JP5826483B2

JP5826483B2 - Short optical pulse optical fiber transmission device and optical fiber transmission method

Info

Publication number: JP5826483B2
Application number: JP2010267519A
Authority: JP
Inventors: 藤原　真人; 真人藤原; 平　健二; 健二平
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: JP2012118270A

Description

本発明は、短光パルスの光ファイバ伝送装置および光ファイバ伝送方法に関するものである。 The present invention relates to an optical fiber transmission device and an optical fiber transmission method for short optical pulses.

近年、生物学、医学、医療、加工、計測、通信などの様々な分野において、高ピークパワーを持ち、複数の波長成分を含むピコ秒以下の短光パルスが利用されるようになってきている。特に、生物学分野や医学分野では、多光子蛍光顕微鏡、高調波顕微鏡、コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering:ＣＡＲＳ）顕微鏡などの非線形光学効果を利用した顕微鏡や、光応力波を用いた遺伝子導入装置、拡散光トモグラフィ装置などに、チタン：サファイアレーザやファイバレーザなどの、短光パルスを発生する光パルス源が活発に利用されている。 Recently, in various fields such as biology, medicine, medical care, processing, measurement, and communication, short light pulses having a high peak power and containing a plurality of wavelength components are used. . In particular, in the biology and medical fields, microscopes using nonlinear optical effects such as multiphoton fluorescence microscopes, harmonic microscopes, and Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) microscopes, and optical stress Optical pulse sources that generate short light pulses, such as titanium: sapphire lasers and fiber lasers, are actively used in gene transfer devices using waves and diffused light tomography devices.

これらの光パルス源から出射される高ピークパワーの短光パルスは、反射ミラーや光ファイバなどを用いて、上述の顕微鏡などの光学装置まで伝送されるが、操作性や安定性の観点から、短光パルスの伝送には、光ファイバの利用が強く望まれる。 High peak power short light pulses emitted from these light pulse sources are transmitted to optical devices such as the above-mentioned microscopes using a reflection mirror, an optical fiber, etc., but from the viewpoint of operability and stability, The use of an optical fiber is strongly desired for the transmission of short light pulses.

ところが、光ファイバを用いると、高ピークパワーの短光パルスは、光ファイバ中を伝搬する過程において、光ファイバ中の群速度分散（Group-velocity dispersion:ＧＶＤ）効果、自己位相変調（Self-phase modulation:ＳＰＭ）効果などの非線形光学効果、およびその相互作用の影響を受けて、時間幅が広がることが知られている。この光パルス時間幅の広がりは、多くの応用で問題となる。 However, when an optical fiber is used, a short optical pulse with a high peak power is propagated through the optical fiber, and the group-velocity dispersion (GVD) effect and self-phase modulation (Self-phase modulation) in the optical fiber. It is known that the time width is expanded under the influence of nonlinear optical effects such as (modulation: SPM) effect and their interaction. This widening of the optical pulse time width becomes a problem in many applications.

たとえば、加工分野においては、金属の切断などでは金属の熱変性が同時に起きるため、微細な加工においてシャープなエッジを形成させることができない。また、通信分野においては、光パルスの時間幅が広がることにより、通信速度の低下や符号誤り率が上がってしまう。さらに、多光子蛍光顕微鏡などの非線形光学顕微鏡では、高いピークパワーの超短光パルスが要求されるが、光ファイバ中でパルス時間幅が広がると、それに伴って光パルスのピークパワーが低下して、顕微鏡画像の明度が低下してしまう。 For example, in the processing field, heat denaturation of a metal occurs simultaneously with cutting of the metal, and therefore, a sharp edge cannot be formed in fine processing. In the communication field, the time width of the optical pulse is widened, so that the communication speed is reduced and the code error rate is increased. Furthermore, in non-linear optical microscopes such as multiphoton fluorescence microscopes, ultrashort optical pulses with high peak power are required, but as the pulse time width increases in the optical fiber, the peak power of the optical pulse decreases accordingly. As a result, the brightness of the microscope image decreases.

多光子蛍光顕微鏡では、多光子蛍光強度をＩ_ｎ、光パルスのピークパワーをＰ_０とすると、Ｉ_ｎおよびＰ_０は、それぞれ下記の（１）および（２）式で表される。 In the multiphoton fluorescence microscope, if the multiphoton fluorescence intensity is I _n and the peak power of the light pulse is P ₀ , I _n and P ₀ are expressed by the following equations (1) and (2), respectively.

上記（１）および（２）において、ｎは自然数で、二光子蛍光、三光子蛍光、そしてｋ光子蛍光の場合には、それぞれｎ＝２，３，そしてｋになる。また、Ｃ_０およびＣ_１は定数、Ｔ_０は光パルスのパルス時間幅、ｆ_ｒｅｐは光パルスの繰り返し周波数、Ｐ_avは光パルスの平均パワーを示す。（２）式を用いて、（１）式を書き直すと、多光子蛍光強度Ｉ_ｎは、下記の（３）式のようになる。 In the above (1) and (2), n is a natural number, and in the case of two-photon fluorescence, three-photon fluorescence, and k-photon fluorescence, n = 2, 3, and k, respectively. C ₀ and C ₁ are constants, T ₀ is the pulse time width of the optical pulse, f _rep is the repetition frequency of the optical pulse, and P _av is the average power of the optical pulse. (2) using the equation Rewriting equation (1), multi-photon fluorescence intensity I _n is as the following equation (3).

上記（３）式から、光パルス時間幅Ｔ_０が広くなると、多光子蛍光強度Ｉ_ｎは低下し、光パルス時間幅Ｔ_０が狭くなる程、多光子蛍光強度Ｉ_ｎは高くなることがわかる。 From equation (3) above, the optical pulse time width T ₀ becomes wider, multi-photon fluorescence intensity I _n decreases, as the optical pulse time width T ₀ becomes narrow, multi-photon fluorescence intensity I _n It can be seen that the higher .

このような光パルス時間幅の広がりを防止するようにした短光パルスの光ファイバ伝送装置として、例えば、図１１に示すように、光導波手段１２０と光ファイバ１４０との間に、回折格子対やプリズム対などの負群速度分散発生手段１３０を配置し、この負群速度分散発生手段１３０により、光導波手段１２０と光ファイバ１４０で光パルスが受けるＧＶＤ効果とＳＰＭ効果の相互作用を補償するようにして短光パルスを伝送するものが知られている。（例えば、特許文献１参照） As an optical fiber transmission device for short optical pulses that prevents such an increase in optical pulse time width, for example, as shown in FIG. 11, a pair of diffraction gratings is provided between an optical waveguide means 120 and an optical fiber 140. And negative group velocity dispersion generating means 130 such as a prism pair is arranged, and the negative group velocity dispersion generating means 130 compensates for the interaction between the GVD effect and the SPM effect received by the optical pulse at the optical waveguide means 120 and the optical fiber 140. In this way, a device that transmits a short light pulse is known. (For example, see Patent Document 1)

また、光ファイバ中でのＳＰＭ効果などの非線形光学効果を回避するために、あらかじめ短光パルスに大きなＧＶＤ効果を与えて、そのピークパワーを低下させて光ファイバを用いて伝送するものも知られている。（例えば、特許文献２参照） In addition, in order to avoid nonlinear optical effects such as the SPM effect in an optical fiber, there is also known a technique in which a large GVD effect is given to a short optical pulse in advance and its peak power is reduced to transmit using an optical fiber. ing. (For example, see Patent Document 2)

特開２００８−２６８５８９号公報JP 2008-268589 A 米国特許第６２４９６３０号明細書US Pat. No. 6,249,630

上記の特許文献１に開示の光ファイバ伝送装置によると、光ファイバ伝送装置の後段に配置される顕微鏡などの光学装置は正常分散を持つため、光ファイバ伝送装置からの出射光パルスをダウンチャープ（レッドシフトチャープ）した短光パルスとすることで、光学装置内の所望の位置で高ピークパワーを有する所望の時間幅の短光パルスを得られる。 According to the optical fiber transmission device disclosed in Patent Document 1 described above, since an optical device such as a microscope disposed in the subsequent stage of the optical fiber transmission device has normal dispersion, the outgoing light pulse from the optical fiber transmission device is down-chirped ( By using a short light pulse that has been red-shifted chirped, a short light pulse having a desired time width having a high peak power at a desired position in the optical device can be obtained.

しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところによると、この光ファイバ伝送装置にピークパワーの高い短光パルスが入射した場合、３次以上の高次の分散によりパルス波形に歪が生じ、光学装置内でのピークパワーが低下することが判明した。 However, as a result of intensive studies by the present inventors, when a short light pulse having a high peak power is incident on the optical fiber transmission device, distortion occurs in the pulse waveform due to third-order or higher-order dispersion, and the optical device. It was found that the peak power in the inside decreased.

