JP2012185357A - チューナブルフィルタ、任意スペクトラム光源装置および分波部 - Google Patents

Abstract

【課題】チューナブルフィルタの構造を簡潔にする。
【解決手段】チューナブルフィルタであって、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、透過部およびミラー部、並びに、他方の面に配され、透過する波長帯域が面内の一の方向に沿って異なるダイクロイックミラー部を有し、連続スペクトルの平行光束が入射され、連続スペクトルの平行光束を波長に応じて空間的に分散された平行光束として射出する分波部と、分波部から空間的に分散された平行光束が入射され、空間的な位置に応じて強度を変調して、空間的な位置に応じた予め定められた光路に対して射出する空間変調部と、空間変調部から射出された、空間変調された平行光束を合波して射出する合波部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、チューナブルフィルタ、任意スペクトラム光源装置および分波部に関する。

コントロール信号に基づき目的とするスペクトル分布の光を発生する光源装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような光源装置で用いられる可変の分光透過率特性を有する装置をチューナブルフィルタと呼ぶ。
［特許文献１］ 特開平１１−１０１９４４号公報

グレーティング分光器を用いたチューナブルフィルタは、部品コストが高い上に、構造が複雑で光学系が大型化する。

本発明の第一形態として、光源部から予め定められた波長範囲を含む連続スペクトルの平行光束が入射され、入射された連続スペクトルの平行光束を波長に応じて空間的に分散された平行光束として射出する分波部と、分波部から空間的に分散された平行光束が入射され、空間的な位置に応じて強度を変調して、空間的な位置に応じた予め定められた光路に対して射出する空間変調部と、空間変調部から射出された、空間変調された平行光束を合波して射出する合波部とを備え、分波部は、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が入射する透過部および予め定められた波長帯域を反射するミラー部、並びに、他方の面に配され、透過する波長帯域が予め定められた波長帯域よりも狭く、かつ透過する波長帯域が面内の一の方向に沿って異なるダイクロイックミラー部を有し、分波部は、入射光の主光線に対して平行な一対の面が斜めに配され、ミラー部とダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより、ダイクロイックミラー部から、波長に応じて空間的に分散された平行光束を射出し、合波部は、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が射出する透過部および予め定められた波長帯域を反射するミラー部、および、他方の面に配され、透過する波長帯域が分波部のダイクロイックミラー部に対応して配されたダイクロイックミラー部を有し、合波部は、空間変調部を挟んで分波部と光学的に共役な位置に配され、ダイクロイックミラー部に入射した平行光束を、ミラー部とダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより合波して透過部から射出するチューナブルフィルタが提供される。

本発明の第二態様として、上記チューナブルフィルタと、予め定められた波長範囲を含む連続スペクトルの平行光束を発する光源部とを備える任意スペクトラム光源装置が提供される。

本発明の第三態様として、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が入射する透過部を有し、予め定められた波長帯域を反射するミラー部と、他方の面に配され、透過する波長帯域が予め定められた波長帯域よりも狭くかつ面内の一の方向に沿って異なるダイクロイックミラー部とを備え、入射光の主光線に対して平行な一対の面が斜めに配され、ミラー部とダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより、ダイクロイックミラー部から、波長に応じて空間的に分散された平行光束を射出する分波部が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

任意スペクトラム光源装置１の模式図である。 分波部１１の構造を示す図である。 ダイクロイックミラー領域２２０の特性を示すグラフである。 光ビームＢ_１〜Ｂ_９の分布を示すグラフである。 液晶板４００の機能を説明する図である。 合波部１３の構造を示す図である。 平行光束Ｄの光強度分布を例示するグラフである。 任意スペクトラム光源装置２の模式図である。 空間変調部２２に対する入射側の構造を示す模式図である。 液晶板４００の機能を説明する図である。 空間変調部２２に対する射出側の構造を示す模式図である。 チューナブルフィルタ２０の物理的レイアウトを示す斜視図である。 任意スペクトラム光源装置３の模式図である。 帯域ビームスプリッタ２４１の特性を示すグラフである。 液晶板４００の機能を説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、任意スペクトラム光源装置１の模式図である。任意スペクトラム光源装置１は、光源部１００、チューナブルフィルタ１０および出力部８００を備える。

光源部１００は、スーパーコンティニアム光源１１０およびコリメータ１３０を有する。スーパーコンティニアム光源１１０は、超短パルスレーザを非線形媒質に伝播させて広帯域にわたるスペクトル分布を有する光を発生する。また、スーパーコンティニアム光源１１０は、発生した光を、疑似点光源１２０として射出する。コリメータ１３０は、疑似点光源１２０から放射された光を平行光束にして、チューナブルフィルタ１０に入射させる。

光源部１００は、予め定められた帯域幅で連続するスペクトル分布を有する平行光束を発生するものであれば、スーパーコンティニアム光源１１０以外の光源装置で形成してもよい。また、光源部１００は、チューナブルフィルタ１０に対して一体的に形成しても、チューナブルフィルタ１０から分離可能にしてもよい。

