JP2007193231A - Light source device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a light source device for outputting super continuum light (SC light).
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。 The SC light source, which is one of the broadband light sources, is expected as an important light source for various application fields because of its high output power, wide bandwidth, and spectral flatness. Although various types of SC light source devices have been proposed, the configuration generated in the optical fiber is simple, the interaction length can be easily increased, and spectrum control is easy. Generally, it is widely used.
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。
このようなSC光源の応用分野によっては、SC光のパワーを調節しつつ利用したい場合がある。例えば、赤外分光測定において被測定対象物が低散乱体であるときには、散乱光を精度よく測定するために、被測定対象物へ照射されるSC光のパワーを強くしたい場合がある。対して、SC光と被測定対象物との相互作用による被測定対象物の劣化や変質を回避するために、被測定対象物へ照射されるSC光のパワーを弱くしたい場合もある。しかも、SC光のパワーを調節する際には、測定精度を保つためにSC光のスペクトル波形を維持しながらパワーを調節できることが望まれる。 Depending on the application field of such an SC light source, it may be desired to use it while adjusting the power of the SC light. For example, when the object to be measured is a low scatterer in infrared spectroscopic measurement, it may be desired to increase the power of the SC light applied to the object to be measured in order to accurately measure scattered light. On the other hand, in order to avoid deterioration or alteration of the measurement target object due to the interaction between the SC light and the measurement target object, it may be desired to reduce the power of the SC light applied to the measurement target object. In addition, when adjusting the power of the SC light, it is desirable that the power can be adjusted while maintaining the spectrum waveform of the SC light in order to maintain measurement accuracy.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、出射されるSC光のスペクトル波形を維持しつつSC光のパワーを可変にできる光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light source device that can vary the power of SC light while maintaining the spectrum waveform of the emitted SC light.
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)を出射する光ファイバと、SC光のパワーを可変にするためのパワー可変手段とを備え、パワー可変手段は、SC光のスペクトル帯域に含まれる一部または全部の波長域において、当該光源装置から出射されるSC光のスペクトル波形が維持された状態で、SC光のパワーを変化させることを特徴とする。この光源装置によれば、パワー可変手段によって、測定に必要な波長域におけるSC光のスペクトル波形を維持しながら、該波長域におけるSC光のパワーを可変にできる。なお、ここでいうSC光のスペクトル波形とは、該SC光のスペクトル強度特性における、波長軸に沿った起伏の状態をいう。また、スペクトル波形が維持されるとは、各波長における変化前後のスペクトル強度の比が当該波長域に亘ってほぼ一律であることをいう。 In order to solve the above-described problems, a first light source device of the present invention includes a seed light source that emits an optical pulse train, and light that is optically coupled to the seed light source and emits supercontinuum light (SC light) upon receiving the optical pulse train. A fiber and power varying means for varying the power of the SC light, and the power varying means is an SC emitted from the light source device in a part or all of the wavelength range included in the spectrum band of the SC light. It is characterized in that the power of the SC light is changed in a state where the spectrum waveform of the light is maintained. According to this light source device, the power of the SC light in the wavelength range can be made variable while maintaining the spectrum waveform of the SC light in the wavelength range necessary for measurement by the power variable means. The spectral waveform of the SC light here refers to a undulation state along the wavelength axis in the spectral intensity characteristic of the SC light. In addition, the fact that the spectrum waveform is maintained means that the ratio of the spectrum intensity before and after the change in each wavelength is substantially uniform over the wavelength range.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、光パルス列に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることによりSC光のパワーを変化させることを特徴としてもよい。これにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光のパワーを所望の強さに変化させることができる。 Further, the first light source device may be characterized in that the power variable means changes the power of the SC light by changing the peak value of the power waveform of each pulse included in the optical pulse train. Thereby, the power of the SC light can be changed to a desired intensity while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、種光源に含まれる励起用レーザ光源の出力パワーを変化させることにより、光パルス列に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることを特徴としてもよい。励起用レーザ光源の出力パワーは、励起用レーザ光源へ供給する電流量によって容易に制御可能である。従って、この光源装置によれば、光パルス列に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を、励起用レーザ光源の電流量といった一つのパラメータを用いて容易に変化させることができる。 In the first light source device, the power variable means changes the peak value of the power waveform of each pulse included in the optical pulse train by changing the output power of the excitation laser light source included in the seed light source. May be a feature. The output power of the excitation laser light source can be easily controlled by the amount of current supplied to the excitation laser light source. Therefore, according to this light source device, the peak value of the power waveform of each pulse included in the optical pulse train can be easily changed using one parameter such as the amount of current of the excitation laser light source.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、種光源と光ファイバとの間に光結合された増幅率可変の光増幅器であることを特徴としてもよい。光パルス列に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を光増幅器によって増大させ、且つ増幅率を可変とすることにより、SC光のパワーを所望の強さに容易に制御できる。また、この場合、種光源の出力パワーは一定でもよいので、光パルス列を安定して得られる。また、この場合、光増幅器に入射される光のスペクトル形状と、光増幅器から出射される光のスペクトル形状とが互いに異なっていてもよい。光ファイバに入射される光パルス列の各パルスのパワー波形の尖頭値に加え、光増幅器における光パルス列のスペクトル形状の変化をも考慮することにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光のパワーを所望の強さにより精度よく近づけることができる。 Further, the first light source device may be characterized in that the power variable means is a variable gain optical amplifier optically coupled between the seed light source and the optical fiber. By increasing the peak value of the power waveform of each pulse included in the optical pulse train by an optical amplifier and making the amplification factor variable, the power of the SC light can be easily controlled to a desired intensity. In this case, since the output power of the seed light source may be constant, an optical pulse train can be obtained stably. In this case, the spectral shape of the light incident on the optical amplifier may be different from the spectral shape of the light emitted from the optical amplifier. In addition to the peak value of the power waveform of each pulse of the optical pulse train incident on the optical fiber, by taking into account the change in the spectral shape of the optical pulse train in the optical amplifier, while maintaining the spectral waveform of the SC light suitably, The power of the SC light can be made close to the desired intensity with high accuracy.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、種光源と光ファイバとの間に光結合された減衰率可変の光減衰器であることを特徴としてもよい。