JP4816063B2 - 広帯域光源 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバにおける非線形光学現象を利用して広帯域光を発生し出力する広帯域光源に関するものである。

広帯域光源の一例であるスーパーコンティニューム（ＳＣ）光源は、出力光が高パワーで広帯域であってスペクトルが平坦であるという諸特性を有していることから、様々な分野において応用することができる重要光源として期待されてきている。このＳＣ光源として様々な構成方法が提案されている。中でも、種光を光ファイバに入力して該光ファイバにおいてＳＣ光を生成させる広帯域光源は、構成が簡便で、容易に相互作用長を長くすることができ、一般的に広く用いられている。

ＳＣ光を得るための種となる光を出力する光源としては、主に、ピコ秒やフェムト秒の狭いパルス幅を有する短パルス光を出力する光源、ナノ秒程度の比較的広いパルス幅を有するパルス光を出力する光源、連続光を出力する光源（ＣＷ光源）、等がある。特に、短パルス光源としては、代表例として、一般的に広く用いられているチタンサファイアレーザなどがある。また、特に光通信において重要な波長帯である１５５０ｎｍ付近で発振する光源として、エルビウム添加光ファイバを基にしたファイバレーザ（ＥＤＦＬ）があり、こちらも短パルスを生成する光源として活発に開発が進められてきている。

ＳＣ光生成については数多くの報告がなされてきており、最近では、チタンサファイアレーザの発振波長付近に零分散波長を有するフォトニッククリスタルファイバなどのホーリーファイバを用いた検討が活発である。また、波長１５５０ｎｍ帯においても、短パルス光源からのパルス光や高出力の連続光を、非線形性を通常よりも高めた高非線形光ファイバに種光として入力して、より効率よく広帯域なＳＣ光を得た例も報告されている。
特開平１１−１６０７４４号公報 奥野、他、「光ファイバーの非線形性を応用した広帯域近赤外パルスレーザー光源」、第２１回近赤外フォーラム講演要旨集、Ｐ−３３，２００５年１１月

しかし、これらの報告では、種光として入力されるパルス光は、固定波長であるか、波長可変であったとしても狭い波長範囲（例えば１５５０ｎｍパルス光源では高々３０ｎｍ）に限定されるため、ＳＣ光のスペクトルはある程度決められた波長帯域に限定される。したがって、任意の波長帯域で任意の帯域幅でＳＣ光の発生を実現することは困難であった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の波長帯域および波長幅で広帯域光を生成することが可能な広帯域光源を提供することを目的とする。

本発明に係る広帯域光源は、(1) パルス光を出力するパルス光源と、(2) パルス光源から出力されるパルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光（入力パルス光という。）の中心波長と異なる中心波長を有するパルス光（発生パルス光）を発生して、入力パルス光のうちの残留したパルス光（残留パルス光）および発生パルス光を出射端から出力する第１光ファイバと、(3) 第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光のうち少なくとも発生パルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光に基づいて広帯域光を発生して、この広帯域光を出射端から出力する第２光ファイバと、を備えることを特徴とする。また、入力パルス光の波長が１５５０ｎｍ近傍にあり、発生パルス光の中心波長が入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側もしくは短波長側にあり、広帯域光のスペクトル帯域幅が入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上であることを特徴とする。また、発生パルス光の中心波長が入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にあるのが好適である。

本発明に係る広帯域光源では、パルス光源から出力されたパルス光は、第１光ファイバの入射端に入力される。この入射端に入力されたパルス光（入力パルス光）が第１光ファイバにより導波される間に、この入力パルス光の中心波長と異なる中心波長を有するパルス光（発生パルス光）が第１光ファイバにおいて発生する。入力パルス光のうちの残留したパルス光（残留パルス光）および発生パルス光は、第１光ファイバの出射端から出力される。この発生パルス光の中心波長は、入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にある。

更に、光ファイバ及び入力パルス光の条件によって、発生パルス光と同時に、入力パルス光の中心波長よりも短い波長のパルス光（第２の発生パルス光）も生成される場合がある。この第２の発生パルス光の中心波長は、入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上短波長側にある。第２の発生パルス光は、発生パルス光とほぼ鏡像関係にあり、例えば発生パルス光がより長波長側にシフトする場合には、第２の発生パルス光はより短波長側にシフトする挙動を示す。以下では、発生パルス光に対して詳細を記述するが、この鏡像の関係であることを考慮しておけば、全ての議論を第２の発生パルス光に対しても適用することが可能である。