チューナブルフィルタ１０は、分波部１１、空間変調部１２および合波部１３を有する。分波部１１は、光源部１００から入射した平行光束Ａを入射され、複数の光ビームＢ_１〜Ｂ_９にして射出する。光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、各々が平行光束であり、平行光束Ａの帯域幅よりも狭い帯域幅を有する。また、光ビームＢ_１〜Ｂ_９それぞれの帯域の中心周波数は互いに異なる。

空間変調部１２には、分波部１１から射出された光ビームＢ_１〜Ｂ_９が入射される。空間変調部１２は、空間的に異なる光路を有する光ビームＢ_１〜Ｂ_９の各々を個別に強度変調して射出する。空間変調部１２から射出される、強度変調された光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、合波部１３に入射されて合波されて、単一の平行光束Ｄとして射出される。合波部１３から射出された平行光束は出力部８００に入射される。

出力部８００は、集光部８１０および光ファイバ８２０を有する。出力部８００に入射された平行光束Ｄは、集光部８１０により収束され、光ファイバ８２０に端面から注入される。これにより、光ファイバ８２０には、平行光束Ａと同じ波長帯域幅を有する光が出力される。

図２は、分波部１１の構造を示す図である。図２は、分波部１１において、光源部１００に面した入射側およびその裏面にあたる射出側、並びに、入射側および射出側の間に位置する側面を併せて示す。図１と共通の要素には同じ参照番号を付す。

分波部１１は、平行平面板２００とその表面に配された透過領域２１１、広帯域反射鏡領域２１２、ダイクロイックミラー領域２２０および吸収体２３０を含む。吸収体２３０としては吸収型ＮＤフィルタを用いることができる。

また、平行平面板２００は、光源部１００から入射した平行光束Ａの全帯域に対して透明な材料で形成される。また、平行平面板２００は、互いに平行な第一面２０１および第二面２０２を有する。

第一面２０１は光源部１００に面しており、透過領域２１１および広帯域反射鏡領域２１２を有する。透過領域２１１は、光源部１００の射出部に対向して配され、平行光束Ａの全帯域を透過して平行平面板２００の内部に入射させる。広帯域反射鏡領域２１２は、平行光束Ａの全帯域を高効率に反射する誘電体多層膜を含む。

第二面２０２は、ダイクロイックミラー領域２２０を有する。ダイクロイックミラー領域２２０は、平行光束Ａの特定の帯域を透過すると共に、他の帯域を反射する誘電体多層膜を有する。また、ダイクロイックミラー領域２２０は、領域毎に透過する帯域が異なる。

図３は、ダイクロイックミラー領域２２０における誘電体多層膜と透過特性との関係を示すグラフである。ダイクロイックミラー領域２２０における誘電体多層膜２２１の厚さは、透過領域２１１から吸収体２３０に向かって連続的に変化する。

これにより、図中では離散的に記載しているが、ダイクロイックミラー領域２２０において透過する波長は、透過領域２１１から遠ざかるほど長波長の帯域に連続的に変化する。なお、ダイクロイックミラー領域２２０を透過しない帯域は、高効率に反射される。

再び図１を参照すると、チューナブルフィルタ１０の分波部１１において、平行平面板２００は、平行光束Ａの伝播光軸に対して直交することなく傾斜して配置される。図示の例では、平行平面板２００は、透過領域２１１側の端部が光源部１００に最も近く、吸収体２３０側の端部は光源部１００から遠ざかる傾斜を有する。

このような平行平面板２００の透過領域２１１に入射した平行光束Ａは、透過領域２１１に対向するダイクロイックミラー領域２２０に向かって照射される。ダイクロイックミラー領域２２０は、平行光束Ａが照射された領域が透過する特定帯域の光を透過させる。透過しない波長帯域の光は反射する。

平行光束Ａのうち、ダイクロイックミラー領域２２０を透過した光は、光ビームＢ_１となり、平行光束Ａと平行な方向に、空間変調部１２に向かって伝播する。光ビームＢ_１は、平行光束Ａの波長帯域の一部である透過帯域の波長帯域を有する。

平行光束Ａのうち、ダイクロイックミラー領域２２０で反射された光は、対向する広帯域反射鏡領域２１２で反射され、当初の照射領域に対して、透過領域２１１からより離れた位置において、再びダイクロイックミラー領域２２０に照射される。

図３を参照して既に説明した通り、ダイクロイックミラー領域２２０は、透過領域２１１から遠ざかるにつれて透過帯域が変化する。よって、ダイクロイックミラー領域２２０の異なる位置に再度照射された平行光束Ａは、光ビームＢ_１と異なる中心波長を有する光ビームＢ_２となり、光ビームＢ_１と平行に射出される。

