JP2021157052A

JP2021157052A - レーザ光出力装置

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Publication number: JP2021157052A
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Inventors: 孝夫桜井; Takao Sakurai
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Filing date: 2020-03-27
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Abstract

【課題】ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射する。【解決手段】レーザ光出力装置１が、所定の波長Ｗ１のレーザ光を、所定の周波数の第一パルスＰ１として出力する励起レーザ１０と、第一パルスＰ１を受け、第一パルスの一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つに光路を決定して出力する音響光学変調器１２と、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする凸レンズ１３と、凸レンズ１３の出力（第二パルスＰ２ａ）を受け、それぞれ異なった波長Ｗ２、Ｗ３に変化させて出力する波長変化部１４と、波長変化部１４の出力を受けて集束するアクロマートレンズ１６と、アクロマートレンズ１６の出力をコア１８ｃの端面１８Ｅで受ける光ファイバ１８とを備え、アクロマートレンズ１６が、波長変化部１４の出力を、コア１８ｃの端面１８Ｅに集束する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数種類の波長のレーザ光をパルスとして出力することに関する。

従来より、パルス光を被測定物（例えば、生体）に照射して得られた応答（例えば、吸収係数）により測定（例えば、血液中の酸素飽和度の測定）を行うことが知られている。また、パルス光の波長により、被測定物から得られる応答が異なることも知られている。そこで、複数種類の波長のパルス光を被測定物に照射することが、測定精度向上の点から望まれている。その際、ある波長のパルス光を被測定物のある一点Ｐに照射してから、別の波長のパルス光をその一点Ｐに照射するまでの時間が長くなると、被測定物の移動（例えば、体動）により、測定精度の劣化を招く。

しかし、ある波長のパルス光（一つのパルス光または複数のパルス光）を照射してから、すぐに別の波長のパルス光（一つのパルス光または複数のパルス光）を照射するための技術は知られていない。例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３においては、波長の異なるレーザ光を合波する旨の記載はあるものの、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射するというものではない。

特開２０１１−１０７０９４号公報国際公開第２０１７／１３８６１９号特開２０１６−１０１３９３号公報

そこで、本発明は、ある波長のパルス光（一つのパルス光または複数のパルス光）を照射してから、すぐに別の波長のパルス光（一つのパルス光または複数のパルス光）を照射することを課題とする。

本発明にかかるレーザ光出力装置は、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて複数の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する光路決定部と、前記複数の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする平行化部と、前記平行化部の出力を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する波長変化部と、前記波長変化部の出力を受けて集束する集束部と、前記集束部の出力をコアの端面で受ける光ファイバとを備え、前記集束部が、前記波長変化部の出力を、前記コアの端面に集束するように構成される。

上記のように構成されたレーザ光出力装置によれば、パルスレーザ出力部が、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力する。光路決定部が、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて複数の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する。平行化部が、前記複数の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする。波長変化部が、前記平行化部の出力を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。集束部が、前記波長変化部の出力を受けて集束する。光ファイバが、前記集束部の出力をコアの端面で受ける。前記集束部が、前記波長変化部の出力を、前記コアの端面に集束する。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記平行化部が凸レンズであるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記光路決定部の出力のいずれか一つが、前記平行化部の光軸を通過するようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記集束部が凸レンズであるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記集束部がアクロマートレンズであるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記集束部から見て、前記コアの端面が、前記集束部の焦点よりも遠くに位置しているようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記集束部の焦点距離をｆ、前記平行化部の出力の間の距離の最大値をＹｍａｘ、前記光ファイバの開口数をＮＡとしたとき、ＮＡ＞Ｙｍａｘ／（２ｆ）であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記波長変化部が、前記平行化部の出力が伝播し、所定の間隔をあけて配置された分極反転部を有し、前記所定の間隔が、前記平行化部の出力ごとに異なるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記波長変化部が、前記分極反転部が形成された非線形光学結晶基板を有し、前記分極反転部の図心が、前記非線形光学結晶基板のＸ軸に平行な直線上に配置されているようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記波長変化部が、前記分極反転部の全てが形成された一つの非線形光学結晶基板を有するようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記平行化部の出力の全てが、共通の前記分極反転部を通過するようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記波長変化部が、前記分極反転部が形成された非線形光学結晶基板を有し、前記非線形光学結晶基板は、伝播する前記平行化部の出力ごとに設けられているようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記光路決定部の出力を、前記第一パルスの出力のタイミングに合わせるタイミング制御部を備えるようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記光路決定部が、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて複数の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する第一音響光学変調器と、前記第一音響光学変調器の出力を受け、前記第一音響光学変調器の出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する第二音響光学変調器とを有するようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記第一音響光学変調器が、前記第一パルスの一つずつを、回折または直進させて出力し、前記第二音響光学変調器が、前記第一パルスが直進したものを受けて回折または直進させて出力し、前記第一パルスが回折したものを受けて直進させて出力するようにしてもよい。

なお、本発明にかかるレーザ光出力装置は、前記第一音響光学変調器が、前記第一パルスの一つずつを、回折または直進させて出力し、前記第二音響光学変調器が、前記第一パルスが回折したものを受けて回折または直進させて出力し、前記第一パルスが直進したものを受けて直進させて出力するようにしてもよい。

