光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法
【課題】結合効率が高い光パルス列を射出でき、また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法を提供する。
【解決手段】ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎを有し、Ｎ個の遅延素子の各々が、ハーフミラー２の一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、最も小さい厚みをΔとしたとき、各々、Δ，２Δ，…，２N-1Δの互いに異なる厚みを有する。また、平行配置されたミラー１１，１２を有し、ハーフミラー２が、ミラー１１，１２の中間位置近傍に平行配置され、Ｎ個の遅延素子が、ミラー１２とハーフミラー２の間に配置されている。Ｎ個の遅延素子の各々は、平行平面板であり、該平行平面板の面の法線方向がハーフミラー２の一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されている。
【解決手段】ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎを有し、Ｎ個の遅延素子の各々が、ハーフミラー２の一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、最も小さい厚みをΔとしたとき、各々、Δ，２Δ，…，２N-1Δの互いに異なる厚みを有する。また、平行配置されたミラー１１，１２を有し、ハーフミラー２が、ミラー１１，１２の中間位置近傍に平行配置され、Ｎ個の遅延素子が、ミラー１２とハーフミラー２の間に配置されている。Ｎ個の遅延素子の各々は、平行平面板であり、該平行平面板の面の法線方向がハーフミラー２の一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルス列を生成する光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光パルス発生器としては、例えば、次の特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ２００３／００１２２３６Ａ１
【０００４】
特許文献１に記載のパルス発生器の構成及び作用を図１１、図１２を用いて簡単に説明する。
図１１に示す光パルス発生器は、パルス光源５１と、遅延構造５２と、集光レンズ５３と、導波路５４によって構成されている。遅延構造５２は、図１２に示すように、階段状の形状をしている。これは、屈折率が等しく、厚さが異なる平行平板が複数並んでいるとみなすことができる。各平行平板は、光軸に垂直な方向に、等間隔で並んでいる。また、隣り合う平行平板の光軸に沿った厚さの差は、一定になっている。パルス光源５１から出射した光パルスをこの遅延構造５２に平面波として入射させると、通過する平行平板の厚さに応じて光路長に変化が生じる。つまり、図１２に５５1，５５2，…５５nで示したように、波面は階段状に変調される。これを、集光レンズ５３を介して集光することにより、導波路５４に光パルス列を伝送させるというものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の光パルス発生器を用いた従来の手法には次に述べるような決定的な欠点があった。
通常、導波路では、伝播する光パルスの伝播モードを制限しないと、モード分散による伝播速度の違いにより、光パルス列のパルス間隔を一定に保つことは困難である。つまり、導波路は単一モードであることが望ましいのであるが、単一モードにすると光結合の条件が非常に厳しくなる。これは、光通信技術において、シングルモードファイバーへの光結合が難しいということと同じ理屈である。
【０００６】
図１２の構成において、結合効率を高めるためには、導波路５４の入力側の開口数（ＮＡ）と、集光レンズ５３を介して集光される光パルスの開口数（ＮＡ）とをほぼ一致させなければならない。ところが、図１２に示した従来例においては、階段状に変調された各光パルスのＮＡは非常に小さくなり、しかも導波路５４への入射角度がそれぞれ異なる。この結果、遅延構造５２の各平行平板を通過した全ての光パルスに対して、導波路５４への結合効率を同時に高めることは不可能である。また、遅延構造５２の各平行平板を通過した光パルスのＮＡが小さくなることにより、集光レンズ５３を介して集光した際のスポットサイズを小さくすることができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、結合効率が高い光パルス列を射出できる光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法を提供することを目的とする。また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による光パルス多重化ユニットは、入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する分波手段と、前記分波手段の一方側及び他方側に配置され、前記分波手段により分波された透過光及び反射光を夫々偏向して、再び前記分波手段上の共通箇所で合波を行わせる一対の光偏向手段と、前記分波手段の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、前記分波手段で分波されて、前記分波手段の一方側を進行した光との間で時間遅延を与える遅延手段とを有することを特徴とする。
ここで、実質的な光路長差とは、例えば、屈折率ｎで光の透過部分における厚みが異なる素子又は多数の反射鏡の組合わせによる素子により実際の光路長に差を設けるものの他、屈折率を適宜異ならせて実質的に光路長に差を設けるもの及びそれらの組合わせを含むものとする。
【０００９】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記分波手段の一方側に、前記遅延手段をＮ個備え、第１の前記遅延手段による前記実質的な光路長差をＤとしたときに、前記第Ｎの前記遅延手段による前記実質的な光路長差が２N-1Ｄであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記各遅延手段が屈折率ｎの遅延素子であり、第１から第Ｎまでの前記各遅延素子における光の透過部位における厚みが夫々異なるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記各遅延手段が複数のミラーを備え、第１から第Ｎまでの前記複数のミラー間の間隔が異なるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記一対の光偏向手段が平行に配置された第１ミラー及び第２ミラーであるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記光偏向手段及び前記各遅延手段が楔形プリズムからなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記一対の光偏向手段が一対の楔形プリズムからなるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、ハーフミラーと、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子を有し、前記Ｎ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーの一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、互いに異なる厚みを有し、最も小さい厚みをΔとしたとき、前記Ｎ個の遅延素子の各々の厚みが、Δ，２Δ，…，２N-1Δであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子の各々が、平行平面板であり、且つ、該平行平面板の面の法線方向が、前記ハーフミラーの一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されているのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子の各々は、同一形状の楔形プリズムを２つ有するプリズムユニットであり、前記プリズムユニットの各々において、前記２つの楔形プリズムは、最も小さな頂角を形成している面が互いに接触するように、重なって配置され、前記プリズムユニットの各々は、前記接触する面の面積が互いに異なるのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーと平行に配置されたミラーを有し、前記ハーフミラーを挟んで、前記ミラー側とは反対側に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子が、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、前記楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が、互いに異なるように配置されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、更に別のＮ個の遅延素子を有し、前記別のＮ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーを挟んで、前記Ｎ個の遅延素子側とは反対側に、前記ハーフミラーの一端から他端に向かって、等間隔で配置され、前記Ｎ個の遅延素子と前記別のＮ個の遅延素子は、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、前記Ｎ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が互いに異なるように配置され、前記別のＮ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離を同じにして配置されているのが好ましい。
【００２０】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記プリズムユニットの楔形プリズムが、互いに接触する面に沿って平行移動可能であるのが好ましい。
【００２１】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の一方の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側に配置されたミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成され、前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側とは反対側に配置されたミラーが、平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側の面に設けられた反射膜とで構成されているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ミラー側の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、前記ミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成されているのが好ましい。
【００２３】
また、本発明による光パルス発生器は、上記本発明のいずれかの光パルス多重化ユニットと、パルス光源を有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明による光パルス多重化方法は、入射光を分波して、透過光と反射光を生成し、前記透過光が進行する第１の光路と前記反射光が進行する第２光路の各々で、光路長を変化させ、前記第１の光路を通過した光と前記第２の光路を通過した光を合波して、該合波した光に時間遅延を与える方法であって、前記第１の光路における光路長の変化量と、前記第２光路における光路長の変化量が異なることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の反射と分波・合波を交互に行い、前記第２の光路で、前記反射光の反射と分波・合波を交互に行うのが好ましい。
【００２６】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行い、前記第２の光路で、前記反射光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行うのが好ましい。
【００２７】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の屈折と分波・合波を交互に行い、前記第２の光路で、前記反射光の屈折と分波・合波を交互に行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法によれば、各光パルスが同一の軸に沿って伝播する光パルス列を生成することができる。よって、射出する光パルス列のＮＡが小さくなることを防ぐことができる。すなわち、結合効率の高い光パルス列を得ることができる。また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、(a)は概略構成図、(b)〜(d)は各光パルスの遅延状態を示し、(b)は経路Ｂ１Ｏ２間の光パルスＰ、(c)は経路Ａ１Ｏ２間の光パルスＰ１、(d)は経路Ｂ２Ｏ３間の光パルスＰ，Ｐ１、(e)は経路Ａ２Ｏ３間の光パルスＰ２，Ｐ３、(f)は所定箇所Ｏ３で分波・合波された直後の光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、を夫々示す説明図である。
【図２】第２実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図４】第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて用いられる、遅延素子の一構成例及びこの遅延素子の位置を変化させたときの光路長の変化を示す説明図であり、(a)は状態説明図、(b)は(a)の遅延素子を構成するプリズムの移動量に対する光路長の変化量を示すグラフである。
【図５】本発明の第４実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、（a）は全体図、（b）は（a）中の第１の遅延手段（円で囲んだ部分）の拡大図である。
【図７】本発明の実施例１にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図９】本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図１０】本発明の実施例４にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図１１】光パルス発生器の一従来例の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の光パルス発生器における光パルス列を発生させる遅延構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの説明図であり、(a)は概略構成図、(b)〜(d)は各光パルスの遅延状態を示し、(b)は経路Ｂ１Ｏ２間の光パルスＰ、(c)は経路Ａ１Ｏ２間の光パルスＰ１、(d)は経路Ｂ２Ｏ３間の光パルスＰ，Ｐ１、(e)は経路Ａ２Ｏ３間の光パルスＰ２，Ｐ３、(f)は所定箇所Ｏ３で分波・合波された直後の光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、を夫々示す説明図である。
第１実施形態の光パルス多重化ユニットは、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎを有して構成されている。
