JP2017187643A - 光源装置及びそれを用いた情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる光源装置及びこれを用いた情報取得装置を提供する。【解決手段】第１の光を出力する第１の光源と、前記第１の光とは異なる波長を有する第２の光を出力する第２の光源と、前記第１の光と、前記第２の光とを合波する光合波部と、前記光合波部により合波された前記第１の光及び前記第２の光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第１の光から前記第２の光へエネルギーが移動する非線形光導波路と、を有し、前記非線形光導波路が、少なくとも２つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、前記第１の光及び前記第２の光が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸を伝搬する。【選択図】図１

Description

本発明は、非線形光学効果を用いた光源装置及びそれを用いた情報取得装置に関する。

パルス光を測定対象に照射し測定対象内で生じる非線形光学効果を用いるイメージング技術が、近年活発に研究されている。非線形光学効果を用いたイメージングによって、非染色で測定対象内部の物質を識別することや、光学的な回折限界を超えた高い分解能を有するイメージングを行うこと等が可能となっている。広帯域で高感度な分光イメージングを得るためには、広帯域に波長を可変に制御できる高出力な光源が必要である。

広帯域光源については、光導波路と短パルス光源とを組み合わせて、光導波路内で生じる非線形光学効果によって波長を変換する非線形波長変換技術が開発されている。光導波路に短パルス光が伝搬した際、短パルス光が高いピークパワーを持ち、かつ光導波路の断面積が小さいために、非常に小さな領域に大きな光エネルギーが集中した状態で短パルス光が光導波路を伝搬する。この大きな光エネルギー密度によって非線形光学現象が誘起され、伝搬する光パルス光の波長や時間形状が変化する。このような非線形波長変換技術として、カー効果やラマン効果、パラメトリック効果を用いて光導波路へ入力したパルス光の波長を広げる、あるいは中心波長をシフトさせる技術が提案されている（非特許文献１、２）。

非特許文献１には、複屈折ファイバーにおけるパルストラッピング及び超短ソリトンパルスによる増幅に基づく全光型の信号制御技術が記載されている。
また、非特許文献２には、正規分散領域で動作する同期励起ファイバー光パラメトリック発振器が記載されている。

"Ultrafast all-optical signal regenerator using pulse trapping in birefringent fibers", Eiji Shiraki, Norihiko Nishizawa, and Kazuyoshi Itoh, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 28, No. 11, pp. 2643 (2011) "Normal dispersion femtosecond fiber optical parametric oscillator", T. N. Nguyen, K. Kieu, A. V. Maslov, M. Miyawaki, and N. Peyghambarian. Optics Letters, Vol. 38, Issue 18, pp. 3616-3619 (2013)

しかしながら、非特許文献１に記載された技術は、ソリトンシフトを利用するため、長波長への波長変換に限られていた。また、ポンプパルス光がソリトンパルス光でなければならないため、入力するポンプパルス光のパワーが限定されていた。このため、高出力化が困難であった。

一方、非特許文献２に記載された技術では、ポンプパルス光の波長可変帯域が限定されている。そのため、パラメトリック利得帯域を拡張することが困難であった。また、ポンプパルス光と信号パルス光の群速度の違いにより、相互作用長が限定され、エネルギー変換効率が低減してしまい高出力化が困難であった。

本発明の目的は、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる光源装置及びこれを用いた情報取得装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、第１の光を出力する第１の光源と、前記第１の光とは異なる波長を有する第２の光を出力する第２の光源と、前記第１の光と、前記第２の光とを合波する光合波部と、前記光合波部により合波された前記第１の光及び前記第２の光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第１の光から前記第２の光へエネルギーが移動する非線形光導波路と、を有し、前記非線形光導波路が、少なくとも２つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、前記第１の光及び前記第２の光が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、中心波長が互いに異なる２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも１つを検出して前記被検体の情報を取得する情報取得装置であって、中心波長が互いに異なる２つのパルス光を射出する光源部と、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも１つを受光する受光部と、有し、前記光源部が、前記中心波長が互いに異なる２つのパルス光のうちの少なくとも一方を出力する上記光源装置を有することを特徴とする情報取得装置が提供される。

本発明によれば、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる。

本発明による光源装置の基本的構成の例を説明する図である。 本発明の第１の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第１の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。 本発明の第１及び第５の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第３の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。 本発明の第７の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。 本発明の第９の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。 本発明の第９及び第１３の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。 本発明の第１１の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。 本発明の第１９の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２０の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２１の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２２の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２４の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２５の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２６の実施形態による光源装置を説明する図である。 本発明の第２８の実施形態による情報取得装置を説明する図である。 本発明の第２９の実施形態による情報取得装置を説明する図である。

［本発明の基本的構成］
本発明の実施形態を説明するに先立ち、本発明の基本的構成の例及び関連する現象について図１を用いて説明する。図１は、本発明による光源装置の基本的構成の例を説明する図である。

図１に示すように、本発明による光源装置は、ポンプパルス光を出力するポンプパルス光源１０１と、パラメトリック利得媒質１０３とを有している。パラメトリック利得媒質１０３は、光パラメトリック効果によりポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光（又はアイドラーパルス光）を増幅する媒質である。本明細書では、ポンプパルス光がパラメトリック利得媒質内で発生させるパラメトリック利得帯域において、短波長側を信号光、長波長側をアイドラー光と呼び、パルス光であることを示す場合に短波長側を信号パルス光、長波長側をアイドラーパルス光と呼ぶ。また、前記パラメトリック利得媒質は、少なくとも二つ以上の偏光の異なる伝搬軸を有する。パラメトリック利得媒質は、より具体的には非線形光ファイバー等の非線形光導波路である。

信号パルス光（又はアイドラーパルス光）は、パラメトリック効果によりパラメトリック利得媒質１０３で生成されるものであってもよいし、外部の光源からポンプパルス光と合波されてパラメトリック利得媒質１０３に入力されるものであってもよい。信号パルス光（又はアイドラーパルス光）が外部から入力される場合、本発明による光源装置は、ポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光（又はアイドラーパルス光）を出力する信号パルス光源１０６を有する。さらに、この場合、本発明による光源装置は、ポンプパルス光源１０１から出力されたポンプパルス光と、信号パルス光源１０６から出力された信号パルス光とを合波してパラメトリック利得媒質１０３に入力する例えば光合波素子である光合波部１０２を有する。

ポンプパルス光源１０１より出力された光角周波数ω_１を有するポンプパルス光１０４は、光合波部１０２を伝搬してパラメトリック利得媒質１０３へ入射される。また、光角周波数ω_Ｓを有する信号パルス光１０５（光角周波数ω_３を有する信号パルス光又は光角周波数ω_４を有するアイドラーパルス光）が光合波部１０２を介してパラメトリック利得媒質１０３へ入射される。この際、ポンプパルス光１０４と信号パルス光１０５は、パラメトリック利得媒質１０３のそれぞれ異なる伝搬軸を伝搬するように偏光を調整した状態で入射される。また、ポンプパルス光１０４と信号パルス光１０５は、時間的に重なるように調整されて入射される。すなわち、ポンプパルス光１０４と信号パルス光１０５とは、光合波部１０２により合波されてパラメトリック利得媒質１０３に入力される。

ここで、まず、波長分散について説明する。光を伝搬する光導波路は、光導波路を構成する物質の有する屈折率と、光導波路の構造によって決定される波長分散を有する。波長分散β（ω）は以下の数式（１）で定義される。

ここで、ωは光角周波数、ｎ（ω）は光導波路の有効屈折率、ｃは真空中の光速を表わす。つまり、波長分散β（ω）は、光角周波数ωの光が光導波路を１ｍ伝搬した際に、どれだけの位相ずれを生じるかを意味している。

上記の数式（１）をテーラー展開すると、以下の数式（２）が得られる。

ここで、ω_０はテーラー展開の中心光角周波数である。一次の分散であるβ_１（ω）は群速度の逆数を表わし、パルス光の中心光角周波数がωの時の、パルス光の光導波路内での伝搬速度と関係する。また、二次の分散であるβ_２（ω）は、伝搬するパルス光の光導波路内での時間的な広がりを意味する。

光導波路が光の伝搬方向に沿って径が変化したり、密度や構成物質が変化したりすると、伝搬する光の偏光に状態に応じて、伝搬する光の感じる屈折率が変化する。例えば、複屈折性を有する媒質中では、屈折率ｎは複屈折軸に沿って異なる。複屈折性を有する媒質は、進相軸及び遅相軸の二つの伝搬軸を有していると呼ばれる。そのため、分散βも複屈折軸によって異なる。

次に、光パラメトリック効果について説明する。
本発明では、光パラメトリック効果によるエネルギー遷移による光増幅を行う。

光パラメトリック効果による利得の発生は、四光波混合に基づいている。媒質にレーザー光を入射したとき、入射されたレーザー光に対して媒質内の電子応答によって分極が生じる。入射したレーザー光の強度が大きくなり、電場強度が大きくなると、電子応答による分極は、入射したレーザー光に対して非線形となる。このとき生じる非線形な分極により、入射したレーザー光とは異なる波長の光が生成される。光ファイバーのような反転対称性を持つ媒質中では、偶数次の非線形感受率は零となるため、奇数次の非線形感受率による非線形効果が表れる。特に３次の非線形感受率χ^（３）の値が大きく、主要な分極・非線形効果を与える。四光波混合は３次の非線形感受率により説明される。以下、レーザーの伝搬方向をｚ軸方向とする。ｚ軸と直交する方向をｘ軸として、ｘ軸方向のレーザー電場によって引き起こされるｘ軸方向の３次の分極Ｐ_ｘｘｘｘ ^（３）は、誘電率ε_０を用いて次の数式（３）で表わされる。

このとき、入射レーザー電場Ｅ_ｘは、３つの異なる光角周波数ω_１、ω_２、ω_３のレーザー電場の和として以下の数式（４）で表される。

ここで、β（ω_１）、β（ω_２）、β（ω_３）は、それぞれ光角周波数ω_１、ω_２、ω_３の成分を有する光の伝搬定数である。また、ｃ．ｃ．は、その前の全ての光の複素共役をあらわす。

Ｐ_ｘｘｘｘ ^（３）には、光角周波数ω_４＝ω_１＋ω_２−ω_３を持つ振動成分の項が以下の数式（５）に示すように現れる。

つまり、３つの異なる光角周波数ω_１、ω_２、ω_３のレーザー光を入力することで、これらとは異なる光角周波数ω_４を有する光が発生されることを意味している。

光角周波数ω_４を持つレーザー光が出力されるためには、媒質内の各点で発生するシグナル光が強めあうことが条件として必要である。この条件は、以下の数式（６）で表わされ、位相整合条件と呼ばれる。

さらに、非線形光学効果による位相変調が生じるため、位相整合条件は以下の数式（７）のように表わすことができる。

ここで、ω_１＝ω_２とした場合、すなわち入射するポンプパルス光の波長が一つの場合は縮退四光波混合と呼ばれ、その場合でも光パラメトリック効果は起こり、数式（７）を書きなおすと、以下の数式（８）となる。

ポンプパルス光のみを媒質に入力した場合でも、ω_３及びω_４の光角周波数を有するレーザー光を発生させることができる（光パラメトリック発生、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ＯＰＧ）。

また、縮退四光波混合においても、ω_１の光角周波数を有するポンプパルス光と同時にω_３の光角周波数を有するシグナル光を入射した場合、ω_１の光角周波数を有する光からω_３の光角周波数を有する光へエネルギー遷移が生じる。このような現象を用いた光増幅器は、光パラメトリック増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＯＰＡ）と呼ばれる。シグナル光に代えてω_４の光角周波数を有するアイドラー光を入射した場合も同様のエネルギー遷移が生じる。