さらに、第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光のうち少なくとも発生パルス光は、第２光ファイバの入射端に入力される。この入射端に入力されたパルス光が第２光ファイバにより導波される間に、この入力したパルス光に基づいて広帯域光が第２光ファイバにおいて発生して、この広帯域光が第２光ファイバの出射端から出力される。この広帯域光のスペクトル帯域幅は、入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である。

このように、第１光ファイバにおいて入力パルス光の中心波長より１０ｎｍ以上シフトした中心波長を有する発生パルス光が生成され、この第１光ファイバの後段に設けられた第２光ファイバにおいて発生パルス光に基づいて広帯域光が生成される。したがって、所望の波長帯域および波長幅で広帯域光が生成され得る。

入力パルス光の中心波長において第１光ファイバの波長分散値が正の値であるのが好適である。この場合には、第１光ファイバにおいてソリトン周波数シフトを効率よく発生させることができる。

入力パルス光の中心波長において第１光ファイバの波長分散値が２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であるのが好適である。この場合には、第１光ファイバにおけるパルス光間の相互作用による過剰な波長成分の生成を抑圧することができ、入力パルス光のエネルギを効率よく発生パルス光に移すことができる。これにより、第２光ファイバから出力される広帯域光のパワーを改善することができ、エネルギ変換効率を高めるとともに、不要な波長帯域での雑音成分を抑圧することができる。

第２光ファイバの非線形係数が１０ [１／Ｗ／ｋｍ] 以上であるのが好適である。この場合には、第２光ファイバにおいて広帯域光を効率よく発生させることができる。

発生パルス光のパルス幅が入力パルス光のパルス幅よりも狭くなっているのが好適である。この場合には、発生パルス光は、入力パルス光に対して、波長がシフトされるだけでなく、パルス圧縮も同時に施される。したがって、広帯域光のピークパワーが実効的に高められ、第２ファイバにおいて更に高効率に広帯域光を生成することができる。

第１光ファイバの出射端から出力される発生パルス光および残留パルス光のうち発生パルス光を選択的に第２光ファイバの入射端に入力させる光フィルタを更に備えるのが好適である。この場合には、第１光ファイバの出射端から出力される発生パルス光および残留パルス光のうち、残留パルス光は光フィルタにより遮断される一方、発生パルス光は光フィルタにより選択されて第２光ファイバの入射端に入力される。したがって、周波数シフトされた発生パルス光のみに因る純粋な広帯域光の生成が可能となる。

第１光ファイバの出射端から出力される発生パルス光および残留パルス光の双方が第２光ファイバの入射端に入力されるのが好適である。この場合には、第２光ファイバにおいて、発生パルス光だけでなく残留パルス光も効率的に利用され、２波長励起に因る更なる広帯域光の生成が可能となる。

入力パルス光の波長が１５５０ｎｍ近傍（例えば１０２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ）にあるのが好適である。この場合には、パルス光を出力するパルス光源として、Ｅｒ元素が添加された光ファイバやガラスなどを光増幅媒体として含む安価で製造容易な装置を利用することができる。また、高信頼性を有する石英系の高非線形光ファイバの分散値は、この波長付近で容易に小さくすることができる。したがって、低コストで簡単な構成で安定な広帯域光源を実現することができる。

第１光ファイバが偏波保持光ファイバであるのが好適である。この場合には、第１光ファイバを偏波保持とすることにより、第１光ファイバから出力されるパルスの中心波長の時間的な変動を抑圧することができ、第２光ファイバの偏波依存性に因る広帯域光のスペクトル形状の変化を低減することができる。

第１光ファイバと第２光ファイバとが一連長の光ファイバであるのが好適である。この場合には、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続したときの接続損失を回避することができるので、より高パワーの広帯域光が得られる。また、接続箇所が存在しないので、コイルに巻いたりモジュール化したりする場合に小型化することができる。

第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光を光増幅して第２光ファイバの入射端に入力させる光増幅器を更に備えるのが好適である。この場合には、第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光は、光増幅器により光増幅された後に、第２光ファイバの入射端に入力される。第２光ファイバの入射端に入力される発生パルス光のピークパワーが増大するので、第２光ファイバから出力される広帯域光のパワーの増加や発生効率の向上が可能となる。

