JP2023101527A - 光学測定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低ノイズのスーパーコンティニウム光源を提供すること。【解決手段】中間スーパーコンティニウム光源（１００）及び単一モード結合ユニット（３００）を含むスーパーコンティニウム光源（１０００）と、かかる光源を含む光学測定システムと、同様に測定の方法と、が説明される。スーパーコンティニウム光源は、繰り返し率を増加させるパルス周波数逓倍器（１０３）を含み、単一モード結合ユニットは、低減されたノイズフロアで測定を可能にするために、中間スーパーコンティニウム光源からのスペクトルを減衰及び成形するように構成される。【選択図】図３ａ

Description

本発明は、中間スーパーコンティニウム（ＳＣ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）光源及び単一モード結合ユニットを含むスーパーコンティニウム光源に関し、スーパーコンティニウム光源は、測定システム、例えば測定されるか又は他の方法で分析される試料が、かかるスーパーコンティニウム光源から生じる光によって照明されるシステムにおける使用に適しており、測定システムは、試料からの光の検出を可能にするように構成される。本発明はまた、対象に関する少なくとも１つのパラメータを測定するのに適したシステムに関し、前記システムは、スーパーコンティニウム光源と同様に、測定システムの対象に関する少なくとも１つのパラメータを測定する方法を含む。

光学測定システムは、多くのバリエーションで存在する。これらのシステムに共通なのは、光ビームが、試料に導かれ、試料からの光が捕捉されるということである。捕捉された光は、試料から反射された光、試料を透過された光、及び／又は蛍光など、入射ビームに応じて試料から発せられた光であっても良い。

オクターブ帯域幅スーパーコンティニウム（ＳＣ）は、入力として（しばしばＭＯＰＡ構成における）パルスレーザでファイバをポンピングすることによって、微細構造ファイバ、先細標準ファイバ及び先細微細構造ファイバなどの非線形ファイバを直接通してうまく生成された。かかるスペクトル的に広範なコンティニウム光源は、多くの測定システムにおいて、例えば、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ：ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、光周波数計測学、蛍光顕微鏡検査、干渉反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：ｃｏｈｅｒｅｎｔ ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡検査、及び２光子蛍光顕微鏡検査などにおいて、潜在的に有用である。残念なことに、それらの実験に関して、従来のコンティニウム光源の大きな振幅変動は、精度及び／又は感度を制限する。ＳＣ生成の従前の研究は、ＳＣ生成プロセスが、量子雑音、技術的ノイズ、並びに入力レーザパルスの入力波長、持続時間及びチャープなどの特定のパラメータに非常に敏感であることを示した。安定したコンティニウムに由来する光源は、一般に、ＳＣ光源の有用性を改善することになろう。

従来の穴のあいたフォトニック結晶又は先細単一モードの長いファイバにおけるコンティニウム生成は、複雑であり、且つ異なる波長領域に対する望ましくない不均一に分配されたノイズ及び不安定性につながる、時間及び周波数領域における際立ったサブ構造を含む可能性がある。通常、コンティニウムの振幅は、著しい過剰なホワイトノイズ背景を備えた大きな変動を示し、その変動は、高速検出器及びＲＦスペクトル分析器（ＲＦＳＡ：ＲＦ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ）測定を用いて明らかにすることができる。

波長変換に対する共通のアプローチは、スーパーコンティニウムを生成し、次にコンティニウムの一部をスペクトル的にスライスし、このスライスを顕微鏡検査セットアップ用の光源として使用することである。しかしながら、選択されたコンティニウムは、恐らく大きな振幅変動（ノイズ）を含み、それは、幾つかの用途には適していない可能性がある。

（特許文献１）において、ＳＣ光源からのノイズは、非線形ファイバを先細にすること及びいわゆるソリトン分裂を生じさせるフェムト秒パルス源を用いることによって低減される。この特許の要約は、次のように述べている：「ＤＭＭによって導入されるチェレンコフ放射（ＣＲ：Ｃｈｅｒｅｎｋｏｖ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）及び四波混合（ＦＷＭ：ｆｏｕｒ－ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ）用の位相整合状態の長手方向の変化は、低ノイズスーパーコンティニウムの生成を可能にする」。テーパリングは、ＳＣ光源の製造を複雑にする可能性がある後処理技術又は製造中におけるファイバ直径の変更のいずれかを必要とし、先細りの小断面は、安全に透過され得る光量を制限する可能性がある。更に、フェムト秒ポンプ源は、比較的複雑で高価であることが多い。

（特許文献２）において、ＳＣ光を生成できる基礎構造を有する、且つＳＣ光のスペクトルの波形の成形、ＳＣ光のパワー調整、又はＳＣ光を含むパルス列の繰り返し周波数の調整を可能にする構造を更に有する光源装置が説明されている。（特許文献２）の光源装置は、約１５５０ｎｍの波長でポンピングされるＳＣファイバを含み、光源からのＳＣ光パルス列の繰り返し周波数は、１ＭＨｚ以上～１００ＭＨｚ以下に位置する。（特許文献２）の全体を通して、ノイズは、単一パルスに関してのみ論じられ、パルス光Ｐ１のノイズ特性が影響されないことが説明される。ＳＣ光パルス列Ｐ２のノイズ特性に関し、光源装置の外部に構成された光検出器との同期化を通して、低ノイズ検出が可能であることが言及される。異なるポンプ波長を用いるＳＣ光源からのノイズスペクトルは異なり、従ってノイズ抑圧は、異なっても良い。（特許文献２）は、フェムト秒パルス列Ｐ１に言及する。かかるポンプ源は、比較的複雑で高価であることが多い。

米国特許第７，４０３，６８８号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１１６２８２号明細書

前述のことを考慮して、本発明の目的は、低ノイズスーパーコンティニウム光源、及び有利には、生成されたスーパーコンティニウム（ＳＣ）においてノイズの影響が低減されたスーパーコンティニウム光源を提供することである。有利には、スーパーコンティニウム光源は、光学測定システムでの使用に適している。

実施形態において、本発明は、対象に関する少なくとも１つのパラメータを測定するのに適したシステムであって、スーパーコンティニウム光源を含むシステムに関し、更に、システムを用いた測定方法を提供することもまた目的である。

これらや他の目的は、請求項で定義されるような、且つ本明細書において以下で説明されるような本発明又はその実施形態によって解決された。
本発明及びその実施形態が、以下の説明から当業者に明らかになるであろう多くの追加の利点を有することが分かった。

本発明のスーパーコンティニウム光源は、光源出力部、中間スーパーコンティニウム光源、及び単一モード結合ユニットを含み、前記中間スーパーコンティニウム光源は、
ａ．パルス周波数Ｆ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、
ｂ．シードパルスを倍増するように、且つＦ_ｓｅｅｄをパルス周波数Ｆ_ｐｕｍｐを備えたポンプパルスに変換するように構成されたパルス周波数逓倍器（ＰＦＭ：ｐｕｌｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）であって、Ｆ_ｐｕｍｐがＦ_ｓｅｅｄより大きいパルス周波数逓倍器（ＰＦＭ）と、
ｃ．前記ポンプパルスを受信するように、且つ前記非線形素子の出力として供給される、約λ_１～約λ_２にわたるスーパーコンティニウムスペクトルを有するスーパーコンティニウム光に前記ポンプパルスを変換するように構成された非線形素子であって、λ_２－λ_１＞約５００ｎｍである非線形素子と、を含む。

非線形素子からの出力は、単一モード結合ユニットからの出力を供給するために、単一モード結合ユニットに結合され、光源出力は、単一モード結合ユニットからの出力を含む。単一モード結合ユニットは、前記非線形素子からの前記スーパーコンティニウムスペクトルを減衰及び成形するように構成される。好ましくは、Ｆ_ｐｕｍｐは、少なくとも約１００ＭＨｚ、例えば、少なくとも約１５０ＭＨｚ、少なくとも約２００ＭＨｚ、少なくとも約３００ＭＨｚ、少なくとも約４００ＭＨｚ、少なくとも約５００ＭＨｚ、少なくとも約６００ＭＨｚ、少なくとも約７００ＭＨｚ、少なくとも約８００ＭＨｚ、少なくとも約１ＧＨｚである。

周波数逓倍器の好ましい実施形態において、前記単一モード結合ユニットは、前記単一モード結合ユニットからの出力スペクトルがλ_３からλ_４までわたるように、前記スーパーコンティニウム光を受信し、それをスペクトル的に成形するように構成され、ここでλ_３－λ_４＞０、λ_３≧λ_１、且つλ_４≦λ_２であり、単一モード結合ユニットからのスペクトル的に成形された出力スペクトル出力は、中間スーパーコンティニウム光源からのλ_３～λ_４の波長領域におけるスペクトルとは異なる。