光パルス列に含まれる各パルスのパワーを光減衰器によって減衰させ、且つ減衰率を可変とすることにより、光パルス列の雑音特性、時間波形、及びスペクトル形状には影響を与えずに光パルス列の各パルスのパワー波形の尖頭値を制御できる。従って、この光源装置によれば、SC光のパワーを所望の強さにより精度よく近づけることができる。 Further, the first light source device may be characterized in that the power variable means is a variable attenuation factor optical attenuator optically coupled between the seed light source and the optical fiber. By attenuating the power of each pulse included in the optical pulse train with an optical attenuator and making the attenuation factor variable, each noise of the optical pulse train is not affected without affecting the noise characteristics, time waveform, and spectrum shape of the optical pulse train. The peak value of the power waveform of the pulse can be controlled. Therefore, according to this light source device, the power of the SC light can be brought closer to the desired intensity with high accuracy.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、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ることにより、光パルス列に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることを特徴としてもよい。これにより、SC光のパワーを好適に制御できるとともに、光増幅器や光減衰器を用いる場合と比較して光損失を低く抑えることができる。 Further, in the first light source device, the power variable means changes the optical coupling efficiency between the seed light source and the optical fiber by using the optical axis shift between the seed light source and the optical fiber, thereby changing the optical pulse train. The peak value of the power waveform of each included pulse may be changed. As a result, the power of the SC light can be suitably controlled, and the optical loss can be suppressed as compared with the case where an optical amplifier or an optical attenuator is used.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバに入射される光パルス列に含まれる各パルスの時間波形を変化させることによりSC光のスペクトル波形を維持することを特徴としてもよい。これにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 Further, the first light source device may be characterized in that the power varying means maintains the spectrum waveform of the SC light by changing the time waveform of each pulse included in the optical pulse train incident on the optical fiber. Thereby, the power of the SC light can be changed while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバに入射される光パルス列の中心波長を変化させることによりSC光のスペクトル波形を維持することを特徴としてもよい。SC光のスペクトル波形は、光ファイバの分散特性及び光パルス列の中心波長の影響を受ける。従って、この光源装置によれば、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 The first light source device may be characterized in that the power variable means maintains the spectrum waveform of the SC light by changing the center wavelength of the optical pulse train incident on the optical fiber. The spectral waveform of SC light is affected by the dispersion characteristics of the optical fiber and the center wavelength of the optical pulse train. Therefore, according to this light source device, it is possible to change the power of the SC light while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバに入射される光パルス列のスペクトル形状を変化させることによりSC光のスペクトル波形を維持することを特徴としてもよい。これにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 Further, the first light source device may be characterized in that the power varying means maintains the spectrum waveform of the SC light by changing the spectrum shape of the optical pulse train incident on the optical fiber. Thereby, the power of the SC light can be changed while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバに入射される光パルス列の偏波方向を変化させることによりSC光のスペクトル波形を維持することを特徴としてもよい。SC光のスペクトル波形は、光パルス列の偏波及び光ファイバの偏波依存性の影響を受ける。従って、この光源装置によれば、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 The first light source device may be characterized in that the power variable means maintains the spectrum waveform of the SC light by changing the polarization direction of the optical pulse train incident on the optical fiber. The spectrum waveform of SC light is affected by the polarization of the optical pulse train and the polarization dependence of the optical fiber. Therefore, according to this light source device, it is possible to change the power of the SC light while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
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)を出射する光ファイバと、SC光のパワーを可変にするためのパワー可変手段とを備え、パワー可変手段は、SC光のスペクトル帯域に含まれる一部または全部の波長域において、当該光源装置から出射されるSC光のスペクトル波形が維持された状態で、SC光のパワーを変化させ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、この光源装置によれば、パワー可変手段によって、測定に必要な波長域におけるSC光のスペクトル波形を維持しながら、該波長域におけるSC光のパワーを可変にできる。 In addition, a second light source device according to the present invention includes a seed light source that emits continuous light, an optical fiber that is optically coupled to the seed light source and receives continuous light and emits supercontinuum light (SC light), and SC light. Power varying means for varying the power of the SC light, and the power varying means has a spectral waveform of the SC light emitted from the light source device in a part or all of the wavelength range included in the spectral band of the SC light. The power of the SC light is changed in a maintained state. Even if the light incident on the optical fiber is continuous light, SC light can be generated in the optical fiber if the continuous light has a relatively high power. According to this light source device, the power of the SC light in the wavelength range can be made variable while maintaining the spectrum waveform of the SC light in the wavelength range necessary for the measurement by the power variable means.
また、第2の光源装置は、光ファイバに入射される連続光のパワーが100mW以上であることを特徴としてもよい。これにより、光ファイバ内でSC光を好適に生成できる。 The second light source device may be characterized in that the power of continuous light incident on the optical fiber is 100 mW or more. Thereby, SC light can be suitably generated in the optical fiber.
また、第1または第2の光源装置は、光ファイバに入射される光パルス列または連続光の波長範囲に波長1550nmが含まれることを特徴としてもよい。これにより、光ファイバの低損失な領域で効率良くSC光を生成できる。 Further, the first or second light source device may be characterized in that a wavelength of 1550 nm is included in a wavelength range of an optical pulse train or continuous light incident on an optical fiber. Thereby, SC light can be efficiently generated in a low-loss region of the optical fiber.
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、光源装置から出射されるSC光のスペクトル波形を更に好適に維持しつつ、SC光のパワーを所望の値により精度よく近づけることができる。また、この場合、温度制御手段は、光ファイバに接して設けられた温調素子を含むことが好ましい。これにより、光ファイバの温度を容易に制御できる。 The first or second light source device may further include a temperature control unit that controls the temperature of the optical fiber. As a result, the dispersion characteristic of the optical fiber can be suitably changed, so that the power of the SC light can be brought closer to a desired value with high accuracy while the spectral waveform of the SC light emitted from the light source device is more preferably maintained. . In this case, the temperature control means preferably includes a temperature control element provided in contact with the optical fiber. Thereby, the temperature of the optical fiber can be easily controlled.
