JPH10206806A - 光シンセサイジング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空間光変調素子上に存在する変調不可能なス
ペクトル領域のために、通常離散的なスペクトル光に対
してしかできない光シンセサイジングを連続スペクトル
光に対して可能とした装置を提供すること。 【解決手段】 入射光を２光路干渉計に通すことにより
連続スペクトルを離散的にする。それぞれの離散的なス
ペクトル光をシンセサイジングした後合成して連続スペ
クトル光に対するシンセサイジングとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】任意に波形成形された光パル
スは化学反応の光制御の分野や光による光制御素子の分
野で利用される。また波長多重通信における波長別の光
変調に利用される。

【０００２】

【従来の技術】光シンセサイジングでよく知られている
方法はＡ．Ｍ．Ｗｅｉｎｅｒらにより発明された方法
（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ５，１５６３（１９８
８））であり、この方法は光ビームを回折格子とレンズ
とにより周波数別に分離しそれらを空間光変調素子によ
り周波数別に光変調しその後レンズと回折格子により各
周波数成分を再合成することにより任意の波形の光パル
スを生成するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空間光変調素子は透過
率や屈折率が電気的に変化する素子を多数集積したもの
である。そのため、各素子の境界部では必然的に光変調
できない領域が存在し、もともとの光ビームのスペクト
ルが連続的である場合にはスペクトルの全範囲について
光シンセサイジングができない。一方、光ビームのスペ
クトルが離散的である場合には、空間光変調素子上の光
変調できない領域に光が存在しないように調整すること
が可能であるので離散的な光ビームのスペクトルの全範
囲について光シンセサイジングが可能である。

【０００４】したがって、本来の光ビームのスペクトル
が連続的である場合にも、その光を分解してスペクトル
が離散的であるように変換し、連続的である光ビームの
スペクトルの全範囲を総合的にカバーするものとすれ
ば、光ビームのスペクトルが連続的である光についても
スペクトルの全範囲について光シンセサイジングを実現
することができる。本発明はこのようにして光ビームの
スペクトルが連続的である光についてもスペクトルの全
範囲について光シンセサイジングを実現することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】マッハツェンダー型等の
２光路からなる干渉計は２本の出力光を発生する。一方
の出力光のスペクトルは、２光路間の干渉の結果離散的
になる。無くなったスペクトル成分は干渉計のもう一方
の出力光に表れる。光のスペクトルが離散的であれば、
上述したように、空間光変調素子上の光変調できない領
域に光が存在しないように調整することが可能であるの
で離散的な光ビームのスペクトルの全範囲について光シ
ンセサイジングが可能である。したがって、各出力光に
対して空間光変調を施し、その後その２本のビームを再
合成すれば、連続的なスペクトルに対してもスペクトル
の全範囲について光シンセサイジングができることにな
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に図を参照して本発明の実施
例について説明する。図１は基本的な構成を示すブロッ
ク図で、各入出力位置における信号波形をも併記したも
のである。１はマッハツェンダー型の２光路干渉計であ
り、スペクトル５１（横軸に時間ｔを取って示したパル
ス波形は６１のようになる）の様な連続スペクトルの光
を入射される。干渉計１の出力は２本になり、各々のス
ペクトルは５２、５３のような離散的スペクトルにな
る。ここで、スペクトル５２の各ピークが周波数ｆ₁、
ｆ₃、ｆ₅……、にあり、スペクトル５３の各ピークが周
波数ｆ₂、ｆ₄、ｆ₆……にあるとする。２、３はそれぞ
れ周波数別変調器であり、スペクトル５２、５３の光が
入射される。周波数別変調器２、３にはそれぞれ変調信
号７１、７２が加えられ、これに対応した変調のなされ
た結果、５４、５５に示すようなスペクトルを持つ光信
号となる。４は合波器であり、たとえばハーフミラーが
使用され、スペクトル５４、５５の光が再合成され最終
的な出力となる。最終出力の光のスペクトル５６は変調
信号に対応して図のようにスペクトルに欠けた部分が存
在する。これを横軸に時間を取って示したパルス波形６
２は元々の波形６１から大きく変化している。周波数別
変調器２、３の変調信号に応じて任意のパルス波形の生
成が可能である。

【０００７】干渉計１の基本的構成を図２に示す。ハー
フミラー４１により２光路に分けられる。各光路の光は
反射鏡11により光路の方向が変えられる。一方の光路に
は光遅延器１２を有し２つの光路に光路差を与える。光
遅延器には光路長を直接変えるものでも、屈折率を変え
るものでもよい。２つの光路を経由した光がハーフミラ
ー４２により干渉させられ、この結果、図１に示したス
ペクトル５２、５３のようなスペクトルの異なる２つの
出力が得られる。離散的であるスペクトル５２、５３中
の各ピークの間隔は光遅延器１２（光路長の差）により
調整される。

