JP3916932B2

JP3916932B2 - Ultra-high-speed dimension conversion device and ultra-high-speed dimension conversion transmission device

Info

Publication number: JP3916932B2
Application number: JP2001353813A
Authority: JP
Inventors: 満雙木; 武橋本; 毅小西; 善紀尾下
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; Olympus Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Olympus Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003156722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、時空間テラ光情報変換・伝送システムなどに有用な、超短光パルスを用いて２次元情報を１次元時間情報に高速に変換し伝送する、新しい超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子計算機やデジタルカメラをはじめとする電子機器の性能向上と普及により、大容量な２次元情報を手軽に扱えるようになってきている。また、大容量２次元情報を通信系を用いて伝送することも頻繁に行なわれるようになってきたため、通信系のトラフィックは爆発的に増大している。今後もその傾向は続き、将来的には動画や３次元情報を１次元時間情報に高速に変換する技術が必須となる。
【０００３】
ところが、２次元情報を１次元時間情報に変換するために必要とされる現存の電子デバイスが高速化を制限しているため、ストレスなく高速な変換を可能とする技術の実現が切望されていた。
【０００４】
そこで、このような高速変換の実現を試みる技術として、特開平１１−４６３０４に記載のものが提案されている。この技術は、１つの超短光パルスを周波数（もしくは波長）と時間に展開した２次元スペクトログラムに２次元情報を重畳して読み出すことにより、高速に１次元時間情報への変換を可能ならしめている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開平１１−４６３０４に記載の変換技術にあっても、以下のような問題点があった。
【０００６】
すなわち、１つの超短光パルスを周波数と時間に展開した２次元スペクトログラムの情報点数には制限があるため、超短光パルスに重畳させ１次元情報に変換する２次元情報の容量を大きくできないのである。
【０００７】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、超短光パルスに重畳できる以上の容量を有する高精細画像に対しても、リアルタイムで１次元時間情報に変換と伝送を可能にする、新しい超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に、超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１のフィルタと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置を提供する。この装置では、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロックに分割し、書き込むブロックのみを表示させる。各ブロック内の２次元情報は、多重結像光学系を用いて１枚の２次元情報をブロック単位で１次元の時間情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【０００９】
この出願の発明は、第２に、超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１の分散素子アレイと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズと第２の分散素子アレイと第５のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置を提供する。この装置でも、上記第１の装置と同様に、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロックに分割し、その個々のブロック内の２次元情報を順次第１の二次元情報表示手段に書き込む手段として多重光学系を用いるため、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元の時間情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１０】
この出願の発明は、第３には、上記第１の空間光変調器が反射型であることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置でも、上記第１、第２の装置と同様に、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロック単位に分け、多重結像光学系を用いてブロック単位で２次元情報を１次元情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１１】
この出願の発明は、第４には、上記第１の空間光変調器がＲＯＭ型であり、２次元情報書込手段が不要とされていることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置では、予め第１のＲＯＭ型空間光変調器に書き込まれているブロック単位の２次元情報を１次元情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１２】
この出願の発明は、第５には、上記２次元情報書込手段が、書込用光源としての光源アレイおよび照明用レンズアレイと、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成されていることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置であれば、１枚の２次元情報をブロック単位で順次読み出すことが可能な２次元情報書込手段を実現でき、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１３】
この出願の発明は、第６には、上記２次元情報書込手段が、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成され、第２の空間光変調器が書込用光源としても機能する自己発光型であることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置であれば、１枚の２次元情報をブロック単位で順次読み出すことが可能な２次元情報書込手段を実現でき、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１４】
また、この出願の発明は、第７には、上記の超高速次元変換装置と、当該超高速次元変換装置における時間情報発生手段より発生された１次元時間情報を伝送する伝送手段とを備えていることを特徴とする超高速次元変換伝送装置をも提供する。この装置によれば、超高速次元変換装置によって第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロック単位に分け、多重結像光学系を用いてブロック単位で２次元情報を１次元情報に変換でき、さらにそれを伝送手段によって高速伝送できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換し伝送することができるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置の一実施形態を例示したものである。この図１の実施形態は、照明手段（１）、２次元スペクトログラム発生手段（２）、２次元情報表示手段（３）、２次元情報書込手段（４）、時間情報発生手段（５）、伝送手段（６）によって構成されており、照明手段（１）と２次元スペクトログラム発生手段（２）と２次元情報表示手段（３）と２次元情報書込手段（４）と時間情報発生手段（５）は超高速次元変換装置を構成し、この超高速次元変換装置と伝送手段（６）で超高速次元変換伝送装置が構成されている。
【００１６】
照明手段（１）は、超短光パルス光源（１０）、レンズ（１１）（１２）によって構成されており、超短光パルス光源（１０）から発振する超短光パルスをレンズ（１１）（１２）により空間的に所望の波面および２次元分布に整形することによって、コリメート光を発生させる。
【００１７】
２次元スペクトログラム発生手段（２）は、分散素子（２０）、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）、第１のフィルタ（２２１）、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）で構成される。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の後側焦平面と第２のフーリエ変換レンズ（２３１）の前側焦平面をほぼ一致させ、分散素子（２０）を第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の前側焦点位置を含む面Ｒ０面にほぼ一致させ、さらに第１のフィルタ（２２１）を第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の後側焦平面Ｆ１面にほぼ一致させてそれぞれ配置させる。なお、ここでは、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）および第２のフーリエ変換レンズ（２３１）はともに、シリンドリカルフーリエ変換レンズとなっている。
【００１８】
この２次元スペクトログラム発生手段（２）の機能について、図２および図３を用いてさらに説明する。分散素子（２０）上において、照明手段（１）によりコリメートとされた超短光パルスが照射される領域は、時間とともにｘ軸に沿って移動する。その結果、超短光パルスの時間遅延が空間で生じる。このとき、分散素子（２０）の波数ベクトルはｘ軸に平行であるので、超短光パルスはｘ軸方向に関して分散する。
【００１９】
ここで、時刻ｔｋに分散素子（２０）に照射される超短光パルスの振る舞いと、超短光パルスが分散素子（２０）上にスキャンするときの特定の波長λｋによる光パルスの振る舞いを、別々に説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）（ｂ）を用いて、時間ｔｋに分散素子（２０）上の素片Ｐ０によって分散される光パルスの振る舞いについて説明する。時刻ｔｋに超短光パルスが分散素子（２０）上の素片Ｐ０に照射されると、超短光パルスは、分散素子（２０）によって回折し、波長λ１、λ２、・・・、λＮに分光される。そして、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）によってフーリエ変換され、第１のフィルタ（２２１）上のｘ軸に沿って波長の分布が生じる。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）は、ｙ軸方向には作用しないので、Ｆ１面上では、ｙ軸方向に沿って同一の波長が分布することになる。ここで、第１のフィルタ（２２１）は、図２（ａ）のような開口（２２１ａ）を持つので、光パルスはｙ軸方向に異なる波長で切り出される。第１のフィルタ（２２１）を出射した各波長は互いにほぼ平行に、かつほぼ等しい方向に伝搬し、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）によってｘ軸方向に関して逆フーリエ変換される。この結果、分散素子（２０）上の素片Ｐ０と共役な焦平面Ｒ１面上のＰ１上に光パルスが照射される。このとき、図２（ｂ）に示すようにＰ１部にはｙ軸に沿って異なる波長が分布している。
【００２１】
次に、図３を用いて、光パルスのある特定の波長による振る舞いについて説明する。図３は、時刻ｔ１からｔＮへ変化する間での波長λｋの軌跡を示している。分散素子（２０）は、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の前側焦平面Ｒ０面にほぼ一致しているため、超短光パルスが分散素子（２０）上を移動しながら照射しても、分散素子（２０）で分光される各波長はほぼ同じ角度を保ったまま第１のフーリエ変換レンズ（２１１）に入射する。つまり、波長がλｋの光パルスは、時刻が変化しても第１のフィルタ（２２１）の同一領域を透過することになる。この第１のフィルタ（２２１）上で時間とともに変化するのは第１のフィルタ（２２１）への入射角である。したがって、Ｒ１面上の２次元情報表示手段（３）を構成する第１の空間光変調器（３０）に書き込まれた２次元情報の各行（つまり横方向）の情報は、図３に示されるように必ず同一の波長λｋの光パルスで挿引されて読み出される。
【００２２】
結局、図２と図３から、超短光パルスが分散素子（２０）上でスキャンされると、第１の空間光変調器（３０）上の２次元情報は、図４に示すように、ｙ軸方向には波長で展開され、ｘ軸方向には時間に展開された２次元スペクトログラムにより照射される。
【００２３】
次に、２次元情報書込手段（４）について説明する。２次元情報書込手段（４）は、書込用光源（４０）、第２の空間光変調器（４２）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）によって構成されている。レンズアレイ（４３）と結像レンズ（４４）は多重結像光学系を構成している。
【００２４】
第２の空間光変調器（４２）上には２次元情報がブロック単位で書き込まれており、書込用光源（４０）はこの第２の空間光変調器（４２）全域をほぼ一様に照明する。２次元情報の各ブロックと第１の空間光変調器（３０）は、レンズアレイ（４３）および結像レンズ（４４）によって共役な関係にあるので、２次元情報の各ブロックを、第１の空間光変調器（３０）の同一領域に書き込むことができる。
【００２５】
次に、時間情報発生手段（５）について説明する。時間情報発生手段（５）は、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）、第２のフィルタ（５２１）、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）で構成されている。第３のフーリエ変換レンズ（５１１）はシリンドリカルフーリエ変換レンズである。
【００２６】