また、第1または第2の光源装置は、パワー可変手段が、SC光を装置外部へ出射するための光導波路に形成された曲率可変の曲部であることを特徴としてもよい。SC光の光導波路がこのような曲部を有することによって、SC光に任意の曲げ損失を与え、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 Further, the first or second light source device may be characterized in that the power varying means is a curved portion having a variable curvature formed in an optical waveguide for emitting SC light to the outside of the device. Since the SC optical waveguide has such a curved portion, it is possible to give an arbitrary bending loss to the SC light and to change the power of the SC light while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1または第2の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバの出射端に光結合された減衰率可変の光減衰器であることを特徴としてもよい。この光源装置によれば、例えば減衰率の波長依存性が十分に低い光減衰器を用いてSC光を減衰させることにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。また、この場合、波長域における光減衰器の最大減衰率と最小減衰率との差は20dB以下であることが好ましい。なぜならば、20dB以上の可変減衰量に対して損失の波長依存性を一定に保つのは容易ではなく、このようなものを求めると減衰器が高価なものとなってしまう。また、通常の用途では強度が20dB変化すれば十分である。 Further, the first or second light source device may be characterized in that the power varying means is a variable attenuation factor optical attenuator optically coupled to the output end of the optical fiber. According to this light source device, for example, the SC light is attenuated by using an optical attenuator having a sufficiently low wavelength dependency of the attenuation rate, thereby changing the power of the SC light while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light. be able to. In this case, the difference between the maximum attenuation rate and the minimum attenuation rate of the optical attenuator in the wavelength region is preferably 20 dB or less. This is because it is not easy to keep the wavelength dependency of the loss constant for a variable attenuation amount of 20 dB or more. If such a thing is obtained, the attenuator becomes expensive. Also, for normal applications, a 20 dB change in strength is sufficient.
また、第1または第2の光源装置は、パワー可変手段が、光ファイバの出射端に光結合された増幅率可変の光増幅器であることを特徴としてもよい。この光源装置によれば、例えば増幅率の波長依存性が十分に低い光増幅器を用いてSC光を増幅することにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 The first or second light source device may be characterized in that the power variable means is a variable gain optical amplifier optically coupled to the output end of the optical fiber. According to this light source device, for example, by amplifying the SC light by using an optical amplifier having a sufficiently low wavelength dependency of the amplification factor, the power of the SC light can be changed while favorably maintaining the spectrum waveform of the SC light. Can do.
また、第1または第2の光源装置は、パワー可変手段が、SC光の繰り返し周波数を変化させることによりSC光のパワーを変化させることを特徴としてもよい。これにより、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光のパワーを変化させることができる。 The first or second light source device may be characterized in that the power varying means changes the power of the SC light by changing the repetition frequency of the SC light. Thereby, the power of the SC light can be changed while suitably maintaining the spectrum waveform of the SC light.
また、第1または第2の光源装置は、種光源が光パルス列を出射し、パワー可変手段が、光ファイバに入射される光パルス列の繰り返し周波数を変化させることにより、SC光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、SC光のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光の繰り返し周波数を変化させることができる。また、この場合、光ファイバに入射される光パルス列に含まれる各光パルスのパワー波形の尖頭値を維持しつつ光パルス列の繰り返し周波数を変化させることが好ましい。 In the first or second light source device, the seed light source emits the optical pulse train, and the power variable means changes the repetition frequency of the optical pulse train incident on the optical fiber, thereby changing the SC light repetition frequency. It is good also as making it feature. Thereby, the repetition frequency of SC light can be changed, maintaining the spectrum waveform of SC light suitably. In this case, it is preferable to change the repetition frequency of the optical pulse train while maintaining the peak value of the power waveform of each optical pulse included in the optical pulse train incident on the optical fiber.
また、第1または第2の光源装置は、光ファイバの出射端に光結合されSC光のパワー及びスペクトル形状のうち少なくとも一方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光のパワー及びスペクトル形状のうち少なくとも一方を検出することにより、この検出結果を利用してパワー可変手段をフィードバック制御することが可能となり、SC光のスペクトル波形の維持、及びSC光のパワー制御を高精度且つ安定して行うことができる。 The first or second light source device may further include detection means that is optically coupled to the output end of the optical fiber and detects at least one of the power and spectral shape of the SC light. By detecting at least one of the power and spectrum shape of the SC light by this detection means, it becomes possible to feedback-control the power variable means using this detection result, maintaining the spectrum waveform of the SC light, and SC Light power control can be performed with high accuracy and stability.
また、第1または第2の光源装置は、SC光のスペクトル幅が、光ファイバに入射される光パルス列または連続光のスペクトル幅の10倍以上であることを特徴としてもよい。SC光のスペクトル幅が光パルス列(または連続光)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の特性(非線形性)の揺らぎに起因するSC光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、測定に必要な波長域におけるSC光のパワーをパワー可変手段によって任意に変化させ得ることが望ましい。 Further, the first or second light source device may be characterized in that the spectrum width of the SC light is 10 times or more of the optical pulse train incident on the optical fiber or the spectrum width of the continuous light. When the spectrum width of the SC light becomes 10 times or more of the spectrum width of the optical pulse train (or continuous light), the deformation of the spectral shape of the SC light due to fluctuations in the characteristics (nonlinearity) of the optical pulse train or optical fiber becomes significant. . Therefore, in such a case, it is desirable that the power of the SC light in the wavelength range necessary for measurement can be arbitrarily changed by the power variable means.
本発明の光源装置によれば、出射されるSC光のスペクトル波形を維持しつつSC光のパワーを可変にできる。 According to the light source device of the present invention, the power of the SC light can be varied while maintaining the spectrum waveform of the emitted SC light.
