JP4738424B2 - スーパーコンティニウム発生装置 - Google Patents

Description

発明分野

本発明はスーパーコンティニウム光発生装置及び光ファイバを使用してスーパーコンティニウムを生成する方法に関する。

フェムト秒（１０^-15秒）の持続時間の光パルスを光源から光ファイバ部に入射させることによりスーパーコンティニウムを生成することが知られている。例えば、米国特許第６，７７５，４４７号により開示された装置は複数の非線形ファイバ部を有する光ファイバを利用している。前記非線形ファイバ部は光源波長の±２００ｎｍの範囲内に零分散波長を有している。

米国特許第６，７７５，４４７号により開示された方法の欠点の１つは当該方法がスーパーコンティニウムを生成するためにとても高いピークパルスパワー（１０ＫＷ以上のオーダー）に依存していることである。例えば、前記米国特許は約１５ＫＷのパワー（３ｎＪ／２００ｘ１０^-15秒）を有する光パルスを説明している。しかし、典型的には、ＣＷ（連続波）源から得られるパワーは数ワットのオーダーである。従って、一般的には、前記米国特許の技術は典型的なＣＷ光源では機能しないであろう。

例えば、スーパーコンティニウムを生成する他の技術がＡ．Ｋ．アベラック（Ａ．Ｋ．Ａｂｅｅｌｕｃｋ）とＣ．ヘッドリー（Ｃ．Ｈｅａｄｌｅｙ）による「スーパーコンティニウム発生のための非線形ファイバの異常及び通常分散領域における連続波長ポンピング（Continuous-wave pumping in the anomalous and normal dispersion regimes of nonlinear fibers for supercontinuum generation）」［オプティクスレター（Optics Letters）、Ｖｏｌ２０、Ｎｏ．１、ｐｐ．１、ｐｐ．６１−６３］に記載されている。この文献は非線形ファイバのＣＷポンピングを開示しており、供給源の波長は非線形ファイバの零分散波長から数ナノメートルしか離れていない。このように供給源の波長をファイバの零分散波長に近づけることにより、四波混合現象を介したスペクトル広がりが生ずる。しかし、前記文献の図１は、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）によって、前記広がりはかなり非対称になり、大部分のパワーはより長い波長範囲に位置することを示している。従って、ファイバの入力端からある程度離れた所では、伝送（伝搬）光パワーの大部分は零分散波長から離れた波長範囲にあり、四波混合の効果を減少させる。

従って、より効率的な方法によりＣＷスーパーコンティニウムを生成することが要求される。

以下の定義及び用語は当該技術分野で一般的に使用されている。

屈折率分布：屈折率分布はファイバの所定部分における屈折率（Δ％）と光ファイバ半径（光ファイバの中心線から測定した半径）との間の関係である。

半径：一般的に、ファイバ構成部分の半径は使用材料の屈折率が異なる分布をとる位置により定義される。例えば、コア部（ファイバ構成部分）の最初の位置は中心線上にあるので、コア部の内径は零である。コア部の外径は導波管中心線から正のデルタを有するコア部の屈折率の最終位置までの半径である。中心線から離れた所に最初の位置を有するファイバ構成部分については、中心線から最初の屈折率の位置までの導波管半径がこのファイバ構成部分の内径である。同様に、中心線からファイバ構成部分の最終屈折率の位置までの導波管半径がこのファイバ構成部分の外径である。例えば、コア部を囲むダウンドープ環状部は当該環状部とクラッドとの間の境界に位置した外径を有するだろう。

相対屈折率Δ％：用語「Δ％」は以下の式により定義される屈折率の相対的な測定値を示している。

式１

ここで、Δ％は添え字ｉが付された屈折率分布曲線部分の最大屈折率であり、基準屈折率ｎ_cはクラッド層の屈折率である。ファイバ構成部分の全ての点はクラッド層に対して測定された相対屈折率を有する。

本発明の１つのアスペクトに基づけば、スーパーコンティニウム光発生装置は、
波長λ₁の光を生成する実質的に連続する波（以下、ＣＷと称する）からなる光源と、
前記ＣＷ光源に光学的に接続された非線形ファイバと、からなり、
前記波長λ₁は前記ＣＷ光源の出力スペクトル内に位置しており、前記非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、
連続するファイバ部の各々は零分散波長λ_0iを有しており、当該零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の前記零分散波長より長く、
第一ファイバ部の前記零分散波長λ₀₁はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にある。