この場合、図５に示したように、まず、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）と第４のフーリエ変換レンズ（５４１）によって、Ｒ１面上の素片Ｐ１の情報は、共役な焦平面Ｒ２面上に伝送される。ここで、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）がｙ軸方向に関してパワーを有しているので、Ｒ１面上のｙ軸方向に関しては空間的に収縮される。Ｒ１面上のＰ１は、ｙ軸方向に異なる波長で読み出されるので、Ｒ２面上の点Ｐ２に集光する光は、それぞれ異なる波長の重ね合わせとなり、時間波形を生成することになる。また、超短光パルスは分散素子（２０）上で挿引されるため、Ｒ２面上では、２次元情報の各列毎に対し、時間波形への変換が行なわれ、図６（ａ）に示すように、１次元時間情報がｘ軸上に沿って空間に展開される。つまり、１次元時間情報は、Ｒ２面上でｘ軸の負の方向から正の方向に順次表示される。ｘ軸を時間軸と見なすと、１次元時間情報は図６（ｂ）のように表現できる（ただし、ｘ軸と時間軸の符号は反転している）。
【００２７】
なお、この時間情報発生手段（５）は、第２のフィルタ（５２１）がなくても、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）および第４のフーリエ変換レンズ（５４１）のみで機能する。
【００２８】
伝送手段（６）は、光ファイバ（６０）で構成され、時間情報発生手段（５）によって上述したように生成された１次元時間情報を入射して伝送する。
【００２９】
以上のような構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができるのである。
【００３０】
［第２の実施形態］
図７は、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置の別の一実施形態を例示したものである。この図７の実施形態は、照明手段（１）、２次元スペクトログラム発生手段（２）、２次元情報表示手段（３）、２次元情報書込手段（４）、時間情報発生手段（５）、伝送手段（６）によって構成されており、照明手段（１）と２次元スペクトログラム発生手段（２）と２次元情報表示手段（３）と２次元情報書込手段（４）と時間情報発生手段（５）は超高速次元変換装置を構成し、この超高速次元変換装置と伝送手段（６）で超高速次元変換伝送装置が構成されている。
【００３１】
照明手段（１）は、超短光パルス光源（１０）、レンズ（１１）（１２）、シリンドリカルレンズ（１３）（１４）からなり、超短光パルス光源（１０）から発振する超短光パルスをレンズ（１１）（１２）およびシリンドリカルレンズ（１３）（１４）により空間的に所望の波面および２次元分布に整形することによって、シート状にコリメートされた超短光パルスを発生させる。
【００３２】
２次元スペクトログラム発生手段（２）は、分散素子（２０）、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）、第１の分散素子アレイ（２２２）、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）で構成される。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の後側焦平面と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）の前側焦平面をほぼ一致させ、分散素子（２０）を第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の前側焦点位置を含む面Ｒ０面にほぼ一致させ、さらに第１の分散素子アレイ（２２２）を第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の後側焦平面Ｆ１面にほぼ一致させてそれぞれ配置させる。
【００３３】
この２次元スペクトログラム発生手段（２）の機能についてさらに説明する。分散素子（２０）上において、照明手段（１）によりシート状にコリメートされた超短光パルスが照射される領域は、時間とともにｘ軸に沿って移動する。その結果、超短光パルスの時間遅延が空間で生じる。このとき、分散素子（２０）の波数ベクトルはｘ軸に平行であるので、超短光パルスはｘ軸方向に関して分散する。
【００３４】
ここで、図８を用いて、時間ｔｋに分散素子（２０）上の素片Ｐ０によって分散される光パルスの振る舞いについて説明する。時刻ｔｋに超短光パルスが分散素子（２０）上の素片Ｐ０に照射されると、超短光パルスは、分散素子（２０）によって回折し、波長λ１、λ２、・・・、λＮに分光される。そして、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）によってフーリエ変換され、第１の分散素子アレイ（２２２）上のｘ軸に沿って波長の分布が生じる。このとき、Ｆ１面上では、ｙ軸方向に沿って同一の波長が分布することになる。ここで、第１の分散素子アレイ（２２２）は、図９に示すように、それぞれの波数ベクトルの向きはｙ軸に平行で且つ周期構造が異なる分散素子アレイである。波長毎に分散した光パルスは、対応する第１の分散素子アレイ（２２２）によってｙ軸方向に異なる角度で回折されるが、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によってＲ２面上のＰ１部分に図１０に示すように分布する。これは、前述の図３（ｂ）と同様である。
【００３５】
以上により、分散素子（２０）上で超短光パルスが照射される領域が時間とともにｘ軸に沿って移動すると、２次元情報表示手段（３）を構成する第１の空間光変調器（３０）上の２次元情報は、図４に示すように、ｙ軸方向には波長で展開され、ｘ軸方向には時間に停会された２次元スペクトログラムにより照射される。
【００３６】
次に、２次元情報書込手段（４）について説明する。２次元情報書込手段（４）は、光源アレイ（４１ａ）、照明用レンズアレイ（４１ｂ）、第２の空間光変調器（４２）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）によって構成されている。レンズアレイ（４３）と結像レンズ（４４）は多重結像光学系を構成しており、光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）は書込用光源として設けられている。
【００３７】
第２の空間光変調器（４２）上には２次元情報が書き込まれており、光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）によってこの２次元情報をブロック毎に照明する。２次元情報の各ブロックと第１の空間光変調器（３０）は、レンズアレイ（４３）および結像レンズ（４４）によって共役な関係にあるので、２次元情報の各ブロックを、第１の空間光変調器（３０）の同一領域に書き込むことができる。
【００３８】
次に、時間情報発生手段（５）について説明する。時間情報発生手段（５）は、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）、第４のフーリエ変換レンズ（５３２）、第２の分散素子アレイ（５５２）、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）で構成されている。
【００３９】
この場合、図１１（ａ）（ｂ）に示したように、まず、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）と第４のフーリエ変換レンズ（５３２）によって、Ｒ１面とＲ２面は共役であるので、Ｒ２面上のＰ２に、Ｒ１面上のＰ１がｙ軸に関して波長分布が反転した分布が現れる。ここで、λ１とλＮは、分散素子（２０）で生じた波長毎の回折角と、分散素子（２０）とＲ２面間にある光学素子の持つ倍率に起因した角度でＲ２面に入射する。Ｒ２面に配置される第２の分散素子アレイ（５５２）は、図１２に示すようにｙ軸方向に分布した波長毎に対応する回折格子アレイによって構成され、Ｒ２面を出射するときには等しい角度で伝搬するように機能する。この第２の分散素子アレイ（５５２）を出射した各波長は互いに平行光となって第５のフーリエ変換レンズ（５４２）に入射し、その後側焦平面であるＦ３面にｙ軸方向に関して収縮される。つまり、Ｒ１面上のＰ１は、ｙ軸方向に異なる波長で読み出されるので、Ｒ３面上の点Ｐ３に集光する光は、それぞれ異なる波長の重ね合わせとなり、時間波形を生成することになる。また、超短光パルスは分散素子（２０）上で挿引されるため、Ｒ２面上では、２次元情報空間に展開される。つまり、１次元時間情報は、Ｒ２面上でｘ軸の負の方向から正の方向に順次表示される。ｘ軸を時間軸と見なすと、１次元時間情報は図６（ｂ）のように表現できる（ただし、ｘ軸と時間軸の符号は反転している）。
【００４０】
伝送手段（６）は、光ファイバ（６０）で構成され、時間情報発生手段（５）によって上述したように生成された１次元時間情報を入射して伝送する。
【００４１】
以上のような構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができるのである。
【００４２】
［第３の実施形態］
図１３および図１４は、各々、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置のさらに別の一実施形態を例示した斜視図および平面図である。この図１３，１４の実施形態は、第２の実施形態で使用している２次元情報表示手段（３）の第１の空間光変調器（３０）を反射読出し型のものに置き換え、さらに２次元情報書込手段（４）の第２の空間光変調器（４２）を自己発光型のものに置き換えており、それ以外の構成と機能は第２の実施形態とほぼ同様であるので、ここでは、反射型空間光変調器（３０Ｒ）と２次元情報書込手段（４）についてのみ説明する。
【００４３】
２次元情報表示手段（３）の反射型空間光変調器（３０Ｒ）は、図１３および図１４に示すように、２次元情報書込手段（４）によって書き込む側の反対側に２次元スペクトログラムを照射することにより、２次元情報書込手段（４）によって書き込まれた２次元情報を読み出すことができる。
【００４４】
２次元情報書込手段（４）は、第２の空間光変調器（４２）が自己発光型のもの（自己発光型空間光変調器（４２Ｓ））であるため、第２の実施形態における光源アレイ（４１ａ）と照明用レンズアレイ（４１ｂ）が不要となり、自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）のみで構成されている。自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）は、２次元情報を表示するのと同時に、発光の機能、つまり書込用光源としての機能も有しているので、２次元情報をブロック単位で表示および発光することで、第１および第２の実施形態で示した２次元情報書込手段（４）と同様な機能を実現することができる。
【００４５】
以上のような２次元情報表示手段（３）および２次元情報書込手段（４）を有する構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量情報を１次元時間情報に高速に変換して伝送させることができるのである。なお、この際２次元情報を画像とすれば、大容量・高精細画像の伝送が、また、暗号化コードとすればより複雑な暗号化信号が、また、ヘッダ情報とすれば、より広範なヘッダを用いた通信が可能となるなど、従来例に比べてより高性能な画像伝送装置あるいは光通信装置を構成することができる。さらには、第１の実施形態における書込用光源（４０）や第２の実施形態における光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）が不要なので、より簡素、且つ小型な構成とすることができる。
【００４６】
【実施例】
［実施例１］
前述したこの出願の発明の第１の実施形態の一実施例について、図１を用いて説明する。
【００４７】
照明手段（１）において、まず、超短光パルス光源（１０）としては、中心波長８００ｎｍ、波長帯域４０ｎｍ、パルス幅１００ｆｓｅｃのＴｉ：サファイヤのフェムト秒レーザを採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび２００ｍｍのレンズを採用し、ビーム径をほぼ３０ｍｍに拡大したコリメート光を分散素子（２０）に入射させる。
【００４８】
２次元スペクトログラム発生手段（２）において、分散素子（２０）としては、サイズが２０ｍｍで１０８２ｌｐ／ｍｍの回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが６０度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１１）としては焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズ、第１のフィルタ（２２１）としては分光された各波長が全域に分布するように４．３３ｍｍ×４．３３ｍｍのサイズのフィルタ、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）としては焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズを用いる。
【００４９】
２次元情報表示手段（３）において、第１の空間光変調器（３０）としては、有機ポリマー系の材料を使用した振幅変調用の空間光変調器を採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）と第２のフーリエ変換レンズ（２３１）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約２０ｍｍ×約２０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００５０】
２次元情報書込手段（４）においては、書込用光源（４０）としてハロゲン光源、第２の空間光変調器（４２）として液晶ディスプレイ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ４ｍｍ×４ｍｍ、焦点距離２０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、液晶ディスプレイ上には全体サイズが２０ｍｍ×２０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、４ｍｍ×４ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の空間光変調器（３０）に書き込まれる。
【００５１】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）として焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズ、第２のフィルタ（５２１）として振幅型のフィルタ、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。