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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a light source device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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。
FIGS. 1A and 1B are diagrams respectively showing configurations of
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)光を含むパルス状のSC光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。
The
時分割多重処理部3は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。時分割多重処理部3は、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることによってSC光P2の繰り返し周波数を変化させ、その結果として、SC光P2の時間平均パワーを変化させる。
The time division
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)もしくは両方に設けられる。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。この場合、合波器35から出力される平均パワーは一定に保たれた状態で繰り返し周波数を変えることが可能になる。また、光導波路32もしくは33に光を実効的に遮断する光シャッタや光スイッチ、光可変減衰器などが挿入されていてもよい。この場合、合波器35から出力されるパルス光のエネルギーを変えずに繰り返し周波数を変えることが可能となる。
The time division
また、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。
Referring to FIG. 1B, the
時分割多重処理部4は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。時分割多重処理部4は、図1(a)の時分割多重処理部3と同様に、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることによってSC光P2の繰り返し周波数を変化させ、その結果として、SC光P2の時間平均パワーを変化させる。
The time division
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。
The time division
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。この場合、合波器45から出力される平均パワーは一定に保たれた状態で繰り返し周波数を変えることが可能になる。また、光導波路42、43、もしくは44に光を実効的に遮断する光シャッタや光スイッチ、光可変減衰器などが挿入されていてもよい。この場合、合波器45から出力されるパルス光のエネルギーを変えずに繰り返し周波数を変えることが可能となる。
Some of the
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。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a pulse
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。
When the
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。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a pulse
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。
In the
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。
When the
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。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a pulse
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。
Excitation light emitted from the
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。
The
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。
Of the
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T1)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(T1/2)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。
The
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PA及びPB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PAのように、パルス光源2から出射された光パルス列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T1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PBのように、パルス光源2から出射された光パルス列P1の周期T1の半分の周期T2(=T1/2)で光パルスが並んだ波形となる。
Here, FIG. 5 (a) and (b) an output waveform P A and from division
また、この場合、分波器31において分波されることによる各パルスの強度低下分を、例えば半導体レーザ素子21(図2〜図4参照)への供給電流量を増加させて補うとよい。これにより、図5(a)及び(b)に示すように、出力波形PBにおける各光パルスの尖頭値は、出力波形PAにおける各光パルスの尖頭値と同等(PW)となる。このように、光ファイバ11に入射される光パルス列P1に含まれる各光パルスのパワー波形の尖頭値を維持しつつ、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることが好ましい
Further, in this case, the intensity decrease of each pulse caused by demultiplexing by the
なお、出力波形PA及びPBの各光パルスの尖頭値PWは、例えば80kWといった値である。また、出力波形PAの繰り返し周波数(すなわち光パルス列P1の周期T1の逆数)は例えば25MHzといった値であり、出力波形PB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PA及びPB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PAの時間平均パワーは例えば40mWといった値であり、出力波形PBの時間平均パワーは例えば80mWといった値である。 The peak value PW of each optical pulse of the output waveforms P A and P B is a value such as 80 kW, for example. Further, the repetition frequency of the output waveform P A (that is, the reciprocal of the period T 1 of the optical pulse train P1) is a value such as 25 MHz, and the repetition frequency of the output waveform P B is a value such as 50 MHz. The pulse width of the output waveform P A and P B are values of, for example 200 femtoseconds. The time average power of the output waveform P A is a value such as 40 mW, and the time average power of the output waveform P B is a value such as 80 mW.
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P2が生成される。このとき生成されるSC光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。SC光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。
Such an output waveform from the time division
ここで、図6は、光ファイバ11において生成されたSC光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PAに対応するSC光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PBに対応するSC光P2のスペクトル形状である。なお、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。
Here, FIG. 6 is a graph showing an example of the spectrum shape of the SC light P2 generated in the
図6のグラフSP1及びSP2に示されるように、SC光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列P1の繰り返し周波数の値に比例して、SC光P2のトータルパワー(時間平均パワー)が増大していることがわかる。また、グラフSP1及びグラフSP2それぞれのスペクトル波形(波長軸に沿った起伏の状態)はほぼ同じになっている。すなわち、変化前後のスペクトル強度の比が全帯域に亘ってほぼ等しくなっており、スペクトル波形が好適に維持されていることがわかる。
As shown in graphs SP1 and SP2 in FIG. 6, the SC light P2 has a gentle spectral shape over a wide band. Then, comparing the graph SP1 and the graph SP2, it can be seen that the total power (time average power) of the SC light P2 increases in proportion to the value of the repetition frequency of the optical pulse train P1 incident on the
すなわち、本実施形態においては、SC光P2の繰り返し周波数の変化に拘わらず、SC光P2に含まれる個々の光パルスのスペクトル形状が同じとなる。従って、SC光P2の時間平均パワー及びスペクトル波形は、SC光P2の繰り返し周波数に応じた個々のスペクトル強度の重ね合わせとなる。これにより、SC光P2のスペクトル波形を維持しつつ、繰り返し周波数に比例してSC光P2のパワーを変化させることができる。 That is, in this embodiment, the spectral shapes of the individual optical pulses included in the SC light P2 are the same regardless of the change in the repetition frequency of the SC light P2. Therefore, the time average power and the spectrum waveform of the SC light P2 are superposed of individual spectrum intensities corresponding to the repetition frequency of the SC light P2. Thereby, the power of the SC light P2 can be changed in proportion to the repetition frequency while maintaining the spectrum waveform of the SC light P2.