図１２は、ピークパワーの高い短光パルスが入射したと想定した場合の図１１の短光パルスの光ファイバ伝送装置の各部（（Ａ）〜（Ｅ））における光パルスの時間波形（上段）およびスペクトル波形（下段）を示す図である。上段の時間波形上には、破線によりチャープを示している。図１２に示すように、光導波手段１２０にピークパワーの高い短光パルスが入射すると（図１２（Ａ））、光導波路内での正のＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用により短光パルスのスペクトル幅が広がったアップチャープ（ブルーシフトチャープ）パルスとなる（図１２（Ｂ））。一般に、ピークパワーが高い短光パルスほどＳＰＭ効果を大きく受け、短光パルスのスペクトル幅はより広がる。 12 shows the time waveform (upper stage) of the optical pulse in each part ((A) to (E)) of the optical fiber transmission device of the short optical pulse of FIG. 11 assuming that a short optical pulse with high peak power is incident. It is a figure which shows a spectrum waveform (lower stage). A chirp is indicated by a broken line on the upper time waveform. As shown in FIG. 12, when a short optical pulse having a high peak power is incident on the optical waveguide means 120 (FIG. 12A), the short optical pulse is caused by the interaction between the positive GVD effect and the SPM effect in the optical waveguide. Thus, an up-chirp (blue shift chirp) pulse with a broad spectrum width is obtained (FIG. 12B). In general, the shorter the optical pulse, the higher the peak power, the greater the SPM effect and the wider the spectral width of the short optical pulse.

スペクトル幅が広がった光パルスが、回折格子対などの負群速度分散発生手段１３０に入射すると、負群速度分散発生手段１３０の負のＧＶＤ効果によって、ダウンチャープパルスとなる（図１２（Ｃ））。一般に、光パルスが回折格子対などの負群速度分散発生手段から受けるＧＶＤ効果はスペクトル幅が広いほど大きく、スペクトル幅が広いと、３次以上の高次の分散による影響が無視できなくなる。 When an optical pulse having a broad spectrum width enters the negative group velocity dispersion generating means 130 such as a diffraction grating pair, it becomes a down chirp pulse due to the negative GVD effect of the negative group velocity dispersion generating means 130 (FIG. 12C). ). In general, the GVD effect that an optical pulse receives from a negative group velocity dispersion generating means such as a diffraction grating pair is larger as the spectrum width is wider. If the spectrum width is wider, the influence of higher-order dispersion of the third or higher order cannot be ignored.

負群速度分散発生手段１３０を出射したダウンチャープパルス（図１２（Ｃ））は、３次以上の高次の分散による波形の歪がない場合は、光ファイバ１４０を透過させることにより、光ファイバ１４０の正のＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用によってパルス時間幅およびスペクトル幅が狭いダウンチャープパルスとなるが、高次の分散による無視できない大きさの波形の歪みを含む場合は、時間波形にリンギング等の複雑な歪が生じる（図１２（Ｄ））。 The down chirp pulse (FIG. 12C) emitted from the negative group velocity dispersion generating means 130 is transmitted through the optical fiber 140 when there is no waveform distortion due to third or higher order dispersion. The interaction between the 140 positive GVD effect and the SPM effect results in a down chirp pulse with a narrow pulse time width and spectral width, but if the waveform includes distortion of a waveform that cannot be ignored due to high-order dispersion, Complex distortion such as ringing occurs (FIG. 12D).

このため、光学装置１５０に入射し、光学装置１５０内でＧＶＤ効果を受けた後も、リンギング等の波形の歪により、高次分散が含まれない場合と比較して、高いピークパワーを得ることができない（図１２（Ｅ））。この高次の分散による波形歪みを補償することは、その補償方法の複雑さ、コスト上昇などの面から難しい。 For this reason, even after entering the optical device 150 and receiving the GVD effect in the optical device 150, high peak power can be obtained compared to the case where higher-order dispersion is not included due to waveform distortion such as ringing. Cannot be performed (FIG. 12E). It is difficult to compensate for the waveform distortion due to this high-order dispersion in terms of the complexity of the compensation method and cost increase.

また、上記の特許文献２に開示の光ファイバ伝送装置によると、光ファイバ中でのＳＰＭ効果がほとんど無視できるまで、あらかじめ短光パルスに大きなＧＶＤ効果を与え、短光パルスのピークパワーを低下させておき、そのピークパワーが低下した光パルスを光ファイバに入射させる。 In addition, according to the optical fiber transmission device disclosed in Patent Document 2, the short optical pulse is given a large GVD effect in advance until the SPM effect in the optical fiber is almost negligible, and the peak power of the short optical pulse is reduced. In addition, an optical pulse having a reduced peak power is made incident on the optical fiber.

しかしながら、光ファイバ中でのＳＰＭ効果がほとんど無視できる程度までピークパワーを落とすには、非常に大きなＧＶＤ効果を短光パルスに与えなければならず、ＧＶＤ効果を与える光学素子のサイズが大きくなってしまうなど物理的な配置の面で不都合がある。更に、該ＧＶＤ効果を与える光学素子を光ファイバの前段・後段にそれぞれ配置しなければならず、光ファイバの長所である配置の自由度が著しく損なわれてしまう。 However, in order to reduce the peak power to such an extent that the SPM effect in the optical fiber is almost negligible, a very large GVD effect must be given to the short optical pulse, and the size of the optical element that gives the GVD effect increases. This is inconvenient in terms of physical arrangement. Furthermore, the optical elements that give the GVD effect must be arranged at the front and rear stages of the optical fiber, respectively, and the degree of freedom of arrangement, which is an advantage of the optical fiber, is significantly impaired.

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、高ピークパワーの短光パルスを、高次の分散による波形歪みの影響を低減し、この短光パルスを利用する光学装置の所望の位置で高ピークパワーの短光パルスが得られるように効率良く伝送でき、且つ、高い配置の自由度を有する短光パルスの光ファイバ伝送装置および光ファイバ伝送方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made by paying attention to these points is to reduce the influence of waveform distortion due to high-order dispersion of a short optical pulse having a high peak power, and to achieve a desired optical device using this short optical pulse. It is an object of the present invention to provide an optical fiber transmission device and an optical fiber transmission method for short optical pulses that can be efficiently transmitted so that a short optical pulse with a high peak power can be obtained at the position of FIG.

上記目的を達成する第１の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置の発明は、
高ピークパワーを持つアップチャープした短光パルスを出射するチャープパルス源と、
該チャープパルス源から出射された、前記短光パルスを伝送する光導波手段と、
該光導波手段から出射される短光パルスに負の群速度分散を与える負群速度分散発生手段と、
該負群速度分散発生手段から出射される短光パルスを所望の距離に渡って伝送する光ファイバと、
を有し、
前記チャープパルス源は、該チャープパルス源から出射した前記短光パルスを、前記光ファイバから時間波形に３次以上の高次の分散によるリンギングを含まないダウンチャープした短光パルスとして出射させるように、前記短光パルスを前記アップチャープさせるように構成されたことを特徴とするものである。 The invention of an optical fiber transmission device for short optical pulses according to the first aspect of achieving the above object,
A chirped pulse source that emits upchirped short light pulses with high peak power;
An optical waveguide means for transmitting the short optical pulse emitted from the chirped pulse source;
Negative group velocity dispersion generating means for giving negative group velocity dispersion to a short optical pulse emitted from the optical waveguide means;
An optical fiber for transmitting a short optical pulse emitted from the negative group velocity dispersion generating means over a desired distance;
Have
The chirped pulse source emits the short light pulse emitted from the chirped pulse source as a down-chirped short light pulse that does not include ringing due to third-order or higher-order dispersion in the time waveform from the optical fiber. The short light pulse is configured to cause the up- chirp.

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記チャープパルス源は、超短光パルスを出射する超短光パルス源と、該超短光パルス源から出射された超短光パルスに正の群速度分散を与え、該超短光パルスよりもピークパワーの小さい前記アップチャープした短光パルスとして出射させる正群速度分散発生手段とを備える、ことを特徴とするものである。 The invention according to a second aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to the first aspect,
The chirped pulse source includes an ultrashort optical pulse source that emits an ultrashort optical pulse, and imparts positive group velocity dispersion to the ultrashort optical pulse emitted from the ultrashort optical pulse source. And a positive group velocity dispersion generating means for emitting the upchirped short optical pulse having a small peak power.

第３の観点に係る発明は、第１または第２の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記光導波手段は、正の群速度分散値を有する、ことを特徴とするものである。 The invention according to a third aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to the first or second aspect,
The optical waveguide means has a positive group velocity dispersion value.

第４の観点に係る発明は、第１〜第３の観点のいずれかに係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記光ファイバは、正の群速度分散値を有する、ことを特徴とするものである。 The invention according to a fourth aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to any of the first to third aspects,
The optical fiber has a positive group velocity dispersion value.

第５の観点に係る発明は、第１〜第４の観点のいずれかに係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記光ファイバの後段に、該光ファイバから出射される短光パルスに正の群速度分散を与えて、該短光パルスよりも瞬時周波数変化の緩やかなダウンチャープパルスとして出射させる正群速度分散付加手段を設けた、ことを特徴とするものである。 The invention according to a fifth aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to any of the first to fourth aspects,
A positive group velocity dispersion is added at the subsequent stage of the optical fiber to give a positive group velocity dispersion to the short optical pulse emitted from the optical fiber and to emit it as a down chirp pulse with a gradual change in instantaneous frequency compared to the short optical pulse. Means is provided.

第６の観点に係る発明は、第１の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記負群速度分散発生手段は、負の群速度分散量を調整する負群速度分散量調整機構を有する、ことを特徴とするものである。 The invention according to a sixth aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to the first aspect,
The negative group velocity dispersion generating means has a negative group velocity dispersion amount adjusting mechanism for adjusting a negative group velocity dispersion amount.

第７の観点に係る発明は、第２の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記正群速度分散発生手段は、正の群速度分散量を調整する正群速度分散量調整機構を有する、ことを特徴とするものである。 The invention according to a seventh aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to the second aspect,
The positive group velocity dispersion generating means has a positive group velocity dispersion amount adjusting mechanism for adjusting a positive group velocity dispersion amount.

