JP2020190498A

JP2020190498A - 広帯域パルス光源装置、分光測定装置及び分光測定方法

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Publication number: JP2020190498A
Application number: JP2019096412A
Authority: JP
Inventors: 寿一長島; Juichi Nagashima; 祐山崎; Yu Yamazaki
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-11-26
Also published as: WO2020235441A1

Abstract

【課題】広帯域伸長パルス光を出射することのできる実用的な広帯域パルス光源装置、分光測定装置及び分光測定方法を提供する。【解決手段】広帯域パルス光源１からの広帯域パルス光のパルス幅をパルス内の経過時間と波長とが１対１で対応するように伸長する伸長素子２は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長範囲において波長分散値が−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下のシングルモードファイバである。伸長された広帯域パルス光が対象物Ｓに照射され、対象物Ｓを透過した光が受光器４で受光され、演算手段５によりスペクトルに変換される。【選択図】図４

Description

この出願の発明は、広帯域パルス光を出射する光源装置に関するものであり、また広帯域パルス光を利用して対象物の分光特性を測定する装置や方法に関するものである。

パルス光源の典型的なものは、パルス発振のレーザ（パルスレーザ）である。近年、パルスレーザの波長を広帯域化させる研究が盛んに行われており、その典型が、非線形光学効果を利用したスーパーコンティニウム光（以下、ＳＣ光という。）の生成である。ＳＣ光は、パルスレーザ源からの光をファイバのような非線形素子に通し、自己位相変調や光ソリトンのような非線形光学効果により波長を広帯域化させることで得られる光である。

特開２０１３−２０５３９０号公報

上述した広帯域パルス光は、波長域としては伸長されているが、パルス幅（時間幅）としては狭いままである。しかし、ファイバのような伝送素子における群遅延を利用するとパルス幅も伸長することができる。この際、適切な波長分散特性を持つ素子を選択すると、パルス内の時間（経過時間）と波長とが１対１に対応した状態でパルス伸長することができる。

このようにパルス伸長させた広帯域パルス光（以下、広帯域伸長パルス光という。）における時間と波長との対応関係は、分光測定に効果的に利用することが可能である。広帯域伸長パルス光をある受光器で受光した場合、受光器が検出した光強度の時間的変化は、各波長の光強度即ちスペクトルに対応している。したがって、受光器の出力データの時間的変化をスペクトルに換算することができ、回折格子のような特別な分散素子を用いなくても分光測定が可能になる。つまり、広帯域伸長パルス光を対象物に照射してその対象物からの光を受光器で受光してその時間的変化を測定することで、その対象物の分光特性（例えば分光透過率）を知ることができるようになる。

このように、広帯域伸長パルス光は分光測定等の分野で特に有益と考えられる。この出願の発明は、このような検討に基づくものであり、広帯域パルス光伸長パルス光を出射する実用的な光源装置を提供し、分光測定の技術の発展に貢献することを目的としている。

上記課題を解決するため、この出願の発明に係る広帯域パルス光源装置は、広帯域パルス光源と、広帯域パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅をパルス内の経過時間と波長とが１対１で対応するように伸長する伸長素子とを備えている。伸長素子は、伸長素子は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長範囲において波長分散値が−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバである。
また、上記課題を解決するため、伸長素子は、コアが石英ガラス製であり、クラッドがフッ素添加の石英ガラス製であり得る。
また、上記課題を解決するため、伸長素子は、コアの直径が１μｍ以上５μｍ以下のファイバであり得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源は、スーパーコンティニウム光源であり得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力するスーパーコンティニウム光源であり得る。
また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定装置は、上記広帯域パルス光源装置と、この広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光が照射された対象物からの光が入射する位置に配置された受光器と、受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算を行う演算手段とを備えている。
また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定方法は、上記広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光を対象物に照射する照射ステップと、照射ステップにおいて広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する処理を行う演算ステップとを備えている。