なお、λ₁はＣＷ光源の出力スペクトルのピーク波長であるか、中心波長であることが好ましい。

本発明の一実施例に基づけば、スーパーコンティニウム光発生装置は、
（ｉ）波長λ₁の光を生成するＣＷ光源と、
（ｉｉ）前記ＣＷ光源に光学的に接続された非線形ファイバと、からなり、
前記波長λ₁は前記ＣＷ光源の出力スペクトル内に位置しており、前記非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、連続するファイバ部の各々は零分散波長λ_0iを有しており、当該零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の零分散波長より長く、各ファイバ部の前記零分散波長λ_0iは所定の波長帯域の±１０ｎｍの範囲内に位置されており、前記所定の波長帯域は先行するファイバ部から供給される出力スペクトルのピーク波長及び中心波長により決定される。

本発明の他のアスペクトに基づけば、スーパーコンティニウム光発生装置は、
（ｉ）波長λ₁の光を生成するＣＷ光源と、
（ｉｉ）前記ＣＷ光源に光学的に接続された非線形ファイバと、からなり、前記波長λ₁は前記光源の出力スペクトル範囲内に位置しており、前記非線形ファイバは連続的に変化する分散及び連続的に増加する零分散波長λ₀を有しており、
前記非線形ファイバ内のいかなる部位においても、零分散波長λ₀は当該部位を通って伝播する光のピーク波長及び中心波長により決定される波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、
前記ＣＷ光源に最も近い前記ファイバの端の前記零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にある。

本発明の一アスペクトに基づけば、スーパーコンティニウム光の生成方法は、
（ｉ）所定のスペクトル帯域幅内に位置した波長λ₁のＣＷ光を生成するステップと、
（ｉｉ）前記ＣＷ光を非線形ファイバに光学的に接続するステップと、からなり、前記非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、
連続するファイバ部の各々は零分散波長λ_0iを有しており、当該零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の前記零分散波長より長く、
第一ファイバ部の前記零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にある。

スーパーコンティニウム光を生成するための一実施例に基づけば、当該方法は、
（ｉ）所定のスペクトル帯域幅内に位置した波長λ₁のＣＷ光を生成するステップと、
（ｉｉ）前記ＣＷ光を非線形ファイバに光学的に接続するステップと、からなり、前記非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、連続するファイバ部の各々は零分散波長λ_0iを有しており、当該零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の前記零分散波長より長く、各ファイバ部の零分散波長λ_0iは所定の波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、前記所定の波長帯域は先行するファイバ部からの出力により供給される出力スペクトルのピーク波長及び中心波長により決定される。

本発明のさらなる特徴及び利点は以下において詳細に説明され、一部は以下の記述から当業者には容易に理解されるか、本出願（発明の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含む）の発明を実施することにより認識されるだろう。

上記された一般的な説明と以下の詳細な説明とは請求の範囲に記載された本発明の典型的な例にすぎず、本発明の原理及び特徴を理解するための全体像若しくは概要を提供することを意図したことを理解すべきである。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込むと共に本明細書の一部を構成する。図面は本発明の様々な実施例を示しており、明細書と共に本発明の原理及び作用を説明するために使用される。

発明の詳細な説明

本発明の好適な実施例が以下において詳細に説明される。実施例の幾つかが添付図面において示されている。出来る限り、同一の参照符号が全図面において同一若しくは類似部分・要素に使用される。本発明のスーパーコンティニウム光発生装置１００の代表的な実施例が図１に概略を示されている。

図１のスーパーコンティニウム光発生装置１００は、（ｉ）波長λ₁の光を生成するＣＷ光源１１０と、（ｉｉ）前記ＣＷ光源１１０に光学的に接続された非線形ファイバ１２０とを含んでおり、前記波長λ₁は前記ＣＷ光源１１０の出力スペクトル１１０Ａ内に位置する。λ₁はＣＷ光源１１０の出力スペクトル内に位置した波長ならばどのような波長でもよいが、λ₁は前記ＣＷ光源の出力スペクトルのピーク波長か中心波長であることが好ましい。

本明細書では、用語「非線形ファイバ」はＣＷ光源の出力が少なくともπ（ラジアン）の非線形位相シフトφ_NLを受ける光ファイバとして定義される。所定の光パワーＰのための非線形位相シフトφ_NLの量はφ_NL＝γＰ＊Ｌ_effにより決定される。ここで、Ｌ_effは有効ファイバ長（Ｌ_eff＝１／αであり、αは波長λ₁におけるファイバ減衰若しくは損失である）であり、γは非線形係数であり、γ＝２πｎ₂／（λＡ_eff）であり、λ＝λ₁であり、Ａ_effはファイバ１２０の平均有効面積である。なお、非線形位相シフトφ_NLは少なくとも１０πラジアンでることが好ましい。波長λ₁がλ₁＞１５５０ｎｍであるならば、非線形係数γの値はγ＞１であることが好ましい。