第８の観点に係る発明は、第５の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置において、
前記正群速度分散付加手段は、正の群速度分散量を調整する正群速度分散付加量調整機構を有する、ことを特徴とするものである。 The invention according to an eighth aspect is the short optical pulse optical fiber transmission device according to the fifth aspect,
The positive group velocity dispersion addition means has a positive group velocity dispersion addition amount adjusting mechanism for adjusting a positive group velocity dispersion amount.

上記目的を達成する第９の観点に係る短光パルスの光ファイバ伝送方法の発明は、
チャープパルス源により出射した高ピークパワーを持つアップチャープした短光パルスを光導波手段に入射させ、
該短光パルスを、光導波手段を用いて伝送し、
該光導波手段から出射される前記短光パルスに、負群速度分散発生手段を用いて負の群速度分散を与え、
該負群速度分散発生手段から出射される短光パルスを、光ファイバを用いて所望の距離に渡って伝送し、
前記チャープパルス源は、該チャープパルス源から出射した前記短光パルスを、前記光ファイバから時間波形に３次以上の高次の分散によるリンギングを含まないダウンチャープした短光パルスとして出射させるように、前記短光パルスを前記アップチャープさせるように構成されたことを特徴とするものである。 The invention of the short optical pulse optical fiber transmission method according to the ninth aspect of achieving the above object,
An up-chirped short optical pulse with high peak power emitted from a chirped pulse source is incident on the optical waveguide means,
Transmitting the short light pulse using an optical waveguide means;
A negative group velocity dispersion is given to the short light pulse emitted from the optical waveguide means using a negative group velocity dispersion generating means,
A short optical pulse emitted from the negative group velocity dispersion generating means is transmitted over a desired distance using an optical fiber,
The chirped pulse source emits the short light pulse emitted from the chirped pulse source as a down-chirped short light pulse that does not include ringing due to third-order or higher-order dispersion in the time waveform from the optical fiber. The short light pulse is configured to cause the up- chirp.

本発明によれば、チャープパルス源は、該チャープパルス源から出射したアップチャープした短光パルスを、光導波手段、負群速度分散発生手段を経て、光ファイバから時間波形に３次以上の高次の分散によるリンギングを含まないダウンチャープした短光パルスとして出射させるように、前記短光パルスをアップチャープさせるように構成されたので、高ピークパワーの短光パルスを、高次の分散による波形歪みの影響を低減し、この短光パルスを利用する光学装置の所望の位置で高ピークパワーの短光パルスが得られるように効率良く伝送でき、且つ、高い配置の自由度を有する短光パルスの光ファイバ伝送装置および光ファイバ伝送方法を提供することができる。

According to the present invention, the chirped pulse source generates a third or higher order high-order waveform from the optical fiber to the time waveform via the optical waveguide means and the negative group velocity dispersion generating means. The short light pulse is configured to be up- chirped so as to be emitted as a short-chirped short light pulse that does not include ringing due to the next dispersion. Short light pulse that can be efficiently transmitted so that a short light pulse with a high peak power can be obtained at a desired position of an optical device that uses the short light pulse while reducing the influence of distortion, and has a high degree of freedom in arrangement. An optical fiber transmission device and an optical fiber transmission method can be provided.

本発明の第１実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical system having an optical fiber transmission device for short light pulses according to a first embodiment of the present invention. 図１の各部における光パルスの時間波形（上段）およびスペクトル波形（下段）を示す図である。It is a figure which shows the time waveform (upper stage) and spectrum waveform (lower stage) of the optical pulse in each part of FIG. 図１の短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの具体的構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the optical system which has the optical fiber transmission apparatus of the short optical pulse of FIG. 図３の光学システムにおけるガラスロッドのＧＶＤ量に対する顕微鏡標本面での２光子蛍光強度を示す図である。It is a figure which shows the two-photon fluorescence intensity in the microscope sample surface with respect to the GVD amount of the glass rod in the optical system of FIG. 本発明の第２実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの概略構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structural example of the optical system which has the optical fiber transmission apparatus of the short optical pulse which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図５の正群速度分散付加手段の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the positive group velocity dispersion | distribution addition means of FIG. 本発明の第３実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system which has an optical fiber transmission apparatus of the short optical pulse which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system which has an optical fiber transmission apparatus of the short optical pulse which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system which has an optical fiber transmission apparatus of the short optical pulse which concerns on 5th Embodiment of this invention. 第５実施形態に係る超短光パルス源の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the ultrashort optical pulse source which concerns on 5th Embodiment. 従来技術に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the optical system which has an optical fiber transmission apparatus of the short light pulse based on a prior art. ピークパワーの高い短光パルスが入射したと想定した場合の図１１の各部における光パルスの時間波形（上段）およびスペクトル波形（下段）を示す図である。It is a figure which shows the time waveform (upper stage) and spectrum waveform (lower stage) of the optical pulse in each part of FIG. 11 when it is assumed that the short optical pulse with high peak power has entered.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態を示すもので、図１は短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの概略構成を示すブロック図、図２は、図１の（Ａ）〜（Ｅ）の各部における光パルスの時間波形（上段）およびスペクトル波形（下段）を示す図である。なお、図２の上段の時間波形上の破線はチャープを示している。 (First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical system having an optical fiber transmission device for short light pulses, and FIG. It is a figure which shows the time waveform (upper stage) and spectrum waveform (lower stage) of the optical pulse in each part of A)-(E). In addition, the broken line on the time waveform in the upper part of FIG. 2 indicates chirp.

本実施形態に係る光学システムは、チャープパルス源１０と、光導波手段２０と、負群速度分散発生手段３０と、光ファイバ４０と、短光パルスを利用する正のＧＶＤを有する光学装置５０とを有している。 The optical system according to the present embodiment includes a chirped pulse source 10, an optical waveguide unit 20, a negative group velocity dispersion generating unit 30, an optical fiber 40, and an optical device 50 having a positive GVD using short optical pulses. have.

チャープパルス源１０は、超短光パルス源１１と正群速度分散発生手段６０とから構成される。超短光パルス源１１としては、高ピークパワーの変換限界（ＴＬ）に近い超短光パルスを射出する、チタン：サファイアレーザ、モード同期希土類添加光ファイバレーザ、モード同期半導体レーザ、あるいは利得スイッチ半導体レーザ等の光源を用いる。さらに、光増幅器を組み合わせて構成して、例えば、１００ピコ秒未満のパルス幅を持つ超短光パルスを発生させる。正群速度発生手段６０は、例えば、正の群速度分散（ＧＶＤ）を有するガラスロッドなどの光透過基板、レンズ、音響光学変調素子、電気光学変調素子、回折格子、プリズムを含んで構成される。 The chirp pulse source 10 includes an ultrashort optical pulse source 11 and a positive group velocity dispersion generating means 60. As the ultrashort optical pulse source 11, a titanium: sapphire laser, a mode-locked rare-earth doped optical fiber laser, a mode-locked semiconductor laser, or a gain switch semiconductor that emits an ultrashort light pulse close to the conversion limit (TL) of high peak power. A light source such as a laser is used. Furthermore, an optical amplifier is combined to generate, for example, an ultrashort optical pulse having a pulse width of less than 100 picoseconds. The positive group velocity generation means 60 includes, for example, a light transmitting substrate such as a glass rod having positive group velocity dispersion (GVD), a lens, an acoustooptic modulator, an electrooptic modulator, a diffraction grating, and a prism. .

図２の（Ａ）に示す、超短光パルス源１１からの高ピークパワーの超短光パルスは、正群速度発生手段６０を通過することによって、図２（Ｂ）に示すようにパルスの時間幅が広がるとともにピークパワーが低下したアップチャープした短光パルスとして、チャープパルス源１０から出射される。 The ultrashort optical pulse with a high peak power from the ultrashort optical pulse source 11 shown in FIG. 2A passes through the positive group velocity generating means 60, and as shown in FIG. The light is emitted from the chirped pulse source 10 as an up-chirped short light pulse with a wide time width and a reduced peak power.

光導波手段２０は、例えば、光パルスの波長において正のＧＶＤ値を有する単一モード光ファイバ、多モード光ファイバ、分散補償ファイバ、フォトニック結晶ファイバ（Photonic crystal fiber:ＰＣＦ）、増幅光ファイバ、導波路型半導体光増幅器、平面光導波路、屈折率分布型レンズのいずれか一つを含んで構成される。 The optical waveguide means 20 includes, for example, a single mode optical fiber having a positive GVD value at the wavelength of the optical pulse, a multimode optical fiber, a dispersion compensating fiber, a photonic crystal fiber (PCF), an amplification optical fiber, It is configured to include any one of a waveguide type semiconductor optical amplifier, a planar optical waveguide, and a gradient index lens.