【００５２】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてシングルモードファイバを用いる。
【００５３】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００５４】
なお、伝送手段（６）としては、マルチモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、マルチモードやシングルモードを問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００５５】
また、第１の空間光変調器（３０）に使用される材料は、強度変調型、位相変調型、無機材料、有機材料を問わず、フォトリフラクティブ、フォトクロミック、バクテリオロドプシン、有機系液晶などを用いてもよい。
【００５６】
また、第１の空間光変調器（３０）に表示する２次元情報はホログラムでもよい。
【００５７】
また、第１の空間光変調器（３０）は、書き換え可能なものの他に、ＲＯＭ型のものでももちろんよく、その場合には２次元情報書込手段（４）は必要でない。
【００５８】
また、照明手段（１）において超短光パルス光源としては、もちろんファイバレーザをはじめ種々の超短光パルス光源が利用できる。
【００５９】
［実施例２］
前述したこの出願の発明の第２の実施形態の一実施例について、図７を用いて説明する。
【００６０】
照明手段（１）において、まず、超短光パルス光源（１０）としては、中心波長１５５０ｎｍ、波長帯域４０ｎｍの半導体レーザをパルス圧縮した光源を採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび１００ｍｍで、ビーム径をほぼ１０ｍｍに拡大するレンズを採用し、さらにシリンドリカルレンズ（１３）（１４）としてはそれぞれ焦点距離１５０ｍｍおよび１０ｍｍのシリンドリカルレンズを採用し、シート状のコリメータ光を分散素子（２０）に入射させる。
【００６１】
２次元スペクトログラム発生手段（２）において、分散素子（２０）としては、サイズが１４ｍｍで５５８．７ｌｐ／ｍｍの反射型回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが６０度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１２）としては焦点距離１６０ｍｍのもの、第１の分散素子アレイ（２２２）としてはサイズ３．６ｍｍのもの、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）としては焦点距離１６０ｍｍのものをそれぞれ用いる。
【００６２】
２次元情報表示手段（３）においては、第１の空間光変調器（３０）として、有機ポリマー系の材料を使用した振幅変調用の空間光変調器を採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約１０ｍｍ×約１０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００６３】
２次元情報書込手段（４）においては、光源アレイ（４１ａ）としてＬＥＤアレイ、照明用レンズアレイ（４１ｂ）としてＬＥＤアレイに対応するレンズアレイ、第２の空間光変調器（４２）として液晶ディスプレイ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ４ｍｍ×４ｍｍ、焦点距離４０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、液晶ディスプレイ上には全体サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、４ｍｍ×４ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の空間光変調器（３０）に書き込まれる。
【００６４】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）および第４のフーリエ変換レンズ（５３２）としていずれも焦点距離１６０ｍｍのレンズ、第２の分散素子アレイ（５５２）として回折格子アレイ、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）として焦点距離４０ｍｍの対物レンズをそれぞれ採用する。
【００６５】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてフッ化樹脂を用いたマルチモードファイバを採用する。
【００６６】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００６７】
なお、伝送手段（６）としては、シングルモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、構成材料を問わず、マルチモードやシングルモードも問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００６８】
また、第１の空間光変調器（３０）に使用される材料は、強度変調型、位相変調型、無機材料、有機材料を問わず、フォトリフラクティブ、フォトクロミック、バクテリオロドプシン、有機系液晶などを用いてもよい。
【００６９】
また、第１の空間光変調器（３０）に表示する２次元情報はホログラムでもよい。
【００７０】
また、第１の空間光変調器（３０）は、書き換え可能なものの他に、ＲＯＭ型のものでももちろんよく、その場合には２次元情報書込手段（４）は必要でない。
【００７１】
また、第２の空間光変調器（４２）は、液晶ディスプレイ以外にも、たとえば、この部分が複数のファイバを束ねたファイババンドルの断面を２次元情報としてみなした構成であってもよい。その場合には、たとえば光通信分野などの基幹系とメトロ系間の光パルス信号の繰り返し速度が大きく異なる部分でのクロスコネクトスイッチ等としての利用も可能になる。
【００７２】
［実施例３］
前述したこの出願の発明の第３の実施形態の一実施例について、図１２，１３を用いて説明する。
【００７３】
照明手段（１）においては、まず、超短光パルス光源（１０）として、中心波長５３２ｎｍ、波長帯域４０ｎｍ、パルス幅１００ｆｓｅｃのフェムト秒ファイバレーザを採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび１００ｍｍで、ビーム径をほぼ１０ｍｍに拡大するレンズを採用し、さらにシリンドリカルレンズ（１３）（１４）としてはそれぞれ焦点距離１５０ｍｍおよび１０ｍｍのシリンドリカルレンズを採用して、シート状のコリメータ光を分散素子（２０）に入射させる。
【００７４】
２次元スペクトログラム発生手段（２）においては、分散素子（２０）として、サイズが１４ｍｍで２６５８．３ｌｐ／ｍｍの透過型回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが４５度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１２）としては焦点距離４０ｍｍのもの、第１の分散素子アレイ（２２２）としてはサイズ５．８ｍｍのもの、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）としては焦点距離４０ｍｍのものをそれぞれ用いる。
【００７５】
２次元情報表示手段（３）においては、第１の反射型空間光変調器（３０Ｒ）としてＰＡＬＳＬＭを採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約１０ｍｍ×約１０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００７６】
２次元情報書込手段（４）においては、第２の自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）として有機ＥＬ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ２ｍｍ×２ｍｍ、焦点距離５０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、有機ＥＬ上には全体サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、５ｍｍ×５ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の反射型空間光変調器（３０Ｒ）であるＰＡＬＳＬＭに書き込まれる。
【００７７】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）および第４のフーリエ変換レンズ（５３２）としてそれぞれ焦点距離７０ｍｍおよび６０ｍｍのレンズ、第２の分散素子アレイ（５５２）として回折格子アレイ、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）として焦点距離１０ｍｍの対物レンズをそれぞれ採用する。
【００７８】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてフッ化樹脂を用いたマルチモードファイバを採用する。
【００７９】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００８０】
なお、伝送手段（６）としては、シングルモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、構成材料を問わず、マルチモードやシングルモードも問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００８１】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置によれば、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の高精細・大容量の画像情報を多重結像光学系によってブロック単位で空間光変調器に書き込んで、１つの超短光パルスから展開された２次元スペクトログラムによる読み出しを逐次的に行なうことができ、その結果、高精細・大容量の画像情報を超高速にリアルタイムで伝送することができるようになる。また、レートの低いデバイスとレートの速い信号との間の帯域マッチングや暗号化やヘッダ処理などの各種通信処理の大容量化、高性能化も図れる。
【００８３】
以上により、たとえば、高精細・大容量の動画像のリアルタイム伝送が可能となり、遠隔医療や遠隔教育等のマルチメディア通信への応用も可能で、また光通信分野において低ビットレートの信号を結集して高ビットレートへの信号に変換する装置やクロスコネクト装置や暗号化、ヘッダ処理などの光通信装置としても利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の第１の実施形態を例示した斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、各々、第１の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための図である。
【図３】第１の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための別の図である。
【図４】２次元スペクトログラムを例示した図である。
【図５】第１の実施形態における時間情報発生手段を説明するための図である。
【図６】１次元時間情報を例示した図である。
【図７】この出願の発明の第２の実施形態を例示した斜視図である。
【図８】第２の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための図である。
【図９】第２の実施形態における第１の分散素子アレイを説明するための図である。
【図１０】２次元スペクトログラムの分布を例示した図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は、各々、第２の実施形態における時間情報発生手段を説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態における第２の分散素子アレイを説明するための図である。
【図１３】この出願の発明の第３の実施形態を例示した斜視図である。
【図１４】この出願の発明の第３の実施形態を例示した平面図である。
【符号の説明】
１照明手段
１０超短光パルス光源
１１，１２レンズ
１３，１４シリンドリカルレンズ
２２次元スペクトログラム発生手段
２０分散素子
２１１第１のフーリエ変換レンズ
２２１第１のフィルタ
２２１ａ開口
２３１第２のフーリエ変換レンズ
２１２第１のフーリエ変換レンズ
２２２第１の分散素子アレイ
２３２第２のフーリエ変換レンズ
３２次元情報表示手段
３０第１の空間光変調器
３０Ｒ反射型空間光変調器
４２次元情報書込手段
４０書込用光源
４１ａ光源アレイ
４１ｂ照明用レンズアレイ
４２第２の空間光変調器
４２Ｓ自己発光型空間光変調器
４３レンズアレイ
４４結像レンズ
５時間情報発生手段
５１１第３のフーリエ変換レンズ
５２１第２のフィルタ
５４１第４のフーリエ変換レンズ
５１２第３のフーリエ変換レンズ
５３２第４のフーリエ変換レンズ
５４２第５のフーリエ変換レンズ
５５２第２の分散素子アレイ
６伝送手段