ＣＷ光源１１０からの前記光は、（ａ）非線形ファイバ１２０内で四波混合によるスペクトル広がりを生成するのに十分な光パワーＰと、（ｂ）非線形ファイバ１２０の誘導ラマン散乱閾値を超えるのに十分な光パワーＰと、を供給することが好ましい。なお、ＣＷ光源により供給されるパワーＰの量は０．５Ｗと５ＫＷとの間であることが好ましく、１Ｗと１ＫＷとの間であることがより好ましく、１Ｗと１００Ｗとの間であることがさらに好ましい。図１、図２Ａ及び図４に示された典型的な実施例では、ＣＷ光源１１０から付与されるパワーＰの量は１Ｗと１０Ｗとの間である。

例えば、光ファイバに５Ｗを供給するＣＷ光源１１０に接続されたシリカファイバ１２０では、α＝１ｄＢ／ｋｍの損失の場合、ファイバ１２０の有効長Ｌ_effは約４ｋｍとなり、非線形位相シフトγ＝０．１６はφ_NL＝πラジアンを生成するのに十分である。しかし、非線形位相シフトγが１．６であることが好ましい。

非線形ファイバ１２０は異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部１３０_iを有している。連続するファイバ部１３０_iの各々は先行するファイバ部１３０_i-1の零分散波長より長い零分散波長λ_0iを有している。第一ファイバ部１３０₁の零分散波長λ₀₁はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。最終ファイバ部がスーパーコンティニウムスペクトル出力を生成する。ファイバ部１３０_iは例えば分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、光結晶ファイバ、若しくはテーパファイバである。例えば、これらファイバ部には異なる材料がドープされてもよく、前記ファイバ部は希土類材料を含んでいてもよい。例えば、ファイバ部１３０_iはシリカガラス、カルコゲナイドガラス、若しくはテルライトガラスからなってもよい。なお、波長λ₁はＣＷ光源１１０のピーク強度波長であるかことが好ましい。あるいは、波長λ₁はＣＷ光源１１０により生成されるスペクトル帯域（出力スペクトル）の中心波長に一致することが好ましい。なお、光源１１０の出力スペクトルはＵＶ領域（１００ｎｍ乃至４００ｎｍ）、可視領域（４００ｎｍ乃至８００ｎｍ）、近赤外（ＩＲ）領域（８００ｎｍ乃至１２００ｎｍ）、中間ＩＲ領域（１２００ｎｍ乃至１００００ｎｍ）、若しくは遠ＩＲ領域（１００００ｎｍ乃至２００００ｎｍ）のいずれかに位置している。光源１１０が非線形に機能するのに十分なパワー若しくは強度を光ファイバに供給し、四波混合によるスペクトル広がりを生成することが好ましい。ファイバ部１３０_iの長さは約１ｍ乃至２ｋｍであることが好ましく、非線形ファイバ１２０の長さは１５ｋｍより短いことが好ましい。非線形ファイバ１２０の長さは５ｋｍより短いことが好ましい。

本明細書では、ＣＷ（連続波）源は、光が非線形ファイバ１２０の中心に沿って所定の距離を通過するのに要求される時間より長いパルス長を有する光源として定義される。例えば、信号パルスがシリカ（系）光ファイバの１ｋｍの長さを通って伝播するのに５マイクロ秒かかる。従って、ＣＷ光源（無限のパルス継続時間）と、パルス継続時間がファイバ伝送時間（この例では５マイクロ秒である）より長い長パルス継続時間を有する光源とはＣＷ源と呼ばれる。

ＣＷ源１１０により供給されるパワーは非線形ファイバの誘導ラマン散乱閾値より大きいことが好ましい。この場合、ラマン散乱及び四波混合は相乗的に機能し、より効率的なスペクトル広がりを達成する。例えば、ＣＷ源は固体レーザ、直列ラマンファイバレーザ、若しくはＭＯＰＡ（主発信器パワー増幅器（master oscillator power amplifier））であってもよい。ＭＯＰＡは種レーザ源及び高パワーファイバ増幅器または増幅自然放出光源（種となる供給源なしで機能する高パワーファイバ増幅器）からなる。ＣＷ光源のスペクトル線幅は非線形ファイバ１２０のＳＢＳ（誘導ブリユアン散乱）利得帯域幅より広いことが好ましい。ＣＷ光源１１０が１ｎｍより広く３０ｎｍより狭い連続スペクトルの光か、幾つかの近接したスペクトル線（スペクトル線同士の間隔は１ｎｍ未満）の光を生成することも有利であろう。光源１１０が幾つかの近接したスペクトル線若しくは１ｎｍより広い連続スペクトルにより特徴付けられる光出力を生成するならば、光源１１０により供給される異なるスペクトル成分間の干渉が光のランダムパルス（時間及び振幅）を生成し、スーパーコンティニウムを生成する種ができる。