図２（Ｂ）に示す光チャープパルス源１０からのアップチャープした短光パルスは、この光導波手段２０を透過することにより、光導波手段２０の正のＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用によって、図２（Ｃ）に示すように、パルス時間幅およびスペクトル幅がそれぞれ広がり、ピークパワーがさらに低下し、且つ、瞬時周波数変化がより急なアップチャープパルスとなる。ここで、光導波手段２０に入射するアップチャープした短光パルスは、変換限界（ＴＬ）に近いパルスに比べピークパワーが低いので、光導波手段２０から出射されるアップチャープパルスは、ＴＬパルスが入射した場合と比べ、非線形効果によるスペクトル幅の広がりが抑えられる。 The short chirped optical pulse from the optical chirped pulse source 10 shown in FIG. 2B is transmitted through the optical waveguide means 20, thereby causing an interaction between the positive GVD effect and the SPM effect of the optical waveguide means 20. As shown in FIG. 2 (C), the pulse time width and the spectrum width are widened, the peak power is further reduced, and the instantaneous frequency change becomes an abrupt upchirp pulse. Here, the up-chirped short light pulse incident on the optical waveguide means 20 has a lower peak power than a pulse close to the conversion limit (TL), and therefore the up-chirped pulse emitted from the optical waveguide means 20 has a TL pulse. Compared to the incident case, the spread of the spectrum width due to the nonlinear effect is suppressed.

光導波手段２０から出射されるアップチャープの光パルスは、次に、負群速度分散発生手段３０へ入射する。負群速度分散発生手段３０は、例えば、光パルスの波長において負のＧＶＤ量を与える、一対の回折格子、一対のプリズム、チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Chirped fiber Bragg grating:ＣＦＢＧ）、ＧＴ（Gires-Tournois）干渉計、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）型分散補償器、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）、空間液晶光変調器、中空光ファイバ、フォトニック液晶のいずれか一つを含んで構成される。 The up-chirped light pulse emitted from the optical waveguide means 20 then enters the negative group velocity dispersion generating means 30. The negative group velocity dispersion generating means 30 is, for example, a pair of diffraction gratings, a pair of prisms, a chirped fiber Bragg grating (CFBG), a GT (GT) that gives a negative GVD amount at the wavelength of the optical pulse. Gires-Tournois interferometer, VIPA (Virtually Imaged Phased Array) type dispersion compensator, arrayed waveguide grating (AWG), spatial liquid crystal light modulator, hollow optical fiber, photonic liquid crystal Consists of including.

光導波手段２０からのアップチャープパルスは、この負群速度分散発生手段３０を透過することにより、負群速度分散発生手段３０の負のＧＶＤ効果によって、図２（Ｄ）に示すように、ダウンチャープパルスとなる。ここで、負群速度分散発生手段３０に入射するアップチャープパルスのスペクトル幅が狭く抑えられているので、３次以上の高次の分散による影響は無視できる程度に抑えられる。なお、この負群速度分散発生手段３０により光パルスに与えられる負のＧＶＤ量は、光学装置５０内の所望の地点において、光パルスが十分に再圧縮されるように、調整される。 The up-chirped pulse from the optical waveguide means 20 is transmitted through the negative group velocity dispersion generating means 30, and as a result of the negative GVD effect of the negative group velocity dispersion generating means 30, as shown in FIG. It becomes a chirp pulse. Here, since the spectrum width of the up chirp pulse incident on the negative group velocity dispersion generating means 30 is suppressed to be narrow, the influence of the third-order or higher-order dispersion is suppressed to a negligible level. The negative GVD amount given to the optical pulse by the negative group velocity dispersion generating means 30 is adjusted so that the optical pulse is sufficiently recompressed at a desired point in the optical device 50.

負群速度分散発生手段３０から出射されるダウンチャープの光パルスは、次に、光ファイバ４０へ入射する。光ファイバ４０は、光パルスを所望の距離に渡って伝送するもので、例えば、光パルスの波長において正のＧＶＤ値を有する、単一モード光ファイバ、多モード光ファイバ、分散補償ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、増幅光ファイバのいずれか一つを用いて構成する。ここで、光ファイバ４０に入射する光パワーは、種々の光損失を受けているため、光導波手段２０に入射する光パワーよりも、通常は低くなっている。そのため、光ファイバ４０のＧＶＤ値に対する非線形光学定数の比は、光導波手段２０のそれと同じか、それよりも大きな値とするのが好ましい場合が多い。 The down-chirped light pulse emitted from the negative group velocity dispersion generating means 30 then enters the optical fiber 40. The optical fiber 40 transmits an optical pulse over a desired distance. For example, a single mode optical fiber, a multimode optical fiber, a dispersion compensating fiber, a photonic optical fiber having a positive GVD value at the wavelength of the optical pulse. Either one of a crystal fiber and an amplification optical fiber is used. Here, the optical power incident on the optical fiber 40 is usually lower than the optical power incident on the optical waveguide means 20 because it suffers various optical losses. Therefore, it is often preferable that the ratio of the nonlinear optical constant to the GVD value of the optical fiber 40 is the same as or larger than that of the optical waveguide unit 20.

負ＧＶＤ発生手段３０からのダウンチャープパルスは、この光ファイバ４０を透過させることにより、光ファイバ４０の正のＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用によって、図２（Ｅ）に示すように、パルス時間幅およびスペクトル幅が、図２（Ｄ）に示す入射パルスにおけるよりもそれぞれ狭くなり、ピークパワーが高くチャープの少ないダウンチャープパルスとなる。すなわち、光ファイバ４０からは、負群速度分散発生手段３０から入射したダウンチャープパルスよりも、瞬時周波数変化が緩やかなダウンチャープパルスを出射する。また、図２（Ｄ）のダウンチャープパルスは、３次以上の高次の分散による影響を実質的に受けていないので、図２（Ｅ）のダウンチャープパルスには、リンギング等の波形の歪が生じないか極めて小さな歪みのみが生じる。なお、高次の分散による影響を実質的に受けていないとは、短光パルスの時間幅を圧縮した際に、短光パルスの時間波形に高次の分散の影響によるリンギング等の極大・極小値が現れないような状態、あるいは、高次分散による後段の光学装置に対する影響が無視できる程度である状態を意味する。 The down-chirp pulse from the negative GVD generating means 30 is transmitted through the optical fiber 40, and as shown in FIG. 2 (E), due to the interaction between the positive GVD effect and the SPM effect of the optical fiber 40. The time width and the spectral width are narrower than those in the incident pulse shown in FIG. 2D, resulting in a down chirp pulse with high peak power and low chirp. That is, the optical fiber 40 emits a down chirp pulse whose instantaneous frequency change is gentler than that of the down chirp pulse incident from the negative group velocity dispersion generating means 30. Further, since the down chirp pulse in FIG. 2D is not substantially affected by third-order or higher order dispersion, the down chirp pulse in FIG. 2E has waveform distortion such as ringing. Does not occur or only very small distortion occurs. It should be noted that when the time width of a short light pulse is compressed, the maximum and minimum of ringing due to the influence of high-order dispersion and the like are reduced when the time width of the short light pulse is compressed. It means a state in which no value appears, or a state in which the influence on the subsequent optical device due to high-order dispersion is negligible.

光ファイバ４０から出射される光パルスは、最後に、光学装置５０へ入射する。光学装置５０は、例えば、生物標本観察用のレーザ走査型顕微鏡（Laser-scanning microscope:ＬＳＭ）や内視鏡等である。 The light pulse emitted from the optical fiber 40 finally enters the optical device 50. The optical device 50 is, for example, a laser-scanning microscope (LSM) for observing a biological specimen, an endoscope, or the like.

これにより、光ファイバ４０からのダウンチャープパルスは、光学装置５０の光学系によるＧＶＤ効果によって、図２（Ｆ）に示すように、スペクトル幅は殆ど変わらず、光パルス時間幅がさらに狭くなり、所望の位置である、例えば、生物標本上において、超短光パルス源１１から出射された超短光パルスと同程度かそれ以上に時間幅が圧縮され、ピークパワーも高くなる。また、その際、３次以上の高次の分散によるリンギング等の波形の歪みも実質的に生じない。したがって、生物標本の深い部位を、充分な明度で観察することが可能となる。 Thereby, the down-chirp pulse from the optical fiber 40 has a spectrum width almost unchanged as shown in FIG. 2 (F) due to the GVD effect by the optical system of the optical device 50, and the optical pulse time width is further narrowed. At a desired position, for example, on a biological specimen, the time width is compressed to the same level or more as the ultrashort light pulse emitted from the ultrashort light pulse source 11, and the peak power is increased. At that time, waveform distortion such as ringing due to third-order or higher-order dispersion does not substantially occur. Therefore, it is possible to observe a deep part of the biological specimen with sufficient brightness.

図３は、図１の短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムを顕微鏡に適用した場合の具体的構成例を示す図である。この光学システムでは、超短光パルス源１１として、発振波長約８００ｎｍ、パルス幅約１００ｆｓ（フェムト秒）、繰り返し周波数８０ＭＨｚ、スペクトル幅約９．４ｎｍ、平均光出力約２Ｗの超短光パルスを発生する、チタン：サファイアモード同期レーザ１２を用いる。 FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example when the optical system having the short optical pulse optical fiber transmission device of FIG. 1 is applied to a microscope. In this optical system, as an ultrashort optical pulse source 11, an ultrashort optical pulse having an oscillation wavelength of about 800 nm, a pulse width of about 100 fs (femtosecond), a repetition frequency of 80 MHz, a spectral width of about 9.4 nm, and an average optical output of about 2 W is generated. A titanium: sapphire mode-locked laser 12 is used.

また、正群速度分散発生手段６０は、長さ６０ｍｍの硝材（ＳＦ１０）より形成された、ＧＶＤ値約１．５５×１０^−４ｐｓ^２ｍｍ^−１、ＧＶＤ量約０．０１ｐｓ^２のガラスロッド６１を用いる。ここで、ガラスロッド６１として適切なＧＶＤ量を有するものを用いることによって、顕微鏡標本上での短光パルスのピークパワーを最大にすることができる。 Moreover, positive group-velocity dispersion generation means 60 was formed from the glass material (SF10) of length 60 mm, GVD value of about ^{^{^{1.55 × 10 -4 ps 2 mm -1}}} , glass rod GVD of about 0.01 ps ² 61 is used. Here, by using the glass rod 61 having an appropriate GVD amount, the peak power of the short light pulse on the microscope specimen can be maximized.