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(または4)によって、光源装置1aから出射されるSC光P2のスペクトル波形を維持しながら、SC光P2のパワー(時間平均パワー)を可変にできる。これにより、例えば赤外分光測定において被測定対象物が低散乱体であるときに、SC光P2のスペクトル波形を維持しつつ、被測定対象物へ照射されるSC光P2の時間平均パワーを強くできるので、測定精度を高めることができる。また、SC光のスペクトル波形を維持しつつ、被測定対象物へ照射されるSC光P2の時間平均パワーを好適に弱くできるので、SC光P2と被測定対象物との相互作用による被測定対象物の劣化や変質を回避できる。
Thus, according to the
(第1の変形例)
図7(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7(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。
(First modification)
Fig.7 (a) is a figure which shows the structure of the
パルス取出部5は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。パルス取出部5は、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることによってSC光P2の繰り返し周波数を変化させ、その結果として、SC光P2の時間平均パワーを変化させる。
The
具体的には、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。
Specifically, the
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。これにより、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。
The
このとき、光ファイバ11から出射されるSC光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こととなる。従って、この光源装置1cによれば、SC光P2の繰り返し周波数を好適に変化させることができるので、上記実施形態の光源装置1a及び1bと同様に、光源装置1cから出射されるSC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光P2の時間平均パワーを変化させることができる。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く、これによりSC光P2の時間平均パワーを変化させる自由度が増す。
At this time, the repetition frequency of the SC light P2 emitted from the
(第2の変形例)
図7(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7(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。
(Second modification)
FIG.7 (b) is a figure which shows the structure of the
信号発生器6は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。信号発生器6は、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることによってSC光P2の繰り返し周波数を変化させ、その結果として、SC光P2の時間平均パワーを変化させる。
The
具体的には、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変化させる。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P2の繰り返し周波数を変化させ、これによってSC光P2の時間平均パワーを変化させることができる。
Specifically, the
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、例えば、光ファイバ11へ入射される光パルス列P1の繰り返し周波数が変わった場合でも各パルスのパワー波形の尖頭値をほぼ一定に制御するために用いられる。
The
(第3の変形例)
図8(a)は、上記実施形態の第3変形例に係る光源装置1eの構成を示す図である。図8(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、減衰率可変の光減衰器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。
(Third Modification)
FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration of a
光減衰器7は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。本変形例においては、パワー可変手段は光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることにより、SC光P2のパワーを変化させる。具体的には、光減衰器7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、パルス光源2から出射された光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を減少させる。また、光減衰器7の減衰率は可変となっており、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を任意の減衰率で減少できる。
The
上記実施形態のように光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させる以外にも、例えば本変形例のように光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることにより、光源装置1eから出射されるSC光のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光のパワーを所望の強さに変化させることができる。また、本変形例のように、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を光減衰器7によって減少させ、且つ減衰率を可変とすることにより、光パルス列P1の雑音特性、時間波形、及びスペクトル形状には影響を与えずに光パルス列P1の各パルスのパワー波形の尖頭値を制御できる。従って、この光源装置1eによれば、SC光P2の時間平均パワーを所望の強さにより精度よく近づけることができる。
In addition to changing the repetition frequency of the optical pulse train P1 as in the above embodiment, for example, by changing the peak value of the power waveform of each pulse included in the optical pulse train P1 as in this modification, the
(第4の変形例)
図8(b)は、上記実施形態の第4変形例に係る光源装置1fの構成を示す図である。図8(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、光軸調整部8と、光ファイバ11と、コリメータレンズ13aと、集光レンズ13b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。また、コリメータレンズ13a及び集光レンズ13bは、パルス光源2と光ファイバ11との間に配置されている。光パルス列P1は、コリメータレンズ13aによってコリメートされた後、集光レンズ13bによって集光される。
(Fourth modification)
FIG. 8B is a diagram illustrating a configuration of a
光軸調整部8は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。光軸調整部8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、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることにより、SC光P2のパワーを変化させる。本変形例の光軸調整部8は、集光レンズ13bを変位させる第1の駆動部81と、光ファイバ11の光入射端を変位させる第2の駆動部82とを有する。第1の駆動部81は、集光レンズ13bを光軸方向及び光軸方向と交差する方向に変位させて、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。第2の駆動部82は、光ファイバ11の光入射端を光軸方向と交差する方向に変位させて、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。
The optical