第１ミラー１１と第２ミラー１２は、平行に対向配置されている。
ハーフミラー２は、第１ミラー１１と第２ミラー１２の中間位置近傍に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２と平行に配置されている。
【００３１】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に対して斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側とに分波（振幅分割）する。分波された一方の光パルスは、第１ミラー１１において反射される。また、分波された他方の光パルスは、第２ミラー１２において反射される。第１ミラー１１及び第２ミラー１２で反射された各々の光は、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２は、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００３２】
また、Ｎ個の遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎは、平行平板で構成されている。平行平板の各々には、屈折率がｎの同じ硝材を用いている。また、平行平板は、夫々、Δ、２Δ、…、２N-1Δの肉厚（厚み）を有する。ここで、Δは、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎのうち、最も小さい肉厚である。そして、平行平面板は、ハーフミラー２と第１ミラー１１との間に、所定の間隔で配置されている。図１に示すように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２から第１ミラー１１に向かって、光が進行する光路が複数存在する。所定の間隔は、この複数の光路のうちの、隣り合う光路の間隔と同じである。すなわち、各光路ごとに１つずつ、その光路中に、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎが配置されている。なお、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎは、光パルスの入射側から射出側に向かって、次第に、各遅延素子の肉厚（厚み）が厚くなるように配置されているが、これら遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎをランダムな順番で配置しても良い。
【００３３】
このように構成された第１実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１に、図示省略したパルス光源から出射された光パルスＰが入射する。すると、光パルスＰは、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。ハーフミラー２を透過した光パルスＰは、遅延素子３１１を通過し、時間遅延が生じた光パルスＰ１になる（図１(c)）。光パルスＰ１は、第１ミラー１１上の所定箇所Ａ１で反射されて、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２に入射する。他方、ハーフミラー２で反射された光パルスＰは、そのままの状態で（図１(b)）、第２ミラー１２上の所定箇所Ｂ１で反射されて、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２に入射する。即ち、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１で分波された光パルスＰは、夫々、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２と経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を経て、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２において交わる。
【００３４】
次に、所定箇所Ｏ２では、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１が、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。同様に、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰも、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。よって、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１のうち、ハーフミラー２を透過した光パルスＰ１は、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰのうち、ハーフミラー２で反射された光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。また、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１のうち、ハーフミラー２で反射された光パルスＰ１は、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰのうち、ハーフミラー２を透過した光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。このように、所定箇所Ｏ２では、光パルスの分波と合波が同時に行なわれる。
所定箇所Ｏ２を通過した直後では、分波された光パルス（透過側と反射側の光パルス）は、両者とも、光パルスＰとＰ１を含んでいる。
分波されたパルスのうち、第１ミラー１１に向かう光パルスＰ及びＰ１は、遅延素子３１２を通過する。このとき、時間遅延が生じるので、光パルスＰは光パルスＰ２になり、光パルスＰ１は光パルスＰ３になる（図１(e)）。この光パルスＰ２及びＰ３は、第１ミラー１１上の所定箇所Ａ２で反射されてハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に入射する。分波された光パルスのうち、第２ミラー１２に向かう光パルスＰ及びＰ１は、第２ミラー１２上の所定箇所Ｂ２で反射されるだけなので、時間遅延は生じない。すなわち、光パルスＰ及びＰ１のままである（図１(d)）。この光パルスＰ及びＰ１は、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に入射する。即ち、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２で分波された光パルスは、夫々経路Ｏ２Ａ２Ｏ３と経路Ｏ２Ｂ２Ｏ３を経て、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３において交わる。
所定箇所Ｏ３では、所定箇所Ｏ２と同じように、分波が行なわれる。よって、図１(f)に示すように、分波された光パルスの各々は、光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が含まれる。
このように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路Ｏ１・Ａ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｏ３を進行する過程で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路Ｏ１・Ｂ１・Ｏ２・Ａ２・Ｏ３で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。
【００３５】
つまり、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、例えば、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１から所定箇所Ｏ３に至るまでには、
(1)Ｏ１Ａ１Ｏ２Ａ２Ｏ３
(2)Ｏ１Ａ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３
(3)Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ａ２Ｏ３
(4)Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３
の４つの経路が存在する。
【００３６】
図１の構成において、上記４つの経路を経たそれぞれの光パルスは、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３において同時に合波される。このとき、遅延素子３１１、３１２が存在しなければ、合波された光パルスには、光パルスＰしか含んでいないことは容易に理解できる。これに対し、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、多重化遅延素子３１１と遅延素子３１２が、屈折率がｎの同じ硝材を用いた平行平板で構成され、夫々Δ、２Δの肉厚を有している。また、遅延素子の内部における光パルスの光路長は屈折率ｎ−１に肉厚を乗じた長さとなる。このため、上記各経路における光路長差は、下記のように変化する。その結果、上記各経路を経た光パルスには、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に到達した時点で、時間差（時間遅延）が生じる。
経路 光路長差
Ｏ１Ａ１Ｏ２Ａ２Ｏ３ ３Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ａ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３ １Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ａ２Ｏ３ ２Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３ ０Δ（ｎ−１）
【００３７】
つまり、４つの経路を通った光パルスは、光速をＣとすると、Δ（ｎ−１）／Ｃのパルス間隔を有した光パルス列となる。従って、上記経路以降のハーフミラー２上の所定箇所ＯＮ＋１に至るまでの経路においても上記経路と同様に、光パルスは、Ｎ回の分波と合波を繰り返す。これにより、第１実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、２のＮ乗個のパルスの列を生成させることができる。しかも、第１実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて生成されたパルス列は、光パルスが空間に分離しているのではなく、完全に同じ軸上を伝播する光パルス列である。このため、第１実施形態の光パルス多重化ユニットを介して多重化された光パルス列を、集光レンズを用いて集光させても、全ての光パルスが全く同一の方向から同一点へ集光するので、光ファイバへの結合を試みたときに良好な結合効率が実現できる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子として肉厚が固定の平行平板を用いたため、光パルス列のパルス間隔は固定であった。これに対し、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、図１に示した遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎの代わりに、肉厚が可変の遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎを用いている。これにより、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、光パルス列のパルス間隔を可変にしている。
【００３９】
図２に示すように、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、各遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎは、夫々、１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、…、３２Ｎａと３２Ｎｂで構成されている。
１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、…、３２Ｎａと３２Ｎｂは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面（最も小さな頂角を形成している面）に沿って、２つの楔形プリズムが、相対的に平行移動するように構成されている。この移動は、２つの楔形プリズムのうち１つを移動させてもよく、２つを移動させてもよい。このように、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、２つの楔形プリズムが移動する。よって、この１対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ'を可変にすることができる。このため、第２実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
【００４０】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図、図４は第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて用いられる、遅延素子の一構成例及びこの遅延素子の位置を変化させたときの光路長の変化を示す説明図であり、(a)は状態説明図、(b)は(a)の遅延素子を構成するプリズムの移動量に対する光路長の変化量を示すグラフである。
第３実施形態の光パルス多重化ユニットは、ミラー１２と、ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎを有して構成されている。
ハーフミラー２は、ミラー１２と平行に配置されている。
【００４１】
Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、夫々、屈折率がｎの同じ硝材を用いて形成された同一形状の楔形プリズムで構成されている。そして、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を挟んでミラー１２の反対側に配置されている。このとき、また、楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、ハーフミラー２側に位置するように配置されている。すなわち、頂角がハーフミラー２から離れるように、楔形プリズムの各々が配置されている。
また、楔形プリズムの各々は、対向する面からハーフミラー２までの距離が、互いに異なるように配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
【００４２】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された一方の光パルスは、ミラー１２において反射される。また、分波された他方の光パルスは、遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎを構成するプリズムの屈折作用により偏向される。その後、偏向された光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。ハーフミラー２、ミラー１２、プリズムは、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２、ミラー１２が傾斜するように配置して、使用される。
【００４３】