６０光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to an ultrafast dimension conversion device and an ultrafast dimension conversion transmission device. More specifically, the invention of this application is a new ultra-high-speed, which is useful for spatio-temporal tera-light information conversion / transmission systems, etc., and converts and transmits two-dimensional information to one-dimensional time information at high speed using ultrashort optical pulses. The present invention relates to a dimension conversion apparatus and an ultrahigh-speed dimension conversion transmission apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the improvement and popularization of electronic devices such as electronic computers and digital cameras, large-capacity two-dimensional information can be easily handled. In addition, since the transmission of large-capacity two-dimensional information using a communication system has been frequently performed, the traffic of the communication system has increased explosively. In the future, this trend will continue, and in the future, technology for converting moving images and 3D information into 1D time information at high speed will be essential.
[0003]
However, since existing electronic devices required for converting two-dimensional information into one-dimensional time information limit the increase in speed, there is an urgent need to realize a technology that enables high-speed conversion without stress. .
[0004]
Therefore, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-46304 has been proposed as a technique for attempting to realize such high-speed conversion. This technology enables high-speed conversion to one-dimensional time information by superimposing and reading out two-dimensional information on a two-dimensional spectrogram in which one ultrashort optical pulse is expanded in frequency (or wavelength) and time. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even the conversion technique described in JP-A-11-46304 has the following problems.
[0006]
That is, since there is a limit to the number of information points of a two-dimensional spectrogram in which one ultrashort optical pulse is expanded in frequency and time, the capacity of two-dimensional information that is superimposed on the ultrashort optical pulse and converted into one-dimensional information cannot be increased. is there.
[0007]
The invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, solves the problems of the prior art, and even for high-definition images having a capacity that can be superimposed on ultrashort light pulses in real time. It is an object of the present invention to provide a new ultra-high-speed dimension conversion device and an ultra-high-speed dimension conversion transmission device that enable conversion and transmission into one-dimensional time information.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of this application firstly, an ultrashort optical pulse light source and an ultrashort optical pulse oscillated from the ultrashort optical pulse light source are spatially desired to have a desired wavefront and two-dimensional distribution. Illuminating means comprising an optical system for shaping, a dispersive element, a first Fourier transform lens, a first filter, and a second Fourier transform lens, and converting an ultrashort light pulse emitted from the illumination means into a two-dimensional spectrogram. Two-dimensional spectrogram generating means, two-dimensional information display means comprising a first spatial light modulator, two-dimensional information writing means comprising a writing light source, a second spatial light modulator, and a multiple imaging optical system, And 2 by the two-dimensional spectrogram generating means comprising a third Fourier transform lens and a fourth Fourier transform lens and passing through the first spatial light modulator of the two-dimensional information display means. Time information generating means for converting the original spectrumgram into one-dimensional time information, wherein the two-dimensional information display means divides the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator into block units and The present invention provides an ultra-high-speed dimensional conversion device characterized by writing in one spatial light modulator. In this apparatus, the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator is divided into a plurality of blocks, and only the blocks to be written are displayed. Two-dimensional information in each block can be converted into one-dimensional time information in units of blocks by using a multiple imaging optical system. For this reason, large-capacity two-dimensional information more than the capacity that can be superimposed on the ultrashort light pulse can be converted into one-dimensional time information at high speed.
[0009]
Secondly, the invention of this application is directed to an illuminating means comprising an ultrashort optical pulse light source and an optical system that shapes the ultrashort optical pulse oscillated from the ultrashort optical pulse light source spatially into a desired wavefront and two-dimensional distribution. A two-dimensional spectrogram generating means that comprises a dispersive element, a first Fourier transform lens, a first dispersive element array, and a second Fourier transform lens, and converts an ultrashort light pulse emitted from the illumination means into a two-dimensional spectrogram; Two-dimensional information display means comprising a first spatial light modulator, two-dimensional information writing means comprising a writing light source, a second spatial light modulator and a multiple imaging optical system, and a third Fourier transform The two-dimensional spectroscope including a lens, a fourth Fourier transform lens, a second dispersive element array, and a fifth Fourier transform lens, and passing through the first spatial light modulator of the two-dimensional information display means. Time information generating means for converting a two-dimensional spectrumgram by the ram generating means into one-dimensional time information, wherein the two-dimensional information display means converts the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator into block units An ultra-high-speed dimension conversion device is provided in which the data is written into the first spatial light modulator. In this apparatus, similarly to the first apparatus, the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator is divided into a plurality of blocks, and the two-dimensional information in the individual blocks is sequentially converted into the first two-dimensional information. Since a multiple optical system is used as means for writing to the dimension information display means, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information in units of blocks. For this reason, large-capacity two-dimensional information more than the capacity that can be superimposed on the ultrashort light pulse can be converted into one-dimensional time information at high speed.