第１光ファイバにおいて入力パルス光をラマン増幅するための励起光を第１光ファイバに供給する励起光供給部を更に備えるのが好適である。この場合には、第１光ファイバにおいて入力パルス光をラマン増幅することにより、入力パルス光に対する発生パルス光の波長シフト量を促進・調整することができる。

第１光ファイバにおいて発生する発生パルス光の中心波長が可変であるのが好適である。この場合には、第２光ファイバから出力される広帯域光の波長帯を可変にすることができる。これにより、測定対象の波長特性に応じて広帯域光のスペクトルを調整することができ、高感度な計測を実現することができる。

第１光ファイバの入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御する制御手段を更に備え、この入力パルス光のパワーを制御することで発生パルス光の中心波長を制御するのが好適である。この場合には、第１光ファイバの入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御することにより、入力パルス光に対する発生パルス光の波長シフト量を可変とすることができる。具体的には、パルス光源と第１光ファイバとの間の光路上に可変光減衰器などを設けることにより、低コストで高信頼性の広帯域光源を実現することができる。

第２光ファイバの零分散波長が１５５０ｎｍより長波長側にあるのが好適である。この場合には、一般的に光通信等の分野で利用される波長１５５０ｎｍ付近のパルス光を発生するパルス光源を用いた場合、第２光ファイバで発生する発生パルス光の波長は１５６０ｎｍ以上となる。このとき、この発生パルス光の波長と第２光ファイバの零分散波長とを互いに近くに配置することにより、効率よく広帯域光を生成することができる。逆に、第２光ファイバの零分散波長が１５５０ｎｍより１０ｎｍ以上短波長側にあってもよい。この場合には、第２の発生パルス光により広帯域光を生成させることができる。

発生パルス光の中心波長において第２光ファイバの波長分散値が負の値であるのが好適である。この場合には、発生パルス光の中心波長において波長分散値が負の値である第２光ファイバでは、低雑音の広帯域光の生成が可能となる。

入力パルス光の中心波長において第１光ファイバの分散スロープの絶対値が０.０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるのが好適である。この場合には、第１光ファイバにおける入力パルス光から発生パルス光への波長シフトを、パルス波形を大きく歪ませること無く、より長波長側まで実現させることができる。

発生パルス光の中心波長において第２光ファイバの分散スロープの絶対値が０.０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるのが好適である。この場合には、第２光ファイバにおいて広帯域光をより効率よく広帯域に生成することができる。

発生パルス光の中心波長が入力パルス光の中心波長から１００ｎｍ以上長波長側にあるのが好適である。一般に、波長１５５０ｎｍ帯の短パルス光源は、波長可変範囲が高々３０ｎｍ程度に限定される。これに対し、発生パルス光の中心波長が入力パルス光の中心波長から１００ｎｍ以上長波長側にあると、一般に波長変換技術などを駆使して複雑な構成で生成させていた波長域における短パルス光源を簡易に実現することが可能となる。

広帯域光のスペクトル帯域幅が入力パルス光のスペクトル帯域幅の５倍以上であるのが好適である。この場合には、波長１.６μｍ付近のメタンの吸収や、波長２μｍ付近のＣＯ_２の吸収などの特性を、そのスペクトル広がりも含めて高精度に測定することが可能となる。

広帯域光のスペクトル帯域幅が入力パルス光のスペクトル帯域幅の１０倍以上であるのが好適である。この場合には、この条件はサブピコ秒のパルス光のスペクトルが２００ｎｍ近く広がることに相当し、複数の物質の吸収特性を吸収幅も含めて同時に観測できるほか、水の吸収のような大きな吸収特性の近傍での他の物質の特性観測なども可能となる。

第２光ファイバの出射端から出力される広帯域光のスペクトル強度が−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であるのが好適である。この場合には、スペクトル強度を当該範囲に設定することにより、検出器の感度が低い波長帯でも、十分に物質の吸収・反射・散乱強度の測定が可能である。

第２光ファイバの分散特性または偏波特性が可変であるのが好適である。この場合には、第２光ファイバから出力される広帯域光のスペクトル形状は、第２光ファイバの分散値を制御することにより可変となる。これにより、測定系の感度を向上させるために光源スペクトル形状を最適化することが可能となる。また、偏波依存性の強い光ファイバでは、偏波特性を変えることでも同様の効果が期待される。これらの特性を変えるには、例えば、コイル状にした第２光ファイバを加熱・冷却したり、外圧をかけたり、延伸・圧縮したり、などの方法がある。