以下に説明する通り、この出願の発明に係る広帯域パルス光源装置によれば、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長範囲において波長分散値が−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバを伸長素子として使用するので、時間と波長とが１対１で対応している広帯域伸張パルス光であって且つ波長に応じた遅延時間の差が大きく付与されている広帯域パルス伸長パルス光を出射させることができる。また、伸長素子はシングルモードファイバであるので、時間対波長の一意性が低下するのが防止される。
また、伸長素子がコアの直径が１μｍ以上５μｍ以下のファイバである場合、マルチモードで動作し易くなる欠点が解消され、また出射光の強度が低下したり意図しない非線形光学効果が生じ易くなったりする問題が生じない。
また、広帯域パルス光源がスーパーコンティニウム光源である場合、より広い波長範囲に亘って連続スペクトルである光であって波長に応じた遅延時間差の大きな光を得ることができるという効果が得られる。
また、広帯域パルス光源が９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力する光源である場合、近赤外分光法による対象物の分析の用途に好適に使用することができるという効果が得られる。
また、この出願の発明に係る分光測定装置又は分光測定方法によれば、このような広帯域パルス光源を使用して分光測定するので、従来の分光計に比べて高速且つ高ＳＮ比の分光測定が可能となる。そして、損失が限度以上に大きくなるのを回避しつつ波長分解能をより高くできるため、例えば吸収の大きな対象物についても十分な照度で光を照射して分光測定が行え、且つ高分解能の測定によってより細かいスペクトルを得ることができる。

実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。広帯域パルス光のパルス伸長の原理について示した概略図である。実施形態の装置における高分散ファイバの波長分散特性を示す図である。実施形態の分光測定装置の概略図である。分光測定ソフトウェアに含まれる測定プログラムの構成について示した概略図である。実施形態の分光測定装置における波長分解能の例について示した概略図である。

次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
まず、広帯域パルス光源装置の発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。図１に示す広帯域パルス光源装置は、広帯域パルス光源１と、伸長素子２とを備えている。伸長素子２は、広帯域パルス光源１からの光を１パルス内の経過時間と波長との関係が１対１になるようパルス伸長する素子である。

広帯域パルス光源１は、９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続したスペクトルの光を出射する光源である。９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲とする点は、実施形態の光源装置がこの波長域における光測定を用途としているためである。
少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続したスペクトルの光とは、典型的にはＳＣ光である。したがって、この実施形態では、広帯域パルス光源１は、ＳＣ光源となっている。但し、ＳＬＤ（Superluminescent Diode）光源のような他の広帯域パルス光源が使用される場合もある。広帯域パルス光源１におけるスペクトルは、少なくも５０ｎｍの波長幅に亘って連続しているとより好ましく、少なくとも１００ｎｍに亘って連続しているとさらに好ましい。

ＳＣ光源である広帯域パルス光源１は、超短パルスレーザ１１と、非線形素子１２とを備えている。超短パルスレーザ１１としては、ゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等を用いることができる。また、非線形素子１２には、ファイバが使用される場合が多い。例えば、フォトニッククリスタルファイバやその他の非線形ファイバが非線形素子１２として使用できる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が多いが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、非線形素子１２として使用できる。

図２は、広帯域パルス光のパルス伸長の原理について示した概略図である。ＳＣ光のような広帯域パルス光のパルス幅を伸長させる素子としては、特定の波長分散特性を有するファイバを使用することができる。例えば、ある波長範囲において連続スペクトルであるＳＣ光Ｌ１を当該波長範囲で正の波長分散特性を有するファイバ２０に通すと、パルス幅が伸長される。即ち、図２に示すように、ＳＣ光Ｌ１においては、超短パルスではあるものの、１パルスの初期に最も長い波長λ_１が存在し、時間が経過すると徐々に短い波長の光が存在し、パルスの終期には最も短い波長λ_ｎの光が存在する。この光を、正常分散のファイバ２０に通すと、正常分散のファイバ２０では、波長の短い光ほど遅れて伝搬するので、１パルス内の時間差が増長され、ファイバ２０を出射する際には、短い波長の光は長い波長の光に比べてさらに遅れるようになる。この結果、出射するＳＣ光Ｌ２は、時間対波長の一意性が確保された状態でパルス幅が伸長された光となる。即ち、図２の下側に示すように、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎは、波長λ_１〜λ_ｎに対してそれぞれ１対１で対応した状態でパルス伸長される。したがって、時間を特定して光強度を求めれば、それは、その時間に対応する波長の光強度（スペクトル）を示すことになる。これは、回折格子のような特別な素子を使用しなくても分光測定が行えるできることを意味する。

しかしながら、発明者の研究によると、現状の要素技術における発想では、分光測定用の広帯域パルス光源装置の分野においては、十分に高い測定精度で且つ十分に高い分解能を実現することは難しいことが判ってきた。以下、この点について説明する。
上述した分散補償ファイバに見られるように、現在市販されている殆どのファイバが光通信用である。したがって、広帯域パルス光源装置における伸長素子としても、光通信用のものを転用して利用せざるを得ない状況である。