[0010]
Thirdly, the invention of this application also provides an ultrafast dimension conversion device characterized in that the first spatial light modulator is a reflection type. In this apparatus, similarly to the first and second apparatuses, the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator is divided into a plurality of block units, and 2 units are obtained in a block unit using a multiple imaging optical system. Dimension information can be converted into one-dimensional information. For this reason, large-capacity two-dimensional information more than the capacity that can be superimposed on the ultrashort light pulse can be converted into one-dimensional time information at high speed.
[0011]
Fourthly, the invention of this application also provides an ultra-high-speed dimensional conversion device characterized in that the first spatial light modulator is a ROM type and two-dimensional information writing means is unnecessary. To do. In this apparatus, two-dimensional information in units of blocks written in advance in the first ROM type spatial light modulator can be converted into one-dimensional information. For this reason, large-capacity two-dimensional information more than the capacity that can be superimposed on the ultrashort light pulse can be converted into one-dimensional time information at high speed.
[0012]
In the invention of this application, fifthly, the two-dimensional information writing means includes a light source array and an illumination lens array as a writing light source, a second spatial light modulator, and a multiple imaging optical system. There is also provided an ultra-high-speed dimensional conversion device characterized by being configured by the lens array and the lens. With this apparatus, it is possible to realize a two-dimensional information writing means capable of sequentially reading out one piece of two-dimensional information in units of blocks, and high-capacity two-dimensional information more than a capacity that can be superposed on an ultrashort light pulse at high speed. It can be converted into one-dimensional time information.
[0013]
According to the invention of this application, sixthly, the two-dimensional information writing means includes a second spatial light modulator, a lens array and a lens as a multiple imaging optical system, and the second spatial light There is also provided an ultra-high-speed dimensional conversion device characterized in that the modulator is a self-luminous type that also functions as a light source for writing. With this apparatus, it is possible to realize a two-dimensional information writing means capable of sequentially reading out one piece of two-dimensional information in units of blocks, and high-capacity two-dimensional information more than a capacity that can be superposed on an ultrashort light pulse at high speed. It can be converted into one-dimensional time information.
[0014]
In addition, the invention of this application, seventhly, includes the above ultra-fast dimension conversion device and a transmission means for transmitting the one-dimensional time information generated by the time information generation means in the ultra-fast dimension conversion device. The present invention also provides an ultra-high-speed dimensional conversion transmission device characterized by the above. According to this apparatus, the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator is divided into a plurality of block units by the ultrafast dimension conversion device, and the two-dimensional information is converted into one block unit by using the multiple imaging optical system. It can be converted into dimensional information and further transmitted at high speed by the transmission means. For this reason, large-capacity two-dimensional information more than the capacity that can be superimposed on the ultrashort light pulse can be converted to one-dimensional time information and transmitted at high speed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
FIG. 1 illustrates an embodiment of an ultrafast dimension conversion device and an ultrafast dimension conversion transmission device of the invention of this application. The embodiment of FIG. 1 includes illumination means (1), two-dimensional spectrogram generation means (2), two-dimensional information display means (3), two-dimensional information writing means (4), time information generation means (5), The transmission means (6) comprises an illumination means (1), a two-dimensional spectrogram generation means (2), a two-dimensional information display means (3), a two-dimensional information writing means (4), and a time information generation means ( 5) constitutes an ultra-high-speed dimension conversion device, and the ultra-high-speed dimension conversion device and the transmission means (6) constitute an ultra-high-speed dimension conversion device.
[0016]
The illuminating means (1) is composed of an ultrashort light pulse light source (10) and lenses (11) and (12), and the ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light pulse light source (10) is transmitted to the lens (11) ( Collimated light is generated by shaping the wavefront and a two-dimensional distribution spatially according to 12).
[0017]
The two-dimensional spectrogram generating means (2) includes a dispersive element (20), a first Fourier transform lens (211), a first filter (221), and a second Fourier transform lens (231). At this time, the rear focal plane of the first Fourier transform lens (211) and the front focal plane of the second Fourier transform lens (231) are substantially matched, and the dispersive element (20) is moved to the first Fourier transform lens (211). The first filter (221) is arranged to substantially coincide with the rear focal plane F1 of the first Fourier transform lens (211). Here, the first Fourier transform lens (211) and the second Fourier transform lens (231) are both cylindrical Fourier transform lenses.
[0018]
The function of the two-dimensional spectrogram generating means (2) will be further described with reference to FIGS. On the dispersive element (20), the region irradiated with the ultrashort light pulse collimated by the illumination means (1) moves along the x-axis with time. As a result, a time delay of ultrashort light pulses occurs in space. At this time, since the wave vector of the dispersive element (20) is parallel to the x-axis, the ultrashort light pulse is dispersed in the x-axis direction.
[0019]
Here, the behavior of the ultrashort light pulse applied to the dispersive element (20) at time tk and the behavior of the optical pulse with a specific wavelength λk when the ultrashort light pulse scans on the dispersive element (20) are as follows: Explain separately.
[0020]
First, with reference to FIGS. 2A and 2B, the behavior of an optical pulse dispersed by the element P0 on the dispersion element (20) at time tk will be described. When an ultrashort light pulse is irradiated on the element P0 on the dispersive element (20) at time tk, the ultrashort light pulse is diffracted by the dispersive element (20), and has wavelengths λ1, λ2,. Spectroscopic. Then, Fourier transform is performed by the first Fourier transform lens (211), and a wavelength distribution is generated along the x-axis on the first filter (221). At this time, since the first Fourier transform lens (211) does not act in the y-axis direction, the same wavelength is distributed along the y-axis direction on the F1 plane. Here, since the first filter (221) has an opening (221a) as shown in FIG. 2A, the optical pulse is cut out at different wavelengths in the y-axis direction. The wavelengths emitted from the first filter (221) propagate in substantially the same direction and in substantially the same direction, and are inverse Fourier transformed with respect to the x-axis direction by the second Fourier transform lens (231). As a result, the light pulse is irradiated onto P1 on the focal plane R1 plane conjugate with the segment P0 on the dispersion element (20). At this time, as shown in FIG. 2B, different wavelengths are distributed along the y-axis in the P1 portion.
[0021]
Next, the behavior of a light pulse according to a specific wavelength will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a locus of the wavelength λk during the change from time t1 to tN. Since the dispersive element (20) substantially coincides with the front focal plane R0 surface of the first Fourier transform lens (211), even if the ultrashort light pulse is irradiated while moving on the dispersive element (20), Each wavelength split by the dispersive element (20) is incident on the first Fourier transform lens (211) while maintaining substantially the same angle. That is, an optical pulse with a wavelength of λk passes through the same region of the first filter (221) even if the time changes. The incident angle on the first filter (221) changes with time on the first filter (221). Therefore, the information of each row (that is, the horizontal direction) of the two-dimensional information written in the first spatial light modulator (30) constituting the two-dimensional information display means (3) on the R1 surface is shown in FIG. Thus, it is always read and read with an optical pulse of the same wavelength λk.
[0022]
Eventually, from FIG. 2 and FIG. 3, when the ultrashort light pulse is scanned on the dispersive element (20), the two-dimensional information on the first spatial light modulator (30) is as shown in FIG. Irradiation is performed by a two-dimensional spectrogram developed in the y-axis direction with a wavelength and developed in time in the x-axis direction.
[0023]
Next, the two-dimensional information writing means (4) will be described. The two-dimensional information writing means (4) includes a writing light source (40), a second spatial light modulator (42), a lens array (43), and an imaging lens (44). The lens array (43) and the imaging lens (44) constitute a multiple imaging optical system.
[0024]
Two-dimensional information is written in units of blocks on the second spatial light modulator (42), and the writing light source (40) is almost uniform over the entire area of the second spatial light modulator (42). Illuminate. Each block of the two-dimensional information and the first spatial light modulator (30) are in a conjugate relationship by the lens array (43) and the imaging lens (44). It is possible to write in the same area of the spatial light modulator (30).