本変形例のように、パワー可変手段(光軸調整部8)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ことにより、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させてもよい。これにより、光源装置1fから出射されるSC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光P2の時間平均パワーを変化させ得るとともに、光増幅器や光減衰器を用いる場合(例えば上記第3変形例)と比較して、光損失を低く抑えることができる。
As in this modification, the power variable means (optical axis adjustment unit 8) uses the optical axis shift between the
(第5の変形例)
図9(a)は、上記実施形態の第5変形例に係る光源装置1gの構成を示す図である。図9(a)を参照すると、本変形例の光源装置1gは、パルス光源2と、減衰率可変の光減衰器7と、パルス圧縮・拡大器9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。また、光減衰器7の構成については、上記第3変形例(図8(a))と同様である。
(Fifth modification)
Fig.9 (a) is a figure which shows the structure of the
パルス圧縮・拡大器9は、光減衰器7とともにパワー可変手段を構成する。具体的には、パルス圧縮・拡大器9は、パルス光源2と光ファイバ11との間において光減衰器7と直列に光結合されており、光パルス列P1に含まれる各光パルスの時間波形を変化させることにより、SC光P2のスペクトル波形を好適に維持する。パルス圧縮・拡大器9としては、例えば可変分散補償器などの分散デバイスが好適に用いられる。
The pulse compressor /
本変形例のように、パワー可変手段がパルス圧縮・拡大器9を更に含むことにより、光源装置1gから出射されるSC光P2のスペクトル波形を更に好適に維持できる。
As in the present modification, the power variable means further includes the pulse compression /
(第6の変形例)
図9(b)は、上記実施形態の第6変形例に係る光源装置1hの構成を示す図である。図9(b)を参照すると、本変形例の光源装置1hは、連続光源20と、増幅率可変の光増幅器10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。
(Sixth Modification)
FIG. 9B is a diagram illustrating a configuration of a
本変形例の連続光源20は、連続光P3を出射する種光源である。連続光源20は、光増幅器10を介して光ファイバ11へ連続光P3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P2が生成され得る。このとき、光ファイバ11に入射される連続光P3のパワーが100mW以上であることが好ましい。これにより、光ファイバ11内においてSC光P2を好適に発生させ得る。
The continuous
また、光増幅器10は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。光増幅器10は、連続光P3のパワーを変化させることにより、SC光P2のパワーを所望の値に変化させる。すなわち、光ファイバ11へ入射される連続光P3のパワーを変化させると、光ファイバ11内におけるパルス状のSC光P2の生成条件が変化するため、パルス状のSC光P2の繰り返し周波数も変化することとなる。このように、本変形例によれば、パワー手段(光増幅器10)によってSC光P2の繰り返し周波数を変化させ得るので、上記実施形態と同様に、光源装置1hから出射されるSC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光P2の時間平均パワーを変化させることができる。
The
(第7の変形例)
図10は、上記実施形態の第7変形例に係る光源装置1iの構成を示す図である。図10を参照すると、本変形例の光源装置1iは、パルス光源2(または連続光源20)と、光ファイバ11と、コリメータレンズ13aと、集光レンズ13bと、減衰率可変の光減衰器14とを備える。このうち、パルス光源2(連続光源20)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。また、コリメータレンズ13a及び集光レンズ13bの構成は、上記第4変形例(図8(b))と同様である。
(Seventh Modification)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a
光減衰器14は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。光減衰器14は、光ファイバ11の光出射端に光結合されており、光ファイバ11から出射されるSC光P2のスペクトル波形をほぼ維持したまま、SC光P2の時間平均パワーを減衰する。具体的には、光減衰器14は、SC光P2のスペクトル帯域のうち全波長域または測定に利用される一部の波長域でのSC光P2のスペクトル波形をほぼ維持したまま、SC光P2からなる光パルスのパワー波形の尖頭値を減衰する。
The
本変形例においては、SC光P2の全スペクトル波長域、或いはSC光P2の全スペクトル帯域のうち測定に利用される一部の波長域における光減衰器14の減衰率の波長依存性が、無視できる程度に十分に小さいことが好ましい。例えば、当該波長域における光減衰器14の最大減衰率と最小減衰率との差が20dB以下であると良い。また、測定に必要な減衰率の変化範囲(例えば10dB)における減衰率の波長依存性が、所望の波長帯において無視できる程度に小さいことが好ましい。なお、SC光P2の一部の波長域における減衰率の波長依存性が小さな光減衰器14としては、例えば当該帯域以外の光を遮断するフィルタ型光減衰器が挙げられる。
In this modification, the wavelength dependence of the attenuation factor of the
ここで、図11(a)は、光減衰器14の減衰率の波長依存性が、SC光P2の全スペクトル帯域において十分に小さい場合における、光減衰器14からの出力光のスペクトル形状の一例を示すグラフである。また、図11(b)は、光減衰器14の減衰率の波長依存性が、SC光P2のスペクトル帯域のうち一部の帯域において十分に小さい場合における、光減衰器14からの出力光のスペクトル形状の一例を示すグラフである。なお、図11(a)及び図11(b)において、グラフSP3,SP6は光減衰器14に入射する前のSC光P2のスペクトル形状を示しており、グラフSP4,SP7は光減衰器14における減衰率が2dBのときの出力光のスペクトル形状を示しており、グラフSP5,SP8は光減衰器14における減衰率が6dBのときの出力光のスペクトル形状を示している。また、図11(a)及び図11(b)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。
Here, FIG. 11A shows an example of the spectral shape of the output light from the
図11(a)(または図11(b))に示すように、本変形例の光源装置1iによれば、SC光P2のスペクトル帯域の全部または一部における減衰後の出力光のスペクトル波形の波長依存性が、減衰率に依らず好適に維持されることがわかる。このように、本変形例の光源装置1iによれば、光源装置1iから出射されるSC光P2のスペクトル波形の全部または一部を好適に維持しつつ、SC光P2の光強度(すなわち時間平均パワー)を変化させることができる。
As shown in FIG. 11 (a) (or FIG. 11 (b)), according to the
(第8の変形例)
図12(a)は、上記実施形態の第8変形例に係る光源装置1jの構成を示す図である。図12(a)を参照すると、本変形例の光源装置1jは、パルス光源2(または連続光源20)と、光ファイバ11と、増幅率可変の光増幅器15とを備える。このうち、パルス光源2(連続光源20)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。
(Eighth modification)
FIG. 12A is a diagram illustrating a configuration of a
光増幅器15は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段である。光増幅器15は、光ファイバ11の光出射端に光結合されており、光ファイバ11から出射されるSC光P2のスペクトル波形をほぼ維持したまま、SC光P2の時間平均パワーを増幅する。具体的には、光増幅器15は、SC光P2のスペクトル帯域のうち該光増幅器15によって増幅される波長帯域内でのSC光P2のスペクトル波形をほぼ維持したまま、SC光P2からなる光パルスのパワー波形の尖頭値を当該帯域において増幅する。このような光増幅器15としては、例えばC帯からL帯にわたる広い波長域(1535〜1605nm)での増幅が可能なエルビウム添加光ファイバ(EDFA)などが好適に用いられる。
The
ここで、図12(b)は、光増幅器15からの出力光のスペクトル形状の一例を示すグラフである。なお、図12(b)において、グラフSP9は光増幅器15に入射する前のSC光P2のスペクトル形状を示しており、グラフSP10は光増幅器15における増幅率が2.5dBのときの出力光のスペクトル形状を示しており、グラフSP11は光増幅器15における増幅率が6dBのときの出力光のスペクトル形状を示している。また、図12(b)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。
