JP2023507019A - 光源 - Google Patents

Abstract

光パルスの初期シーケンスを提供するパルス発生器であって、初期シーケンスが選択された期間内に選択された数の光パルスを含み、当該パルス発生器が発光源及び変調器を有する、パルス発生器と、初期シーケンスから導出された光パルスの第１及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための、第１及び第２光学アームと、を備える光源であって、第１光学アームは、初期シーケンスから第１シーケンスを生成する第１マニピュレータを含み、第１シーケンスは選択された期間内に第１の数の光パルスを有し、第１の数は初期数よりも大きく、第２シーケンスは選択された期間内に第２の数の光パルスを有し、第２の数は初期数と異なるかまたは初期数と等しく、光源は、第１シーケンス又は第２シーケンスを受容する非線形光学素子と、非線形光学素子による受容のために第１シーケンス又は第２シーケンスの何れかを切り替える光スイッチとをさらに備える、光源。

Description

本発明は、例えば、広帯域出力を有する光源及び／又は異なるモードで動作可能な光源などの光源に関する。

広帯域光源とは、一般に、例えば５０ｎｍ以上の広い波長帯域幅を有する光を出射する光源をいう。広帯域光源は、例えば、白熱灯又は蛍光灯を含むことができ、典型的には４００～１７００ｎｍの範囲の広いスペクトルを提供する。しかしながら、このような光源の場合、強度は、使用されるフィラメントの質又はガス励起の効率によって制限される。さらに、光は空間的にコヒーレントではないので、光をファイバに結合することは困難である可能性があり、その結果、低パワーで低輝度の光源となり、品質は中程度になる。前述の制限のうちの１以上は、多くの用途に対して最適ではない可能性がある。

スーパーコンティニウム生成は、しばしば、上記の制限の１以上を超える改善を提供することができる。スーパーコンティニウム生成は、非線形ファイバのような非線形光学素子を介した高パワー光、典型的にはパルスの伝搬による、広い、典型的には連続的なスペクトルの形成に関する。スーパーコンティニウムという用語は特定の現象をカバーするものではなく、むしろ、光学的パルスのかなりの広がりをもたらす、自己位相変調、ラマン散乱、位相整合、及びソリトン発生などの多数の非線形効果の少なくとも一部を含んでもよい。非線形光ファイバにおけるスーパーコンティニウム生成によって達成されるスペクトルは、典型的には、より広いスペクトル、例えば、いくつかの例では、白熱灯又は蛍光灯に関して４００～２４００ｎｍの範囲の波長を有するスペクトルをカバーし、より高い強度、シングルモードビーム特性、優れた指向安定性、及びレーザーの輝度の１以上を提供することができる。

広帯域光源は、分光学、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）、計測学、科学計測、バイオイメージング、半導体検査などの分野に応用されている。

本発明の目的は、異なる動作モードで動作可能な光源を提供することである。
また、本発明の目的は、非線形ファイバのパワー劣化を回避する光源を提供することである。

本目的は、以下に説明する実施形態に係る光源によって達成される。この目的は、添付の請求項１に記載されているような光源によって達成することができ、特定の好ましい実施形態は従属請求項に開示されている。

いくつかの実施形態では、光源は、光パルスの初期シーケンスを提供するためのパルス発生器を含み、光パルスの初期シーケンスは、選択された期間内に初期数の光パルスを有し、パルス発生器は、光学的パルスを生成するための発光源と、選択された期間内にパルス発生器によって提供されるパルスの初期数を増加又は減少させるために発光源と連通する変調器とを含む。光源は、光パルスの初期シーケンスから導出された光パルスの第１及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための第１及び第２光学アームをさらに含み、第１光学アームは、光パルスの初期シーケンスから光パルスの第１シーケンスを生成するように構成された第１マニピュレータを含み、光パルスの第１シーケンスは、選択された期間内に第１の数の光パルスを有し、第１の数は初期数よりも大きい。光パルスの第２シーケンスは、選択された期間内に第２の数の光パルスを有し、第２の数は、初期の数と異ってもよいが、典型的には、初期数以下である。光源はまた、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスを受容するように配置された非線形光学素子を含み、光源は、非線形光学素子が光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスを選択的に受容するように構成される。

非線形光学素子は、特に、当該非線形光学素子を通過する光パルスのシーケンスのスペクトルを広げるように構成することができる。したがって、非線形光学素子は、シーケンスのパルスから広帯域又はスーパーコンティニウムスペクトルを生成することができる。

光源は、スーパーコンティニウム光源などの広帯域光源を含んでもよい。
光パルスの第１シーケンスは、光パルスの第２シーケンスとは異なり、典型的には、非線形光学素子に対して、選択された期間あたりで光パルスの第２シーケンスより多くのパルスを提供する。したがって、光パルスの第１シーケンスが非線形光学素子に提供される場合、選択された期間あたりのパルスの数は光パルスの第１シーケンスにおいてより多いので、非線形光学素子は、光パルスの第２シーケンスから生成される広帯域スペクトルよりも高いパワーを有する広帯域スペクトルを生成する。光パルスの第１シーケンスは、非線形光学素子に入射する前に増幅されてもよい。これにより、第１シーケンス光パルスの総パワーが増加し、各パルスのピークパワーは、材料劣化が最小である所定の最大レベル未満に維持される。これは、非線形光学素子の劣化に関して特に重要である。特に、高パワー及び／又は高スペクトルエネルギー密度を有する広帯域光又はスーパーコンティニウム光を提供しながら、劣化を許容レベルに維持することができる。

したがって、光源は、例えば、第１光学アームからのパルスが非線形光学素子によって受容される場合には高パワーモードで動作し、第２光学アームからのパルスが非線形光学素子によって受容される場合には低パワーモードで動作することができる。したがって、光源は、ユーザがこれら２つの動作モードの間で選択することを可能にする一方、例えば、光源を用いて分光測定を行うことを可能にする。

広帯域光源は、非線形光学素子による受容のために、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように配置された光スイッチを含んでもよい。スイッチは、高パワーモード又は低パワーモードでの光源の動作を容易にすることができる。

高パワーモードは、スーパーコンティニウム光源が、例えば３５０ｎｍから８５０ｎｍまで、任意には少なくとも１２００ｎｍまで、又は少なくとも１３００ｎｍまでに及ぶ、全スーパーコンティニュウムスペクトルにわたって測定された５Ｗを超える（例えば６Ｗを超える、例えば１０Ｗを超える、及び２０Ｗを超える）総出力を提供する場合のモードとして解釈することができる。高パワーモードは、少なくとも３５０ｎｍから少なくとも８５０ｎｍまでの全可視スーパーコンティニュウムスペクトルにわたって測定された０．５Ｗを超える（例えば１Ｗを超える、例えば２Ｗを超える、例えば５Ｗを超える、例えば１０Ｗを超える）総パワーを提供するスーパーコンティニウム光源のモードであってもよい。

高パワーモードは、少なくとも１２００ｎｍから少なくとも１３００ｎｍまで延びるスーパーコンティニュウムスペクトルの部分内の少なくとも１０ｎｍの範囲にわたって測定された、１０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度（例えば２０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば２５ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば５０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度）を提供するスーパーコンティニウム光源のモードであってもよい。

スーパーコンティニウム光源の高パワーモードは、少なくとも３５０ｎｍから少なくとも８５０ｎｍまで延びる可視スーパーコンティニウムスペクトル内の少なくとも１０ｎｍの範囲にわたって測定された、１ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度（例えば２ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば５ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば１０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば２０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度）を提供することができる。