【０００８】周波数別変調器２、３は、先に引用した論
文と同様光ビームを回折格子とレンズとにより周波数別
に分離しそれらを空間光変調素子により周波数別に光変
調しその後レンズと回折格子により各周波数成分を再合
成するものである。

【０００９】図３に、図１に示す基本構成を基礎に半導
体基板上に設けた３層の光透過層によって実現した光シ
ンセサイジングの実施例を示す。ここでは３層の光透過
層の屈折率を基板側からｎ₁、ｎ₂、ｎ₁ただし（ｎ₁＜ｎ
₂）として外部から導入した光を中間層に閉じ込めて伝
播させるものとした。ここで使用する光透過層は、例え
ば、高分子膜とすることができるが、半導体層によるも
のとすることもできる。このような３層の光透過層によ
って光学素子を構成する例が、応用物理第６６巻第１号
第９頁から第１４頁「光マイクロマシン」の図９に紹介
されている。

【００１０】図１のスペクトル５１を持つ入射光は、半
導体基板１００上に形成された導波路１０１に導入され
る。入射光は導波路１０１を通して干渉計１を構成する
光路に導かれる。干渉計１では他の導波路１０２がこれ
と接触して分波路を形成しているから入射光はここで導
波路１０１、１０２の二つの通路に分岐される。それぞ
れの光路長が異なった位置でこれらの二つの光路は再度
接触させられる。その結果、入射光の干渉が起こり、そ
れぞれの光路１０１、１０２の出口からは、図１に示す
スペクトル５２、５３の波形が得られる。ここで波形の
ピーク間の大きさは光路長の調整により決定できること
は前述した通りである。光路１０１から出てきた光は周
波数別変調器２に、光路１０２から出てきた光は周波数
別変調器３にそれぞれ導入される。ここで周波数別変調
器２、３は図に一点鎖線で示す平面が全部導波層とされ
ている。また周波数別変調器２、３は、空間光変調素子
を除き図に示すように実質的に同一構成である。周波数
別変調器２、３に光路１０１、１０２から入射された光
は凸レンズの機能を果たす切り欠き２０、３０によって
平行光とされる。切り欠き２０、３０からの平行光は回
折格子として作用するための切り欠き２１、３１に照射
される。切り欠き２１、３１の光波路側で周波数別に分
離された光は凸レンズとして機能する切り欠き２２、３
２を介して空間光変調素子２３、３３上に周波数別に焦
点を結ぶ。空間光変調素子２３、３３はこの部分を断面
図で示す図４で説明するように、変調信号に応じて周波
数に対応する焦点位置に吸収率または屈折率を変化させ
るための電圧が加えられているので、周波数別に光変調
された光を透過させる。空間光変調素子２３、３３を透
過した光は凸レンズの機能を果たす切り欠き２４、３４
を通して回折格子として作用するための切り欠き２５、
３５に照射され平行光に戻される。平行光に戻された光
は凸レンズの機能を果たす切り欠き２６、３６によって
集光されて光路１０３、１０４に導入される。光路１０
３、１０４に導入された光は合波器４によって合成され
て図１に示すスペクトル５６のような信号波形が得られ
る。

【００１１】図４は空間光変調素子２３、３３の部分
を、図３にＡ-Ａで示す位置で見た、断面図である。８
１は半導体基板、８２、８３および８４は３層に積層さ
れた光透過層でそれぞれの屈折率がｎ₁、ｎ₂、ｎ₁ただ
し（ｎ₁＜ｎ₂）である。８５は最上層の光透過層８４の
上に絶縁して設けられている電極である。空間光変調素
子２３を透過する光はスペクトル５２のように、ｆ＝ｆ
₁、ｆ₃、ｆ₅……の周波数成分のみをもち、変調に必要
な電極の位置は図４（ａ）のようになる。同様に、空間
光変調素子３３を透過する光はスペクトル５３のよう
に、ｆ＝ｆ₂、ｆ₄、ｆ₆……の周波数成分のみをもち、
変調に必要な電極の位置は図４（ｂ）のようになる。図
４の（ａ）、（ｂ）では、中間の光透過層８３を透過す
る光の周波数を明示するために、交互に異なるハッチン
グを付してある。それぞれの空間光変調素子２３、３３
の電極８５に加える電圧（電極８５−半導体基板１００
の間に加える）を変調信号に応じて制御すれば、任意の
変調をかけることができる。