さらに、ＯＰＡを利得として共振器を構成することでパラメトリック光を増幅して発振させることが可能である。このような共振器は、光パラメトリック共振器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＯＰＯ）と呼ばれる。

また、パラメトリック利得スペクトルは、以下の数式（９）で表わされる（“Fiber Optical Parametric Amplifiers, Oscillators and Related Devices”, Michel E. Marhic, Cambridge university press）。

ここで、ｇは以下の数式（１０）で表わされる。

Ｌは光導波路の長さである。また、γは光導波路の非線形係数を表し、光導波路を構成する媒質の非線形屈折率ｎ_２、光角周波数ω、光導波路のコア径Ａ_ｅｆｆにより決定される。

数式（９）及び（１０）より、以下の数式（１１）が導かれる。

パラメトリック利得スペクトルの中心光周波数は以下の数式（１２）を満たす。

Δβは数式（６）より計算される。以下では、Δω＝｜ω_３−ω_１｜＝｜ω_４−ω_１｜とする。偏光軸が同一の場合には、数式（６）は、以下の数式（１３）となる。

本発明では、位相整合条件を、ポンプパルス光と信号光（又はアイドラー光）とで偏光軸が直交している場合にまで拡張した。偏光軸が直交している場合には、以下の数式（１４）となる。

ここで、Ｐ及びＳは、光導波路の伝搬定数の異なる伝搬軸を表わしている。偏波保持特性を有する偏波保持光ファイバーであれば、伝搬定数の異なる伝搬軸として、Ｆａｓｔ軸（進相軸）及びＳｌｏｗ軸（遅相軸）の二軸を有している。Ｐ及びＳの組合せは、ＰがＦａｓｔ軸、ＳがＳｌｏｗ軸の組合せでもよいし、ＰがＳｌｏｗ軸、ＳがＦａｓｔ軸の組合せでもよい。

数式（１２）及び数式（１４）より、０次の分散の項である２（β_Ｐ（ω_１）−β_Ｓ（ω_１））によるパラメトリック利得の波長帯域の拡張が可能であることが分かった。このことは、非特許文献２で代表されるような光パラメトリック効果を用いた波長変換光源では示されたことはなかった。そこで、本発明では、パラメトリック利得を与えるポンプパルス光と、ポンプパルス光とは波長が異なりパラメトリック利得を受ける信号パルス光を、伝搬定数が異なる２つの伝搬軸にそれぞれ入射する。これにより、本発明では、パラメトリック利得波長帯域を変えることが可能となる。このように、ポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を制御することで、広帯域なパラメトリック利得波長帯域を得ることができる。したがって、本発明によれば、光源装置において、波長可変帯域の広帯域化を実現することができる。

また、パルス光を用いたパラメトリック増幅では、ω_１の光角周波数を有する光とω_３（又はω_４）の光角周波数を有する光が時間的に重なっていなければならない。ω_１の光角周波数を有するポンプパルス光とω_３の光角周波数を有する信号光（又はω_４の光角周波数を有するアイドラー光）の両方がパルス光である場合には、分散により伝搬速度が異なるため、重なり合っている長さ（時間）は限られている。これをウォークオフ長と呼ぶ。本発明では、上記のように、パラメトリック利得を与えるポンプパルス光と、ポンプパルス光とは波長が異なりパラメトリック利得を受ける信号パルス光を、伝搬定数が異なる伝搬軸にそれぞれ入射する。そしてさらに、群速度が一致し、かつパラメトリック利得波長が対応するポンプパルス光と信号パルス光とを組み合わせる。このことで、ポンプパルス光のパラメトリック利得を大きくできるパルス光の強度の高い状態で重ね合わせたまま伝搬させ、信号パルス光へのエネルギー変換を大きくできる。本発明では、複屈折軸の違いによって伝搬速度を一致させて相互作用長を延ばすことで、光パラメトリック効果によってポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光（またはアイドラーパルス光）を高出力化することが可能となる。したがって、本発明によれば、光源装置において、光出力の高出力化を実現することができる。

なお、信号パルス光に代えてアイドラーパルス光を用いた場合も、信号パルス光の場合と同様にして、光源装置において、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる。

一般的に、非線形波長変換技術では、パルス光を用いることで高いエネルギー密度が得られ、高い非線形光学効果を得る。また、ポンプとなるポンプパルス光と、波長変換されエネルギーを受ける信号パルス光との相互作用長が長いほど、非線形光学効果が大きくなる。光ファイバーを用いた非線形波長変換技術では、光ファイバー長によって相互作用長を長くとることが可能となる。しかし、光ファイバーが有する波長分散によって、波長の異なるポンプパルス光と信号パルス光の伝搬速度が異なり、伝搬するほどにパルス光のピーク位置がずれてしまい、結果として相互作用長が限定されてしまう。

そこで、非特許文献１では、複屈折特性を有する光ファイバーを用いることで、相互作用長を長くし、非線形光学効果を大きくしている。また、非特許文献１では、ソリトンシフトを利用して、ポンプパルス光と信号パルス光の波長を長波長へシフトしている。このような非特許文献１では、相互位相変調（Ｃｒｏｓｓ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＸＰＭ）を積極的に利用することで、パルストラッピングという現象を引き起こしている。非特許文献１で生じるパルストラッピングは、エネルギーを与えるポンプパルス光がソリトン伝搬する。そのような場合、ポンプパルス光は、以下の数式（１５）で与えられるソリトン次数Ｎが０．５＜Ｎ＜１．５の範囲となるようなパルス形状で入射される。

ここで、γは非線形係数を表し、光導波路を構成する媒質の非線形屈折率ｎ_２、光角周波数ω、光導波路のコア径Ａ_ｅｆｆにより決定される。Ｐ_０はパルス光のピーク強度、Ｔ_ＦＷＨＭはパルス光の時間の半値全幅、β_２はパルス光の中心波長に対する光導波路の二次の波長分散値を表わす。また、光導波路は異常分散特性を有する。つまり、β_２は負の値である。

ソリトン伝搬は、異常分散と、非線形光学効果の一つである自己位相変調（Ｓｅｌｆ−ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＳＰＭ）とのつり合いで生じる。具体的には、まず、異常分散によってパルス光内の長波長成分がパルス光の後方へ、短波長がパルス光の前方へ位相がずれる現象がある。一方、ＳＰＭによってパルス光の前方部が長波長化、後方部が短波長化する現象があり、これは見掛け上正常分散を与えているといえる。この二つの現象がつり合い、パルス光がその形を維持して伝搬することをソリトン伝搬という。

また、パルストラッピングでは、信号パルス光はＸＰＭによってポンプパルス光に捉えられる。具体的には、まず、信号パルス光が、異なる複屈折軸間で群速度が一致する波長よりもわずかに長波長にあるとする。そのような場合、光導波路は異常分散を有するので、信号パルス光は、ポンプパルス光よりも遅れて伝搬することになる。すると、信号パルス光は、ポンプパルス光の後方部に位置することとなる。このため、信号パルス光は、ＸＰＭにより短波長化して伝搬速度が速くなり、その結果、ポンプパルス光に追いつく。一方、信号パルス光が、異なる複屈折軸間で群速度が一致する波長よりもわずかに短波長にあるとする。そのような場合、光導波路は異常分散を有するので、信号パルス光は、ポンプパルス光よりも速く伝搬することになる。すると、信号パルス光は、ポンプパルス光の前方部に位置することとなる。このため、信号パルス光は、ＸＰＭにより長波長化して伝搬速度が遅くなり、その結果、ポンプパルス光に追いつかれる。このような現象が引き続き起きることで、信号パルス光は、常にポンプパルス光に捉われ続けることとなる。

さらに、非特許文献１では、ソリトン自己周波数シフトと呼ばれる現象により、ポンプパルス光の中心波長が長波長化する。これは、ポンプパルス光内でラマン効果が起こり、ポンプパルス光自身の中で短波長成分から長波長成分へエネルギーが遷移することで生じる。このことに伴い、信号パルス光も、ポンプパルス光に捉われ続けながら長波長化する。また、ラマン効果によりポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移し、その結果、ポンプパルス光強度が下がり、信号パルス光強度が上がる。

非特許文献１に記載された技術を波長可変光源に用いる場合、出力波長の制御は、以下の方法が挙げられる。

まず、入力するポンプパルス光のエネルギーを変えることが挙げられる。
ポンプパルス光のエネルギーを変えることで、一定の光導波路中で生じるラマン効果による短波長成分から長波長成分へのエネルギーシフト量が変化し、その結果、出力波長が変化する。

また、光導波路の長さを変えることが挙げられる。
ラマン効果によるソリトン自己周波数シフトは、光導波路長が長いほどシフト量が大きくなる。したがって、光導波路の長さに応じてシフト量が変化し、その結果、出力波長が変化する。

また、入力するポンプパルス光と信号パルス光の波長を変えることが挙げられる。
ラマン効果による周波数シフト量は、ある一定の長さの光導波路中では、大きくは異ならないが波長によってわずかに異なる。そのため、入力波長に応じて出力波長も変化する。

しかしながら、ソリトンパルス光であるポンプパルス光を用いる非特許文献１では、上述のようにポンプパルス光のパワーが限定されていた。具体的には、非特許文献１のようなソリトン伝搬を用いたパルストラッピング技術を用いる場合、入射するパルス光は光導波路の異常分散領域である必要があり、かつ、ソリトン次数Ｎが０．５＜Ｎ＜１．５である必要があった。パルスエネルギーをＥ_ｐとし、パルス形状をＳｅｃｈ２型とすると、ピーク強度Ｐ_０は、おおよそＥ_ｐ／Ｔ_ＦＷＨＭとなる。数式（１５）にＰ_０＝Ｅ_ｐ／Ｔ_ＦＷＨＭを代入し、０．５＜Ｎ＜１．５の条件を考えると、Ｅ_ｐ・Ｔ_ＦＷＨＭについて、以下の数式（１６−１）で表わされる範囲が得られる。

したがって、ポンプパルス光のパルスエネルギー及び時間幅は限定されている。

なお、本発明において、ポンプパルス光は、上記のようにパルスエネルギー及び時間幅が限定されないものであることが好ましく、具体的には以下の数式（１６−２）を満たすものであることが好ましい。

ただし、上記数式（１６−２）中、γは非線形光導波路の非線形係数、Ｔ_ＦＷＨＭはポンプパルス光のパルス時間幅、Ｅ_ｐはポンプパルス光のパルスエネルギー、β_２は非線形光導波路の二次の分散である。

一方で、例えば非特許文献２に記載されるような光パラメトリック波長変換技術では、ポンプパルス光と信号パルス光（又はアイドラーパルス光）とを同時に非線形ファイバーに入射する。その時、光パラメトリック効果によってポンプパルス光から信号パルス光（又はアイドラーパルス光）へエネルギーが遷移し、信号パルス光（又はアイドラーパルス光）が増幅されて出力される。非特許文献２では、ポンプパルス光、又は信号パルス光（若しくはアイドラーパルス光）の中心波長や共振器長を変化させることで出力される波長を制御する。非特許文献２で代表される光パラメトリック波長変換技術では、光パラメトリック増幅での出力光強度を高めるために、これまではポンプパルス光の強度を大きくしていた。また、信号パルス光（又はアイドラーパルス光）のスペクトル形状を保つために、ＸＰＭを抑制する必要があった。