第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも、ハーフミラー２による光パルスの分波とハーフミラー２上における光パルスの合波が、Ｎ回繰り返される。そして、分波から合波に至る１つの光路中に、１つの遅延素子が配置されている。そこで、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、夫々、（ｎ−１）Δ、２（ｎ−１）Δ、…、２N-1（ｎ−１）Δの光路長差を満足するように、各光路ごとに１つずつ配置されている。
このように、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光は、光路Ｏ１・プリズム３３１・Ｏ２・Ｂ２・Ｏ３を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図３の場合、所定の順番は、屈折、分波・合波、反射、分波・合波、屈折となる。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光は、光路Ｏ１・Ｂ１・Ｏ２・プリズム３３２・Ｏ３を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図３の場合、所定の順番は、反射、分波・合波、屈折、分波・合波、反射となる。
【００４４】
楔形プリズムで構成された遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、遅延素子としても機能し、しかも偏向素子としても機能する。このため、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、第１実施形態及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットで必要とされた第１ミラーを設ける必要がない。
【００４５】
さらに、遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎの機能を、図４を用いて詳細に説明する。なお、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、これらの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは構成が同じである。そのため、図４ではこれらの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎのうちの一つを、遅延素子３３として示してある。
図４(a)に示す遅延素子３３は、硝材としては合成石英を用いている。そして、遅延素子３３は、頂角が４５°の二等辺三角形の形状に形成されている。このプリズム３３を用いた第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて、波長が８００ｎｍの光パルスが入射するものとする。
【００４６】
その場合、プリズム３３は、最小偏角を満たすように配置されている。具体的には、プリズム３３の底面が、ハーフミラー２に対して平行となるように、プリズム３３は配置されている。さらに、光パルスがプリズム３３に入射する際に、光パルスの入射光線と、ハーフミラー２に対して平行な（即ち、紙面において水平な）線Ｌ１とのなす角度が、１１．２９１°となるように、プリズム３３は配置されている。このとき、プリズム３３の入射面の法線に対する光パルスの入射角度は３３．７９°、プリズム３３で屈折する光パルスの屈折角度は２２．５°となる。
【００４７】
このように楔形プリズムで構成された遅延素子３３を、図４(a)に示すように紙面において上下方向に（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に）変化させる。すると、光パルスが入射する遅延素子３３上の位置（位置Ｐ１〜位置Ｐ３）、及びハーフミラー２を透過した光パルスが遅延素子３３に入射するまでの光路長と、遅延素子３３に入射した光パルスがハーフミラー２に対して平行に（即ち、紙面において水平に）通る経路（経路Ｐ１Ｑ１〜経路Ｐ３Ｑ３）及びその長さと、光パルスが出射する遅延素子３３上の位置（位置Ｑ１〜位置Ｑ３）及び遅延素子３３から出射した光パルスがハーフミラー２に再入射するまでの光路長が変化する。しかし、遅延素子３３に対する光パルスの入射光線の角度、及び射出光線の角度は全く変化しない。図４(a)では、所定位置を基準位置とした場合に、基準位置よりも−５ｍｍ紙面において下方向に移動させた（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に近付けた）ときの経路を点線、基準位置に対して０ｍｍの移動量のときの経路を実線、基準位置よりも＋５ｍｍ紙面において上方向に移動させた（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に遠ざけた）ときの経路を一点鎖線で夫々表している。
【００４８】
この楔形プリズムで構成された遅延素子３３を、図４(a)に示すように、所定の基準位置に対して±５ｍｍ変化させたとする。このときのＡ方向から遅延素子３３を通りＢ方向へ向かう光パルスの光路長の変化量は、図４(b)に示すようになる。但し、図４(b)のグラフでは、所定の基準位置に対する遅延素子３３の変化量が０ｍｍのときの光路長を基準とし、その光路長との差で示している。
図４(a)，(b)より明らかなように、遅延素子３３を紙面に対して上下方向に（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に）に変化させても、遅延素子３３に対する光パルスの入射光線及び射出光線の角度は全く変化しない。一方で、光パルスが通過する位置における遅延素子の肉厚が、第１実施形態の光パルス多重化ユニットと同様にΔ、２Δ、…、２N-1Δと変化する。このため、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１から所定箇所ＯＮ＋１に至る各経路における光路長差が、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも変化することがわかる。つまり、図３に示した光パルス多重化ユニットにおいて、夫々の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎについて、ハーフミラー２に対する距離を変化させる。これによって、第１実施形態及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも光パルス列を生成させることができる。しかも、第２実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットは、図３に示した第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２の代わりに、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎと同様の楔形プリズムで構成されたＮ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎ）を用いている。
Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、ハーフミラー２を挟んで、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎに対向して配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、ハーフミラー２を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー２に向けて出射するようになっている。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路Ｏ１・プリズム３３１・Ｏ２・プリズム１２２・Ｏ３を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路Ｏ１・プリズム１２１・Ｏ２・プリズム３３２・Ｏ３を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。
【００５０】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された夫々の光パルスは、対応する側に配置された遅延素子を構成するプリズムの屈折作用により、偏向される。偏向された各々の光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。このように、第４実施形態の光パルス多重化ユニットでは、このハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。ハーフミラー２、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎ及びＮ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、このような分波と合波が複数回行なえるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００５１】
但し、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎとは異なり、遅延量が変化するようには配置されていない。つまり、ハーフミラー２からの距離がいずれも等しくなるように配置されている。これにより、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２と同様に機能する。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、第３実施形態の光パルス多重化ユニットと同様の効果が得られる。
【００５２】
（第５実施形態）
図６は本発明の第５実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、（a）は全体図、（b）は（a）中の第１の遅延手段（円で囲んだ部分）の拡大図である。
第５実施形態の光パルス多重化ユニットでは、第２実施形態における１対の楔形プリズムを組合わせてなる遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎの代わりに、４枚のミラー３４１、３４２、…、３４Ｎの組み合せを用いて光パルス列のパルス間隔を可変とするように構成されている。
即ち、第５実施形態では、図６に示すとおり、第１の遅延手段としてのミラーユニット３４１は、それぞれ直交方向に光を偏向するミラー３４１１、３４１２、３４１３、３４１４を備えている。そして、ミラー３４１２及びミラー３４１３は、ミラー移動ユニット３４１５に一体に固定され、ミラー移動ユニット３４１５は、ミラー３４１１及び３４１４に対して対向間隔が可変である。
【００５３】
第２の遅延手段としてのミラーユニット３４２、…、第Ｎの遅延手段としてのミラーユニット３４Ｎも同様に構成され、ミラー移動ユニット３４１５により、ミラーユニット３４１による光路長差をＤとしたときに、ミラーユニット３４Ｎによる光路長差が２N-1Ｄとなるように夫々の光路長が適宜調整されている。
その他の構成及び作用効果は、第１及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
【００５４】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００５５】
図７は本発明の実施例１にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例１の光パルス多重化ユニットは、図１に示した第１実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、ハーフミラー２と、３個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、３１３を有して構成されている。
【００５６】
ハーフミラー２は、所定の肉厚を有する平行平板２ａの一方の面２ｂに、半透過反射膜を備えて構成されている。第２ミラー１２は、平行平板２ａと同じ肉厚を有する平行平板１２ａを有している。そして、ミラー１２は、平行平板１２ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側とは反対側の面１２ｂに反射膜を備えている。第１のミラー１１は、平行平板１１ａを有している。そして、第１のミラー１１は、平行平板１１ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側の面１１ｂに反射膜を備えている。
ハーフミラー２、及び２つのミラー１１，１２の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー２を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波することができるようにしている。
【００５７】
第１ミラー１１と第２ミラー１２は、平行に対向配置されている。
ハーフミラー２は、第１ミラー１１と第２ミラー１２の中間位置近傍に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２と平行に配置されている。
そして、ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に対して斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側とに分波する。分波された一方の光パルスは、第１ミラー１１において反射される。また、分波された他方の光パルスは、第２ミラー１２において反射される。第１ミラー１１及び第２ミラー１２で反射された各々の光は、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２は、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００５８】
また、３個の遅延素子３１１、３１２、３１３は、平行平板で構成されている。平行平板の各々には、屈折率がｎの同じ硝材を用いている。また、平行平板は、夫々、Δ、２Δ、４Δの肉厚を有する。そして、平行平面板は、ハーフミラー２と第１ミラー１１との間に、所定の間隔で配置されている。図７に示すように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２から第１ミラー１１に向かって、光が進行する光路が３つ存在する。所定の間隔は、この複数の光路のうちの、隣り合う光路の間隔と同じである。すなわち、各光路ごとに１つずつ、その光路中に、遅延素子３１１、３１２、３１３が配置されている。なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子３１１、３１２、３１３は、光パルスの入射側から射出側に向かって、次第に肉厚が厚くなるように配置されている。
その他の構成及び作用効果は、第１実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例２】
【００５９】
図８は本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例２の光パルス多重化ユニットは、図２に示した第２実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図７に示した実施例１の光パルス多重化ユニットの構成における遅延素子３１１、３１２、３１３の代わりに、肉厚を可変の遅延素子３２１、３２２、３２３を用いて光パルス列のパルス間隔を可変に構成されている。
各遅延素子３２１、３２２、３２３は、夫々、１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、３２３ａと３２３ｂで構成されている。