第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第一の実施形態にかかる波長変化部１４の平面図である。第一の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。第一の実施形態における光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅの近傍の拡大断面図である。第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第三の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第四の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。第三の実施形態にかかる波長変化部１４の平面図である。第三の実施形態における光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅの近傍の拡大断面図である。第六の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。第三の実施形態の変形例にかかる波長変化部１４の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図２は、第一の実施形態にかかる波長変化部１４の平面図である。図３は、第一の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。なお、図３においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類（実線または破線）を変えて図示している。

第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図３参照）として出力する。励起レーザ１０は、例えば、Yb:YAGレーザである。

光減衰器（ATT）１１は、第一パルスＰ１を減衰させて、音響光学変調器１２に与える。

音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つに光路を決定して出力する。

例えば、図１および図３を参照して、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の奇数番目（１、３、５、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の奇数番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ１）。

また、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の偶数番目（２、４、６、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω２）を与える。すると、第一パルスＰ１の偶数番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ２）。

ただし、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の奇数番目のパルスを受けた時点で、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω１）（ただし、ω１はω２と異なる）に与えてもよい。

これにより、音響光学変調器１２は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有し、かつそれぞれ位相が１８０度異なるパルスを出力する。

タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、音響光学変調器（光路決定部）１２の出力を、第一パルスＰ１の出力のタイミングに合わせる。タイミングを合わせた結果は、図３を参照して上述したとおりである。なお、タイミング制御回路１９は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０から、第一パルスＰ１の出力のタイミングに同期した信号を受け、この信号に基づき、音響光学変調器１２の出力タイミングを制御する。

凸レンズ（平行化部）（L1）１３は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする。なお、平行化部として、凸レンズ１３にかえて、プリズムを用いることも可能である。

なお、凸レンズ（平行化部）１３の出力の間の距離の最大値をＹｍａｘとすれば、Ｙｍａｘは、凸レンズ１３からアクロマートレンズ１６までに位置する光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との間の距離となる（図２参照）。

波長変化部（PPLN）１４は、凸レンズ（平行化部）１３の出力、すなわち複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光が凸レンズ１３を透過したもの（である第二パルスＰ２ａ）を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。波長変化部１４の出力が、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂである。

なお、音響光学変調器１２の出力のいずれか一つ（例えば、光路ＯＰ１を進行するもの）が、凸レンズ１３の光軸を通過するようにしてもよい。この場合、凸レンズ１３は、光路ＯＰ１を進行するものの進行方向を変えないが、光路ＯＰ２を進行するものの進行方向を変えて光路ＯＰ１と平行にする。

図３を参照して、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。また、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。

図２を参照して、波長変化部１４は、ＬＮ結晶基板１４２、分極反転部１４４を有する。なお、図２においては、図１と同様に、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

分極反転部１４４は、凸レンズ１３の出力（である第二パルスＰ２ａ）が伝播するものである。分極反転部１４４は、光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものと、光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものとがある。なお、分極反転部１４４は、図２おいては、ＰＰＬＮ（周期分極反転ニオブ酸リチウム）であるが、これに限らず、例えば、ＰＰＬＴ（リチウムタンタレート）またはＰＰＫＴＰでもよい。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている。所定の間隔は凸レンズ１３の出力ごとに異なる。すなわち、所定の間隔Ｄ１と、所定の間隔Ｄ２とは異なる。

ＬＮ結晶基板１４２には、分極反転部１４４が形成されている。ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されている。なお、第一の実施形態においては、ＬＮ結晶基板１４２は、ＬＮ結晶基板でなくとも、非線形光学結晶基板であればよい。他の実施形態においても同様に、ＬＮ結晶基板にかえて、非線形光学結晶基板を使用できる。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃは、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸に平行な直線上に配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃも、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸に平行な直線上に配置されている。なお、分極反転部１４４の図心１４４ｃは、分極反転部１４４に均一に重力が作用しているとした場合の重心と一致する。

なお、波長変化部１４の出力には、第二パルスＰ２ｂの他にも、励起レーザ１０の出力する波長W1[nm]のレーザ光（ポンプ光）と、波長変化部１４によって生じる赤外域のアイドラ光とが混入している。なお、レーザ光（ポンプ光）を波長変化部１４に与えると、光パラメトリック発生により、シグナル光と上述のアイドラ光とが生じる。シグナル光が、波長変化部１４の出力（第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ）である（他の実施形態の波長変化部においても同様）。

フィルタ（F）１７は、第二パルスＰ２ｂから、ポンプ光およびアイドラ光を除去し、アクロマートレンズ１６に与える。

アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６は、波長変化部１４の出力を、フィルタ１７を介して受けて集束する。アクロマートレンズ１６は、凸レンズ１６ａ、凹レンズ１６ｂを有する。凸レンズ１６ａは凹レンズ１６ｂよりも励起レーザ１０に近く配置されている。凹レンズ１６ｂの凹面に、凸レンズ１６ａの凸面が接している。

