JP2020009984A - 光パルス信号生成装置及びバイオイメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルスを容易に得る。【解決手段】光パルス信号生成装置１０は、レーザー光源１１と、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を発生するパルス発生器１３と、前記レーザー光が入力され、且つ、前記電気パルス信号によって駆動されることにより、前記レーザー光と前記周期波形信号とに基づくバースト状光パルス信号を生成する半導体レーザー発振器１２と、前記半導体レーザー発振器により生成された前記バースト状光パルス信号を光増幅する光増幅器１４と、光増幅後の前記バースト状光パルス信号を非線形光学効果により波長変換する非線形光学波長変換器１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザーを用いて光パルス信号を生成する光パルス信号生成装置及びバイオイメージング装置に関し、特に、バースト状光パルス信号を生成するのに好適な光パルス信号生成装置及びバイオイメージング装置に関する。

近年、バイオイメージングや高精細レーザー加工の応用には、フェムト秒やピコ秒の時間領域だけでなく、サブナノ秒以上の時間領域での柔軟な光パルス制御が求められている。このような光パルスは増幅及び非線形効果による波長変換された後に、利用されることが想定される。従って、増幅及び非線形効果による波長変換後においても、強度のゆらぎや、タイミングゆらぎの小さい光パルスを生成することが望まれている。

従来、レーザー光から光パルスを生成する手法として、半導体レーザーを電気的パルスで励起することにより、光パルスを発生すること（「利得スイッチング動作」）が知られる。この場合、例えば、半導体レーザーをサブナノ秒の時間幅（パルス幅）の電気パルス信号で励起すると、この半導体レーザーから数十ピコ秒程度の時間幅の光パルスが発生する。もっと、時間幅の広い電気パルス信号で半導体レーザーを励起すると、数十ピコ秒程度の時間幅の光パルスに後続して時間幅の広い光パルスが発生することが知られる。

また、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成するという点に関して、出願人は、半導体レーザー光増幅器が、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、簡易な構成により、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を容易に生成する技術を考案した（下記特許文献１）。

また、下記特許文献２は、利得スイッチング動作により光パルスを発生する半導体レーザーに対して、その半導体レーザーの発振波長に近似する波長を有する外部レーザー光を注入することで、安定した強度の単一周期光パルスを得る方法を開示している。

ところで、バイオイメージングや高精細レーザー加工の応用においては、いわゆる単峰の光パルスに限らず、バースト状光パルスも利用されている。
例えば、下記特許文献３には、利得スイッチング動作により光パルスを発生する半導体レーザーに対して、バースト状パルスパターンとアイドリングパターンとからなる信号パターンに基づく電気パルス信号を入力することで、半導体レーザーからバースト状の光パルスを生成することが開示されている。

また、バースト状光パルスを生成するための従来の手法として、電気光学効果（すなわち、電気的バイアスによる屈折率変化効果や、吸収率変化効果）を用いた光変調器により、バースト状光パルスを形成することが知られる。

特開２０１８‐０３２８２４号公報 特開平１１‐１１２０９３号公報 特開２００７‐４９０８３号公報

しかし、従来の利得スイッチング動作により光パルスを生成する方法では、利得スイッチング動作のみで、サブナノ秒時間幅及びそれ以上の時間幅を持ち、且つ、強度のゆらぎやタイミングゆらぎの小さい、きれいな波形の光パルスを得ることは困難であった。

また、特許文献１の技術は、簡単な構成でサブナノ秒以上の時間幅の単峰の光パルスを容易に生成できるものの、バースト状光パルスを発生する機能を実現することはできなかった。

また、電気光学効果を用いた光変調器により、バースト状光パルスを生成する手法では、増幅効果がないため、光損失を考慮すると、できる限り高出力のレーザー光の入力が必要である。また、数十ピコ秒〜数百ピコ秒の速度の電気的変調が必要であるため、高速応答特性に優れた光デバイスとともに、それを駆動するための超高速エレクトロニクスが必要となり、システム全体として高コストになってしまう。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルス信号を容易に生成できるようにすることを目的とする。

本発明の光パルス信号生成装置は、レーザー光を発生するレーザー光源と、サブナノ秒以上の時間幅の周期波形信号を発生する周期波形発生器と、前記レーザー光が入力され、且つ、前記周期波形信号によって駆動されることにより、前記レーザー光と前記周期波形信号とに基づくバースト状光パルス信号を生成する半導体レーザー発振器と、前記半導体レーザー発振器により生成された前記バースト状光パルス信号を波長変換する波長変換器と、を備えることを特徴とする。