このように、光パラメトリック波長変換技術では、ＸＰＭを抑制するため、上記で説明したようなパルストラッピングを生じることは困難となる。また、ＸＰＭを抑制するために、ポンプパルス光の時間幅を大きくしなければならない。さらに、位相整合条件を満足するために、ポンプパルス光の波長がゼロ分散波長付近となるような光導波路が用いられており、｜β_２｜が非常に小さい。つまり、パラメトリック利得を用いた波長変換では、高出力化のために、ソリトン次数Ｎが１．５を大きく超えるようなポンプパルス光を入力する必要がある。したがって、高出力なパラメトリック利得を得ることと、非特許文献１のようなパルストラッピングとを組み合わせることは困難である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、実施形態の説明では、同様の構成要素については、適宜、同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態による光源装置について図２乃至図４を用いて説明する。図２は、第１の実施形態による光源装置を説明する図である。図３は、第１の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。図４は、第１の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。

第１の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成するものである。第１の実施形態による光源装置は、図２に示すように、ポンプパルス光を出力するポンプパルス光源２０１と、信号パルス光を出力する信号パルス光源２０９とを有している。また、第１の実施形態による光源装置は、入力端としての２つの入力ポート及び出力端としての１つの出力ポートを有する光合波器２０７と、非線形光導波路２０８とを有している。

ポンプパルス光源２０１は、出力したポンプパルス光が光合波器２０７に入力されるように、光合波器２０７の一方の入力ポートに光学的に接続されている。また、信号パルス光源２０９は、出力した信号パルス光が光合波器２０７に入力されるように、光合波器２０７の他方の入力ポートに光学的に接続されている。また、光合波器２０７の出力ポートには、光合波器２０７により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光が非線形光導波路２０８に入力されるように、非線形光導波路２０８の一端が光学的に接続されている。非線形光導波路２０８の他端は、光源装置の出力光となる光が出力される出力端になっている。

ポンプパルス光源２０１は、波長可変光源であり、中心波長が１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで波長可変であり、平均パワー５Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１ｐｓのポンプパルス光２１０を出力する。ポンプパルス光源２０１は、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザー２０２、光ファイバー増幅器２０３、高非線形光ファイバー２０４、波長フィルター２０５、及び光ファイバー増幅器２０６を有している。

モードロックファイバーレーザー２０２の出力端は、光ファイバー増幅器２０３の入力端に光学的に接続されている。光ファイバー増幅器２０３の出力端は、高非線形光ファイバー２０４の一端に光学的に接続されている。高非線形光ファイバー２０４の他端は、波長フィルター２０５を介して、光ファイバー増幅器２０６の入力端に接続されている。光ファイバー増幅器２０６の出力端は、ポンプパルス光源２０１の出力光であるポンプパルス光が出力される出力端になっている。

ポンプパルス光源２０１において、モードロックファイバーレーザー２０２から出力された光は、光ファイバー増幅器２０３によって増幅されて高出力化される。光ファイバー増幅器２０３により高出力化された光は、高非線形光ファイバー２０４によって広帯域化される。そして、波長フィルター２０５による切り出しにより、高非線形光ファイバー２０４により広帯域化された光から所定の波長範囲の光が切り出される。波長フィルター２０５により切り出された光は、光ファイバー増幅器２０６によって増幅されて高出力化された後、ポンプパルス光２１０として出力される。ポンプパルス光源２０１は、ポンプパルス光２１０の波長を変えることができる波長可変光源として構成されている。

ただし、ポンプパルス光源２０１は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源２０１は、その他のファイバーレーザーから生成された光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。また、光ファイバー増幅器２０６は、光合波器２０７と非線形光導波路２０８との間の非線形光導波路２０８の直前に設けられていても良い。このことで、光ファイバー増幅器２０６から非線形光導波路２０８までの間にある光導波路内での非線形光学効果によるポンプパルス光の波形歪みを抑制できる。

信号パルス光源２０９は、６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの信号パルス光２１１を出力するものである。信号パルス光源２０９の構成は、特に限定されるものではないが、例えば後述するようにして６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの信号パルス光２１１を生成する。

光合波器２０７は、光合波部として機能し、ポンプパルス光２１０が入力される第１の入力ポート及び信号パルス光２１１が入力される第２の入力ポートを有している。また、光合波器２０７は、出力ポートを有している。光合波器２０７は、第１の入力ポートに入力されたポンプパルス光と第２の入力ポートに入力された信号パルス光とを合波して出力ポートから出力し、合波したポンプパルス光及び信号パルス光を非線形光導波路２０８に入力するように構成されている。光合波器２０７としては、例えば、偏波ビームコンバイナが用いられている。なお、光合波器２０７は、偏波ビームコンバイナに限定されるものではなく、ファイバーカプラーや波長分割多重カプラー（ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラー）であっても良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。

非線形光導波路２０８は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路であり、具体的には、偏波保持特性を有する偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）が用いられている。非線形光導波路２０８では、光パラメトリック効果によってポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが移動する。

このように、第１の実施形態では、パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８として偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を用いた。光導波路の分散特性は、データシートにより知ることができる。しかし、２次の分散よりも低次の分散については知ることが難しい。本発明では、以下の方法で０次の分散及び１次の分散を見積もった。また、各軸に沿った分散特性は、実際に測定することでも知ることができる。

まず、１次の分散特性は、セルマイアの多項式近似を用いて、以下の数式（１７）で近似できる。

ここでλは波長であり、単位はμｍである。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ定数である。上記数式（１７）を一回微分すると、二次の分散は以下の数式（１８）となる。

ここでｃは真空中の光速である。また、数式（１７）を積分すると、以下の数式（１９）を得る。式（１９）中のＦは定数である。

また、分散特性Ｄ_ｉｓとβ_２は、以下の数式（２０）で示される関係がある。

データシートより読み取った分散特性Ｄ_ｉｓから数式（２０）を用いてβ_２のデータを取得し、最小二乗法によってフィッティングすることで、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅを求めた。

次に、屈折率についてのセルマイアの近似多項式である以下の数式（２１）を用いて、光ファイバーの材料に依存した屈折率を求めた。

光ファイバーのコア部を伝搬する光は、エヴァネッセント波に見られるように、クラッド部に一部しみ出しながら伝搬していると考えられる。用いている光導波路はフォトニック結晶ファイバーであるので、クラッド部が空気である。光ファイバーに用いられているガラスの屈折率はおよそ１．４５であり、空気は１である。一般的に、フォトニック結晶ファイバーの有効屈折率は、コアの屈折率に対して１％程度下がる。そこで、数式（２１）を用いて計算された屈折率から１％だけ減じた屈折率を有効屈折率として、ある波長λ_１とλ_２について有効屈折率を求めた。屈折率と分散の関係は数式（１）で表わされるので、ある波長λ_１とλ_２について、ＣとＦの数式が得られ、連立方程数式を解くことでＣとＦを求めた。こうして、Ｆａｓｔ軸について有効屈折率曲線を求めた。

Ｓｌｏｗ軸については、データシートにＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸との屈折率差を示すＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ（Δｎ）の値が示されており、上述した方法で求めた有効屈折率曲線にΔｎを足すことで求めた。

こうして偏波保持フォトニック結晶ファイバーのＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸のそれぞれについて求めた有効屈折率曲線を図３に示す。

上記第１の実施形態による光源装置では、次のようにして短波長へ拡大した光パラメトリック増幅を行って光出力の高出力化を実現することができる。

ポンプパルス光源１０１から出力されたポンプパルス光２１０は、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の第１の入力ポートに入力される。さらに、光合波器２０７に入力されたポンプパルス光２１０は、光合波器２０７の出力ポートから出力され、偏波保持フォトニック結晶ファイバーである非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸を伝搬するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

こうして、ポンプパルス光源１０１により、ポンプパルス光２１０を１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路２０８に入力する。

図４に示すように、ポンプパルス光２１０と信号パルス光２１１とが同一軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ６８０ｎｍ〜８２０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光２１０がＳｌｏｗ軸を伝搬し、信号パルス光２１１がＦａｓｔ軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ６６５ｎｍ〜７７５ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を短波長側へ拡張することが可能となる。

そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の第２の入力ポートに、中心波長が６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの信号パルス光２１１をポンプパルス光２１０と同期して入力する。信号パルス光２１１は、信号パルス光源２０９より出力される。

信号パルス光２１１は以下によって生成した。Ｅｒファイバーレーザー出力である１５５０ｎｍのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍをカバーするように広帯域化した。そして、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ；ＰＰＬＮ）によって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて中心波長が６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。

光合波器２０７に入力された信号パルス光２１１は、ポンプパルス光２１０と合波されて光合波器２０７の出力ポートから出力され、非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸を伝搬するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

こうして、本実施形態により、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路２０８の他端からは、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。

なお、光源装置の出力端である非線形光導波路２０８の他端に、光合波器２０７として用いた第１の偏波ビームコンバイナとは別に、第２の偏波ビームコンバイナを偏波ビームスプリッタとして用いるために接続しても良い。第２の偏波ビームコンバイナによって、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。このことで、非線形光導波路２０８以外で生じるＸＰＭの影響を低減し又は除去することが可能となり、パラメトリック利得で生じる光の歪みを抑制できる。

また、第１及び第２の偏波ビームコンバイナは、ファイバーカプラーやＷＤＭカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態による光源装置について図５を用いて説明する。図５は、第２実施形態による光源装置を説明する図である。

第２の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成するものである。第２の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第１の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。第２の偏波ビームコンバイナは、第１の偏波ビームコンバイナと逆向きに接続されており、これにより偏波ビームスプリッタとして働く。光分離器４０１は、光分離部として機能し、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光４０６と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。光分離器４０１の第１の出力ポートからはパラメトリック利得で生じた光が出力される。光分離器４０１の第２の出力ポートからは、残ポンプパルス光４０６が出力される。

光分離器４０１の第１の出力ポートには、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２が光学的に接続されている。パラメトリック利得で生じた光は、光取り出し部として機能する光取り出し器４０２によって、出力光４０５として一部が取り出される。出力光４０５は、光取り出し器４０２の第１の出力ポートから出力される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、光取り出し器４０２の第２の出力ポートから出力され、信号パルス光４０３として第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の第２の入力ポートに入力される。光取り出し器４０２の第２の出力ポートは、光合波器２０７の第２の入力ポートに光学的に接続されている。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、光遅延器４０４が挿入されている。光遅延器４０４は、光合波器２０７の入力ポートに入力する信号パルス光を遅延させることができ、その信号パルス光の遅延時間を調整することができる。光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光２１０とパラメトリック利得で生じた信号パルス光４０３とをタイミングを合わせて同期して重ねる。タイミングを合わせて重ねられたポンプパルス光２１０と信号パルス光４０３とは、光合波器２０７により合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。

なお、ポンプパルス光源２０１から出力されるポンプパルス光の繰返し周波数と、本実施形態で構成した共振器の共振周波数が一致するように共振器の長さが調整されている場合には、光遅延器４０４を設けなくても良い。あるいは、ポンプパルス光の繰返し周波数を調整して、本実施形態で構成する共振器の共振周波数と合わせる構成とすれば、光遅延器４０４を設けなくても良い。これは、例えば、モードロックファイバーレーザー２０２内に光遅延器を設けて光路長を調整する、あるいは、ＣＷ光を強度変調することでポンプパルス光を生成する場合には、変調周波数を調整することで実現できる。

ここで、光合波器２０７として用いた第１の偏波ビームコンバイナ、及び光分離器４０１として用いた第２の偏波ビームコンバイナは、光ファイバーカプラーやＷＤＭカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。