本発明のスーパーコンティニウム光源は、特に低ノイズが有益な用途のための高度に改善されたスーパーコンティニウム光源に起因する低ノイズを有することが分かった。用語「低ノイズ」は、例えば光源が測定システムにおいて適用される場合に、スペクトル領域における出力電力の比較可能な電力レベルで動作する先行技術白色光ＳＣ光源を用いて他の場合に可能だったであろうよりも著しく低い、例えば、出力電力の比較可能な電力レベルで動作する先行技術スーパーコンティニウム光源を用いて他の場合に可能だったであろうよりも著しく低い、且つソリトン分裂領域を超える平均ノイズを意味するように理解される。

中間スーパーコンティニウム光源のシードレーザは、例えば、好ましくはＳＥＳＡＭを介してモードロックされたモードロックファイバレーザであることが可能であり、好ましくは前記ファイバレーザの利得媒体は、ＹｔＹｂドープファイバ、Ｅｒドープファイバ及びＥｒ／Ｙｂドープファイバから選択される。

実施形態において、波長領域「λ_３～λ_４」は、約１００ｎｍより大きく、例えば、約２００ｎｍより大きく、約３００ｎｍより大きく、又は約５００ｎｍより大きい。実施形態において、波長λ_３は、約１０００ｎｍより小さく、例えば、約９００ｎｍより小さく、約８００ｎｍより小さく、約７００ｎｍより小さく、又は約６００ｎｍより小さい。実施形態において、λ_４は、約１０７０ｎｍより大きく、例えば、約１１００ｎｍより大きく、約１２００ｎｍより大きく、又は約１３００ｎｍより大きい。

実施形態において、単一モード結合ユニットは、下記の１つ又は複数、即ち、プリズム、ローパス光学フィルタ、ハイパス光学フィルタ、バンドパス光学フィルタ、及び単一モードファイバの１つ又は複数を含む。有利には、単一モード結合ユニットは、中間スーパーコンティニウム光源からのスペクトルを、ガウススペクトル、二重ピークスペクトル、又はフラットトップスペクトルに成形するように構成される。

実施形態において、前記単一モード結合ユニットにおけるスーパーコンティニウムスペクトルの減衰は、光パワー減衰係数ｙによって与えられ、前記光パワー減衰係数ｙは、λ_４～λ_３の波長領域内における光パワー減衰の尺度であり、前記光パワー減衰係数ｙは、約２より大きく、例えば、約３より大きく、約４より大きく、約６より大きく、約８より大きく、約１０より大きい。

実施形態において、単一モード結合ユニットは、前記減衰を実行するために、下記の少なくとも１つ、即ち、ｉ）非線形素子から単一モード結合ユニットへの出力の不整合又は不一致と、ｉｉ）単一モード結合ユニットへの入力及び／又は単一モード結合ユニットからの出力におけるスプライス損失と、ｉｉｉ）ニュートラルデンシティフィルタなどの広帯域減衰フィルタ又は広帯域ビームスプリッタと、の少なくとも１つを含む。

実施形態において、単一モード結合ユニットは、非線形素子に結合するための入力部と、単一モード結合ユニットの入力部におけるダイクロイック素子であって、閾値波長λ_５未満の波長を送信するように構成され、λ_５＞λ_３であるダイクロイック素子と、次のもの、即ちプリズム、ローパス光学フィルタ、ハイパス光学フィルタ又はバンドパス光学フィルタの少なくとも１つと、単一モードファイバであって、その出力が、単一モード結合ユニットからの出力である単一モードファイバと、を含む。有利には、ダイクロイック素子は、単一モードファイバであり、前記単一モードファイバは、ステップインデックスファイバ、又は空気若しくは低指数ガラス材料の形をした微細構造を含む微細構造ファイバである。

実施形態において、前記単一モード結合ユニットからの出力における合計光パワーは、約１００ｍＷ未満であり、例えば、約５０ｍＷ未満、約３０ｍＷ未満、約２０ｍＷ未満である。

実施形態において、シードレーザは、パルス幅ｔ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅ｔ_ｓｅｅｄは、約０．１ｐｓより長く、例えば、約０．２５ｐｓより長く、約０．５ｐｓより長く、約０．７５ｐｓより長く、約１ｐｓより長く、約２ｐｓより長く、約３ｐｓより長く、約５ｐｓより長く、約１０ｐｓより長く、約２０ｐｓより長く、約５０ｐｓより長く、約１００ｐｓより長く、約２００ｐｓより長く、約３００ｐｓより長く、約４００ｐｓより長く、約５００ｐｓより長く、約１ｎｓより長い。

実施形態において、シードレーザは、パルス幅ｔ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅ｔ_ｓｅｅｄは、約１μｓより短く、例えば、約５００ｎｓより短く、約２００ｎｓより短く、約１００ｎｓより短く、約５０ｎｓより短く、約２０ｎｓより短く、約１０ｎｓより短く、約１ｎｓより短く、約５００ｐｓより短く、約１００ｐｓより短く、約５０ｐｓより短く、約２５ｐｓより短く、約２０ｐｓより短く、約１５ｐｓより短く、約１０ｐｓより短い。

有利には、非線形素子は、先細及び／又は非先細微細構造ファイバなどの光ファイバである。
実施形態において、中間スーパーコンティニウム光源は、ＰＢＧファイバなどのパルス圧縮器を含み、前記パルス圧縮器は、前記パルス周波数逓倍器（ＰＦＭ）からパルスを受信するように、且つ時間圧縮されたパルスを前記非線形素子に出力するように構成される。有利には、中間スーパーコンティニウム光源は、非干渉光源である。

システムは、対象に関する少なくとも１つのパラメータを測定するのに適しており、本発明のスーパーコンティニウム光源を含み、且つ前記単一モード結合ユニットの出力の少なくとも一部、例えば、前記単一モード結合ユニットの出力の全てにおける大部分、少なくとも約９０％で測定対象を照明するように構成され、システムは、前記対象からの光を検出するための検出器を更に含む。

低ノイズ中間スーパーコンティニウム光源を含む本発明のスーパーコンティニウム光源にゆえに、非常に正確な光学測定システムが達成される。
実施形態において、システムは、対象を含み、対象は、哺乳動物の眼又はその任意の部分など、人間又は動物の体の一部である。これによって、人間又は動物の体における部分の生体内及び／又は生体外測定が可能になる。

有利には、検出器は、５０／Ｆ_ｐｕｍｐより長い、例えば、１００／Ｆ_ｐｕｍｐより長い、２００／Ｆ_ｐｕｍｐより長い、５００／Ｆ_ｐｕｍｐより長い、１０００／Ｆ_ｐｕｍｐより長い、５０００／Ｆ_ｐｕｍｐより長い積分時間を有する。

実施形態において、測定システムは、白色光干渉分光法に基づいたシステム、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ）など、前記対象から反射された光を測定するように構成された反射モード測定システムである。有利には、システムは、時間領域、周波数領域、又はスイープ光源ＯＣＴに基づいている。

実施形態において、測定システムは、加齢に関連する黄斑変性（ＡＭＤ：Ａｇｅ－ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｃｕｌａｒ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、糖尿病網膜症又は緑内障の診断に使用される。

実施形態において、測定システムは、例えば眼の屈折状態を矯正するレーザ眼科手術（ＬＡＳＩＫ）など、眼の屈折矯正を行う治療に関連する診断に使用される。実施形態において、測定システムは、人間の眼の内部におけるボーマン層の境界を測定するために使用される。

測定対象に関する少なくとも１つのパラメータを測定するための本発明の方法は、本発明のスーパーコンティニウム光源を提供することと、前記単一モード結合ユニットの出力の全てなど、本発明のスーパーコンティニウム光源の前記単一モード結合ユニットの出力の少なくとも一部で測定対象を照明することと、検出器によって前記対象からの光を検出することと、を含む。

有利には、光学測定システムの高精度ゆえに、対象は、哺乳動物の眼又はその一部など、人間又は動物の体の一部である。これによって、人間又は動物の体における部分の生体内及び／又は生体外測定が可能になる。

以下において、本発明は、シリカベースの非線形ファイバに関連して説明される。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明はまた、他の材料（例えば重合体、カルコゲニド及びフッ化物ガラスなど）に基づいたファイバ、非線形平面導波路及びガス充填中空コアファイバなど、他のタイプの非線形素子に基づいたＳＣ光源を含む。シリカベースのファイバパラメータに対して、例えば分散及び非線形性など、材料及び／又は導光路ベースのパラメータは、それ相応に調整されなければならない。

