステム。
12. （１２）ブラッグセルと、 入力ビームを一方が前記ブラッグセルに導かれる２つの部分に分割するように構 成されたビーム分割器と、分割されたビームの他方の部分を受けるように配置さ れ、それに入力されたビーム部分を異なる経路長を有する２つの異なった経路に 分割して２つの経路中の放射の相互のビートをとつてコヒーレントな放射に対し て干渉縞パターンを生成させる干渉計と、 コヒーレントな放射の周波数を決定するために干渉縞パターンに応答する手段と 、 コヒーレントな放射の周波数に対応する電気制御信号を設定するために周波数決 定手段に応答する手段と、前記電気制御信号に応答してブラッグセルに音響制御 信号を出力して入力ビームからの検出した周波数のコヒーレントな放射をブラッ グセルに偏向させる電気・音響トランスデューサとを具備しているコヒーレント な放射成分とコヒーレントでない放射成分とを有する入力ビームからコヒーレン トな放射をフィルタして除去するシステム。
13. （１３）入力ビーム受けるために直列に配置された複数のブラッグセルを具備し 、各ブラッグセルは類似した音響制御信号によつて制御される請求の範囲１２記 載のシステム。
14. （１４）ビームの一部を分離し、 分離されたビーム部分中のコヒーレントな放射の存在を検出し、 検出されたコヒーレントな放射の周波数を決定し、コヒーレントな放射信号を表 わす制御信号を発生し、ビームを周波数感知フィルタに供給し、ビームからコヒ ーレントな放射を除去するために制御信号によってフィルタを制御することを特 徴とするコヒーレントな放射とコヒーレントでない放射との組合わせを有するビ ームからコヒーレントな放射を除去する方法。
15. （１５）コヒーレントな放射の存在はビームの分離された部分を干渉計に供給す ることによつて検出される請求の範囲１４記載の方法。
16. （１６）検出されたコヒーレントな放射は干渉計によつて生成された干渉縞パタ ーンを解析することによって決定される請求の範囲１５記載の方法。
17. （１７）フィルタはブラッグセルであり、制御信号は電気信号として発生され、 それはコヒーレントな周波数の放射に対応し、電気制御信号はブラッグセルに供 給されるために音響制御信号に変換される請求の範囲１６記載の方法。