JP2007193230A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１ａは、パルス幅が数フェムト秒といった超短パルス光である光パルス列Ｐ１を出射するパルス光源２と、パルス光源２に光結合され、光パルス列Ｐ１を受けてＳＣ光パルス列Ｐ２を出射する光ファイバ１１と、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための時分割多重処理部３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を出力するための光源装置に関するものである。

広帯域光源のひとつであるＳＣ光源は、その高出力性、広帯域性、スペクトル平坦性などから、様々な応用分野への重要光源として期待されている。このようなＳＣ光源装置として様々な構成のものが提案されているが、光ファイバ内で生成させる構成は、簡便であり、相互作用長を容易に長くでき、且つスペクトル制御も容易であることから、一般的に広く用いられている。

なお、このようなＳＣ光源装置としては、例えば特許文献１に記載されたコヒーレント広帯域光源や、非特許文献１に記載された広帯域近赤外パルスレーザ光源がある。
特開平１１−１６０７４４号公報 奥野他５名、「光ファイバーの非線形性を応用した広帯域近赤外パルスレーザ光源」、第２１回近赤外フォーラム講演要旨集、近赤外研究会、２００５年１１月、ｐ．１７３

一般的に、光ファイバを用いたＳＣ光の生成は、光ファイバに強いパルス光（種パルス光）を入射することにより実現される。そして、光ファイバから出射されるＳＣ光もパルス状となり、その繰り返し周波数は、種パルス光の繰り返し周波数と一致する。このような周期的なパルス状のＳＣ光は、例えば被測定対象物の蛍光寿命の波長依存性を調べる際などに用いられる。特に、繰り返し周波数が１００ＭＨｚ以下であれば種パルス光の一パルスあたりのエネルギーを容易に大きくできるので、例えば帯域幅５００ｎｍといった極めて広帯域なＳＣ光が容易に得られ、蛍光寿命の波長依存性を調べる際に好適である。しかし、このような場合、パルスの繰り返し周波数が固定されていると、様々な被測定対象物の蛍光寿命の長さに応じた周期でＳＣ光を照射することができないため、測定精度や測定効率が低く抑えられることとなる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の光源装置は、光パルス列を出射する種光源と、種光源に光結合され、光パルス列を受けてスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を含むＳＣ光パルス列を出射する光ファイバと、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段とを備えることを特徴とする。

上記した第１の光源装置によれば、周波数可変手段によって、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる。これにより、例えば被測定対象物の蛍光寿命の波長依存性を調べる際に、様々な被測定対象物の蛍光寿命の長さに応じた周期でＳＣ光を照射できるので、測定精度や測定効率を向上できる。その他、四光波混合現象を利用した光サンプリング波形モニタにおいて、被測定波形に対し最適なタイミングでのサンプリングが可能となり、モニタ精度を向上できるといった利点や、或いは、光周波数コムにおいて、コムの間隔（すなわち光の波長間隔）を調節できるといった利点がある。

また、第１の光源装置は、周波数可変手段が、種光源が光パルス列を出射する際の繰り返し周波数を可変とすることを特徴としてもよい。このように、周波数可変手段が種光源を直接に制御して光パルス列の繰り返し周波数を可変とすることにより、簡易な構成によってＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる。

また、第１の光源装置は、周波数可変手段が、種光源と光ファイバとの間に光結合されており、光パルス列を複数の光導波路へ分波する分波部と、複数の光導波路のうち一部の光導波路に設けられ、光パルス列を時間的に遅延させる遅延部と、複数の光導波路からの光パルス列を合波する合波部とを有することを特徴としてもよい。このように、分波した光パルス列の一部を遅延させて他の光パルス列と合波する構成を周波数可変手段が有することにより、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を好適に可変にできる。

また、第１の光源装置は、周波数可変手段が、種光源と光ファイバとの間に光結合されており、光パルス列から周期的にパルスを取り出すことによって該光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴としてもよい。これにより、周波数可変手段がＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を好適に可変にできる。また、この場合、第１の光源装置は、周波数可変手段と光ファイバとの間に光結合された光増幅器を更に備えることが好ましい。このように、周波数可変手段によって取り出された後のパルスを増幅することにより、高パワーの光パルス列を効率的に生成できるので、ＳＣ光パルス列のスペクトルの広帯域化を効率良く行うことができる。

また、第１の光源装置は、周波数可変手段が、光ファイバの出射端に光結合されており、ＳＣ光パルス列から周期的にパルスを取り出すことによって該ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴としてもよい。これにより、周波数可変手段がＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を好適に可変にできるとともに、ＳＣ光パルス列の平均パワーを低下方向に容易に調整できる。

また、第１の光源装置は、周波数可変手段においてパルスを取り出す周期が可変であることを特徴としてもよい。これにより、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を変化させる自由度が増す。

また、第１の光源装置は、ＳＣ光パルス列のスペクトル幅が、光ファイバが受ける光パルス列のスペクトル幅の１０倍以上であることを特徴としてもよい。ＳＣ光パルス列のスペクトル幅が光パルス列のスペクトル幅の１０倍以上になると、光パルス列や光ファイバ特性の揺らぎに起因するＳＣ光パルス列のスペクトル形状の変形が顕著となる。従って、このような場合、周波数可変手段によってＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を制御することが望ましい。また、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変とすることにより、ＳＣ光パルス列のスペクトル制御の自由度も高まる。

また、第１の光源装置は、種光源と光ファイバとの間に光結合され、光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーを変化させる強度可変手段を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、ＳＣ光パルス列のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を好適に制御できる。このような強度可変手段は、増幅率可変の光増幅器や減衰率可変の光減衰器によって好適に実現される。また、このような強度可変手段は、種光源と光ファイバとの間の光軸のずれを利用して種光源と光ファイバとの光結合効率を変化させ、光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーを変化させることによっても実現される。

また、第１の光源装置は、種光源と光ファイバとの間に光結合され、光ファイバに入射する光パルス列の偏波方向を変化させる偏波可変手段を更に備えることを特徴としてもよい。偏波依存性が大きい光ファイバを用いる場合、このような偏波可変手段を種光源と光ファイバとの間に備えることによって、ＳＣ光パルス列のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を好適に制御できる。