典型的には、ＳＣは、上記で説明されたような非線形ファイバなどの非線形ファイバをポンピングするように構成されたパルスポンプ光源を適用することによって生成される。非線形素子における非線形プロセスは、ポンプパルスを、ファイバを出るスーパーコンティニウムに変換する。特に興味深いのは、実質的なポンプエネルギが、異常分散を示す非線形ファイバにおける波長に供給される場合である。何故なら、これは、達成可能な帯域幅を非常に拡張するからである。特に、ダドリー（Ｄｕｄｌｅｙ）ら著、レビューズ・オブ・モダンフィジックス（Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．）、７８巻、４号、２００６年によって説明されているように、スーパーコンティニウム生成は、効率的で広いスーパーコンティニウムスペクトルの生成を可能にする一連の短パルス（ソリトン）へとポンプパルスが分割されるいわゆる変調不安定性に基づいている。正常分散領域において、スーパーコンティニウム生成は、著しいスペクトル拡幅（例えば、＞１００ｎｍ １０ｄＢ帯域幅）を誘発するために非常に高いピーク強度を必要とする自己位相変調（ＳＰＭ：ｓｅｌｆ－ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって主として引き起こされる。

従って、実施形態において、ポンプパルス及び非線形ファイバ（即ち非線形素子）は、スーパーコンティニウムスペクトルが、主として変調不安定性（ＭＩ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）によって誘発されたポンプパルスの分割を通して生成されるように、構成される。即ち、入力パルス電力のほとんどは、電力の実質的部分を異常領域にシフトするためにＳＰＭを介した初期スペクトル拡幅を可能にするように、異常領域において又は十分に接近して位置する波長で開始される。好ましくは、生成されるスーパーコンティニウムスペクトルの５０％超、例えば、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、９５％超、１００％が、ＭＩ及びＭＩによって生成されたソリトンを含む後続プロセスを介して生成される。非線形素子を出るどんな残留ポンプ光も、生成されたスーパーコンティニウムの一部とは見なされない。実施形態において、これらのパーセンテージは、スーパーコンティニウムの合計電力の一部として計算される。実施形態において、パーセンテージは、スーパーコンティニウムによって走査される帯域幅のパーセンテージとして計算される。

いわゆる高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Ｈｉｇｈｌｙ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒｓ）の高非線形性は、一般に、ピーク強度の増加を生じさせる比較的小さな断面の結果であるが、しかしより重要なことには、これらのファイバの分散は、典型的に低く、少なくとも波長の一部に対しては異常であり、ファイバは、例えばポンプ波長で案内する。高非線形性は、長く有効な非線形相互作用長を保証する。何故なら、ピーク電力が維持され、ピーク電力が、ソリトン形成及びＭＩ分割を支援するからである。実施形態において、ソリトン形成及びＭＩに誘発された分割は、非線形ファイバからの超広帯域光生成における主要なメカニズムである。自己位相変調、相互位相調整、自己急峻化、ラマン散乱などの他の非線形プロセスは、異常分散を必要としないが、同様に役割を果たす。

ポンプパルス及び非線形素子は、ポンプパルスの中心波長が、好ましくは異常分散領域にあるように、構成されても良い。代替として、ポンプ波長は、ＺＤＷ－１５０ｎｍ以上、ＺＤＷ－１００ｎｍ以上、ＺＤＷ－５０ｎｍ以上、ＺＤＷ以上、ＺＤＷ＋１０ｎｍ以上、ＺＤＷ＋２０ｎｍ以上、ＺＤＷ＋３０ｎｍ以上、ＺＤＷ＋５０以上、ＺＤＷ＋１００ｎｍ以上、ＺＤＷ＋１５０ｎｍ以上など、適度なスペクトル拡幅が（例えばＳＰＭ又はラマンシフトを介して）ポンプエネルギの実質的部分を異常領域に転送できる正常分散領域（しかし異常領域に十分に近い）にあることが可能である。実施形態において、結果として生じるスーパーコンティニウムスペクトルの形状は、ポンプ波長から正常及び異常分散間の交差部へ距離を変えることによって、大部分は制御することができる。いわゆるゼロ分散波長（ＺＤＷ：ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）である。

用語「異常領域にシフトされた実質的なポンプエネルギ」は、パルスエネルギの３０％超、例えば、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、９５％超、１００％が、パルスが分割される前に異常領域に入ることを意味すると理解される。

ダドリー（Ｄｕｄｌｅｙ）ら著、「フォトニック結晶ファイバにおけるスーパーコンティニウム生成（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒ）」、レビューズ・オブ・モダンフィジックス（Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．）、７８巻、４号、（２００６年）ｐ．１１５９～１１６２によって説明されているように、スーパーコンティニウムは、変調不安定性がポンプパルスの分割において支配的なプロセスである場合に、非干渉性である。非干渉スーパーコンティニウムは、ノイズから生じると理解することができ、従って、発生光の時間及びスペクトル安定性が、損なわれる。著者によれば、Ｎ＜１０のファイバにおいてソリトン次数（Ｎ）を有するポンプパルスが、干渉スーパーコンティニウムを提供するのに対して、Ｎ＞３０を有するポンプパルスは、非干渉スーパーコンティニウムを提供する。１０≦Ｎ≦３０の値は、これらの２つの状態間の遷移を提供し、スーパーコンティニウムスペクトルは、正確なポンプ及びファイバパラメータに依存して、干渉又は非干渉に生成され得る。ここで、ソリトン次数は、（式１）のように定義される。

ここで、ガンマは、ファイバ非線形性であり、Ｐ０は、パルスピーク電力であり、Ｔ０は、パルス幅であり、β_２は、ポンプ波長におけるファイバの群速度分散である。従って、この式は、短パルスが、より干渉的なスーパーコンティニウム及び従ってより低いノイズを規定するソリトン次数を低減することを確認する。

干渉性は、Ｎ＞１６の場合に劇的に低減され得る（且つノイズは劇的に増加する）。Ｎの値の増加は、変調不安定性（これは、量子ノイズによって誘発されるパルス分割である）を、決定論的なソリトン分裂プロセスより速く進ませる。従って、ソリトン分裂からＭＩに誘発された分割までの遷移は、低ノイズ／高干渉及び高ノイズ／低干渉間の分離をマークする。フェイ・ルー（Ｆｅｉ Ｌｕ）ら著、「先細単一モード光ファイバにおける高スペクトル干渉性を備えた広帯域コンティニウムの生成（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔａｐｅｒｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ）」、オプティックス・エクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ）、２００４年１月２６日、２巻、２号、ｐ．３４７－３５３（米国特許第７，４０３，６８８号明細書において参照され、本発明者らと一致する著者を有する）において、短い５０ｆｓパルスは、比較的低いＮを提供し、ソリトン次数は、テーパリングによって更に低減され、高スペクトル干渉性及び低ノイズを提供する。「リアルタイム超高分解能光干渉断層撮影法（Ｓｕｐｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、国際光学技術協会の論文集（Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ）、６１０２巻、６１０２０Ｈ、（２００６年）において、スーパーコンティニウムは、９５ｆｓポンプパルスを用いて生成され、正常領域におけるポンピングによって生成されたスペクトルだけが、適用可能な十分に低ノイズを有すると結論付けられる。上記で言及したように、かかるスペクトルは、決定論的なプロセスであるＳＰＭによって形成され、従って低ノイズ、高干渉ＳＣの生成を可能にする。

実施形態において、非線形ファイバは、先細にされない。しかしながら、実施形態において、本発明は、テーパリングを介して取得可能なノイズ低減効果と組み合わされる。ＳＣ生成に適している新しいタイプの先細ファイバが、国際出願ＰＣＴ／デンマーク特許出願公開第２０１１／０５０３２８号明細書に説明されている。

しかしながら、前記ポンプパルスのソリトン次数が、実質的に１６以上、例えば、１８以上、２０以上、２２以上、２４以上、２６以上、２８以上、３０以上、４０以上、５０以上、７５以上、１００以上、２００以上、３００以上、４００以上、５００以上になるように実施形態において非線形ファイバ及びポンプパルスが構成されるように、本発明は、実施形態において、非干渉又は部分的に非干渉なスーパーコンティニウムの適用を可能にする。それによって、スーパーコンティニウム生成プロセスは、主として変調不安定性を介して進む。

実施形態において、ソリトン次数は、パルスが、例えば、異常領域にシフトした後で且つ／又はファイバの先細セクションを横断した後で分割される場合に定義される。実施形態において、ソリトン次数は、ファイバへのポンプパルスの入力時に定義される。