図４は、図３の光学システムにおけるガラスロッド６１のＧＶＤ量に対する顕微鏡標本面での２光子蛍光強度を示す図であり、横軸にガラスロッド６１のＧＶＤ量、縦軸に２光子蛍光強度をとっている。この図によれば、ＧＶＤ量が０．０１ｐｓ^２の場合に、２光子蛍光強度が最大となる。ガラスロッド６１のＧＶＤ量は、例えば、ガラスロッドの長さを変えることによって調整することができる。 FIG. 4 is a diagram illustrating the two-photon fluorescence intensity on the microscope specimen surface with respect to the GVD amount of the glass rod 61 in the optical system of FIG. 3, wherein the horizontal axis represents the GVD amount of the glass rod 61 and the vertical axis represents the two-photon fluorescence intensity. I'm taking it. According to this figure, when the GVD amount is 0.01 ps ² , the two-photon fluorescence intensity becomes maximum. The amount of GVD of the glass rod 61 can be adjusted, for example, by changing the length of the glass rod.

また、光導波手段２０は、波長８００ｎｍ帯で、３６ｐｓ^２ｋｍ^−１程度のＧＶＤ値を有し、非線形光学定数が約１．７Ｗ^−１ｋｍ^−１、長さ１ｍのラージモードエリアフォトニック結晶ファイバ（ＬＭＡ−ＰＣＦ）２１より構成される。 The optical waveguide means 20 is a large mode area photonic crystal having a GVD value of about 36 ps ² km ⁻¹ at a wavelength of 800 nm, a nonlinear optical constant of about 1.7 W ⁻¹ km ⁻¹ , and a length of 1 m. It is composed of a fiber (LMA-PCF) 21.

負群速度分散発生手段３０は、ミラー３１ａ、回折格子３１ｂ，３１ｃ、矩形ミラー３１ｄおよびミラー３１ｅを有して構成され、ＬＭＡ−ＰＣＦ２１から出射される短光パルスを、ミラー３１ａで偏向させ、回折格子３１ｂおよび回折格子３１ｃで順次回折させた後、矩形ミラー３１ｄで光路を切り替えて、回折格子３１ｃ、回折格子３１ｂおよびミラー３１ｅを経て出射させるように構成する。これによって、−０．１６ｐｓ^２程度のＧＶＤ量および０．０００３３ｐｓ^３程度のＧＶＤＳ量を与える。なお、ＧＶＤＳ量とは３次の分散を示す量である。また、回折格子３１ｃの位置は調整可能であり、これによって、ＧＶＤ量を変化させることができる。したがって、負群速度分散量調整機構は、回折格子３１ｃを含んで構成される。 The negative group velocity dispersion generating means 30 includes a mirror 31a, diffraction gratings 31b and 31c, a rectangular mirror 31d, and a mirror 31e. The short light pulse emitted from the LMA-PCF 21 is deflected by the mirror 31a to be diffracted. After sequentially diffracting by the grating 31b and the diffraction grating 31c, the optical path is switched by the rectangular mirror 31d, and the light is emitted through the diffraction grating 31c, the diffraction grating 31b, and the mirror 31e. This gives a GVD amount of about −0.16 ps ² and a GVDS amount of about 0.00033 ps ³ . The GVDS amount is an amount indicating third order dispersion. Further, the position of the diffraction grating 31c can be adjusted, whereby the amount of GVD can be changed. Accordingly, the negative group velocity dispersion amount adjusting mechanism includes the diffraction grating 31c.

光ファイバ４０は、波長８００ｎｍ帯で、３６ｐｓ^２ｋｍ^−１程度のＧＶＤ値を有し、非線形光学定数が約１．７Ｗ^−１ｋｍ^−１、長さ３ｍのラージモードエリアフォトニック結晶ファイバ（ＬＭＡ−ＰＣＦ）４１を用いて構成する。さらに、光学装置５０としては、０．０１ｐｓ^２程度のＧＶＤ量を有する顕微鏡５１を用いる。 The optical fiber 40 is a large mode area photonic crystal fiber (LMA) having a GVD value of about 36 ps ² km ⁻¹ at a wavelength of 800 nm, a nonlinear optical constant of about 1.7 W ⁻¹ km ⁻¹ , and a length of 3 m. -PCF) 41. Furthermore, as the optical device 50, a microscope 51 having a GVD amount of about 0.01 ps ² is used.

以上説明した光学システムの構成により、顕微鏡の標本上で、波長約８００ｎｍの帯域内で、３次以上の高次の分散による波形歪みの影響が実質的に無視できる程度に低減された、光パルス時間幅が約１００ｆｓ以下の超短光パルスが得られる。また、ＬＭＡ−ＰＣＦ２１を通過する際に、ＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用で受けたパルス幅とスペクトル幅の変化を、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１を通過する際に、同様にＧＶＤ効果とＳＰＭ効果との相互作用を利用して補償し、パルス幅とスペクトル幅をほぼ元に戻しているので、非線形効果を回避するために大きなＧＶＤ効果を与える大きな光学素子をＬＭＡ−ＰＣＦ４１の前後に配置する必要が無い。したがって、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１を高い自由度で配置することができる。 With the optical system configuration described above, an optical pulse in which the influence of waveform distortion due to third-order or higher-order dispersion is substantially negligible on a microscope specimen within a wavelength band of about 800 nm. An ultrashort light pulse with a time width of about 100 fs or less is obtained. In addition, when passing through the LMA-PCF 21, changes in the pulse width and the spectrum width received by the interaction between the GVD effect and the SPM effect are similarly detected between the GVD effect and the SPM effect when passing through the LMA-PCF 41. Since compensation is performed by using the interaction, and the pulse width and the spectrum width are almost restored, it is not necessary to arrange a large optical element that gives a large GVD effect before and after the LMA-PCF 41 in order to avoid the nonlinear effect. . Therefore, the LMA-PCF 41 can be arranged with a high degree of freedom.

以上説明したように本実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置によれば、アップチャープした短光パルスを射出するチャープパルス源１０を用いて、ＬＭＡ−ＰＣＦ２１、負群速度分散発生手段３０を介して、実質的に３次以上の高次の分散による波形歪みを含まないダウンチャープした短光パルスを、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１から顕微鏡５１に出射させるように構成したので、高ピークパワーの短光パルスを、高次の分散による波形歪みの影響を低減し、光学装置の所望の位置へ効率良く伝送でき、且つ、高い配置の自由度を有することができる。 As described above, according to the optical fiber transmission device for short optical pulses according to the present embodiment, the LMA-PCF 21 and the negative group velocity dispersion generating means 30 are used by using the chirp pulse source 10 that emits the up-chirped short optical pulse. Through this, the short chirped light pulse that does not substantially include waveform distortion due to higher-order dispersion of the third order or higher is emitted from the LMA-PCF 41 to the microscope 51. The influence of waveform distortion due to high-order dispersion can be reduced, the pulse can be efficiently transmitted to a desired position of the optical device, and a high degree of freedom in arrangement can be obtained.

（第２実施形態）
図５は、本発明第２実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１実施形態の光ファイバ４０と光学装置５０との間に、正のＧＶＤ効果を与える正群速度分散付加手段７０を設けて、光学装置５０に入射させる短光パルスのダウンチャープを調整し、これにより、光学装置５０内の所望の位置において、高ピークパワーを持つ所望の時間幅の超短光パルスを得るようにしたものである。ここで、正群速度分散付加手段７０は、例えば、ガラスロッドなどの光透過基板、レンズ、音響光学変調素子、回折格子、プリズムの何れかを含んで構成される。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical system having a short optical pulse optical fiber transmission device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a positive group velocity dispersion adding means 70 for providing a positive GVD effect is provided between the optical fiber 40 and the optical device 50 of the first embodiment, and the short light pulse incident on the optical device 50 is reduced. The chirp is adjusted to obtain an ultrashort light pulse with a desired time width having a high peak power at a desired position in the optical device 50. Here, the positive group velocity dispersion adding unit 70 includes, for example, any one of a light transmitting substrate such as a glass rod, a lens, an acoustooptic modulator, a diffraction grating, and a prism.

正群速度分散付加手段７０を設けることによって、顕微鏡や内視鏡の標本面等の所望の位置で高ピークパワーのパルスが得られるように、光学装置５０に入射する短光パルスのチャープを調整することができる。これによって、標本面で２光子蛍光などの非線形効果が起こる効率を上げることができ、明るい画像が得られる。 By providing the positive group velocity dispersion adding means 70, the chirp of the short light pulse incident on the optical device 50 is adjusted so that a high peak power pulse can be obtained at a desired position such as a sample surface of a microscope or an endoscope. can do. This can increase the efficiency with which nonlinear effects such as two-photon fluorescence occur on the specimen surface, and a bright image can be obtained.