以下、平行平面板２００内を伝播する平行光束Ａは、中心波長の異なる光ビームＢ_３〜Ｂ_９を順次射出しつつ平行平面板２００内を伝播する。最終的に、ダイクロイックミラー領域２２０において透過されることなく、平行平面板２００の上端まで伝播した平行光束Ａは、吸収体２３０に吸収されて減衰する。これにより、ダイクロイックミラー領域２２０を透過しなかった平行光束Ａの一部が、チューナブルフィルタ１０内で迷光となることが防止される。

上記のようにして分波部１１で発生した複数の光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、互いに平行に伝播して空間変調部１２に入射する。図中には９本の光ビームＢ_１〜Ｂ_９が描かれているが、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の数は９に限られるわけではない。即ち、中心波長の異なる複数の光ビームＢ_１〜Ｂ_９が空間的に異なる位置を伝播すればよく、ダイクロイックミラー領域２２０の高さと平行光束Ａのビーム径により分割される帯域数は適宜定まる。例えば、最小で２ｍｍφ程度のビーム径を有する平行光束Ａを、高さ５０ｍｍ程度のダイクロイックミラー領域２２０を有する分波部１１で分離させた場合、１０以上、３０未満程度の帯域数に分割できる。

よって、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の数は、要求されるスペクトル分布の精度に応じて適宜決定される。ただし、光ビームＢ_１〜Ｂ_９が互いに異なる空間を伝播するように、換言すれば、光ビームＢ_１〜Ｂ_９が互いに重なることがないように、平行光束Ａの高さ、平行平面板２００の傾斜角度等が調整される。

その結果、平行平面板２００においては、ダイクロイックミラー領域２２０において誘電体多層膜２２１の膜厚が変化する方向が、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の伝播光軸を含む平面に含まれる位置関係が形成される。

図４は、空間変調部１２に入射する光ビームＢ_１〜Ｂ_９の強度分布を示すグラフである。図示のように、図中に点線で示す平行光束Ａのスペクトル分布を反映して、光ビームＢ_１〜Ｂ_９のそれぞれは固有の光強度を有する。

再び図１を参照すると、空間変調部１２は、一対の偏光素子３００、５００と、偏光素子３００、５００に挟まれた液晶板４００とを有する。空間変調部１２に入射した光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、まず、偏光素子３００に入射して、それぞれが直線偏光となって液晶板４００に入射する。

図５は、液晶板４００を入射面側から見た様子を示す図である。図示のように、液晶板４００上には、光ビームＢ_１〜Ｂ_９に対応したスポットが形成される。液晶板４００は、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の偏光方向に対して４５°の角度をなす遅相軸または進相軸を有し、直線偏光として入射した光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、液晶板４００におけるリターデーション量に応じて楕円偏光に変調される。

また、液晶板４００は、少なくとも光ビームＢ_１〜Ｂ_９の配列方向に分離された複数の領域において、リターデーション量を個別に変化させることができる。よって、パーソナルコンピュータ等により形成された制御部７００の制御の下に液晶板４００を駆動することにより、光ビームＢ_１〜Ｂ_９のリターデーション量を個別に変化させることができる。

なお、図示の例では、液晶板４００の変調単位は、水平線により分割されて一次元的に配列されている。しかしながら、変調単位が二次元的に配列された液晶板４００において、水平に並ぶ変調単位を一括して駆動しても同様の作用が得られる。また、ひとつのビームスポットが複数の変調単位に照射される場合は、照射範囲の変調単位を一括して駆動する場合の他に、段階的に駆動して透過率を段階的に変化させることもできる。

また、図中には、光ビームＢ_１〜Ｂ_９により液晶板４００に形成されるスポットを円形に描いているが、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の断面形状は円形に限られるわけではない。よって、ビームの断面形状を水平に長い長円形あるいは長方形とすることにより、液晶板４００表面の利用効率を向上させることもできる。

液晶板４００を透過した光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、上記のように個別に楕円偏光に変調された状態で偏光素子５００に入射される。よって、液晶板４００により与えられたリターデーション量に応じて、偏光素子５００における光ビームＢ_１〜Ｂ_９の透過率が変化する。こうして、空間変調部１２から射出される光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、空間変調部１２に入射した光ビームＢ_１〜Ｂ_９とは異なる光強度を有する直線偏光となる。

図６は、合波部１３の構造を示す図であり、合波部１３において、空間変調部１２に面した入射側およびその裏面にあたる射出側、並びに、入射側および射出側の間に位置する側面を併せて示す。図１と共通の要素には同じ参照番号を付す。

合波部１３は、平行平面板６００とその表面に配されたダイクロイックミラー領域６１０、透過領域６２１、広帯域反射鏡領域６２２、および吸収体６３０を含む。平行平面板６００は、光ビームＣ_１〜Ｃ_９の光軸に対して直交することなく傾斜して配置される。図示の例では、平行平面板６００は、透過領域６２１側の端部が出力部８００に最も近く、他端が出力部８００から遠ざかる傾斜を有する。なお、合波部１３において、吸収体６３０は、平行平面板６００の図中下端に接着される。