また、本発明による第２の光源装置は、連続光を出射する種光源と、種光源に光結合され、連続光を受けてスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を含むＳＣ光パルス列を出射する光ファイバと、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段とを備えることを特徴とする。

光ファイバへ入射される光が連続光であっても、該連続光が比較的高いパワーを有していれば光ファイバ内でＳＣ光が生成され得る。そして、上記した第２の光源装置によれば、周波数可変手段によって、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる。従って、上記第１の光源装置と同様に、蛍光寿命の波長依存性の測定における測定精度及び測定効率の向上、光サンプリング波形モニタにおけるモニタ精度の向上、或いは光周波数コムにおけるコム間隔の調節などを好適に実現できる。

また、第２の光源装置は、周波数可変手段が、連続光のパワーを変化させることによりＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴としてもよい。光ファイバへ入射させる連続光のパワーを変化させると、該光ファイバ内において生成されるパルスの条件が変化するため、該パルスの繰り返し周波数も変化することとなる。従って、この装置によれば、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を好適に変化させることができる。

また、第２の光源装置は、光ファイバが受ける連続光のパワーが５００ｍＷ以上であることを特徴としてもよい。これにより、光ファイバ内における上記パルス条件を好適に変化させ得るので、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を好適に変化させることができる。

また、第１または第２の光源装置は、光ファイバの出射端と光結合されＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を検出する検出手段を更に備えることを特徴としてもよい。この検出手段によってＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を検出することにより、繰り返し周波数を周波数可変手段へフィードバックすることが可能となり、繰り返し周波数の制御を高精度且つ安定して行うことができる。

また、第１または第２の光源装置は、光ファイバの温度を制御するための温度制御手段を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、光ファイバの分散特性を好適に変化させ得るので、ＳＣ光パルス列のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を好適に制御できる。

また、第１または第２の光源装置は、ＳＣ光パルス列を装置外部へ出射するための光導波路が曲部を有し、該曲部の曲率が可変であることを特徴としてもよい。ＳＣ光パルス列の光導波路がこのような曲部を有することによって、ＳＣ光パルス列に任意の曲げ損失を与え、スペクトル形状を好適に変化させ得る。

また、第１または第２の光源装置は、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下であり、周波数可変手段による可変範囲の幅が、該可変範囲における中心周波数値の２０％以上であることを特徴としてもよい。これにより、例えば蛍光寿命の波長依存性の測定における測定周期、光サンプリング波形モニタにおけるサンプリング周期、光周波数コムにおけるコム間隔などの微調整を好適に行うことができる。

また、第１または第２の光源装置は、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であり、周波数可変手段による可変範囲の幅が１０ＭＨｚ以上であることを特徴としてもよい。これにより、例えば蛍光寿命の波長依存性の測定において多くの物質の応答特性を好適に測定できる。また、例えば光サンプリング波形モニタにおいてサンプリング周期の充分な可変範囲が得られる。

本発明の光源装置によれば、ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にできる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光源装置１ａ及び１ｂの構成をそれぞれ示す図である。図１（ａ）を参照すると、光源装置１ａは、パルス光源２と、時分割多重処理部３と、光ファイバ１１とを備える。パルス光源２は、本実施形態における種光源であり、図示しない電源装置から電源供給を受けて光パルス列Ｐ１を出射する。

また、光ファイバ１１は、時分割多重処理部３を介してパルス光源２と光結合されており、光パルス列Ｐ１を受けて、スーパーコンティニューム（ＳＣ：Supercontinuum）光を含むＳＣ光パルス列Ｐ２を出射する。具体的には、光ファイバ１１は、光パルス列Ｐ１が有するスペクトル幅を例えば２倍以上に拡大することにより、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有するＳＣ光パルス列Ｐ２を生成する。なお、光パルス列Ｐ１の中心波長は、１５５０ｎｍ付近にあることが好ましい。これにより、光ファイバ１１の低損失な領域で効率良くＳＣ光の生成が可能となる。

時分割多重処理部３は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。時分割多重処理部３は、パルス光源２と光ファイバ１１との間に光結合されており、分波器３１と、複数の光導波路３２及び３３と、遅延器３４と、合波器３５とを有する。分波器３１は、パルス光源２からの光パルス列Ｐ１を光導波路３２及び３３へ分波するための分波部である。また、遅延器３４は、光パルス列Ｐ１を時間的に遅延させるための遅延部である。遅延器３４は、光導波路３２及び３３のうち一方（本実施形態では光導波路３２）に設けられる。また、合波器３５は、光導波路３２及び３３からの光パルス列Ｐ１を合波するための合波部である。なお、分波器３１には、光パルス列Ｐ１を光導波路３２及び３３へ分波するか、或いは、遅延器３４が設けられていない光導波路（光導波路３３）のみに光パルス列Ｐ１を導くかを選択するための光スイッチが設けられている。

図１（ｂ）を参照すると、光源装置１ｂは、パルス光源２と、時分割多重処理部４と、光ファイバ１１とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成及び機能は、上記光源装置１ａと同様である。

時分割多重処理部４は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。時分割多重処理部４は、パルス光源２と光ファイバ１１との間に光結合されており、分波器４１と、複数の光導波路４２〜４４と、合波器４５とを有する。分波器４１は、パルス光源２からの光パルス列Ｐ１を光導波路４２〜４４へ分波するための分波部である。また、合波器４５は、光導波路４２〜４４からの光パルス列Ｐ１を合波するための合波部である。

光導波路４２〜４４のうち一部の光導波路４２及び４３は、それぞれ遅延路４２ａ及び４３ａを有する。遅延路４２ａ及び４３ａは、光導波路４２及び４３を通る光パルス列Ｐ１を時間的に遅延させるための部分であり、時分割多重処理部４における遅延部を構成している。なお、遅延路４２ａは遅延路４３ａよりも更に長くなっており、光パルス列Ｐ１の遅延時間は、光導波路４２、４３、及び４４の順に長い。なお、分波器４１には、光パルス列Ｐ１を光導波路４２〜４４へ分波するか、或いは、遅延路が設けられていない光導波路（光導波路４４）のみに光パルス列Ｐ１を導くかを選択するための光スイッチが設けられている。