さらに、正群速度分散付加手段７０は、調整機構を有することができる。例えば、本実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を、像倍率に応じて複数の対物レンズを切り替えて使用する顕微鏡に適用した場合、対物レンズに使用される硝材やその厚さが異なるために、対物レンズを切り替えるとＧＶＤ量が変わってしまう。このため、顕微鏡対物レンズの分散量に応じて、正群速度分散付加手段７０の分散量を調整できると好ましい。 Further, the positive group velocity dispersion adding means 70 can have an adjusting mechanism. For example, when the optical fiber transmission device for short light pulses according to the present embodiment is applied to a microscope that switches between a plurality of objective lenses according to the image magnification, the glass material used for the objective lens and the thickness thereof are different. Therefore, the amount of GVD changes when the objective lens is switched. For this reason, it is preferable that the dispersion amount of the positive group velocity dispersion adding means 70 can be adjusted in accordance with the dispersion amount of the microscope objective lens.

図６は、図５の正群速度分散付加手段の具体例を説明する図である。本実施形態の短光パルスの光ファイバ伝送装置は、顕微鏡８１に適用されており、光ファイバ４０を出射したダウンチャープパルスは顕微鏡本体８１ａに導光される。顕微鏡８１は複数の対物レンズ５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備え、レボルバ５１ｄにより顕微鏡観察に使用する対物レンズ５１ａ，５１ｂ，５１ｃを切り替えられるように構成されている。 FIG. 6 is a diagram for explaining a specific example of the positive group velocity dispersion adding means of FIG. The short optical pulse optical fiber transmission device of the present embodiment is applied to the microscope 81, and the down chirp pulse emitted from the optical fiber 40 is guided to the microscope body 81a. The microscope 81 includes a plurality of objective lenses 51a, 51b, and 51c, and is configured such that the objective lenses 51a, 51b, and 51c used for microscope observation can be switched by a revolver 51d.

また、対物レンズ５１ｂ，５１ｃの短光パルスの入射側には、５１ｂ，５１ｃを使用する場合も対物レンズ５１ａを用いた場合とＧＶＤ量が変化しないように、適切なＧＶＤ量を付加する長さの異なるガラスロッド７１ｂ，７１ｃがそれぞれ組み込まれている。すなわち、図６において、ガラスロッド７１ｂ，７１ｃおよびレボルバ５１ｄは、正群速度分散付加手段７０を構成する。また、レボルバ５１ｄは、対物レンズ５１ａ，５１ｂ，５１ｃの切り替え機構と同時に、正群速度分散付加量調整機構としても機能している。 In addition, on the incident side of the short light pulse of the objective lenses 51b and 51c, a length for adding an appropriate GVD amount so that the GVD amount does not change even when the objective lens 51a is used even when the 51b and 51c are used. Glass rods 71b and 71c having different sizes are incorporated. That is, in FIG. 6, the glass rods 71 b and 71 c and the revolver 51 d constitute the positive group velocity dispersion adding means 70. The revolver 51d also functions as a positive group velocity dispersion addition adjustment mechanism as well as a switching mechanism for the objective lenses 51a, 51b, and 51c.

以上説明したように、本実施形態によれば、光ファイバと対物レンズとの間に、正のＧＶＤ効果を与えるガラスロッド７１ｂ、７１ｃを設けたので、第１実施形態の効果に加え、入射する短光パルスのダウンチャープを調整し、これにより、所望の位置すなわち顕微鏡の標本面において、高ピークパワーを持つ所望の時間幅の超短光パルスを得ることができる。さらに、レボルバ５１ｄによりガラスロッド無しまたはガラスロッド７１ｂ，７１ｃを切り替えられるようにしたので、対物レンズ５１ａ，５１ｂ，５１ｃのそれぞれの分散量に応じて適切なＧＶＤ量を付加することができ、いずれの対物レンズを用いる場合も標本面で高ピークパワーの短光パルスが得られる。 As described above, according to the present embodiment, since the glass rods 71b and 71c that provide the positive GVD effect are provided between the optical fiber and the objective lens, in addition to the effects of the first embodiment, the light enters. By adjusting the down chirp of the short light pulse, it is possible to obtain an ultra short light pulse having a desired time width having a high peak power at a desired position, that is, a specimen surface of a microscope. Furthermore, since the revolver 51d can switch the glass rod without or the glass rods 71b, 71c, an appropriate GVD amount can be added according to the respective dispersion amounts of the objective lenses 51a, 51b, 51c. Even when an objective lens is used, a short light pulse with a high peak power can be obtained on the specimen surface.

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。本実施形態は、図５に示した短光パルスの光ファイバ伝送装置を、内視鏡に適用したものである。この光学システムでは、超短光パルス源１１として、発振波長約９８０ｎｍ、パルス幅約１２０ｆｓ、繰り返し周波数９０ＭＨｚ、平均光出力約０．８Ｗの光パルスを発生する、チタン：サファイアモード同期レーザ１２を用いる。 (Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical system having an optical fiber transmission device for short light pulses according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the optical fiber transmission device for short light pulses shown in FIG. 5 is applied to an endoscope. In this optical system, a titanium: sapphire mode-locked laser 12 that generates an optical pulse having an oscillation wavelength of about 980 nm, a pulse width of about 120 fs, a repetition frequency of 90 MHz, and an average optical output of about 0.8 W is used as the ultrashort optical pulse source 11. .

また、正群速度分散発生手段６０としては、音響光学素子（ＡＯＭ）６２を用いる。ＡＯＭ６２は、超短光パルス源１１から出射された超短光パルスをアップチャープした短光パルスにするとともに、出力強度を変調することができる。 As the positive group velocity dispersion generating means 60, an acousto-optic element (AOM) 62 is used. The AOM 62 can modulate the output intensity while making the ultrashort optical pulse emitted from the ultrashort optical pulse source 11 an upchirped short optical pulse.

光導波手段２０としては、波長９８０ｎｍ帯で、２３ｐｓ^２ｋｍ^−１程度のＧＶＤ値を有し、非線形光学定数が約１．４Ｗ^−１ｋｍ^−１、長さ０．２ｍのＬＭＡ−ＰＣＦ２１を用いて構成する。 As the optical waveguide means 20, an LMA-PCF 21 having a GVD value of about 23 ps ² km ⁻¹ at a wavelength of 980 nm, a nonlinear optical constant of about 1.4 W ⁻¹ km ⁻¹ , and a length of 0.2 m is used. Configure.

また、負群速度分散発生手段３０は、ミラー３２ａ、プリズム３２ｂ，３２ｃ、矩形ミラー３１ｄおよびミラー３１ｅを有し、ＬＭＡ−ＰＣＦ２１から出射される短光パルスをミラー３２ａで偏向させた後、プリズム３２ａ，３２ｂで屈折させた後、矩形ミラー３２ｄで光路を切り替えて、プリズム３２ｃ，３２ｂおよびミラー３１ｅを経て出射させるように構成する。これによって、−０．０４ｐｓ^２程度のＧＶＤ量および−０．０００１ｐｓ^３程度のＧＶＤＳ量を与える。 The negative group velocity dispersion generating means 30 includes a mirror 32a, prisms 32b and 32c, a rectangular mirror 31d, and a mirror 31e. After the short light pulse emitted from the LMA-PCF 21 is deflected by the mirror 32a, the prism 32a , 32b, the light path is switched by a rectangular mirror 32d, and the light is emitted through prisms 32c, 32b and a mirror 31e. This gives a GVD amount of about −0.04 ps ² and a GVDS amount of about −0.0001 ps ³ .

光ファイバ４０は、波長９８０ｎｍ帯で、２３ｐｓ^２ｋｍ^−１程度のＧＶＤ値を有し、非線形光学定数が約１．４Ｗ^−１ｋｍ^−１、長さ１ｍのＬＭＡ−ＰＣＦ４１を用いる。 The optical fiber 40 uses an LMA-PCF 41 having a GVD value of about 23 ps ² km ⁻¹ at a wavelength of 980 nm, a nonlinear optical constant of about 1.4 W ⁻¹ km ⁻¹ , and a length of 1 m.

さらに、光学装置５０としての内視鏡対物レンズ５２の前段に、正群速度分散付加手段７０であるガラスロッド７２を設ける。ガラスロッド７２は硝材（ＳＦ１０）により構成される、ＧＶＤ値１．１４×１０^−４ｐｓ^２ｍｍ^−１、長さ１８ｍｍ、ＧＶＤ量０．００２ｐｓ^２の部材である。ガラスロッド７２を入れる理由は、内視鏡対物レンズ５２のＧＶＤ量（０．００３ｐｓ^２）が小さいので、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１から出射するダウンチャープした光パルスのチャープの補償のために必要なＧＶＤ量を確保するためである。チタン：サファイアモード同期レーザ１２から、内視鏡対物レンズ５２までのＧＶＤ量の和は、略ゼロとなっている。 Further, a glass rod 72 which is a positive group velocity dispersion adding means 70 is provided in front of the endoscope objective lens 52 as the optical device 50. Glass rod 72 is composed of a glass material (SF10), GVD value ^{^{^{1.14 × 10 -4 ps 2 mm -1}}} , the length 18 mm, members of GVD amount 0.002ps ^2. The reason for inserting the glass rod 72 is that the GVD amount (0.003 ps ² ) of the endoscope objective lens 52 is small. Therefore, the GVD amount necessary for compensating the chirp of the down-chirped light pulse emitted from the LMA-PCF 41 is set. This is to ensure. The sum of the GVD amounts from the titanium: sapphire mode-locked laser 12 to the endoscope objective lens 52 is substantially zero.

なお、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１，ガラスロッド７２および内視鏡対物レンズ５２は、可撓性の内視鏡８２の挿入部に配置される。 Note that the LMA-PCF 41, the glass rod 72, and the endoscope objective lens 52 are disposed in the insertion portion of the flexible endoscope 82.