また、平行平面板６００は、空間変調部１２から入射した光ビームＣ_１〜Ｃ_９の全帯域に対して透明であり、互いに平行な第一面６０２および第二面６０１を有する。第一面６０２は、ダイクロイックミラー領域６１０を有する。ダイクロイックミラー領域６１０は、平行光束Ａに含まれる帯域のうちの特定の帯域を透過すると共に、他の帯域を反射する誘電体多層膜を有する。

第二面６０１は出力部８００側に面しており、透過領域６２１および広帯域反射鏡領域６２２を有する。透過領域６２１は、それを通じて射出された平行光束Ｄが出力部８００に入射するように、出力部８００に対向して配される。広帯域反射鏡領域２１２は、平行光束Ａに含まれる全帯域を高効率に反射する誘電体多層膜をを含む。

合波部１３の平行平面板６００は、分波部１１の平行平面板２００に対して幾何学的に対称に配される。また、ダイクロイックミラー領域６１０における透過帯域および透過率も、分波部１１におけるダイクロイックミラー領域２２０と光学的に共役に分布する。これにより、合波部１３のダイクロイックミラー領域６１０は、分波部１１のダイクロイックミラー領域２２０と対称的な位置に配される。よって、平行平面板６００のダイクロイックミラー領域６１０に入射した光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、ダイクロイックミラー領域６１０を高効率に透過して平行平面板６００の内部を伝播する。

ダイクロイックミラー領域６１０の透過帯域も、ダイクロイックミラー領域２２０と同様に領域毎に変化するので、ダイクロイックミラー領域６１０から平行平面板６００に入射した光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、ダイクロイックミラー領域６１０および広帯域反射鏡領域６２２に交互に反射されて、平行平面板６００の内部を、透過領域６２１に向かって伝播する。よって、合波部１３に入射した光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、最終的にひとつの平行光束Ｄに合波されて透過領域６２１から射出される。

透過領域６２１から射出された平行光束Ｄは、出力部８００に入射され、光ファイバ８２０を通じて外部に伝播する。このように、チューナブルフィルタ１０は、帯域毎に分解した光ビームＢ_１〜Ｂ_９の光強度を個別に強度変調した上で再び合波することにより、目的とするスペクトル分布を有する光を外部に射出する。

図７は、平行光束Ｄにおける光強度分布を例示するグラフである。図示のように、平行光束Ｄは、光ビームＣ_１〜Ｃ_９それぞれの強度を反映したスペクトル分布を有する。既に説明した通り、光ビームＣ_１〜Ｃ_９のそれぞれの強度は、空間変調部１２により変化させることができる。よって、制御部７００により、空間変調部１２の液晶板４００を制御することにより、目的とするスペクトル分布を有する光を出力部８００に供給できる。

なお、上記のように、合波部１３におけるダイクロイックミラー領域６１０は、分波部１１におけるダイクロイックミラー領域２２０に対して正確に対称的な位置に配されることが求められる。よって、平行平面板２００、６００の少なくとも一方は、その位置および傾きを他方に対して調節できることが望ましい。

また、ダイクロイックミラー領域２２０における分光特性は、平行光束Ａに対する平行平面板２００の傾きに応じて変化する。よって、平行平面板２００、６００を一括して傾きを調節する構造を設けることも好ましい。

また、ダイクロイックミラー領域２２０、６１０における透過帯域および透過率の分布は、上記の例に限られない。しかしながら、透過効率の高い長波長帯域が、平行平面板２００、６００を長く伝播する構造とすることにより、平行光束Ａの透過効率をより高くすることができる。

更に、光源部１００において、射出光路を遡った反射光が発光素子に再注入されると発振が不安定になる。よって、平行光束Ａおよび光ビームＢ_１〜Ｂ_９の伝播光軸に対して直交して配置され得る偏光素子３００、５００、液晶板４００等の素子は、入射光に対して少なくとも入射面が直交しないように、僅かに傾けて配置することが好ましい。

図８は、他の任意スペクトラム光源装置２の構造を示す模式図である。なお、図８には、傾斜した平行平面板２００における第一面２０１を見下ろす方向から任意スペクトラム光源装置２を見た様子が描かれている。また、任意スペクトラム光源装置２において、光源部１００および出力部８００は、図１に示した任意スペクトラム光源装置１と共通の構造をそれぞれ有する。図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

任意スペクトラム光源装置２のチューナブルフィルタ２０は、分波部２１、空間変調部２２および合波部２３を有する。空間変調部２２は、入射光した光ビームＡを折り返して、光ビームＡと平行で伝播方向が反対の光ビームＤとして射出する。そこで、分波部２１および合波部２３は、単一の部品として作製され、光源部１００および出力部８００と空間変調部２２との間に配される。

即ち、分波部２１において、光源部１００に面した第一面２０１には、透過領域２１１および広帯域反射鏡領域２１２が配される。また、第一面２０１に対向する第二面２０２には、ダイクロイックミラー領域２２０が配される。更に、平行平面板の上端には、吸収体２３０が配される。