前記波長変換器は、前記バースト状光パルス信号について、非線形光学効果により波長変換するものであることが好ましい。
前記波長変換器は、前記バースト状光パルス信号について、高調波発生波長変換、誘導ラマン散乱による波長変換、及び、光パラメトリック効果を用いた波長変換の何れか、又は、これらの組み合わせによる波長変換を行うものであることが好ましい。

前記周期波形発生器は、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を発生するパルス発生器であることが好ましい。

また、前記レーザー光源は、狭線幅のレーザー光を発生するものであることが好ましい。

また、本発明の光パルス信号生成装置は、前記バースト状光パルス信号の周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数で、前記レーザー光源を駆動する直流電流を変調するための高周波発生器を更に備えることが好ましい。
或いは、本発明の光パルス信号生成装置は、前記バースト状光パルス信号の周期の逆数に略一致する周波数の変調用電気パルス信号を、前記レーザー光源に対して供給する変調用パルス発生器を更に備え、前記変調用電気パルス信号により前記レーザー光源からの前記レーザー光をパルス状にすることが好ましい。

また、本発明の光パルス信号生成装置は、前記レーザー光源と、前記パルス発生器と、前記半導体レーザー発振器とを収容し、該レーザー光源、該パルス発生器及び該半導体レーザー発振器を一定の温度に保つ温度制御装置を更に備えることが好ましい。

また、本発明の光パルス信号生成装置は、前記半導体レーザー発振器と前記波長変換器との間に、光増幅器が介装されることが好ましい。

また、本発明は、前記光パルス信号生成装置を有するバイオイメージング装置の発明として構成及び実施されてよい。

半導体レーザー発振器の光非線形効果を利用した簡素な構成で、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルス信号を容易に得ることができる特徴がある。また、半導体レーザー発振器を利用しているため、半導体レーザー光増幅器と比較すると、強度のゆらぎやタイミングゆらぎが小さい。よって、波長変換後のバースト状光パルス信号においても、強度のゆらぎや、更にタイミングゆらぎが低減される。

一実施形態に係る光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。 半導体レーザー発振器により出力されるバースト状光パルス信号の時間波形の形状を説明するグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、様々な動作条件に応じたバースト状光パルス信号の時間波形を例示するグラフである。 波長変換後のバースト状光パルス信号の時間波形を例示するグラフであって、（ａ）は第２高調波発生波長変換後の波長変換後のバースト状光パルス信号の時間波形であり、（ｂ）は更に誘導ラマン散乱で多段に波長変換した後のバースト状光パルス信号の時間波形である。 別の実施形態に係る光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。 更に別の実施形態に係る光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の構成要素を含むことができる。以下、図中において、同一の符号を付した部分は特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を示す。

図１に示すように、光パルス信号生成装置１０は、狭帯域発振幅の半導体レーザー（「狭帯域発振幅ＬＤ」）１１、半導体レーザー発振器（「ＬＤ」）１２、パルス発生器１３、光増幅器１４、及び、非線形光学波長変換器１５を備える。

図１に示される光パルス信号生成装置１０は、例えば、バイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置に備えられてよい。

狭帯域発振幅ＬＤ１１は、レーザー光源の一例であり、狭線幅の連続レーザー光（ＣＷ）を出力する単一発振モード半導体レーザ（ＬＤ）である。狭帯域発振幅ＬＤ１１は、ＬＤ１２に光学的に結合され、出力された連続レーザー光をＬＤ１２に入力する。狭帯域発振幅ＬＤ１１の出力波長は、例えば、ＬＤ１２の出力波長と同じ又は略同じであり、例えばＬＤ１２の出力波長が１０６０ナノメートルの場合、１０６０ナノメートルであるか又は１０６０ナノメートルから±０．１ナノメートル〜数ナノメートルの範囲である。狭帯域発振幅ＬＤ１１の出力する連続レーザー光のパワー及び波長は、狭帯域発振幅ＬＤ１１の交流電流（不図示）により制御できる。また、狭線幅の連続レーザー光とは、例えば０．０１ナノメートル以下の線幅を有するものである。