図２は、パルス光源２の一例として、パルス光源２ａの構成を示す図である。パルス光源２ａは、いわゆるアクティブ（能動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ａは、半導体レーザ素子２１と、ＬＮ変調器２２ａと、ＬＮ変調器２２ａを駆動する信号発生器２２ｂと、リング状のキャビティ（光導波路）２３とを有する。半導体レーザ素子２１は、カプラ２３ａを介してキャビティ２３のリング状部分と光結合されている。また、キャビティ２３のリング状部分は、カプラ２３ｃを介して出力用光導波路２３ｄと光結合されている。キャビティ２３のリング状部分には、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２３ｂ、及びＬＮ変調器２２ａが直列に光結合されている。

或る周波数の電気的パルス信号を信号発生器２２ｂがＬＮ変調器２２ａに送ると、ＬＮ変調器２２ａにおける光損失が該周波数に応じた周期で減少する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が入射される。そして、この励起光によって励起された光に含まれる各モードの位相が同期したときに発振が生じるようにＬＮ変調器２２ａを制御すれば、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が生じて出力用光導波路２３ｄから外部へ周期的に出射される。図１（ａ），（ｂ）に示した光源装置１ａ，１ｂにおいては、この周期的な超短パルス光を、光パルス列Ｐ１として利用する。このとき、光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数は、信号発生器２２ｂからＬＮ変調器２２ａへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。

また、図３は、パルス光源２の他の一例として、パルス光源２ｂの構成を示す図である。パルス光源２ｂは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ｂは、半導体レーザ素子２１と、リング状のキャビティ（光導波路）２３と、反射ミラー２４ａと、反射ミラー２４ａに取り付けられたピエゾモータ２４ｂと、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃとを有する。なお、半導体レーザ素子２１がキャビティ２３と光結合されている点、キャビティ２３が出力用光導波路２３ｄを有する点、及び、キャビティ２３のリング状部分にＥＤＦ２３ｂが光結合されている点は、上記パルス光源２ａ（図２）と同様である。

パルス光源２ｂにおいては、上記パルス光源２ａのＬＮ変調器２２ａに代えて反射ミラー２４ａが設けられている。反射ミラー２４ａは、キャビティ２３のリング状部分の一部を構成しており、反射ミラー２４ａの位置が振動することによってキャビティ２３のリング状部分の長さが周期的に変化する。反射ミラー２４ａの振動は、ピエゾモータ２４ｂによって与えられる。また、その振動周波数は、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃによって制御される。

或る周波数の電気的パルス信号を信号発生器２４ｃがピエゾモータ２４ｂに送ると、キャビティ２３の長さが該周波数に応じた周期で変動する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が入射される。そして、キャビティ２３の長さがソリトン条件を満たす瞬間に、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が発生する。この超短パルス光は、光パルス列Ｐ１として出力用光導波路２３ｄから外部へ周期的に出射される。このとき、光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数は、信号発生器２４ｃからピエゾモータ２４ｂへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。なお、パルス光源２ｂにおいては、反射ミラー２４ａを機械的に駆動することによって周期的な超短パルス光を発生させているため、ＬＮ変調器２２ａを電気的に駆動する構成のパルス光源２ａと比較して、光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数が小さくなる傾向がある。

また、図４は、パルス光源２の他の一例として、パルス光源２ｃの構成を示す図である。パルス光源２ｃは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラスによる固体レーザによって構成されている。すなわち、パルス光源２ｃは、半導体レーザ素子２１と、可飽和吸収体及び反射鏡が一体に構成された可飽和吸収ミラー２５と、コリメータレンズ２６ａと、プリズム２６ｂ及び２６ｃと、出力用カプラ２６ｄと、ミラー２７ａ〜２７ｃと、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８と、透明媒質２９とを有する。このうち、半導体レーザ素子２１及びコリメータレンズ２６ａ以外の構成要素は、レーザ発振のためのキャビティＣＡを構成している。また、透明媒質２９は必要に応じて設けられる。

半導体レーザ素子２１から出射された励起光は、コリメータレンズ２６ａ及びミラー２７ａを介してＥｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８に達し、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８を励起する。Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８は、可飽和吸収ミラー２５、プリズム２６ｂ及び２６ｃ、出力用カプラ２６ｄ、並びにミラー２７ａ〜２７ｃからなるキャビティＣＡ上に配置されている。キャビティＣＡを進む光は、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８によって増幅されつつ、可飽和吸収ミラー２５と出力用カプラ２６ｄとの間で往復する。

可飽和吸収ミラー２５は、弱い光を吸収し、強い光を反射する性質を有する。可飽和吸収ミラー２５に到達した光に含まれる各モードの位相が同期したときに光の強度が極大となるので、この瞬間にのみ可飽和吸収ミラー２５は反射ミラーとして機能し、レーザ発振が生じる。従って、このレーザ光はパルス幅が数フェムト秒程度の超短パルス光となり、光パルス列Ｐ１として出力用カプラ２６ｄから外部へ出射される。このとき、光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数は、キャビティＣＡの長さに応じた値となる。

以上の構成を有する光源装置１ａ及び１ｂのうち、光源装置１ａの動作について説明する。なお、光源装置１ｂの動作は光源装置１ａの動作とほぼ同様である。

図２〜４に示されたパルス光源２ａ〜２ｃのうち何れかの構成を有するパルス光源２は、光パルス列Ｐ１を時分割多重処理部３へ出射する。光パルス列Ｐ１は、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルス光が周期的（周期Ｔ_１）に並んで構成される。このとき、時分割多重処理部３において、光パルス列Ｐ１が光導波路３２及び３３へ分波されるように分波器３１が設定されている場合には、光パルス列Ｐ１が光導波路３２及び３３へ分波される。そして、一方の光導波路３２へ進んだ光パルス列Ｐ１には、遅延器３４によって例えば（Ｔ_１／２）秒だけ遅延が生じる。その後、光導波路３２及び３３のそれぞれに進んだ光パルス列Ｐ１は合波器３５において再び合波される。また、時分割多重処理部３において、光パルス列Ｐ１が光導波路３２及び３３へ分波されないように分波器３１が設定されている場合には、光パルス列Ｐ１は光導波路３３を進む。