アクロマートレンズ１６は、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）と、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）との間の波長の違いによる焦点距離の違い（色収差）を少なくしたレンズである。

なお、波長W2[nm]と波長W3[nm]との差が小さい場合は、集束部として、アクロマートレンズ１６にかえて、単一の凸レンズ１６ａを用いてもよい。

図４は、第一の実施形態における光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅの近傍の拡大断面図である。光ファイバ（MMF）１８はコア１８ｃを有し、コア１８ｃは端面１８Ｅを有する。光ファイバ１８は、アクロマートレンズ１６の出力を、コア１８ｃの端面１８Ｅで受ける。アクロマートレンズ１６が、波長変化部１４の出力を、コア１８ｃの端面１８Ｅに集束する。

波長変化部１４の出力を、コア１８ｃの端面１８Ｅに集束させるためには、アクロマートレンズ１６の焦点距離をｆとし、光ファイバ１８の開口数をＮＡとしたとき、ＮＡ＞Ｙｍａｘ／（２ｆ）であることが好ましい。

図４においては、アクロマートレンズ１６は、その焦点位置よりも左側に配置されているものの、図示省略している。アクロマートレンズ１６から見て、コア１８ｃの端面１８Ｅが、アクロマートレンズ１６の焦点よりも遠くに位置している。

第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）のＹ座標と第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）のＹ座標とが異なるため、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）に関するアクロマートレンズ１６の焦点位置と、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）に関するアクロマートレンズ１６の焦点位置とは、縦に（Ｙ軸方向）にずれる。しかし、アクロマートレンズ１６から見て、アクロマートレンズ１６の焦点よりも遠くでは、光路ＯＰ１を進行した第二パルスＰ２ｂと、光路ＯＰ２を進行した第二パルスＰ２ｂとが重なり合う位置がある。よって、そのような位置に、コア１８ｃの端面１８Ｅを配置すると、波長変化部１４の出力をコア１８ｃの端面１８Ｅに集束させることができる。

光ファイバ（MMF）１８は、コア１８ｃの端面１８Ｅに集束された波長変化部１４の出力（第三パルスＰ３）（図３参照）を、他端から出力する。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

まず、励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図３参照）として出力する。第一パルスＰ１は、光減衰器１１により減衰されてから、音響光学変調器１２に与えられる。タイミング制御回路１９が、音響光学変調器１２の出力タイミング（図３参照）を制御する。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の奇数番目（１、３、５、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波を与えない。これにより、第一パルスＰ１の奇数番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ１）。光路ＯＰ１を進行する進行光は、凸レンズ１３をその光軸方向にまっすぐ透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の偶数番目（２、４、６、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω２）を与える。これにより、第二パルスＰ１の偶数番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ２）。光路ＯＰ２を進行する進行光は、凸レンズ１３により進行方向を光路ＯＰ１と平行に変えながら凸レンズ１３を透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１８０度異なる。

光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、波長変化部１４において所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ１７により、ポンプ光およびアイドラ光が除去されて、アクロマートレンズ１６に与えられる。

光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、波長変化部１４において所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ１７により、ポンプ光およびアイドラ光が除去されて、アクロマートレンズ１６に与えられる。

波長変化部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとがアクロマートレンズ１６により光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅに集束され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３となる。

第三パルスＰ３は、光ファイバ１８の他端から出力される。

第一の実施形態によれば、第三パルスＰ３を、光ファイバ１８から出力することができる。第三パルスＰ３は、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）別の波長W3[nm]のパルス光を照射されるものである。すなわち、第一の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。

しかも、第一の実施形態によれば、波長変化部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとを合波する合波器（例えば、ダイクロイックミラー）が不要となる。ダイクロイックミラーは、光軸の調整および第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂの波長W2[nm]および波長W3[nm]の変更への対応が難しいので、ダイクロイックミラーを不要とすることで、労力の軽減を図ることができる。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、ＬＮ結晶基板が、伝播する進行光ごとに設けられている点が、ＬＮ結晶基板１４２が一つしかない第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１と異なる。

図５は、第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

波長変化部（PPLN）１４ａは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を音響光学変調器１２から凸レンズ１３を介して受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。波長変化部１４ａの構成は、図２のうち、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

波長変化部（PPLN）１４ｂは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を音響光学変調器１２から凸レンズ１３を介してから受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。波長変化部１４ｂの構成は、図２のうち、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

なお、波長変化部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変化部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変化部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変化部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは、伝播する凸レンズ１３の出力（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられている。

第二の実施形態の動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第二の実施形態によれば、ＬＮ結晶基板が、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられているので、所定の間隔Ｄ１およびＤ２に応じた分極反転部１４４の製造条件を設定でき、波長変化部１４ａ、１４ｂの製造が容易となる。

第三の実施形態
第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、音響光学変調器（AOM）（光路決定部）１２に変えて、音響光学偏向器（AOD）（光路決定部）１２０を用いる点が第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１と異なる。

図６は、第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図７は、第三の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。なお、図７においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類（実線、破線または一点鎖線）を変えて図示している。

第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学偏向器（AOD）（光路決定部）１２０、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、タイミング制御回路１９は、音響光学偏向器１２０の出力タイミング（図７参照）を制御する。

