JP2009092570A - 広帯域光源装置及び分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することができる広帯域光源装置及びそれを用いた分析装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この広帯域光源装置１Ａでは、光源１０からのパルス光Ｃ１は強度変調器２０の入射端に入力され、各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２が発生し、このパルス光Ｃ２が出力される。強度変調器２０から出力されたパルス光Ｃ２は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ２を構成する強度が異なる各パルスはそれぞれ非線形光学現象により波長帯域が拡大され、複数のＳＣ光を発生する。その複数のＳＣ光は光ファイバ３０の出射端から出力され、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状のＳＣ光Ｐ１が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域光源装置及び分析装置に関する。

スーパーコンティニウム光（ＳＣ光）は、広帯域光の一種であり、スペクトル幅が狭いパルス光などを非線形光学媒体に通すことにより得られるもので、通常、スペクトル幅が入力パルス光の１０〜１００倍程度拡張されたＳＣ光が得られる。ＳＣ光は、このように広帯域性及びスペクトル平坦性などの特徴を有し、白色光の性質とレーザー光の性質とを兼ね備えている。また、比較的に簡単な方法で生成できるため、光通信用の多波長光源や分析用の照明光源として注目されている。

しかし、ＳＣ光は分散と非線形光学効果を受けながら成長するため、平坦であるべきスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂するなど、スペクトル形状の平坦化を図れない場合がある。

そこで、非特許文献１に記載された広帯域光源装置では、種光源としてノイズライクレーザを用いてＳＣ光のスペクトル形状の平坦化を図っている。具体的には、ノイズライクモードファイバレーザから出力された出力光を高非線型性ファイバ（ＨＮＬファイバ）に入射させることで、波長１２００ｎｍから１７００ｎｍまでの間のスペクトルの強度偏差を通常のモード同期駆動パルスによるＳＣ光と比べて抑えることを実現している。
M. S. Khan et. al. "Short-term spectral stability ofsuper-continuum source using noise-like pulses generated from an EDFlaser," CLEO2005, CMV5

しかしながら、ノイズライクレーザは用途が限定され、コスト面及び製品としての再現性の面で不利である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単純な構成で平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することができる広帯域光源装置及びそれを用いた分析装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の広帯域光源装置では、周期的で強度一定のパルス光からなる第１種光を出力する光源と、光源から出力された第１種光を入射端に入力し、強度の異なるパルスを含む第２種光を生成して、その第２種光を出射端から出力する変換手段と、変換手段から出力された第２種光を入力して、非線形光学現象により波長帯域が拡大されたＳＣ光を生成し、そのＳＣ光を出力する非線形光学媒体部と、を備えることを特徴とする。

本発明の広帯域光源装置によれば、周期的で強度一定のパルス光からなる第１種光を変換手段に入力し第１種光の各パルスの強度を変換して第２種光を生成し、この第２種光を非線形光学媒体部に入力してＳＣ光を生成する。係る場合、第２種光の強度が変換された各パルスに対応して複数のスペクトルが異なるＳＣ光が生成され、最終的にはその複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光を得ることができる。そのため、第２種光が非線形光学媒体部において分散及び非線形光学現象を受けながら成長する際に、第２種光から生成する各ＳＣ光のスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂することがあっても、生成された複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を得ることができる。すなわち、単純な構成で平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することが可能となる。なお、ここで「リプル」とは、スペクトルの局所的な揺らぎ又は強度変化を意味する。

また、変換手段が、光源から出力された第１種光を入力し、入力された第１種光の強度を変調して第２種光を発生し、その第２種光を出力する強度変調手段を含むことが好適である。

これにより、光源からパルス光として出力される第1種光の強度を変調して、各パルスの強度が互いに異なる第２種光を生成することができる。また、生成されたパルス光を非線形光学媒体部に入力し、各パルスに対応する複数のＳＣ光を生成し、最終的にはその複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を得ることができる。

また、変換手段が、入射端に入力された第１種光を互いに異なる強度でＮ分岐する分岐手段と、分岐手段によりＮ分岐された光を合波して出射端から出力する合波手段と、
を備え、分岐手段によりＮ分岐された分岐光は、それぞれ入射端から出射端までの光路長が互いに異なることが好適である。

これにより、周期的で強度一定のパルス光かならる第１種光から強度及び光路長において差異を有するＮ分岐光を生成し、その後そのＮ分岐光を更に合波して各パルスの強度が互いに異なるパルス光（第２種光）を生成することができる。この後、この第２種光を非線形光学媒体部に入力し、第２種光の互いに強度が異なる各パルスに対応する複数のＳＣ光を生成し、最終的にはその複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を得ることができる。