一方、合波部２３において、出力部８００に面した第二面６０１には、透過領域６２１および広帯域反射鏡領域６２２が配される。また、第二面６０１に対向する第一面６０２には、ダイクロイックミラー領域６１０が配される。更に、平行平面板の下端には、吸収体６３０が配される。

なお、吸収体２３０、６３０は、平行平面板２００、６００の両側端部まで連続して形成されている。また、図中では、分波部２１および合波部２３にそれぞれ固有の参照番号を付しているが、平行平面板２００、６００、透過領域２１１、６２１、広帯域反射鏡領域２１２、６２２、ダイクロイックミラー領域２２０、６１０および吸収体２３０、６３０は、それぞれ、単一の部品として作製されている。

上記のような分波部２１において、透過領域２１１のうち光源部１００に対向する領域には、光源部１００から射出された平行光束Ａが入射される。また、合波部２３において、透過領域６２１のうち出力部８００に対向する領域からは、出力部８００に向かって平行光束Ｄが射出される。

このように、チューナブルフィルタ２０において、分波部２１および合波部２３は、一体的に形成された部品の異なる領域にそれぞれ形成される。よって、分波部２１および合波部２３の特性がよく揃うと共に、特に調整することなく、分波部２１および合波部２３の相対位置が決まっている。よって、ダイクロイックミラー領域６１０において光ビームＣ_１〜Ｃ_９を効率よく合波できる。

図９は、空間変調部２２に対する入射側におけるチューナブルフィルタ２０の構造を示す模式図である。図８は、図７において白抜きの矢印Ｐにより示す方向からチューナブルフィルタ２０の内部を見た様子を示す。図７と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

チューナブルフィルタ２０において、光源部１００から射出された平行光束Ａは、透過領域２１１から平行平面板２００に入射して、複数の光ビームＢ_１〜Ｂ_９に分割される。光ビームＢ_１〜Ｂ_９は互いに平行に伝播して、空間変調部２２の偏光ビームスプリッタ３１０に入射する。偏光ビームスプリッタ３１０は、ワイヤグリッド等により形成され、特定の偏光を反射し、他方の偏光を透過する。

再び図８を参照すると、分波部２１から射出された光ビームＢ_１〜Ｂ_９の各々は無偏光だが、偏光ビームスプリッタ３１０において、互いに直交する直線偏光に分離される。分離された光ビームＢ_１〜Ｂ_９の一方は偏光ビームスプリッタ３１０に反射され、次の偏光ビームスプリッタ３２０に入射する。

偏光ビームスプリッタ３２０は偏光ビームスプリッタ３１０と異なる分離特性を有するので、偏光ビームスプリッタ３１０において反射された直線偏光は偏光ビームスプリッタ３２０を透過する。偏光ビームスプリッタ３２０を透過した直線偏光は液晶板４００に入射する。

偏光ビームスプリッタ３１０において分離された光ビームＢ_１〜Ｂ_９の他方は、偏光ビームスプリッタ３１０を透過して次の偏光ビームスプリッタ３３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３３０は、偏光ビームスプリッタ３１０と異なり、且つ、偏光ビームスプリッタ３２０と同じ分離特性を有する。よって、偏光ビームスプリッタ３１０を透過した直線偏光は、偏光ビームスプリッタ３３０において反射される。偏光ビームスプリッタ３３０に反射された直線偏光は液晶板４００に入射する。

このように、光ビームＢ_１〜Ｂ_９に由来する直線偏光は、いずれも偏光ビームスプリッタ３１０、３２０、３３０のいずれかに２回分離された後に液晶板４００に入射する。よって、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の各々は、高い消光比で直線偏光に分離されると共に、直線偏光は互いに同じ光強度を有する。

図１０は、図８の白抜き矢印Ｒで示すように、液晶板４００を入射面側から見た様子を示す図である。図示のように、液晶板４００上には、光ビームＢ_１〜Ｂ_９に対応したスポットが、各直線偏光に対して２列に配される。液晶板４００は、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の偏光方向に対して４５°の角度をなす遅相軸または進相軸を有し、直線偏光として入射した光ビームＢ_１〜Ｂ_９は、液晶板４００におけるリターデーション量に応じて楕円偏光に変調される。

また、液晶板４００は、少なくとも光ビームＢ_１〜Ｂ_９の配列方向に分離された複数の領域において、リターデーション量を個別に変化させることができる。よって、パーソナルコンピュータ等により形成された制御部７００の制御の下に、光ビームＢ_１〜Ｂ_９のリターデーション量を個別に変化させることができる。

なお、上記の例では、液晶板４００においては、Ｂ_１〜Ｂ_９の各々に対応する一対の直線偏光を同じように変調している。しかしながら、液晶板４００が二次元的に配列された領域を有する場合は、偏光毎に異なる変調をかけることもできる。

再び図８を参照すると、上記のようにして、液晶板４００において個別に強度変調された光ビームＣ_１〜Ｃ_９の一方は、偏光ビームスプリッタ３２０と同じ分離特性を有する偏光ビームスプリッタ５１０を透過した後、偏光ビームスプリッタ３１０と同じ分離特性を有する偏光ビームスプリッタ５３０に反射され、平行平面板２００（６００）に向かって伝播する。

