JPH0587807B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 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
トな放射をフイルタして除去するシステムにおい
て、 選択された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分を受ける光フイル
タと、 入力ビームの少なくとも一部分を受けるように
配置され、ビーム中のコヒーレントな放射の存在
および周波数を決定する検出手段と、 前記検出手段に応答して光フイルタが入力ビー
ムからコヒーレントな放射をフイルタして除去し
て他の放射を通過させるための制御信号を光フイ
ルタに供給する手段とを具備していることを特徴
とするコヒーレントな放射をフイルタして除去す
るシステム。

２ 検出手段が入力ビームの少なくとも一部分を
受けるように配置された干渉計を含み、その干渉
計はコヒーレントな放射に対して干渉縞パターン
を生成し、さらにその干渉縞パターンに応じてコ
ヒーレントな放射の周波数を決定する手段を具備
している請求の範囲１記載のシステム。

３ 光フイルタが入力ビームを受けるように縦続
で動作される複数のブラツグセルを備え、各ブラ
ツ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１または２記載のシステム。

４ 光フイルタがブラツグセルを具備している請
求の範囲１または２記載のシステム。

５ 周波数決定手段が選択された周波数を有する
電気的弁別信号を設定する手段を備え、制御信号
を供給する手段はその電気的弁別信号に応答して
ブラツグセルに音響制御信号を供給するように構
成された電気音響変換器を具備している請求の範
囲２または４記載のシステム。

６ 入力光ビームの各部分を光フイルタおよび干
渉計に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２乃至５のいずれか１項記載
のシステム。

７ 干渉計が入力光ビームの一部分を異なつた長
さの２つの経路に分割し、その後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
定するために共通の経路にもたらすように構成さ
れ、経路長の差はコヒーレントな放射とコヒーレ
ントでない放射に対するコヒーレント長の間であ
る請求の範囲２乃至６のいずれか１項記載のシス
テム。

８ コヒーレントな放射とコヒーレントでない放
射とを結合したビームからコヒーレントな放射を
除去する方法において、 ビームの一部分を分離し、 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を表す制御信号を発生し、 ビームを周波数感応光フイルタに供給し、 ビームからコヒーレントな放射を除去するため
に制御信号によつて光フイルタを制御することを
特徴とするコヒーレントな放射の除去方法。

９ 光フイルタはブラツグセルであり、制御信号
はコヒーレントな周波数放射に対応する電気信号
として発生され、その電気信号はブラツグセルに
供給するために音響信号に変換される請求の範囲
８記載のシステム。

１０ コヒーレントな放射の存在は干渉計によつ
て検出され、検出されたコヒーレントな放射の周
波数は干渉計によつて発生された干渉縞パターン
に応じて決定される請求の範囲８または９記載の
システム。

［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イルタに関する
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。

ノツチフイ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。ノツチフイルタは光放射用
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イルタは、異なつた周波数
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。したがつて、このフイルタは元来コ
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イルタは有効ではない。

［発明の解決しようとする課題］ この発明は、上記のようなコヒーレントな放射
の存在が知られていない場合、或いは存在が知ら
れていてもその周波数が知られていない場合にお
いてもそのコヒーレントな放射を有効に除去する
ことのできるシステムおよび方法を提供するもの
である。

すなわち、本発明の目的は、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
ームからそのコヒーレントな放射を除去すること
のできるコヒーレントな放射をフイルタして除去
するシステムを提供することである。

［課題解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明は、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
フイルタして除去するシステムにおいて、 選択された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分を受ける光フイル
タと、入力ビームの少なくとも一部分を受けるよ
うに配置され、ビーム中のコヒーレントな放射の
存在および周波数を決定する検出手段と、この検
出手段に応答して光フイルタが入力ビームからコ
ヒーレントな放射をフイルタして除去して他の放
射を通過させるための制御信号を光フイルタに供
給する手段とを具備していることを特徴とする。
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つの経路に分
け、互いにビートを取らせる。干渉計は結果とし
て生じる干渉縞パターンを検出し、コヒーレント
な放射の存在を示すた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
数にフイルタをダイナミツクに設定するために発
生される。

フイルタはブラツグ（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
の形式のフイルタについては、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、ブラツグセルに音響
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ツクに応答
し、ブラツ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イル
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
ステムのブロツク図である。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
第３図ｂ図は、２つの異なつたコヒーレントな放
射周波数に応答する干渉計によつて形成された干
渉パターンを示す。第４図は、この発明のダイナ
ミツクフイルタと共に使用されることができる別
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）を通つて伝送される
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
であつ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タル領域のものを含
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によつて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は光フイルタ１０に向い、この光フイルタ１
０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ツクビ
ーム分割器を使用することは困難であり、トラン
ジエントのスタート中にそのようにすることは不
可能である。したがつてビーム分割器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
フイルタ１０へ送られるビーム８に与えるもので
あること好ましい。

入力ビーム中のコヒーレント放射を検出してフ
イ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イルタ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
タルコンピユータ１６、および電圧制御発振器
（VCO）のような周波数制御回路１８から構成さ
れている。VCOはコンピユータ出力を受けてそ
れを制御ライン２０上の検出されたコンピユータ
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ブロツクは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ツグ偏向を生
じるように設定された位相ロツクループであつて
よい。

ブラツグセルフイルタ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
析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、それはブラツグセル中
を伝播してその回析格子を設定する。ブラツグセ
ルは前記の制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。したがつてビームのコヒーレントで
ない部分はセルを通つて伝送され、出力ビーム２
４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イルタされて
除去される。ブラツグセルの回析効率は限定され
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。

ブラツグセルはよく知られており、例えば文献
（Introduction to Optical Electronics，Ａ，
Yariv，2nd Edition，340〜352頁）に記載され
ている。それらはその回析効率が好ましいもので
あるために望ましい。ブラツ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
周波数によつて異なつ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
フイルム装置であり、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によつて生
成された音響信号は典型的には約10乃至40MHz
の範囲にあり、レーザ周波数およびシステムの角
度方向に依存する。したがつてコンピユータ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。種々のの異なつた設計の干
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，４
ｂとして構成されている。それらは平行な経路に
沿つて入力ビーム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
沿つて集束レンズ３０に導かれる。このレンズ３
０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３２はビームをコ
リメートレンズ３４に集束し、それからブラツグ
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６ａ，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１
４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，６ｂ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つて干
渉縞の可視性は減少し、空極的には干渉縞が完全
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つ
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３６が電荷結合装置基体３
８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によつて出力され、一
般的には一時的なシーケンスとしてコンピユータ
１６に与えられる。コンピユータは１以上の空間
的周期値Λおよび１以上の波長値λを次の関係式
によつて算定する。

λ＝Λ2 sinθ／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。

異なつ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シヤリング干渉計である。
この装置によつて、単一の分割されたビーム６は
傾斜した一方通行反射鏡４６を通つて伝送され
る。ビーム分割器４８の平面と一方通行反射鏡４
６は互いに傾斜しており、それによつてビームの
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４
６の反射側に反射されて戻つて、そこから再び反
射されてビーム分割器４８を通つてビーム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イールドから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つて制限される。
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
なつ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。
したがつて、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つて行われるこ
とができることが理解されるべきである。したが
つてこの発明は添附された請求の範囲に記載され
た技術的事項によつてのみ限定されるべきもので
ある。