また、分岐手段がＮ分岐の第１光カプラであり、合波手段がＮ入力の第２光カプラであって、第１光カプラと第２光カプラとが、長さが互いに異なるＮ本の光導波路で光学的に結合されていることが好適である。第１光カプラが第１種光を互いに異なる強度でＮ分岐することにより、互いに強度が異なるＮ分岐光を得ることができる。また、このＮ分岐光を長さが互いに異なるＮ本の光導波路で導波させることでＮ分岐光の光路長に差を設けることができる。その後、Ｎ分岐光を第２光カプラにより合波させることで、各パルスに互いに強度が異なる第２種光を生成することができる。この第２種光を非線形光学媒体部に入力し、第２種光の互いに強度が異なる各パルスに対応する複数のＳＣ光を得ることができるため、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状のＳＣ光を得ることができる。

また、変換手段が、第１、第２、第３及び第4の端子を有する光カプラと、光カプラの第２端子と第４端子とを光学的に結合する光導波路と、を備え、光カプラは入射端に入力された第1種光を第1端子に入力し、第1端子に入力された第１種光を第1分岐光及び第２分岐光に分岐してそれぞれ第２端子及び第３端子から出力し、第２端子から出力された第1分岐光を光導波路に導波させて第４端子に入力し、第４端子に入力された第1分岐光を第３分岐光及び第４分岐光に分岐してそれぞれ第２端子及び第３端子から出力し、第３端子から出力される第２分岐光及び第４分岐光を第２種光とすることが好適である。

これにより、第１端子に入力された第１種光を第１分岐光及び第２分岐光に分岐し、第１分岐光を光導波路に導波させ、第１分岐光と第２分岐光との光路長に差を設けることができる。また、光導波路により導波された第１分岐光を更に第３分岐光及び第４分岐光に分岐して、第３端子から出力される第２分岐光及び第４分岐光を第２種光とすることで第２種光の各パルスの強度を変換させることができる。この第２種光を非線形光学媒体部に入力し、第２種光の互いに強度が異なる各パルスに対応する複数のＳＣ光を生成し、最終的にはその複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を得ることができる。

また、変換手段により生成され出力された出力光を入力し、その入力された光のパルス幅を圧縮して、そのパルスが圧縮された光を非線形光学媒体部へ出力するパルス圧縮手段を更に備えることが好適である。これにより、変換手段により出力された出力光のパルス幅の広がりを補償することができ、平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光の発生効率を向上させることができる。

また、変換手段により生成され出力された出力光を入力し、その入力された光の偏波状態を制御して、その偏波状態が制御された光を非線形光学媒体部へ出力する偏波制御手段を更に備えることが好適である。

これにより、変換手段により出力された出力光の各パルスの強度のみならず各パルスの偏光状態をも変化させることができ、第１種光をより変換させることが可能となる。その結果、より効率的に平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することができる。

また、本発明に係る分析装置では、ＳＣ光を生成して、そのＳＣ光を出力する広帯域光源装置と、広帯域光源装置から出力されたＳＣ光を測定対象物の被照射領域に照射する照射部と、照射部による前記ＳＣ光の照射により被照射領域から発生した光を受光して、測定対象物を撮像する撮像部と、を備えることを特徴とする。

これにより、簡単な構成で、平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を用いて測定対象物を分析することができる。

本発明によれば、単純な構成で平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る広帯域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同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ａは、光源１０、強度変調器２０及び光ファイバ３０を備える。光源１０は、種光としてパルス光Ｃ１（第１種光）を出力するものである。強度変調器２０は、例えば、利得可変の増幅器又は減衰量可変の減衰器であり、パルス光Ｃ１を入力し、パルス光Ｃ１のパルスの繰り返し周波数に対して整数倍又は整数分の１にならない周波数を有する信号で入力光の強度を変調する。これによりパルス光Ｃ１の各パルスは異なる量の利得又は減衰をうけ、各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２（第２種光）を生成し、そのパルス光Ｃ２を出力する。

光ファイバ３０は、非線形光学媒体部であり、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）であることが好ましい。光ファイバ３０は、強度変調器２０により出力されたパルス光Ｃ２を入射端に入力して導波する。その光導波に伴う非線形光学現象によりパルス光Ｃ２を構成する互いに強度が異なる各パルスに対応して波長帯域が拡大された複数のＳＣ光を発生させ、その複数のＳＣ光を光ファイバ３０の出射端から出力する。パルス光Ｃ２のパルス繰り返し周期が十分小さい場合には、最終的にはその複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ１が得られる。