[0025]
Next, the time information generating means (5) will be described. The time information generating means (5) includes a third Fourier transform lens (511), a second filter (521), and a fourth Fourier transform lens (541). The third Fourier transform lens (511) is a cylindrical Fourier transform lens.
[0026]
In this case, as shown in FIG. 5, first, the information on the element P1 on the R1 plane is converted into a conjugate focal plane R2 by the third Fourier transform lens (511) and the fourth Fourier transform lens (541). Transmitted on the surface. Here, since the fourth Fourier transform lens (541) has power in the y-axis direction, it is spatially contracted in the y-axis direction on the R1 plane. Since P1 on the R1 plane is read at a different wavelength in the y-axis direction, the light focused on the point P2 on the R2 plane is superimposed with different wavelengths, and a time waveform is generated. Also, since the ultrashort light pulse is drawn on the dispersive element (20), conversion into a time waveform is performed for each column of the two-dimensional information on the R2 plane, as shown in FIG. As shown, one-dimensional time information is developed in space along the x-axis. That is, the one-dimensional time information is sequentially displayed in the positive direction from the negative x-axis direction on the R2 plane. If the x axis is regarded as a time axis, the one-dimensional time information can be expressed as shown in FIG. 6B (however, the signs of the x axis and the time axis are inverted).
[0027]
The time information generating means (5) functions only with the third Fourier transform lens (511) and the fourth Fourier transform lens (541) even without the second filter (521).
[0028]
The transmission means (6) is composed of an optical fiber (60), and receives and transmits the one-dimensional time information generated as described above by the time information generation means (5).
[0029]
With the configuration as described above, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information in units of blocks, so a large-capacity, high-definition image with more information points that can be superimposed on ultrashort light pulses can be quickly converted into one-dimensional time information. It is possible to transmit it after converting it into
[0030]
[Second Embodiment]
FIG. 7 illustrates another embodiment of the ultra-fast dimension conversion device and the ultra-fast dimension conversion transmission device of the invention of this application. The embodiment of FIG. 7 includes illumination means (1), two-dimensional spectrogram generation means (2), two-dimensional information display means (3), two-dimensional information writing means (4), time information generation means (5), The transmission means (6) comprises an illumination means (1), a two-dimensional spectrogram generation means (2), a two-dimensional information display means (3), a two-dimensional information writing means (4), and a time information generation means ( 5) constitutes an ultra-high-speed dimension conversion device, and the ultra-high-speed dimension conversion device and the transmission means (6) constitute an ultra-high-speed dimension conversion device.
[0031]
The illumination means (1) includes an ultrashort light pulse light source (10), lenses (11) and (12), and cylindrical lenses (13) and (14), and an ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light pulse light source (10). Is shaped into a desired wavefront and two-dimensional distribution spatially by the lenses (11) and (12) and the cylindrical lenses (13) and (14), thereby generating ultrashort light pulses collimated into a sheet shape.
[0032]
The two-dimensional spectrogram generating means (2) includes a dispersive element (20), a first Fourier transform lens (212), a first dispersive element array (222), and a second Fourier transform lens (232). At this time, the rear focal plane of the first Fourier transform lens (212) and the front focal plane of the second Fourier transform lens (232) are substantially matched, and the dispersive element (20) is moved to the first Fourier transform lens (212). ) Are substantially aligned with the plane R0 including the front focal position, and the first dispersive element array (222) is disposed substantially in alignment with the rear focal plane F1 of the first Fourier transform lens (212). .
[0033]
The function of the two-dimensional spectrogram generating means (2) will be further described. On the dispersive element (20), the region irradiated with the ultrashort light pulse collimated into a sheet shape by the illumination means (1) moves along the x-axis with time. As a result, a time delay of ultrashort light pulses occurs in space. At this time, since the wave vector of the dispersive element (20) is parallel to the x-axis, the ultrashort light pulse is dispersed in the x-axis direction.
[0034]
Here, the behavior of the optical pulse dispersed by the segment P0 on the dispersion element (20) at time tk will be described with reference to FIG. When an ultrashort light pulse is irradiated on the element P0 on the dispersive element (20) at time tk, the ultrashort light pulse is diffracted by the dispersive element (20), and has wavelengths λ1, λ2,. Spectroscopic. Then, Fourier transform is performed by the first Fourier transform lens (212), and a wavelength distribution is generated along the x-axis on the first dispersive element array (222). At this time, the same wavelength is distributed along the y-axis direction on the F1 plane. Here, as shown in FIG. 9, the first dispersive element array (222) is a dispersive element array in which the direction of each wave vector is parallel to the y-axis and the periodic structure is different. The light pulses dispersed for each wavelength are diffracted by the corresponding first dispersive element array (222) at different angles in the y-axis direction, but are applied to the P1 portion on the R2 plane by the second Fourier transform lens (232). Distributed as shown in FIG. This is the same as FIG. 3B described above.
[0035]
As described above, when the region irradiated with the ultrashort light pulse on the dispersive element (20) moves along the x axis with time, the first spatial light modulator (30) constituting the two-dimensional information display means (3). As shown in FIG. 4, the above two-dimensional information is developed with a wavelength in the y-axis direction and irradiated with a two-dimensional spectrogram that is suspended in time in the x-axis direction.
[0036]
Next, the two-dimensional information writing means (4) will be described. The two-dimensional information writing means (4) includes a light source array (41a), an illumination lens array (41b), a second spatial light modulator (42), a lens array (43), and an imaging lens (44). Has been. The lens array (43) and the imaging lens (44) constitute a multiple imaging optical system, and the light source array (41a) and the illumination lens array (41b) are provided as a writing light source.
[0037]
Two-dimensional information is written on the second spatial light modulator (42), and this two-dimensional information is illuminated for each block by the light source array (41a) and the illumination lens array (41b). Each block of the two-dimensional information and the first spatial light modulator (30) are in a conjugate relationship by the lens array (43) and the imaging lens (44). It is possible to write in the same area of the spatial light modulator (30).
[0038]
Next, the time information generating means (5) will be described. The time information generating means (5) includes a third Fourier transform lens (512), a fourth Fourier transform lens (532), a second dispersive element array (552), and a fifth Fourier transform lens (542). Has been.
[0039]
In this case, as shown in FIGS. 11A and 11B, first, the R1 surface and the R2 surface are conjugate by the third Fourier transform lens (512) and the fourth Fourier transform lens (532). A distribution in which the wavelength distribution of P1 on the R1 plane is inverted with respect to the y-axis appears at P2 on the R2 plane. Here, λ1 and λN are incident on the R2 surface at an angle caused by the diffraction angle for each wavelength generated in the dispersion element (20) and the magnification of the optical element between the dispersion element (20) and the R2 surface. The second dispersive element array (552) arranged on the R2 plane is constituted by a diffraction grating array corresponding to each wavelength distributed in the y-axis direction as shown in FIG. Functions to propagate. The wavelengths emitted from the second dispersive element array (552) become parallel to each other and enter the fifth Fourier transform lens (542), and are then contracted in the y-axis direction on the F3 plane which is the side focal plane. The That is, since P1 on the R1 plane is read at a different wavelength in the y-axis direction, the light collected at the point P3 on the R3 plane is superimposed with different wavelengths, and a time waveform is generated. Further, since the ultrashort light pulse is inserted on the dispersive element (20), it is developed in a two-dimensional information space on the R2 plane. That is, the one-dimensional time information is sequentially displayed in the positive direction from the negative x-axis direction on the R2 plane. If the x axis is regarded as a time axis, the one-dimensional time information can be expressed as shown in FIG. 6B (however, the signs of the x axis and the time axis are inverted).
[0040]
The transmission means (6) is composed of an optical fiber (60), and receives and transmits the one-dimensional time information generated as described above by the time information generation means (5).
[0041]
With the configuration as described above, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information in units of blocks, so a large-capacity, high-definition image with more information points that can be superimposed on ultrashort light pulses can be quickly converted into one-dimensional time information. It can be converted into a signal and transmitted.
[0042]
[Third Embodiment]
FIGS. 13 and 14 are a perspective view and a plan view, respectively, illustrating still another embodiment of the ultra-high-speed dimension conversion device and the ultra-high-speed dimension conversion transmission device of the invention of this application. In the embodiment of FIGS. 13 and 14, the first spatial light modulator (30) of the two-dimensional information display means (3) used in the second embodiment is replaced with a reflection readout type one. The second spatial light modulator (42) of the dimensional information writing means (4) is replaced with a self-luminous type, and other configurations and functions are substantially the same as those of the second embodiment, so here Only the reflective spatial light modulator (30R) and the two-dimensional information writing means (4) will be described.