音響光学偏向器（AOD）（光路決定部）１２０は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。

例えば、図６および図７を参照して、音響光学偏向器１２０が第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ１）。

また、音響光学偏向器１２０が第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波（角周波数ω２）を与える。すると、第一パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ２）。

また、音響光学偏向器１２０が第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波（角周波数ω３）（ただし、ω３はω２と異なる）を与える。すると、第一パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ３）。ただし、光路ＯＰ３が光路ＯＰ１となす角度（ただし、９０度未満）が、光路ＯＰ２が光路ＯＰ１となす角度（ただし、９０度未満）よりも小さい。

なお、音響光学偏向器１２０が第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスを受けた時点で、音響光学偏向器１２０に音響波（角周波数ω１）（ただし、ω１は、ω２ともω３とも異なる）に与えてもよい。

これにより、音響光学偏向器１２０は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有し、かつそれぞれ位相が１２０度異なるパルスを出力する。

凸レンズ（平行化部）（L1）１３は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２およびＯＰ３の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする。なお、平行化部として、凸レンズ１３にかえて、プリズムを用いることも可能である。

なお、凸レンズ（平行化部）１３の出力の間の距離の最大値をＹｍａｘとすれば、Ｙｍａｘは、凸レンズ１３からアクロマートレンズ１６までに位置する光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との間の距離となる（図１３参照）。

波長変化部（PPLN）１４は、凸レンズ（平行化部）１３の出力、すなわち複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の各々を進行した進行光が凸レンズ１３を透過したもの（である第二パルスＰ２ａ）を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。波長変化部１４の出力が、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂである。

なお、音響光学変調器１２の出力のいずれか一つ（例えば、光路ＯＰ１を進行するもの）が、凸レンズ１３の光軸を通過するようにしてもよい。この場合、凸レンズ１３は、光路ＯＰ１を進行するものの進行方向を変えないが、光路ＯＰ２および光路ＯＰ３を進行するものの進行方向を変えて光路ＯＰ１と平行にする。

図７を参照して、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。また、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。さらに、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ３を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W4[nm]）に変換する。

図１３は、第三の実施形態にかかる波長変化部１４の平面図である。図１３を参照して、波長変化部１４は、ＬＮ結晶基板１４２、分極反転部１４４を有する。なお、図１３においては、図１と同様に、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

分極反転部１４４は、凸レンズ１３の出力（である第二パルスＰ２ａ）が伝播するものである。分極反転部１４４は、光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものと、光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものと、光路ＯＰ３を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものとがある。なお、分極反転部１４４は、図１３おいては、ＰＰＬＮ（周期分極反転ニオブ酸リチウム）であるが、これに限らず、例えば、ＰＰＬＴ（リチウムタンタレート）またはＰＰＫＴＰでもよい。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている。光路ＯＰ３を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ３をあけて配置されている。所定の間隔は凸レンズ１３の出力ごとに異なる。すなわち、所定の間隔Ｄ１と、所定の間隔Ｄ２と、所定の間隔Ｄ３とは互いに異なる。

ＬＮ結晶基板１４２には、分極反転部１４４が形成されている。ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されている。なお、第三の実施形態においては、ＬＮ結晶基板１４２は、ＬＮ結晶基板でなくとも、非線形光学結晶基板であればよい。他の実施形態においても同様に、ＬＮ結晶基板にかえて、非線形光学結晶基板を使用できる。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃは、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸に平行な直線上に配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃも、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸に平行な直線上に配置されている。光路ＯＰ３を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃも、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸に平行な直線上に配置されている。なお、分極反転部１４４の図心１４４ｃは、分極反転部１４４に均一に重力が作用しているとした場合の重心と一致する。

アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６は、第一の実施形態と同様である。ただし、アクロマートレンズ１６は、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）と、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）と、第二パルスＰ２ｂ（波長W4[nm]）（光路ＯＰ３を進行したもの）との間の波長の違いによる焦点距離の違い（色収差）を少なくしたレンズである。

なお、波長W2[nm]、波長W3[nm]および波長W4[nm]の間の差が小さい場合は、集束部として、アクロマートレンズ１６にかえて、単一の凸レンズ１６ａを用いてもよい。

図１４は、第三の実施形態における光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅの近傍の拡大断面図である。第三の実施形態における光ファイバ１８は、第一の実施形態と同様である。ただし、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）および第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）に加えて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ３を進行したもの）もコア１８ｃの端面１８Ｅに集束することが第一の実施形態と相違する。

光ファイバ（MMF）１８は、コア１８ｃの端面１８Ｅに集束された波長変化部１４の出力（第三パルスＰ３）（図７参照）を、他端から出力する。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

まず、励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図７参照）として出力する。第一パルスＰ１は、光減衰器１１により減衰されてから、音響光学偏向器１２０に与えられる。タイミング制御回路１９が、音響光学偏向器１２０の出力タイミング（図７参照）を制御する。

音響光学偏向器１２０が、第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波を与えない。これにより、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ１）。よって、光路ＯＰ１を進行する進行光は、凸レンズ１３をその光軸方向にまっすぐ透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