この広帯域光源装置１Ａでは、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１は強度変調器２０の入射端に入力され、強度変調器２０において各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２が発生し、そのパルス光Ｃ２が強度変調器２０の出射端から出力される。図２（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。これに対して、図２（ｃ）は、強度変調器２０に図２（ｂ）のような変調電圧を印加して、パルス光Ｃ１の強度を変調したパルス光Ｃ２を示している。パルス光Ｃ２は、パルス光Ｃ１に対比して、各パルス間隔が同一であるが、各パルスの強度が互いに異なっている。

強度変調器２０の出射端から出力されたパルス光Ｃ２は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ２を構成する強度が異なる各パルスはそれぞれ光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有する複数のＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。具体的には、図３に示されるように、パルス光Ｃ２の一部のパルスを示す図３（ａ）の（１）（２）（３）は、光ファイバ３０に入力され、それぞれについて図３（ｂ）の（４）（５）（６）のような互いに異なるスペクトルを有するＳＣ光が発生して、この複数のＳＣ光が光ファイバ３０から出力される。パルス光Ｃ２（図３（ｃ））のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、図３（ｄ）に示されるように、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する。

本実施形態においては、光源１０から出射されたパルス光Ｃ１を強度変調器２０に入力して、強度変調器２０において各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２を生成する。その後、パルス光Ｃ２を非線形光学媒体部である光ファイバ３０に入力して、光ファイバ３０においてパルス光Ｃ２を構成している強度が互いに異なる各パルスに対応したスペクトルが異なる複数のＳＣ光を生成し、最終的には光ファイバ３０から出力される複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光が得られる。従って、広帯域光源装置１Ａによれば、パルス光Ｃ２が光ファイバ３０において分散及び非線形光学現象を受けながら成長する際に、パルス光Ｃ２から生成する各ＳＣ光のスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂することなどがあっても、生成された複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ１を得ることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る広帯域光源装置１Ｂの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ｂは、光源１０、第１光カプラ４０、第２光カプラ４２、Ｎ本の光ファイバ４４及び光ファイバ３０を備える。この広帯域光源装置１Ｂでは、第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａと対比して、強度変調器２０に替えて第１光カプラ４０、第２光カプラ４２及び互いに長さの異なるＮ本の光ファイバ４４を備える点で相違する。

第１光カプラ４０は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を互いに強度が異なるようにＮ分岐し、このＮ分岐光それぞれをＮ本の光ファイバ４４に出力する。Ｎ本の光ファイバ４４は、互いに異なる長さで第１光カプラ４０と第２光カプラ４２とを光学的に結合する光導波路である。Ｎ本の光ファイバ４４は、第１光カプラ４０から出力されたＮ分岐光を入力して導波し、第２光カプラ４２に出力する。

第２光カプラ４２は、Ｎ入力の光カプラであって、Ｎ本の光ファイバ４４から出力されたＮ分岐光を入力して合波する。また、その合波された光をパルス光Ｃ２として、そのパルス光Ｃ２を出射端から出力する。

この広帯域光源装置１Ｂでは、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１は第１光カプラ４０の入射端に入力され、強度が互いに異なるようにＮ分岐される。そのＮ分岐されたそれぞれの分岐光は、互いに長さが異なるＮ本の光ファイバ４４に入力されて導波され、第２光カプラ４２に入力される。第２光カプラ４２に入力された分岐光は、第２光カプラにより合波されてパルス光Ｃ２（第２種光）となり、第２光カプラ４２の出射端から出力される。

図５（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。また、図５（ｂ）は、第１光カプラ４０、Ｎ本の光ファイバ４４及び第２光カプラ４２を経て、第２光カプラ４２の出射端から出力されるパルス光Ｃ２を示す。パルス光Ｃ２は、パルス間隔が一定で各パルスの強度が互いに同一であるパルス光Ｃ１に対比して、パルス間隔が狭く、また各パルスの強度が互いに異なっている。

第２光カプラ４２の出射端から出力されたパルス光Ｃ２は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ２の強度が異なる各パルスは光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有する複数のＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。パルス光Ｃ２のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する（図３（ｄ）参照）。