ここで、図５（ａ）及び（ｂ）は、分波器３１において光パルス列Ｐ１が分波されない場合及び分波される場合のそれぞれにおける、時分割多重処理部３からの出力波形Ｐ_Ａ及びＰ_Ｂを示すグラフである。分波器３１において光パルス列Ｐ１が分波されない場合には、図５（ａ）に示す出力波形Ｐ_Ａのように、光パルス列Ｐ１がそのまま時分割多重処理部３からの出力波形となり、周期Ｔ_１で光パルスが並んだ波形となる。他方、分波器３１において光パルス列Ｐ１が分波された場合には、図５（ｂ）に示す出力波形Ｐ_Ｂのように、光パルス列Ｐ１の周期Ｔ_１の半分の周期Ｔ_２（＝Ｔ_１／２）で光パルスが並んだ波形となる。また、この場合、分波器３１において分波されるため、出力波形Ｐ_Ｂにおける各光パルスの最大パワーＰＷ_２は、出力波形Ｐ_Ａにおける各光パルスの最大パワーＰＷ_１の約半分となる。

なお、出力波形Ｐ_Ａの各光パルスの最大パワーＰＷ_１は例えば８０ｋＷといった値であり、出力波形Ｐ_Ｂの各光パルスの最大パワーＰＷ_２は例えば４０ｋＷといった値である。また、出力波形Ｐ_Ａの繰り返し周波数（すなわち光パルス列Ｐ１の周期Ｔ_１の逆数）は例えば２５ＭＨｚといった値であり、出力波形Ｐ_Ｂの繰り返し周波数は例えば５０ＭＨｚといった値である。また、出力波形Ｐ_Ａ及びＰ_Ｂにおけるパルス幅は、例えば２００フェムト秒といった値である。また、出力波形Ｐ_Ａ及びＰ_Ｂの時間平均パワーは、例えば４０ｍＷといった値である。

時分割多重処理部３からのこのような出力波形は、光ファイバ１１へ入射される。そして、光ファイバ１１における非線形光学効果（断熱的ソリトン圧縮効果）によって各光パルスのスペクトル帯域幅が２倍以上に拡張され、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有するＳＣ光パルス列Ｐ２が生成される。ＳＣ光パルス列Ｐ２は、光源装置１ａの光出射端から外部へ出射される。なお、光ファイバ１１の非線形部分の長さ（相互作用長）は、例えば２ｍとするとよい。

ここで、図６は、光ファイバ１１において生成されたＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状の一例を示すグラフである。図６において、グラフＳＰ１は図５（ａ）に示した出力波形Ｐ_Ａに対応するＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状であり、グラフＳＰ２は図５（ｂ）に示した出力波形Ｐ_Ｂに対応するＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状である。また、図６において、縦軸のスペクトル強度の値は規格化されている。

図６のグラフＳＰ１及びＳＰ２に示されるように、ＳＣ光パルス列Ｐ２は、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有する。そして、グラフＳＰ１とグラフＳＰ２とを比較すると、光ファイバ１１へ入射する光パルスの最大パワーに応じてスペクトル強度が変化しているものの、全体的なスペクトル形状は広帯域にわたっており、ＳＣ光として概ね好適であることがわかる。光源装置１ａからは、このようなスペクトル形状を有するＳＣ光パルス列Ｐ２が、繰り返し周波数（１／Ｔ_１）または（１／Ｔ_２）でもって繰り返し出射される。

このように、本実施形態の光源装置１ａ（または１ｂ）によれば、時分割多重処理部３によって、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にできる。これにより、例えば被測定対象物の蛍光寿命の波長依存性を調べる際に、様々な被測定対象物の蛍光寿命の長さに応じた周期でＳＣ光を照射できるので、測定精度及び測定効率を向上できる。或いは、四光波混合現象を利用した光サンプリング波形モニタにおいて、被測定波形に対し最適なタイミングでのサンプリングが可能となり、モニタ精度を向上できる。或いは、光周波数コムにおいて、コムの間隔（すなわち光の波長間隔）を調節できる。

ここで、図７は、蛍光寿命の波長依存性の測定について説明するための図である。まず、光源装置１ａ（１ｂ）から出射されたＳＣ光パルス列Ｐ２を被測定対象１０１に照射する。そして、被測定対象物１０１に含まれる測定対象物質が発した蛍光を、波長可変フィルタ１０２を介して検出器１０３において検出する。このとき、波長によって蛍光寿命が異なるので、各波長における蛍光寿命を順次測定することにより、当該測定対象物質における蛍光寿命の波長依存性がわかる。このような測定方法は、例えば、或る酸素飽和条件下におけるヘモグロビンの蛍光寿命の波長依存性を調べる際に用いられる。

蛍光寿命の波長依存性の測定においては、例えば図７に示すように、蛍光強度の時間遷移を示すグラフＧが得られる。このグラフＧは、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数に応じた周期で得られる。従って、測定対象物質の蛍光寿命に対してＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数が大きい（すなわち、パルス間隔が短い）場合、隣り合うグラフＧが互いに重なってしまい、正確な蛍光寿命の測定が難しくなる。このような場合、本実施形態の光源装置１ａ（または１ｂ）によれば、時分割多重処理部３によってＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にできるので、被測定対象物の蛍光寿命の長さに応じた周期でＳＣ光パルス列Ｐ２を照射できる。