一実施形態では、光スイッチは、１つの入力及び２つの出力を有し、光パルスの初期シーケンスを第１光学アーム又は第２光学アームの何れかに選択的に供給するように配置される。

このように、本実施形態では、光源の異なる動作モード間での切り替えを行うことが可能であり、特に、光パルスの初期シーケンスを第１光学アームに与えるようにスイッチを設定することによって高パワー動作モードに切り替えることができ、光パルスの第２シーケンスを第２光学アームに与えるようにスイッチを設定することによって低出力動作モードに切り替えることができる。

一実施形態では、光スイッチは、２つの入力及び１つの出力を有し、光パルスの第１シーケンス及び光パルスの第２シーケンスを受容して、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを選択的に非線形光学素子に供給するように構成される。したがって、スイッチの設定に依存して、非線形光学素子は、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスを受容するように構成され、光源は、低パワーモード又は高パワーモードで動作するように選択することができる。

したがって、スイッチは、第１及び第２光学アームの後に配置され、両アームからの出力を受容することができる。非線形光学素子に提供されない、光学アームから受け取った光パルスは、例えば、光学ダンプに導くことができる。

変調器は、好ましくはスイッチ設定に依存して、発光源を変調して、パルス発生器によって提供される選択された期間内の初期パルスの数を変化させることができ、したがって、高パワーモードと低パワーモードとの間のコントラストを増加させることができる。例えば、選択された期間内の光パルスの初期数は、パルスの第１シーケンスが非線形素子に送達されるときの方が、光パルスの第２シーケンスが非線形素子に送達されるときよりも高くなるように、変調器を動作させることができる。

いくつかの実施形態において、変調器は光変調器を含んでもよく、光変調器は発光源と光学的に連通し、かつ発光源の光学的な下流に配置されてもよい。このような変調器は、パルスピッカーを含んでもよく、又はパルスピッカーからなるものであってもよい。パルスピッカーは、初期繰り返し率を有する光パルスの初期シーケンスから、初期繰り返し率と等しいかそれより低い繰り返し率を有する光パルスの第２シーケンスを生成することができる。パルスピッカーは、パルスシーケンス中のいくつかのパルスを「取り出す（pick）」か又は選択し、それによって、パルスの初期シーケンスの繰り返し率を減少させる（又は、すべてのパルスが選択されている場合は、変更されないままにする）装置である。音響光学変調器又は電気光学変調器をパルスピッカーとして使用してもよい。

いくつかの実施形態において、変調器は、発光源が光学的パルスの初期シーケンスを生成するためのレーザーダイオードを含む場合のように、発光源を電気的に変調する変調器を含んでもよい。

発光源は、光学的パルスを生成するためのレーザーダイオードを含んでもよい。光源は、光学的パルスを生成するためのモードロックファイバレーザーを含んでもよい。
一実施形態では、パルス発生器は、光パルスの初期シーケンスをスプリッタに供給することができ、スプリッタは、光パルスの初期シーケンスを第１及び第２光学アームに供給するように構成することができる光スプリッタを含んでもよい。両アームの光パルスの強度は５０％に低減でき、光スプリッタは５０／５０スプリッタとなる。しかし、他の分割態様にすることも可能である。

スプリッタは、前述した第１及び第２光学アームの後に配置された光スイッチと共に使用してもよい。
一実施形態では、スイッチは、入力及び出力を有するスイッチを含み、光学アームの１つは、このようなスイッチをインラインで含む。第２光学アームがスイッチング機能を有することができる第２マニピュレータを備える場合のように、光学アームの一方がスイッチとしても機能することができる構成要素を含む場合、他方のアーム、すなわち第１アームは、スイッチをインラインで備えることができる。スイッチ及び第２マニピュレータのスイッチング機能は、反対の態様で、すなわち、一方が「オフ」の時に他方が「オン」になるように、及びその逆になるように、動作することができる。

一実施形態では、各光学アームは、ライン内に（すなわち、アームの光学経路と直列に）それ自身のスイッチを備え、各スイッチは入力及び出力を有する。これらのスイッチは、一方が「オフ」の時に他方が「オン」になるように、及びその逆になるように、反対の態様で動作することができる。

前述のようなスプリッタは、光パルスの初期シーケンスを第１及び第２光学アームに提供するために、１以上のインラインスイッチが使用される場合に使用されてもよい。
したがって、非線形光学素子による受容のために光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように構成されたスイッチは、例えば、それぞれが光学アームの１つだけをスイッチする１以上の２ポートインラインスイッチと、光学アームの間で選択することができる３ポートスイッチとを含む。

初期光パルスからの広帯域スペクトルの生成と比較して、光パルスの第１シーケンスが期間あたりにより多くのパルスを含み、増幅が初期光パルスの第１シーケンスパルスへの分割を補償するために適用され得るので、光パルスの第１シーケンスから生成される広帯域スペクトルのパワーはより高くすることができる。広帯域スペクトルを生成する光パワーをより多くのパルス（パルスの第１シーケンス）にわたって分布させることにより、非線形光学素子の劣化を実質的に増加させることなく、高パワーの広帯域スペクトルを生成することができる。

生成されたスペクトルのパワーを増加させる別の方法は、パルスの初期シーケンスにおけるパルスのピークパワーを増加させることである。しかし、非線形光学素子を通過するパルスの高いピークパワーは、非線形光学素子の劣化を加速したり、非線形光学素子を損傷したりすることさえあり得る。したがって、第１光学アーム及び第１マニピュレータを用いることにより、非線形光学素子を損傷するリスクを低減しつつ、より高いパワーで広帯域光を発生させることができる。

用途によっては、光源の異なる動作モード、例えば高パワー動作モードと低パワー動作モードとの間で選択できることが望ましい。蛍光分光法の用途では、例えば、ブリーチング実験には高強度スペクトルが必要であるが、寿命測定には低強度スペクトルが必要であり、これらの２つの動作モード間を切り替えることができることが望ましい。一態様では、本発明は、高パワーモードで使用される光源を利用する蛍光分光法のための方法に関し、当該方法は、測定データを記録するために分析すべき物を照射するステップの前に、ブリーチングするステップを含む。そして、光源は、ブリーチングステップ中には高パワーモードで動作し、照射ステップ中には低パワーモードで動作する。これは、例えば、生物学的サンプル中の特定の分子に付着したフルオロフォアマーカーの初期の迅速なブリーチングが、データの記録に影響しないという、利点を提供することができる。

第１マニピュレータは、初期繰り返し率を有する光パルスの初期シーケンスから、初期繰り返し率よりも高い繰り返し率を有する光パルスの第１シーケンスを生成するように構成されてもよい。第１マニピュレータは、例えば、繰り返し率を２倍にするように構成することができる。

いくつかの実施形態において、第１マニピュレータは、光パルスの初期シーケンスの各パルスを所与の数のパルスに分割し、それによって所与の数の光パルスのサブシーケンスを生成するように構成されたパルススプリッタを含み、該所与の数の光パルスのサブシーケンスは、光パルスの第１サブシーケンスを含む。パルススプリッタは、光パルスの第１サブシーケンスに対して選択された期間、光パルスの残りのサブシーケンスの各々を遅延させるように構成することができる。パルス結合器は、さらに、光パルスの第１サブシーケンスと、さらなる遅延された光パルスのサブシーケンスとを結合し、それによって、光パルスの第１シーケンスを生成するように構成されてもよい。

光パルスの第１シーケンスは、例えば、バーストのシーケンスで構成することができ、各バーストは複数のパルスを含む。
したがって、第１マニピュレータは、光パルスの初期シーケンスの繰り返し率を増加させるか、又はパルスのバーストを生成することができる。