また、第１の実施形態と同様に、非線形光導波路２０８の直前に光ファイバー増幅器等の光増幅器を配置し、共振器内にポンプパルス光を増幅する機構を設けても良い。このことで、高出力なポンプパルス光がポンプパルス光源から非線形光導波路までの間で受ける非線形光学効果を低減し、ポンプパルス光の波形歪みを抑制することができる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態による光源装置について図６を用いて説明する。図６は、第３の実施形態における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。

第３の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源２０１及び信号パルス光源２０９が以下に述べるように第１の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第１の実施形態と同様に、偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）が用いられている。

第３の実施形態において、ポンプパルス光源２０１は、中心波長１１５０ｎｍ、平均パワー１Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１０ｐｓのパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１では、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、異常分散特性を有した高非線形光ファイバーによって長波長化する。

ただし、ポンプパルス光源２０１は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源２０１は、正常分散を有する高非線形光ファイバーによって広帯域化された光から１１５０ｎｍの光を切り出して出力するものでも良い。その他のファイバーレーザーから光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、第１の実施形態と同様に、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路２０８に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

上記第１の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図６に示す。中心波長１１５０ｎｍのポンプパルス光をＳｌｏｗ軸に入力することで、Ｆａｓｔ軸に中心波長９５０ｎｍのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。

本実施形態では、信号パルス光源２０９から、９５０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光が出力される。９５０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路２０８に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器２０７によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路２０８では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路２０８では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。

一方、位相整合条件より、ポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移する非線形光導波路２０８の長さが求められる。この長さを超えると、逆に信号パルス光からポンプパルス光へエネルギーが遷移する。本実施形態では、その長さはおよそ１ｍであり、ウォークオフに関係なく、ポンプパルス光及び信号パルス光をこの長さの非線形光導波路２０８に十分に伝搬させることができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態による光源装置について説明する。
第４の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第４の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第３の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態による光源装置について図４を用いて説明する。図４は、第５の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。

第５の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成するものであり、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有している。光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第１の実施形態と同じ偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を用いた。ポンプパルス光源２０１は、第１の実施形態と同じ光源である。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、光合波器２０７に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８の一端に入力される。ここで、第１の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

ここで、ポンプパルス光を１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合を考える。この場合、図４に示したように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一軸を伝搬すると、中心波長がおよそ６８０ｎｍ〜８２０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がＦａｓｔ軸を伝搬し、信号パルス光がＳｌｏｗ軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ７２５ｎｍ〜１０００ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を長波長側へ拡張することが可能となる。

そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに、７２５ｎｍ〜１０００ｎｍの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源２０９より出力される。

信号パルス光は、以下によって生成した。Ｅｒファイバーレーザー出力である１５５０ｎｍのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで１４５０ｎｍ〜２０００ｎｍをカバーするように広帯域化した。そして、ＰＰＬＮによって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて７２５ｎｍ〜１０００ｎｍの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。

光合波器２０７に入力された信号パルス光２１１は、ポンプパルス光２１０と合波されて光合波器２０７の出力ポートから出力され、非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸を伝搬するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

こうして、本実施形態により、長波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路２０８の他端からは、長波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態による光源装置について説明する。

第６の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第６の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第５の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ長波長で波長可変な波長変換出力が得られる。

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態による光源装置について図７を用いて説明する。図７は、第７の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。

第７の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源２０１及び信号パルス光源２０９が以下に述べるように第１の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第１の実施形態と同様に、偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）が用いられている。

第７の実施形態において、ポンプパルス光源２０１は、中心波長１１５０ｎｍ〜１３００ｎｍ、平均パワー５．１Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１ｐｓのパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１では、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化されたパルス光を、異常分散特性を有する高非線形光ファイバーに入力する。異常分散特性を有する高非線形光ファイバー内で、ソリトン自己周波数シフトが生じ、長波長側へシフトしたパルス光を得る。入力するパルス光の強度を変調することで、出力される波長が制御され、波長可変なポンプパルス光を得られる。

ただし、ポンプパルス光源は上述の構成に限定されるものではなく、正常分散を有する高非線形光ファイバーによって広帯域化された光から１１５０ｎｍ〜１３００ｎｍの光を切出しても良い。その他のファイバーレーザーから生成して増幅したものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路２０８に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

上記第１の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のＦａｓｔ軸と直交するＳｌｏｗ軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図７に示す。中心波長１１５０ｎｍ〜１３００ｎｍのポンプパルス光をＦａｓｔ軸に入力することで、Ｓｌｏｗ軸に中心波長１１００ｎｍ〜１２８０ｎｍのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。

本実施形態では、信号パルス光源２０９から、１１００ｎｍ〜１２８０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光が出力される。１１００ｎｍ〜１２８０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路２０８に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。つまり、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の入力ポートをポンプパルス光と信号パルス光とで入れ替えている。

信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器２０７によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路２０８では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路２０８では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。

一方、位相整合条件より、ポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移する非線形光導波路２０８の長さが求められる。この長さを超えると、逆に信号パルス光からポンプパルス光へエネルギーが遷移する。本実施形態では、その長さはおよそ１ｍであり、ウォークオフに関係なく、ポンプパルス光及び信号パルス光をこの長さの非線形光導波路２０８に十分に伝搬させることができる。

［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態による光源装置について説明する。

第８の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第８の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第７の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力で波長可変な波長変換出力が得られる。

［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態による光源装置について図８及び図９を用いて説明する。図８は、第９の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。図９は、第９の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。

第９の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源２０１、信号パルス光源２０９、及び非線形光導波路２０８が以下に述べるように第１の実施形態とは異なっている。

第９の実施形態において、ポンプパルス光源２０１は、中心波長が１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで波長可変であり、平均パワー１０Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が０．８ｐｓのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１では、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を変化させることで、波長可変出力を得る。そして、その出力を、Ｙｂをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。

ただし、ポンプパルス光源２０１は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源２０１は、その他のファイバーレーザーから１０６０ｎｍの光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Ｙｂをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路２０８に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

本実施形態では、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８として、偏波保持特性を有する偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＰＭ−ＰＣＦ、竹永勝宏、外4名、「広帯域偏波保持フォトニック結晶ファイバ」、フジクラ技報、株式会社フジクラ、2005年4月、No. 108、ｐ．6−9）を用いた。光導波路の有効屈折率を図８に示す。有効屈折率の曲線に基づいて異なる複屈折軸での分散βを求めることができる。

有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を求めた。

ポンプパルス光は、１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路２０８に入力した。図９に示すように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一のＳｌｏｗ軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ７００ｎｍ〜７９０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がＳｌｏｗ軸を伝搬し、信号パルス光がＦａｓｔ軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、およそ６９５ｎｍ〜７６０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を短波長側へ拡張することが可能となる。

そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに、中心波長が６９５ｎｍ〜７６０ｎｍの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源２０９より出力される。

信号パルス光は、以下によって生成した。Ｅｒファイバーレーザー出力である中心波長１５５０ｎｍのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで１３９０ｎｍ〜１５２０ｎｍをカバーするように広帯域化した。そして、ＰＰＬＮによって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて中心波長が６９５ｎｍ〜７６０ｎｍの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。

光合波器２０７に入力された信号パルス光は、ポンプパルス光２１０と合波されて光合波器２０７の出力ポートから出力され、非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸を伝搬するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

こうして、本実施形態により、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路２０８の他端からは、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。

［第１０の実施形態］
本発明の第１０の実施形態による光源装置について説明する。
第１０の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第１０の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第９の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。

［第１１の実施形態］
本発明の第１１の実施形態による光源装置について図１０を用いて説明する。図１０は、第１１の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。

第１１の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源２０１及び信号パルス光源２０９が以下に述べるように第１の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる光導波路としては、第９の実施形態と同様の偏波保持フォトニック結晶ファイバー（ＰＭ−ＰＣＦ）が用いられている。

第１１の実施形態において、ポンプパルス光源２０１は、中心波長１０６０ｎｍ、平均パワー１Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１０ｐｓのパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１では、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を１０６０ｎｍとした。そして、Ｙｂをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。

ただし、ポンプパルス光源２０１は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源２０１は、その他のファイバーレーザーから１０６０ｎｍの光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Ｙｂをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路２０８に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

上記第９の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のＳｌｏｗ軸と直交するＦａｓｔ軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図１０に示す。中心波長１０６０ｎｍのポンプパルス光をＳｌｏｗ軸に入力することで、Ｆａｓｔ軸に中心波長８００ｎｍのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。

そこで、本実施形態では、信号パルス光源２０９から、８００ｎｍの中心波長を有する信号パルス光が出力される。８００ｎｍの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路２０８に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器２０７によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路２０８では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路２０８では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。

なお、信号パルス光である中心波長８００ｎｍの光は、Ｅｒファイバーレーザー出力である中心波長１５５０ｎｍのパルス光を１６００ｎｍに波長シフトし、ＰＰＬＮによって８００ｎｍに波長変換した光を用いた。ただし、中心波長８００ｎｍの光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。

ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、１０６０ｎｍと８００ｎｍとでは、およそ１ｐｓ／ｍの群速度差がある。このため、この場合、１０ｐｓのパルス幅のピーク付近（時間の半値全幅の１／１０）では、１ｍ程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、１ｍ以上伝搬させることが可能となり、中心波長８００ｎｍの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。

［第１２の実施形態］
本発明の第１２の実施形態による光源装置について説明する。
第１２の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第１２の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第１１の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な８００ｎｍの波長変換出力が得られる。

［第１３の実施形態］
本発明の第１３の実施形態による光源装置について図９を用いて説明する。図９は、第１３の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。

第１３の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有している。ただし、ポンプパルス光源２０１としては、第９の実施形態で用いた光源と同様の光源を用いた。
また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第９の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、光合波器２０７に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８の一端に入力される。ここで、第１の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

ポンプパルス光は、１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した。図９に示すように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一のＳｌｏｗ軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ７００ｎｍ〜７９０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がＦａｓｔ軸を伝搬し、信号パルス光がＳｌｏｗ軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ８５０ｎｍ〜９６０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を長波長側へ拡張することが可能となる。

そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに、中心波長が８５０ｎｍ〜９６０ｎｍの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源２０９より出力される。

信号パルス光は、以下によって生成した。Ｅｒファイバーレーザー出力である中心波長１５５０ｎｍのパルス光を、異常分散特性と高非線形性を有する光導波路に入射することで１７００ｎｍ〜１９２０ｎｍをカバーするように波長シフトするソリトン自己周波数光源を用いた。波長は、入力する中心波長１５５０ｎｍのパルス光の強度で制御した。そして、ＰＰＬＮによって８５０ｎｍ〜９６０ｎｍの中心波長へ波長変換した。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。
本実施形態により、長波長側へ拡大したパラメトリック増幅を行うことが可能である。

［第１４の実施形態］
本発明の第１４の実施形態による光源装置について説明する。
第１４の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第１４の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第１３の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。

［第１５の実施形態］
本発明の第１５の実施形態による光源装置について説明する。
第１５の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有している。ただし、ポンプパルス光源２０１としては、第９の実施形態で用いた光源と同様の光源を用いた。ここで、ポンプパルス光の中心波長は、１０３５ｎｍに固定した。また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第９の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、光合波器２０７に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８の一端に入力される。ここで、第１の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

上記第９の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のＦａｓｔ軸と直交するＳｌｏｗ軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。中心波長１０３５ｎｍのポンプパルス光をＦａｓｔ軸に入力することで、Ｓｌｏｗ軸に中心波長７５０ｎｍのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致する。