本発明の一実施例に基づけば、スーパーコンティニウム光発生装置１００は、（ｉ）波長λ₁の光を生成できるＣＷ光源１１０と、（ｉｉ）前記光源に光学的に接続された非線形ファイバ１２０とを含んでおり、前記波長λ₁は前記ＣＷ光源１１０の出力スペクトルの範囲内に位置する。前記非線形ファイバ１２０は異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部１３０_iを有しており、連続するファイバ部（ＣＷ光源１１０から離れる方向に接続する）の各々は先行するファイバ部の零分散波長より長い零分散波長λ_0iを有しており、各ファイバ部の零分散波長λ_0iは先行するファイバ部からの出力により供給されるピーク波長及び中心波長により制限される（決められる）波長帯域の±１０ｎｍの範囲内に位置する。なお、第一ファイバ部１３０₁の零分散波長λ₀₁はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。ＣＷ光源に最も近いファイバ１２０の端（入力端・入射端）の零分散波長はλ₁以下であることが好ましい。零分散波長λ₀₁が（λ₁−３ｎｍ）≦λ₀₁≦λ₁であることがさらに好ましい。各ファイバ部１３０_iの分散の傾きが正であることが好ましく、＋０．０５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍより小さいことが好ましい。

図２Ａは図１と類似しているが、図２のＣＷ光源はＡＳＥ（増幅自然放出光）源として機能する高パワーＥｒドープファイバ増幅器である。さらに、図２Ａのスーパーコンティニウム発生装置１００は３つのファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃からなり、当該ファイバ部は直列に配置されており、互いに接続されている。各ファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃は１５５０ｎｍ波長範囲（１４５０ｎｍ乃至１６５０ｎｍ）におおよそ零分散を有している。図２Ｂは図２Ｂに示される例示的なファイバ部１３０₁のファイバプロファイル（屈折率分布）を示しており、縦軸はファイバ部の屈折率％デルタであり、横軸は前記ファイバ部の軸（すなわち、中心線）からの半径方向距離である。前記ファイバの屈折率％デルタは１５５０ｎｍの波長において測定される。この図示例では、Ｅｒドープファイバ増幅器は約２Ｗまでの最大出力ＡＳＥパワーを伝播する。３つのファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃の零分散波長は１５３０．５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５９０ｎｍである。なお、図２Ｂに示されたファイバ部の分散の傾き及び零分散波長はファイバ部１３０₂、１３０₃のファイバプロファイル（屈折率分布）を生成するようにファイバプロファイルの半径方向の比率を変えてもよい。ファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃の他のパラメータは表１に記載されている。この実施例では、ＣＷ光源１１０により生成される入力波長帯域幅は１５３０ｎｍから１５６０ｎｍの幅である。この例では、入力波長λ₁はこのスペクトル帯域の強度ピークに一致しており、約１５３５ｎｍである。光源１１０の出力スペクトルは中間ＩＲ範囲にあり、約１５３０ｎｍ乃至１５７０ｎｍにある。

図３は図２に対応しており、Ｅｒドープファイバ増幅器（光源１１０）の出力スペクトル及び連続するファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃の各々により生成される出力スペクトル１３５₁、１３５₂、１３５₃を示している。図３は（供給源１１０からの）入力ＡＳＥスペクトル及び１．５Ｗの入力パワーが連続するファイバ部１３０₁、１３０₂、１３０₃に入力された後に測定された出力スペクトルを示している。入力ＡＳＥスペクトルの強度ピークはλ₁＝１５３５ｎｍであり、前記λ₁はファイバ部１３０₁の零分散波長に一致する。

最大（ピーク）レベルから−１５ｄＢレベルにおけるスペクトル幅は第一ファイバ部１３０₁の入力端において約１５ｎｍである。最大（ピーク）レベルから−１５ｄＢレベルにおけるスペクトル幅は第一ファイバ部１３０₁の出力端において約９０ｎｍである。この広がりはファイバ部１３０₁における四波混合により生じたのであり、スペクトルのピークはＳＲＳ（誘導ラマン散乱）効果のために第一ファイバ部の出力端において１５３５ｎｍから１５５０ｎｍへシフトする。第二ファイバ部１３０₂の零分散は第一ファイバ部１３０₁の出力部のスペクトルピークにあるので、第二ファイバ部１３０₂における四波混合はスペクトル帯域幅を約２００ｎｍへさらに広げる（−１５ｄＢレベルにおいて）。ＳＲＳ効果は出力スペクトルピークを１５５０ｎｍから１５７０ｎｍへシフトさせる。図３は２４０ｎｍの（−１５ｄＢレベルにおいて）広いスーパーコンティニウムが第三ファイバ部１３０₃の出力端において生成されることを示している。