本実施形態によれば、ガラスロッド７２をＬＭＡ−ＰＣＦ４１と内視鏡対物レンズ５２との間に設けたので、内視鏡対物レンズ５２のＧＶＤ量が小さい場合でも、必要なＧＶＤ量を確保してピークパワーの高い短光パルスを得ることができる。また、正群速度分散発生手段６０として、ＡＯＭ６２を用いたので、チタン：サファイアモード同期レーザ１２を出射した超短光パルスをアップチャープパルスにすることに加え、強度変調により短光パルスを適切な出力に設定することができる。 According to the present embodiment, since the glass rod 72 is provided between the LMA-PCF 41 and the endoscope objective lens 52, the necessary GVD amount is ensured even when the GVD amount of the endoscope objective lens 52 is small. Thus, a short light pulse with high peak power can be obtained. Further, since the AOM 62 is used as the positive group velocity dispersion generating means 60, the ultrashort optical pulse emitted from the titanium: sapphire mode-locked laser 12 is changed to an up-chirp pulse, and the short optical pulse is appropriately converted by intensity modulation. Can be set to output.

（第４実施形態）
図８は、発明の第４実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。本実施形態は、図３に示した第１実施形態の具体的構成において、ガラスロッド６１およびＬＭＡ−ＰＣＦ２１を、それぞれ、回折格子対６４ｂ，６４ｅを含む正群速度分散発生手段６０およびシングルモードファイバ（ＳＭＦ）２２に置き換えたものである。 (Fourth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical system having an optical fiber transmission device for short light pulses according to a fourth embodiment of the invention. In this embodiment, in the specific configuration of the first embodiment shown in FIG. 3, the glass rod 61 and the LMA-PCF 21 are respectively converted into a positive group velocity dispersion generating means 60 and a single mode fiber including diffraction grating pairs 64b and 64e. (SMF) 22 is replaced.

正群速度発生手段６０は、ミラー６４ａ、回折格子６４ｂ、正のパワーを有するレンズ６４ｃ，６４ｄ、回折格子６４ｅ、矩形ミラー６４ｆおよびミラー６４ｇを有し、チタン：サファイアモード同期レーザ１２から出射される超短光パルスを、ミラー３１ａで偏向させ、回折格子６４ｂで回折し、レンズ６４ｃ，６４ｄを介して、回折格子３１ｅでさらに回折させた後、矩形ミラー３１ｄで光路を切り替えて、回折格子３１ｅ、レンズ６４ｄ，６４ｃおよび回折格子３１ｂおよびミラー３１ｅを経て出射させるように構成する。ここで、レンズ６４ｃ，６４ｄは、回折格子による分散の向きを変えるように配置される。さらに、回折格子６４ｅの位置を調整することにより、正群速度発生手段６０は、０．００８〜０．０１２ｐｓ^２のＧＶＤ量と、０．００００１１〜０．００００１７ｐｓ^３のＧＶＤＳ量とを与えるように構成される。すなわち、正群速度分散発生手段６０の正群速度分散量調整機構は回折格子６４ｅを含んで構成される。 The positive group velocity generation means 60 includes a mirror 64a, a diffraction grating 64b, lenses 64c and 64d having positive power, a diffraction grating 64e, a rectangular mirror 64f and a mirror 64g, and is emitted from the titanium: sapphire mode-locked laser 12. The ultrashort light pulse is deflected by the mirror 31a, diffracted by the diffraction grating 64b, further diffracted by the diffraction grating 31e via the lenses 64c and 64d, and then the optical path is switched by the rectangular mirror 31d, and the diffraction grating 31e, The light is emitted through the lenses 64d and 64c, the diffraction grating 31b, and the mirror 31e. Here, the lenses 64c and 64d are arranged so as to change the direction of dispersion by the diffraction grating. Further, by adjusting the position of the diffraction grating 64e, the positive group velocity generating means 60 gives a GVD amount of 0.008 to 0.012 ps ² and a GVDS amount of 0.000011 to 0.000017 ps ^3. Composed. That is, the positive group velocity dispersion adjusting mechanism of the positive group velocity dispersion generating means 60 includes the diffraction grating 64e.

また、ＳＭＦ２２は、波長８００ｎｍ帯で、非線形光学定数が約５Ｗ^−１ｋｍ^−１、ＧＶＤ値が４０ｐｓ^２ｋｍ^−１で、１ｍの長さを有する。 The SMF 22 has a wavelength of 800 nm, a nonlinear optical constant of about 5 W ⁻¹ km ⁻¹ , a GVD value of 40 ps ² km ⁻¹ , and a length of 1 m.

また、チタン：サファイアモード同期レーザ１２、負群速度分散発生手段３０、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１および顕微鏡対物レンズ５１は、以下のように詳細な仕様が第１実施形態の具体的構成例とは異なっている。 The titanium: sapphire mode-locked laser 12, the negative group velocity dispersion generating means 30, the LMA-PCF 41, and the microscope objective lens 51 are different from the specific configuration example of the first embodiment in the following detailed specifications. .

すなわち、チタン：サファイアモード同期レーザ１２は、発振波長約８００ｎｍ、パルス幅約７０ｆｓ、繰り返し周波数約８０ＭＨｚ、スペクトル幅約１３．４ｎｍ、平均光出力約２Ｗの超短光パルスを発生する。また、ＬＭＡ−ＰＣＦ４１は、波長８００ｎｍ帯で、３６ｐｓ^２ｋｍ^−１程度のＧＶＤ値を有し、非線形光学定数が約１．７Ｗ^−１ｋｍ^−１であり、長さは３ｍである。さらに、顕微鏡５１はＧＶＤ量０．００８〜０．０１２ｐｓ^２の範囲の複数の交換可能な対物レンズを有して構成される。 That is, the titanium: sapphire mode-locked laser 12 generates an ultrashort optical pulse having an oscillation wavelength of about 800 nm, a pulse width of about 70 fs, a repetition frequency of about 80 MHz, a spectral width of about 13.4 nm, and an average light output of about 2 W. The LMA-PCF 41 has a GVD value of about 36 ps ² km ⁻¹ at a wavelength of 800 nm, a nonlinear optical constant of about 1.7 W ⁻¹ km ⁻¹ , and a length of 3 m. Further, the microscope 51 includes a plurality of replaceable objective lenses having a GVD amount of 0.008 to 0.012 ps ² .

以上のように構成することによって、本実施形態では、顕微鏡対物レンズを交換してＧＶＤ量が変化した場合でも、正群速度分散発生手段６０の発生する正のＧＶＤ量を調整して、高ピークパワーの短光パルスを、光学装置の所望の位置へ効率良く伝送することができる。 By configuring as described above, in this embodiment, even when the microscope objective lens is replaced and the GVD amount changes, the positive GVD amount generated by the positive group velocity dispersion generating means 60 is adjusted to achieve a high peak. A short light pulse of power can be efficiently transmitted to a desired position of the optical device.

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る短光パルスの光ファイバ伝送装置を有する光学システムの構成を示す図である。本実施形態は、図１の光学システムの概略構成において、光ファイバ４０と光学装置５０との間に、波長変換手段９１を設けている。各構成要素の具体的な構成を以下に説明する。 (Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical system having an optical fiber transmission device for short light pulses according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, wavelength conversion means 91 is provided between the optical fiber 40 and the optical device 50 in the schematic configuration of the optical system of FIG. A specific configuration of each component will be described below.

まず、超短光パルス源１１として、図１０に示すパルス源を使用する。超短光パルス源１１は、モード同期Ｙｂ添加ファイバレーザ１３と、ファイバ型光増幅器１４とを備える。ファイバ型光増幅器１４は、アイソレータ１４ａと半導体レーザ１４ｂと光合波器１４ｃと単一モードＹｂ添加ファイバ１４ｄと、アイソレータ１４ｅとを含んで構成される。半導体レーザ１４ｂは、波長９７８ｎｍのレーザ光を射出し、光合波器１４ｃを介して単一モードＹｂ添加ファイバ１４ｄを励起する。モード同期Ｙｂ添加ファイバレーザ１３から出射した波長１０６０ｎｍの光パルスは、アイソレータ１４ａ、光合波器１４ｃを経て、半導体レーザ１４ｂからのレーザ光により励起された単一モードＹｂ添加ファイバ１４ｄにおいて増幅され、アイソレータ１４ｅから出射される。 First, the pulse source shown in FIG. 10 is used as the ultrashort optical pulse source 11. The ultrashort optical pulse source 11 includes a mode-locked Yb-doped fiber laser 13 and a fiber type optical amplifier 14. The fiber-type optical amplifier 14 includes an isolator 14a, a semiconductor laser 14b, an optical multiplexer 14c, a single mode Yb-doped fiber 14d, and an isolator 14e. The semiconductor laser 14b emits a laser beam having a wavelength of 978 nm, and excites the single mode Yb-doped fiber 14d via the optical multiplexer 14c. The light pulse having a wavelength of 1060 nm emitted from the mode-locked Yb-doped fiber laser 13 is amplified in the single-mode Yb-doped fiber 14d excited by the laser light from the semiconductor laser 14b via the isolator 14a and the optical multiplexer 14c. 14e.