そこで、本実施形態では、信号パルス光源２０９から、７５０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光が出力される。７５０ｎｍの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路２０８に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器２０７によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路２０８では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路２０８では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。

なお、信号パルス光である中心波長７５０ｎｍの光は、以下のように生成したものを用いた。Ｅｒファイバーレーザー出力である１５５０ｎｍのパルス光を広帯域化した。そして、広帯域化した光から１５００ｎｍを波長フィルターによって切り出して得た光を、ＰＰＬＮによって７５０ｎｍに波長変換することにより、信号パルス光を得た。ただし、中心波長７５０ｎｍの光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー出力でも良い。

ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、１０３５ｎｍと７５０ｎｍとでは、およそ２ｐｓ／ｍの群速度差がある。このため、この場合、０．８ｐｓのパルス幅のピーク付近（時間の半値全幅の１／１０）では、０．０４ｍ程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、０．０４ｍ以上ポンプパルス光と信号パルス光とを重ねて伝搬させることが可能となり、中心波長７５０ｎｍの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。

［第１６の実施形態］
本発明の第１６の実施形態による光源装置について説明する。
第１６の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第１６の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第１５の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、第２の実施形態と同様に、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な７５０ｎｍの波長変換出力が得られる。

［第１７の実施形態］
本発明の第１７の実施形態による光源装置について説明する。
第１７の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の図２に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源２０１、信号パルス光源２０９が以下に述べるように第１の実施形態とは異なっている。また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８としては、第９の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。

第１７の実施形態において、ポンプパルス光源２０１は、中心波長１５３０ｎｍ、平均パワー１５Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１ｐｓのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１では、エルビウム（Ｅｒ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を１５３０ｎｍにすることで出力を得る。そして、その出力を、Ｅｒをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。

ただし、ポンプパルス光源２０１は、上述の構成に限定されるものではなく、その他のファイバーレーザーから１５３０ｎｍを生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Ｅｒをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。

ポンプパルス光源２０１から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の１つの入力ポートに入力される。そして、光合波器２０７に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路２０８の一端に入力される。ここで、第１の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

上記第９の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のＦａｓｔ軸と直交するＳｌｏｗ軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。中心波長１５３０ｎｍのポンプパルス光をＦａｓｔ軸に入力することで、Ｓｌｏｗ軸に中心波長１６００ｎｍのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致する。

そこで、本実施形態では、信号パルス光源２０９から、１６００ｎｍの中心波長を有する信号パルス光が出力される。１６００ｎｍの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７の別の入力ポートに入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸と一致するように非線形光導波路２０８の一端に入力される。

信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器２０７によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路２０８の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路２０８では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路２０８では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。

なお、信号パルス光である中心波長１６００ｎｍの光は、Ｅｒファイバーレーザー出力である中心波長１５５０ｎｍのパルス光を長波長シフトさせた光を用いた。ただし、中心波長１６００ｎｍの光はこの形態に限定されるものではなく、Ｅｒファイバーレーザー出力である中心波長１５５０ｎｍのパルス光を広帯域化し、１６００ｎｍを波長フィルターによって切り出した光でも良いし、半導体レーザー出力でも良い。

ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、１５３０ｎｍと１６００ｎｍではおよそ１０ｐｓ／ｍの群速度差がある。このため、この場合、１ｐｓのパルス幅のピーク付近（時間の半値全幅の１／１０）では、０．０１ｍ程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、０．０１ｍ以上ポンプパルス光と信号パルス光とを重ねて伝搬させることが可能となり、中心波長１６００ｎｍの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。

なお、光源装置の出力端である非線形光導波路２０８の他端に、光合波器２０７として用いた第１の偏波ビームコンバイナとは別に、第２の偏波ビームコンバイナを偏波ビームスプリッタとして用いるために接続しても良い。第２の偏波ビームコンバイナによって、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。このことで、非線形光導波路２０８以外で生じるＸＰＭの影響を低減し又は除去することが可能となり、パラメトリック利得で生じる光の歪みを抑制できる。

また、第１及び第２の偏波ビームコンバイナは、ファイバーカプラーやＷＤＭカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。

［第１８の実施形態］
本発明の第１８の実施形態による光源装置について説明する。
第１８の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の図５に示す構成を有している。ただし、第１８の実施形態において、ポンプパルス光源２０１、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７、非線形光導波路２０８は、第１７の実施形態と同じものを用いた。

非線形光導波路２０８の出力端である他端は、第２の実施形態と同様に、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

パラメトリック利得で生じた光は、第２の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第２の実施形態と同様に、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。

光取り出し器４０２と光合波器２０７との間には、光遅延器４０４が挿入されており、光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、１６００ｎｍの波長を有する高出力な波長変換出力を得ることができる。

［第１９の実施形態］
本発明の第１９の実施形態による光源装置について図１１を用いて説明する。図１１は、第１９の実施形態による光源装置を説明する図である。

第１９の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の基本的構成を有する。さらに、第１９の実施形態による光源装置は、第１の実施形態による光源装置において、図１１に示すように、光合波器２０７により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を９０度回転させることが可能な偏光回転機構５０１を有している。

偏光回転機構５０１は、偏光回転部として機能し、偏波ビームコンバイナである光合波器２０７とパラメトリック利得を与える非線形光導波路２０８との間に設けられている。光合波器２０７により合波されてその出力ポートから出力されたポンプパルス光及び信号パルス光は、偏光回転機構５０１により偏光が９０度回転された後、非線形光導波路２０８の一端に入力される。

偏光回転機構５０１は、例えば、光合波器２０７の合波したポンプパルス光及び信号パルス光を出力する出力ポートと光ファイバーである非線形光導波路２０８の一端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。あるいは、偏光回転機構５０１は、次のような構成を有するものであってもよい。すなわち、偏光回転機構５０１は、光合波器２０７の合波した光を出力する出力ポートから出力する光を平行ビームとする第１のレンズと、その平行ビームを集光して非線形光導波路２０８の一端に入力する第２のレンズとを有する空間光学系を構成する。そして、偏光回転機構５０１は、第１のレンズと第２のレンズとの間に挿入された例えば半波長板のような偏光を回転させる機構を有し、この機構により、光合波器２０７により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を回転する。

第１９の実施形態による光源装置では、上記偏光回転機構５０１により、ポンプパルス光及び信号パルス光が伝搬する非線形光導波路２０８の複屈折軸が互いに異なる第１の場合と第２の場合とを切り替えて両パルス光を非線形光導波路２０８に入力できる。すなわち、第１の場合は、ポンプパルス光を非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸へ、一方信号パルス光を非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸へ入力する場合である。また、第２の場合は、ポンプパルス光を非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸へ、一方信号パルス光を非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸へ入力する場合である。偏光回転機構５０１により、ポンプパルス光及び信号パルス光の波長帯に応じて、第１の場合と第２の場合とを切り替えることができる。

ポンプパルス光源２０１は、第１の実施形態と同様の光源を用いた。つまり、ポンプパルス光源２０１は、中心波長が１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで波長可変であり、平均パワー５Ｗ、繰返し光周波数４０ＭＨｚ、パルスの時間幅が１ｐｓのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源２０１は、イッテルビウム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザー２０２と光ファイバー増幅器２０３によって高出力化された光を、高非線形光ファイバー２０４によって広帯域化する。そして、波長フィルター２０５による切り出しにより、高非線形光ファイバー２０４により広帯域化された光から所定の波長範囲の光が切り出される。波長フィルター２０５により切り出された光は、光ファイバー増幅器２０６によって増幅されて高出力化された後、ポンプパルス光として出力される。ポンプパルス光源２０１は、ポンプパルス光の波長を変えることができる波長可変光源として構成されている。ただし、ポンプパルス光源２０１は上述の構成に限定されるものではなく、その他のファイバーレーザーから生成された光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード（ＬＤ）の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。

図４に示したように、ポンプパルス光を１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合を考える。この場合、ポンプパルス光を非線形光導波路のＳｌｏｗ軸へ偏光軸が一致するように、信号パルス光を非線形光導波路のＦａｓｔ軸へ偏光軸が一致するように入力すると、中心波長が６５５ｎｍ〜７７５ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。一方で、ポンプパルス光を非線形光導波路のＦａｓｔ軸へ偏光軸が一致するように、信号パルス光を非線形光導波路のＳｌｏｗ軸へ偏光軸が一致するように入力すると、中心波長が７２５ｎｍ〜１０００ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。

そこで、本実施形態では、光源装置から出力される出力光をモニタリングして、そのモニタリング結果に基づき、ポンプパルス光及び信号パルス光が伝搬する複屈折軸を切り替える。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器５０２と、光スペクトラムアナライザ５０３と、制御部５０４とをさらに有している。

光取り出し器５０２は、光源装置の出力光が出力される非線形光導波路２０８の他端に光学的に接続されている。光取り出し器５０２は、出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ５０３に入力する。光取り出し器５０２としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。

光スペクトラムアナライザ５０３は、光取り出し器５０２から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ５０３は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部５０４に入力する。

制御部５０４は、光スペクトラムアナライザ５０３から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、以下のように偏光回転機構５０１及びポンプパルス光源２０１の動作を制御する。

信号パルス光の中心波長が６５５ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の間では、制御部５０４は、次のように偏光回転機構５０１及びポンプパルス光源２０１の動作を制御する。まず、制御部５０４は、ポンプパルス光が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸へ偏光軸が一致して入力され、信号パルス光が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸へ偏光軸が一致して入力されるように偏光回転機構５０１の動作を制御する。そして、制御部５０４は、ポンプパルス光の波長が信号パルス光の波長と合うように１０２０ｎｍ〜１０７０ｎｍの波長帯に中心波長を有するポンプパルス光を出力するようにポンプパルス光源２０１の動作を制御する。

一方、信号パルス光の中心波長が７５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の間では、制御部５０４は、次のように偏光回転機構５０１及びポンプパルス光源２０１の動作を制御する。まず、制御部５０４は、ポンプパルス光が非線形光導波路２０８のＦａｓｔ軸へ偏光軸が一致して入力され、信号パルス光が非線形光導波路２０８のＳｌｏｗ軸へ偏光軸が一致して入力されるように偏光回転機構５０１の動作を制御する。そして、制御部５０４は、ポンプパルス光の波長を信号パルス光の波長と合うように１０３０ｎｍ〜１０８０ｎｍの波長帯に中心波長を有するポンプパルス光を出力するようにポンプパルス光源２０１の動作を制御する。本実施形態ではポンプパルス光と信号パルス光の偏光軸に依存して得られるパラメトリック利得帯域の６５５ｎｍ〜７７５ｎｍと７２５ｎｍ〜１０００ｎｍで重なっている７２５ｎｍ〜７７５ｎｍの中心波長である７５０ｎｍを切換え波長とした。しかし、パラメトリック利得帯域が重なっている７２５ｎｍ〜７７５ｎｍの間であれば、どの波長を切換え波長として選択してもよい。

本実施形態によって、パラメトリック利得波長帯域を短波長側及び長波長側に拡張し、広帯域の信号パルス光を増幅することが可能となる。

［第２０の実施形態］
本発明の第２０の実施形態による光源装置について図１２を用いて説明する。図１２は、第２０の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２０の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の基本的構成を有する。さらに、第２０の実施形態による光源装置では、第１９の実施形態と同様の偏光回転機構５０１を有している。