本実施形態においては、パルス光Ｃ１を第１光カプラ４０に入力して互いに強度が異なるＮ分岐光を生成する。また、このＮ分岐光を長さが互いに異なるＮ本の光ファイバ４４で導波させることでＮ分岐光の光路長に差を設ける。その後、Ｎ分岐光を第２光カプラ４２により合波させて、各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２を生成する。このパルス光Ｃ２を光ファイバ３０に入力し、光ファイバ３０においてパルス光Ｃ２を構成している強度が互いに異なる各パルスに対応したスペクトルが異なる複数のＳＣ光を生成し、最終的には光ファイバ３０から出力される複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ１が得られる。

従って、広帯域光源装置１Ｂによれば、パルス光Ｃ２が光ファイバ３０において分散及び非線形光学現象を受けながら成長する際に、パルス光Ｃ２から生成する各ＳＣ光のスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂することなどがあっても、生成された複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を得ることができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る広帯域光源装置１Ｃの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ｃは、広帯域光源装置１Ａと対比して、強度変調器２０に替えて、ビームスプリッタ５０、５２、５４、５６及びミラー５１、５３、５５、５７を備える点で相違する。なお、本実施形態においては、全てのミラー及びビームスプリッタに対して、光は入射角４５°をもって入射し、反射角４５°をもって反射されることとする。

ビームスプリッタ５０は光源１０から出力されたパルス光Ｃ１の一部を透過させてビームスプリッタ５６に入射させ、残部を反射してミラー５１に入射させる。ミラー５１は、ビームスプリッタ５０から反射され入射した分岐光を、ビームスプリッタ５２へ反射する。ビームスプリッタ５２は、ミラー５１から反射された分岐光を入射して、その一部を透過させてビームスプリッタ５４に入射させ、残部を反射させてミラー５３に入射させる。

ミラー５３は、ビームスプリッタ５２により反射され入射された光をミラー５５へ反射する。ミラー５５は、ミラー５３により反射され入射した光をビームスプリッタ５４へ反射する。ビームスプリッタ５４は、ミラー５５から反射され入射した光とビームスプリッタ５２を透過して入射した光とを合波し、その合波光を出力する。ミラー５７は、ビームスプリッタ５４から出力された合波光を入射させ、ビームスプリッタ５６へ反射する。ビームスプリッタ５６は、ミラー５７から反射され入射した光とビームスプリッタ５０を透過して入射した光とを合波して、その合波光を出力する。

この広帯域光源装置１Ｃでは、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１はビームスプリッタ５０に入射して、一部が透過されてビームスプリッタ５６に入射し、残部はミラー５１へ反射される。ビームスプリッタ５０から反射されミラー５１に入射された光は、ミラー５１によりビームスプリッタ５２へ反射される。ミラー５１により反射されビームスプリッタ５２に入射した光は、その一部が透過されビームスプリッタ５４に入射し、残部は反射されミラー５３に入射する。ビームスプリッタ５２により反射されミラー５３に入射した光はミラー５５へ反射される。

ミラー５３により反射されミラー５５に入射した光は、ミラー５５によりビームスプリッタ５４へ反射される。ミラー５５により反射されビームスプリッタ５４に入射した光とビームスプリッタ５２を透過してビームスプリッタ５４に入射した光とは、ビームスプリッタ５４により合波され、その合波光がビームスプリッタ５４から出力される。このビームスプリッタ５４から出力された合波光はミラー５７に入射して、ビームスプリッタ５６へ反射される。ミラー５７により反射されてビームスプリッタ５６に入射した光とビームスプリッタ５０を透過してビームスプリッタ５６に入射した光とは、ビームスプリッタ５６により合波されパルス光Ｃ２となり、パルス光Ｃ２がビームスプリッタ５６から出力される。

図７（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。また、図７（ｂ）は、図６のビームスプリッタ５６から出力されるパルス光Ｃ２を示す。パルス光Ｃ２は、パルス間隔が一定で各パルスの強度が互いに同一であるパルス光Ｃ１に対比して、パルス間隔が狭く、また各パルスの強度が互いに異なっている。

ビームスプリッタ５６から出力されたパルス光Ｃ２は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ２の強度が異なる各パルスは光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有するそれぞれのＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。パルス光Ｃ２のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する（図３（ｄ）参照）。

本実施形態においては、パルス光Ｃ１を２つのビームスプリッタ５０及び５２を用いて強度が互いに異なりかつ互いに光路長が異なる３つの光に分岐する。この３つの分岐光をビームスプリッタ５４及び５６により合波し、各パルス間の強度が互いに異なるパルス光Ｃ２を生成する。