パルスバーストはエンベロープを有してもよい。パルスバーストは、パルスバースト繰り返し率、パワーサイクル、パルス間時間間隔、及びパルスバースト内の個々のパルスの繰り返し率によって特徴付けられてもよい。

変調器は、パルスの初期シーケンスの繰り返し率を変化させるなどして、選択された期間内のパルスの初期数を変化／変動させることができ、その結果、第１光学アームがパルスの初期シーケンスの受容のために選択され、かつ、非線形光学素子が光学的パルスの第１シーケンスを受容する場合、パルスのバーストの数又はパルスバーストの繰り返し率は、第２アームが非線形素子への受容及び送出のために選択される場合とは異なる。高パワーモードと低パワーモードとの間のコントラストを増大させるために、第１アームが選択されたときには、第２アームが選択されたときよりも、初期パルスの数又は初期パルスの繰り返し率を高くすることができる。したがって、第１マニピュレータは、パルスの第１シーケンスにおいて、より大きい数のパルスを、より大きい数のパルスに、又はより大きい繰り返し率に増加させる。

いくつかの実施形態において、光源は、例えば、第１マニピュレータが、パルスの初期シーケンスにおけるパルス間の時間間隔よりも十分に小さい、パルスの第２シーケンスにおける個々のパルス間の時間間隔を生成するように構成されている場合のように、光パルスの第２シーケンスがパルスのバーストを含むように動作することができる。

パルスバーストはエンベロープを有してもよい。パルスバーストは、パルスバースト繰り返し率、パワーサイクル、パルス間時間間隔、及びパルスバースト内の個々のパルスの繰り返し率によって特徴付けられてもよい。パルスバースト内の個々のパルスは、サブパルスと呼ぶことができる。

第１マニピュレータのスプリッタは、光パルスのサブシーケンスを遅延させるための異なる長さを有する光ファイバを含んでもよい。光パルスのサブシーケンスの各々は、異なる光ファイバに沿って進むことができる。それらの異なる長さのために、異なるサブシーケンス内のパルスは、互いに遅延される。

一実施形態では、第２光学アームは、光パルスの第１シーケンスに対応する光パルスの第２シーケンスを伝搬するための少なくとも１つの光ファイバを含み、好ましくはマニピュレータを含まない。したがって、第２光学アームは、パルス発生器と非線形光学素子との間の光学的連通を提供するためのファイバリンクを提供することができ、その結果、光パルスの第２シーケンスと呼ばれる光パルスの初期シーケンスを、非線形光学素子に、特に広帯域又はスーパーコンティニュウム生成のために提供することができる。したがって、第２光学アームは、第１光学アームをバイパスすることになり、第２光学アーム内にマニピュレータが配置されない。

しかしながら、一実施形態では、光源が第２マニピュレータを含むことができ、第２光学アームが第２マニピュレータを含むことができる。
第２マニピュレータは、光パルスの第２シーケンスが、光パルスの初期シーケンスとは異なる数のパルスを、典型的には初期数と同じ数又は初期数未満の数で、選択された期間あたりに含むように、光パルスの第２シーケンスを生成するように構成することができる。

非線形光学素子は、非線形光ファイバ、特に微細構造光ファイバであってもよい。
微細構造ファイバは、長手方向に延在する特徴的な配列を含み、特徴のうちの１以上は、当該特徴を取り囲む材料とは異なる屈折率を有する。特徴的な配列は、ファイバによって伝搬される光を案内するように機能する。微細構造光ファイバは、コア領域とクラッド領域とを含み、クラッド領域は典型的には特徴的な配列を含み、この特徴は典型的にはボイドを含む。異なるタイプの微細構造ファイバは、異なる物理的メカニズムによって動作可能である。例えば、一部の微細構造ファイバでは、長手方向に延在する特徴的な配列は、光がクラッド内に存在できず、したがってコアに閉じ込められるようなフォトニックバンドギャップを提供し、他の微細構造ファイバにおいては、長手方向に延びる特徴的な配列は、従来のファイバの全内部反射と同様に、光をコアに閉じ込めるための指標案内機構を提供する。微細構造ファイバは他の機構にも依存する。微細構造ファイバは中空又は中実コアを有することができる。例えば、フォトニックバンドギャップタイプの微細構造ファイバは、中空コアを有することが多い。

微細構造光ファイバは、例えば、フォトニックバンドギャップファイバとすることができる。
選択された期間は、ｎ＊Ｔに等しくすることができ、ここで、ｎは自然数であり、Ｔは光パルスの初期シーケンスのパルスのパルス繰り返し率の逆数である。

選択された期間は、Ｔ／ｎに等しくてもよい。特に、パルスの第１シーケンスがパルスのバーストを含む実施形態では、バースト内のすべてのパルスは、Ｔの分数である所定期間内に含まれてもよい。すなわち、この実施形態では、選択された期間内でパルスの数が増加される。

特に非線形ファイバに所望のパワーを供給するために、少なくとも１つの増幅器を非線形素子の上流に配置することができる。例えば、パルス発生器は、ファイバ増幅器などの増幅器を含んでもよい。

増幅器は、スイッチの設定に応じて、第１又は第２パルスシーケンスを増幅して、各パルスのシーケンス内のパルスのピークパワーが選択された最大レベルを下回るように構成することができる。これにより、材料劣化を緩和し、非線形光学素子の損傷を回避することができる。

いくつかの実施形態において、光パルスの第１シーケンス及び光パルスの第２シーケンスは、両方のシーケンスにおけるパルスのピークパワーが（少なくとも実質的に）同じであるように生成することができる。

いくつかの実施形態では、選択されたパルスのエネルギー又はピークパワーを制御することができる。例えば、非線形光学素子に供給されるパルスのピークパワー又はエネルギーは、所定の閾値レベル未満、すなわち所定の最大レベル未満のレベルに制御することができる。最大レベルは、非線形光学素子の損傷又は劣化が生じないように、又は低減されるように、あるいは、許容可能なレベル内に低減されるように、選択されてもよい。非線形光学素子の劣化は通常連続的なプロセスである。高いピークパワー又は非線形光学素子を透過するパルスのエネルギーは、低いピークパワーを有するパルスよりも高い劣化を引き起こす。劣化率は非線形なこともあり、したがって、高いピークパワーは、非線形光学素子に深刻な損傷又は劣化を引き起こし得る。換言すれば、所定の最大レベルは、このレベル以下のピークパワー及びエネルギーについて、非線形光学素子、ひいては光源の長い寿命を保証するのに、非線形光学素子の劣化が十分に低い大きさに維持されるように、設定される。したがって、光パルスの第１シーケンスにおいて、選択された期間毎に予め定められた最大値を下回るピークパワーを有するより多くのパルスを有することは、非線形光学素子の寿命を増加させ、非線形光学素子の損傷を回避するのに役立つ一方、選択された期間において高パワー出力を得ることができる。

前述したように、いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーは、実質的に同じままであるように、及び／又は、所定の最大レベルを超えないように制御することができる。制御は、本発明のように、単位時間あたりのパルスの数が変化し得る場合に望ましい。例えば、本発明は、１以上の増幅器を含んでもよい。増幅器は、典型的には、信号を増幅するために光信号に伝達するエネルギーを提供するために、レーザーダイオードなどによって光学的にポンピングされる。単位時間あたりに増幅されるパルスの数を非常に頻繁に減少させると、時間間隔にわたって送達される光ポンプパワーのエネルギー量がより少ない増幅パルスに分配されるので、パルスあたりのエネルギー又はピークパワーが増加する傾向がある。