また、図８（ａ）〜（ｅ）は、四光波混合現象を利用した光サンプリング波形モニタについて説明するための図である。この測定系においては、図８（ａ）に示すように、光源装置１ａ（１ｂ）から出射されたＳＣ光パルス列Ｐ２（図８（ｂ）参照。周期Ｔとする）が、波長可変フィルタ１０５を介して光ファイバ１０４ａへ提供される。また、測定対象である被測定光パルス列Ｐ３（図８（ｃ）参照）が、光ファイバ１０４ｂへ入射される。なお、波長可変フィルタ１０５は、ＳＣ光パルス列Ｐ２が有する広帯域な波長成分のうち、被測定光パルス列Ｐ３のサンプリングに適した波長成分のみ透過するように設定される。波長可変フィルタ１０５を透過した光及び被測定光パルス列Ｐ３は合波され（図８（ｄ）参照）、高非線形光ファイバ１０５へ送られる。そして、この高非線形光ファイバ１０５における四光波混合現象により、被測定光パルス列Ｐ３の波形に応じた最大パワーを有する周期Ｔの変換光パルス列Ｐ４（図８（ｅ）参照）が生成される。従って、この変換光パルス列Ｐ４の包絡線Ａが、被測定光パルス列Ｐ３の拡大波形として認識される。

四光波混合現象を利用した光サンプリング波形モニタにおいては、被測定光パルス列Ｐ３の波形に対するＳＣ光パルス列Ｐ２の畳重タイミングが重要になる。すなわち、図８（ｄ）に示したように、被測定光パルス列Ｐ３の波形に対してＳＣ光パルス列Ｐ２の各パルスが少しずつずれて畳重（サンプリング）することにより、図８（ｅ）に示すような包絡線Ａを精度良く得られる。しかし、図８（ｃ）に示した波形は被測定光パルス列Ｐ３の一例であって、被測定光パルス列Ｐ３の波形や周波数は様々である。本実施形態の光源装置１ａ（１ｂ）によれば、被測定光パルス列Ｐ３の波形や周波数に応じてＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させることにより、被測定光パルス列Ｐ３がどのような波形、周波数であっても最適なタイミングでのサンプリングが可能となるので、モニタ精度を向上できる。

なお、光源装置１ａ（１ｂ）においては、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル幅は、光ファイバ１１が受ける光パルス列Ｐ１のスペクトル幅の１０倍以上であってもよい。ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル幅が光パルス列Ｐ１のスペクトル幅の１０倍以上になると、光パルス列Ｐ１や光ファイバ１１の特性（非線形性）の揺らぎに起因するＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状の変形が顕著となる。従って、このような場合、周波数可変手段（本実施形態では、時分割多重処理部３，４）によってＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を制御することが望ましい。また、このような場合、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変とすることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル制御の自由度を高めることもできる。

また、光源装置１ａ（１ｂ）においては、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下であり、周波数可変手段（時分割多重処理部３，４）による可変範囲の幅が、該可変範囲における中心周波数値の２０％以上であることが好ましい。これにより、例えば蛍光寿命の波長依存性の測定における測定周期、光サンプリング波形モニタにおけるサンプリング周期、光周波数コムにおけるコム間隔などの微調整を好適に行うことができる。

或いは、光源装置１ａ（１ｂ）において、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であり、周波数可変手段（時分割多重処理部３，４）による可変範囲の幅が、該可変範囲における中心周波数値の２０％以上であることが好ましい。特に、１００ＭＨｚまでの周波数領域で繰り返し周波数が２０％以上可変であることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状を可変制御しつつ、光源装置１ａ（１ｂ）の外部に設置される光検出器と同期を取ることによる安定な低雑音検知が可能となる。

或いは、光源装置１ａ（１ｂ）において、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であり、周波数可変手段（時分割多重処理部３，４）による可変範囲の幅が１０ＭＨｚ以上であることが好ましい。これにより、例えば蛍光寿命の波長依存性の測定において多くの物質の応答特性を好適に測定できる。また、例えば光サンプリング波形モニタにおいて、サンプリング周期の充分な可変範囲が得られる。

（第１の変形例）
図９（ａ）は、上記実施形態の第１変形例に係る光源装置１ｃの構成を示す図である。図９（ａ）を参照すると、本変形例の光源装置１ｃは、パルス光源２と、パルス取出部５と、光ファイバ１１と、光増幅器１８とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。

パルス取出部５は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。パルス取出部５は、パルス光源２と光ファイバ１１との間に光結合されており、光スイッチ５１と、信号発生器５２とを有する。光スイッチ５１は、パルス光源２から出射された光パルス列Ｐ１から周期的に光パルスを取り出すための構成要素である。また、信号発生器５２は、光スイッチ５１を駆動するための構成要素である。

信号発生器５２は、光パルス列Ｐ１の繰り返し周期の整数倍の周期の電気的パルス信号を、光スイッチ５１に送る。すると、光パルス列Ｐ１に含まれる光パルスのうち、電気的パルス信号のタイミングと一致した光パルスが、パルス取出部５から出射される。このように、パルス取出部５は、パルス光源２から出射された光パルス列Ｐ１から周期的に光パルスを取り出すことにより、光ファイバ１１へ入射する光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数を変化させることができる。そして、光ファイバ１１から出射されるＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数は、光ファイバ１１へ入射する光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数と一致する。従って、この光源装置１ｃによれば、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を好適に可変にできる。なお、信号発生器５２は、光源装置１ｃの外部に設けられていてもよい。

また、パルス取出部５におけるパルス取り出し周期は、可変であることが好ましい。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させる自由度が増す。従って、光源装置１ｃの外部に設置される光検出器の周波数特性に応じた同期の調整の自由度の向上、または光源装置１ｃの外部に設置される画像処理装置の走査速度に応じた同期の調整の自由度の向上が期待できる。

また、光増幅器１８は、パルス取出部５と光ファイバ１１との間に光結合されている。光増幅器１８は、パルス取出部５によって取り出された後の光パルス列Ｐ１を増幅する。光源装置１ｃは、このような光増幅器１８を備えることが好ましく、これによって、高パワーの光パルス列Ｐ１を効率的に生成できるので、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトルの広帯域化を効率良く行うことができる。