このパルス光Ｃ２を光ファイバ３０に入力し、光ファイバ３０においてパルス光Ｃ２を構成している強度が互いに異なる各パルスに対応したスペクトルが異なる複数のＳＣ光を生成し、最終的には光ファイバ３０から出力される複数のＳＣ光を時間的に積分した平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光が得られる。従って、広帯域光源装置１Ｃによれば、パルス光Ｃ２が光ファイバ３０において分散及び非線形光学現象を受けながら成長する際に、パルス光Ｃ２から生成する各ＳＣ光のスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂することなどがあっても、生成された複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ１を得ることができる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る広帯域光源装置１Ｄの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ｄは、第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａと対比して、強度変調器２０に替えて、第１端子４６ａ、第２端子４６ｂ、第３端子４６ｃ及び第４端子４６ｄを有する光カプラ４６と光ファイバ４８とを備える点に相違する。

光カプラ４６は、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１を入射端である第１端子４６ａに入力し、第１分岐光Ｔ１と第２分岐光Ｔ２に分岐してそれぞれ第２端子４６ｂ及び第３端子４６ｃから出力する。光ファイバ４８は、図８のようにその両端がそれぞれ光カプラ４６の第２端子４６ｂと第４端子４６ｄとに融着接続方法などにより光学的に結合されている光導波路である。光ファイバ４８は、光カプラ４６の第２端子４６ｂから出力された第１分岐光Ｔ１を導波して、第４端子４６ｄに入力する。光カプラ４６は、第４端子４６ｄに入力された第１分岐光Ｔ１を更に第３分岐光Ｔ３と第４分岐光Ｔ４とに分岐してそれぞれ第２端子４６ｂ及び第３端子４６ｃに出力する。第３端子４６ｃから出力される第２分岐光Ｔ２及び第４分岐光Ｔ４は合波され、その合波光が第２種光となり、光カプラ４６の出射端である第３端子４６ｃから出力される。

この広帯域光源装置１Ｄでは、光源１０から出射されたパルス光Ｃ１は光カプラ４６の第１端子４６ａに入力され、第１分岐光Ｔ１及び第２分岐光Ｔ２に分岐されて、それぞれ第２端子４６ｂ及び第３端子４６ｃから出力される。第２端子４６ｂに出力された第１分岐光Ｔ１は第２端子４６ｂにその一端が結合されている光ファイバ４８により導波されて、光ファイバ４８の他端が結合されている第４端子４６ｄに入力される。第４端子４６ｄに入力された第１分岐光Ｔ１は第３分岐光Ｔ３と第４分岐光Ｔ４とに分岐されて、それぞれ第２端子４６ｂと第３端子４６ｃから出力される。第３端子４６ｃから出力された第２分岐光Ｔ２及び第４分岐光Ｔ４は合波され、パルス光Ｃ２となる。すなわち、パルス光Ｃ２は第２分岐光Ｔ２及び第４分岐光から構成されるものであり、このパルス光Ｃ２が光カプラ４６の出射端である第３端子４６ｃから出力される。

図９（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。これに対して図９（ｂ）はパルス光Ｃ２を示している。パルス光Ｃ２は、パルス光Ｃ１に対比して、各パルス間隔が狭く、各パルスの強度が互いに異なっている。具体的に、光カプラ４６が３ｄＢカプラの場合には、第４分岐光が第２端子４６ｂ、第４端子４６ｄ及び光ファイバ４８により形成されているループ状の導波路を１周するたびに第３分岐光の強度に対して３ｄＢ（例えば、３周する場合は９ｄＢ）低下した強度で第３端子４６ｃから出力される。その結果、図９（ｂ）のように第２分岐光及び第４分岐光からなるパルス光Ｃ２の強度も低下される。

光カプラ４６の第３端子４６ｃから出力されたパルス光Ｃ２は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ２の強度が異なる各パルスは光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有するそれぞれのＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。パルス光Ｃ２のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する（図３（ｄ）参照）。

本実施形態においては、光カプラ４６と光ファイバ４８とを用いて、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１から強度及び光路長が異なる第２分岐光Ｔ２及び第４分岐光Ｔ４を生成する。また、その第２分岐光Ｔ２と第４分岐光Ｔ４とを合波して、各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２を生成する。