一般に、生成されるＳＣのスペクトル幅は、ポンプパルスのピーク電力に依存し、従って、より長いパルスに対して、ピーク電力は、ソリトン次数を低減するためには任意に低減され得ない。ｐｓ領域又はｎｓ領域におけるパルスなどのより長いパルスは、これらのパルスが、ｆｓレーザと比較して、より単純なポンプレーザ構成をしばしば可能にするので、好ましいことが多い。従って、実施形態において、本発明は、パルス幅が、約０．１ｐｓより長い、例えば、約０．２５ｐｓより長い、約０．５ｐｓより長い、約０．７５ｐｓより長い、約１ｐｓより長い、約２ｐｓより長い、約３ｐｓより長い、約５ｐｓより長い、約１０ｐｓより長い、約２０ｐｓより長い、約５０ｐｓより長い、約１００ｐｓより長い、約２００ｐｓより長い、約３００ｐｓより長い、約４００ｐｓより長い、約５００ｐｓより長い、約１ｎｓより長い、約１０ｎｓより長い用途など、より長いパルス幅の用途を可能にする。

他方において、非常に長いポンプパルス及びＣＷから生成されたＳＣにおいて、ポンピングは、ノイズの増加に悩まされる。本発明は、ノイズに対する感度を低減し得るが、一方で同様にパルス幅の低減を介してノイズを低減することがまた好ましくなり得、その結果、実施形態において、シードレーザは、パルス幅ｔ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅ｔ_ｓｅｅｄは、約１μｓより短く、例えば、約５００ｎｓより短く、約２００ｎｓより短く、約１００ｎｓより短く、約５０ｎｓより短く、約２０ｎｓより短く、約１０ｎより短く、約１ｎｓより短く、約５００ｐｓより短く、約１００ｐｓより短く、約５０ｐｓより短く、約２５ｐｓより短く、約２０ｐｓより短く、約１５ｐｓより短く、約１０ｐｓより短い。

上記で言及した変更可能な間隔は、０．１ｐｓ～１μｓ、０．２５ｐｓ～１００ｐｓ、１ｐｓ～５０ｐｓであるパルス幅など、パルス幅に対する閉じた間隔を形成するために結合されても良い。

上記で言及したように、ＳＣは、パルスポンプ光源を適用することによって典型的に生成される。本発明のスーパーコンティニウム光源において、ポンプパルスは、繰り返し率Ｆ_ｐｕｍｐで供給され、繰り返し率Ｆ_ｐｕｍｐにより、同じ周波数Ｆ_ｐｕｍｐを備えた生成スーパーコンティニウムの振幅変調を生じさせる。他方において、本発明の測定システムは、１／Ｆ_ｐｕｍｐより長い測定時間、即ち、その時間にわたって繰り返し率が決定されず、且つＳＣがＣＷ放射として現れるように測定が統合される測定時間を典型的には適用する。その理由で、ＭＨｚ領域において動作するパルスレーザは、「擬似ＣＷ」と呼ばれることが多い。しかしながら、スーパーコンティニウムのパルス特性は、光が存在する有効な測定時間を低減する。従って、実施形態において、ＳＣ光源は、Ｆ_ｐｕｍｐが、１００ＭＨｚ以上、例えば、１５０ＭＨｚ以上、２００ＭＨｚ以上、３００ＭＨｚ以上、４００ＭＨｚ以上、５００ＭＨｚ以上、６００ＭＨｚ以上、７００ＭＨｚ以上、８００ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以上であるように、高い繰り返し率を適用する。

以下で更に説明されるように、ポンプレーザシステムは、シードレーザとも呼ばれる主レーザ発振器から典型的にはなり、主レーザ発振器には、シードレーザからのパルス電力レベルを押し上げる１つ又は複数の任意選択の光増幅器が後続する。即ち、ポンプレーザは、ＭＯＰＡ構成を含んでも良い。シードレーザのタイプ次第で、かかる高い繰り返し率を提供することは、実際的でも可能でもない場合がある。実施形態において、ポンプレーザ（ポンプレーザシステムとも呼ばれる）は、Ｆ_ｐｕｍｐより低いパルス周波数Ｆ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、Ｆ_ｓｅｅｄをＦ_ｐｕｍｐに変換するように構成された１つ又は複数のパルス周波数逓倍器（ＰＦＭ）と、を含む。

好ましくは、本発明のスーパーコンティニウム光源のパルス周波数逓倍器は、シードパルスの少なくとも１つのビームを多くのサブビームに分割するスプリッタと、サブビームの少なくとも幾つかを再結合するように構成された第１の結合器と、を含み、好ましくは、パルス周波数逓倍器は、サブビームの少なくとも１つを調整するように構成された調整可能な減衰器を更に含む。

ビームは、本明細書においてパルス列を意味する。
スプリッタは、どんな種類のスプリッタでも良い。かかるスプリッタは、当該技術分野において周知である。

実施形態において、パルス周波数逓倍器は、少なくとも１つのサブビームを受信するように構成された調整可能な減衰器を含む。好ましくは、調整可能な減衰器は、平均サブビーム電力を超える電力を備えた少なくとも１つのサブビームを受信するように構成され、パルス周波数逓倍器は、任意選択的に、複数の調整可能な減衰器を含み、好ましくは各減衰器は、選択されたピーク電力範囲内のパルスを有する少なくとも１つのサブビームを受信するように構成される。有利には、ノイズを著しく低減するために、調整可能な減衰器は、第１の結合器において結合されたサブビームのパルスが実質的に同一のピーク電力値を有するように、少なくとも１つのサブビームのパルスを受信し、それを少なくとも１つの他のサブビームにおけるパルスのピーク電力値に対応するピーク電力値へ調整するように構成される。

実施形態において、パルス周波数逓倍器は、サブビームの少なくとも１つを時間遅延させるように構成される。時間遅延は、例えば、スプリッタから第２のサブビームの結合器への第２の経路より短い、スプリッタから一サブビームの結合器への経路を最初に配置することによって、提供することができる。好ましくは、パルス周波数逓倍器は、第１の結合器において再結合されるサブビームのパルスが、好ましくは実質的に均一な間隔で離間されるように、少なくとも１つのサブビームを時間遅延させるように構成される。

本発明に適した概略的な中間スーパーコンティニウム光源を示す。 約４６０ｎｍであるλ_２から約２４００ｎｍであるλ_１にわたるスーパーコンティニウムスペクトル（１０）の例を示す。 本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器（ＰＦＭ）の例を示す。 本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器（ＰＦＭ）の例を示す。 図１のＳＣ光源など、ＳＣ光源のスペクトルにおける強度ノイズを測定するのに適した測定セットアップを示す。 中間スーパーコンティニウム光源１００からのスーパーコンティニウムスペクトル出力例と同様に、単一モード結合ユニット３００からのスペクトル出力例をそれぞれ示す。 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。 分光計ノイズに対する補償前及び後の中間スーパーコンティニウム光源の平均強度ノイズを示す。 分光計ノイズに対する補償前及び後の中間スーパーコンティニウム光源の平均強度ノイズを示す。 光源としてＳＣ光源を用いるＯＣＴシステムとして例示された光学測定システムを示す。 ダイクロイックミラーであるダイクロイック素子、プリズムである分散素子、及びスペクトルを成形するように構成された単一モードファイバを含む単一モード結合ユニットの例を示す。 単一モードファイバであるダイクロイック素子、減衰及び／又は成形光学素子、並びに第２の単一モードファイバを含む単一モード結合ユニットの例を示す。 光パワーを減衰する方法の３つの例を示す。 光パワーを減衰する方法の３つの例を示す。 光パワーを減衰する方法の３つの例を示す。