（第２の変形例）
図９（ｂ）は、上記実施形態の第２変形例に係る光源装置１ｄの構成を示す図である。図９（ｂ）を参照すると、本変形例の光源装置１ｄは、パルス光源２と、信号発生器６と、光ファイバ１１と、光増幅器１２とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様である。

信号発生器６は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。信号発生器６は、パルス光源２が光パルス列Ｐ１を出射する際の繰り返し周波数を可変とする。例えば、パルス光源２が図２に示すパルス光源２ａである場合、信号発生器６は、信号発生器２２ｂに相当する。また、パルス光源２が図３に示すパルス光源２ｂである場合、信号発生器６は、信号発生器２４ｃに相当する。このように、信号発生器６がパルス光源２を直接に制御して光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数を可変とすることにより、簡易な構成によってＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にできる。

光増幅器１２は、光パルス列Ｐ１に含まれる各パルスの最大パワーを変化させるための強度可変手段である。光増幅器１２は、パルス光源２と光ファイバ１１との間に光結合されている。光増幅器１２は、パルス光源２から出射された光パルス列Ｐ１を増幅するための構成要素であり、例えばエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）によって構成される。この光増幅器１２は、光ファイバ１１へ入射する光パルス列Ｐ１の時間平均パワーを一定に制御したり、或いは、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を制御するために用いられる。光源装置１ｄに限らず、本発明に係る光源装置は、このような光増幅器１２を備えることが好ましい。なお、本発明に係る光源装置は、このような光増幅器１２に代えて光減衰器を備えても良く、或いは、パルス光源２と光ファイバ１１との間の光軸のずれを利用してパルス光源２と光ファイバ１１との光結合効率を変化させる構成を備えても良い。

また、本発明に係る光源装置は、光増幅器１２に代えて、光ファイバ１１に入射する光パルス列Ｐ１の偏波方向を変化させる偏波可変手段を備えてもよい。光ファイバ１１の偏波依存性が比較的大きい場合、このような偏波可変手段をパルス光源２と光ファイバ１１との間に備えることによって、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を好適に制御できる。

（第３の変形例）
図１０（ａ）は、上記実施形態の第３変形例に係る光源装置１ｅの構成を示すブロック図である。図１０（ａ）を参照すると、本変形例の光源装置１ｅは、パルス光源２と、制御部７と、光ファイバ１１とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様である。

制御部７は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。制御部７は、パルス光源２のキャビティ長を変化させるための制御信号Ｓ_１をパルス光源２へ送ることにより、パルス光源２から出射される光パルス列Ｐ１の繰り返し周波数を変化させ、それによってＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させる。制御信号Ｓ_１は、例えば図４に示したパルス光源２ｃの可飽和吸収ミラー２５やミラー２７ｃの位置を制御するための信号発生器（不図示）などへ送られる。そして、可飽和吸収ミラー２５及びミラー２７ｃが制御信号Ｓ_１に応じて位置を変えることにより、キャビティＣＡの長さを変化させることができる。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を好適に可変にできる。

また、本変形例の制御部７は、光ファイバ１１の温度を制御するための温度制御手段でもある。すなわち、制御部７は、光ファイバ１１の温度制御を行うための制御信号Ｓ_２を、光ファイバ１１に設けられたペルチェ素子などの温度制御素子（不図示）へ送る。これにより、光ファイバ１１の分散特性を好適に変化させ得るので、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度を好適に制御できる。本変形例の光源装置１ｅに限らず、本発明に係る光源装置は、このような温度制御手段を備えることが好ましい。

（第４の変形例）
図１０（ｂ）は、上記実施形態の第４変形例に係る光源装置１ｆの構成を示すブロック図である。図１０（ｂ）を参照すると、本変形例の光源装置１ｆは、パルス光源２と、制御部８と、光ファイバ１１と、光増幅器１３と、周波数制御部１４とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様である。

光増幅器１３は、光パルス列Ｐ１に含まれる各パルスの最大パワーを変化させるための強度可変手段であり、上記第２変形例の光増幅器１２と同様の構成を有する。但し、本変形例の光増幅器１３は増幅率が可変となっており、その増幅率を制御するための制御信号Ｓ_３を制御部８から受け、該制御信号Ｓ_３に応じた増幅率でもってパルス光源２からの光パルス列Ｐ１を増幅する。なお、上記第２変形例と同様に、光源装置１ｆは、このような光増幅器１３に代えて減衰率可変の光減衰器を備えても良く、或いは、パルス光源２と光ファイバ１１との間の光軸のずれを利用してパルス光源２と光ファイバ１１との光結合効率を変化させる構成を備えても良い。

周波数制御部１４は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。周波数制御部１４は、例えば図１（ａ），（ｂ）に示した上記実施形態の時分割多重処理部３，４、或いは図９（ａ）に示した第１変形例のパルス取出部５と同様の内部構成を有する。すなわち、周波数制御部１４は、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる光パルスを増加または減少させることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させる。周波数制御部１４は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を制御するための制御信号Ｓ_４を制御部８から受け、該制御信号Ｓ_４に応じた繰り返し周波数となるようにＳＣ光パルス列Ｐ２の光パルスを増加または減少させる。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を好適に可変にできる。また、周波数制御部１４がパルス取出部５（図９（ａ））と同様の内部構成を有する場合には、ＳＣ光パルス列Ｐ２の平均パワーを低下方向に容易に調整できる。

制御部８は、上述した制御信号Ｓ_３及びＳ_４のほか、第３変形例の制御部７と同様に、パルス光源２のキャビティ長を変化させるための制御信号Ｓ_１をパルス光源２へ送る。また、制御部８は、光ファイバ１１の温度制御を行うための制御信号Ｓ_２を、光ファイバ１１に設けられたペルチェ素子などの温度制御素子（不図示）へ送る。

（第５の変形例）
図１１は、上記実施形態の第５変形例に係る光源装置１ｇの構成を示すブロック図である。図１１を参照すると、本変形例の光源装置１ｇは、パルス光源２と、制御部９と、光ファイバ１１と、周波数制御部１５と、検出器１６と、分波器１７とを備える。このうち、パルス光源２及び光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様である。