このパルス光Ｃ２を非線形光学媒体部である光ファイバ３０に入力して、パルス光Ｃ２を構成している強度が互いに異なる各パルスに対応したスペクトルが異なる複数のＳＣ光を生成し、最終的には光ファイバ３０から出力される複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光が得られる。従って、広帯域光源装置１Ｄによれば、パルス光Ｃ２が光ファイバ３０において分散及び非線形光学現象を受けながら成長する際に、パルス光Ｃ２から生成する各ＳＣ光のスペクトルが異なる波長を有する複数の部分に分裂することなどがあっても、生成された複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ１を得ることができる。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係る広帯域光源装置１Ｅの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ｅは、第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａと対比して、強度変調器２０と光ファイバ３０との間にパルス圧縮部６０を更に備える点で相違する。

パルス圧縮部６０は、強度変調器２０から強度が変調されて出力されたパルス光Ｃ２のパルス幅の広がりを分散補償あるいは非線形光学効果を用いて補償するものである。

この広帯域光源装置１Ｅでは、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１は強度変調器２０の入射端に入力され、強度変調器２０において各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２が発生し、そのパルス光Ｃ２が強度変調器２０の出射端から出力される。図１１（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。これに対して図１１（ｂ）は強度が変調されたパルス光Ｃ２を示している。パルス光Ｃ２はパルス光Ｃ１に対比して各パルス間の間隔は同一であるが、各パルスの強度は互いに異なっている。強度変調器２０の出射端から出力されたパルス光Ｃ２は、パルス圧縮部６０に入力され、パルス圧縮部６０においてパルス光Ｃ２のパルス幅の広がりが補償されパルス光Ｃ３となり、そのパルス光Ｃ３がパルス圧縮部６０から出力される。

図１１（ｃ）はパルス圧縮部６０によりパルス幅が圧縮されて出力されたパルス光Ｃ３を表している。パルス光Ｃ３は、パルス光Ｃ２に対比して、その各パルスのパルス幅が狭くなっている。このパルス光Ｃ３は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ３の強度が異なる各パルスは光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有するそれぞれのＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。パルス光Ｃ３のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルのリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する（図３（ｄ）参照）。

本実施形態においては、強度変調器２０と光ファイバ３０との間にパルス圧縮部６０を更に設け、強度変調器２０から出力されるパルス光Ｃ２のパルス幅の広がりを補償しパルス光Ｃ３を生成して、そのパルス光Ｃ３を非線形光学媒体部である光ファイバ３０に入力してＳＣ光Ｐ１を生成する。従って、広帯域光源装置１Ｅによれば、平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光の生成効率を向上させることができる。

（第６実施形態）
図１２は、本発明の第６実施形態に係る広帯域光源装置１Ｆの構成を示す図である。広帯域光源装置１Ｆは、第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａと対比して、強度変調器２０と光ファイバ３０との間に偏波制御部７０を更に備える点で相違する。

偏波制御部７０は、強度変調器２０から強度が変調されて出力されたパルス光Ｃ２の偏波状態を制御する。

この広帯域光源装置１Ｆでは、光源１０から出力されたパルス光Ｃ１は強度変調器２０の入射端に入力され、強度変調器２０において各パルスの強度が互いに異なるパルス光Ｃ２が発生し、そのパルス光Ｃ２が強度変調器２０の出射端から出力される。図１３（ａ）は、光源１０から出力されるパルス光Ｃ１を示している。これに対して図１３（ｂ）は強度が変調されたパルス光Ｃ２を示している。パルス光Ｃ２は、パルス光Ｃ１に対比して、各パルス間隔が同一であるが、各パルスの強度が互いに異なっている。

強度変調器２０の出射端から出力されたパルス光Ｃ２は、偏波制御部７０に入力され、偏波制御部７０においてパルス光Ｃ２の偏波状態が変更されてパルス光Ｃ３となり、そのパルス光Ｃ３が偏波制御部７０から出力される。図１１（ｃ）は偏波制御部７０により偏波状態が変更されたパルス光Ｃ３を表している。パルス光Ｃ３は、パルス光Ｃ２に対比して、パルス光Ｃ２の各パルスの偏波状態が変化したものである。

このパルス光Ｃ３は、光ファイバ３０の入射端に入力され、光ファイバ３０により導波される。この光ファイバ３０において、パルス光Ｃ３の強度が異なる各パルスは光導波に伴う非線形光学現象により波長帯域が拡大され、広帯域にわたるスペクトル形状を有するそれぞれのＳＣ光となり、その複数のＳＣ光が光ファイバ３０の出射端から出力される。パルス光Ｃ３のパルス繰り返し周期が十分短い場合には、最終的にはこの複数のＳＣ光を時間的に積分したＳＣ光Ｐ１が得られる。このＳＣ光Ｐ１は、複数のＳＣ光のスペクトルの局所的な揺らぎであるリプルが互いに相殺され平坦な形状のスペクトルを有する（図３（ｄ）参照）。