図１ａは、本発明によるスーパーコンティニウム光源に含まれる好ましい中間スーパーコンティニウム光源１００の構成を示す。主発振器（又はシードレーザ）は、ビーム経路１０６に沿って出力を供給する。コンポーネントは、好ましくはファイバ結合されるが、しかしまた自由空間光学系を介して結合されても良い。中間スーパーコンティニウム光源１００は、２つの電力増幅器（ＰＡ１及びＰＡ２）１０２及び１０４を含む。上記で言及したように、これらの増幅器は、任意選択であるが、しかしシードレーザ１０１からの出力と比較して、パルスエネルギ及びピーク電力の増加をもたらす。シードレーザ１０１、ＰＡ１ １０２及びＰＡ４ １０４は、ダイオードレーザによってそれぞれポンピングされるが、しかしながら代替として電力源などの他のポンプ源を用いることが可能である。任意選択の調整器１０５は、中間スーパーコンティニウム光源がフィードバックシステムを含み得ることを示すために、含まれる。この実施形態において、フィードバックループが、出力１０８の一部を測定する、且つビームに関連する１つ又は複数のパラメータを、非線形素子１０７への入力を調整する決定点１１４に供給するフォトダイオード１０９によって、形成される。かかる調整器は、例として、非線形素子１０７に入る光パワーを調整するように構成された調整可能な減衰器によって形成されても良い。同時係属中の米国特許出願１２／８６５，５０３号明細書（これによって援用される）は、調整器１０５及びフォトダイオード１０９の代替構成、調整器の様々な実施形態、フォトダイオードへのビーム集中、及びポンプ源１１０～１１２の１つ又は複数にフィードバック応答を適用する可能性など、ＳＣ光源におけるフィードバックループの様々な実施形態（例えば図１及び請求項を参照）を論じている。

ＰＦＭ１０３は、第１の増幅器の前に、増幅器間に、及び非線形ファイバの前に配置されても良い。実施形態において、パルス列は、増幅器からのパルスのピーク電力が、それらの入力電力にかかわらず一定であるように、増幅器（ＰＡ１及び／又はＰＡ２）を飽和させる。図１において、ＰＦＭは、２つの電力増幅器（この場合にはＰＡ１及びＰＡ２）間に配置される。これは、好ましくなり得る。何故なら、ほとんどの場合に、ＰＦＡは、シードレーザからの光パワーをより多数のパルスに再分配し、且つシードレーザの出力パルスが比較的弱い場合に、パルス列が後続の増幅器において効率的に増幅されるためには低すぎる平均電力を備えたパルス列をＰＦＡが生成する可能性があるように、著しい挿入損失を有し得るからである。この理由で、実施形態において、２つの増幅器間など、１つ又は複数の増幅器の後にＰＦＭを配置することが好ましい。他方において、１つ又は複数の増幅器の後にＰＦＭを配置することは、かかる挿入損失ゆえに、名目上の電力損失を増加させる。この理由で、実施形態において、２つの増幅器間など、１つ又は複数の増幅器の前にＰＦＭを配置することが好ましい。このことはまた、１つ又は複数の電力増幅器（又はシステムにおける他のコンポーネント）を通過するパルスのピーク電力を低減する効果があり得、それにより、今度は、ポンプレーザシステムにおける非線形性の低減など、１つ又は複数の利益を有し得る。かかる非線形性は、非線形素子へのピーク電力レベルの低減に帰着し得る、パルスを拡幅する効果を有することが多く、それにより、今度は、生成されるスーパーコンティニウムのスペクトル幅を低減し得る。実施形態において、光増幅器、減衰器、圧縮器又はフィルタなどの光学コンポーネントによって分離された複数のＰＦＭなど、複数のＰＦＭが適用される。

実施形態において、測定対象（試料とも呼ばれる）を照明する許容可能な平均光パワーには上限が存在する。かかる用途の例は、対象が或る閾値を超える光パワー（平均電力及び／又はピーク電力）に敏感な（ほとんどの生体試料にとって事実であろう）、且つ特に網膜などの哺乳動物の眼の一部のための用途を含む。対象が眼科の哺乳動物の眼である用途の例は、網膜又は角膜を撮像するＯＣＴ及び網膜又は角膜の多光子蛍光顕微鏡検査を用いた撮像を含む。

実施形態において、ＳＣ光源又はそのサブセクションの出力は、レーザ標準クラス１、１Ｍ、２、２Ｍ、３Ｒ、３Ｂの１つ又は複数に一致しなければならない。実施形態において、ＳＣ光源の出力電力は、ＳＣ光源自体が、１００％以上高い、２００％以上高い、４００％以上高い、８００％以上高いなど、上記で引用されたクラスより高い出力ＡＥＬ（許容可能な放射レベル）を有しても良いように、低減される。

実施形態において、パルス幅によってもたらされる比較的低いノイズが望ましく、その結果、１ｐｓ～２０ｐｓ、好ましくは２ｐｓ～２０ｐｓの範囲におけるパルス幅など、０．５ｐｓ～３０ｐｓの範囲におけるパルス幅が好ましい。実施形態において、ＳＣ光源からの平均光パワーが、ｐｓパルス幅当たり５ワット出力未満、例えば、ｐｓパルス幅当たり３ワット出力未満、ｐｓパルス幅当たり２ワット未満、ｐｓパルス幅当たり１ワット未満であるために、本システムに関する平均光パワーの増加は望ましくない。一実施形態において、可視領域（４００ｎｍ～８５０ｎｍ）における合計平均光パワーは、１００ｍＷ未満、例えば、５０ｍＷ未満、３０ｍＷ未満、２０ｍＷ未満であるように構成される。他のところで言及されているように、ＳＣ光源からの出力後における平均電力の低減は、電力を低減するために必要とされる光学コンポーネントがスペクトルを変更するので、不適切に複雑又は不可能になることが多い。

以前に上記で言及したように、実施形態において、生成されるＳＣのスペクトル幅は、ピーク電力の更なる増加がスペクトル幅を増加させない少なくとも或る飽和レベルまで、パルスのピーク電力に依存する。また、ポンプ光からＳＣ光への変換効率は、ピーク電力に依存し、このことは、固定パルス幅用に、ピーク電力（及び対応する平均電力）が、全く低減され得ないことを意味する。或る値未満では、生成されたスペクトルの所望のスペクトル幅は損なわれ、結局、貧弱な変換効率により、多すぎる未変換のポンプ光がファイバを通り過ぎ、このことは、観察下の試料を損なう可能性がある。従って、実施形態において、最小のピーク電力の結果、ＰＦＭの挿入は、ＰＦＭが省略される構成に対して、平均光出力パワーの増加を引き起こす。このことは、ポンプパルスの繰り返し率が増加される一方でピーク電力とパルス幅が一定であるので生じる。実施形態において、光パワーは、非線形素子の前の最後の電力増幅器に供給されるポンプエネルギを調整することによって低減されるが、しかしこのことは、言及したように、結果としてのスペクトル幅を損なう可能性がある。

実施形態において、平均光パワーの低減は、ビーム経路から離れたビームの減衰又はビームの一部を分割することなど、非線形素子後に減衰を導入することによって実行されても良い。試料に導かれる生成されたスペクトルの調整可能な部分を必要とする用途は、かかる機能を実行するためにＡＯＴＦを適用しても良い。実施形態において、ＡＯＴＦは、試料に導かれる平均光パワー量を低減するように制御されても良い。例えば、ＯＣＴ撮像システムにおいてなど、広帯域照明を必要とする用途のために、スペクトル形状を乱すことなくビームに光学コンポーネントを適用すること及び／又は前記光学素子を損傷することは、より困難になり得る。実施形態において、ポンプレーザシステムは、ポンプパルスを圧縮するように、且つ従ってピーク電力を増加させるように構成された、ＰＢＧファイバ（中空又はソリッドコア）などのパルス圧縮器を含む。ＰＢＧファイバのこの使用は、ＰＣＴ出願の国際公開第２００５０４１３６７号パンフレットで論じられた。実施形態において、個別パルスのピーク電力を増加させることによって、パルス圧縮器の使用は、生成されるスペクトルのスペクトル特性を維持しながら、より低い平均光パワーの使用を可能にする。

原則として、本発明の中間スーパーコンティニウム光源のＰＦＭは、或る繰り返し率でパルス列を受信するのに適した任意の光学コンポーネントであり、この入力を、より高い繰り返し率を備えたパルス列に変換しても良い。実施形態において、入力及び出力パルスは、実質的に同じパルス幅及び波長を有する。実施形態において、ＰＦＭは、入力におけるパルス列を、再結合される前に異なる遅延（光路長）をそれぞれ経験する複数のサブパルス列に分割することによって機能する。相対的な遅延は、再結合される場合にサブパルス列の時間的なシフトを引き起こし、その結果、結合されたパルス列は、入力より多いパルス数を含む。例えば、入力パルス列は、一方のパルス列が他方に対して遅延される２つのサブパルス列（又はサブビーム）に分割されても良い。そのとき、結合された列の繰り返し率は、２倍になる。好ましくは、ビーム間の相対的なシフトは、入力パルス列における２つのパルス間の間隔の半分に対応する。実施形態において、この原則は、互いに対してそれぞれ遅延され再結合される、２つ、３つ又は４つのサブビームなどの２つを超えるサブビームに入力ビームが最初に分割されるように、拡張される。光スプリッタ（又は結合器）が、対称的な方法で機能することが周知である。幾つかの光ビームの結合により、同じ量の出力ビームが生じる。実施形態において、単一の出力だけが、使用され／利用可能であるのに対して、他の出力用に指定された光パワーは、光学システムにおいて失われる。従って、実施形態において、以下で図２ｂに関連して説明されるように、結合器／スプリッタをカスケードすることが有利である。