１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、３２３ａと３２３ｂは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面に沿って、平行移動可能に構成されている。そして、この１対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ'を可変にすることができるようになっている。このため、実施例２の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は実施例１の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例３】
【００６０】
図９は本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例３の光パルス多重化ユニットは、図３及び図４に示した第３実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、ミラー１２と、ハーフミラー２と、３個の屈折率ｎの遅延素子３３１、３３２、３３３を有して構成されている。
【００６１】
ハーフミラー２は、所定の肉厚を有する平行平板２ａの一方の面２ｂに、半透過反射膜を備えている。ミラー１２は、平行平板２ａと同じ肉厚を有する平行平板１２ａを有している。そして、ミラー１２は、平行平板１２ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側とは反対側の面１２ｂに、反射膜を備えて構成されている。
ハーフミラー２、及びミラー１２の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー２を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波することができるようにしている。
【００６２】
ハーフミラー２は、ミラー１２と平行に配置されている。
３個の遅延素子３３１、３３２、３３３は、夫々、屈折率がｎの同じ硝材を用いて形成された同一形状の楔形プリズムで構成されている。そして、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を挟んでミラー１２の反対側に、配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
【００６３】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された一方の光パルスは、ミラー１２において反射される。また、分波された他方の光パルスは、遅延素子３３１、３３２、３３３を構成するプリズムの屈折作用により偏向される。その後、偏光された光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。ハーフミラー２、ミラー１２、プリズムは、このような分波と合波が複数回行なえるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２、ミラー１２が傾斜するように配置して、使用される。
【００６４】
実施例３の光パルス多重化ユニットでも、ハーフミラー２による光パルスの分波とハーフミラー２上における光パルスの合波が、３回繰り返される。そして、分波から合波に至る１つの光路中に、１つの遅延素子が配置されている。そこで、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３は、夫々、（ｎ−１）Δ、２（ｎ−１）Δ、４（ｎ−１）Δの光路長差を満足するように、各光路ごとに１つずつ配置されている。
その他の構成及び作用効果は、第３実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例４】
【００６５】
図１０は本発明の実施例４にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例４の光パルス多重化ユニットは、図５に示した第４実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図８に示した実施例３の光パルス多重化ユニットの構成におけるミラー１２の代わりに、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３と同様の楔形プリズムで構成された３個の遅延素子１２１、１２２、１２３を用いている。
３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、ハーフミラー２を挟んで、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３に対向して配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、ハーフミラー２を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー２に向けて出射するようになっている。
【００６６】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された夫々の光パルスは、対応する側に配置された遅延素子を構成するプリズムの屈折作用により、偏向される。偏向された各々の光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。このように、実施例４の光パルス多重化ユニットでは、このハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。ハーフミラー２、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３及び３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、このような分波と合波が３回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００６７】
但し、３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３とは異なり、遅延量が変化するようには配置されていない。つまり、ハーフミラー２からの距離がいずれも等しくなるように配置されている。これにより、３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、実施例３の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２と同様に機能する。
【００６８】
その他の構成及び作用効果は実施例４の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
なお、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、２組の遅延素子３３１〜３３３、１２１〜１２３を夫々３個ずつ配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【００６９】
以上、本発明の光パルス多重化ユニットの実施形態及び実施例について説明した。これらの本発明の各実施形態、各実施例の光パルス多重化ユニットと、その光パルス多重化ユニットに向けてパルス光を出射するパルス光源を備えれば、本発明の光パルス発生器が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の光パルス多重化ユニット、光パルス発生器、及び光パルス多重化方法は、顕微鏡や計測装置を用いて、非常に微小な領域での、非常に短い時間領域で起こる物性変化を、ポンプ−プローブ法、コヒーレント分光等、複数の照明光を時間遅延を設けて照射することによって、測定することが求められる生物学、医学、薬学の分野において有用である。
【符号の説明】
【００７１】
２ ハーフミラー
２ａ、１１ａ、１２ａ 平行平板
１１ 第１ミラー
１２ 第２ミラー
３３、１２１、１２２、１２３、１２Ｎ、３１１、３１２、３１３、３１Ｎ、３２１、３２２、３２３、３２３Ｎ、３３１、３３２、３３Ｎ、３４１、３４２、３４Ｎ
遅延素子
３４１１、３４１２、３４１３、３４１４、３４２１、３４２２、３４２３、３４２４、３４Ｎ１，３４Ｎ２、３４Ｎ３、３４Ｎ４ ミラー
５１ パルス光源
５２ 遅延構造
５３ 集光レンズ
５４ 導波路
５５1，５５2，…５５n 各光パルスの波面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルス列を生成する光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光パルス発生器としては、例えば、次の特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ２００３／００１２２３６Ａ１
【０００４】
特許文献１に記載のパルス発生器の構成及び作用を図１１、図１２を用いて簡単に説明する。
図１１に示す光パルス発生器は、パルス光源５１と、遅延構造５２と、集光レンズ５３と、導波路５４によって構成されている。遅延構造５２は、図１２に示すように、階段状の形状をしている。これは、屈折率が等しく、厚さが異なる平行平板が複数並んでいるとみなすことができる。各平行平板は、光軸に垂直な方向に、等間隔で並んでいる。また、隣り合う平行平板の光軸に沿った厚さの差は、一定になっている。パルス光源５１から出射した光パルスをこの遅延構造５２に平面波として入射させると、通過する平行平板の厚さに応じて光路長に変化が生じる。つまり、図１２に５５1，５５2，…５５nで示したように、波面は階段状に変調される。これを、集光レンズ５３を介して集光することにより、導波路５４に光パルス列を伝送させるというものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の光パルス発生器を用いた従来の手法には次に述べるような決定的な欠点があった。
通常、導波路では、伝播する光パルスの伝播モードを制限しないと、モード分散による伝播速度の違いにより、光パルス列のパルス間隔を一定に保つことは困難である。つまり、導波路は単一モードであることが望ましいのであるが、単一モードにすると光結合の条件が非常に厳しくなる。これは、光通信技術において、シングルモードファイバーへの光結合が難しいということと同じ理屈である。
【０００６】
図１２の構成において、結合効率を高めるためには、導波路５４の入力側の開口数（ＮＡ）と、集光レンズ５３を介して集光される光パルスの開口数（ＮＡ）とをほぼ一致させなければならない。ところが、図１２に示した従来例においては、階段状に変調された各光パルスのＮＡは非常に小さくなり、しかも導波路５４への入射角度がそれぞれ異なる。この結果、遅延構造５２の各平行平板を通過した全ての光パルスに対して、導波路５４への結合効率を同時に高めることは不可能である。また、遅延構造５２の各平行平板を通過した光パルスのＮＡが小さくなることにより、集光レンズ５３を介して集光した際のスポットサイズを小さくすることができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、結合効率が高い光パルス列を射出できる光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法を提供することを目的とする。また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による光パルス多重化ユニットは、入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する分波手段と、前記分波手段の一方側及び他方側に配置され、前記分波手段により分波された透過光及び反射光を夫々偏向して、再び前記分波手段上の共通箇所で合波を行わせる一対の光偏向手段と、前記分波手段の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、前記分波手段で分波されて、前記分波手段の一方側を進行した光との間で時間遅延を与える遅延手段とを有することを特徴とする。
ここで、実質的な光路長差とは、例えば、屈折率ｎで光の透過部分における厚みが異なる素子又は多数の反射鏡の組合わせによる素子により実際の光路長に差を設けるものの他、屈折率を適宜異ならせて実質的に光路長に差を設けるもの及びそれらの組合わせを含むものとする。
【０００９】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記分波手段の一方側に、前記遅延手段をＮ個備え、第１の前記遅延手段による前記実質的な光路長差をＤとしたときに、前記第Ｎの前記遅延手段による前記実質的な光路長差が２N-1Ｄであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記各遅延手段が屈折率ｎの遅延素子であり、第１から第Ｎまでの前記各遅延素子における光の透過部位における厚みが夫々異なるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記各遅延手段が複数のミラーを備え、第１から第Ｎまでの前記複数のミラー間の間隔が異なるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記一対の光偏向手段が平行に配置された第１ミラー及び第２ミラーであるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記光偏向手段及び前記各遅延手段が楔形プリズムからなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記一対の光偏向手段が一対の楔形プリズムからなるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、ハーフミラーと、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子を有し、前記Ｎ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーの一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、互いに異なる厚みを有し、最も小さい厚みをΔとしたとき、前記Ｎ個の遅延素子の各々の厚みが、Δ，２Δ，…，２N-1Δであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子の各々が、平行平面板であり、且つ、該平行平面板の面の法線方向が、前記ハーフミラーの一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されているのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子の各々は、同一形状の楔形プリズムを２つ有するプリズムユニットであり、前記プリズムユニットの各々において、前記２つの楔形プリズムは、最も小さな頂角を形成している面が互いに接触するように、重なって配置され、前記プリズムユニットの各々は、前記接触する面の面積が互いに異なるのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーと平行に配置されたミラーを有し、前記ハーフミラーを挟んで、前記ミラー側とは反対側に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、前記Ｎ個の遅延素子が、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、前記楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が、互いに異なるように配置されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光パルス多重化ユニットにおいては、更に別のＮ個の遅延素子を有し、前記別のＮ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーを挟んで、前記Ｎ個の遅延素子側とは反対側に、前記ハーフミラーの一端から他端に向かって、等間隔で配置され、前記Ｎ個の遅延素子と前記別のＮ個の遅延素子は、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、前記Ｎ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が互いに異なるように配置され、前記別のＮ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離を同じにして配置されているのが好ましい。