パルス発生器１３は、所定周期（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ周期）で、サブナノ秒以上の時間幅（パルス幅）の電気パルス信号を発生し、発生した電気パルス信号をＬＤ１２に印加する。パルス発生器１３は、発生する電気パルス信号の時間幅を可変設定できてよい。なお、パルス発生器１３による電気パルス信号の発生は、周期的である必要はなく、ランダムであってもよい。
ここで、サブナノ秒以上の時間幅とは、例えば１００ピコ秒〜１ミリ秒程度の時間幅であってよい。

ＬＤ１２は、例えばファブリ・ペロー型ＬＤ（「ＦＰ−ＬＤ」）であり、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルス信号（「バースト状光パルス」ともいう）を生成する半導体レーザー発振器として構成されている。すなわち、ＬＤ１２は、狭帯域発振幅ＬＤ１１からの連続レーザー光を入力し、且つ、パルス発生器１３からの電気パルス信号の注入による利得スイッチング動作を行うように構成されている。狭帯域発振幅ＬＤ１１からの連続レーザー光はＬＤ１２の発光部に入射される。また、パルス発生器１３からの電気パルス信号はＬＤ１２のカソードに印加される。また、ＬＤ１２の出力波長は、例えば、１０６０ナノメートル程度である。
ＬＤ１２は、狭帯域発振幅ＬＤ１１からの連続レーザー光を入力した状態で、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号による励起を行うことにより、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルスを生成する（言い換えれば、「発生させる」あるいは「発現させる」）ことができる。

図２は、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスの波形形状を説明するための例示的なグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は任意単位［ａ．ｕ．］の強度を示す。バースト状光パルスは、図２に示すような、或る時間幅にわたり発生したバースト状のパルス群を、或る周期毎に繰り返すものとなる。
このバースト状光パルスは、ＬＤ１２の利得スイッチング動作とＬＤ１２の非線形の周期振動現象とにより発生されたバースト状のパルス群を、電気パルス信号に応じた時間幅で切り取ったものと言える。

ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスの包絡線幅（図２の符号２０で示すバースト状光パルスの時間幅、「バースト時間幅」とも言う）、パルスエネルギー、及び、ピーク値を含む各種特性は、入射される連続レーザー光のパワーや波長、あるいは、印加される電気パルス信号の時間幅を含むＬＤ１２の各種動作条件に基づき制御可能である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、ＬＤ１２から出力されたバースト状光パルスの時間波形を例示するグラフであり、それぞれ異なる動作条件にて出力されたバースト状光パルスを示している。図３において、横軸は時間［ナノ秒（ｎｓ）］を示し、縦軸は任意単位［ａ．ｕ．］の強度を示す。なお、図３（ａ）及び（ｂ）の横軸は、１目盛りあたり０．２ナノ秒を示し、図３（ｃ）の横軸は、１目盛りあたり０．５ナノ秒を示す。

図３（ａ）のように、狭帯域発振幅ＬＤ１１からの連続レーザー光のパワーＰｃｗを３０μＷに設定し、パルス発生器１３からの電気パルス信号のパルス幅を０．８８ナノ秒に設定した場合、先頭のパルス波の後ろにわずかに非線形の周期振動現象の影響がみられるのみであり、出力されたバースト状光パルスのパワーＰｏｕｔは６μＷ、そのバースト時間幅は１００ピコ秒程度である。
図３（ａ）の条件から連続レーザー光のパワーＰｃｗを１ｍＷに上げると、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）のバースト状光パルスに比べて、バースト状のパルスの数が増え、パワーＰｏｕｔが１１μＷに増大し、バースト時間幅は２２０ピコ秒程に広がる。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の条件から電気パルス信号のパルス幅を１．２ナノ秒に変更した場合のバースト状光パルスの波形を示す。電気パルス信号のパルス幅を１．２ナノ秒に広げると、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）のバースト状光パルスに比べて、更にバースト状のパルスの数が増え、パワーＰｏｕｔが３５μＷに増大し、バースト時間幅は５４０ピコ秒程に広がる。

このように、ＬＤ１２の動作条件、つまり、連続レーザー光のパワーや波長、あるいは、印加される電気パルス信号のパルス幅を適切に選択するだけで、所望の特性を持つサブナノ秒以上のバースト時間幅のバースト状光パルスを得ることができる。すなわち、バースト状光パルスの波形形状（包絡線の形状）と時間幅（バースト時間幅）とが制御し易い。
ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスのバースト時間幅（図２の符号２０）は、一般的には、数ピコ秒から１００ピコ秒程度となり、その周期（図２の符号２１）は数十ピコ秒〜数百ピコ秒程度になる。
また、ＬＤ１２の光非線形効果を利用してバースト状光パルスを発生する構成であるため、このバースト状光パルスは、タイミングゆらぎ（時間軸方向の波形のゆらぎ、ジッタ）や、強度ゆらぎが小さいものとなる。しかも、バースト状光パルスは、ＬＤ１２の動作条件を制御することで、非常に長時間安定的に動作することが可能である。