図４は図１及び図２と類似しているが、この実施例のスーパーコンティニウム光発生装置１００は互いに接続された２つのファイバ部１３０₁、１３０₂からなる。この実施例では、光源１１０により生成される入力波長帯域は１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍである。この実施例では、入力波長λ₁はこのスペクトル帯域の強度ピークに一致しており、約１５３５ｎｍである。より詳しくは、このスーパーコンティニウム光源１００は図２及び図３に示されるものと同じ光源１１０と、２つのファイバ部１３０₁、１３０₂とを使用する。

図５は光源１１０からの入力パワーが０．４５Ｗから１．９６Ｗへ増大する場合の第二ファイバ部１３０₂の出力におけるスーパーコンティニウムスペクトルの広がりを示している。入力パワーが増大すると、出力強度は増大し、出力における強度ピークから−１５ｄＢレベルにおいて、ファイバ部１３０₂の出力端の出力スペクトルは約４５ｎｍから２７５ｎｍへ広がる。

図６は光源１１０からの入力パワーの変化と、図４のスーパーコンティニウム光発生装置１００の出力パワー変化を示している。入力パワーが増大すると出力パワーが比例して増大しており、これはファイバ部１３０₁、１３０₂に誘導ブリユアン散乱が無いことを示している。従って、このスーパーコンティニウム光源１００はとても効率的に作動し、ブリユアン散乱を抑制する必要はない。

図７は出力パワーレベルのピークから−５ｄＢ、−１０ｄＢ及び−１５ｄＢにおいて、第二ファイバ部１３０₂の出力のスーパーコンティニウムスペクトル幅の変化を出力パワーの関数として示している。図５において様々なスペクトルのスーパーコンティニウムは多少理解しいくい形で示されているので、図７は出力パワーレベルの最大スペクトルピークから−５ｄＢ、−１０ｄＢ及び−１５ｄＢにおいて、出力パワーが増大するとスペクトル広がりも単調に増大することを示している。１．９６Ｗの最大入力パワーの場合、第二ファイバ部１３０₂の出力におけるスーパーコンティニウムスペクトルは−１５ｄＢレベルにおいて２６８ｎｍ以上に広がり、出力パワーは０．７３Ｗに達し、２．７ｍＷ／ｎｍの平均スペクトルパワー密度を生ずる。

図８は波長に対する図４のスーパーコンティニウム源の出力パワー変動のグラフである。この図は第二ファイバ部１３０₂の出力端からの出力におけるスーパーコンティニウムの長時間の安定性を示している。より詳しくは、１４３５ｎｍと１７３５ｎｍとの間の波長範囲にわたる出力パワー変動が固定入力パワー（１．８８Ｗ）で調査され、１００分間で平均をとった（測定は５分毎に行われた）。プロットは各波長当たりのパワーの標準偏差（２０回にわたる測定）を示している。最大偏差は１７３５ｎｍの波長における０．０９ｄＢである。なお、上記時間にわたる第一ファイバ部の入力（つまり、光源１１０からの入力）における最大パワー変動は２％であった。図８に示されるように、スーパーコンティニウムスペクトルは１００分間にわたって、０．０９ｄＢのパワーにおいてだけ最大標準偏差を有するとても良い長時間安定性を示している。

別の実験では、スーパーコンティニウム光発生装置１００は波長分割多重方式受動光ネットワーク（ＷＤＭ−ＰＯＮ）の光源として利用された。スーパーコンティニウム光は単スペクトルチャネルを選択するために、細い可変フィルタ（０．８ｎｍの帯域幅）を使用することによりスペクトルに分けられた。選択されたチャネルのＣＷ光は半導体光増幅器（ＳＯＡ）に入射された。データはＳＯＡを直接変調することによりＣＷ信号（上）に符号化された。図９は１５４２．９ｎｍに中心を有するフィルタを用いて１２５Ｍｂ／ｓのビットレートの場合のＳＯＡからの出力のアイダイアグラムを示している。アイがはっきり見え且つ広く開いており、これはエラーなしに伝送ファイバの所定の長さを通って信号を伝送できることを示している。同様の結果はフィルタの可変帯域幅（１５３５ｎｍ乃至１５６５ｎｍ）の全てにわたって得られた。