したがって、増幅器自体による変動を補償するためであれ、又は他の考慮事項に応答するためであれ、パルスの光エネルギー又はピークパワーを制御する１つの方法は、例えば、ポンプレーザー又は増幅器をポンピングするレーザーを制御するなど、増幅プロセスを制御することである。例えば、増幅されるパルスエネルギー又はピークパワーの典型的な増加を補償するためにより少ないパルスが増幅されるとき、光ポンプパワーを低減することができる。

いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御するために、ＡＯＭ（音響光学変調器）又はＥＯＭ（電気光学変調器）などの可変光減衰器又は変調器を使用してもよい。

ＡＯＭ又はＥＯＭの制御は、増幅の制御と併せて行うことができる。
光源は、パルスをサンプリングするように構成することができ、例えば、検出器を用いてパルスをサンプリングする。非線形光学素子に送達されるパルスは、それらの送達の前にサンプリングすることができ、制御は、サンプリングされたパルスエネルギー又はパルスのピークパワー又はパルスのバースト（例えば、検出器が個々のパルスに応答しない場合）に応答することができる。ルックアップテーブルに応答して、又は公式又はアルゴリズムに応答して、又は光源の選択された動作に応答して、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御することも可能である。このような制御は、検出器を用いた前述のフィードバック制御と併用してもよいし、又はそれとは独立して行ってもよい。例えば、パルスが、パルスの数又は繰り返し率を増加させる光学アームに向けられる場合、パルスのパルスエネルギー又はピークパワーは、少なくとも部分的に、予測可能な方法で変動し得る。パルスマニピュレータがパルススプリッタを含む場合、例えば、分割パルスはそれぞれ、パルスが分割されたパルスよりも少ないエネルギー又はピークパワーを有する。したがって、パルスのピークパワーのパルスエネルギーは、パルスを伝搬するように選択された光学アームに少なくとも部分的に応答して制御することができる。パルスが分割されるとき、増幅は、増加させることなどによって調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスのピーク又はエネルギーは、例えば、パルスがマニピュレータにおいて分割されるようにスイッチされるときに、パルスエネルギー又はピークパワーを増加させるように下流側の光増幅器のゲインを調整することによって、スイッチの設定に応じて制御することができる。同様に、パルスは、マニピュレータ又は変調器の動作に応答して制御することができる。用途に応じて、光源の任意のパルス、例えば、発光源からのパルス、パルスの初期シーケンス、パルスの第１又は第２シーケンスなどをサンプリング及び／又は制御することができる。光源は、所望の制御を提供するために、前述の要素又は構成要素の１以上と適切に連通するコントローラ（図示せず）を含んでもよい。コントローラは、光源の少なくとも１つの増幅器によって提供される光スイッチ設定及び／又は増幅を制御するように構成されてもよい。

マルチポート光学部品（「ＭＯＣ」とも呼ばれる）は、本明細書で使用される用語として、少なくとも１つの入力及び少なくとも２つの出力を有するか、又は、少なくとも１つの出力及び少なくとも２つの入力を有する、光学部品を意味する。スイッチ、結合器及びスプリッタは、マルチポート光学部品の例であってもよい。

いくつかの実施形態では、光源は少なくとも第１ＭＯＣを含み、第１ＭＯＣは、光学アームと光学的に連通し、配置された光学的パルスを光学アームに送達するか、又は光学アームから光学的パルスを受容する。光源は、第２ＭＯＣを含むことができ、第１ＭＯＣは、光学的パルスをアームに送達するためにパルス発生器及び光学アームと光学的に連通し、第２ＭＯＣは、光学アーム及び非線形光学素子と光学的に連通し、非線形光学素子に送達するために光学アームからパルスを受容する。スイッチは、ＭＯＣの１つで構成できる。

いくつかの実施形態では、光源は、スーパーコンティニウム光などの広帯域光を生成する。
本出願に開示された全ての特徴は、前述の光源と併せて使用することもできる。

本発明はまた、特に材料処理のための材料サンプルを照射するための装置に関し、当該装置は、本発明に係る光源と、材料サンプルのためのホルダとを含み、ホルダは、材料を保持するように構成され、光源の使用時に、材料サンプルは、光源の非線形光学素子から出射される広帯域光又はスーパーコンティニウム光で照射される。

本発明はまた、物体の光学的分析のためのシステム及び／又は物体の少なくとも１つのパラメータの光学的測定のためのシステムに関する。
いくつかの実施形態では、光学的分析及び／又は測定のためのシステムは、
前記光源が前記物体を照射するように配置されている、実施形態の１つに係る光源と、
照射された前記物体から受容した光を検出するための検出器と、
検出された前記光を分析し、それから前記物体の少なくとも１つのパラメータを導出するように構成された分析器と、を備える。

スペクトル的に広い連続光源を提供する、スーパーコンティニウム光源のような広帯域光源は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）、白色光干渉法、分光法、光周波数測定法、蛍光顕微鏡法、蛍光寿命測定（ＦＬＩＭ）、ハイパースペクトルイメージング、フローサイトメトリー、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡法及び二光子蛍光顕微鏡法のために構成されたシステムのような、光学的分析及び測定のための多くのシステムにおいて有用である。

いくつかの実施形態では、システムは、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）などの白色光干渉法に基づくシステムなど、分析対象から反射された光を測定するように配置された反射モード測定システムである。有利には、システムは、時間領域、周波数領域又は掃引されたソースＯＣＴに基づく。

例えば、患者の皮膚又は眼のＯＣＴ分析のように、光が分析対象物の表面下領域を調べる用途では、より高いパワーであれば、対象物のより深い部分を同じ持続時間内に調べることができたり、より速く分析できたりする。

一実施形態では、光学的分析のためのシステムは、ヒト又は動物の体の部分のインビボ、エクスビボ及び／又はインビトロ測定のために構成される。
本システムは、年齢関連黄斑変性（ＡＭＤ）、糖尿病性網膜症又は緑内障の診断のような、異なる眼科分析及び治療に応用できる。いくつかの実施形態において、本システムは、屈折眼の状態を補正するためのレーザー眼手術（ＬＡＳＩＫ）など、屈折眼の補正を行うための治療に関連した診断に使用される。いくつかの実施形態では、システムは、人間の眼の内側のボーマン層の境界を測定するために使用される。

いくつかの実施形態において、本システムは、製品の特性評価及び／又は仕分け及び／又は品質検査のために使用される。広帯域光源のより高いパワーは、製品のより大きな検査領域、及び／又は、深さ、及び／又は、より速い光学的分析から規定される、より大きな検査ボリュームを可能にする。

一実施形態では、測定システムは、半導体材料、例えば窒化物含有材料の分析及び品質検査に使用される。
本光源及び開示された光源を組み込んだシステムの１つの利点は、単独の光源のみで２つの動作モード（高パワーモードと低パワーモード）を提供できることである。従来技術の光源は、高パワーモード又は低パワーモードを提供することができるか、又は光源が非線形光学素子に入射されたパルスのピークパワーを単に増加させることによって動作する場合には、寿命を著しく短縮させることになる。本発明は、長寿命の汎用光源を提供することができる。

本発明はまた、測定すべき物の少なくとも１つのパラメータを光学的に測定する方法に関する。いくつかの実施形態では、当該測定方法は、
実施形態の１つに係る測定システムを提供することと、
前記測定システムの光源から生成される広帯域スペクトルの少なくとも一部を分析すべき前記物を照射することと、
検出器によって前記物からの光を検出することと、
前記物の少なくとも１つのパラメータを導出するために検出された前記光を分析することと、
を含む。

いくつかの実施形態では、前記照射ステップと前記検出ステップとは同時に実行される。これは、例えば、システムがＯＣＴ測定又は吸収分光法のために構成されていて、受容された光に対する物の光学的応答が瞬間的な場合である。