周波数制御部１５は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。周波数制御部１５は、例えば図１（ａ），（ｂ）に示した上記実施形態の時分割多重処理部３，４、或いは図９（ａ）に示した第１変形例のパルス取出部５と同様の内部構成を有する。すなわち、周波数制御部１５は、光パルス列Ｐ１に含まれる光パルスを増加または減少させることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させる。周波数制御部１５は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を制御するための制御信号Ｓ_５を制御部９から受け、該制御信号Ｓ_５に応じた繰り返し周波数となるように光パルス列Ｐ１の光パルスを増加または減少させる。

検出器１６は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を検出するための検出手段である。検出器１６は、光ファイバ１１の出射端と分波器１７を介して光結合されており、ＳＣ光パルス列Ｐ２の一部を取り込む。検出器１６は、波長可変フィルタ１６ａと、光検出素子１６ｂと、ＰＬＬ回路１６ｃとを有する。検出器１６に取り込まれた一部のＳＣ光パルス列Ｐ２は、波長可変フィルタ１６ａを通過した後、光検出素子１６ｂにおいて光電変換され、周期的な電気信号となる。そして、この電気信号に基づいて、ＰＬＬ回路１６ｃにおいて繰り返し周波数が検出される。検出された繰り返し周波数の値は、制御部９へ送られる。

制御部９は、検出器１６によって検出されたＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数に基づいて、パルス光源２のキャビティ長を変化させるための制御信号Ｓ_１、光ファイバ１１の温度制御を行うための制御信号Ｓ_２、及び周波数制御部１５を制御するための制御信号Ｓ_５を生成し、それぞれパルス光源２、光ファイバ１１の温度制御素子、及び周波数制御部１５へ送る。

本発明に係る光源装置は、本変形例のように、光ファイバ１１の出射端と光結合されＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を検出する検出器１６を備えることが好ましい。この検出器１６によってＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を検出することにより、繰り返し周波数を周波数制御部１５といった周波数可変手段へフィードバックすることが可能となり、繰り返し周波数の制御を高精度且つ安定して行うことができる。

（第６の変形例）
図１２は、上記実施形態の第６変形例に係る光源装置１ｈの構成を示すブロック図である。図１２を参照すると、本変形例の光源装置１ｈは、連続光源２０と、光増幅器６０と、光ファイバ１１とを備える。このうち、光ファイバ１１の構成については、上記実施形態と同様である。

本変形例の連続光源２０は、連続光Ｐ６を出射する種光源である。連続光源２０は、光増幅器６０を介して光ファイバ１１へ連続光Ｐ６を提供する。なお、光ファイバ１１へ入射される光が連続光であっても、該連続光が比較的高いパワーを有していれば光ファイバ１１内でＳＣ光パルス列Ｐ２が生成され得る。

また、光増幅器６０は、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段である。具体的には、光増幅器６０は、連続光Ｐ６のパワーを変化させることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を変化させる。すなわち、光ファイバ１１へ入射される連続光Ｐ６のパワーを変化させると、光ファイバ１１内において生成されるパルス（ＳＣ光パルス列Ｐ２）の条件が変化するため、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数も変化することとなる。本質的に、連続光による広帯域光の生成は、入力強度の揺らぎに起因したソリトンパルスの生成とその周波数シフト及び分裂により実現されるため、生成パルスの時間間隔はランダムである。しかし、入力パワーの増減や偏波の変化により生成条件が変わるため、マクロに見た場合、繰り返し周波数の増減を観察することが可能と考える。この変形例により、時間分解計測の測定時間の短縮や光ＳＮの向上が図れる。

なお、本変形例においては、光ファイバ１１が受ける連続光Ｐ６のパワーは５００ｍＷ以上であることが好ましい。これにより、光ファイバ１１内における上記パルス条件を好適に変化させ得るので、ＳＣ光パルス列Ｐ２の繰り返し周波数を好適に変化させることができる。

以上に説明した本発明に係る光源装置は、上記実施形態及び各変形例に限らず、様々な変形や構成要素の付加が可能である。例えば、本発明に係る光源装置は、ＳＣ光パルス列を装置外部へ出射するための光導波路が曲部を有し、該曲部の曲率が可変であってもよい。ＳＣ光パルス列の光導波路がこのような曲部を有することによって、ＳＣ光パルス列に任意の曲げ損失を与え、スペクトル形状を変化させることが可能となる。

また、上記各変形例では、光パルス列Ｐ１に含まれる各パルスの最大パワーを増減するために、光増幅器や光減衰器を用いている。これ以外にも、例えば種光源（パルス光源２ａ〜２ｃなど）における励起用の半導体レーザ素子（半導体レーザ素子２１）の出力パワーを増減することにより、光パルス列Ｐ１に含まれる各パルスの最大パワーを増減してもよい。半導体レーザ素子の出力パワーは、駆動電流量を増減することにより容易に制御できるので、この構成によれば、ＳＣ光パルス列のスペクトル形状を、一つのパラメータで容易に制御できる。

また、光源装置が光増幅器を備える場合、光増幅器から出力される光のスペクトル形状が、光増幅器や光減衰器へ入力される光のスペクトル形状と異なっていても良い。このような場合には、光増幅器におけるスペクトル形状の変化を考慮することにより、光ファイバから出力されるＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状を維持しつつ、各光パルスの最大パワーあるいはスペクトル強度をより自由に制御できる。また、この特性を実現させるために、あらかじめ光増幅器中のスペクトル形状の変化を最適設計しておくことも好適である。

また、本発明に係る光源装置においては、光ファイバに入力される光パルス列Ｐ１の各パルスの時間波形を可変としてもよい。光パルス列Ｐ１の平均パワーの変化に伴って各パルスの時間波形を変えることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。

また、本発明に係る光源装置においては、光ファイバに入力される光パルス列Ｐ１の中心波長を可変としてもよい。光ファイバの分散特性に応じて、光パルス列Ｐ１の平均パワーや各パルスの時間波形と共に中心波長を変えることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。