本実施形態では、偏光回転機構５０１が次のように設けられている。すなわち、偏光回転機構５０１は、非線形光導波路２０８と光分離器４０１との間に設けられている。非線形光導波路２０８の出力端である他端は、偏光回転機構５０１を介して、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１と光学的に接続されている。光分離器４０１は、第２の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。

非線形光導波路２０８と光分離器４０１との間に設けられた偏光回転機構５０１は、非線形光導波路２０８の他端から出力される、合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を９０度回転させることが可能になっている。偏波回転機構は、第１９の実施形態と同様の構成を有するものとすることができる。また、偏光回転機構５０１は、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力されるポンプパルス光の偏光軸に合わせて、第２の偏波ビームコンバイナである光分離器４０１で残ポンプパルス光が取り出されるように制御される。

非線形光導波路２０８でパラメトリック利得により生成された光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得により生成された光の残りの一部は、光遅延器４０４を通して、第１の偏波ビームコンバイナである光合波器２０７に入力される。光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。

さらに、本実施形態では、非線形光導波路２０８で生成される６５５ｎｍ〜７７５ｎｍ又は７２５ｎｍ〜１０００ｎｍの中心波長を有する信号パルス光を光合波器２０７に入力する前に、偏光回転機構５０１により、その偏光を回転させる。これにより、信号パルス光がポンプパルス光と偏光軸が一致する場合と、直交する場合とに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。

なお、パラメトリック利得波長の制御は、例えば、第１９の実施形態と同様の光取り出し器５０２、光スペクトラムアナライザ５０３、及び制御部５０４を用いて行うことができる。この場合、光取り出し器５０２は、光取り出し器４０２から出力される出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ５０３に入力する。

光スペクトラムアナライザ５０３は、光取り出し器５０２から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ５０３は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部５０４に入力する。

制御部５０４は、光スペクトラムアナライザ５０３から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、偏光回転機構５０１の動作を制御する。こうして、パラメトリック利得波長を制御することができる。

本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。

［第２１の実施形態］
本発明の第２１の実施形態による光源装置について図１３を用いて説明する。図１３は、第２１の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２１の実施形態による光源装置は、ＯＰＡを構成し、第１の実施形態と同様の基本的構成を有する。ただし、第２１の実施形態による光源装置では、光合波器２０７として、偏波ビームコンバイナの替わりに、ＷＤＭカプラーが用いられており、ＷＤＭカプラーによりポンプパルス光と信号パルス光とを合波する。ここで、光合波器２０７は、ＷＤＭカプラーに限定されるものではなく、ダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。光合波器２０７として用いるＷＤＭカプラー等としては、偏光依存特性がないものを選ぶ。このことで、ポンプパルス光及び信号パルス光を任意の偏光で組み合わせて非線形光導波路２０８に入力させることが可能となる。

さらに、第２１の実施形態による光源装置は、図１３に示すように、ポンプパルス光源２０１の出力端とＷＤＭカプラーである光合波器２０７との間に、ポンプパルス光の偏光を制御する偏光回転機構５０１−１が設けられている。偏光回転機構５０１−１は、光合波器２０７の１つの入力ポートの直前に設けられている。

また、信号パルス光源２０９の出力端とＷＤＭカプラーである光合波器２０７との間には、信号パルス光の偏光を制御する偏光回転機構５０１−２が設けられている。偏光回転機構５０１−２は、光合波器２０７の別の入力ポートの直前に設けられている。

偏光回転機構５０１−１、５０１−２は、偏光回転部として機能し、第１９の実施形態で説明した偏光回転機構５０１と同様の構成とすることができる。偏光回転機構５０１−１は、例えば、光合波器２０７のポンプパルス光が入力される入力ポートとポンプパルス光源２０１の出力端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。また、偏光回転機構５０１−２は、例えば、光合波器２０７の信号パルス光が入力される別の入力ポートと信号パルス光源２０９の出力端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。あるいは、偏光回転機構５０１−１、５０１−２は、次のような構成を有するものであってもよい。すなわち、偏光回転機構５０１−１、５０１−２は、光源から出力する光を平行ビームとする第１のレンズと、その平行ビームを集光して光合波器２０７の入力ポートに入力する第２のレンズとを有する空間光学系を構成する。そして、偏光回転機構５０１−１、５０１−２は、第１のレンズと第２のレンズとの間に挿入された例えば半波長板のような偏光を回転させる機構を有し、この機構により、光源から出力されたポンプパルス光又は信号パルス光の偏光を回転する。このような偏光回転機構５０１−１、５０１−２により、ポンプパルス光と信号パルス光との偏光方向の組み合せを様々に変えて、非線形光導波路２０８へ入力できる。

本実施形態によれば、ポンプパルス光と信号パルス光とが伝搬する非線形光導波路２０８の偏光軸の組み合せによって、パラメトリック利得スペクトルを変えることができる。そして、ポンプパルス光の波長を変えることなく、光パラメトリック増幅により増幅される信号パルス光の波長を選択することが可能となる。また、ポンプパルス光の波長を制御することで、広帯域にパラメトリック利得スペクトルを変化させることが可能となる。

［第２２の実施形態］
本発明の第２２の実施形態による光源装置について図１４を用いて説明する。図１４は、第２２の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２２の実施形態による光源装置は、ＯＰＯを構成し、第２の実施形態と同様の基本的構成を有する。ただし、第２２の実施形態による光源装置では、第２１の実施形態と同様に、光合波器２０７として、第１の偏波ビームコンバイナの替わりに、第１のＷＤＭカプラーが用いられている。さらに、光分離器４０１として、第２の偏波ビームコンバイナの替わりに、第２のＷＤＭカプラーが用いられている。なお、光合波器２０７及び光分離器４０１は、それぞれＷＤＭカプラーに限定されるものではなく、ダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。

さらに、第２２の実施形態による光源装置は、図１４に示すように、ポンプパルス光源２０１の出力端と第１のＷＤＭカプラーである光合波器２０７との間に、ポンプパルス光の偏光を制御する偏光回転機構５０１−１が設けられている。また、光遅延器４０４の出力端と第１のＷＤＭカプラーである光合波器２０７との間には、信号パルス光の偏光を制御する偏光回転機構５０１−２が設けられている。偏光回転機構５０１−１、５０１−２は、第２１の実施形態と同様の構成とすることができる。

本実施形態では、第２のＷＤＭカプラーである光分離器４０１によって残ポンプパルス光が分離されて取り出される。非線形光導波路２０８でパラメトリック利得により生成された光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器４０２によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得により生成された光の残りの一部は、光遅延器４０４を通して、第１のＷＤＭカプラーである光合波器２０７に入力される。光遅延器４０４を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。

さらに、本実施形態では、非線形光導波路２０８で生成される６５５ｎｍ〜７７５ｎｍ又は７２５ｎｍ〜１０００ｎｍの中心波長を有する光を、偏光回転機構５０１−２により、その偏光を回転させて光合波器２０７に入力することができる。また、ポンプパルス光を、偏光回転機構５０１−１により、その偏光を回転させて光合波器２０７に入力することができる。こうして、本実施形態では、信号パルス光とポンプパルス光とが入力される光導波路のそれぞれの偏光軸をそれぞれに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。

本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。

［第２３の実施形態］
本発明の第２３の実施形態による光源装置について説明する。
第２３の実施形態による光源装置は、第２２の実施形態と同様の構成を有している。ただし、第２３の実施形態による光源装置では、光合波器２０７及び光分離器４０１として用いるＷＤＭカプラーは、それぞれ１１００ｎｍ未満の波長を有する光と１１００ｎｍ以上の波長を有する光を合波・分岐するものにした。

ポンプパルス光を１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合、ポンプパルス光と信号パルス光が同一軸を伝搬すると、中心波長がおよそ２０４２ｎｍ〜１５８０ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。また、ポンプパルス光と信号パルス光が直交して伝搬すると、中心波長がおよそ１７１５ｎｍ〜１１６８ｎｍまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。

非線形光導波路２０８で生成される２０４２ｎｍ〜１５８０ｎｍ又は１７１５ｎｍ〜１１６８ｎｍの中心波長を有する光を、偏光回転機構５０１−２により、その偏光を回転させて光合波器２０７に入力することができる。こうして、信号パルス光がポンプパルス光と偏光軸が一致する場合と、直交する場合とに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。

本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。

［第２４の実施形態］
本発明の第２４の実施形態による光源装置について図１５を用いて説明する。図１５は、第２４の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２４の実施形態による光源装置は、第３の実施形態による光源装置において、図１５に示すように、ポンプパルス光の強度を調節する強度調節部として機能する強度変調器６０１をさらに設けたものである。強度変調器６０１は、ポンプパルス光源と偏波ビームコンバイナである光合波器２０７との間に設けられている。

強度変調器６０１としては、透過率可変なアッテネータを用いた。ただし、強度変調器６０１はこれに限定されるものではない。強度変調器６０１としては、可変強度変調器を用いることができ、例えば、電気光学効果を利用した変調方式による強度変調器でも良いし、増幅率可変な光増幅器でも良い。増幅率可変な光増幅器は、例えば、その光増幅器に入力する励起エネルギーによって増幅強度を調節することができる。また、ポンプパルス光のピークパワーを制御すれば良いので、強度変調器６０１としては、ポンプパルス光のチャープを制御してパルス幅を変える機構でも良い。例えば、強度変調器６０１は、サーキュレータと反射型チャープファイバブラッググレーティング（ＣＦＢＧ）を設け、ＣＦＢＧを引き延ばしてチャープ量を制御して、ポンプパルス光のチャープ量を調節するチャープ調節機構等を用いたものでも良い。

さらに、本実施形態では、信号パルス光の波長をモニタリングして、そのモニタリング結果に基づき、強度変調器６０１の動作を制御する。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器６０２と、光スペクトラムアナライザ６０３と、制御部６０４とをさらに有している。

光取り出し器６０２は、信号パルス光源２０９と偏波ビームコンバイナである光合波器２０７との間に設けられている。光取り出し器６０２としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器６０２は、信号パルス光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ６０３に入力する。

光スペクトラムアナライザ６０３は、光取り出し器６０２から入力される信号パルス光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ６０３は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部６０４に入力する。なお、光スペクトラムアナライザ６０３に代えて、分光器を用いても良い。

制御部６０４は、光スペクトラムアナライザ６０３から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、強度変調器６０１及びポンプパルス光源２０１の動作を制御する。

数式１０及び数式１１より、ポンプパルス光のピーク強度を変調することで、パラメトリック利得波長を変化させることが可能である。

そこで、本実施形態では、入力される信号パルス光の波長を光スペクトラムアナライザ６０３でモニタリングし、その波長が変化した場合に、制御部６０４は、強度変調器６０１及びポンプパルス光源２０１の動作を制御する。これにより、ポンプパルス光の強度及び波長を調節する。すなわち、群速度が一致するパラメトリック利得波長を生じさせるように、強度変調器６０１により、ポンプパルス光の強度を調節する。さらに、ポンプパルス光の波長を調節することで、群速度を一致させることができる。

本実施形態によって、信号パルス光の波長が揺らいでも、上述のようにポンプパルス光の強度及び波長を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。

なお、信号パルス光の波長をモニタリングするための信号パルス光の取り出しは、光合波器２０７への入力前のカプラーによる取り出しに限定されるものではない。そのほか、光源装置から出力された出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザによってモニタリングしても良い。
なお、本実施形態は、第３の実施形態のみならず、他の実施形態でも適用できる。

［第２５の実施形態］
本発明の第２５の実施形態による光源装置について図１６を用いて説明する。図１６は、第２５の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２５の実施形態による光源装置は、第４の実施形態による光源装置において、図１６に示すように、ポンプパルス光の強度を調節する強度変調器６０１をさらに設けたものである。強度変調器６０１は、第２４の実施形態で述べたものである。