【００２０】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記プリズムユニットの楔形プリズムが、互いに接触する面に沿って平行移動可能であるのが好ましい。
【００２１】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の一方の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側に配置されたミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成され、前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側とは反対側に配置されたミラーが、平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側の面に設けられた反射膜とで構成されているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明による光パルス多重化ユニットにおいては、前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ミラー側の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、前記ミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成されているのが好ましい。
【００２３】
また、本発明による光パルス発生器は、上記本発明のいずれかの光パルス多重化ユニットと、パルス光源を有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明による光パルス多重化方法は、入射光を分波して、透過光と反射光を生成し、前記透過光が進行する第１の光路と前記反射光が進行する第２光路の各々で、光路長を変化させ、前記第１の光路を通過した光と前記第２の光路を通過した光を合波して、該合波した光に時間遅延を与える方法であって、前記第１の光路における光路長の変化量と、前記第２光路における光路長の変化量が異なることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の反射と分波・合波を交互に行い、前記第２の光路で、前記反射光の反射と分波・合波を交互に行うのが好ましい。
【００２６】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行い、前記第２の光路で、前記反射光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行うのが好ましい。
【００２７】
また、本発明の光パルス多重化方法においては、前記第１の光路で、前記透過光の屈折と分波・合波を交互に行い、前記第２の光路で、前記反射光の屈折と分波・合波を交互に行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光パルス多重化ユニット、それを用いた光パルス発生器、及び光パルス多重化方法によれば、各光パルスが同一の軸に沿って伝播する光パルス列を生成することができる。よって、射出する光パルス列のＮＡが小さくなることを防ぐことができる。すなわち、結合効率の高い光パルス列を得ることができる。また、光パルス列のパルス間隔を任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、(a)は概略構成図、(b)〜(d)は各光パルスの遅延状態を示し、(b)は経路Ｂ１Ｏ２間の光パルスＰ、(c)は経路Ａ１Ｏ２間の光パルスＰ１、(d)は経路Ｂ２Ｏ３間の光パルスＰ，Ｐ１、(e)は経路Ａ２Ｏ３間の光パルスＰ２，Ｐ３、(f)は所定箇所Ｏ３で分波・合波された直後の光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、を夫々示す説明図である。
【図２】第２実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図４】第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて用いられる、遅延素子の一構成例及びこの遅延素子の位置を変化させたときの光路長の変化を示す説明図であり、(a)は状態説明図、(b)は(a)の遅延素子を構成するプリズムの移動量に対する光路長の変化量を示すグラフである。
【図５】本発明の第４実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、（a）は全体図、（b）は（a）中の第１の遅延手段（円で囲んだ部分）の拡大図である。
【図７】本発明の実施例１にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図９】本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図１０】本発明の実施例４にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
【図１１】光パルス発生器の一従来例の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の光パルス発生器における光パルス列を発生させる遅延構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの説明図であり、(a)は概略構成図、(b)〜(d)は各光パルスの遅延状態を示し、(b)は経路Ｂ１Ｏ２間の光パルスＰ、(c)は経路Ａ１Ｏ２間の光パルスＰ１、(d)は経路Ｂ２Ｏ３間の光パルスＰ，Ｐ１、(e)は経路Ａ２Ｏ３間の光パルスＰ２，Ｐ３、(f)は所定箇所Ｏ３で分波・合波された直後の光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、を夫々示す説明図である。
第１実施形態の光パルス多重化ユニットは、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎを有して構成されている。
第１ミラー１１と第２ミラー１２は、平行に対向配置されている。
ハーフミラー２は、第１ミラー１１と第２ミラー１２の中間位置近傍に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２と平行に配置されている。
【００３１】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に対して斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側とに分波（振幅分割）する。分波された一方の光パルスは、第１ミラー１１において反射される。また、分波された他方の光パルスは、第２ミラー１２において反射される。第１ミラー１１及び第２ミラー１２で反射された各々の光は、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２は、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００３２】
また、Ｎ個の遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎは、平行平板で構成されている。平行平板の各々には、屈折率がｎの同じ硝材を用いている。また、平行平板は、夫々、Δ、２Δ、…、２N-1Δの肉厚（厚み）を有する。ここで、Δは、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎのうち、最も小さい肉厚である。そして、平行平面板は、ハーフミラー２と第１ミラー１１との間に、所定の間隔で配置されている。図１に示すように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２から第１ミラー１１に向かって、光が進行する光路が複数存在する。所定の間隔は、この複数の光路のうちの、隣り合う光路の間隔と同じである。すなわち、各光路ごとに１つずつ、その光路中に、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎが配置されている。なお、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎは、光パルスの入射側から射出側に向かって、次第に、各遅延素子の肉厚（厚み）が厚くなるように配置されているが、これら遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎをランダムな順番で配置しても良い。
【００３３】
このように構成された第１実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１に、図示省略したパルス光源から出射された光パルスＰが入射する。すると、光パルスＰは、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。ハーフミラー２を透過した光パルスＰは、遅延素子３１１を通過し、時間遅延が生じた光パルスＰ１になる（図１(c)）。光パルスＰ１は、第１ミラー１１上の所定箇所Ａ１で反射されて、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２に入射する。他方、ハーフミラー２で反射された光パルスＰは、そのままの状態で（図１(b)）、第２ミラー１２上の所定箇所Ｂ１で反射されて、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２に入射する。即ち、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１で分波された光パルスＰは、夫々、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２と経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を経て、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２において交わる。
【００３４】
次に、所定箇所Ｏ２では、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１が、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。同様に、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰも、ハーフミラー２の透過側と反射側とに分波される。よって、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１のうち、ハーフミラー２を透過した光パルスＰ１は、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰのうち、ハーフミラー２で反射された光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。また、経路Ｏ１Ａ１Ｏ２を進行した光パルスＰ１のうち、ハーフミラー２で反射された光パルスＰ１は、経路Ｏ１Ｂ１Ｏ２を進行した光パルスＰのうち、ハーフミラー２を透過した光パルスＰと、所定箇所Ｏ２において合波される。このように、所定箇所Ｏ２では、光パルスの分波と合波が同時に行なわれる。
所定箇所Ｏ２を通過した直後では、分波された光パルス（透過側と反射側の光パルス）は、両者とも、光パルスＰとＰ１を含んでいる。
分波されたパルスのうち、第１ミラー１１に向かう光パルスＰ及びＰ１は、遅延素子３１２を通過する。このとき、時間遅延が生じるので、光パルスＰは光パルスＰ２になり、光パルスＰ１は光パルスＰ３になる（図１(e)）。この光パルスＰ２及びＰ３は、第１ミラー１１上の所定箇所Ａ２で反射されてハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に入射する。分波された光パルスのうち、第２ミラー１２に向かう光パルスＰ及びＰ１は、第２ミラー１２上の所定箇所Ｂ２で反射されるだけなので、時間遅延は生じない。すなわち、光パルスＰ及びＰ１のままである（図１(d)）。この光パルスＰ及びＰ１は、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に入射する。即ち、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ２で分波された光パルスは、夫々経路Ｏ２Ａ２Ｏ３と経路Ｏ２Ｂ２Ｏ３を経て、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３において交わる。
所定箇所Ｏ３では、所定箇所Ｏ２と同じように、分波が行なわれる。よって、図１(f)に示すように、分波された光パルスの各々は、光パルスＰ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が含まれる。
このように、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路Ｏ１・Ａ１・Ｏ２・Ｂ２・Ｏ３を進行する過程で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路Ｏ１・Ｂ１・Ｏ２・Ａ２・Ｏ３で、反射と分波・合波を交互に繰り返す。
【００３５】
つまり、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、例えば、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１から所定箇所Ｏ３に至るまでには、
(1)Ｏ１Ａ１Ｏ２Ａ２Ｏ３
(2)Ｏ１Ａ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３
(3)Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ａ２Ｏ３
(4)Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３
の４つの経路が存在する。
【００３６】
図１の構成において、上記４つの経路を経たそれぞれの光パルスは、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３において同時に合波される。このとき、遅延素子３１１、３１２が存在しなければ、合波された光パルスには、光パルスＰしか含んでいないことは容易に理解できる。これに対し、第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、多重化遅延素子３１１と遅延素子３１２が、屈折率がｎの同じ硝材を用いた平行平板で構成され、夫々Δ、２Δの肉厚を有している。また、遅延素子の内部における光パルスの光路長は屈折率ｎ−１に肉厚を乗じた長さとなる。このため、上記各経路における光路長差は、下記のように変化する。その結果、上記各経路を経た光パルスには、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ３に到達した時点で、時間差（時間遅延）が生じる。
経路 光路長差