一方、分光測定における主要な技術課題の一つは、波長分解能である。どれくらい細かなスペクトルに分けて光を測定できるかが、分光測定装置の性能を示す重要な指標となっている。例えば、材料分析のためにしばしば行われる９００〜１３００ｎｍ程度の範囲の近赤外域の分光測定では、フーリエ変換分光計や回折格子分光計（走査型又はマルチチャンネル型）が使用される。このような分光計では、５〜２０ｎｍ程度の波長分解能で測定が可能となっている。したがって、前述した広帯域伸長パルス光を分光測定に応用する場合も、この程度の波長分解能を実現できないと、測定装置としては実用的なものにならないと推測される。

図２において、Δλ／Δｔは時間の変化に対する波長の変化の大きさを示している。図２から解るように、波長分解能を高くするにはΔｔを小さくすれば良い。しかしながら、Δｔは受光器の検出速度（信号払い出し周期）に相当しており、Δｔを小さくすることには限界がある。したがって、最小のΔｔにおいてΔλを小さくすることが必要で、これはΔλ／Δｔの勾配を小さく（緩やかに）する必要があることを意味する。最小のΔｔにおけるΔλが、ここでの波長分解能である。Δλ／Δｔを小さくするということは、時間の変化に対する波長の変化を小さくするということである。時間の変化に対して波長の変化が小さいということは、言い換えれば、波長分散の量（分散値の絶対値）を多くすることが必要ということである。

しかしながら、光通信用のファイバの転用を前提として考えると、前述した５〜２０ｎｍ程度の波長分解能（２０ｎｍ以下の波長分解能）を達成することは、分散の量が少なく、難しい。周知のように、光通信用のシングルモードファイバは、１３１０ｎｍ付近でゼロ分散となっており、それより短い波長では分散値は負となっている。したがって、９００〜１３００ｎｍ程度の範囲では、光通信用のシングルモードファイバは、伸長素子として一応使用可能である。しかしながら、発明者の検討によると、光通信用のシングルモードファイバは、９００〜１３００ｎｍ程度の波長範囲において分散の量（分散値の絶対値）が少なく、十分に高い波長分解能を得ることは難しい。

また、光通信用のファイバとして、０分散の波長を長波長側にシフトさせた分散シフトファイバも開発されている。分散シフトファイバにおけるゼロ分散は１５５０ｎｍ付近であり、それより短波長側では分散値は負である。したがって、９００〜１３００ｎｍの範囲では、光通信用のシングルモードファイバよりも分散の量が比較的多い。しかしながら、発明者の検討によると、それでもまだ分散の量が少なく、十分に高い波長分解能を得ることが難しい。

さらに、光通信用のファイバとして、累積波長分散による波形の歪みを補償する分散補償ファイバが知られている。分散補償ファイバは、シングルモードファイバにおける異常分散（正の分散値）の補償のため、絶対値の大きな負の分散値を有している。しかしながら、分散補償ファイバは、光通信の主要な波長帯域である１５５０ｎｍ前後の帯域において分散補償を行うファイバであり、９００〜１３００ｎｍでは分散の量は少なくなってしまっている。

このような状況は、光通信用のファイバ技術としては至極当然のことである。つまり、光通信において波長分散は波形（伝送信号）の歪みをもたらすものであり、極力小さくすることが求められる。したがって、波長分散の量を大きくするという発想は、光通信の分野には存在しない。分散補償も、小さく抑えた上でそれでも生じる分散を補償するということであり、分散を全体として大きくするという発想ではない。

本願の発明者は、このような状況の下、分光測定用という異なる用途、技術分野のため、逆転の発想に立ち、分散の量を多くし、それによって高い波長分可能の得るという技術思想を相当するに至った。そして、さらに鋭意研究を重ねた結果、９００〜１３００ｎｍの範囲において−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下の分散値を有するファイバを伸長素子２として使用することが好適であることが判明した。「−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下」とは、自明であるが、分散値が負でその絶対値が３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍより大きいという意味である。

周知のように、波長分散の値は、群遅延時間を波長の大きさ（ｎｍ）とファイバの長さ（ｋｍ）で規格化した値である。つまり、波長が１ｎｍ違った際に１ｋｍあたりにどの程度の遅延時間の差が生じるかを示す値である。したがって、９００〜１３００ｎｍの範囲において−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍとは、波長１ｎｍ違うことに１ｋｍあたり３０ピコ秒以上の遅延時間の差が生じることを意味する。正確には、負の値であるから、波長が１ｎｍ短くなると１ｋｍあたり３０ピコ秒以上より遅れるということを意味する。