実施形態において、本発明は、ビームをサブビームに分割するスプリッタと、サブビームを受信するように構成された任意選択の調整可能な減衰器と、サブビームを結合するように構成された第１の結合器と、を含むＰＦＭに関する。このように、調整可能な減衰器は、結合ばらつきと同様に、スプリッタ及び／又は結合器における製造ばらつきを補償するように調整されても良く、その結果、均一なピーク電力を備えたパルスの結果としてのパルス列が生成され得る。実施形態において、ピーク振幅の正確な調整は、必要とされず、再結合されたサブビームのピーク電力間の実質的な差は、許容可能である。

実施形態において、１つ又は複数のスプリッタ及び結合器は、不均一な分割比（

などであり、ここでｘはパーセンテージであり、例えば４５／５５、４０／６０、３５／６５又は３０／７０である）を有するように構成され、前記減衰器は、最も強力なサブビーム（又はビームの結合において、より大きく寄与するサブビーム）を受信するように構成され、これにより、サブビームが結合される場合に、より強力なサブビームが、他のサブビームと等しい電力レベルを供給するように減衰され得ることを保証し得る。それによって、ノイズは、サブビームが異なる電力レベルを有する状況と比較して、著しく低減される。

実施形態において、ＰＦＭは、別個のサブビームを受信するようにそれぞれ構成された複数の減衰器を含む。実施形態において、スプリッタは、ビームを２つのサブビームに分割する。実施形態において、スプリッタは、２を超える、例えば、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上のサブビームにビームを分割する。実施形態において、第１の結合器は、結合されたビームを第２のサブビームに分割するスプリッタとして更に働き、第２のサブビームには第２の結合器が続く。実施形態において、ＰＦＭは、前記第２のサブビームの１つを受信するように構成された調整可能な減衰器を含む。この減衰器は、第１の結合器及び第２の結合器における変動と同様に、結合損失及び他の変動を調整するように適用されても良い。実施形態において、第２の結合器は、不均一な分割比（及び従ってまた入力ビームの不均一な結合）を有するように構成され、前記調整可能な減衰器からの出力は、より大きな部分を出力に供給するように構成される。再び、第２の結合器は、パルス間の均一な電力を備えたパルス列が、ＰＦＭによって供給され得ることを保証し得る。

実施形態において、ＰＦＭは、バルクビームスプリッタなどの自由空間光学系によって形成される。実施形態において、ＰＦＭは、システムのコスト及び堅牢性に関して好ましいことが多い光ファイバスプリッタ及び／又は結合器によって形成される。

図１ｂは、約４６０ｎｍであるλ_２から約２４００ｎｍであるλ_１にわたるスーパーコンティニウムスペクトル（１０）の例を示す。スペクトルは、ＮＫＴフォトニックスＡ／Ｓ（ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ａ／Ｓ）の製品スーパーＫ ＥＸＷ－１２（ＳｕｐｅｒＫ ＥＸＷ－１２）から得られる。

図２ａ及び２ｂは、本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器（ＰＦＭ）の例を示す。図２ａは、ＰＦＭ２００の実施形態を示す。入力ビーム（自由空間、又はファイバを介して）は、入力２０１においてＰＦＭに入る。スプリッタ２１４は、１×２スプリッタとして例示されているが、任意の１×Ｎスプリッタ、又はＭ×Ｎスプリッタでさえあっても良い。Ｍ×Ｎスプリッタ用に、複数の入力が結合されても良く、又は代替として、Ｍの利用可能な入力のうちの１つの入力だけが用いられる。第１のスプリッタ２１４は、入力ビームを分割比ｘ_１／（１－ｘ_１）で２つのサブビーム２０２、２０３に分割する。上記で論じられたように、実施形態において、ｘ_１及び（１－ｘ_１）の大きいほうが、調整可能な減衰器２０４に送信される。実施形態において、減衰器は省略され、その場合に、出力２０７におけるパルス列のピーク電力の変動が最小化され得るように、ｘ_１が約０．５（即ち５０％）であることが好ましい。サブビーム２０２は、遅延線２０５に供給され、遅延線２０５は、入力ビーム２０１における２つのパルス間における期間の半分だけサブビーム２０２を遅延させるように構成されるのが好ましい。実施形態において、遅延線は、入力ビームの繰り返し率における変動を吸収するように調整可能である。実施形態において、出力ビームにおけるパルスの均一な間隔からの小さな偏差（例えば７５％未満など、５０％未満など、２５％未満など、１５％未満など、１０％未満など、５％未満など、１％未満など）は、遅延線が固定されるために許容することができる。サブビーム２０２、２０３は、出力２０７を供給する結合器２０６において結合される。結合器２０６は、ｘ_２／（１－ｘ_２）の分割比を有する。実施形態において、スプリッタ２１４又は結合器のいずれかが、不均一な分割比を有するように、即ちｘ_１又はｘ_２が５０％から逸脱するように構成され、この方法で、減衰器２０４は、ビーム２０２及び２０４が等しく寄与するように調整されても良く、その結果、２つのパルスに分割される入力におけるパルスは、出力において実質的に同じピーク電力を有するように再結合され、この場合に「実質的」は、通常の許容誤差内にあるものを含むことを意味する。ＰＦＭの効果は、入力ビームのパルス周波数の倍増である。結合器２０６は、出力２０８を更に有し、出力２０８は、物理的に利用可能な実出力であってもなくても良い。しかしながら、（カップリング及び減衰器におけるような）他の光損失が無視される場合に、ピーク電力が入力ピーク電力の約２５％に低減されるように、結合器が、ビームスプリッタ／結合器の固有の対称性ゆえの挿入損失を導入することを示すために、出力２０８は含まれる。実施形態において、出力２０８のビームは、ビームを監視し、且つ減衰器２０４を調整するために適用される。

図２ｂは、図２ａのＰＦＭだが、しかしＰＦＭがパルス周波数の４倍化をもたらすために第２の結合器２１３を含むＰＦＭを示す。原則として、４倍化はまた、スプリッタ２１４を１×４に、結合器２０６を４×１結合器に拡張することによって、取得することが可能である。しかしながら、この場合に、結合器は、第２の結合器２１３によって課される約５０％の損失に対して、ビームスプリッタの対称性ゆえに約７５％の挿入損失を課することになろう。第１の遅延線は、２０１における入力期間の半分に調整されるのが好ましく、第１の遅延線は、結合器２０６における結合後にパルス繰り返し数を倍増させ、第２の遅延線２１２は、その半分、即ち２０１における入力期間の４分の１の遅延を提供するように配置されるのが好ましい。分割比ｘ_２／（１－ｘ_２）は、実施形態において、等しくなるように設定され、ｘ_１及びｘ_３は、減衰器２０４が、図２ａに関連して説明されているような機能を実行可能で、且つ減衰器２１１が、結合器２１３における結合と同様に、２０６の分割における変動を補償する類似の機能を実行し得るように、不均一に構成される。対称的分割ゆえの挿入損失を増加させずに、結合器を追加しＰＦＭを更に拡張することによって、更なる倍増が得られ得ることが注目に値する。

図３ａは、本発明のＳＣ光源１０００が、測定対象ではなく分光計を照明するように構成される測定セットアップを示す。図３ａは、本発明のスーパーコンティニウム光源１０００が、中間スーパーコンティニウム光源１００及び単一モード結合ユニット３００を含むことを示す。ＳＣ光源１０００からの出力は、単一モード結合ユニット３００からの出力である。中間ＳＣ光源１００の出力は、非線形素子１０７（図３ａには図示せず）からの出力である。中間ＳＣ光源１００からのこの出力は、単一モード結合ユニット３００への入力部に結合される。中間ＳＣ光源１００の出力は、少なくともほぼ、中間スーパーコンティニウム光源（図１ａの１００）の非線形素子（図１ａの１０７、図３ａには図示せず）からの出力である。単一モード結合ユニット３００は、用途の要件に従って、スペクトルを減衰及び／又は成形する形での適合を含む。一実施形態において、ＳＭ結合ユニット３００は、同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／デンマーク特許出願公開第２０１１／０５０４７５号明細書（これによって援用される）における実施形態の１つを含む。特に、図５ａ、６、７、８～１０、１３～１５及び１７～１９に関する実施形態及びそれらの変形と同様に、アイテム及び／又は請求項のいずれか１つを参照されたい。