本発明によれば、所望の波長帯域および波長幅で広帯域光を生成することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る広帯域光源の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る広帯域光源１の構成図である。この広帯域光源１は、パルス光源１０、入射光学系２０、第１光ファイバ３０および第２光ファイバ４０を備える。

パルス光源１０は、パルス光を出力するものである。入射光学系２０は、コリメータレンズ２１および集光レンズ２２を含み、パルス光源１０から出力されたパルス光を第１光ファイバ３０の入射端３１へ入力させる。

第１光ファイバ３０は、パルス光源１０から出力されて入射光学系２０を経たパルス光を入射端３１に入力して導波する。第１光ファイバ３０は、この入力したパルス光（入力パルス光）の中心波長より長い中心波長を有するパルス光（発生パルス光）を発生する。そして、第１光ファイバ３０は、入力パルス光のうちの残留したパルス光（残留パルス光）および発生パルス光を出射端３２から出力する。発生パルス光の中心波長は、入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にある。

第２光ファイバ４０は、第１光ファイバ３０の出射端３２から出力されるパルス光のうち少なくとも発生パルス光を入射端４１に入力して導波する。第１光ファイバ３０の出射端３２と第２光ファイバ４０の入射端４１とは、融着等により接続されている。第２光ファイバ４０は、この入力したパルス光に基づいて広帯域光を発生して、この広帯域光を出射端４２から出力する。広帯域光のスペクトル帯域幅は、入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である。

パルス光源１０から出力されるパルス光は、例えば、中心波長が１５５０ｎｍであり、パルス繰り返し周波数が５０ＭＨｚであり、出力パワーが７０〜８０ｍＷであり、パルス幅が略３００ｆｓである。このようなパルス光を入力する第１光ファイバ３０は、例えば、波長１.５５μｍにおいて、ファイバ損失が０.５ｄＢ／ｋｍであり、分散スロープが０.０２０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、実効コア断面積が１６μｍ^２であり、モードフィールド径が４.６μｍであり、カットオフ波長が１４００ｎｍであり、偏波モード分散が０.０３ｐｓ／ｋｍ^１／２であり、ファイバ長が５０ｍである。また、このような第１光ファイバ３０で発生した発生パルス光を入力する第２光ファイバ４０は、例えば、波長１.７０μｍにおいて、ファイバ損失が０.８ｄＢ／ｋｍであり、分散スロープが−０.００８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、実効コア断面積が１４μｍ^２であり、モードフィールド径が４.３μｍであり、カットオフ波長が１２００ｎｍであり、偏波モード分散が０.０４ｐｓ／ｋｍ^１／２であり、ファイバ長が５０ｍである。

この広帯域光源１では、パルス光源１０から出力されたパルス光は、入射光学系２０を経て、第１光ファイバ３０の入射端３１に入力される。この入射端３１に入力されたパルス光（入力パルス光）が第１光ファイバ３０により導波される間に、入力パルス光がソリトン自己周波数シフトを受け、この入力パルス光の中心波長より長い中心波長を有するパルス光（発生パルス光）が第１光ファイバ３０において発生する。入力パルス光のうちの残留したパルス光（残留パルス光）および発生パルス光は、第１光ファイバ３０の出射端３２から出力される。この発生パルス光の中心波長は、入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にある。

さらに、第１光ファイバ３０の出射端３１から出力されるパルス光のうち少なくとも発生パルス光は、第２光ファイバ４０の入射端４１に入力される。この入射端４１に入力されたパルス光が第２光ファイバ４０により導波される間に、この入力したパルス光に基づいて広帯域光（ＳＣ光）が第２光ファイバ４０において発生して、この広帯域光が第２光ファイバ４０の出射端４２から出力される。この広帯域光のスペクトル帯域幅は、入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である。

このように、第１光ファイバ３０において入力パルス光の中心波長より１０ｎｍ以上シフトした中心波長を有する発生パルス光が生成され、この第１光ファイバ３０の後段に設けられた第２光ファイバ４０において発生パルス光に基づいて広帯域光が生成される。したがって、第１光ファイバ３０における波長シフト条件や第２光ファイバ４０におけるＳＣ条件を適当に設計・制御することにより、所望の波長帯域および波長幅を有する広帯域光が、エネルギの無駄を最小限に抑えつつ生成され得る。