Here, FIG. 12B is a graph showing an example of the spectrum shape of the output light from the
図12(b)に示すように、本変形例の光源装置1jによれば、光増幅器15によって増幅される帯域(図の帯域A)において、増幅後の出力光のスペクトル波形の波長依存性が、増幅率に依らず好適に維持されることがわかる。このように、本変形例の光源装置1jによれば、光源装置1jから出射されるSC光P2のスペクトル波形の全部または一部を好適に維持しつつ、SC光P2の光強度(すなわち時間平均パワー)を変化させることができる。
As shown in FIG. 12B, according to the
(第9の変形例)
図13(a)は、上記実施形態の第9変形例に係る光源装置1kの構成を示すブロック図である。図13(a)を参照すると、本変形例の光源装置1kは、パルス光源2と、光ファイバ11と、パルス可変部16と、制御部17a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。
(Ninth Modification)
FIG. 13A is a block diagram illustrating a configuration of a
パルス可変部16は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段であり、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。パルス可変部16には、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、図7(a)に示した第1変形例のパルス取出部5、図8(a)に示した第3変形例の光減衰器7、図8(b)に示した第4変形例の光軸調整部8、或いは図9(a)に示した第5変形例のパルス圧縮・拡大器9などを適用できる。
The
また、上記構成に加え、パルス可変部16に例えば帯域可変フィルタ等を適用し、光ファイバ11に入射される光パルス列P1のスペクトル形状(特に中心波長)を変化させることによりSC光P2のスペクトル波形を維持してもよい。SC光P2のスペクトル形状は、光ファイバ11の分散特性並びに光パルス列P1のスペクトル形状、特に中心波長の影響を受ける。従って、パルス光源2と光ファイバ11との間に帯域可変フィルタを追加することにより、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形を更に好適に維持しつつ、SC光P2の時間平均パワーを変化させることができる。
In addition to the above-described configuration, for example, a band variable filter or the like is applied to the
また、上記構成に加え、パルス可変部16は、光ファイバ11に入射される光パルス列P1の偏波方向を変化させることによりSC光P2のパワーを変化させてもよい。SC光P2のスペクトル形状は、光パルス列P1の偏波及び光ファイバ11の偏波依存性の影響を受ける。従って、この構成によれば、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形を更に好適に維持しつつ、SC光P2の時間平均パワーを変化させることができる。
In addition to the above configuration, the
本変形例の制御部17aもまた、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段として機能する。すなわち、制御部17aは、パルス光源2の励起用レーザ光源(例えば、図2〜4に示した半導体レーザ素子21)の出力パワーを制御するための電気的な制御信号S1をパルス光源2へ送り、励起用レーザ光源の出力パワーを変化させることにより、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させる。例えば上記第3変形例(図8(a)参照)においては、光減衰器7を用いて光パルス列P1の各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させているが、励起用レーザ光源の出力パワーを変化させることによっても光パルス列P1の各パルスのパワー波形の尖頭値を容易に変化させ得る。しかも、励起用レーザ光源の出力パワーは、励起用レーザ光源へ供給する電流量によって容易に制御可能である。従って、この構成により、光パルス列P1の各パルスのパワー波形の尖頭値を、励起用レーザ光源の電流量といった一つのパラメータを用いて容易に変化させることができるので、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光P2の時間平均パワーを容易に変化させることができる。
The
また、制御部17aは、光パルス列P1の繰り返し周波数を変化させることにより、SC光P2のパワーを可変にすることもできる。すなわち、制御部17a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S1をパルス光源2へ送る。これにより、パルス光源2から出射される光パルス列P1の繰り返し周波数が変化するので、SC光P2の繰り返し周波数が変化し、その結果としてSC光P2の時間平均パワーが変化する。制御信号S1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S1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P2の繰り返し周波数を好適に変化させ、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形を維持しつつSC光P2の時間平均パワーを容易に変化させることができる。
The
また、制御部17aは、光ファイバ11の温度を制御することにより、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形をより好適に維持する。すなわち、制御部17aは、光ファイバ11の温度制御を行うための電気的な制御信号S2を、光ファイバ11に接して設けられたペルチェ素子などの温調素子11a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、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形を更に好適に維持しつつ、SC光P2のパワーを所望の値により精度よく近づけることができる。なお、光ファイバ11は、コイル状に巻回されることにより温調素子11aの温度が伝導され易くなっていることが好ましい。
Moreover, the
また、制御部17aは、SC光P2のスペクトル波形を維持しつつ所望のパワーを得るために、パルス可変部16を電気的に制御する。例えば、パルス可変部16が時分割多重処理部3,4(図1(a),(b))を含む場合、分波器31,41に設けられた光スイッチを制御するための制御信号S3をパルス可変部16へ送る。また、パルス可変部16がパルス取出部5(図7(a))を含む場合、信号発生器52を制御するための制御信号S3をパルス可変部16へ送る。また、パルス可変部16が光減衰器7(図8(a))やパルス圧縮・拡大器9(図9(a))を含む場合には、制御部17aは、これらを制御するための制御信号S3をパルス可変部16へ送る。また、パルス可変部16が光軸調整部8(図8(b))を含む場合、制御部17aは、第1及び第2の駆動部81及び82を駆動するための駆動信号を、制御信号S3としてパルス可変部16へ送る。
Further, the
このように、パルス可変部16を電気的に制御する制御部17aを備えることにより、光源装置1kから出射されるSC光P2のスペクトル波形や時間平均パワーの自動制御または遠隔制御が可能となる。また、部品の入れ替え等も必要なく、SC光P2の時間平均パワーを所望の値に容易に調整できる。また、被測定対象部ごとに異なるパワーに調整する場合においても、調整を短時間で行うことができる。
As described above, by including the
(第10の変形例)
図13(b)は、上記実施形態の第10変形例に係る光源装置1mの構成を示すブロック図である。図13(b)を参照すると、本変形例の光源装置1mは、パルス光源2(または連続光源20)と、光ファイバ11と、制御部17bと、光増幅器18と、パワー可変部19とを備える。このうち、パルス光源2(連続光源20)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。
(10th modification)
FIG. 13B is a block diagram illustrating a configuration of a
光増幅器18は、SC光P2のパワーを可変にするためのパワー可変手段であり、光パルス列P1に含まれる各パルスのパワー波形の尖頭値を変化させることによりSC光P2の時間平均パワーを変化させる。光増幅器18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S4を制御部17aから受け、該制御信号S4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(または連続光源20からの連続光P3)を増幅する。
The