図３ｂは、中間スーパーコンティニウム光源１００からのスーパーコンティニウムスペクトル出力例（スペクトル１０）と同様に、単一モード結合ユニット３００からのスペクトル出力例（スペクトル１２）をそれぞれ示す。この例において、単一モード結合ユニット後のスペクトルは、ガウス分布を有し、約６５０ｎｍであるλ_４から約９５０ｎｍであるλ_３にわたる。従って、図３ｂは、単一モード結合ユニット後のスペクトル形状が、中間スーパーコンティニウム光源からの同じ波長領域におけるスペクトル形状とは異なることを示す。

図３ｃ、３ｄ及び３ｅは、単一モード結合ユニット３００からのスペクトル出力例、即ち、ガウシアン（図３ｃ）、フラットトップ（図３ｄ）、及び二重ピーク分布（図３ｅ）であるスペクトル形状をそれぞれ示す。二重ピーク分布は、光源からの出力が、対象を照明する前に伝達関数のようにガウス性を備えた光学素子（例えば光学レンズのような）を通して送られる場合には有利であり得、且つフラットトップ分布で対象を照明することは、有利である。

一実施形態において、単一モード結合ユニット後のスペクトル形状は、ガウシアン、フラットトップ、又は二重ピーク分布など、中間スーパーコンティニウム光源からの同じ波長領域におけるスペクトルとは異なる。図４ａ及び４ｂは、図３ａによるセットアップからの測定結果を示す。中間ＳＣ光源は、図１に従って構成された。

図４ａは、４００～８５０ｎｍのスーパーコンティニウム光源の電力の関数として、バスラースプリントＳＰＬ４０９６－７０ｋｍ（Ｂａｓｌｅｒ Ｓｐｒｉｎｔ ＳＰＬ４０９６－７０ｋｍ）カメラを備えたワサッチコブラ（Ｗａｓａｔｃｈ Ｃｏｂｒａ）ＵＤ分光計（３１０）を用いて、７９０～８７０ｎｍで測定された中間スーパーコンティニウム光源１００（図１を参照）の平均強度ノイズを示す。図４ａは、分光計ノイズの補償後の平均強度ノイズを示し、一方で図４ｂは、分光計ノイズの補償前の平均強度ノイズを示す。図４ａは、８０ＭＨｚ（曲線４０１）、１６０ＭＨｚ（曲線４０２）及び３２０ＭＨｚ（曲線４０３）である３つの異なるポンプパルス周波数（Ｆ_ｐｕｍｐ）用の測定値を含む。ポンプパルス周波数が増加すると、ノイズが減少することが分かる。強度ノイズは、分光計によって追加されるノイズに対して補償される。

図４ｂは、分光計からのノイズの補償前の、図４ａからの強度ノイズデータを示す。図４ｂは、８０ＭＨｚ（曲線４１１）、１６０ＭＨｚ（曲線４１２）及び３２０ＭＨｚ（曲線４１３）である３つの異なるポンプパルス周波数（Ｆ_ｐｕｍｐ）用の測定値を含む。再び、ポンプパルス周波数が増加すると、ノイズが減少することが分かる。

ＭＯ１０１は、約１０６０ｎｍの中心波長及び約６ｐｓのパルス幅を有する出力を備えたモードロックＹｂファイバレーザである。レーザは、ＳＥＳＡＭを介して受動的にモードロックされ、８０ＭＨｚの繰り返し率を備えたパルスを供給する。このレーザタイプは、シーディング（seeding）に良く適している。何故なら、全ファイバ構成が、堅牢でバルク光学セットアップの割に製造が比較的単純なレーザを提供するからである。最大繰り返し率は、どれほど短くキャビティを製造できるか及びＳＥＳＡＭの応答特性によって決定される。実際上、これらの制限は、約１００ＭＨｚの繰り返し率に実際的な上限を課することが多い。実施形態において、他の利得媒体が、他の出力波長を提供するために適用されても良く、パルス幅及び繰り返し率はまた、他のところで論じられる制限内で変更されても良い。

実施形態において、シードレーザ（seed laser）は、ＳＥＳＡＭを介するモードロックのようなモードロックファイバレーザ（mode-locked fiber laser）などのファイバレーザである。利得媒体は、例えばＹｂドープファイバ、Ｅｒドープファイバ及びＥｒ／Ｙｂドープファイバなど、任意の適切なレーザ利得によって形成されても良い。シードレーザは、例えば線形キャビティレーザ又はリングレーザであっても良い。

非線形媒体１０７は、コアがパターンにおける欠けた穴（missing hole）によって形成されるように構成された穴の六角形パターン（hexagonal pattern of hole）によって囲まれたシリカコア（silica core）によって形成される微細構造ＰＣＦファイバである。ファイバは、実質的なポンプエネルギがファイバの異常領域において供給されるために、ファイバのＺＤＷがポンプ波長に比較的近いように構成される。

図１におけるように、光ファイバ増幅器セット１０２、１０４が、任意選択のＰＦＭのまわりに配置される。ＰＦＭなしでは、ポンプシステムは、８０ＭＨｚにおいて約１０Ｗ、８～１０ｐｓでファイバをポンピングする。図２ａに従って、ＰＦＭを挿入することによって、繰り返し率は、１６０ＭＨｚに増加され、図２ｂに従ってＰＦＭを挿入することによって、繰り返し率は、３２０ＭＨｚに４倍化される。図４ａ及び４ｂは、４０９６の画素を備えた７９０～８７０ｎｍのスペクトル領域、即ち約０．０２ｎｍ／画素を測定するように構成されたバスラースプリントＳＰＬ４０９６－７０ｋｍ（Ｂａｓｌｅｒ Ｓｐｒｉｎｔ ＳＰＬ４０９６－７０ｋｍ）カメラを備えたワサッチコブラ（Ｗａｓａｔｃｈ Ｃｏｂｒａ）ＵＤ分光計を用いて取得された実験結果を示す。１２．９μｓの測定時間が適用され、各画素で測定された電力の変動が記録された。１μｓ～１ｍｓ以上などの長い測定時間及び短い測定時間が可能である。リアルタイム撮像がしばしば要求されるフーリエ領域ＯＣＴ（図４ｂを参照）用など、短い測定時間が望ましいことが多い。図４において、７９０～８７０ｎｍのスペクトル領域における画素当たりの平均相対標準偏差は、スペクトルの可視部分の関数として測定される。標準偏差及び従って強度ノイズが、ポンプパルスの繰り返し率が２倍にされるにつれて、且つ更にポンプパルスの繰り返し率が可視領域における平均電力の等量に対して４倍にされる場合に、著しく低下することが観察される。可視領域の電力量は、ポンプエネルギが、ポンプパルスのピーク電力及びポンプ電力の総量（平均電力）に依存する可視光にどれくらい効果的に変換されるかに依存する。図４ａにおいて、分光計からの推定ノイズ寄与が減算されたのに対して、このことは、図４ｂに含まれる。

図５は、光源としてＳＣ光源を用いるＯＣＴシステムとして例示された光学測定システムを示す。図５に示されているシステムは、本発明によるフーリエ領域ＯＣＴ（ＦＤ－ＯＣＴ）システムであり、従って、フーリエ領域ＯＣＴシステムでは、ＳＣ光源１０００が、本発明による光学測定システムに適している光源として適用される。一側において検出の役を務める光源及び分光計（３１０）に結合された２×２ ５０／５０方向スプリッタ／結合器（５０１）、並びに他側におけるレンズ（５０２）、測定対象（５０３）及び基準反射器（５０４）が、ＯＣＴシステムの干渉計コアを構成する。ライン走査（試料の深さプロファイル）が、分光計の測定によって実行され、その場合に、測定深さは、スペクトル分解能によって決定され、試料における空間分解能は、測定のスペクトル幅によって決定される。試料における反射率の２Ｄ又は３Ｄ深さプロファイルを提供するために、ビームが対象上で走査されることが多い。ＯＣＴは、本発明の態様から全て利益を得られると予想される、システム構成における多数の変動を含む広範囲な分野であることが多い。出力スペクトルは、例えば広範で調整可能なスペクトルを提供するように構成された図１６と同様に、ＰＣＴ／デンマーク特許出願公開第２０１１／０５０４７５号明細書における図５ａ（単一バンドガウススペクトル）及び図６（デュアルバンドガウススペクトル）に関連して論じられた実施形態など、一実施形態においてＳＭ結合ユニットがＳＣ光源からのスペクトルをガウススペクトルに成形するように構成されるように、ガウシアンである。一実施形態において、ＳＭ結合ユニットは、ガウススペクトルを供給するように構成されたフィルタを含む。５０／５０結合器は、広いスペクトルを扱うように構成されるべきであり、且つ典型的には、溶融ファイバ結合器又はバルク光学結合器のいずれかである。