なお、図２に示されるように、更に、第１光ファイバ３０及び入力パルス光の条件によって、発生パルス光と同時に、入力パルス光の中心波長よりも短い波長のパルス光（第２の発生パルス光）も生成される場合がある。この第２の発生パルス光の中心波長は、入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上短波長側にある。第２の発生パルス光は、発生パルス光とほぼ鏡像関係にあり、例えば発生パルス光がより長波長側にシフトする場合には、第２の発生パルス光はより短波長側にシフトする挙動を示す。この第２発生パルス光を第２光ファイバ４０に入射させることで、この第２発生パルス光の中心波長を含む広帯域の光を発生させることもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る広帯域光源２の構成図である。この広帯域光源２は、パルス光源１０、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０および光フィルタ５０を備える。

この第２実施形態では、パルス光源１０がピグテイル光ファイバを有していて、そのピグテイル光ファイバが第１光ファイバ３０に直接に融着等により接続されている。また、この第２実施形態では、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に光フィルタ５０が挿入されている。

光フィルタ５０は、第１光ファイバ３０の出射端３２から出力される発生パルス光および残留パルス光のうち、残留パルス光を遮断し、発生パルス光を選択的に透過させて第２光ファイバ４０の入射端４１に入力させる。したがって、周波数シフトされた発生パルス光のみに因る純粋な広帯域光の生成が可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る広帯域光源３の構成図である。この広帯域光源３は、パルス光源１０、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０および光増幅器６０を備える。この第３実施形態では、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に光増幅器６０が挿入されている。

光増幅器６０は、第１光ファイバ３０の出射端３２から出力されるパルス光を光増幅して、その光増幅したパルス光を第２光ファイバ４０の入射端４１に入力させる。この光増幅器６０は、例えば、Ｅｒ元素やＴｍ元素などの希土類元素が添加された光ファイバやガラスなどを光増幅媒体として含むものであるのが好適であり、また、ラマン増幅器であってもよい。第２光ファイバ４０の入射端４１に入力される発生パルス光のピークパワーが増大するので、第２光ファイバ４０から出力される広帯域光のパワーの増加や発生効率の向上が可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態に係る広帯域光源４の構成図である。この広帯域光源４は、パルス光源１０、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０および励起光供給部７０を備える。この第４実施形態では、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に励起光供給部７０が挿入されている。

励起光供給部７０は、第１光ファイバ３０において入力パルス光をラマン増幅するための励起光を出力する励起光源７１と、この励起光源７１から出力された励起光を第１光ファイバ３０に供給する光カプラ７２とを含む。また、光カプラ７２は、第１光ファイバ３０の出射端３２から出力されたパルス光を入力し、そのパルス光を第２光ファイバ４０の入射端４１へ出力する。第１光ファイバ３０において入力パルス光をラマン増幅することにより、入力パルス光に対する発生パルス光の波長シフト量を促進・調整することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態に係る広帯域光源５の構成図である。この広帯域光源５は、パルス光源１０、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０および可変光減衰器８０を備える。この第５実施形態では、パルス光源１０と第１光ファイバ３０との間に可変光減衰器８０が挿入されている。

可変光減衰器８０は、第１光ファイバ３０の入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御する制御手段として作用し、この入力パルス光のパワーを制御することで発生パルス光の中心波長を制御する。第２の発生パルス光が同時に生成されている場合には、この中心波長も同時に制御することが可能である。このように第１光ファイバ３０の入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御することにより、入力パルス光に対する発生パルス光の波長シフト量を可変とすることができ、低コストで高信頼性の広帯域光源を実現することができる。

図７は、第５実施形態に係る広帯域光源５における動作を説明するための図である。ここでは、第１光ファイバ３０の入射端に入力される入力パルス光の中心波長が１５５０ｎｍであって、入力パルス光のパワーがＰ１である場合（同図（ａ））、および、入力パルス光のパワーがＰ２である場合（同図（ｂ））、の２つのケースについて考える。ただし、「Ｐ１＜Ｐ２」である。第１光ファイバ３０の波長分散特性は、波長１５５０ｎｍおよび長波長側で正の分散値であるとする（同図（ｃ））。このような第１光ファイバ３０にパワーＰ１の入力パルス光が入力されると、第１光ファイバ３０において中心波長１７００ｎｍの発生パルス光が生成される（同図（ｄ））。一方、第１光ファイバ３０にパワーＰ２の入力パルス光が入力されると、第１光ファイバ３０において中心波長２０００ｎｍの発生パルス光が生成される（同図（ｅ））。