図１０はスーパーコンティニウム光発生装置１００の他の実施例を示している。前記実施例と同様に、図１０に示されるスーパーコンティニウム光源１００は波長λ₁の光を生成するＣＷ光源１１０と、当該光源に光学的に接続された非線形ファイバ１２０とからなり、前記波長λ₁は前記光源の出力スペクトルの範囲内にある。しかし、非線形ファイバ１２０は連続的に変化する分散及び連続的に増加する分散波長λ₀を有している。このファイバ１２０の零分散波長λ₀はこのファイバのいかなる部位においても所定の波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、当該所定の波長帯域は前記部位を通って伝播する光のピーク波長及び中心波長により決定される。さらに、ＣＷ光源に最も近いファイバ端における零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にある。ＣＷ光源に最も近いファイバ端における零分散波長はλ₁以下であることが好ましい。ファイバ１２０の分散の傾きは正であること、及び＋０．０５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍより小さいことが好ましい。例えば、非線形ファイバ１２０は分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、光結晶ファイバ、若しくはテーパファイバであってもよい。前記ファイバには要求される屈折率分布を付与するために異なる材料がドープされてもよく、前記ファイバは希土類材料を含んでいてもよい。非線形ファイバ１２０はシリカガラス、カルコゲナイドガラス、若しくはテルライトガラスから形成されてもよい。

従って、本発明の実施例に基づけば、スーパーコンティニウム光を生成するための方法は、
（ｉ）所定のスペクトル帯域幅内の波長λ₁を有するＣＷ光を生成するステップと、
（ｉｉ）ファイバを有する非線形ファイバに前記光を光学的に接続するステップと、からなり、前記光は、（ａ）四波混合によりスペクトル広がりを生成するのに十分なパワーと、（ｂ）非線形ファイバの誘導ラマン散乱閾値を上回るのに十分なパワーとを有しており、この非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、
連続するファイバ部の各々は零分散波長λ_0iを有しており、当該零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の零分散波長より長く、
第一ファイバ部の零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲にある。

上記において説明されたように、λ₁はＣＷ光源１１０の出力スペクトル範囲内の波長であるならどのような波長でもよい。しかし、λ₁は前記ＣＷ光源の出力スペクトルのピーク波長であるか、中心波長であることが好ましい。

従って、本発明の一実施例に基づけば、スーパーコンティニウム光の生成方法は出力スペクトル範囲内の波長λ₁の光を生成できるＣＷ光源からの光を非線形ファイバに接続するステップからなり 、この光は（ａ）四波混合によるスペクトル広がりを生成するのに十分なパワーと、（ｂ）非線形ファイバの誘導ラマン散乱閾値を超えるのに十分なパワーとを有しており、前記非線形ファイバは異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有しており、連続するファイバ部の各々の零分散波長λ_0iは先行するファイバ部の零分散波長より長く、各ファイバ部の零分散波長λ_0iは先行するファイバ部からの出力により供給されるピーク波長及び中心波長により決定される波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にある。

異なる実施例に基づけば、スーパーコンティニウム光の生成方法は波長λ₁のＣＷ光源の光出力を光ファイバに接続するステップを含んでおり、光出力は、（ａ）光ファイバ内において四波混合によるスペクトル広がりを生成するに十分なパワーと、（ｂ）光ファイバの誘導ラマン散乱閾値を超えるのに十分なパワーとを有している。非線形ファイバは連続的に変化する分散及び連続的に増大する零分散波長λ₀を有しており、この非線形ファイバ内のいかなる部位においても、零分散波長λ₀は当該部位を通って伝わる光のピーク波長及び中心波長により決定される波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、光ファイバの入力端（つまり、ＣＷ光源に最も近い端）の零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にある。

なお、上記されたスーパーコンティニウム発生（発光）装置は検出に利用する場合（化学的、生物学的及び環境学的利用）、画像化に利用する場合（医学的利用等）、若しくは光ネットワークに利用する場合において他の光学素子と共に利用されることができる。非線形ファイバ１２０の零分散波長が可視波長領域（４００ｎｍ乃至８００ｎｍ）にあるならば、上記されたスーパーコンティニウム発生装置はスーパーコンティニウム可視スペクトルを生成し、「白い」光の優れた供給源となる。

図１１は上記されたスーパーコンティニウム発生（発光）装置１００を１つ含む波長分割多重方式受動光ネットワーク２００を示している。さらに詳しくは、波長分割多重方式受動光ネットワーク２００は少なくとも１つ（任意）の光増幅器２１０に接続されたスーパーコンティニウム発生装置１００を含んでいる。光増幅器２１０からの光は光サーキュレータ２２０の入力ポート２２０Ａ（第一ポート）に供給され、サーキュレータ２２０の第二ポート２２０Ｂを通って伝送ファイバ２３０に出力される。伝送ファイバ２３０は第二端２３０Ｂから光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２４０へ光を供給する。光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２４０は光を幾つかの空間的に分けられたスペクトル成分に分ける。各スペクトル成分は変調器２５０により変調され、変調されたスペクトル成分はマルチプレクサ／デマルチプレクサ２４０に戻るように反射される。マルチプレクサ／デマルチプレクサ２４０は変調されたスペクトル成分を一つの光ビームに再結合し、当該光ビームを伝送ファイバ２３０の第二端２３０Ｂに供給する。その後、光サーキュレータの第二ポート２２０Ｂに供給された再結合光は光サーキュレータの第三ポート２２０Ｃを通って出力され、光受信機２６０に向かって伝播する。