分散の量を全体として多くするには、より長いファイバを使用するという発想もあり得る。例えば、−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍのファイバを１ｋｍの長さで使用した場合と、−１５ピコ秒／ｎｍ／ｋｍのファイバを２ｋｍの長さで使用した場合とで、全体の分散の量は同じである。しかしながら、ファイバの場合には伝送損失を考慮する必要がある。ファイバを長くして全体としての分散の量を得ようとすると、出射する光があまりにも弱くなってしまい、実用に耐えないことになる。ファイバは、一般的には、１ｋｍあたり１〜数ｄＢ程度の損失がある。これを前提にして十分な強度の広帯域伸長パルス光を出射させるには、−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下の分散特性が必要であるというのが、発明者による検討結果である。以下、この明細書において、−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下の分散特性を有するファイバを、「高分散ファイバ」と呼ぶ。分散を大きくするという発想が存在しないので、高分散ファイバという用語は存在しないが、便宜上、このように表現する。

このような検討の下、実施形態の広帯域パルス光源装置は、伸長素子２として高分散ファイバ２１を使用している。高分散ファイバ２１としては、例えば、コアが石英ガラス製、クラッドはフッ素添加の石英ガラス製のものとすることができる。クラッドにおけるフッ素の添加量は、重量比で０．５ｍｏｌ％〜６ｍｏｌ％程度である。波長分散の大きさはコア径（直径）も影響するが、コア径は例えば２〜４ｍｍ程度である。

図３は、実施形態の装置における高分散ファイバの波長分散特性を示す図である。図３に示すように、このファイバは、９００〜１３００ｎｍの範囲において、−８０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ〜−４０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍとなっており、高分散ファイバであることを示している。
このような高分散ファイバは、プリフォームを入手し、線引きすることで製造される。プリフォームの状態でファイバ材料を提供している会社が幾つか知られており、コア及びクラッドとなる上記各材料でプリフォームの製造を依頼する。そして、提供されたプリフォームを加熱して線引きすることで、上記高分散ファイバが製造される。

次に、このような広帯域パルス光源装置を搭載した分光測定装置について説明する。図４は、実施形態の分光測定装置の概略図である。
図４に示す分光測定装置は、広帯域パルス光源装置１０と、広帯域パルス光源１０からの出射された広帯域伸長パルス光を対象物Ｓに照射する照射光学系３と、広帯域伸長パルス光が照射された対象物Ｓからの光を受光する受光器４と、受光器４からの出力信号をスペクトルに変換する演算を行う演算手段５とを備えている。

広帯域パルス光源装置１０には、上述した実施形態のものが使用されている。この実施形態では、対象物Ｓの透過光を分光測定することが想定されているため、対象物Ｓは透明な受け板６上に配置される。測定波長帯域は９００〜１３００ｎｍ程度の近赤外域となっているため、受け板６は、この帯域において良好な透過率を有する材質のものが使用される。
照射光学系３は、この実施形態では、ビームエキスパンダ３１を含んでいる。伸長素子２としての高分散ファイバ２１からの光は、時間伸長された広帯域パルス光ではあるものの、超短パルスレーザ源１１からの光であり、ビーム径が小さいことを考慮したものである。この他、ガルバノミラーのようなスキャン機構を設け、ビームスキャンにより広い照射領域をカバーする場合もある。

受光器４は、受け板６の光出射側に配置されている。受光器４としては、フォトダイオードによるものが使用される。１〜１０ＧＨｚ程度の高速フォトダイオード受光器が好適に使用できる。
演算手段５としては、プロセッサ５１及びストレージ５２を備えた汎用ＰＣが使用できる。ストレージ５２には、分光測定ソフトウェアがインストールされており、これには、受光器４からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する測定プログラム５３や、スペクトルへの変換の際に使用される基準スペクトルデータ５４等が含まれている。尚、受光器４と汎用ＰＣとの間にはＡＤ変換器７が設けられており、受光器４の出力信号は、ＡＤ変換器７によりデジタルデータに変換されて汎用ＰＣに入力される。