【００１２】図３の実施例では、光路および空間光変調
素子の部分を光透過層による導波層とし、光透過層を凹
レンズ状に切り欠くことで凸レンズを形成でき、切り欠
き面を階段状にすることにより回折格子を形成できるか
ら、全体を半導体基板上に構成できる。

【００１３】図５はスペクトルを離散的にするための２
光路干渉計の他の構成例を示す図であり、これは、図３
の実施例とは異なり、実質的に等長に作られた二つの光
路の一方の屈折率を変えたものである。図において１０
１、１０２はそれぞれ光路であり、１０５は電極を示
す。電極１０５に加える電圧（電極１０５−半導体基板
１００の間に加える）を制御することで屈折率を制御で
きる。その結果、構造的には同じ長さであっても、等価
的な光路長は異なったものとできる。この実施例では、
製造上のばらつきを制御によって吸収できるメリットが
ある。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、あらかじめ、光のスペクトル
を離散的にしたので、空間光変調素子上の光変調できな
い領域に光が存在しないように調整することができ、離
散的な光ビームのスペクトルの全範囲について空間光変
調を施し、その後その２本のビームを再合成して、連続
的なスペクトルに対してもスペクトルの全範囲について
光シンセサイジングができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光シンセサイジング装置の基本構
成を示すブロック図。

【図２】スペクトルを離散的にするための２光路干渉計
の構成の例を示すブロック図。

【図３】本発明による光シンセサイジング装置を半導体
基板上に構成した実施例を示すブロック図。

【図４】図３の実施例で採用した周波数別変調器の部分
の構成を示す断面図。

【図５】スペクトルを離散的にするための２光路干渉計
の他の構成例を示す図。

【符号の説明】

１：２光路干渉計、２、３：周波数別変調器、４：ハー
フミラー１１：ミラー、１２：光遅延器、４１，４２：
ハーフミラー、５１，５２，５３，５４，５５，５６：
光のパワースペクトル、６１，６２：光強度の実時間波
形。１００：半導体基板、１０１，１０２：導波路、２
０，３０：凸レンズの機能を果たす切り欠き、２１，３
１：回折格子として作用するための切り欠き、２２，３
２：凸レンズとして機能する切り欠き、２３，３３：空
間光変調素子、２４，３４：凸レンズの機能を果たす切
り欠き、２５，３５：回折格子として作用するための切
り欠き、２６，３６：凸レンズの機能を果たす切り欠
き、１０３，１０４：光路、８１：半導体基板、８２，
８３，８４：光透過層、８５，１０５：電極。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光を２本のビームに分離する手段、分
   離された入射光のビームのおのおのに対して光を周波数
   別に分解しその周波数ごとに空間光変調素子により光変
   調を施したのちにそれらを再合成する手段、再合成され
   たおのおののビームを干渉させる手段よりなることを特
   徴とする光シンセサイジング装置。
2. 【請求項２】前記入射光を２本のビームに分離する手段
   が干渉計である請求項１記載の光シンセサイジング装
   置。
3. 【請求項３】前記干渉計の光遅延部が光路長を変化させ
   ることまたは屈折率を変化させることにより実現された
   請求項２記載の光シンセサイジング装置。
4. 【請求項４】半導体基板、該基板上に構成され入射光を
   受け入れる第１の光路と該光路と一度接触した後離れ再
   度接触する第２の光路とよりなる干渉計、前記二つの光
   路のそれぞれの光を周波数別に分解しその周波数ごとに
   空間光変調素子により光変調を施したのちにそれらを再
   合成する周波数別変調器、前記基板上に構成され再合成
   されたおのおののビームを受け入れる第３、第４の光路
   と両光路の光を合成する合波器よりなることを特徴とす
   る光シンセサイジング装置。
5. 【請求項５】前記基板上に構成された周波数別変調器は
   屈折率を異にする導波層に挟まれた導波層によって形成
   され、凸レンズの機能を果たす切り欠き、回折格子とし
   て作用するための切り欠き、凸レンズとして機能する切
   り欠き、変調信号に応じて周波数に対応する焦点位置に
   屈折率を変化させられる空間光変調素子、凸レンズの機
   能を果たす切り欠き、回折格子として作用するための切
   り欠きおよび凸レンズの機能を果たす切り欠きがカスケ
   ードに配列されたものである請求項４記載光シンセサイ
   ジング装置。