いくつかの実施形態では、検出ステップは、照射ステップの後に実行される。これは、例えば、システムが蛍光測定のために構成されていて、受容された光に対する物体の蛍光応答がわずかに遅延されている場合である。

いくつかの実施形態では、分析方法は、照射ステップの前にブリーチングステップを含み、光源は、ブリーチングステップの間には高パワーモードで動作し、照射ステップの間には低パワーモードで動作する。これは、例えば、生物学的サンプル中の特定の分子に付着したフルオロフォアマーカーの初期の迅速なブリーチングを有利に提供することができる。

本発明はまた、広帯域光又はスーパーコンティニウム光でサンプルを照射するための本発明に係る光源と、前記サンプルからの光を検出するための少なくとも１つの検出器とを含む、サンプル上で分光を行うための分光システム及び／又は装置に関する。検出器の積分時間は、パルス及び／又はパルスのバーストの持続時間を超えることが好ましい。したがって、検出器はパルス又はバーストの構造を「見る」ことはない。ただし、バーストは全体として検出可能である。これは、特に、低パワー信号の検出に有利である。積分時間は、２以上のバーストを含まないことが好ましい。いくつかの実施形態では、積分時間は、複数のバーストを含むことができ、すなわち、バースト間の時間より長くすることができる。積分時間はパルスの持続時間より長くてもよいが、パルスのバーストの持続時間より短くてもよい。

分光システムは、例えば、高密度又は厚い材料を分析するために使用してもよい。
以下、本発明を、添付図面に示された例示的な実施形態を参照して、例示のみを目的として説明する。図面は概略的に示している。

一実施形態に係る光源の図。 別の実施形態に係る光源の図。 図１又は図２の実施形態において使用可能なマニピュレータの一例。 図１又は図２の光源の特定の実施によって発生し得る光パルスのシーケンスを概略的に示す。 図１又は図２の光源の特定の実施によって発生し得る光パルスのシーケンスを概略的に示す。 図１又は図２の光源の特定の実施によって発生し得る光パルスのシーケンスを概略的に示す。

図１は、少なくとも２つの異なるパワーモードで動作可能な光源１を示す。パルス発生器２は、第１構成要素（例えば発光源３）と、第２構成要素（例えば変調器４）とを含み、フェムト秒、ピコ秒又はナノ秒のオーダーのパルス幅を有するパルスの初期シーケンス５を生成する。光パルスの初期シーケンス５は、選択された期間又は初期期間ｎ・Ｔ内に初期数の光パルスを含み、ここで、ｎは１、２、３などの自然数であり、Ｔは、パルスが規則的であるときのパルス期間であってもよく、この場合、Ｔは、光パルスの初期シーケンスのパルス繰り返し率に反比例する。

パルス発生器２の一方の構成要素は発光源を含み、他方の構成要素は初期期間内に光パルスの初期数を変化させる変調器を含む。例えば、一実施形態では、第１構成要素３は、第２光学部品４によって構成される、ゲインスイッチされたレーザーダイオードのような、レーザーダイオードなどの発光源を電気的に変調する変調回路を含む。別の実施形態では、第２構成要素４は、第１構成要素によって構成される発光源の光学的な下流に位置する光変調器を含む。

光変調器は、パルスピッカーを含んでもよいし、パルスピッカーからなってもよい。パルスピッカーは、パルスのシーケンス内のいくつかのパルスを「取り出す（pick）」か又は選択し、それによって、受容されたパルスの繰り返し率を減少させる（又は、すべてのパルスが選択されている場合には、変化させない）装置である。パルスピッカーは標準的な光学装置であり、音響光学又は電気光学変調器をこの目的に使用してもよい。

発光源はまた、一般に第１又は第２構成要素としてのレーザー、例えばモードロックファイバレーザーのような、モードロックレーザーを含んでもよい。また、パルス発生器２は、ファイバ増幅器等の前置増幅器として機能する光増幅器（図示せず）を備えることができる。

パルス発生器２に続いて、図１に示された実施形態では、マルチポート光学部品（ＭＯＣ）６は光スイッチを含み、スイッチ６を適宜設定することによって第１光学アーム７又は第２光学アーム８を切り替えることにより、光パルスの初期シーケンス５を切り替えることを可能にする。

第１光学アーム７は、第１マニピュレータ９を含み、第１マニピュレータ９は、例えば遅延線装置を含んでもよい。以下、この装置について詳細に説明する。マニピュレータ９は、パルスの初期数に対して選択された期間ｎ・Ｔ内のパルスの数を増加させることにより、光パルスの初期シーケンス５の繰り返し率を増加させることができる。図３に示され、以下に詳細に説明されるように、マニピュレータはまた、第１シーケンス１０を概略的に示す光パルスの第１シーケンスを生成することができる。

第２光学アーム８は、受容されたパルスの数又は受容されたパルスの繰り返し率を変化させず、したがって、パルスの初期シーケンス５に対応するパルスの第２シーケンスを伝搬する光ファイバを含んでもよい。したがって、パルスの第２シーケンス１１の概略図１１は、光スイッチ６によって第２アーム８に向けられたときのパルスの初期シーケンス５も概略的に示す。

「上流」のＭＯＣ６から光学的に「下流」に配置されたＭＯＣ１２は、図１に示される実施形態では、結合器を含む。ＭＯＣ／結合器１２は、第１光学アーム７の出力及び第２光学アーム８の出力の両方と光学的に連通している。

少なくとも１つのオプションの増幅器１３は、結合器１２に追従して、信号を所望の出力レベルに増幅する。次に、増幅器１３からの信号が非線形光学素子１４に供給され、非線形光学素子は光学的パルスを広げ、広帯域スペクトルを有する出力パルスを形成する。少なくとも１つの増幅器１３は２つの増幅器であってもよい。

非線形光学素子１４は、例えば、非線形光ファイバ、特に非線形微細構造光ファイバである。非線形光学素子はスーパーコンティニウムを生成できる。
生成されたスーパーコンティニウムの出力パワーは、パルス繰り返し率に依存することができ、より一般的には、非線形光学素子１４に提供される期間あたりのパルスの数に依存することができる。ユーザは、第１光学アーム７を選択することにより、広帯域光源１の高パワーモードを選択する一方、第２光学アーム８を選択することにより、広帯域光源１の低パワーモードを選択する。

スーパーコンティニウムの出力パワーは、特に、スーパーコンティニウム生成のために使用されるパルスのピークパワーが実質的に一定であるか、又はあるレベル未満である場合に、パルス繰り返し率に依存する。選択されたパルスのピークパワー又はエネルギーは、前述のように制御することができる。例えば、光パルスの初期シーケンス５のパワーは、非線形光学素子に送達されるパルスのピークパワーを一定に保つように変更することができる。したがって、光パルスの第１シーケンス１０及び光パルスの第２シーケンス１１は、選択された期間内に異なる数の光パルスを有するが、パルスのピークパワーは同じであってもよい。これは、例えば、光スイッチの設定に応答して光パルスの初期シーケンスを生成するために使用されるポンプパワーを調整するなど、前述の技術の何れかによって達成することができる。これに代えて、又はこれに加えて、増幅器１３のゲインは、例えば、パルスのピークパワーが所望のように制御されるように、増幅器１３の光ポンピングを制御することによって、制御されてもよい。