音響光学偏向器１２０が、第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波（角周波数ω２）を与える。これにより、第二パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ２）。よって、光路ＯＰ２を進行する進行光は、凸レンズ１３により進行方向を光路ＯＰ１と平行に変えながら凸レンズ１３を透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

音響光学偏向器１２０が、第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器１２０に音響波（角周波数ω３）を与える。これにより、第二パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器１２０を透過する（光路ＯＰ３）。よって、光路ＯＰ３を進行する進行光は、凸レンズ１３により進行方向を光路ＯＰ１と平行に変えながら凸レンズ１３を透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１２０度異なる。光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ３を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１２０度異なる。光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ３を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは２４０度異なる。

光路ＯＰ３を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、波長変化部１４において所定の間隔Ｄ３をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ１７により、ポンプ光およびアイドラ光が除去されて、アクロマートレンズ１６に与えられる。

波長変化部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものとがアクロマートレンズ１６により光ファイバ１８のコア１８ｃの端面１８Ｅに集束され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３となる。

第三の実施形態によれば、音響光学変調器１２にかえて、音響光学偏向器１２０を用いたため、複数の光路を３個（光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３）に増やすことができる。これにより、第三パルスＰ３は、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）別の波長W3[nm]のパルス光を照射される。しかも、波長W3[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）さらに別の波長W4[nm]のパルス光を照射される。すなわち、第三の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射し、すぐにさらに別の波長のパルス光を照射することができる。このように、第三の実施形態によれば、３種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。

しかも、第三の実施形態によれば、波長変化部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものとを合波する合波器（例えば、ダイクロイックミラー）が不要となる。ダイクロイックミラーは、光軸の調整および第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂの波長W2[nm]、波長W3[nm]および波長W4[nm]の変更への対応が難しいので、ダイクロイックミラーを不要とすることで、労力の軽減を図ることができる。

なお、第三の実施形態においては、複数の光路を３個と説明したが、４個以上にしてもかまわない。これにより、４種類以上の波長のパルス光を照射することが可能となる。

また、第三の実施形態においては、第一の実施形態と同じく、ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されている。しかし、第二の実施形態のように、ＬＮ結晶基板を、伝播する凸レンズ１３の出力（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したものと、光路ＯＰ３を進行したもの）ごとに設けてもよい。

変形例
なお、第三の実施形態においては、凸レンズ１３の出力が別々の分極反転部１４４（所定の間隔Ｄ１をあけて配置されているものと、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されているものと、所定の間隔Ｄ３をあけて配置されているもの）を通過する（図１３参照）。しかし、凸レンズ１３の出力の全てが、共通の分極反転部１４４を通過するようにしてもよい。

図１６は、第三の実施形態の変形例にかかる波長変化部１４の平面図である。図１６を参照して、第三の実施形態の変形例にかかる波長変化部１４は、ＬＮ結晶基板１４２、分極反転部１４４を有する。なお、図１６においては、図１と同様に、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

図１６に示す分極反転部１４４は、Ｆａｎ−Ｏｕｔ型である。すなわち、図１６に示す分極反転部１４４どうしのＸ軸方向の間隔が、Ｙ座標が小さくなるにつれて、大きくなっていく。光路ＯＰ１のＹ座標が最も小さく、光路ＯＰ３のＹ座標が次に小さく、光路ＯＰ２のＹ座標が最も大きい。よって、分極反転部１４４どうしのＸ軸方向の間隔は、光路ＯＰ１が最も大きく（間隔Ｄ１）、光路ＯＰ３が次に大きく（間隔Ｄ３）、光路ＯＰ２が最も小さい（間隔Ｄ２）。なお、光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａも、光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａも、光路ＯＰ３を進行する第二パルスＰ２ａも、共通の分極反転部１４４を通過する。

第四の実施形態
第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、ある波長W2[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ１内）を照射してから、すぐにある波長W3[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ２内）を照射する（図９のＰ３参照）点が、ある波長W2[nm]の「一つ」のパルス光を照射してから、すぐに別の波長W3[nm]の「一つ」のパルス光を照射する（図３のＰ３参照）第一の実施形態と異なる。

また、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、第一パルスＰ１の周波数が一定しない点が、第一パルスＰ１の周波数が一定である（例えば、2kHz）第一の実施形態と異なる。

図８は、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図９は、第四の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。なお、図９においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類（実線または破線）を変えて図示している。

第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。

第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、ＯＴＤＲにより測定対象の光ファイバである被測定ファイバ４を測定するためのものである。レーザ光出力装置１は、測定装置２を介して、被測定ファイバ４に接続されている。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、第一パルスＰ１（図９参照）として出力する。励起レーザ１０は、例えば、Yb:YAGレーザである。図９を参照して、第一パルスＰ１は、所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２ごとに出力される疑似ランダム信号（例えば、Ｍ系列信号）である。なお、所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２の長さは、Ｍ系列信号の１周期に相当する。また、第一パルスＰ１は疑似ランダム信号であるため、第一〜第三の実施形態とは異なり、その周波数は一定していない。

光減衰器（ATT）１１、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８およびタイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