上記されたように、上記スーパーコンティニウム光発生装置は様々な検出装置において他の光学素子と共に使用することができる。典型的な検出装置３００が図１２に概略を示されている。さらに詳しくは、図１２の検出装置３００は被試験体の欠陥を見つけるために使用される。この典型的な実施例の検出装置３００はスーパーコンティニウム発生装置１００及び以下の光学素子を含む画像化システムである。当該光学素子はスーパーコンティニウム光源１００に光学的に接続された画像化（結像）素子３１０（例えば、対物レンズシステム３１０Ａ）と、前記画像化素子３１０の後に置かれた試験サンプル３２０と、試験サンプル３２０と画像化素子３１０との間に置かれた部分反射ビームスプリッタ３３０と、回折格子３４０と、空間光検出器３５０（例えば、ＣＣＤカメラ若しくはフォトダイオードアレイ）とである。画像化素子３１０はスーパーコンティニウム光源１００により供給される光を集束させ、異なる光波長に対応する一連の焦点面を生成する。ビームスプリッタ３３０は画像化素子３１０により生成された一連の焦点面の内側に置かれる。ビームスプリッタ３３０を通って伝播した光は更なる光学素子３６０、３７０、３８０により試験サンプル３２０（すなわち、試験または解析されている透明な物体３２０Ａ）に供給される。光は試験サンプル３２０に当てられ、異なる焦点３８０_i（異なる波長に対応する）が試験サンプルの厚み内の異なる位置に形成される。その後、光は試験サンプル３２０（若しくは被試験体３２０Ａ）から反射され、光学素子３６０（レンズ系）、３７０（画像化レンズ）、３８０（対物レンズ系）を介して反射ビームスプリッタ３３０の方へ伝播され、光学素子３９０、３９２、及び３９４を介して伝播される。反射光は、例えば試験サンプル３２０内の欠陥についての情報を運ぶので、試験サンプルの欠陥が見つかった場所についての情報を提供すること（物体内の異なる深さに対応する異なる波長を介して提供すること）ができる。回折格子３４０は光学素子３９０、３９２、及び３９４により供給された光を受信し、この光を（異なる波長の）幾つかのスペクトル成分に従って空間的に分ける。検出器３５０はスペクトル成分に空間的に分けられた光を受信し、異なる波長に対応する光強度が検出器３５０の異なる位置において検出される。従って、このシステムは、例えば試験サンプル３２０内の異なる深さにおける欠陥についての情報を提供することにより試験サンプル３２０（例えば、ＬＣＤガラス）に内在する欠陥を検出するために使用されてもよい。なお、試験サンプル３２０に当てる光は試験サンプルに対してＸ軸及びＹ軸に沿って動かされてもよいので、試験サンプル３２０についての三次元情報を提供することができる。

本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、本発明の様々な代替物及び変形物ができることは当業者には明らかであろう。従って、本発明は添付された請求の範囲内及びこれに均等な範囲内の本発明の代替物及び変形物を含むことを意図している。

図１は本発明のスーパーコンティニウム光発生装置の一実施例の概略図である。 図２Ａは本発明のスーパーコンティニウム光発生装置の他の実施例の概略図である。 図２Ｂは図２Ａの典型的なファイバ部１３０₁の屈折率分布を示している。 図３は波長の関数として、図２の第一ファイバ部の入力部及び各連続するファイバ部の出力部における強度を示している。 図４は本発明のスーパーコンティニウム光発生装置の他の実施例の概略図である。 図５は異なる入力パワーにおいて波長を関数とした、図４の第一ファイバ部の入力端及び最終ファイバ部の出力端における強度を示している。 図６は図４の実施例における出力パワー値対入力パワー値を示している。 図７は３つの異なる強度レベルにおいて図４の実施例における出力パワーに対する出力スペクトル幅の変化を示している。 図８は波長に対する図４のスーパーコンティニウム光発生装置の出力パワー変動のグラフである。 図９は１２５Ｍｂ／ｓに変調された図４のスーパーコンティニウム光発生装置の出力のアイダイアグラムである。 図１０は本発明のスーパーコンティニウム光発生装置の更に別の実施例を示す概略図である。 図１１は本発明のスーパーコンティニウム光発生装置を使用した波長分割多重方式（ＷＤＭ）受動光ネットワークの概略図である。 図１２は本発明のスーパーコンティニウム光発生装置を使用した画像化システムを示している。