また、本発明に係る光源装置においては、光ファイバに入力される光パルス列Ｐ１のスペクトル形状を可変としてもよい。光パルス列Ｐ１の平均パワー、各パルスの時間波形、及び中心波長などと共にスペクトル形状を変えることにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。

また、本発明に係る光源装置は、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状を維持したまま、各光パルスの最大パワーまたはスペクトル強度を変化させる減衰率可変の光減衰器を、光ファイバの出力端側に備えても良い。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。なお、このような光減衰器は、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル帯域幅内において、光透過特性の波長依存性が無視できる程度に小さいことが好ましい。また、このような光減衰器は、可変減衰量が１０ｄＢの間における、所望の波長での光透過特性の波長依存性が無視できる程度に小さいことが好ましい。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状のうち所望の波長帯域内の部分を取り出しつつ、その形状を維持し、且つＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。

また、本発明に係る光源装置は、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状を維持したまま、各光パルスの最大パワーまたはスペクトル強度を変化させる増幅率可変の光増幅器を、光ファイバの出力端側に備えても良い。これにより、ＳＣ光パルス列Ｐ２のスペクトル形状をほぼ一定に維持しつつ、ＳＣ光パルス列Ｐ２に含まれる各パルスの最大パワーやスペクトル強度のみを制御することが可能となる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光源装置の構成をそれぞれ示す図である。 図２は、パルス光源の一例の構成を示す図である。 図３は、パルス光源の他の一例の構成を示す図である。 図４は、パルス光源の他の一例の構成を示す図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、分波器において光パルス列が分波されない場合及び分波される場合のそれぞれにおける、時分割多重処理部からの出力波形を示すグラフである。 図６は、光ファイバにおいて生成されたＳＣ光パルス列のスペクトル形状を示すグラフである。 図７は、蛍光寿命の波長依存性の測定について説明するための図である。 図８（ａ）〜（ｅ）は、四光波混合現象を利用した光サンプリング波形モニタについて説明するための図である。 図９（ａ）は、上記実施形態の第１変形例に係る光源装置の構成を示す図である。図９（ｂ）は、上記実施形態の第２変形例に係る光源装置の構成を示す図である。 図１０（ａ）は、上記実施形態の第３変形例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。図１０（ｂ）は、上記実施形態の第４変形例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、上記実施形態の第５変形例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、上記実施形態の第６変形例に係る光源装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ〜１ｈ…光源装置、２，２ａ〜２ｃ…パルス光源、３，４…時分割多重処理部、５…パルス取出部、６…信号発生器、７〜９…制御部、１１…光ファイバ、１２，１３，１８…光増幅器、１４，１５…周波数制御部、１６…検出器、１６ａ…波長可変フィルタ、１６ｂ…光検出素子、１６ｃ…ＰＬＬ回路、１７…分波器、２０…連続光源、２１…半導体レーザ素子、２２ａ…ＬＮ変調器、２２ｂ，２４ｃ，５２…信号発生器、２３…キャビティ、２４ａ…反射ミラー、２４ｂ…ピエゾモータ、２５…可飽和吸収ミラー、２８…Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板、３１，４１…分波器、３２，３３，４２〜４４…光導波路、３４…遅延器、３５，４５…合波器、４２ａ，４３ａ…遅延路、５１…光スイッチ、６０…光増幅器、Ｐ１…光パルス列、Ｐ２…ＳＣ光パルス列。

Claims (16)

1. 光パルス列を出射する種光源と、
   前記種光源に光結合され、前記光パルス列を受けてスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を含むＳＣ光パルス列を出射する光ファイバと、
   前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段と
   を備えることを特徴とする、光源装置。
2. 前記周波数可変手段は、前記種光源が前記光パルス列を出射する際の繰り返し周波数を可変とすることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記周波数可変手段が、前記種光源と前記光ファイバとの間に光結合されており、
   前記光パルス列を複数の光導波路へ分波する分波部と、
   前記複数の光導波路のうち一部の前記光導波路に設けられ、前記光パルス列を時間的に遅延させる遅延部と、
   前記複数の光導波路からの前記光パルス列を合波する合波部と
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記周波数可変手段が、前記種光源と前記光ファイバとの間に光結合されており、前記光パルス列から周期的にパルスを取り出すことによって該光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
5. 前記周波数可変手段と前記光ファイバとの間に光結合された光増幅器を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の光源装置。
6. 前記周波数可変手段が、前記光ファイバの出射端に光結合されており、前記ＳＣ光パルス列から周期的にパルスを取り出すことによって該ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
7. 前記種光源と前記光ファイバとの間に光結合され、前記光パルス列に含まれる各パルスの最大パワーを変化させる強度可変手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記種光源と前記光ファイバとの間に光結合され、前記光ファイバに入射する前記光パルス列の偏波方向を変化させる偏波可変手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 連続光を出射する種光源と、
   前記種光源に光結合され、前記連続光を受けてスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を含むＳＣ光パルス列を出射する光ファイバと、
   前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を可変にするための周波数可変手段と
   を備えることを特徴とする、光源装置。
10. 前記周波数可変手段が、前記連続光のパワーを変化させることにより前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を変化させることを特徴とする、請求項９に記載の光源装置。
11. 前記光ファイバが受ける前記連続光のパワーが５００ｍＷ以上であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の光源装置。
12. 前記光ファイバの出射端と光結合され前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数を検出する検出手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光源装置。
13. 前記光ファイバの温度を制御するための温度制御手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源装置。
14. 前記ＳＣ光パルス列を装置外部へ出射するための光導波路が曲部を有し、該曲部の曲率が可変であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光源装置。
15. 前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下であり、前記周波数可変手段による可変範囲の幅が、該可変範囲における中心周波数値の２０％以上であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光源装置。
16. 前記ＳＣ光パルス列の繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であり、前記周波数可変手段による可変範囲の幅が１０ＭＨｚ以上であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光源装置。
    

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