本実施形態においては、強度変調器２０と光ファイバ３０との間に偏波制御部７０を更に設け、強度変調器２０から出力されるパルス光Ｃ２の偏光状態を制御して、各パルス間の強度のみならず偏光状態もが制御されたパルス光Ｃ３を生成する。これにより、より変換されたパルス光Ｃ３を生成して、そのパルス光Ｃ３を非線形光学媒体部である光ファイバ３０に入力してＳＣ光Ｐ１を生成することができる。従って、広帯域光源装置１Ｆによれば、より効率的に平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を生成することができる。

（分析装置の実施形態）
図１４は本発明の広帯域光源装置を用いた分析装置８０を示す概略説明図である。分析装置８０は、本実施形態の広帯域光源装置１Ａと、コリメータレンズ８３と、撮像部８４とを含む。コリメータレンズ８３は、広帯域光源装置１Ａから出射されるＳＣ光Ｐ１を平行光にさせて測定対象物９０の被照射領域９１に照射する。撮像部８４は、被照射領域９１から発生した光を受光して、測定対象物９０を撮像するものであり、レンズ８５、イメージガイド８７、分光部８８及びＣＣＤ部８９を備える。

レンズ８５は、被照射領域９１から発生した光を受光し、イメージガイド８７の入射端に結像させる結像光学部である。イメージガイド８７は、レンズ８５により入射端に結像された光をその２次元情報を保つ状態でＣＣＤ部８９まで転送する光ガイドである。分光部８８は可変フィルタまたは分光器で有る。可変フィルタはイメージガイド８７により転送された光の各波長成分を抽出する。分光器はイメージガイド８７により転送された光の各波長成分を分離する。ＣＣＤ部８９は、分光された光を検出し撮像する検出部である。

分析装置８０では、広帯域光源装置１Ａにより生成されたＳＣ光Ｐ１が出力される。広帯域光源装置１Ａから出力されたＳＣ光Ｐ１は、コリメータレンズ８３に入力され平行光となり、測定対象物９０の被照射領域９１に照射される。その後、レンズ８５により被照射領域９１から発生された光は受光され、その受光された光はイメージガイド８７の入射端に結像される。イメージガイド８７の入射端に結像された光はその２次元情報が保たれた状態で分光部８８に転送される。

分光部８８が可変フィルタからなる場合、可変フィルタにより抽出された各波長成分の光はＣＣＤ部８９に転送され、各波長成分における像がＣＣＤ部８９により検出され撮像される。可変フィルタの透過波長を変えることで、被照射領域９１から発生した光の波長スペクトルデータを画素ごとに得ることができる。なお、分光部８８としての可変フィルタは、広帯域光源装置１Ａ側、例えばコリメータレンズ８３の前後に配置させてもよい。

分光部８８が分光器からなる場合、分光器はイメ−ジガイドにより転送された像のうちスリットを通過した一つの線上の像のみを受光し、この一つの線上の像を分光する。スリットを通過した一つの線上の位置と波長とからなる像がＣＣＤ部８９により検出され撮像される。スリットの位置またはイメ−ジガイドの位置を変えることで、被照射領域９１から発生した光の波長スペクトルデータを画素ごとに得ることができる。

これにより、簡単な構成で、平坦なスペクトル形状を有するＳＣ光を用いて測定対象物９０を分析することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態においては、非線形光学媒体はＨＮＬＦである光ファイバ３０であるが、サブミクロンのコア径を有する光導波路やシリコン導波路、アルゴンなどのガスを封入した中空ファイバ、サファイアなどの光学結晶、BK-7ガラス板などであってもよい。また、非線形光学媒体が非線形光学結晶である場合には、温度を絶えず変動させたり、振動を与えたりするなどをして、非線形光学結晶の状態を定常的に変化させることも好ましい。また、本実施形態に係る分析装置８０においては、広帯域光源装置１Ａが用いられているが、広帯域光源装置１Ｂ〜１Ｆのいずれかが用いられてもよい。