図６は、ダイクロイックミラーであるダイクロイック素子、プリズムである分散素子、及びスペクトルを成形するように構成された単一モードファイバを含む単一モード結合ユニット３００の例を示す。従って、図６は、単一モード結合ユニット３００を構成する方法の例を示す。中間スーパーコンティニウム光源１００の出力は、ダイクロイック素子６０及び分散素子６１へ導かれる。ミラー及び／又は角度分散素子が、電子制御部６に接続され、電子制御部６は、これらの２つの素子間のローテーションを可能にする。システムはまた、調整可能な減衰フィルタ６２及び／又は調整可能な空間フィルタ６３を任意選択的に含んでも良い。光は、レンズ系６４によってコリメートされ、ファイバ６５によって集光され、それによってファイバ６５は、スペクトルを成形する。システムは、広帯域スプリッタ６６を任意選択的に含んでも良く、広帯域スプリッタ６６は、光の一部を出力部６７に送り、光の別の一部を検出システム６８に送る。前記検出システムは、電子制御システム６に接続され、電子制御システム６は、出力電力を安定させるために、スーパーコンティニウム光源１００及び／又はダイクロイック素子５００に再び接続される。一実施形態において、分散素子は、プリズムである。一実施形態において、ファイバ６５は、ステップインデックスファイバ（step- index fiber）又は微細構造ファイバなどの単一モードファイバである。一実施形態において、コリメートレンズ系６４は、複数のレンズを含む。

図７は、単一モードファイバ６０であるダイクロイック素子、減衰及び／又は成形光学素子７０、並びに第２の単一モードファイバ６５を含む単一モード結合ユニット３００の例を示す。

一実施形態において、第１の単一モードファイバ６０は、或る閾値波長λ_６より上で高損失を有し、従ってスペクトルフィルタとして働く。一実施形態において、減衰及び／又は成形光学素子は、プリズムと、光学ローパス、光学ハイパス及び光学バンドパスフィルタと、ニュートラルデンシティフィルタ（neutral density filter）と、のリストから選択される。

図８ａ～８ｃは、本発明のスーパーコンティニウム光源における光パワーを減衰させる方法の３つの例を示す。
図８ａ～８ｃのそれぞれにおいて、スーパーコンティニウム光源は、参照番号１０００によって示され、一方で中間スーパーコンティニウム光源は、参照番号１００によって示され、単一モード結合ユニットは、参照番号３００によって示されている。

図８ａにおいて、単一モード結合ユニット３００は、減衰及び成形ユニット８１を含み、減衰及び成形ユニット８１の出力部におけるモードフィールド直径（mode field diameter）は、第２の単一モードファイバ８２のモードフィールド直径とは異なる。従って、図８ａは、単一モード結合ユニット３００の減衰及び成形ユニット８１の出力部におけるモードフィールド直径の不一致を示す。

図８ｂにおいて、単一モード結合ユニット３００は、成形素子６０及び減衰素子８４の形をした減衰及び成形ユニットを含む。
図８ｃは、単一モード結合ユニット３００における減衰が、中間スーパーコンティニウム光源１００と単一モード結合ユニット３００の入力部との間の大きな損失８６を備えた光学スプライスを有することによって得られる例を示す。

用語「含む」は、本明細書で用いられた場合に、オープンな用語として解釈されることになっていることが、強調されるべきである。即ち、それは、素子、ユニット、整数、ステップ、コンポーネント及びそれらの組み合わせなど、特に言明された特徴の存在を特定するように理解されるべきであるが、しかし１つ又は複数の他の言明された特徴の存在や追加を排除しない。

更に、用語「実質的に」は、通常の許容誤差内にあるものを含むことを意味する。
領域及び好ましい領域を含む本発明の全ての特徴は、かかる特徴を結合しない特定の理由がなければ、本発明の範囲内において様々な方法で結合することができる。

Claims (18)

1. スーパーコンティニウム光源であって、
   パルス周波数Ｆ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、
   前記パルス周波数Ｆ_ｓｅｅｄを備えたシードパルスを、パルス周波数Ｆ_ｐｕｍｐを備えたポンプパルスに変換することによって、前記シードパルスを逓倍するように構成されたパルス周波数逓倍器（ＰＦＭ）であって、Ｆ_ｐｕｍｐはＦ_ｓｅｅｄよりも大きい、前記パルス周波数逓倍器（ＰＦＭ）と、
   前記ポンプパルスを受信し、前記ポンプパルスを、少なくとも約λ_１～約λ_２にわたるスーパーコンティニウムスペクトルを有するスーパーコンティニウム光のパルスに変換するように構成された非線形素子であって、λ_１－λ_２＞約５００ｎｍである、前記非線形素子と、
   前記スーパーコンティニウム光源からの出力スペクトルがλ_３からλ_４までわたるように、前記スーパーコンティニウムスペクトルをスペクトル的に成形するように構成された成形光学素子であって、λ_３－λ_４＞０、λ_１≧λ_３、およびλ_２≦λ_４である、前記成形光学素子と、を備えるスーパーコンティニウム光源。
2. 前記成形光学素子は、プリズム、ローパス光学フィルタ、ハイパス光学フィルタ、およびバンドパス光学フィルタから選択される素子を含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
3. 前記スーパーコンティニウム光源は、λ_３からλ_４の間の前記スーパーコンティニウムスペクトルを減衰させるように構成された減衰光学素子を含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
4. 前記減衰光学素子は、ニュートラルデンシティフィルタを含む、請求項３に記載のスーパーコンティニウム光源。
5. 前記出力スペクトルのスペクトル形状は、波長範囲λ_３～λ_４において、前記スーパーコンティニウムスペクトルのスペクトル形状と異なる、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
6. 前記スーパーコンティニウムスペクトルをスペクトル的に成形することは、λ_３－λ_４＜λ_２－λ_１となるようにスペクトルの幅を減少させることを含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
7. 前記成形光学素子は、前記スーパーコンティニウム光を受光してスペクトル的に成形するように構成された単一モード結合ユニットの一部である、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
8. 前記パルス周波数逓倍器は、Ｆ_ｐｕｍｐ未満のパルス周波数を有する光パルスを減衰させるように構成された減衰器を含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
9. 前記非線形素子は、微細構造光ファイバを含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
10. Ｆ_ｐｕｍｐが１５０ＭＨｚ以上である、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
11. 前記シードレーザは、約１ｐｓよりも長いパルス幅ｔ_ｓｅｅｄを有するシードパルスを供給するように構成されている、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
12. 前記シードレーザは、約５０ｐｓよりも長いパルス幅ｔ_ｓｅｅｄを有するシードパルスを供給するように構成されている、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
13. 前記スーパーコンティニウム光源は、４００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲内の合計平均光パワーが１００ｍＷ未満であるように構成されている、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
14. 前記スーパーコンティニウム光源は、前記シードパルスまたは前記ポンプパルスを増幅するように構成された複数の増幅器を含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
15. 前記シードレーザがモードロックＹｂレーザを含む、請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源。
16. 前記モードロックＹｂレーザは、ＳＥＳＡＭ（Semiconductor Saturable Absorber Mirror）を介して受動的にモードロックされるファイバレーザを含む、請求項１５に記載のスーパーコンティニウム光源。
17. 対象の少なくとも１つのパラメータを測定するのに適した光学測定システムであって、
    請求項１に記載のスーパーコンティニウム光源であって、測定対象を照明するために前記スーパーコンティニウム光源の出力を供給するように構成された単一モード結合ユニットを含む前記スーパーコンティニウム光源と、
    照明されたことに応答して測定対象からの光を受光し、受光した光を検出するように構成された検出器であって、少なくとも約１／Ｆ_ｐｕｍｐの積分時間を有する前記検出器と、を備える光学測定システム。
18. 前記光学測定システムは、加齢に関連する黄斑変性（ＡＭＤ）、糖尿病網膜症又は緑内障の診断のために、例えば眼の屈折状態を矯正するレーザ眼科手術（ＬＡＳＩＫ）などの眼の屈折矯正を行う治療に関連する診断のために、または人間の眼の内部におけるボーマン層の境界を測定するために使用される、請求項１７に記載の光学測定システム。