波長変化部１４の構造は、第一の実施形態（図２参照）と同様であり、説明を省略する。

例えば、図８および図９を参照して、音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ１）。

また、音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω２）を与える。すると、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ２）。

ただし、音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスを受けた時点で、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω１）（ただし、ω１はω２と異なる）に与えてもよい。

これにより、音響光学変調器１２は、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２内にある複数のパルスであり、かつそれぞれ所定時間範囲が異なる（重複しない）パルスである第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａを、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々から出力する。

すなわち、音響光学変調器１２は、光路ＯＰ１から、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ１内にある複数のパルスを出力する（図９のＰ２ａ（ＯＰ１）参照）。さらに、音響光学変調器１２は、光路ＯＰ２から、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ２内にある複数のパルスを出力する（図９のＰ２ａ（ＯＰ２）参照）。第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（Ｐ２ａ（ＯＰ１））と、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（Ｐ２ａ（ＯＰ２））とは、所定時間範囲が異なる（重複しない）。

図９を参照して、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。また、波長変化部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。

測定装置２は、疑似ランダムパルス発生器２０、可変遅延回路２１、相互相関検出器２２、サーキュレータ２３、演算器２４、表示器２５を有する。測定装置２は、被測定ファイバ４をＯＴＤＲにより測定するものである。

疑似ランダムパルス発生器２０は、疑似ランダムパルスＲＰを発生する。疑似ランダムパルスＲＰの出力タイミングは、第一パルスＰ１の出力タイミングと同じである。疑似ランダムパルスＲＰの出力タイミングに合わせて、励起レーザ１０が第一パルスＰ１を出力する。疑似ランダムパルス発生器２０は疑似ランダムパルスＲＰを励起レーザ１０および可変遅延回路２１に与える。

可変遅延回路２１は、疑似ランダムパルスＲＰを受けて、遅延させて（遅延時間は可変）、相互相関検出器２２に与える。

相互相関検出器２２は、可変遅延回路２１から疑似ランダムパルスＲＰを、サーキュレータ２３より被測定ファイバ４からの反射光および散乱光を受け、相互相関を検出する。

サーキュレータ２３は、光ファイバ（MMF）１８の他端、被測定ファイバ４の入力端および相互相関検出器２２に接続される。サーキュレータ２３は、光ファイバ１８の他端から出力された第三パルスＰ３を被測定ファイバ４の入力端に与える。サーキュレータ２３は、被測定ファイバ４からの反射光および散乱光を被測定ファイバ４の入力端から受けて、相互相関検出器２２に与える。

演算器２４は、相互相関検出器２２の検出した相互相関から、被測定ファイバ４において反射光および散乱光が発生した部分（例えば、断線箇所）と、被測定ファイバ４の入力端との距離を演算する。

表示器２５は、演算器２４の演算結果を表示する。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

まず、疑似ランダムパルス発生器２０が疑似ランダムパルスＲＰを励起レーザ１０に与える。励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、疑似ランダムパルスＲＰの出力タイミングに合わせて、第一パルスＰ１（図９参照）として出力する。第一パルスＰ１は、光減衰器１１により減衰されてから、音響光学変調器１２に与えられる。タイミング制御回路１９が、音響光学変調器１２の出力タイミング（図９参照）を制御する。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波を与えない。これにより、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ１）。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器１２に音響波（角周波数ω２）を与える。これにより、第二パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器１２を透過する（光路ＯＰ２）。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）は所定時間範囲ＴＲ１内の第一パルスＰ１である一方、光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）所定時間範囲ＴＲ２内の第一パルスＰ１である（それぞれ、所定時間範囲が異なる）。

光ファイバ１８の他端から出力された第三パルスＰ３は、サーキュレータ２３を介して、被測定ファイバ４の入力端に与えられる。被測定ファイバ４からの散乱光および反射光が、サーキュレータ２３を介して、相互相関検出器２２に与えられ、疑似ランダムパルスＲＰとの相互相関がとられる。この相互相関から、演算器２４により、被測定ファイバ４において反射光および散乱光が発生した部分（例えば、断線箇所）と、被測定ファイバ４の入力端との距離が演算され、表示器２５により表示される。

第四の実施形態によれば、第三パルスＰ３を、光ファイバ１８から出力することができる。第三パルスＰ３は、波長W2[nm]の複数のパルス光が照射されてから、すぐに別の波長W3[nm]の複数のパルス光を照射されるものである。すなわち、第四の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。なお、合波器（例えば、ダイクロイックミラー）が不要となる点は、第一の実施形態と同様である。

第五の実施形態
第五の実施形態は、測定対象（例えば、エアロゾル）をＬＩＤＡＲにより測定する点が、被測定ファイバ４をＯＴＤＲにより測定する第四の実施形態と異なる。

図１０は、第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。なお、第五の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートは、第四の実施形態と同一なので説明を省略する（図９参照）。

第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、ＬＩＤＡＲにより測定対象（例えば、エアロゾル）を測定するためのものである。レーザ光出力装置１は、測定装置２を介して、送受信望遠鏡６に接続されている。

第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。これらは、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。