また、光ビームＣ_１〜Ｃ_９の他方は、偏光ビームスプリッタ３３０と同じ分離特性を有する偏光ビームスプリッタ５２０に反射された後、偏光ビームスプリッタ５３０を透過して、平行平面板２００（６００）に向かって伝播する。これにより、直線偏光に分離された光ビームＣ_１〜Ｃ_９の双方が平行平面板２００（６００）に入射する。

図１１は、空間変調部２２に対する射出側におけるチューナブルフィルタ３０の構造を示す模式図である。図１１は、図７において白抜き矢印Ｑにより示す方向からチューナブルフィルタ２０の内部を見た様子を示す。図７と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

チューナブルフィルタ２０において、空間変調部２２から射出された光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、平行平面板６００における第二面６０１のダイクロイックミラー領域６１０に入射する。このダイクロイックミラー領域６１０は、平行光束Ａを光ビームＢ_１〜Ｂ_９に分離したものと同じ誘電体多層膜２２１により形成されている。よって、光ビームＣ_１〜Ｃ_９は、ダイクロイックミラー領域６１０を透過して平行平面板６００の内部に入射して合波され、平行光束Ｄとして透過領域６２１から射出される。

なお、平行平面板６００内で反射されながら透過領域６２１から射出されなかった光は、平行平面板６００の下端に配された吸収体６３０に吸収される。よって、そのような光が迷光になることはない。

透過領域６２１から射出された平行光束Ｄは、出力部８００に入射され、光ファイバ８２０を通じて外部に伝播する。このように、チューナブルフィルタ２０は、帯域毎に分解した光ビームＢ_１〜Ｂ_９の光強度を個別に強度変調した上で再び合波することにより、目的とするスペクトル分布を有する光を外部に射出する。また、チューナブルフィルタ２０は、互いに直交する直線偏光の双方を再び合波して利用する。よって、光源部１００が発生した光の利用効率が高い。

図１２は、チューナブルフィルタ２０の物理的レイアウトを示す斜視図である。図８、図９および図１１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、チューナブルフィルタ２０は、立方体の筐体９００に収容した場合に、平行平面板２００、偏光ビームスプリッタ３１０、３２０、３３０、５１０、５２０、５３０および液晶板４００のいずれをも、筐体９００の対向する面の間に支持できる。また、各要素は、支持される面に対して直角になる。よって、設計および組み立てが容易になる。

また、チューナブルフィルタ２０では、図中に矢印で示すように、筐体９００の外部から平行平面板２００の傾きを調節する傾き調節部９１０を容易に設けることができる。よって、ダイクロイックミラー領域２２０における分光特性を、平行光束Ａに対する平行平面板２００の傾きにより容易に調節できるチューナブルフィルタ２０を形成できる。

更に、チューナブルフィルタ２０は、分波部２１および合波部２３を、一枚の平行平面板２００により形成している。これにより、部品点数が少なく、組立工数も削減される。また、分波部２１および合波部２３の特性がよく揃うので、分離された光ビームＢ_１〜Ｂ_９を効率よく合波できる。

なお、チューナブルフィルタ２０においても、液晶板４００は、光ビームＢ_１〜Ｂ_９の伝播光路に直交する場合がある。そのような場合、反射光が光源部１００に戻ると、発光素子の発振波長が不安定になる場合がある。よって、液晶板４００の少なくとも入射面は、入射光に対して傾いていることが好ましい。

図１３は、他の任意スペクトラム光源装置３の模式図である。他の任意スペクトラム光源装置１、２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

任意スペクトラム光源装置３は、以下に説明する部分を除くと、図１に示した任意スペクトラム光源装置１と同じ構造を有する。即ち、任意スペクトラム光源装置３は、チューナブルフィルタ３０の分波部３１および合波部３３に固有の構造を有する。

分波部３１は、一対の帯域ビームスプリッタ２４１、２４２と、一対の平行平面板２００、２５０を有する。また、合波部３３は、一対の平行平面板６００、６５０と、一対の帯域ビームスプリッタ６４１、６４２を有する。

図１４は、帯域ビームスプリッタ２４１、２４２、６４１、６４２の特性を示すグラフである。図示のように、帯域ビームスプリッタ２４１、２４２、６４１、６４２は、光ビームの波長帯域に関して、特定の波長範囲の光ビームを透過させ、他の波長範囲の光ビームを反射する特性を有する。図示の例では、帯域ビームスプリッタ２４１、６４１は、予め定められた閾値波長λ_１よりも短い波長帯域の光を反射し、他の帯域の光を透過する。

再び図１３を参照すると、光源部１００から入射した平行光束Ａのうち、閾値波長λ_１よりも波長が長い帯域は帯域ビームスプリッタ２４１を透過して、平行平面板２００に入射する。閾値波長λ_１よりも波長が短い帯域は帯域ビームスプリッタ２４１、２４２に反射されて、平行平面板２５０に入射する。