ＯＰＯを構成する光源装置では、共振器構造をしているため、ポンプパルス光の波長が揺らぐと、生成されるパラメトリック利得波長も変化する。そこで、ポンプパルス光の強度を制御することで、パラメトリック利得波長を制御し、パラメトリック利得波長と群速度が一致する波長とが一致するようにできる。

本実施形態において、ポンプパルス光の強度の調節は、光源装置から出力される、増幅された信号パルス光の強度に基づいて行う。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器７０２と、強度計７０３と、制御部７０４とをさらに有している。

光取り出し器７０２は、光源装置の出力光が出力される光取り出し器４０２の出力端に設けられている。光取り出し器７０２としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器７０２は、光取り出し器４０２から出力される出力光の一部を取り出して強度計７０３に入力する。

強度計７０３は、光取り出し器７０２から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の強度をモニタリングする。強度計７０３は、信号パルス光の強度に応じた信号を出力して制御部７０４に入力する。

制御部７０４は、強度計７０３から入力される信号に基づき、信号パルス光の強度に応じて、強度変調器６０１の動作を制御する。

本実施形態では、強度計７０３により、信号パルス光の強度をモニタリングする。信号パルス光の強度が低下した場合には、制御部７０４は、群速度が一致していないと判断し、強度変調器６０１の動作を制御してポンプパルス光の強度を調節する。

本実施形態によって、ポンプパルス光の波長が揺らいでも、ポンプパルス光の強度を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。
本実施形態は、第４の実施形態のみならず他の実施形態でも適用できる。

［第２６の実施形態］
本発明の第２６の実施形態による光源装置について図１７を用いて説明する。図１７は、第２６の実施形態による光源装置を説明する図である。

第２６の実施形態による光源装置は、第４の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光の波長を調節するための構成をさらに設けたものである。

ＯＰＯを構成する光源装置では、共振器構造をしているため、ポンプパルス光の強度が揺らぐと、生成されるパラメトリック利得波長も変化する。そこで、ポンプパルス光の波長を制御することで、パラメトリック利得波長を制御し、パラメトリック利得波長と群速度が一致する波長が一致するようにできる。

本実施形態において、ポンプパルス光の波長の調節は、光源装置から出力される、増幅された信号パルス光の強度に基づいて行う。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器７０２と、強度計７０３と、制御部７０４とをさらに有している。

光取り出し器７０２は、光源装置の出力光が出力される光取り出し器４０２の出力端に設けられている。光取り出し器７０２としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器７０２は、光取り出し器４０２から出力される出力光の一部を取り出して強度計７０３に入力する。

強度計７０３は、光取り出し器７０２から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の強度をモニタリングする。強度計７０３は、信号パルス光の強度に応じた信号を出力して制御部７０４に入力する。

制御部７０４は、第２５の実施形態とは異なり、強度計７０３から入力される信号に基づき、信号パルス光の強度に応じて、ポンプパルス光源２０１の動作を制御する。

本実施形態では、強度計７０３により、信号パルス光の強度をモニタリングする。信号パルス光の強度が低下した場合には、制御部７０４は、群速度が一致していないと判断し、ポンプパルス光源２０１の動作を制御してポンプパルス光の波長を調節する。

本実施形態によって、ポンプパルス光の強度が揺らいでも、ポンプパルス光の波長を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。
本実施形態は、第４の実施形態のみならず、他の実施形態でも適用できる。

［第２７の実施形態］
上述の第１〜第２６の実施形態では、直交した偏光軸を有する非線形光導波路を用いていたため、ポンプパルス光と信号パルス光とをそれぞれの軸に沿って伝搬するように、ほぼ９０度偏光が異なる状態で入力した。しかしながら、フォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）等では、３０度あるいは６０度ごとに異なる伝搬軸を有する光ファイバーも存在する。そのような光ファイバーを非線形光導波路として用いた場合、パラメトリック利得を生成する非線形光導波路は、少なくとも２つ以上の伝搬軸を有する非線形光導波路となる。このような場合、第２１の実施形態で述べたものと同様の構成とし、入力するポンプパルス光及び信号パルス光の偏光軸をそれぞれ制御することで、パラメトリック利得波長を変えることが可能となる。

［第２８の実施形態］
第２８の実施形態による情報取得装置について図１８を用いて説明する。図１８は、第２８の実施形態による情報取得装置を説明する図である。第２８の実施形態では、被検体である測定対象の情報を取得する情報取得装置として、誘導ラマン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＲＳ）を検出してイメージングを行うＳＲＳ顕微鏡について説明する。

ＳＲＳ顕微鏡である第２８の実施形態による情報取得装置２０００は、中心波長が互いに異なる２つのパルス光を射出する光源部２００１と、光源部２００１から射出された光を測定対象１０１６に照射する照射部２００２とを有している。また、情報取得装置２０００は、照射部２００２により光が照射された測定対象１０１６からの光を検出する検出部２００３を有している。さらに、情報取得装置２０００は、検出部２００３の検出結果に基づき画像を形成する処理装置として機能するＰＣ１０２２を有している。

光源部２００１は、シード光源１００１と、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２と、偏波保持フォトニック結晶ファイバー１００３と、アイソレーター１００４と、光ファイバーカプラー１００５とを有している。

また、光源部２００１は、第１のパルス光を得るための構成として、波長フィルター１００６と、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００７と、繰返し周波数逓倍器１０１０と、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１０１１と、ＯＰＯ１０１２とを有している。ＯＰＯ１０１２は、第１２の実施形態による光源装置である。

さらに、光源部２００１は、中心波長が第１のパルス光とは異なる第２のパルス光を得るための構成として、波長可変フィルター１００８と、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００９と、光遅延器１０１７とを有している。

シード光源１００１は、Ｙｂファイバーレーザーであり、中心波長１０３０ｎｍ、スペクトル幅８ｎｍ、出力１０ｍＷ、繰返し周波数４０ＭＨｚの出力光を出力するものである。

シード光源１００１からの出力光は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２を伝搬し、スペクトル幅が３０ｎｍまで広げられる。また、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２により、出力光の出力は１５０ｍＷとなる。

Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２の出力光は、融着された長さ３ｍの偏波保持フォトニック結晶ファイバー１００３（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を伝搬し、波長帯域が１０１０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで広げられる。その後、出力光は、アイソレーター１００４を伝搬し、光ファイバーカプラー１００５によって２つに分岐される。

光ファイバーカプラー１００５により分岐された光の一方である第１のパルス光は、波長フィルター１００６及びＹｂドープ光ファイバー増幅器１００７を通して、中心波長が１０６０ｎｍになる。

光ファイバーカプラー１００５により分岐された光の別の一方である第２のパルス光は、波長可変フィルター１００８及びＹｂドープ光ファイバー増幅器１００９を通して、中心波長が１０２０ｎｍ〜１０７０ｎｍの可変特性を有するものとなる。

第１のパルス光は、繰返し周波数逓倍器１０１０によって８０ＭＨｚの繰返し周波数を有するパルス光列となる。繰返し周波数逓倍器１０１０は、例えば、第１のパルス光を光ファイバーカプラーによって分岐し、一方を半周期だけずらして再度合波する構成である。そして、繰返し周波数逓倍器１０１０の出力光は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１０１１に入力されて増幅される。Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１０１１により増幅された光は、第１２の実施形態によるＯＰＯ１０１２に入力される。こうして、ＯＰＯ１０１２により、第１のパルス光として中心波長８００ｎｍの出力光を得る。

光源部２００１は、さらにダイクロイックミラー１０１３を有している。中心波長１０２０ｎｍ〜１０７０ｎｍの波長可変特性を有する第２のパルス光と、中心波長８００ｎｍの第１のパルス光は、ダイクロイックミラー１０１３によって合波されて光源部２００１から出力される。光源部２００１から出力された光は、照射部２００２に入力される。

照射部２００２は、ＸＹスキャニングミラー１０１４と、照射用対物レンズ１０１５とを有している。

光源部２００１から照射部２００２に入力された第１のパルス光及び第２のパルス光は、ＸＹスキャニングミラー１０１４によって照射方向が制御されて、照射用対物レンズ１０１５を通って測定対象１０１６に照射される。第１のパルス光と第２のパルス光は時間的に重ね合わされるように、少なくとも一方が光遅延器を伝搬してタイミングが調整される。例えば、図１８に示す構成では、第２のパルス光が光遅延器１０１７を伝搬することによりタイミングが調整される。

照射部２００２により測定対象１０１６に照射された光は、測定対象１０１６を透過して検出部２００３により検出される。

検出部２００３は、受光用対物レンズ１０１８と、波長フィルター１０１９と、光検出器１０２０と、ロックインアンプ検出器１０２１とを有している。

測定対象１０１６を透過した光は、受光用対物レンズ１０１８によって集光される。そして、受光用対物レンズ１０１８により集光された光のうち、波長フィルター１０１９により中心波長８００ｎｍの第１のパルス光だけが透過される。こうして透過された第１のパルス光は、光検出器１０２０によって検出される。光検出器１０２０は、第１のパルス光を受光してその強度に応じた電気信号を出力する受光部としての受光素子を含んでいる。光検出器１０２０から出力された電気信号は、ロックインアンプ検出器１０２１によって４０ＭＨｚの周波数成分だけが取り出され、振幅情報を得る。

ＸＹスキャニングミラー１０１４の座標情報と振幅情報とを用いてＰＣ１０２２によって画像を構成することで、２次元画像が得られる。

ここで、第２のパルス光と第１のパルス光との周波数差が、測定対象１０１６中の物質のラマン周波数と一致した場合、ラマン効果によって第２のパルス光から第１のパルス光へエネルギーが遷移するＳＲＳが生じる。したがって、第２のパルス光の波長と、測定対象中の物質とによって振幅情報が変化するため、第２のパルス光の中心波長を変えることで、異なる物質を識別してイメージングを行うことが可能となる。これをＳＲＳイメージングと呼ぶ。本実施形態によって、ＳＲＳイメージングを実現できる。

なお、本実施形態では、２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光の少なくとも１つを検出し、前記被検体の情報を取得する情報取得装置として、ＳＲＳ顕微鏡を例に説明した。しかし、これに限定されるものではなく、ＣＡＲＳ顕微鏡、蛍光顕微鏡、内視鏡等の各種分光情報を得る情報取得装置にも、本実施形態と同様に第１乃至第２７の実施形態のいずれかの光源装置を用いることができる。上記第１乃至第２７の実施形態による光源装置を光源部に用い、２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光の少なくとも１つを検出する情報取得装置を構成することができる。

［第２９の実施形態］
本発明の第２９の実施形態による情報取得装置について図１９を用いて説明する。図１９は、第２９の実施形態による情報取得装置を説明する図である。

第２９の実施形態による情報取得装置は、ＳＲＳ顕微鏡であり、第２８の実施形態による情報取得装置とほぼ同様の構成を有している。ただし、図１９に示すように、第２９の実施形態による情報取得装置３０００では、第２の実施形態によるＯＰＯ１０３２が、第１２の実施形態によるＯＰＯ１０１２に代えて用いられている。第２の実施形態によるＯＰＯ１０３２は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００９と光遅延器１０１７との間に設けられている。