測定装置２は、疑似ランダムパルス発生器２０、可変遅延回路２１、相互相関検出器２２、サーキュレータ２３、演算器２４、表示器２５を有する。疑似ランダムパルス発生器２０、可変遅延回路２１、相互相関検出器２２、演算器２４および表示器２５は、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。

サーキュレータ２３は、光ファイバ（MMF）１８の他端、送受信望遠鏡６および相互相関検出器２２に接続される。サーキュレータ２３は、光ファイバ１８の他端から出力された第三パルスＰ３を送受信望遠鏡６に与える。サーキュレータ２３は、送受信望遠鏡６より測定対象からの散乱光を受けて、相互相関検出器２２に与える。

送受信望遠鏡６は、光ファイバ１８の他端から出力された第三パルスＰ３を、サーキュレータ２３を介して受け、測定対象に与える。さらに、送受信望遠鏡６は、測定対象からの散乱光を受け、サーキュレータ２３を介して、相互相関検出器２２に与える。

次に、第五の実施形態の動作を説明する。

第三パルスＰ３が光ファイバ１８の他端から出力されるまでの動作は、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。

光ファイバ１８の他端から出力された第三パルスＰ３は、サーキュレータ２３を介して、送受信望遠鏡６に与えられる。送受信望遠鏡６から第三パルスＰ３が測定対象（例えば、エアロゾル）に与えられると、測定対象からの散乱光が、送受信望遠鏡６に与えられる。散乱光は、サーキュレータ２３を介して、相互相関検出器２２に与えられ、疑似ランダムパルスＲＰとの相互相関がとられる。この相互相関から、演算器２４により、送受信望遠鏡６から散乱光が発生した箇所までの距離が演算され、表示器２５により表示される。なお、演算器２４により演算された距離を用いて差分吸収法によるエアロゾルの種類を特定することも可能である。

第五の実施形態によれば、第四の実施形態と同様な効果を奏する。

第六の実施形態
第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、音響光学偏向器（AOD）（光路決定部）１２０に替えて、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）を用いる点が第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１と主に異なる。

図１１は、第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図１２は、第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａ、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９を備える。以下、第三の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変化部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６、フィルタ（F）１７、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、タイミング制御回路１９は、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の出力タイミング（図７のＰ２ａを参照）を制御する。

また、波長変化部１４のＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されているが、第二の実施形態のように、ＬＮ結晶基板を、伝播する凸レンズ１３の出力（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したものと、光路ＯＰ３を進行したもの）ごとに設けてもよい。

また、凸レンズ１３の出力が別々の分極反転部１４４（所定の間隔Ｄ１をあけて配置されているものと、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されているものと、所定の間隔Ｄ３をあけて配置されているもの）を通過する（図１３参照）。しかし、凸レンズ１３の出力の全てが、共通の分極反転部１４４を通過するようにしてもよい（図１６参照）。

光路決定部は、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂを有する。第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの平面形状は、双方ともに、長方形である。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの長い方の辺は、第一パルスＰ１を受ける。第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの短い方の辺は、光路ＯＰ３に対し、左回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの長い方の辺は、第一音響光学変調器１２ａの出力を受ける。第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの短い方の辺は、光路ＯＰ３に対し、右回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態においては、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１の一つずつを、回折（光路ＯＰ２）または直進（光路ＯＰ３）させて出力する。

第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一音響光学変調器１２ａの出力を受け、第一音響光学変調器１２ａの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態においては、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一パルスが直進（光路ＯＰ３）したものを受けて回折（光路ＯＰ１）または直進（光路ＯＰ３）させて出力し、第一パルスが回折（光路ＯＰ２）したものを受けて直進（光路ＯＰ２）させて出力する。

なお、第六の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３（光ファイバ（MMF）１８への入力）のタイミングチャートは、図７と同様である。

例えば、図１２および図７を参照して、光路決定部が第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図１２参照）を進行する。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図１２参照）を進行する。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図１２参照）を進行する。

これにより、光路決定部は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有し、かつそれぞれ位相が１２０度異なるパルスを出力する。

次に、第六の実施形態の動作を説明する。

まず、励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図７参照）として出力する。第一パルスＰ１は、光路決定部の第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに与えられる。タイミング制御回路１９が、光路決定部の出力タイミング（図７のＰ２ａ参照）を制御する。

光路決定部が第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ１を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（図７参照）。

光路決定部が第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ２を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（図７参照）。

光路決定部が第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ３を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（図７参照）。

これ以降の動作は、第三の実施形態と同様であり説明を省略する。

第六の実施形態によれば、第三の実施形態における音響光学偏向器１２０にかえて、音響光学変調器を２個（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）用いることで、第三の実施形態と同様に３種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。なお、音響光学偏向器よりも音響光学変調器（２個）の方が、レーザ光出力装置１への実装が容易で、低コストといった利点がある。なお、合波器（例えば、ダイクロイックミラー）が不要となる点は、第三の実施形態と同様である。

また、第六の実施形態においては、第三の実施形態と同じく、ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されているようにしてもよい。

なお、第六の実施形態においては、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の動作について、以下のような変形例が考えられる。