平行平面板２００は、ダイクロイックミラー領域、透過領域２１１、広帯域反射鏡領域２１２および吸収体２３０を有し、平行光束Ａ_１０を波長に応じて複数の光ビームＢ_１〜９に空間的に分離する。また、平行平面板２５０は、ダイクロイックミラー領域、透過領域２６１、広帯域反射鏡領域２６２および吸収体２８０を有し、平行光束Ａ_２０を波長に応じて複数の光ビームＢ_{１０〜１８}に空間的に分離する。光ビームＢ_１〜９、Ｂ_{１０〜１８}の各々は、空間変調部３２に入射される。空間変調部３２において、光ビームＢ_１〜９、Ｂ_{１０〜１８}は、偏光素子３００を透過した後に液晶板４００に入射する。

図１５は、図１３において白抜き矢印Ｓで示すように、チューナブルフィルタ３０における液晶板４００を入射面側から見た様子を示す図である。図示のように、液晶板４００上には、光ビームＢ_１〜１８に対応したスポットが、平行平面板２００、２５０に対応して２列に配される。液晶板４００は、二次元的に配列され、個別にリターデーション量を変化させることができる領域を有するので、全てのスポットに対応する光ビームＢ_１〜１８を個別に強度変調できる。

再び図１３を参照すると、上記のようにして、液晶板４００において個別に強度変調された光ビームＣ_１〜１８のうち、閾値波長λ_１よりも短い波長帯域の光ビームＢ_{１０〜１８}は、ダイクロイックミラー領域、吸収体６８０、広帯域反射鏡領域６７２および透過領域６７１を有する平行平面板６５０により合波されて単一の平行光束Ｄ_２０となる。平行平面板６５０の透過領域６７１から射出された平行光束Ｄ_２０は、帯域ビームスプリッタ６４２、６４１に順次反射されて、出力部８００に入射される。

また、液晶板４００において個別に強度変調された光ビームＣ_１〜１８のうち、閾値波長λ_１よりも長い波長帯域の光ビームＢ_１〜９は、ダイクロイックミラー領域、吸収体６３０、広帯域反射鏡領域６２２および透過領域６２１を有する平行平面板６００により合波されて単一の平行光束Ｄ_１０となる。平行平面板６００の透過領域６２１から射出された平行光束Ｄ_１０は、帯域ビームスプリッタ６４１を透過して出力部８００に入射される。

このように、チューナブルフィルタ３０においては、平行光束Ａを帯域ビームスプリッタ２４１、２４２により分割した後に分波部３１で分波することにより、より広い帯域のスペクトル分布を制御できる。例えば、光源部１００に配されたスーパーコンティニアム光源１１０は、波長４００ｎｍから２０００ｎｍ以上に及ぶ帯域の光を発生する。しかしながら、そのうち例えば４００ｎｍから２倍波長の８００ｎｍ程度までの波長域を使う場合でも、それだけの広帯域に対応したダイクロイックミラー領域２２０を単一の平行平面板２００で形成することは技術的に困難である。

そこで、平行光束Ａを帯域分割した上で、帯域毎の平行平面板２００を用いることにより、広帯域のチューナブルフィルタ３０を形成できる。また、帯域を拡げることよりも、一定の帯域の光を光ビームに分割する場合の分割数を増加させて、波長に対する分解能を高くする場合にも図１３の構造を適用できる。

このように、領域に応じて異なる透過特性を有するダイクロイックミラー領域２２０、６１−を有する分波部１１、２１、３１を用いることにより、簡潔な構造のチューナブルフィルタ１０、２０、３０を形成できる。また、液晶板４００を用いて空間変調部１２、２２、３２を形成することにより、電気的に容易に制御できるチューナブルフィルタ１０、２０、３０を提供できる。

なお、上記の例では、透過型の液晶板４００におけるリターデーションを利用して空間変調部１２、２２、３２を形成した。しかしながら、液晶板４００の旋光性を利用して空間変調部１２、２２、３２を形成することもできる。また、反射型液晶板、マイクロミラーアレイ等の変調素子を用いて空間変調部１２、２２、３２を形成することもできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１、２、３ 任意スペクトラム光源装置、１０、２０、３０ チューナブルフィルタ、１１、２１、３１ 分波部、１２、２２、３２ 空間変調部、１３、２３、３３ 合波部、１００ 光源部、１１０ スーパーコンティニアム光源、１２０ 疑似点光源、１３０ コリメータ、２００、２５０、６００、６５０ 平行平面板、２０１、６０２ 第一面、２０２、６０１ 第二面、２１１、２６１、６２１、６７１ 透過領域、２１２、２６２、６２２、６７２ 広帯域反射鏡領域、２２０、６１０ ダイクロイックミラー領域、２２１ 誘電体多層膜、２３０、２８０、６３０、６８０ 吸収体、２４１、２４２、６４１、６４２ 帯域ビームスプリッタ、３００、５００ 偏光素子、３１０、３２０、３３０、５１０、５２０、５３０ 偏光ビームスプリッタ、４００ 液晶板、７００ 制御部、８００ 出力部、８１０ 集光部、８２０ 光ファイバ、９００ 筐体、９１０ 傾き調節部