Claims (10)

1. スーパーコンティニウム光発生装置であって、
   （ｉ）波長λ₁の光を生成可能なＣＷ光源と、
   （ｉｉ）前記光源に光学的に接続された非線形ファイバと、からなり、
   前記波長λ₁は前記光源の出力スペクトルの範囲内に位置し、前記非線形ファイバは異なるゼロ分散波長λ_0iを有する複数のファイバ部からなり、
   連続するファイバ部はゼロ分散波長λ_0iを有しており、前記ゼロ分散波長λ_0iは先行するファイバ部の前記ゼロ分散波長より長く、
   第一ファイバ部の前記ゼロ分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とするスーパーコンティニウム光発生装置。
2. λ₁は前記ＣＷ光源の前記出力スペクトルのピーク波長であるか中心波長であることを特徴とする請求項１に記載のスーパーコンティニウム光発生装置。
3. 前記連続するファイバ部の前記ゼロ分散波長λ_0iは先行する前記ファイバ部からの出力により供給される光のピーク波長及び中心波長により決定される波長帯域の±１０ｎｍの範囲内に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のスーパーコンティニウム光発生装置。
4. 前記第一ファイバ部の前記ゼロ分散波長はλ₁の±１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載のスーパーコンティニウム光発生装置。
5. （ｉ）波長λ₁の光を生成するＣＷ光源と、
   （ｉｉ）前記ＣＷ光源に光学的に接続された非線形ファイバとからなり、前記波長λ₁は前記ＣＷ光源の出力スペクトルの範囲内に位置し、前記非線形ファイバは連続的に変化する分散と、連続的に増加する零分散波長λ₀を有しており、
   前記ファイバ内の任意の部位における前記零分散波長λ₀は当該部位を通って伝達する光のピーク波長及び中心波長により決定される前記波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、
   前記ＣＷ光源に最も近い前記ファイバの端における前記零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のスーパーコンティニウム光発生装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の前記スーパーコンティニウム光発生装置を含むことを特徴とする波長分割多重方式受動光ネットワーク。
7. 画像化システムであって、
   （ｉ）請求項１のスーパーコンティニウム光発生装置と、
   （ｉｉ）前記スーパーコンティニウム光発生装置に光学的に接続された画像化素子と、
   （ｉｉｉ）前記画像化素子の後に位置した反射体と、
   （ｉｖ）前記反射体と前記画像化素子との間に位置する部分反射ビームスプリッタと、
   （ｖ）前記反射体により反射された光を受信し、異なる波長に基づいて光を空間的に分ける回折格子と、
   （ｖｉ）波長に基づいて空間的に分けられた前記光を受信する空間光検出器と、からなり、
   前記画像化素子は（ａ）前記スーパーコンティニウム光発生装置により供給される光を集束させ、（ｂ）前記異なる波長に対応する一連の焦点面を生成し、
   前記部分反射ビームスプリッタは前記一連の焦点面の内側に位置し、前記反射体は前記ビームスプリッタから受信した光を反射し、
   前記異なる波長に対応する光強度が前記検出器の異なる位置において検出されることを特徴とする画像化システム。
8. スーパーコンティニウム光の生成方法であって、
   （Ｉ）所定のスペクトル帯域幅内に位置した波長λ₁のＣＷ光を生成するステップと、
   （ＩＩ）前記光を非線形ファイバに光学的に接続するステップと、からなり、
   （ｉ）前記非線形ファイバは、異なる零分散波長λ_0iを持つ複数のファイバ部を有し、連続するファイバ部の各々は先行する前記ファイバ部の前記零分散波長より長い前記零分散波長λ_0iを有し、前記第一ファイバ部の前記零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあるか、
   （ｉｉ）前記非線形ファイバは、連続的に変化する分散及び連続的に増大する零分散波長λ₀を有し、前記ファイバ内のいかなる部位においても、前記零分散波長λ₀は当該部位を通って伝播する光のピーク波長及び中心波長により決定される波長帯域の±１０ｎｍの範囲内にあり、入力端に近い前記非線形ファイバの前記零分散波長はλ₁の±２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする生成方法。
9. 前記ＣＷ光は、（ａ）前記非線形ファイバ内の四波混合によるスペクトル広がりを生成するのに十分なパワーと、（ｂ）前記非線形ファイバの誘導ラマン散乱閾値を超えるのに十分なパワーと、を有することを特徴とする請求項８に記載のスーパーコンティニウムの生成方法。
10. 前記λ₁は前記ＣＷ光の前記出力スペクトルのピーク波長であるか、中心波長であることを特徴とする請求項８若しくは９に記載の生成方法。

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