シード光源１００１は、Ｙｂファイバーレーザーであり、中心波長１０３０ｎｍ、スペクトル幅８ｎｍ、出力１０ｍＷ、繰返し周波数４０ＭＨｚの出力光を出力するものである。

シード光源１００１からの出力光は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２を伝搬し、スペクトル幅が３０ｎｍまで広げられる。また、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２により、出力光の出力は１５０ｍＷとなる。

Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００２の出力光は、融着された長さ３ｍの偏波保持フォトニック結晶ファイバー１００３（ＬＭＡ−ＰＭ−５、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を伝搬し、波長帯域が１０１０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで広げられる。その後、出力光は、アイソレーター１００４を伝搬し、光ファイバーカプラー１００５によって２つに分岐される。

光ファイバーカプラー１００５により分岐された光の一方である第１のパルス光は、波長フィルター１００６及びＹｂドープ光ファイバー増幅器１００７を通して、中心波長が１０３０ｎｍになる。第１のパルス光は、第２８の実施形態と同様に、繰返し周波数逓倍器１０１０を用い、光ファイバーカプラーによって分岐し、一方を半周期だけずらして再度合波することで８０ＭＨｚの繰返し周波数を有するパルス光列となる。繰返し周波数逓倍器１０１０の出力光は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１０１１に入力されて増幅される。こうして、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１０１１の出力光を、中心波長１０３０ｎｍの第１のパルス光として得る。

一方、光ファイバーカプラー１００５により分岐された光の別の一方である第２のパルス光は、波長可変フィルター１００８及びＹｂドープ光ファイバー増幅器１００９を通して、中心波長が１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍの可変特性を有するものとなる。そして、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器１００９により増幅された光は、第２の実施形態によるＯＰＯ１０３２に入力される。こうして、ＯＰＯ１０３２により、第２のパルス光として、中心波長６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの出力光を得る。

中心波長６６５ｎｍ〜７７５ｎｍの波長可変特性を有する第２のパルス光と、中心波長１０３０ｎｍの第１のパルス光は、ダイクロイックミラー１０１３によって合波されて光源部２００１から出力される。光源部２００１から出力された光は、照射部２００２に入力される。この時、測定対象１０１６中で第１のパルス光と第２のパルス光とが時間的に重なるように、光遅延器１０１７を制御する。

光源部２００１から照射部２００２に入力された第１のパルス光及び第２のパルス光は、ＸＹスキャニングミラー１０１４によって照射方向が制御されて、照射用対物レンズ１０１５を通って測定対象１０１６に照射される。第１のパルス光と第２のパルス光は時間的に重ね合わされるように、少なくとも一方が光遅延器を伝搬してタイミングが調整される。例えば、図１９に示す構成では、第２のパルス光が光遅延器１０１７を伝搬することによりタイミングが調整される。

照射部２００２により測定対象１０１６に照射された光は、測定対象１０１６を透過して検出部２００３により検出される。

測定対象１０１６を透過した光は、受光用対物レンズ１０１８によって集光される。そして、受光用対物レンズ１０１８により集光された光のうち、波長フィルター１０１９により中心波長１０３０ｎｍの第１のパルス光だけが透過される。こうして透過された第１のパルス光は、第２８の実施形態と同様に光検出器１０２０によって検出される。光検出器１０２０から出力された電気信号は、ロックインアンプ検出器１０２１によって４０ＭＨｚの周波数成分だけが取り出され、振幅情報を得る。

ＸＹスキャニングミラーの１０１４座標情報と振幅情報とを用いてＰＣ１０２２によって画像を構成することで、２次元画像が得られる。

こうして、本実施形態によっても、第２８の実施形態と同様にＳＲＳイメージングを実現することができる。本実施形態によれば、第２８の実施形態と比較して、より周波数差の大きい物質を識別することが可能なＳＲＳイメージングを実現できる。

なお、本実施形態でも、２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光の少なくとも１つを検出し、前記被検体の情報を取得する情報取得装置として、ＳＲＳ顕微鏡を例に説明した。しかし、これに限定されるものではなく、ＣＡＲＳ顕微鏡、蛍光顕微鏡、多光子顕微鏡、内視鏡などの各種分光情報を得る情報取得装置にも、本実施形態と同様に第１乃至第２７の実施形態のいずれかの光源装置を用いることができる。上記第１乃至第２７の実施形態による光源装置を光源部に用い、２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光の少なくとも１つを検出する情報取得装置を構成することができる。また、本実施形態で用いたＹｂドープ光ファイバー増幅器は、Ｙｂドープ光ファイバー増幅器である必要はなく、半導体を用いた光増幅器でも良い。

［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述の第１の実施形態から第２９の実施形態として述べた構成を任意に組み合わせる変形をしてもよい。

また、上記実施形態では、パラメトリック利得媒質として、偏波保持フォトニック結晶ファイバーである非線形光導波路を用いた場合を例に説明したが、パラメトリック利得媒質は、これに限定されるものではない。パラメトリック利得媒質として、種々のものを用いることができる。

また、上記実施形態では、ポンプパルス光と異なる波長を有する光として信号パルス光を用いた場合を例に説明したが、ポンプパルス光と異なる波長を有する光として、アイドラー光を用いることもできる。

１０１：ポンプパルス光源
１０２：光合波部
１０３：パラメトリック利得媒質
２０１：ポンプパルス光源
２０２：モードロックファイバーレーザー
２０３：光ファイバー増幅器
２０４：高非線形光ファイバー
２０５：波長フィルター
２０６：光ファイバー増幅器
２０７：光合波器
２０８：非線形光導波路
２０９：信号パルス光源
４０１：光分離器
４０２：光取り出し器
４０４：光遅延器
５０１、５０１−１、５０１−２：偏光回転機構
５０２：光取り出し器
６０１：強度変調器

Claims (28)

1. 第１の光を出力する第１の光源と、
   前記第１の光とは異なる波長を有する第２の光を出力する第２の光源と、
   前記第１の光と、前記第２の光とを合波する光合波部と、
   前記光合波部により合波された前記第１の光及び前記第２の光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第１の光から前記第２の光へエネルギーが移動する非線形光導波路と、を有し、
   前記非線形光導波路が、少なくとも２つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、
   前記第１の光及び前記第２の光が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が偏波保持特性を有していることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１又は２に記載の光源装置において、前記光合波部が偏波ビームコンバイナであることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１又は２に記載の光源装置において、前記光合波部が波長分割多重カプラーであることを特徴とする光源装置。
5. 請求項２に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸としてＳｌｏｗ軸及びＦａｓｔ軸を有し、
   前記第１の光が前記非線形光導波路の前記Ｓｌｏｗ軸を伝搬し、前記第２の光が前記非線形光導波路の前記Ｆａｓｔ軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
6. 請求項２に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸としてＳｌｏｗ軸及びＦａｓｔ軸を有し、
   前記第１の光が前記非線形光導波路の前記Ｆａｓｔ軸を伝搬し、前記第２の光が前記非線形光導波路の前記Ｓｌｏｗ軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
7. 第１の光を出力する光源と、
   前記第１の光が入力される第１の入力端と、前記第１の光とは異なる波長を有する第２の光が入力される第２の入力端と、合波された前記第１の光及び前記第２の光が出力される出力端とを有する光合波部と、
   前記光合波部の前記出力端から出力された光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第１の光から前記第２の光が生成される非線形光導波路と、
   前記非線形光導波路で生成された前記第２の光の一部を取り出す光取り出し部と、を有し、
   前記光取り出し部によって取り出されなかった前記第２の光の一部が、前記光合波部の前記第２の入力端に入力され、
   前記非線形光導波路が、少なくとも２つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、
   前記第１の光及び前記第２の光が、前記伝搬定数が異なる伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が偏波保持特性を有していることを特徴とする光源装置。
9. 請求項７又は８に記載の光源装置において、前記光合波部が偏波ビームコンバイナであることを特徴とする光源装置。
10. 請求項７又は８に記載の光源装置において、前記光合波部が波長分割多重カプラーであることを特徴とする光源装置。
11. 請求項８に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸としてＳｌｏｗ軸及びＦａｓｔ軸を有し、前記第１の光が前記非線形光導波路の前記Ｓｌｏｗ軸を伝搬し、前記第２の光が前記非線形光導波路の前記Ｆａｓｔ軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
12. 請求項８に記載の光源装置において、前記非線形光導波路が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸としてＳｌｏｗ軸及びＦａｓｔ軸を有し、前記第１の光が前記非線形光導波路の前記Ｆａｓｔ軸を伝搬し、前記第２の光が前記非線形光導波路の前記Ｓｌｏｗ軸を伝搬することを特徴とする光源装置。
13. 請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の光源装置において、前記光取り出し部と前記光合波部との間に設けられ、前記第２の光を遅延させて前記第１の光と同期させる光遅延器を有することを特徴とする光源装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光源装置において、前記非線形光導波路から出力された光から前記第１の光を分離する偏波ビームスプリッタを有することを特徴とする光源装置。
15. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光源装置において、前記非線形光導波路から出力された光から前記第１の光を分離する波長分割多重カプラーを有することを特徴とする光源装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置において、前記光合波部が、前記第１の光が入力される第１の入力端と、前記第２の光が入力される第２の入力端とを有し、
    前記光合波部の前記第１の入力端及び前記第２の入力端の少なくとも一方の直前に設けられ、前記第１の入力端及び前記第２の入力端の少なくとの一方に入力される光の偏光を回転する偏光回転部を有することを特徴とする光源装置。
17. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置において、前記光合波部と前記非線形光導波路との間に設けられ、前記非線形光導波路に入力される前記第１の光及び前記第２の光の偏光を回転する偏光回転部を有することを特徴とする光源装置。
18. 請求項１６又は１７に記載の光源装置において、前記光合波部が波長分割多重カプラーであることを特徴とする光源装置。
19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光源装置において、前記第１の光の群速度と前記第２の光の群速度とが一致する前記非線形光導波路であることを特徴とする光源装置。
20. 請求項１９に記載の光源装置において、前記第１の光のピーク強度を調節する強度調節部を有することを特徴とする光源装置。
21. 請求項２０に記載の光源装置において、前記強度調節部は、可変強度変調器であることを特徴とする光源装置。
22. 請求項２０に記載の光源装置において、前記強度調節部は、前記第１の光のチャープ量を調節するチャープ調節機構であることを特徴とする光源装置。
23. 請求項２０に記載の光源装置において、前記強度調節部は、前記第１の光を増幅する光増幅器であって、増幅率が可変である光増幅器であることを特徴とする光源装置。
24. 請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の光源装置において、前記第１の光源は、前記第１の光の波長が可変である波長可変光源であることを特徴とする光源装置。
25. 請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の光源装置において、前記第１の光が、パルス光であり、以下の数式を満たすことを特徴とする光源装置。
    

    

    （ただし、上記数式において、γは前記非線形光導波路の非線形係数、Ｔ_ＦＷＨＭは前記第１の光のパルス時間幅、Ｅ_ｐは前記第１の光のパルスエネルギー、β_２は前記非線形光導波路の二次の分散である。）
26. 請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光源装置において、前記第２の光の波長は、前記第１の光よりも短波長であることを特徴とする光源装置。
27. 請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光源装置において、前記第２の光の波長は、前記第１の光よりも長波長であることを特徴とする光源装置。
28. 中心波長が互いに異なる２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも１つを検出して前記被検体の情報を取得する情報取得装置であって、
    中心波長が互いに異なる２つのパルス光を射出する光源部と、
    前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも１つを受光する受光部と、
    を有し、
    前記光源部が、前記中心波長が互いに異なる２つのパルス光のうちの少なくとも一方を出力する請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光源装置を有することを特徴とする情報取得装置。

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