Claims (13)

1. 光源部から予め定められた波長範囲を含む連続スペクトルの平行光束が入射され、入射された連続スペクトルの平行光束を波長に応じて空間的に分散された平行光束として射出する分波部と、
   前記分波部から空間的に分散された平行光束が入射され、空間的な位置に応じて強度を変調して、空間的な位置に応じた予め定められた光路に対して射出する空間変調部と、
   前記空間変調部から射出された、空間変調された平行光束を合波して射出する合波部と
   を備え、
   前記分波部は、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が入射する透過部および予め定められた波長帯域を反射するミラー部、並びに、他方の面に配され、透過する波長帯域が前記予め定められた波長帯域よりも狭く、かつ透過する波長帯域が面内の一の方向に沿って異なるダイクロイックミラー部を有し、
   前記分波部は、入射光の主光線に対して前記平行な一対の面が斜めに配され、前記ミラー部と前記ダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより、前記ダイクロイックミラー部から、波長に応じて空間的に分散された平行光束を射出し、
   前記合波部は、互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が射出する透過部および前記予め定められた波長帯域を反射するミラー部、および、他方の面に配され、透過する波長帯域が前記分波部のダイクロイックミラー部に対応して配されたダイクロイックミラー部を有し、
   前記合波部は、前記空間変調部を挟んで前記分波部と光学的に共役な位置に配され、前記ダイクロイックミラー部に入射した平行光束を、前記ミラー部と前記ダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより合波して前記透過部から射出するチューナブルフィルタ。
2. 前記分波部および前記合波部の前記ダイクロイックミラー部は、前記透過部から遠いほど長い波長を透過する請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
3. 前記空間変調部は、前記空間的に分散された平行光束を透過する液晶板と、前記液晶板に入射する前に前記平行光束を透過させる入射側偏光素子と、前記液晶板から射出された平行光束を透過させる射出側偏光素子とを含む請求項１または請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
4. 前記空間変調部は、前記空間的に分散された平行光束を透過する液晶板と、前記液晶板に入射する前に前記平行光束を透過させる入射側偏光ビームスプリッタと、前記液晶板から射出された平行光束を透過させる射出側偏光ビームスプリッタとを含む請求項１または請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
5. 前記合波部における前記透過部は、前記分波部における前記透過部を形成する部品の一部に配され、
   前記合波部における前記ミラー部は、前記分波部における前記ミラー部を形成する部品の一部に配され、
   前記合波部における前記ダイクロイックミラー部は、前記分波部における前記ダイクロイックミラー部を形成する部品の一部に配され、
   前記分波部および前記合波部は一体的に形成される請求項４に記載のチューナブルフィルタ。
6. 前記空間変調部は、前記空間的に分散された平行光束を反射する液晶板と、前記液晶板に入射する前および後に前記平行光束を透過させる偏光素子とを含む請求項１または請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
7. 前記空間変調部は、マイクロミラーアレイである請求項１または請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
8. 前記分波部は、前記平行光束が前記ダイクロイックミラー部に入射する前に、前記平行光束を、予め定められた分離波長よりも短い波長帯域を含む平行光束と、前記分離波長よりも長い波長帯域を含む平行光束とに分離する帯域ビームスプリッタと、
   前記短い波長帯域を含む平行光束を波長に応じて空間的に分散するダイクロイックミラー部、および、前記長い波長帯域を含む平行光束を波長に応じて空間的に分散するダイクロイックミラー部と
   を含む請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のチューナブルフィルタ。
9. 前記空間変調部は、２次元的に配列されて、透過光を個別に強度変調できる複数の領域を有する液晶板を有し、前記液晶板上に２次元的に配置されたスポットを形成する複数の平行光束を入射されて、当該複数の平行光束を各々個別に強度変調する請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のチューナブルフィルタ。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載のチューナブルフィルタと、
    予め定められた波長範囲を含む連続スペクトルの平行光束を発する光源部と
    を備える任意スペクトラム光源装置。
11. 前記光源部は、スーパコンティニュアム光源である請求項１０に記載の光源装置。
12. 互いに平行な一対の面の一方の面に配された、光が入射する透過部を有し、予め定められた波長帯域を反射するミラー部と、
    他方の面に配され、透過する波長帯域が前記予め定められた波長帯域よりも狭くかつ面内の一の方向に沿って異なるダイクロイックミラー部と
    を備え、
    入射光の主光線に対して前記平行な一対の面が斜めに配され、前記ミラー部と前記ダイクロイックミラー部との反射を繰り返すことにより、前記ダイクロイックミラー部から、波長に応じて空間的に分散された平行光束を射出する分波部。
13. 前記ダイクロイックミラー部は、前記透過部から遠いほど長い波長を透過する請求項１２に記載の分波部。

Images