図２は、図１の光源の実施形態を概略的に示す図であり、第１光学部品３は、例えば、レーザーダイオード又はモードロックファイバレーザーなどの発光源を含み、第２光学部品４は、発光源３の光学的な下流に位置する光変調器４を含む。変調器４は、パルスの初期シーケンス５が発光源３によって生成されたすべてのパルスを含まないように、発光源３によって生成されたパルスシーケンス１５をパルス選択することができる。光学的パルスの第２シーケンス１１は、図２に示される実施形態におけるように、光学的パルスの初期シーケンス５を表し、第１光学アーム８は、パルスを追加又は除去する構成要素を含まない。しかしながら、本明細書の開示に基づいて、パルスの初期シーケンス５は、パルスの初期シーケンスが発光源によって直接生成されるように、発光源を電気的に変調する変調器によっても生成され得ることが、当業者によって理解されるであろう。この場合、第１光学部品３は変調器回路を含み、第２部品４は電気的に変調された発光源を含む。

図３に、第１マニピュレータ９の構成例を示す。光パルスの初期シーケンス５（このシーケンスの１つのパルスだけが図３に示されている）は、第１マニピュレータ９に入り、パルススプリッタ１７によって光パルスの少なくとも２つのサブシーケンスに分割される。図３のパルススプリッタが１つの入力と４つの出力を有するので、光パルスの４つのサブシーケンスが図３に示されている。パルススプリッタの入力ポート：出力ポートの比は、典型的には、１：２、１：４、１：８、１：１６等である。

図３に示す装置では、４つの光学アーム１９，２０，２１，２２が採用されている。第１アーム１９には遅延が挿入されていない。第２アーム２０には、１つの遅延線１６が挿入されている。第３アーム２１には２つの遅延線１６が挿入され、第４アーム２２には３つの遅延線が挿入される。合成器１８は、異なる光学アーム１９，２０，２１，２２から発信される信号を合成する。結果として得られる信号は、パルスバースト１０のシーケンスとすることができる。

第１マニピュレータ９のアームの数及び光学アーム１９～２２の遅延を変化させることによって、図２に示すように、光パルスの初期シーケンス５の繰り返し率を増加させてパルス１０を生成すること、及び／又は後述するパルスのバーストを生成することが可能である。このような信号を増幅して非線形光学素子１４に入射させると、光スイッチの他方のポート、すなわち第２アーム８につながるポートを選択することによって生成される出力パワーに対して、より高い出力パワーを有する広帯域スペクトルが生じる。したがって、第１マニピュレータ７に至る光スイッチのポートが選択されたときには、高パワーモードが選択される。

前述したように、４つの光学アーム１９，２０，２１，２２は、１つの遅延線が第２光学アーム２０に挿入され、２つの遅延線が第３光学アーム２１に直列に挿入され、３つの遅延線が第４光学アーム２２に直列に挿入された、同じ長さの光ファイバによって形成することができる。あるいは、４つのアームは、異なる長さの４つの異なる光ファイバによって形成されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態において、光源は、パルスバーストを生成するように構成することができる。図２を参照して、第１光学アームが選択され、パルスの初期シーケンス５が第１光学アーム７に送達されて、非線形光学素子１４が光パルスの第１シーケンスを受容することを考える。図４～図６を参照すると、パルス発生器２によって出力される光パルスの初期シーケンス５の例を、図５に時間に対するプロットとして概略的に示す。図４と比較すると分かるように、パルスピッカーであり得る変調器４は、発光源３によって生成されたパルス１５の５パルスのうちの１パルスのみが第１マニピュレータ９に提供されるように構成されている。残りのパルスは、変調器４内に配置された光ダンプに吸収されてもよい。したがって、記載された例では、光パルスの第１シーケンス５は、発光源によって提供されるパルス１５の繰り返し率に関して因数５倍だけ減少した繰り返し率を有する。例えば、２、３又は４のような任意の因子による繰り返し率の低減も可能である。また、変調器／パルスピッカー４は、光パルスのシーケンス１５からパルスを不規則に「取り出す（pick）」するように構成され、それによって、規定された繰り返し率を持たない光パルスの初期シーケンス５を生成することも可能である。

図５に関して見られるように、光パルスの初期シーケンス５は、選択された期間Ｔ内に第１の数の光パルスを含む。例えば、選択された期間は、光パルスの初期シーケンス５のパルスのパルス繰り返し率Ｒの逆数のｎ倍であると仮定することができる。図５に示されるように、ｎ＝１であるので、Ｔ＝１／Ｒである。これは、図５の例に従った光パルスの初期シーケンス５において、期間Ｔ内に１つのパルスがあることを意味する。初期シーケンス５は、第１マニピュレータ９の前に配置された増幅器によって増幅することができる。そのようなシーケンスは、所定の最大レベル、すなわち非線形光学素子の損傷閾値を超えるピークパワーを有してもよく、これは、光パルスの初期シーケンスの繰り返し率を増加させる第１マニピュレータの後の場合は該当しない。増幅は、非線形光学素子に提供される総光パワーを増加させることができる。これにより、非線形光学素子を急速に劣化させるような高いピークパワーを使用することなく、高パワースーパーコンティニウムを提供することができる。

光パルスの初期シーケンス５は、光パルスの初期シーケンス５から光パルスの第１シーケンス１０を生成するように構成された第１マニピュレータ９に提供される。
図６は、図５の光パルスの初期シーケンス５から生成される光パルスの第１シーケンス１０の例を概略的に示す。図６に見られるように、第１マニピュレータ９は、初期シーケンス５のパルス２９から、パルス間に比較的短い時間遅延を有する２以上の個別パルスからなるパルスのバースト３１を生成する。したがって、期間あたり（例えばＴ）あたりでは、光パルスの第１シーケンス１０における光パルスの数は、光パルスの初期シーケンス５における光パルスの数よりも大きい。このようなパルスのバースト３１は、バースト３１内の個々のパルスを分解できない検出器で検出することができる。光パルスの初期シーケンス５が増幅されていない場合、バーストが発生した後に増幅を行うことができる。これは、第１マニピュレータ９の後に増幅器を配置することで実現できる。そして、これらのパルスは、所定の最大レベル、すなわち非線形光学素子の損傷閾値を下回るように増幅されてもよい。これにより、非線形光学素子を急速に劣化させるような高いピークパワーを使用することなく、高パワースーパーコンティニウムを提供することができる。

そして、検出器は、特に、複数の近接した間隔をあけて配置された個々のパルスを含む場合には、高エネルギーを有する比較的長い単一パルスとしてバースト３１を検出することができる。したがって、検出器の積分時間は、バースト３１の持続時間より長くすることができるが、連続するバースト３１間の時間Ｔよりも短い。

バーストの持続時間の測定は、例えば、バースト３１の強度又はパワー信号の全幅半値（ＦＷＨＭ）であってもよい。原理的には、バースト３１のＦＷＨＭは、例えば、パルスエンベロープの最大パワー又は強度値の半分の間の持続時間に対応することができ、これは、バーストにおける第１パルスの前方側面の半分の点に対応し、最後のパルスの後方側面の最大パワー又は強度値の半分の時間に対応する。バーストの持続時間はΔｔ１として示される。自己相関／デコンボリューション技術は個々のパルスプロファイルを測定できる。

図６を参照すると、パルスバースト３１の個々のパルス間の時間は、バースト内のパルスのパルスピーク間の時間間隔であるΔｔ２として示される。パルスバースト内のパルスが規則的に間隔を置いて配置されている場合、Δｔ２の逆数、すなわち１／Δｔ２は、バースト内の個々のパルス、すなわちサブパルスの繰り返し率に対応する。

パルスバースト３１間の持続時間Δｔ３は、パルスバーストエンベロープ３１のピーク間の時間間隔に対応することができ、これは原理的に、各パルスバースト３１の第１初期パルスのピーク間の時間差に等しい。Δｔ３の逆数、１／Δｔ３は、パルスバーストが規則的に間隔を置いて配置されるパルスバースト繰り返し率に対応する。