[0043]
The reflection type spatial light modulator (30R) of the two-dimensional information display means (3) has a two-dimensional spectrogram on the opposite side of the writing side by the two-dimensional information writing means (4) as shown in FIGS. By irradiation, the two-dimensional information written by the two-dimensional information writing means (4) can be read out.
[0044]
In the two-dimensional information writing means (4), since the second spatial light modulator (42) is a self-luminous type (self-luminous spatial light modulator (42S)), the light source in the second embodiment The array (41a) and the illumination lens array (41b) are no longer necessary, and only the self-luminous spatial light modulator (42S), the lens array (43), and the imaging lens (44) are formed. The self-luminous spatial light modulator (42S) has the function of light emission, that is, the function of a light source for writing at the same time as displaying the two-dimensional information. By emitting light, the same function as the two-dimensional information writing means (4) shown in the first and second embodiments can be realized.
[0045]
With the configuration having the two-dimensional information display means (3) and the two-dimensional information writing means (4) as described above, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information in units of blocks. Thus, it is possible to convert a large amount of information more than the number of information points that can be superimposed on one-dimensional time information at high speed and transmit it. At this time, if the two-dimensional information is an image, transmission of a large-capacity / high-definition image is possible. If the encryption code is used, a more complicated encrypted signal is used. If the header information is used, a wider range is obtained. A higher-performance image transmission apparatus or optical communication apparatus can be configured compared to the conventional example, such as enabling communication using a header. Furthermore, since the writing light source (40) in the first embodiment and the light source array (41a) and the illumination lens array (41b) in the second embodiment are unnecessary, a simpler and more compact configuration is provided. Can do.
[0046]
【Example】
[Example 1]
An example of the first embodiment of the invention of this application will be described with reference to FIG.
[0047]
In the illumination means (1), as the ultrashort light pulse light source (10), a Ti: sapphire femtosecond laser having a center wavelength of 800 nm, a wavelength band of 40 nm, and a pulse width of 100 fsec is employed. As the lenses (11) and (12), lenses having focal lengths of 10 mm and 200 mm are adopted, respectively, and collimated light whose beam diameter is enlarged to about 30 mm is made incident on the dispersive element (20).
[0048]
In the two-dimensional spectrogram generation means (2), the dispersive element (20) is a diffraction grating having a size of 20 mm and 1082 lp / mm so that the ultrashort light pulse from the illumination means (1) is incident at 60 degrees. Deploy. The first Fourier transform lens (211) is a cylindrical lens having a focal length of 100 mm, and the first filter (221) is a filter having a size of 4.33 mm × 4.33 mm so that the dispersed wavelengths are distributed over the entire area. As the second Fourier transform lens (231), a cylindrical lens having a focal length of 100 mm is used.
[0049]
In the two-dimensional information display means (3), as the first spatial light modulator (30), an amplitude modulation spatial light modulator using an organic polymer material is employed, and the first Fourier transform lens ( 211) and the second Fourier transform lens (231) have a magnification in the x-axis direction of −1.0, so that two-dimensional information having a size of about 20 mm × about 20 mm is displayed.
[0050]
In the two-dimensional information writing means (4), a halogen light source as the writing light source (40), a liquid crystal display as the second spatial light modulator (42), an aperture size of 4 mm × 4 mm as the lens array (43), and a focal point. A lens in which 5 × 5 lenses having a distance of 20 mm are arranged and a lens having a focal length of 100 mm are employed as the imaging lens (44). In this case, two-dimensional information having an overall size of 20 mm × 20 mm is written on the liquid crystal display, and is sequentially written to the first spatial light modulator (30) in units of 4 mm × 4 mm blocks.
[0051]
In the time information generating means (5), a cylindrical lens with a focal length of 100 mm is used as the third Fourier transform lens (511), an amplitude type filter is used as the second filter (521), and a fourth Fourier transform lens (541) is used. Each lens has a focal length of 100 mm.
[0052]
In the transmission means (6), a single mode fiber is used as the optical fiber (60).
[0053]
With the above configuration, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information on a block basis, and a large-capacity, high-definition image with more information points that can be superimposed on ultrashort light pulses can be converted into one-dimensional time information at high speed. Can be transmitted.
[0054]
As the transmission means (6), an optical fiber (60) of a multimode fiber may be used, and any other fiber or waveguide may be used regardless of the multimode or single mode.
[0055]
Moreover, the material used for the first spatial light modulator (30) is photorefractive, photochromic, bacteriorhodopsin, organic liquid crystal, etc., regardless of intensity modulation type, phase modulation type, inorganic material, or organic material. May be.
[0056]
The two-dimensional information displayed on the first spatial light modulator (30) may be a hologram.
[0057]
In addition to the rewritable one, the first spatial light modulator (30) may of course be a ROM type, in which case the two-dimensional information writing means (4) is not necessary.
[0058]
In the illumination means (1), various ultrashort light pulse sources such as fiber lasers can be used as a matter of course.
[0059]
[Example 2]
An example of the above-described second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0060]
In the illumination means (1), first, as the ultrashort light pulse light source (10), a light source obtained by pulse compression of a semiconductor laser having a center wavelength of 1550 nm and a wavelength band of 40 nm is employed. Lenses (11) and (12) employ focal lengths of 10 mm and 100 mm, respectively, and lenses that expand the beam diameter to approximately 10 mm. Cylindrical lenses (13) and (14) have cylindrical focal lengths of 150 and 10 mm, respectively. The sheet-like collimator light is made incident on the dispersion element (20).
[0061]
In the two-dimensional spectrogram generating means (2), the dispersive element (20) is a reflective diffraction grating having a size of 14 mm and 558.7 lp / mm, and the ultrashort light pulse from the illuminating means (1) is 60 degrees. Arrange so as to be incident. The first Fourier transform lens (212) has a focal length of 160 mm, the first dispersive element array (222) has a size of 3.6 mm, and the second Fourier transform lens (232) has a focal length of 160 mm. Use each one.
[0062]
In the two-dimensional information display means (3), a spatial light modulator for amplitude modulation using an organic polymer material is adopted as the first spatial light modulator (30), and the first Fourier transform lens ( 212) and the second Fourier transform lens (232) have a magnification in the x-axis direction of −1.0, so that two-dimensional information having a size of about 10 mm × about 10 mm is displayed.
[0063]
In the two-dimensional information writing means (4), an LED array as the light source array (41a), a lens array corresponding to the LED array as the illumination lens array (41b), and a liquid crystal display as the second spatial light modulator (42) As the lens array (43), 5 × 5 lenses having an aperture size of 4 mm × 4 mm and a focal length of 40 mm are arranged, and a lens with a focal length of 100 mm is adopted as the imaging lens (44). In this case, two-dimensional information having an overall size of 10 mm × 10 mm is written on the liquid crystal display, and sequentially written to the first spatial light modulator (30) in units of 4 mm × 4 mm blocks.
[0064]
In the time information generating means (5), the third Fourier transform lens (512) and the fourth Fourier transform lens (532) are both lenses having a focal length of 160 mm, and the second dispersion element array (552) is a diffraction grating. An objective lens having a focal length of 40 mm is employed as the array and the fifth Fourier transform lens (542), respectively.
[0065]
In the transmission means (6), a multimode fiber using a fluorinated resin is employed as the optical fiber (60).
[0066]
With the above configuration, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information on a block basis, and a large-capacity, high-definition image with more information points that can be superimposed on ultrashort light pulses can be converted into one-dimensional time information at high speed. Can be transmitted.
[0067]
As the transmission means (6), an optical fiber (60) of a single mode fiber may be used, and any other fiber or waveguide may be used regardless of the constituent material, regardless of the multimode or single mode. May be.
[0068]
Moreover, the material used for the first spatial light modulator (30) is photorefractive, photochromic, bacteriorhodopsin, organic liquid crystal, etc., regardless of intensity modulation type, phase modulation type, inorganic material, or organic material. May be.
[0069]
The two-dimensional information displayed on the first spatial light modulator (30) may be a hologram.
[0070]
In addition to the rewritable one, the first spatial light modulator (30) may of course be a ROM type, in which case the two-dimensional information writing means (4) is not necessary.
[0071]
In addition to the liquid crystal display, the second spatial light modulator (42) may have, for example, a configuration in which a section of a fiber bundle in which a plurality of fibers are bundled is regarded as two-dimensional information. In that case, for example, it can be used as a cross-connect switch or the like in a portion where the repetition rate of the optical pulse signal between the backbone system and the metro system greatly differs in the optical communication field or the like.