図５は、分光測定ソフトウェアに含まれる測定プログラムの構成について示した概略図である。図５の例は、吸収スペクトル（分光吸収率）を測定するための構成の例となっている。基準スペクトルデータ５４は、吸収スペクトルを算出するための基準となる波長毎の値である。基準スペクトルデータ５４は、広帯域パルス光源装置１０からの光を対象物Ｓを経ない状態で受光器４に入射させることで取得する。即ち、対象物Ｓを経ないで光を受光器４に直接入射させ、受光器４の出力をＡＤ変換器７経由で汎用ＰＣに入力させ、時間分解能Δｔごとの値を取得する。各値は、パルス内のΔｔごとの各時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・，以下、パルス内時刻という。）の基準強度として記憶される（Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・）。

各パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・での基準強度Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・は、対応する各波長λ_１，λ_２，λ_３，・・・の強度（スペクトル）である。パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・と波長との関係が予め調べられており、各パルス内時刻の値Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・が各λ_１，λ_２，λ_３，・・・の値であると取り扱われる。
そして、対象物を経た光を受光器４に入射させた際、受光器４からの出力はＡＤ変換器７を経て同様に各パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・の値（測定値）としてメモリに記憶される（ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３，・・・）。各測定値は、基準スペクトルデータ５４と比較される（ｖ_１／Ｖ_１，ｖ_２／Ｖ_２，ｖ_３／Ｖ_３，・・・）。そして、必要に応じて各逆数の対数を取り、吸収スペクトルの算出結果とする。

上記のような演算処理をするよう、測定プログラム５３はプログラミングされている。尚、図５の例では、吸収スペクトルを調べるだけのようになっているが、実際には、吸収スペクトルを調べることで、対象物の成分の比率を分析したり、対象物を同定したりすることもある。

図６は、実施形態の分光測定装置における波長分解能の例について示した概略図である。図６には、一例として、前述したようにクラッドにフッ素添加をした石英ガラス系ファイバを高分散ファイバ２１として使用した場合の波長分解能が示されている。この例では、受光器２の信号払い出し周期Δｔは、０．２ナノ秒となっている。
図６に示すように、実施形態の分光測定装置では、９００〜１３００ｎｍの範囲における波長分解能は２〜４ｎｍとなっている。この分解能は、現在普及しているフーリエ変換分光計や回折格子分光計と比べても遜色なく、場合によってはより高い波長分解能となっている。

次に、上記分光測定装置の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の実施形態の説明でもある。実施形態の分光測定装置を使用して分光測定する場合、対象物Ｓを配置しない状態で広帯域パルス光源装置１０を動作させ、受光器４からの出力信号を処理して予め基準スペクトルデータ５４を取得する。その上で、対象物Ｓを受け板７に配置し、広帯域パルス光源装置１０を再び動作させる。そして、受光器４からの出力信号をＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力し、測定プログラム５３によりスペクトルに変換して吸収スペクトルを算出する。

このような分光測定装置又は分光測定方法によれば、広帯域パルス光源１からの広帯域パルス光を時間と波長が１対１で対応するように伸長素子２で伸長し、この光を対象物Ｓに照射して分光測定するので、従来の分光計に比べて高速且つ高ＳＮ比の分光測定が可能となる。回折格子を使用した空間的な分光の場合、空間に分散させる際の損失があるため、受光器に入射する光は微弱になり易く、高ＳＮ比の測定のためには回折格子のスキャンを繰り返して光量を確保する必要がある。また、フーリエ変換分光計でも、ミラーのスキャンが必要で、光量を確保するために複数回のスキャンが必要になっている。実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、このようなスキャンは不要であり、短い時間でも十分な量の光を検出器に入射させることができる。このため、高速且つ高ＳＮ比の測定が可能となる。

加えて、伸長素子２として高分散ファイバ２１を使用しているので、損失が限度以上に大きくなるのを回避しつつ波長分解能をより高くできる。このため、例えば吸収の大きな対象物Ｓについても十分な照度で光を照射して分光測定が行え、且つ高分解能の測定によりより細かいスペクトルを得ることができる。

また、高分散ファイバ２１がシングルモードファイバである点には、時間対波長の一意性が低下するのを防止し、分光測定の精度をより高く維持する意義がある。伸長素子２としてマルチモードファイバを使用した場合、モード間分散が生じ得る。モード間分散が生じると、同じ波長でも遅延時間に差が生じてしまう。この結果、伸長された広帯域パルス光において時間対波長の一意性が崩れ、分光測定精度が低下してしまう。この実施形態では、高分散ファイバ２１はシングルモードファイバであるので、このような問題はない。