図１に戻ると、光増幅器１４は、ＬＤ１２から入力されたパースト状光パルスを増幅し、増幅後のパースト状光パルスを非線形光学波長変換器１５へ供給するもので、周知の光パルス増幅用の光ファイバ増幅器を適用してよい。

また、非線形光学波長変換器１５は、光増幅器１４により増幅された後のパースト状光パルスを、非線形光学効果により波長変換して出力する。ここでは、非線形光学波長変換器１５は、先ず第２高調波発生（ＳＨＧ）波長変換を行い、その後、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）により多段波長変換を行うものとする。
非線形光学波長変換器１５による波長変換後のパースト状光パルスは、例えば、バイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置、レーザー顕微鏡、あるいは、高精細レーザー加工機のようなレーザー加工装置など様々な利用機器に供給される。

図４は、非線形光学波長変換器１５による波長変換後のバースト状光パルスを例示するグラフであり、図４（ａ）は、第２高調波発生（ＳＨＧ）波長変換後のバースト状光パルスを示し、図４（ｂ）は、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）により多段（例えば４次まで）波長変換後のバースト状光パルスを示す。図４において、横軸は時間［ナノ秒（ｎｓ）］を示し、縦軸は任意単位［ａ．ｕ．］の強度を示す。なお、図４（ａ）の横軸は、１目盛りあたり０．２ナノ秒を示し、図４（ｂ）の横軸は１目盛りあたり０．５ナノ秒を示す。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、光増幅器１４による光増幅及び非線形光学波長変換器１５による波長変換後のバースト状光パルスは、強度のゆらぎや、タイミングゆらぎが小さいものとなっている。これは、前述の通り、ＬＤ１２が、強度のゆらぎや、タイミングゆらぎが小さい、きれいな波形のバースト状光パルスを出力しているためである。強度のゆらぎや、タイミングゆらぎが低減されているため、図４（ａ），（ｂ）に示すように、複数の波長変換過程に対して、バースト状光パルスの特性が保持される。

なお、非線形光学波長変換器１５は、第２高調波発生波長変換のみを行うものであってよく、また、第２高調波発生波長変換に限らない高調波発生波長変換であってよい。この構成においても、波長変換後のバースト状光パルスとして、図４（ａ）に示すような、強度のゆらぎや、タイミングゆらぎが小さい、きれいな波形のバースト状光パルスを得ることができる。
また、別の例として、非線形光学波長変換器１５は、光増幅器１４による光増幅後のバースト状光パルスを、直接誘導ラマン散乱による波長変換してよい。
更に、非線形光学波長変換器１５は、光パラメトリック効果による非線形波長変換を行うように構成されてよいし、高調波発生波長変換、直接誘導ラマン散乱による波長変換、及び、光パラメトリック効果による非線形波長変換を適宜に組み合わせて行うものであってよい。

〔変形例〕
図５は、光パルス信号生成装置１０の変形例を示すブロック図である。
図５において、光パルス信号生成装置１０は、レーザー光を、ＬＤ１２により生成されたバースト状光パルスの周期の逆数に一致するか又は略一致する（以下単に「一致する」という）周波数で変調するための高周波発生器３１を備える。ここで、バースト状光パルスの周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数とは、例えばバースト状光パルスの周期が２００ピコ秒とすると４．９〜５．１ＧＨｚほどである。要するに、この周波数は、強度変調の結果としてＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスの周波数を安定化できるような、バースト状光パルスの周期の逆数に対応する周波数でありさえすればよい。

高周波発生器３１は、狭帯域発振幅ＬＤ１１を駆動する直流電流源３２と狭帯域発振幅ＬＤ１１との間に、ＬＤ１２により生成されたバースト状光パルスの周期の逆数に一致する周波数の正弦波を入力し、この正弦波により狭帯域発振幅ＬＤ１１に供給される直流電流を変調する。
この結果、狭帯域発振幅ＬＤ１１からのレーザー光は、高周波発生器３１からの正弦波に基づいて強度変調されたものとなる。このように変調されたレーザー光ＣＷをＬＤ１２に入射することで、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスの周波数の安定化を図り、タイミングゆらぎを防止できる。
例えば、バースト時間幅が長いロングパルスのバースト状光パルスを出力する場合、タイミングゆらぎの発生が起きやすい。そのような場合であっても、高周波発生器３１を備える構成により、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスのタイミングゆらぎを効果的に防止できる。