本発明の第１実施形態に係る広帯域光源装置１Ａの構成図である。 広帯域光源装置１Ａの具体的な動作例を示す図である。 広帯域光源装置１Ａの具体的な動作例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る広帯域光源装置１Ｂの構成図である。 広帯域光源装置１Ｂの具体的な動作例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る広帯域光源装置１Ｃの構成図である 広帯域光源装置１Ｃの具体的な動作例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る広帯域光源装置１Ｄの構成図である。 広帯域光源装置１Ｄの具体的な動作例を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る広帯域光源装置１Ｅの構成図である。 広帯域光源装置１Ｅの具体的な動作例を示す図である 本発明の第６実施形態に係る広帯域光源装置１Ｆの構成図である。 広帯域光源装置１Ｆの具体的な動作例を示す図である。 本発明の分析装置の実施形態に係る分析装置の構成図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｆ…広帯域光源装置、１０…光源、２０…強度変調器、３０…光ファイバ、４０…第１光カプラ、４２…第２光カプラ、４４…Ｎ本の光ファイバ、４６…光カプラ、４６ａ…第１端子、４６ｂ…第２端子、４６ｃ…第３端子、４６ｄ…第４端子、４８…光ファイバ、５０、５２、５４、５６…ビームスプリッタ、５１、５３、５５、５７…ミラー、６０…パルス圧縮部、７０…偏波制御部、８０…分析装置、８３…コリメータレンズ、８４…撮像部、８５…レンズ、８７…イメージガイド、８９…ＣＣＤ部、９０…測定対象物、９１…被照射領域。

Claims (8)

1. 周期的で強度一定のパルス光である第１種光を出力する光源と、
   前記光源から出力された第１種光を入射端に入力し、強度の異なるパルスを含む第２種光を生成して、その第２種光を出射端から出力する変換手段と、
   前記変換手段から出力された第２種光を入力して、非線形光学現象により波長帯域が拡大されたスーパーコンティニウム光を生成し、そのスーパーコンティニウム光を出力する非線形光学媒体部と、
   を備えることを特徴とする広帯域光源装置。
2. 前記変換手段が、前記光源から出力された第１種光を入力し、入力された第１種光の強度を変調して第２種光を発生し、その第２種光を出力する強度変調手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域光源装置。
3. 前記変換手段が、前記入射端に入力された前記第１種光を互いに異なる強度でＮ分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段によりＮ分岐された分岐光を合波して前記出射端から出力する合波手段と、
   を備え
   前記分岐手段によりＮ分岐された分岐光は、それぞれ入射端から出射端までの光路長が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の広帯域光源装置。
4. 前記分岐手段がＮ分岐の第１光カプラであり、前記合波手段がＮ入力の第２光カプラであって、
   前記第１光カプラと前記第２光カプラとが長さが互いに異なるＮ本の光導波路で光学的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の広帯域光源装置。
5. 前記変換手段が、第１、第２、第３及び第4の端子を有する光カプラと、
   前記光カプラの第２端子と第４端子とを光学的に結合する光導波路と、
   を備え
   前記光カプラは、前記入射端に入力された第1種光を前記第1端子に入力し、
   前記第1端子に入力された第１種光を第1分岐光及び第２分岐光に分岐してそれぞれ前記第２端子及び前記第３端子から出力し、
   前記第２端子から出力された第1分岐光を前記光導波路に導波させて前記第４端子に入
   力し、
   前記第４端子に入力された第1分岐光を第３分岐光及び第４分岐光に分岐してそれぞれ
   前記第２端子及び前記第３端子から出力し、
   前記第３端子から出力される前記第２分岐光及び前記第４分岐光を前記第２種光とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域光源装置。
6. 前記変換手段により生成され出力された出力光を入力し、その入力された光のパルス幅を圧縮して、そのパルスが圧縮された光を前記非線形光学媒体部へ出力するパルス圧縮手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の広帯域光源装置。
7. 前記変換手段により生成され出力された出力光を入力し、その入力された光の偏波状態を制御して、その偏波状態が制御された光を前記非線形光学媒体部へ出力する偏波制御手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の広帯域光源装置。
8. スーパーコンティニウム光を生成して、そのスーパーコンティニウム光を出力する請求項１〜７のいずれか一項に記載の広帯域光源装置と、
   前記広帯域光源装置から出力された前記スーパーコンティニウム光を測定対象物の被照射領域に照射する照射部と、
   前記照射部による前記スーパーコンティニウム光の照射により前記被照射領域から発生した光を受光して、前記測定対象物を撮像する撮像部と、
   を備えることを特徴とする分析装置。
   

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