Ｏ１Ａ１Ｏ２Ａ２Ｏ３ ３Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ａ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３ １Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ａ２Ｏ３ ２Δ（ｎ−１）
Ｏ１Ｂ１Ｏ２Ｂ２Ｏ３ ０Δ（ｎ−１）
【００３７】
つまり、４つの経路を通った光パルスは、光速をＣとすると、Δ（ｎ−１）／Ｃのパルス間隔を有した光パルス列となる。従って、上記経路以降のハーフミラー２上の所定箇所ＯＮ＋１に至るまでの経路においても上記経路と同様に、光パルスは、Ｎ回の分波と合波を繰り返す。これにより、第１実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、２のＮ乗個のパルスの列を生成させることができる。しかも、第１実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて生成されたパルス列は、光パルスが空間に分離しているのではなく、完全に同じ軸上を伝播する光パルス列である。このため、第１実施形態の光パルス多重化ユニットを介して多重化された光パルス列を、集光レンズを用いて集光させても、全ての光パルスが全く同一の方向から同一点へ集光するので、光ファイバへの結合を試みたときに良好な結合効率が実現できる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第１実施形態の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子として肉厚が固定の平行平板を用いたため、光パルス列のパルス間隔は固定であった。これに対し、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、図１に示した遅延素子３１１、３１２、…、３１Ｎの代わりに、肉厚が可変の遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎを用いている。これにより、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、光パルス列のパルス間隔を可変にしている。
【００３９】
図２に示すように、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、各遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎは、夫々、１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、…、３２Ｎａと３２Ｎｂで構成されている。
１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、…、３２Ｎａと３２Ｎｂは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面（最も小さな頂角を形成している面）に沿って、２つの楔形プリズムが、相対的に平行移動するように構成されている。この移動は、２つの楔形プリズムのうち１つを移動させてもよく、２つを移動させてもよい。このように、第２実施形態の光パルス多重化ユニットでは、２つの楔形プリズムが移動する。よって、この１対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ'を可変にすることができる。このため、第２実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は、第１実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
【００４０】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図、図４は第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて用いられる、遅延素子の一構成例及びこの遅延素子の位置を変化させたときの光路長の変化を示す説明図であり、(a)は状態説明図、(b)は(a)の遅延素子を構成するプリズムの移動量に対する光路長の変化量を示すグラフである。
第３実施形態の光パルス多重化ユニットは、ミラー１２と、ハーフミラー２と、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎを有して構成されている。
ハーフミラー２は、ミラー１２と平行に配置されている。
【００４１】
Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、夫々、屈折率がｎの同じ硝材を用いて形成された同一形状の楔形プリズムで構成されている。そして、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を挟んでミラー１２の反対側に配置されている。このとき、また、楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、ハーフミラー２側に位置するように配置されている。すなわち、頂角がハーフミラー２から離れるように、楔形プリズムの各々が配置されている。
また、楔形プリズムの各々は、対向する面からハーフミラー２までの距離が、互いに異なるように配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
【００４２】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された一方の光パルスは、ミラー１２において反射される。また、分波された他方の光パルスは、遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎを構成するプリズムの屈折作用により偏向される。その後、偏向された光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。ハーフミラー２、ミラー１２、プリズムは、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２、ミラー１２が傾斜するように配置して、使用される。
【００４３】
第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも、ハーフミラー２による光パルスの分波とハーフミラー２上における光パルスの合波が、Ｎ回繰り返される。そして、分波から合波に至る１つの光路中に、１つの遅延素子が配置されている。そこで、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、夫々、（ｎ−１）Δ、２（ｎ−１）Δ、…、２N-1（ｎ−１）Δの光路長差を満足するように、各光路ごとに１つずつ配置されている。
このように、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光は、光路Ｏ１・プリズム３３１・Ｏ２・Ｂ２・Ｏ３を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図３の場合、所定の順番は、屈折、分波・合波、反射、分波・合波、屈折となる。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光は、光路Ｏ１・Ｂ１・Ｏ２・プリズム３３２・Ｏ３を進行する過程で、屈折、分波・合波及び反射を所定の順番で行う。図３の場合、所定の順番は、反射、分波・合波、屈折、分波・合波、反射となる。
【００４４】
楔形プリズムで構成された遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは、遅延素子としても機能し、しかも偏向素子としても機能する。このため、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、第１実施形態及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットで必要とされた第１ミラーを設ける必要がない。
【００４５】
さらに、遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎの機能を、図４を用いて詳細に説明する。なお、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでは、これらの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎは構成が同じである。そのため、図４ではこれらの遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎのうちの一つを、遅延素子３３として示してある。
図４(a)に示す遅延素子３３は、硝材としては合成石英を用いている。そして、遅延素子３３は、頂角が４５°の二等辺三角形の形状に形成されている。このプリズム３３を用いた第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおいて、波長が８００ｎｍの光パルスが入射するものとする。
【００４６】
その場合、プリズム３３は、最小偏角を満たすように配置されている。具体的には、プリズム３３の底面が、ハーフミラー２に対して平行となるように、プリズム３３は配置されている。さらに、光パルスがプリズム３３に入射する際に、光パルスの入射光線と、ハーフミラー２に対して平行な（即ち、紙面において水平な）線Ｌ１とのなす角度が、１１．２９１°となるように、プリズム３３は配置されている。このとき、プリズム３３の入射面の法線に対する光パルスの入射角度は３３．７９°、プリズム３３で屈折する光パルスの屈折角度は２２．５°となる。
【００４７】
このように楔形プリズムで構成された遅延素子３３を、図４(a)に示すように紙面において上下方向に（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に）変化させる。すると、光パルスが入射する遅延素子３３上の位置（位置Ｐ１〜位置Ｐ３）、及びハーフミラー２を透過した光パルスが遅延素子３３に入射するまでの光路長と、遅延素子３３に入射した光パルスがハーフミラー２に対して平行に（即ち、紙面において水平に）通る経路（経路Ｐ１Ｑ１〜経路Ｐ３Ｑ３）及びその長さと、光パルスが出射する遅延素子３３上の位置（位置Ｑ１〜位置Ｑ３）及び遅延素子３３から出射した光パルスがハーフミラー２に再入射するまでの光路長が変化する。しかし、遅延素子３３に対する光パルスの入射光線の角度、及び射出光線の角度は全く変化しない。図４(a)では、所定位置を基準位置とした場合に、基準位置よりも−５ｍｍ紙面において下方向に移動させた（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に近付けた）ときの経路を点線、基準位置に対して０ｍｍの移動量のときの経路を実線、基準位置よりも＋５ｍｍ紙面において上方向に移動させた（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に遠ざけた）ときの経路を一点鎖線で夫々表している。
【００４８】
この楔形プリズムで構成された遅延素子３３を、図４(a)に示すように、所定の基準位置に対して±５ｍｍ変化させたとする。このときのＡ方向から遅延素子３３を通りＢ方向へ向かう光パルスの光路長の変化量は、図４(b)に示すようになる。但し、図４(b)のグラフでは、所定の基準位置に対する遅延素子３３の変化量が０ｍｍのときの光路長を基準とし、その光路長との差で示している。
図４(a)，(b)より明らかなように、遅延素子３３を紙面に対して上下方向に（即ち、ハーフミラー２に対して垂直方向に）に変化させても、遅延素子３３に対する光パルスの入射光線及び射出光線の角度は全く変化しない。一方で、光パルスが通過する位置における遅延素子の肉厚が、第１実施形態の光パルス多重化ユニットと同様にΔ、２Δ、…、２N-1Δと変化する。このため、ハーフミラー２上の所定箇所Ｏ１から所定箇所ＯＮ＋１に至る各経路における光路長差が、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも変化することがわかる。つまり、図３に示した光パルス多重化ユニットにおいて、夫々の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎについて、ハーフミラー２に対する距離を変化させる。これによって、第１実施形態及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、第３実施形態の光パルス多重化ユニットでも光パルス列を生成させることができる。しかも、第２実施形態の光パルス多重化ユニットと同様に、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットは、図３に示した第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２の代わりに、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎと同様の楔形プリズムで構成されたＮ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎ）を用いている。
Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、ハーフミラー２を挟んで、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎに対向して配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、ハーフミラー２を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー２に向けて出射するようになっている。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットでは、最初に分波されたときに生じた透過光に対して、光路Ｏ１・プリズム３３１・Ｏ２・プリズム１２２・Ｏ３を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。同様に、最初に分波されたときに生じた反射光に対して、光路Ｏ１・プリズム１２１・Ｏ２・プリズム３３２・Ｏ３を進行する過程で、屈折と分波・合波を交互に繰り返す。
【００５０】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された夫々の光パルスは、対応する側に配置された遅延素子を構成するプリズムの屈折作用により、偏向される。偏向された各々の光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。このように、第４実施形態の光パルス多重化ユニットでは、このハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、Ｎ回繰り返す。ハーフミラー２、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎ及びＮ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、このような分波と合波が複数回行なえるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００５１】
但し、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、Ｎ個の遅延素子３３１、３３２、…、３３Ｎとは異なり、遅延量が変化するようには配置されていない。つまり、ハーフミラー２からの距離がいずれも等しくなるように配置されている。これにより、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、…、１２Ｎは、第３実施形態の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２と同様に機能する。