図５のレーザー光を変調する別の構成例として、狭帯域発振幅ＬＤ１１の外部に光変調器を備え、光変調器が、ＬＤ１２により生成されたバースト状光パルスの周期の逆数に一致する周波数で連続レーザー光を強度変調するように構成してもよい。

図６は、光パルス信号生成装置１０の別の変形例を示すブロック図である。
図６において、光パルス信号生成装置１０は、ＬＤ１２により生成されたバースト状光パルスの周期の逆数に一致する周波数の変調用電気パルス信号を発生し、発生した電気パルス信号を狭帯域発振幅ＬＤ１１に印加する変調用パルス発生器４１を備える。
この場合、狭帯域発振幅ＬＤ１１を変調用パルス発生器４１からの変調用電気パルスで励起することにより、狭帯域発振幅ＬＤ１１のレーザー光を、変調用電気パルス信号に基づき強度変調し、数ピコ秒程の時間幅を持つ高速パルス状のレーザー光（パルス光）を発生することができる（利得スイッチング動作）。かかるパルス光をＬＤ１２に入射することにより、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスのタイミングゆらぎを防止することができる。

光パルス信号生成装置１０の更に別の変形例として、狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３とを収容し、狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３とを一定の温度に保つ温度制御装置５０を備えてもよい（例えば図５参照）。
狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３とを温度制御装置５０に収容することで、狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３との周囲環境温度を安定させる。その結果、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスのタイミングゆらぎを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態の光パルス信号生成装置１０によれば、狭線幅の連続レーザー光を発生する狭帯域発振幅ＬＤ１１と、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を発生するパルス発生器１３と、狭帯域発振幅ＬＤ１１から連続レーザー光が入力され、且つ、パルス発生器１３からの電気パルス信号によって駆動されることにより、連続レーザー光と電気パルス信号とに基づくバースト状光パルス信号を生成するＬＤ１２と、ＬＤ１２により生成されたバースト状光パルス信号を波長変換する非線形光学波長変換器１５と、を備えることにより、ＬＤ１２の光非線形効果を利用した簡素な構成で、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルスを、バースト時間幅及び波形形状を柔軟に制御しつつ、容易に発生させることができる。

光パルス信号生成装置１０により生成したバースト状光パルスは、光増幅器１４による光増幅及び非線形光学波長変換器１５による波長変換を行った後においても、強度のゆらぎや、タイミングゆらぎが小さいきれいな波形であるため、バイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置、レーザー顕微鏡、あるいは、高精細レーザー加工機のようなレーザー加工装置など様々な利用機器での利用に好適である。

例えば、本実施形態の光パルス信号生成装置１０により生成されたバースト状光パルスは、超解像イメージングや光音響イメージングなどの高機能バイオイメージングにおいても、応用メリットが大きい。
すなわち、バースト状光パルスは、サブナノ秒以上のバースト時間幅の単峰の光パルスに比べて、ピークパワーが高くなる、また、光パルスの波形形状（包絡線の形状）と時間幅（バースト時間幅）とが制御しやすいという利点がある。この特性のため、高機能バイオイメージングにバースト状光パルスを利用することは、単峰の光パルスを利用する場合に比べて、（１）光増幅器１４の光増幅及び非線形光学波長変換器１５による波長変換において、変換効率をより高めることができ、また、（２）光パルスの包絡線形状と時間幅の制御の柔軟性を高めることができる、という点で、応用メリットが大きい。

なお、本実施形態の光パルス信号生成装置１０は、別の実施形態において高精細レーザー加工機のようなレーザー加工装置に備えられてよい。バースト状光パルスは微細レーザー加工の分野での利用を期待されているが、従来の技術ではその発生に高度な電気的制御が必要であり、特に１００ピコ秒〜数百ピコ秒の周期のバースト状光パルスを発生させることは容易ではなかった。
この点、本実施形態の光パルス信号生成装置１０は、ＬＤ１２の非線形効果を利用した簡素な構成により、微細レーザー加工に好適な、サブナノ秒以上の時間で継続するバースト状光パルスを容易に発生できる。