[0072]
[Example 3]
An example of the above-described third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0073]
In the illumination means (1), first, a femtosecond fiber laser having a center wavelength of 532 nm, a wavelength band of 40 nm, and a pulse width of 100 fsec is employed as the ultrashort light pulse light source (10). Lenses (11) and (12) employ focal lengths of 10 mm and 100 mm, respectively, and lenses that expand the beam diameter to approximately 10 mm. Cylindrical lenses (13) and (14) have cylindrical focal lengths of 150 and 10 mm, respectively. Is used to allow the sheet-like collimator light to enter the dispersive element (20).
[0074]
In the two-dimensional spectrogram generating means (2), a transmissive diffraction grating having a size of 14mm and 2658.3 lp / mm is used as the dispersive element (20), and the ultrashort light pulse from the illuminating means (1) is 45 degrees. Arrange so as to be incident. The first Fourier transform lens (212) has a focal length of 40 mm, the first dispersion element array (222) has a size of 5.8 mm, and the second Fourier transform lens (232) has a focal length of 40 mm. Use each one.
[0075]
In the two-dimensional information display means (3), a PALSLM is adopted as the first reflective spatial light modulator (30R), and x by the first Fourier transform lens (212) and the second Fourier transform lens (232). Since the magnification in the axial direction is −1.0, two-dimensional information having a size of about 10 mm × about 10 mm is displayed.
[0076]
In the two-dimensional information writing means (4), an organic EL is used as the second self-emitting spatial light modulator (42S), and a lens having an aperture size of 2 mm × 2 mm and a focal length of 50 mm is used as the lens array (43). A lens with a focal length of 100 mm is used as the lens array and the imaging lens (44). In this case, two-dimensional information having an overall size of 10 mm × 10 mm is written on the organic EL, and is sequentially written to the PALSLM that is the first reflective spatial light modulator (30R) in units of 5 mm × 5 mm blocks.
[0077]
In the time information generation means (5), the third Fourier transform lens (512) and the fourth Fourier transform lens (532) are diffracted as the lenses having focal lengths of 70 mm and 60 mm, respectively, and the second dispersive element array (552). An objective lens having a focal length of 10 mm is employed as the grating array and the fifth Fourier transform lens (542), respectively.
[0078]
In the transmission means (6), a multimode fiber using a fluorinated resin is employed as the optical fiber (60).
[0079]
With the above configuration, one piece of two-dimensional information can be converted into one-dimensional time information on a block basis, and a large-capacity, high-definition image with more information points that can be superimposed on ultrashort light pulses can be converted into one-dimensional time information at high speed. Can be transmitted.
[0080]
As the transmission means (6), an optical fiber (60) of a single mode fiber may be used, and any other fiber or waveguide may be used regardless of the constituent material, regardless of the multimode or single mode. May be.
[0081]
Of course, the present invention is not limited to the above examples, and various modes are possible for details.
[0082]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the ultrafast dimension conversion device and the ultrafast dimension conversion transmission device of the invention of this application, high-definition and large-capacity image information more than the number of information points that can be superimposed on ultrashort light pulses is multiplexed. By writing to the spatial light modulator in block units by the optical system, it is possible to sequentially read out by a two-dimensional spectrogram developed from one ultrashort light pulse, resulting in high-definition and large-capacity image information. It becomes possible to transmit in real time at ultra high speed. Further, it is possible to increase the capacity and performance of various communication processes such as band matching, encryption, and header processing between a low-rate device and a fast-rate signal.
[0083]
With the above, for example, real-time transmission of high-definition and large-capacity moving images is possible, and it can be applied to multimedia communications such as telemedicine and distance education. In addition, low bit rate signals are gathered in the optical communications field. Therefore, it can also be used as a device for converting a signal to a high bit rate, a cross-connect device, an optical communication device such as encryption and header processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a first embodiment of the invention of this application.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining two-dimensional spectrogram generation means in the first embodiment, respectively.
FIG. 3 is another diagram for explaining the two-dimensional spectrogram generating means in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a two-dimensional spectrogram.
FIG. 5 is a diagram for explaining time information generating means in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating one-dimensional time information.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a second embodiment of the invention of this application.
FIG. 8 is a diagram for explaining a two-dimensional spectrogram generation unit in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a first dispersive element array in a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a distribution of a two-dimensional spectrogram.
FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining time information generating means in the second embodiment, respectively.
FIG. 12 is a diagram for explaining a second dispersion element array in the second embodiment.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a third embodiment of the invention of this application.
FIG. 14 is a plan view illustrating a third embodiment of the invention of this application.
[Explanation of symbols]
1 Illumination means
10 Ultrashort pulse light source
11,12 lens
13,14 Cylindrical lens
2 Two-dimensional spectrogram generation means
20 Dispersing element
211 First Fourier transform lens
221 first filter
221a opening
231 Second Fourier transform lens
212 First Fourier transform lens
222 First dispersive element array
232 second Fourier transform lens
3 Two-dimensional information display means
30 First spatial light modulator
30R reflective spatial light modulator
4 Two-dimensional information writing means
40 Light source for writing
41a Light source array
41b Lens array for illumination
42 Second spatial light modulator
42S self-luminous spatial light modulator
43 Lens array
44 Imaging lens
5 Time information generation means
511 Third Fourier transform lens
521 Second filter
541 Fourth Fourier Transform Lens
512 Third Fourier transform lens
532 Fourth Fourier transform lens
542 Fifth Fourier transform lens
552 Second Dispersive Element Array
6 Transmission means
60 optical fiber

Claims

An illumination means comprising an ultrashort light pulse light source and an optical system that spatially shapes the ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light pulse light source into a desired wavefront and a two-dimensional distribution;
A two-dimensional spectrogram generating means that includes a dispersive element, a first Fourier transform lens, a first filter, and a second Fourier transform lens, and converts an ultrashort light pulse emitted from the illumination means into a two-dimensional spectrogram;
Two-dimensional information display means comprising a first spatial light modulator;
Two-dimensional information writing means comprising a writing light source, a second spatial light modulator, and a multiple imaging optical system; and
A two-dimensional spectrogram generated by the two-dimensional spectrogram generating means via a first spatial light modulator of the two-dimensional information display means, comprising a third Fourier transform lens and a fourth Fourier transform lens, is obtained as one-dimensional time information. Time information generating means to convert to
The ultra-high-speed dimensional conversion device, wherein the two-dimensional information display means divides the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator into blocks and writes them to the first spatial light modulator.

An illumination means comprising an ultrashort light pulse light source and an optical system that spatially shapes the ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light pulse light source into a desired wavefront and a two-dimensional distribution;
A two-dimensional spectrogram generating means comprising a dispersive element, a first Fourier transform lens, a first dispersive element array, and a second Fourier transform lens, and converting an ultrashort light pulse emitted from the illumination means into a two-dimensional spectrogram;
Two-dimensional information display means comprising a first spatial light modulator;
Two-dimensional information writing means comprising a writing light source, a second spatial light modulator, and a multiple imaging optical system; and
The second Fourier transform lens, the fourth Fourier transform lens, the second dispersive element array, and the fifth Fourier transform lens, and the second 2 through the first spatial light modulator of the two-dimensional information display means. A time information generating means for converting a two-dimensional spectrogram generated by the three-dimensional spectrogram generating means into one-dimensional time information;
The ultra-high-speed dimensional conversion device, wherein the two-dimensional information display means divides the two-dimensional information displayed on the second spatial light modulator into blocks and writes them to the first spatial light modulator.

3. The ultrafast dimension conversion device according to claim 1, wherein the first spatial light modulator is of a reflective type.

3. The ultrafast dimension conversion device according to claim 1, wherein the first spatial light modulator is of a ROM type and no two-dimensional information writing means is required.

The two-dimensional information writing means is composed of a light source array and illumination lens array as a writing light source, a second spatial light modulator, and a lens array and lenses as a multiple imaging optical system. The ultrafast dimension conversion device according to any one of claims 1 to 4.

The two-dimensional information writing means includes a second spatial light modulator, a lens array and a lens as a multiple imaging optical system, and the second spatial light modulator also functions as a writing light source. The ultrafast dimension conversion device according to any one of claims 1 to 4, which is of a light emitting type.

An ultrafast dimension conversion device according to any one of claims 1 to 6 and transmission means for transmitting one-dimensional time information generated by time information generation means in the ultrafast dimension conversion device. Ultra high-speed dimension conversion transmission equipment.