第４実施形態の光パルス多重化ユニットによれば、第３実施形態の光パルス多重化ユニットと同様の効果が得られる。
【００５２】
（第５実施形態）
図６は本発明の第５実施形態にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図であり、（a）は全体図、（b）は（a）中の第１の遅延手段（円で囲んだ部分）の拡大図である。
第５実施形態の光パルス多重化ユニットでは、第２実施形態における１対の楔形プリズムを組合わせてなる遅延素子３２１、３２２、…、３２Ｎの代わりに、４枚のミラー３４１、３４２、…、３４Ｎの組み合せを用いて光パルス列のパルス間隔を可変とするように構成されている。
即ち、第５実施形態では、図６に示すとおり、第１の遅延手段としてのミラーユニット３４１は、それぞれ直交方向に光を偏向するミラー３４１１、３４１２、３４１３、３４１４を備えている。そして、ミラー３４１２及びミラー３４１３は、ミラー移動ユニット３４１５に一体に固定され、ミラー移動ユニット３４１５は、ミラー３４１１及び３４１４に対して対向間隔が可変である。
【００５３】
第２の遅延手段としてのミラーユニット３４２、…、第Ｎの遅延手段としてのミラーユニット３４Ｎも同様に構成され、ミラー移動ユニット３４１５により、ミラーユニット３４１による光路長差をＤとしたときに、ミラーユニット３４Ｎによる光路長差が２N-1Ｄとなるように夫々の光路長が適宜調整されている。
その他の構成及び作用効果は、第１及び第２実施形態の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
【００５４】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００５５】
図７は本発明の実施例１にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例１の光パルス多重化ユニットは、図１に示した第１実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、ハーフミラー２と、３個の屈折率ｎの遅延素子３１１、３１２、３１３を有して構成されている。
【００５６】
ハーフミラー２は、所定の肉厚を有する平行平板２ａの一方の面２ｂに、半透過反射膜を備えて構成されている。第２ミラー１２は、平行平板２ａと同じ肉厚を有する平行平板１２ａを有している。そして、ミラー１２は、平行平板１２ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側とは反対側の面１２ｂに反射膜を備えている。第１のミラー１１は、平行平板１１ａを有している。そして、第１のミラー１１は、平行平板１１ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側の面１１ｂに反射膜を備えている。
ハーフミラー２、及び２つのミラー１１，１２の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー２を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波することができるようにしている。
【００５７】
第１ミラー１１と第２ミラー１２は、平行に対向配置されている。
ハーフミラー２は、第１ミラー１１と第２ミラー１２の中間位置近傍に、第１ミラー１１及び第２ミラー１２と平行に配置されている。
そして、ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に対して斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側とに分波する。分波された一方の光パルスは、第１ミラー１１において反射される。また、分波された他方の光パルスは、第２ミラー１２において反射される。第１ミラー１１及び第２ミラー１２で反射された各々の光は、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２は、このような分波と合波が複数回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、第１ミラー１１、第２ミラー１２及びハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００５８】
また、３個の遅延素子３１１、３１２、３１３は、平行平板で構成されている。平行平板の各々には、屈折率がｎの同じ硝材を用いている。また、平行平板は、夫々、Δ、２Δ、４Δの肉厚を有する。そして、平行平面板は、ハーフミラー２と第１ミラー１１との間に、所定の間隔で配置されている。図７に示すように、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２から第１ミラー１１に向かって、光が進行する光路が３つ存在する。所定の間隔は、この複数の光路のうちの、隣り合う光路の間隔と同じである。すなわち、各光路ごとに１つずつ、その光路中に、遅延素子３１１、３１２、３１３が配置されている。なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子３１１、３１２、３１３は、光パルスの入射側から射出側に向かって、次第に肉厚が厚くなるように配置されている。
その他の構成及び作用効果は、第１実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例２】
【００５９】
図８は本発明の実施例２にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例２の光パルス多重化ユニットは、図２に示した第２実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図７に示した実施例１の光パルス多重化ユニットの構成における遅延素子３１１、３１２、３１３の代わりに、肉厚を可変の遅延素子３２１、３２２、３２３を用いて光パルス列のパルス間隔を可変に構成されている。
各遅延素子３２１、３２２、３２３は、夫々、１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、３２３ａと３２３ｂで構成されている。
１対の楔形プリズム３２１ａと３２１ｂ、３２２ａと３２２ｂ、３２３ａと３２３ｂは、夫々互いに面同士で接触し、プリズムユニットを構成している。そして、その接触する面に沿って、平行移動可能に構成されている。そして、この１対の楔形プリズムの重なりに応じて、遅延素子としての肉厚Δ'を可変にすることができるようになっている。このため、実施例２の光パルス多重化ユニットによれば、光パルス列のパルス間隔を自由に変えることが可能となる。
その他の構成及び作用効果は実施例１の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
なお、実施例１の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例３】
【００６０】
図９は本発明の実施例３にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例３の光パルス多重化ユニットは、図３及び図４に示した第３実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、ミラー１２と、ハーフミラー２と、３個の屈折率ｎの遅延素子３３１、３３２、３３３を有して構成されている。
【００６１】
ハーフミラー２は、所定の肉厚を有する平行平板２ａの一方の面２ｂに、半透過反射膜を備えている。ミラー１２は、平行平板２ａと同じ肉厚を有する平行平板１２ａを有している。そして、ミラー１２は、平行平板１２ａの２つの面のうち、ハーフミラー２側とは反対側の面１２ｂに、反射膜を備えて構成されている。
ハーフミラー２、及びミラー１２の半透過反射膜及び反射膜の配置、並びに平行平板の肉厚をこのように設計することで、ハーフミラー２を介して分波される光パルスの光路長を、いずれの経路を辿っても等しくすることができ、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波することができるようにしている。
【００６２】
ハーフミラー２は、ミラー１２と平行に配置されている。
３個の遅延素子３３１、３３２、３３３は、夫々、屈折率がｎの同じ硝材を用いて形成された同一形状の楔形プリズムで構成されている。そして、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を挟んでミラー１２の反対側に、配置されている。また、楔形プリズムの各々は、ハーフミラー２を透過した光パルスに対して、最小偏角を満足するように夫々配置されている。
【００６３】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された一方の光パルスは、ミラー１２において反射される。また、分波された他方の光パルスは、遅延素子３３１、３３２、３３３を構成するプリズムの屈折作用により偏向される。その後、偏光された光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。合波された光パルスは、再びハーフミラー２で分波される。このように、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、ハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。ハーフミラー２、ミラー１２、プリズムは、このような分波と合波が複数回行なえるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２、ミラー１２が傾斜するように配置して、使用される。
【００６４】
実施例３の光パルス多重化ユニットでも、ハーフミラー２による光パルスの分波とハーフミラー２上における光パルスの合波が、３回繰り返される。そして、分波から合波に至る１つの光路中に、１つの遅延素子が配置されている。そこで、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３は、夫々、（ｎ−１）Δ、２（ｎ−１）Δ、４（ｎ−１）Δの光路長差を満足するように、各光路ごとに１つずつ配置されている。
その他の構成及び作用効果は、第３実施形態の光パルス多重化ユニットと同じである。
なお、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、遅延素子を３個配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【実施例４】
【００６５】
図１０は本発明の実施例４にかかる光パルス多重化ユニットの概略構成図である。
実施例４の光パルス多重化ユニットは、図５に示した第４実施形態の光パルス多重化ユニットの構成を具体化したものであり、図８に示した実施例３の光パルス多重化ユニットの構成におけるミラー１２の代わりに、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３と同様の楔形プリズムで構成された３個の遅延素子１２１、１２２、１２３を用いている。
３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、ハーフミラー２を挟んで、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３に対向して配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、ハーフミラー２を透過、反射した光パルスに対して、最少偏角を満足するように配置されている。また、Ｎ個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、入射した光パルスを偏向して、ハーフミラー２に向けて出射するようになっている。
【００６６】
ハーフミラー２は、光パルスをハーフミラー２に斜入射させたときに、光パルスを反射側と透過側に分波する。分波された夫々の光パルスは、対応する側に配置された遅延素子を構成するプリズムの屈折作用により、偏向される。偏向された各々の光パルスは、再びハーフミラー２上の共通箇所において合波される。このように、実施例４の光パルス多重化ユニットでは、このハーフミラー２による光パルスの分波から、ハーフミラー２上における光パルスの合波までを、３回繰り返す。ハーフミラー２、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３及び３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、このような分波と合波が３回行えるように、所定の大きさを有している。このように構成された光パルス多重化ユニットは、光パルスの入射光路に対して、ハーフミラー２が傾斜するように配置して、使用される。
【００６７】
但し、３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、３個の遅延素子３３１、３３２、３３３とは異なり、遅延量が変化するようには配置されていない。つまり、ハーフミラー２からの距離がいずれも等しくなるように配置されている。これにより、３個の遅延素子１２１、１２２、１２３は、実施例３の光パルス多重化ユニットにおけるミラー１２と同様に機能する。
【００６８】
その他の構成及び作用効果は実施例４の光パルス多重化ユニットとほぼ同じである。
なお、実施例３の光パルス多重化ユニットでは、２組の遅延素子３３１〜３３３、１２１〜１２３を夫々３個ずつ配置したが、勿論それ以上配置して光パルス多重化ユニットを構成することも可能である。
【００６９】
以上、本発明の光パルス多重化ユニットの実施形態及び実施例について説明した。これらの本発明の各実施形態、各実施例の光パルス多重化ユニットと、その光パルス多重化ユニットに向けてパルス光を出射するパルス光源を備えれば、本発明の光パルス発生器が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の光パルス多重化ユニット、光パルス発生器、及び光パルス多重化方法は、顕微鏡や計測装置を用いて、非常に微小な領域での、非常に短い時間領域で起こる物性変化を、ポンプ−プローブ法、コヒーレント分光等、複数の照明光を時間遅延を設けて照射することによって、測定することが求められる生物学、医学、薬学の分野において有用である。
【符号の説明】
【００７１】
２ ハーフミラー
２ａ、１１ａ、１２ａ 平行平板
１１ 第１ミラー
１２ 第２ミラー
３３、１２１、１２２、１２３、１２Ｎ、３１１、３１２、３１３、３１Ｎ、３２１、３２２、３２３、３２３Ｎ、３３１、３３２、３３Ｎ、３４１、３４２、３４Ｎ
遅延素子
３４１１、３４１２、３４１３、３４１４、３４２１、３４２２、３４２３、３４２４、３４Ｎ１，３４Ｎ２、３４Ｎ３、３４Ｎ４ ミラー
５１ パルス光源
５２ 遅延構造
５３ 集光レンズ
５４ 導波路
５５1，５５2，…５５n 各光パルスの波面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する分波手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側に配置され、前記分波手段により分波された透過光及び反射光を夫々偏向して、再び前記分波手段上の共通箇所で合波を行わせる一対の光偏向手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、前記分波手段で分波されて、前記分波手段の一方側を進行した光との間で時間遅延を与える遅延手段とを有することを特徴とする光パルス多重化ユニット。
【請求項２】
前記分波手段の一方側に、前記遅延手段をＮ個備え、