図６はまた、パルスバースト間の持続時間Δｔ４を示し、これは「バースト間時間間隔」と言うことができ、バーストの対向する側面のＦＷＨＭｓ点間の時間差ともいえる。
パルスバースト３１は、Δｔ１をΔｔ３で割った値（Δｔ１／Δｔ３）に対応する「パワーサイクル」を有すると考えることができる。パワーサイクルはパーセンテージで表すことができる。パワーサイクルの値は、各パルスバースト内の個々のパルスの数に関連し、これは当然ながら第１マニピュレータ９の構成に関連する。

本発明の特定の実施形態では、パルスバーストのパワーサイクルは、選択された値以下であり、選択された値は、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％であってもよい。

本発明の特定の実施形態では、パルスバーストのパワーサイクルは、選択された値より大きいか、又はそれ以上であり、選択された値は、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％であってもよい。

上記のすべての合理的な組み合わせは、本発明の範囲内で考慮される。例えば、パワーサイクルは８０％以下及び５０％以上にすることができる。
本発明の特定の実施形態において、図５に示される第１初期シーケンスにおけるパルスの数に対する図６に示される第１シーケンスにおけるパルスの数の比は、選択された値以上であってもよく、選択された値は、２、４、６、８、１０、２０、５０、１００、又は５００であってもよい。

本発明の特定の実施形態では、比Δｔ３／Δｔ２は、５、１０、２５、５０、１００、１０００などの選択された値以上であってもよい。
パルス発生器が、発光源が直接変調される（パルスは直接生成され、生成されずに「選択される」）変調発光源を含む場合、図４に示されるパルス１５は生成されず、パルス発生器２は、光学的パルスの第１シーケンス５を直接生成する。いくつかの実施形態において、サブパルス間の間隔Δｔ２は、２００ｐｓ未満（例えば１００ｐｓ未満、例えば１０ｐｓ）であってもよい。パルス間の間隔Δｔ２は、サブパルスの幅の１．５倍（例えばサブパルスの幅の５倍、例えばサブパルスの幅の１０倍、例えばサブパルスの幅の２０～２５倍）より大きくてもよい。

ここでも、選択された値及びそれらの範囲を記述する前述の実施形態のすべての理にかなった、すなわち物理的に無意味ではない組み合わせは、本発明の範囲内である。
別の図示しない例では、第１マニピュレータ９は、光パルスの第２第１シーケンス１０が、初期シーケンス５におけるパルス２９の繰り返し率よりも高い第１繰り返し率を有するように、光パルスの第１シーケンス１０を生成するように構成されてもよい。例えば、繰り返し率は２倍又は４倍高くすることができる。

第１マニピュレータ９は、図６に示す２つのパルスバースト３１の間にパルスバースト３１を挿入するように構成することができ、それによって図６に示すものよりもパルスバーストの繰り返し率を増加させる。

他の実施形態
本発明の一実施形態では、光源は、第２マニピュレータ（図示されていない）を含むことができ、第２マニピュレータは、第１マニピュレータ９と同様であり、パルスの数を増加させるか、又はパルスカウントを減少させるパルスピッカータイプのマニピュレータであってもよい。第２アーム８が第２マニピュレータを含んでもよいし、あるいは、光源が第２マニピュレータを含む第３の光学アームを含んでもよく、この場合、ＭＯＣ６，１２は、それぞれ、３つの出力及び３つの入力を有する。

以下のような本明細書の実施形態を考慮すると、光源が第２マニピュレータを含む場合と含まない場合との両方の代替実施形態において、それぞれを実施することができる。
前述したように、図１，２に示されているスイッチ６及び結合器１２は、より一般的には、それぞれＭＯＣと考えることができる。

一実施形態では、上流側のＭＯＣ６はスイッチを備え、下流側のＭＯＣ１２は別のスイッチを備える。上流側のＭＯＣスイッチ６は、パルスの初期シーケンスを第１光学アーム又は第２光学アームの何れかに向け、下流側のＭＯＣスイッチ１２は、パルスを第１光学アーム又は第２光学アームから非線形光学素子１４に向ける。これらスイッチは、典型的には、両方が同じ光学アームを選択するように操作される。

一実施形態では、上流側のＭＯＣ６はスプリッタを含み、下流側のＭＯＣ１２はスイッチを含む。
一実施形態では、上流側のＭＯＣ６はスイッチを備え、下流側のＭＯＣは結合器１２を備える。この実施形態は、既に、上記でより詳細に説明されている。

一実施形態では、上流側のＭＯＣ６はスプリッタを含み、下流側のＭＯＣ１２は結合器を含む。
上記の一変形例では、第１光学アーム７は、１つの入力ポート及び１つの出力ポートを有するインライン光スイッチ（図示せず）を含み、第２光学アーム８もまた第２マニピュレータを含み、第２マニピュレータは、スイッチとしても機能することができる（第２マニピュレータがパルスピッカーを含む場合など）。図１及び図２に関連して、このようなインラインスイッチは、例えば位置３６に配置することができる。

前述の実施形態の別の変形例では、両方の光学アームは、それぞれ、入力ポート及び出力ポートを有するインライン光スイッチを含み、これらのスイッチは、反対の態様、すなわち、一方がオンの場合に他方がオフになるように、またその逆になるように、動作することができる。第２マニピュレータは存在してもしなくてもよい。第１第２光学アーム８内のインラインスイッチは、参照番号３８によって示すように配置してもよい。

一実施形態では、前述した実施形態は、非線形光学素子を含まず、パルスの第１又は第２シーケンスは、前述のようにパルスバーストを含む場合を含めて、非線形光学素子によってスペクトル的に広げられることなく出力される。

別途に明示されていない限り、又はそのような組合せが意図されていないか又は作動可能でないことが当業者に明白でない限り、図１～図６の詳細な説明と併せて前述した全ての特徴は、独立して、又は互いに任意に組み合わせて、前述の追加の実施形態に含まれる本発明の範囲内であると考えられるべきである。

本明細書における「光」という用語は、可視光だけでなく、例えば赤外（ＩＲ）又は紫外（ＵＶ）波長領域の光を含む、非可視波長領域の光も指す。
非線形光学素子によって生成される広帯域スペクトルは、通常、連続スペクトルであるが、非連続スペクトルであってもよい。例えば、スペクトルは、波長の非常に近接した間隔のバンドを含んでもよい。

１：光源
２：パルス発生器
３：パルス発生器の第１構成要素
４：パルス発生器の第２構成要素
５：光学的パルスの初期シーケンス
６：図１の光スイッチなどのマルチポート光学部品
７：第１光学アーム
８：第２光学アーム
９：第１マニピュレータ
１０：光パルスの第１シーケンス
１１：光パルスの第２シーケンス
１２：マルチポート光学部品（例えば、図１の光結合器）
１３：増幅器
１４：非線形光学素子
１５：発光源からの光パルス
１６：遅延線
１７：パルススプリッタ／マルチポート光学部品
１８：パルス結合器／マルチポート光学部品
１９：光学アーム
２０：光学アーム
２１：光学アーム
２２：光学アーム
２９：パルス
３１：パルスのバースト
３６：インラインスイッチを挿入し得る位置
３８：インラインスイッチを挿入し得る位置