図１５は、第六の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。例えば、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１の一つずつを、回折（光路ＯＰ３）または直進（光路ＯＰ１）させて出力する。

ここで、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一音響光学変調器１２ａの出力を受け、第一音響光学変調器１２ａの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態の変形例においては、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一パルスが直進（光路ＯＰ１）したものを受けて直進させ（光路ＯＰ１）（回折させない点が第六の実施形態と異なる）、第一パルスが回折（光路ＯＰ３）したものを受けて回折（光路ＯＰ２）または直進（光路ＯＰ３）させて（回折させることがある点が第六の実施形態と異なる）出力する。

なお、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの短い方の辺は、光路ＯＰ３に対し、左回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

Ｐ１第一パルス
Ｐ２ａ第二パルス（波長変換前）
Ｐ２ｂ第二パルス（波長変換後）
Ｐ３第三パルス
ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３光路
１レーザ光出力装置
１０励起レーザ（パルスレーザ出力部）
１１光減衰器（ATT）
１２音響光学変調器（光路決定部）（AOM）
１２ａ第一音響光学変調器（ＡＯＭ）
１２ｂ第二音響光学変調器（ＡＯＭ）
１２０音響光学偏向器（AOD）（光路決定部）
１３凸レンズ（平行化部）（L1）
１４、１４ａ、１４ｂ波長変化部（PPLN）
１４２ＬＮ結晶基板
１４４分極反転部
１６アクロマートレンズ（集束部）（L2）
１６ａ凸レンズ
１６ｂ凹レンズ
１７フィルタ（F）
１８光ファイバ（MMF）
１８ｃコア
１８Ｅ端面
１９タイミング制御回路（タイミング制御部）

Claims

所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、
前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて複数の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する光路決定部と、
前記複数の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする平行化部と、
前記平行化部の出力を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する波長変化部と、
前記波長変化部の出力を受けて集束する集束部と、
前記集束部の出力をコアの端面で受ける光ファイバと、
を備え、
前記集束部が、前記波長変化部の出力を、前記コアの端面に集束するレーザ光出力装置。
請求項１に記載のレーザ光出力装置であって、
前記平行化部が凸レンズであるレーザ光出力装置。
請求項２に記載のレーザ光出力装置であって、
前記光路決定部の出力のいずれか一つが、前記平行化部の光軸を通過するレーザ光出力装置。
請求項１に記載のレーザ光出力装置であって、
前記集束部が凸レンズであるレーザ光出力装置。
請求項１に記載のレーザ光出力装置であって、
前記集束部がアクロマートレンズであるレーザ光出力装置。
請求項４または５に記載のレーザ光出力装置であって、
前記集束部から見て、前記コアの端面が、前記集束部の焦点よりも遠くに位置しているレーザ光出力装置。
請求項４または５に記載のレーザ光出力装置であって、
前記集束部の焦点距離をｆ、前記平行化部の出力の間の距離の最大値をＹｍａｘ、前記光ファイバの開口数をＮＡとしたとき、ＮＡ＞Ｙｍａｘ／（２ｆ）であるレーザ光出力装置。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変化部が、
前記平行化部の出力が伝播し、所定の間隔をあけて配置された分極反転部を有し、
前記所定の間隔が、前記平行化部の出力ごとに異なる、
レーザ光出力装置。
請求項８に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変化部が、
前記分極反転部が形成された非線形光学結晶基板を有し、
前記分極反転部の図心が、前記非線形光学結晶基板のＸ軸に平行な直線上に配置されている、
レーザ光出力装置。
請求項８に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変化部が、前記分極反転部の全てが形成された一つの非線形光学結晶基板を有するレーザ光出力装置。
請求項１０に記載のレーザ光出力装置であって、
前記平行化部の出力の全てが、共通の前記分極反転部を通過するレーザ光出力装置。
請求項８に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変化部が、
前記分極反転部が形成された非線形光学結晶基板を有し、
前記非線形光学結晶基板は、伝播する前記平行化部の出力ごとに設けられている、
レーザ光出力装置。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記光路決定部の出力を、前記第一パルスの出力のタイミングに合わせるタイミング制御部を備えたレーザ光出力装置。
請求項１ないし１３のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記光路決定部が、
前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて複数の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する第一音響光学変調器と、
前記第一音響光学変調器の出力を受け、前記第一音響光学変調器の出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路のいずれか一つに光路を決定して出力する第二音響光学変調器と、
を有するレーザ光出力装置。
請求項１４に記載のレーザ光出力装置であって、
前記第一音響光学変調器が、前記第一パルスの一つずつを、回折または直進させて出力し、
前記第二音響光学変調器が、前記第一パルスが直進したものを受けて回折または直進させて出力し、前記第一パルスが回折したものを受けて直進させて出力する、
レーザ光出力装置。
請求項１４に記載のレーザ光出力装置であって、
前記第一音響光学変調器が、前記第一パルスの一つずつを、回折または直進させて出力し、
前記第二音響光学変調器が、前記第一パルスが回折したものを受けて回折または直進させて出力し、前記第一パルスが直進したものを受けて直進させて出力する、
レーザ光出力装置。