また、図９のように、正群速度分散発生手段６０として、長さ４６ｍｍ、ＧＶＤ値約１．３×１０^−４ｐｓ^２ｍｍ^−１、ＧＶＤ量約０．０６ｐｓ^２のガラスロッド６５（硝材：ＳＦ６）を使用する。さらに、光導波手段２０としては、波長１０６０ｎｍ帯で、非線形光学定数が約５Ｗ^−１ｋｍ^−１、ＧＶＤ値が１７ｐｓ^２ｋｍ^−１であり、１ｍの長さを有するＳＭＦ２２を使用する。 Further, as shown in FIG. 9, as positive group velocity dispersion generation means 60, the length 46 mm, GVD value of about ^{^{^{1.3 × 10 -4 ps 2 mm -1}}} , the glass rod 65 of the GVD of about 0.06 ps ² (glass material : SF6) is used. Further, as the optical waveguide means 20, an SMF 22 having a wavelength of 1060 nm, a nonlinear optical constant of about 5 W ⁻¹ km ⁻¹ , a GVD value of 17 ps ² km ⁻¹ and a length of 1 m is used.

また、本実施形態の光学システムは、光サーキュレータ３３ａとファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）３３ｂとかなる、負群速度分散発生手段３０を使用する。光サーキュレータ３３ａは、ＳＭＦ２２からの光パルスをＦＢＧ３３ｂに出力し、ＦＢＧ３３ｂからの光パルスを後段のＳＭＦ４２に出力するよう構成される。ＳＭＦ２２から出射されたアップチャープした短光パルスは、光サーキュレータ３３ａを経てＦＢＧ３３ｂに入射し、ＦＢＧ３３ｂ内で反射され、再び光サーキュレータ３３ａを経てＳＭＦ４２に出力される。短光パルスは、ＦＢＧ３３ｂ内の波長に応じた位置で反射されることにより負のＧＶＤを与えられ、ダウンチャープパルスとなる。ＦＢＧ３３ｂのＧＶＤ量は、−０．０８ｐｓ^２、ＧＶＤＳ量は、−０．０００２ｐｓ^３である。 Further, the optical system of the present embodiment uses negative group velocity dispersion generating means 30 including an optical circulator 33a and a fiber Bragg grating (FBG) 33b. The optical circulator 33a is configured to output the optical pulse from the SMF 22 to the FBG 33b and output the optical pulse from the FBG 33b to the subsequent SMF 42. The up-chirped short light pulse emitted from the SMF 22 enters the FBG 33b through the optical circulator 33a, is reflected in the FBG 33b, and is output to the SMF 42 again through the optical circulator 33a. The short light pulse is given a negative GVD by being reflected at a position corresponding to the wavelength in the FBG 33b, and becomes a down chirp pulse. The FBG 33b has a GVD amount of −0.08 ps ² and a GVDS amount of −0.0002 ps ³ .

さらに、光ファイバ４０としては、波長１０６０ｎｍ帯で、非線形光学定数が約５Ｗ^−１ｋｍ^−１、ＧＶＤ値が１７ｐｓ^２で、３ｍの長さを有するＳＭＦ４２を使用する。 Further, as the optical fiber 40, an SMF 42 having a wavelength of 1060 nm, a nonlinear optical constant of about 5 W ⁻¹ km ⁻¹ , a GVD value of 17 ps ² and a length of 3 m is used.

また、波長変換手段９１として周期分極ニオブ酸リチウム（Periodically Poled Lithium Niobate:ＰＰＬＮ）を用いる。波長変換手段９１は、第２次高調波発生により、ＳＭＦ４２から入射した光パルスの波長を１０６０ｎｍから５３０ｎｍに変換して、光学装置５０であるＧＤＶ量が０．００６ｐｓ^２の顕微鏡５１に出射する。 Further, as the wavelength conversion means 91, periodically poled lithium niobate (PPLN) is used. The wavelength converter 91 converts the wavelength of the light pulse incident from the SMF 42 from 1060 nm to 530 nm by second harmonic generation, and outputs the converted light to the microscope 51 having the GDV amount of 0.006 ps ^{2 as} the optical device 50.

本実施形態では、波長変換手段９１を用いることにより、より短波長の第２高調波の光パルスを顕微鏡５１に出射させることができる。さらに、波長変換手段９１内での光パルスのピークパワーを高くするように、ＳＭＦ４２を出射する短光パルスのチャープを調整することによって、高い第２高調波変換効率が得られる。また、ＦＢＧを使用したので、構成が単純となり、複雑な光学系の調整を必要とせず配置が容易となる。 In the present embodiment, by using the wavelength conversion means 91, it is possible to cause the microscope 51 to emit a second harmonic light pulse having a shorter wavelength. Further, by adjusting the chirp of the short optical pulse emitted from the SMF 42 so as to increase the peak power of the optical pulse in the wavelength conversion means 91, high second harmonic conversion efficiency can be obtained. Further, since the FBG is used, the configuration becomes simple, and the arrangement is easy without requiring complicated adjustment of the optical system.

なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、本発明は、顕微鏡や内視鏡に限らず、パルス加工機など、超短光パルスを利用する種々の分野に適用することができる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the present invention can be applied not only to a microscope and an endoscope but also to various fields using ultrashort light pulses such as a pulse processing machine.

また、正群速度発生手段、負群速度発生手段および正群速度付加手段のいずれか２つ以上が、それぞれ群速度分散量の調整機構を有し、それら複数の調整機構を調整することによって、顕微鏡や内視鏡の標本面等の所望の位置で高ピークパワーの短光パルスを得るようにしても良い。そのようにすることによって、標本面で２光子蛍光などの非線形効果が起きる効率を上げることができ、より明るい画像を得ることができる。 Further, any two or more of the positive group velocity generation means, the negative group velocity generation means, and the positive group velocity addition means each have a group velocity dispersion amount adjustment mechanism, and by adjusting the plurality of adjustment mechanisms, A short light pulse with high peak power may be obtained at a desired position such as a specimen surface of a microscope or an endoscope. By doing so, the efficiency with which nonlinear effects such as two-photon fluorescence occur on the specimen surface can be increased, and a brighter image can be obtained.

１０チャープパルス源
１１超短光パルス源
２０光導波手段
３０負群速度分散発生手段
４０光ファイバ
５０光学装置
５１顕微鏡
５２内視鏡対物レンズ
６０正群速度分散発生手段
７０正群速度分散付加手段
８１顕微鏡
８２内視鏡
９１波長変換手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Chirp pulse source 11 Ultrashort optical pulse source 20 Optical waveguide means 30 Negative group velocity dispersion generation means 40 Optical fiber 50 Optical apparatus 51 Microscope 52 Endoscope objective lens 60 Positive group velocity dispersion generation means 70 Positive group velocity dispersion addition means 81 Microscope 82 Endoscope 91 Wavelength conversion means

Claims

A chirped pulse source that emits upchirped short light pulses with high peak power;
An optical waveguide means for transmitting the short optical pulse emitted from the chirped pulse source;
Negative group velocity dispersion generating means for giving negative group velocity dispersion to a short optical pulse emitted from the optical waveguide means;
An optical fiber for transmitting a short optical pulse emitted from the negative group velocity dispersion generating means over a desired distance;
Have
The chirped pulse source emits the short light pulse emitted from the chirped pulse source as a down-chirped short light pulse that does not include ringing due to third-order or higher-order dispersion in the time waveform from the optical fiber. An optical fiber transmission device for short light pulses, wherein the short light pulse is configured to up- chirp.

The chirped pulse source includes an ultrashort optical pulse source that emits an ultrashort optical pulse, and imparts positive group velocity dispersion to the ultrashort optical pulse emitted from the ultrashort optical pulse source. 2. The optical fiber transmission device for short optical pulses according to claim 1, further comprising: positive group velocity dispersion generating means for emitting the up-chirped short optical pulses having a small peak power.

3. The short optical pulse optical fiber transmission device according to claim 1, wherein the optical waveguide means has a positive group velocity dispersion value.

The optical fiber transmission device according to claim 1, wherein the optical fiber has a positive group velocity dispersion value.

A positive group velocity dispersion is added at the subsequent stage of the optical fiber to give a positive group velocity dispersion to the short optical pulse emitted from the optical fiber and to emit it as a down chirp pulse with a gradual change in instantaneous frequency compared to the short optical pulse. The optical fiber transmission device for short optical pulses according to any one of claims 1 to 4, wherein means are provided.

2. The short optical pulse optical fiber transmission device according to claim 1, wherein the negative group velocity dispersion generating means includes a negative group velocity dispersion amount adjusting mechanism for adjusting a negative group velocity dispersion amount.

3. The short optical pulse optical fiber transmission device according to claim 2, wherein the positive group velocity dispersion generating means includes a positive group velocity dispersion amount adjusting mechanism for adjusting a positive group velocity dispersion amount.

6. The short optical pulse optical fiber transmission device according to claim 5, wherein the positive group velocity dispersion addition means has a positive group velocity dispersion addition amount adjusting mechanism for adjusting a positive group velocity dispersion amount.

An up-chirped short optical pulse with high peak power emitted from a chirped pulse source is incident on the optical waveguide means,
Transmitting the short light pulse using the optical waveguide means;
A negative group velocity dispersion is given to the short light pulse emitted from the optical waveguide means using a negative group velocity dispersion generating means,
A short optical pulse emitted from the negative group velocity dispersion generating means is transmitted over a desired distance using an optical fiber,
The chirped pulse source emits the short light pulse emitted from the chirped pulse source as a down-chirped short light pulse that does not include ringing due to third-order or higher-order dispersion in the time waveform from the optical fiber. An optical fiber transmission method of a short light pulse configured to up- chirp the short light pulse.