本変形例のように、パワー可変手段は、パルス光源2(連続光源20)と光ファイバ11との間に光結合された増幅率可変の光増幅器18であってもよい。これにより、SC光P2のパワーを所望の強さに容易に制御できる。また、この場合、パルス光源2(連続光源20)の出力パワーは一定でもよいので、光パルス列P1を安定して得られる。また、この場合、光増幅器18に入射される光のスペクトル形状と、光増幅器18から出射される光のスペクトル形状とが互いに異なっていてもよい。光ファイバに入射される光パルス列P1の各パルスのパワー波形の尖頭値に加え、光増幅器18における光パルス列P1のスペクトル形状の変化をも考慮することにより、光源装置1mから出射されるSC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつ、SC光P2のパワーを所望の強さにより精度よく近づけることができる。
As in the present modification, the power variable means may be a variable gain
パワー可変部19は、SC光P2のパワーを可変にするための別のパワー可変手段である。パワー可変部19には、例えば図10に示した第7変形例の光減衰器14、或いは図12(a)に示した第8変形例の光増幅器15を適用できる。また、パワー可変部19は、SC光P2を装置外部へ出射するための光導波路に形成された曲率可変の曲部であってもよい。SC光P2を出射するため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P2に任意の曲げ損失を与え、SC光P2のスペクトル波形を好適に維持しつつSC光P2のパワーを変化させることができる。パワー可変部19は、SC光P2のスペクトル波形及び時間平均パワーを制御するための制御信号S5を制御部17bから受け、該制御信号S5に応じたスペクトル波形及び時間平均パワーとなるように増幅率や減衰率を変化させるか、或いは光導波路の曲率を変化させる。
The
制御部17bは、上述した制御信号S4及びS5のほか、第9変形例の制御部17aと同様に、パルス光源2(連続光源20)の励起用レーザ光源の出力パワーを制御するための制御信号S1をパルス光源2(連続光源20)へ送り、励起用レーザ光源の出力パワーを変化させることにより、光パルス列P1のパワー波形の尖頭値(連続光P3の最大パワー)を変化させる。また、制御部17bは、光ファイバ11の温度制御を行うための制御信号S2を、光ファイバ11に接して設けられた温調素子11aへ送ることにより、光ファイバ11の分散特性を変化させる。
(第11の変形例)
図14は、上記実施形態の第11変形例に係る光源装置1nの構成を示すブロック図である。図14を参照すると、本変形例の光源装置1nは、パルス光源2と、光ファイバ11と、パルス可変部16と、制御部17cと、検出器30とを備える。このうち、パルス光源2、光ファイバ11、及びパルス可変部16の構成については、上記実施形態と同様である。
(Eleventh modification)
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a
検出器30は、SC光P2の時間平均パワー及びスペクトル形状のうち少なくとも一方を検出するための検出手段である。検出器30は、光ファイバ11の出射端と分波器11bを介して光結合されており、SC光P2の一部を取り込む。検出器30は、波長可変フィルタ30aと、光検出素子30bと、信号処理部30cとを有する。検出器30に取り込まれた一部のSC光P2は、波長可変フィルタ30aを通過した後、光検出素子30b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、信号処理部30cにおいて時間平均パワー及びスペクトル形状のうち少なくとも一方が検出される。この検出結果は、制御部17cへ送られる。
The
制御部17cは、検出器30からの検出結果に基づいて、パルス光源2の励起用レーザ光源の出力パワーを変化させるための制御信号S1、光ファイバ11の温度制御を行うための制御信号S2、及びパルス可変部16を制御するための制御信号S3を生成し、それぞれパルス光源2、温調素子11a、及びパルス可変部16へ送る。このように、検出器30によってSC光P2の時間平均パワー及びスペクトル形状のうち少なくとも一方を検出することにより、検出結果を利用してパワー可変手段(パルス可変部16、制御部17c)をフィードバック制御することが可能となり、SC光P2のスペクトル波形の維持、及びSC光P2のパワーの制御を高精度且つ安定して行うことができる。
Based on the detection result from the
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、上記実施形態や各変形例において、本発明に係るパワー可変手段の様々な態様を説明したが、本発明に係る光源装置は、上記した各パワー可変手段のうち任意の複数の手段を組み合わせて構成されてもよい。 The light source device according to the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications and additions of components are possible. For example, in the above-described embodiments and modifications, various aspects of the power variable unit according to the present invention have been described. However, the light source device according to the present invention combines a plurality of arbitrary units among the above-described power variable units. May be configured.
1a〜1n…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…光減衰器、8…光軸調整部、9…パルス圧縮・拡大器、10…光増幅器、11…光ファイバ、11a…温調素子、12,15,18…光増幅器、14…光減衰器、16…パルス可変部、17a〜17c…制御部、19…パワー可変部、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、30…検出器、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、52…信号発生器、81…第1の駆動部、82…第2の駆動部、P1…光パルス列、P2…SC光、P3…連続光。
DESCRIPTION OF
Claims (21)
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)を出射する光ファイバと、
前記SC光のスペクトル帯域に含まれる一部または全部の波長域において、当該光源装置から出射される前記SC光のスペクトル波形が維持された状態で前記SC光のパワーを変化させるパワー可変手段と
を備えることを特徴とする、光源装置。 A seed light source that emits an optical pulse train;
An optical fiber optically coupled to the seed light source and receiving the optical pulse train and emitting supercontinuum light (SC light);
Power varying means for changing the power of the SC light in a state where the spectral waveform of the SC light emitted from the light source device is maintained in a part or all of the wavelength range included in the spectral band of the SC light. A light source device comprising:
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)を出射する光ファイバと、
前記SC光のスペクトル帯域に含まれる一部または全部の波長域において、当該光源装置から出射される前記SC光のスペクトル波形が維持された状態で前記SC光のパワーを変化させるパワー可変手段と
を備えることを特徴とする、光源装置。 A seed light source that emits continuous light;
An optical fiber optically coupled to the seed light source and receiving the continuous light and emitting supercontinuum light (SC light);
Power varying means for changing the power of the SC light in a state where the spectral waveform of the SC light emitted from the light source device is maintained in a part or all of the wavelength range included in the spectral band of the SC light. A light source device comprising:
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