また、光パルス信号生成装置１０がＬＤ１２により生成されたバースト状光パルス信号の周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数で狭帯域発振幅ＬＤ１１を駆動する直流電流に対して変調を行う高周波発生器３１を更に備えること、又は、バースト状光パルス信号の周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数の変調用電気パルス信号を狭帯域発振幅ＬＤ１１に対して供給する変調用パルス発生器４１を更に備え、狭帯域発振幅ＬＤ１１から出力されるレーザー光をパルス状にすることで、光パルス信号生成装置１０により生成されたバースト状光パルスの周波数を安定化し、バースト状光パルスのタイミグゆらぎを防止することができる。

更に、光パルス信号生成装置１０が狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３とを収容し、狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３とを一定の温度に保つ温度制御装置５０を備えることで、狭帯域発振幅ＬＤ１１とＬＤ１２とパルス発生器１３との周囲環境温度を安定させ、ＬＤ１２から出力されるバースト状光パルスのタイミングゆらぎを防止することができる。

なお、本発明の光パルス信号生成装置１０に適用する半導体レーザー発振器（ＬＤ）１２は、ファブリ・ペロー型ＬＤ（「ＦＰ−ＬＤ」）に限らず、例えば分布帰還型半導体レーザーであってもよい。

また、レーザー光源１１は、一般的には分布帰還型半導体レーザー（「ＤＦＢ−ＬＤ」、Distributed FeedBack-Laser Diodeの略称）であってよい。

また、周期波形発生器１３は、サブナノ秒以上の周期波形信号を発生するものでさえあれば、略矩形の電気パルス信号を発生するパルス発生器に限らず、例えば正弦波を発生する正弦波発生器など、どのような形状の波形を発生する周期波形発生器であってもよい。

また、上記の実施形態においては、半導体レーザー発振器（ＬＤ）１２からバースト状光パルスを発生するように、ＬＤ１２の各種動作条件の選択する例について説明したが、この光パルス信号生成装置１０は、ＬＤ１２の各種動作条件の選択によっては、ＬＤ１２から、サブナノ秒以上の時間幅を持つ単峰の光パルスを発生させることもできる。

１０ 光パルス信号生成装置
１１ レーザー光源
１２ 半導体レーザー発振器
１３ パルス発生器（周期波形発生器）
１４ 光増幅器
１５ 非線形光学波長変換器
２０ バースト時間幅
２１ 周期
３１ 高周波発生器
３２ 直流電流源
４１ 変調用パルス発生器
５０ 温度制御装置

Claims (10)

1. レーザー光を発生するレーザー光源と、
   サブナノ秒以上の時間幅の周期波形信号を発生する周期波形発生器と、
   前記レーザー光が入力され、且つ、前記周期波形信号によって駆動されることにより、前記レーザー光と前記周期波形信号とに基づくバースト状光パルス信号を生成する半導体レーザー発振器と、
   前記半導体レーザー発振器により生成された前記バースト状光パルス信号を波長変換する波長変換器と、
   を備えることを特徴とする光パルス信号生成装置。
2. 前記波長変換器は、前記バースト状光パルス信号について、非線形光学効果により波長変換することを特徴とする請求項１に記載の光パルス信号生成装置。
3. 前記波長変換器は、前記バースト状光パルス信号について、高調波発生波長変換、誘導ラマン散乱による波長変換、及び、光パラメトリック効果を用いた波長変換の何れか、又は、これらの組み合わせによる波長変換を行うことを特徴とする請求項２に記載の光パルス信号生成装置。
4. 前記周期波形発生器は、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を発生するパルス発生器である請求項１乃至３の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
5. 前記レーザー光源は、狭線幅のレーザー光を発生するものである請求項１乃至４の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
6. 前記バースト状光パルス信号の周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数で、前記レーザー光源を駆動する直流電流を変調するための高周波発生器を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
7. 前記バースト状光パルス信号の周期の逆数に一致するか又は略一致する周波数の変調用電気パルス信号を前記レーザー光源に対して供給する変調用パルス発生器を更に備え、
   前記変調用電気パルス信号により前記レーザー光源からの前記レーザー光をパルス状にすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
8. 前記レーザー光源と、前記パルス発生器と、前記半導体レーザー発振器とを収容し、該レーザー光源、該パルス発生器及び該半導体レーザー発振器を一定の温度に保つ温度制御装置を更に備えることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
9. 前記半導体レーザー発振器と前記波長変換器との間に、光増幅器が介装されたことを特徴とする、請求項１乃至８の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の光パルス信号生成装置を有するバイオイメージング装置。