第１の前記遅延手段による前記実質的な光路長差をＤとしたときに、前記第Ｎの前記遅延手段による前記実質的な光路長差が２N-1Ｄである請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項３】
前記各遅延手段が屈折率ｎの遅延素子であり、第１から第Ｎまでの前記各遅延素子における光の透過部位における厚みが夫々異なる請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項４】
前記各遅延手段が複数のミラーを備え、第１から第Ｎまでの前記複数のミラー間の間隔が異なる請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項５】
前記一対の光偏向手段が平行に配置された第１ミラー及び第２ミラーである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項６】
前記光偏向手段及び前記各遅延手段が楔形プリズムからなる請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項７】
前記一対の光偏向手段が一対の楔形プリズムからなる請求項１、２又は６に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項８】
ハーフミラーと、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子を有し、
前記Ｎ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーの一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、互いに異なる厚みを有し、
最も小さい厚みをΔとしたとき、前記Ｎ個の遅延素子の各々の厚みが、Δ，２Δ，…，２N-1Δであることを特徴とする光パルス多重化ユニット。
【請求項９】
平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、
前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子の各々が、平行平面板であり、且つ、該平行平面板の面の法線方向が、前記ハーフミラーの一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１０】
平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、
前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子の各々は、同一形状の楔形プリズムを２つ有するプリズムユニットであり、
前記プリズムユニットの各々において、前記２つの楔形プリズムは、最も小さな頂角を形成している面が互いに接触するように、重なって配置され、
前記プリズムユニットの各々は、前記接触する面の面積が互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１１】
前記ハーフミラーと平行に配置されたミラーを有し、
前記ハーフミラーを挟んで、前記ミラー側とは反対側に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子が、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が、互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１２】
更に別のＮ個の遅延素子を有し、
前記別のＮ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーを挟んで、前記Ｎ個の遅延素子側とは反対側に、前記ハーフミラーの一端から他端に向かって、等間隔で配置され、
前記Ｎ個の遅延素子と前記別のＮ個の遅延素子は、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記Ｎ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が互いに異なるように配置され、
前記別のＮ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離を同じにして配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１３】
前記プリズムユニットの楔形プリズムが、互いに接触する面に沿って平行移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１４】
前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の一方の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側に配置されたミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成され、
前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側とは反対側に配置されたミラーが、平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１５】
前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ミラー側の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記ミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の光パルス多重化ユニットと、パルス光源を有することを特徴とする光パルス発生器。
【請求項１７】
入射光を分波して、透過光と反射光を生成し、
前記透過光が進行する第１の光路と前記反射光が進行する第２光路の各々で、光路長を変化させ、
前記第１の光路を通過した光と前記第２の光路を通過した光を合波して、該合波した光に時間遅延を与える方法であって、
前記第１の光路における光路長の変化量と、前記第２光路における光路長の変化量が異なることを特徴とする光パルス多重化方法。
【請求項１８】
前記第１の光路で、前記透過光の反射と分波・合波を交互に行い、
前記第２の光路で、前記反射光の反射と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【請求項１９】
前記第１の光路で、前記透過光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行い、
前記第２の光路で、前記反射光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【請求項２０】
前記第１の光路で、前記透過光の屈折と分波・合波を交互に行い、
前記第２の光路で、前記反射光の屈折と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【請求項１】
入射光を分波して、透過光及び反射光を生成する分波手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側に配置され、前記分波手段により分波された透過光及び反射光を夫々偏向して、再び前記分波手段上の共通箇所で合波を行わせる一対の光偏向手段と、
前記分波手段の一方側及び他方側の少なくともいずれかに設けられ、前記分波手段で分波されて、前記分波手段の一方側を進行した光との間で時間遅延を与える遅延手段とを有することを特徴とする光パルス多重化ユニット。
【請求項２】
前記分波手段の一方側に、前記遅延手段をＮ個備え、
第１の前記遅延手段による前記実質的な光路長差をＤとしたときに、前記第Ｎの前記遅延手段による前記実質的な光路長差が２N-1Ｄである請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項３】
前記各遅延手段が屈折率ｎの遅延素子であり、第１から第Ｎまでの前記各遅延素子における光の透過部位における厚みが夫々異なる請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項４】
前記各遅延手段が複数のミラーを備え、第１から第Ｎまでの前記複数のミラー間の間隔が異なる請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項５】
前記一対の光偏向手段が平行に配置された第１ミラー及び第２ミラーである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項６】
前記光偏向手段及び前記各遅延手段が楔形プリズムからなる請求項１又は２に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項７】
前記一対の光偏向手段が一対の楔形プリズムからなる請求項１、２又は６に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項８】
ハーフミラーと、Ｎ個の屈折率ｎの遅延素子を有し、
前記Ｎ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーの一方の側に、一端から他端に向かって配置され、且つ、互いに異なる厚みを有し、
最も小さい厚みをΔとしたとき、前記Ｎ個の遅延素子の各々の厚みが、Δ，２Δ，…，２N-1Δであることを特徴とする光パルス多重化ユニット。
【請求項９】
平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、
前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子の各々が、平行平面板であり、且つ、該平行平面板の面の法線方向が、前記ハーフミラーの一端から他端に向かう方向と異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１０】
平行に対向配置された第１ミラーと第２ミラーを有し、
前記ハーフミラーが、前記第１ミラーと前記第２ミラーの中間位置近傍に、該前記第１ミラー及び前記第２ミラーと平行に配置され、
前記第１ミラーと前記ハーフミラーの間に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子の各々は、同一形状の楔形プリズムを２つ有するプリズムユニットであり、
前記プリズムユニットの各々において、前記２つの楔形プリズムは、最も小さな頂角を形成している面が互いに接触するように、重なって配置され、
前記プリズムユニットの各々は、前記接触する面の面積が互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１１】
前記ハーフミラーと平行に配置されたミラーを有し、
前記ハーフミラーを挟んで、前記ミラー側とは反対側に、前記Ｎ個の遅延素子が配置され、
前記Ｎ個の遅延素子が、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記楔形プリズムの各々は、頂角と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が、互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１２】
更に別のＮ個の遅延素子を有し、
前記別のＮ個の遅延素子の各々は、前記ハーフミラーを挟んで、前記Ｎ個の遅延素子側とは反対側に、前記ハーフミラーの一端から他端に向かって、等間隔で配置され、
前記Ｎ個の遅延素子と前記別のＮ個の遅延素子は、夫々同一形状の楔形プリズムで構成され、
前記Ｎ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離が互いに異なるように配置され、
前記別のＮ個の遅延素子の楔形プリズムの各々は、最も小さな頂角を有する頂点と対向する面が、前記ハーフミラー側に位置すると共に、前記対向する面から前記ハーフミラーまでの距離を同じにして配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１３】
前記プリズムユニットの楔形プリズムが、互いに接触する面に沿って平行移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１４】
前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の一方の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側に配置されたミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成され、
前記第１のミラーと前記第２のミラーのうち、前記ハーフミラーの前記半透過反射膜が設けられた側とは反対側に配置されたミラーが、平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１５】
前記ハーフミラーが、所定の肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ミラー側の面に設けられた半透過反射膜とで構成され、
前記ミラーが、前記ハーフミラーを構成する前記平行平板と同じ肉厚を有する平行平板と、該平行平板の前記ハーフミラー側とは反対側の面に設けられた反射膜とで構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光パルス多重化ユニット。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の光パルス多重化ユニットと、パルス光源を有することを特徴とする光パルス発生器。
【請求項１７】
入射光を分波して、透過光と反射光を生成し、
前記透過光が進行する第１の光路と前記反射光が進行する第２光路の各々で、光路長を変化させ、
前記第１の光路を通過した光と前記第２の光路を通過した光を合波して、該合波した光に時間遅延を与える方法であって、
前記第１の光路における光路長の変化量と、前記第２光路における光路長の変化量が異なることを特徴とする光パルス多重化方法。
【請求項１８】
前記第１の光路で、前記透過光の反射と分波・合波を交互に行い、
前記第２の光路で、前記反射光の反射と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【請求項１９】
前記第１の光路で、前記透過光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行い、
前記第２の光路で、前記反射光の分波・合波、屈折及び反射を所定の順番で行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【請求項２０】
前記第１の光路で、前記透過光の屈折と分波・合波を交互に行い、
前記第２の光路で、前記反射光の屈折と分波・合波を交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光パルス多重化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８１５３７（Ｐ２０１２−１８１５３７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９７９５８（Ｐ２０１２−９７９５８）
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【分割の表示】特願２００６−８２９７８（Ｐ２００６−８２９７８）の分割
【原出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【分割の表示】特願２００６−８２９７８（Ｐ２００６−８２９７８）の分割
【原出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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