いくつかの実施形態では、選択されたパルスのエネルギー又はピークパワーを制御することができる。例えば、非線形光学素子に供給されるパルスのピークパワー又はエネルギーは、所定の閾値レベル未満、すなわち所定の最大レベル未満のレベルに制御することができる。最大レベルは、非線形光学素子の損傷又は劣化が生じないように、又は低減されるように、あるいは、許容可能なレベル内に低減されるように、選択されてもよい。非線形光学素子の劣化は通常連続的なプロセスである。高いピークパワー又は非線形光学素子を透過するパルスのエネルギーは、低いピークパワーを有するパルスよりも高い劣化を引き起こす。劣化率は非線形なこともあり、したがって、高いピークパワーは、非線形光学素子に深刻な損傷又は劣化を引き起こし得る。換言すれば、所定の最大レベルは、このレベル以下のピークパワー及びエネルギーについて、非線形光学素子、ひいては光源の長い寿命を保証するのに、非線形光学素子の劣化が十分に低い大きさに維持されるように、設定される。したがって、光パルスの第１シーケンスにおいて、選択された期間毎に予め定められた最大値を下回るピークパワーを有するより多くのパルスを有することは、非線形光学素子の寿命を増加させ、非線形光学素子の損傷を回避するのに役立つ一方、選択された期間において高パワー出力を得ることができる。
選択されたパルスのピークパワー又はエネルギーは、所定の最大レベルを超えないように「固定（clamped）」されるように制御することができる。すなわち、ピークパワー又はパルスエネルギーは、例えば、単位時間あたりのパルス数が変化する（ある程度まで、そのような変動は、パルスが増幅されるときには自然であり、単位時間あたりのより少ない増幅パルスの制御増幅なしでは、増幅パルスあたりのより多くのエネルギー、ひいてはピークパワーを意味し得る）ように変化し得るが、所定の最大レベルを超えるように変化することは許容されない。また、パルスのピークパワー又はエネルギーは、単位時間あたりのパルス数が変化しても実質的に同じままであるように制御することができる。例えば、スーパーコンティニウム生成及び生成されたスペクトルのプロファイルがピークパワーに応答するので、ピークパワーを同じままにし、かつ、非線形光学素子への損傷を低減するために選択された所定の最大レベル未満にクランプすることが有利であり得、この場合、ピークパワー又はエネルギーの制御又は固定がないと望ましくないほど大きくなる。

Claims (16)

1. 光パルスの初期シーケンス（５）を提供するためのパルス発生器（２）であって、光パルスの前記初期シーケンス（３）が選択された期間内に選択された数の光パルスを含み、当該パルス発生器（２）が、光学的パルス（１５）を生成するための発光源（３）、及び、前記選択された期間内に前記パルス発生器によって提供される前記選択された数のパルスを増加又は減少させるために前記発光源（３）と連通する変調器（４）を有する、パルス発生器（２）と、
   光パルスの前記初期シーケンス（５）から導出された光パルスの第１シーケンス（１０）及び第２シーケンス（１１）をそれぞれ伝搬するための、第１光学アーム（７）及び第２光学アーム（８）と、
   を備える光源（１）であって、
   前記第１光学アーム（７）は、光パルスの前記初期シーケンス（５）から光パルス（９）の前記第１シーケンス（１０）を生成するように構成された第１マニピュレータ（９）を含み、光パルスの前記第１シーケンス（１０）は、前記選択された期間内に第１の数の光パルスを有し、前記第１の数は前記初期数よりも大きく、
   光パルスの前記第２シーケンス（１１）は、前記選択された期間内に第２の数の光パルスを有し、前記第２の数は前記初期数と異なるか、または初期数と等しく、
   前記光源は、
   光パルスの前記第１シーケンス（１０）又は光パルスの前記第２シーケンス（１１）を受容するように配置された非線形光学素子（１４）と、
   前記非線形光学素子（１４）による受容のために光パルスの前記第１シーケンス（１０）又は光パルスの前記第２シーケンス（１１）の何れかを切り替えるように構成された光スイッチ（４）と、
   をさらに備える、光源。
2. 前記変調器は、前記発光源と光学的に連通し、かつ、前記発光源の光学的な下流に位置する光変調器を含む、
   請求項１に記載の光源。
3. 前記変調器が前記発光源を電気的に変調する、
   請求項１に記載の光源。
4. 前記発光源が、光学的パルスを生成するためのレーザーダイオードである、
   請求項１～３のうち何れか一項に記載の光源。
5. 前記発光源が、光学的パルスを生成するためのモードロックファイバレーザーを備える、
   請求項１～３のうち何れか一項に記載の光源。
6. 前記第１マニピュレータは、光パルスの前記初期シーケンスに含まれる各パルスから前記２以上のパルスの間に時間遅延を有する２以上のパルスを生成するように構成されている、
   請求項１～５のうち何れか一項に記載の光源。
7. 前記第１マニピュレータは、光パルスの前記初期シーケンス（５）の各パルスを所与の数のパルスに分割し、それによって前記所与の数の光パルスのサブシーケンスを生成するように構成されたパルススプリッタ（１７）を含み、前記所与の数の光パルスのサブシーケンスは、光パルスの第１サブシーケンスを含み、
   前記パルススプリッタ（１５）は、選択された時間の期間に、光パルスの前記第１サブシーケンスに対して光パルスの残りの前記サブシーケンスの各々を個別に遅延させるように構成され、
   パルス結合器（１８）は、光パルスの前記第１サブシーケンスと、さらなる遅延された光パルスの前記サブシーケンスとを結合し、それによって、光パルスの前記第１シーケンス（１０）を生成するように構成される、
   請求項１～６のうち何れか一項に記載の光源。
8. 前記第２光学アーム（８）が、光パルスの前記初期シーケンス（５）から光パルスの第２シーケンスを生成するように構成された第２マニピュレータを備え、光パルスの前記第２シーケンスは、前記選択された期間内に第２の数の光パルスを有し、前記第２の数は前記初期数と異なる、
   請求項１～７のうち何れか一項に記載の光源。
9. 前記第２光学アームは、光パルスの前記第２シーケンスを案内するための少なくとも１つの光ファイバを含み、前記第２シーケンスは、光パルスの前記初期シーケンス（５）に対応する、
   請求項１～８のうち何れか一項に記載の光源。
10. 前記光スイッチ（６）は、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通しており、光パルスの前記初期シーケンス（５）を前記第１光学アーム（７）又は前記第２光学アーム（８）の何れかに選択的に提供するように構成されている、
    請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
11. 前記光スイッチは、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通しており、光パルスの前記第１シーケンス（１０）及び光パルスの前記第２シーケンス（１１）を受容して、光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスの何れかを前記非線形光学素子（１４）に選択的に提供するように構成される、
    請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
12. 前記光スイッチは、１つの入力及び１つの出力を有し、前記光学アームのうちの１つが、その光学アームの光のみを切り替えるように配置される、
    請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
13. 前記非線形光学素子（１４）は、非線形光ファイバ、特に微細構造光ファイバを含む、
    請求項１～１２のうち何れか一項に記載の光源。
14. 少なくとも１つの増幅器（１３）が、光学的パルスを増幅するために前記非線形ファイバの上流に配置される、
    請求項１～１３のうち何れか一項に記載の光源。
15. 光パルスの前記第１シーケンス（１０）及び光パルスの前記第２シーケンス（１１）は、両方のシーケンスにおける前記パルスのピークパワーが実質的に同じ値になるか、又は、閾値以下に固定されるように生成され、前記値又は前記閾値は、前記非線形光学素子への光学的損傷を低減するために選択される、
    請求項１～１４のうち何れか一項に記載の光源。
16. 前記光源が、前記光スイッチ設定、及び／又は、前記光源の少なくとも１つの前記増幅器によって提供される増幅を制御するように構成されたコントローラを含む、
    請求項１～１５のうち何れか一項に記載の光源。

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