尚、上記実施形態では、高分散ファイバ２１は、コアが石英ガラス製でクラッドがフッ素添加の石英ガラス製であったが、他の構成もあり得る。例えば、コアを酸化ゲルマニウム添加の石英ガラス製とし、クラッドを石英ガラス製としたファイバを高分散ファイバとして用いることができる。また、コアが酸化ゲルマニウム添加の石英ガラス製でクラッドがフッ素添加の石英ガラス製であっても良い。
また、高分散ファイバ２１は、上記の通りシングルモードファイバであるが、この観点では、コア径は５μｍ以下とすることが好ましい。５μｍを超えると、マルチモードでの動作がし易くなり、時間対波長の一意性が崩れ易くなるからである。但し、コア径があまりにも小さくなると、コアに入射して伝送される光の量が限度以上に低下してしまい、出射する光の強度が十分に得られなくなる恐れがある。また、コア径が小さくなると、意図しない非線形効果が生じ易くなる問題もある。これらを考慮すると、高分散ファイバ２１のコア径は１μｍ以上とすることが好ましい。

また、ファイバ中のコアを伝搬する光は、コアとクラッドの界面で全反射を繰り返しているが、全反射の際に光の一部はクラッドへと染み出している。このため、クラッド径を過度に小さくすると、コアからクラッドへと染み出した光は、ファイバの側面からファイバの外部へと散逸してしまい、コアへと戻らず、結果的に光伝送量を低下させる要因となる。さらに、光ファイバを曲げると、この染み出しは促進される。以上の事情から、９００〜１３００ｎｍの光の波長範囲における、シングルモードファイバのコアからクラッドへの光染み出しを考慮すると、クラッド径はコア径の４倍以上とすることが好ましい。さらに、ファイバの曲げによる光漏れ等も考慮すると、クラッド径はコア径の１０倍以上であることが好ましい。

上記実施形態において、受光器４は定期的に校正がされる。校正には、基準スペクトルデータ５４の再取得も含まれる。この場合、伸長素子２の出射側においてビームスプリッタ等で光路を二つに分け、一方を測定用とし他方の参照用として基準スペクトルデータをリアルタイム５４で取得する校正方法が採用されることもあり得る。
また、広帯域パルス光源装置の用途としては、上述した分光測定以外にも、各種の用途があり得る。例えば、顕微鏡のように対象物に光照射して観察する用途や、光照射して距離を計測するような用途についても、上記実施形態の広帯域パルス光源装置を使用することができる。
尚、９００〜１３００ｎｍの波長範囲に含まれるある波長幅に亘って連続スペクトルであることは、材料分析等に特に有効な近赤外域での光測定用として好適なものにする意義がある。但し、分光測定はこの波長範囲以外も種々のものがあり、分光測定装置や分光測定方法としては、この波長範囲に限られるものではない。

１広帯域パルス光源
１０広帯域パルス光源装置
１１超短パルスレーザ
１２非線形素子
２伸長素子
２１高分散ファイバ
３照射光学系
４受光器
５演算手段
５３測定プログラム
６受け板
Ｓ対象物

Claims

広帯域パルス光源と、
広帯域パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅をパルス内の経過時間と波長とが１対１で対応するように伸長する伸長素子とを備えており、
伸長素子は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長範囲において波長分散値が−３０ピコ秒／ｎｍ／ｋｍ以下のシングルモードファイバであることを特徴とする広帯域パルス光源装置。
前記伸長素子は、コアが石英ガラス製であり、クラッドがフッ素添加の石英ガラス製であることを特徴とする請求項１記載の広帯域パルス光源装置。
前記伸長素子は、コアの直径が１μｍ以上５μｍ以下のファイバであることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
前記広帯域パルス光源は、スーパーコンティニウム光源であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の広帯域パルス光源装置。
前記広帯域パルス光源は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力するスーパーコンティニウム光源であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の広帯域パルス光源装置。
請求項１乃至５いずれかに記載の広帯域パルス光源装置と、
この広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光が照射された対象物からの光が入射する位置に配置された受光器と、
受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算を行う演算手段とを備えていることを特徴とする分光測定装置。
請求項１乃至５いずれかに記載の広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光を対象物に照射する照射ステップと、
照射ステップにおいて広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、
受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する処理を行う演算ステップとを備えていることを特徴とする分光測定方法。