第２光ファイバ４０の波長分散特性は、波長１９００ｎｍにおいて分散値０であって、分散スロープが正であるとする（同図（ｆ））。このような第２光ファイバ４０に中心波長１７００ｎｍの発生パルス光が入力されると、第２光ファイバ４０において中心波長１７００ｎｍであって帯域幅２００ｎｍの広帯域光が生成される（同図（ｇ））。一方、第２光ファイバ４０に中心波長２０００ｎｍの発生パルス光が入力されると、第２光ファイバ４０において中心波長２０００ｎｍであって帯域幅５００ｎｍの広帯域光が生成される（同図（ｇ））。

このように、第１光ファイバ３０の入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御することにより、入力パルス光に対する発生パルス光の波長シフト量を可変とすることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の第６実施形態について説明する。図８は、第６実施形態に係る広帯域光源６の構成図である。この広帯域光源６は、パルス光源１０、入射光学系２０、第１光ファイバ３０および第２光ファイバ４０を備える。

この第６実施形態では、第１光ファイバ３０の出射端から出力される発生パルス光および残留パルス光の双方が、第２光ファイバ４０の入射端に入力される。この場合には、第２光ファイバ４０において、発生パルス光だけでなく残留パルス光も効率的に利用され、２波長励起に因る更なる広帯域光の生成が可能となる。

なお、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に分散補償器または遅延時間補償器を配置して、第２光ファイバ４０において効率よく広帯域光が生成するように、発生パルス光および残留パルス光それぞれのタイミングを調整することもできる。このとき、これらの補償器は可変型であるとより望ましい
（他の実施形態）
次に、本発明に係る広帯域光源の他の実施形態について説明する。

図９は、中心波長１６５０ｎｍの発生パルス光を第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。ここでは、第２光ファイバ４０の波長分散値Ｄを、正値（＋０.１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）および負値（−０.１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）それぞれとする。また、第２光ファイバ４０の他の特性については、波長１６５０ｎｍにおいて、ファイバ損失が０.６ｄＢ／ｋｍであり、分散スロープが０.０２０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、実効コア断面積が１２μｍ^２であり、モードフィールド径が３.９μｍであり、カットオフ波長が１４００ｎｍであり、偏波モード分散が０.０３ｐｓ／ｋｍ^１／２であり、ファイバ長が５０ｍである。

この図に示されるように、第２光ファイバ４０の波長分散値Ｄが負値（−０.１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である場合には、第２光ファイバ４０において生成される広帯域光の帯域幅は１００ｎｍ程度である。これに対して、第２光ファイバ４０の波長分散値Ｄが正値（＋０.１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である場合には、第２光ファイバ４０において生成される広帯域光の帯域幅は３００ｎｍ程度である。

図１０は、中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を正分散の第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を正分散の第２光ファイバ４０に入力させると、中心波長１８００ｎｍで帯域幅６００ｎｍの広帯域光が得られる。このような広帯域光源は、例えば、メタンおよび二酸化炭素を同時に測定する計測装置の光源として適用することが可能である。

図１１は、中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を負分散の第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を負正散の第２光ファイバ４０に入力させると、中心波長１８００ｎｍで帯域幅２００ｎｍの広帯域光が得られる。パルス光源１０から出力される波長１５５０ｎｍのパルス光を直接に第２光ファイバ４０に入力させる場合（図１２中のスペクトルＢ）と比較すると、パルス光源１０から出力される波長１５５０ｎｍのパルス光に基づいて第１光ファイバ３０で発生した発生パルス光を第２光ファイバ４０に入力させる場合（図１１中のスペクトルまたは図１２中のスペクトルＡ）の方が、スペクトル強度で約５倍の改善を図ることができる。この領域での水の吸収の窓に相当する波長ゆえ、生体観察に適当な光源である。

第１実施形態に係る広帯域光源１の構成図である。 第１実施形態に係る広帯域光源１の構成図である。 第２実施形態に係る広帯域光源２の構成図である。 第３実施形態に係る広帯域光源３の構成図である。 第４実施形態に係る広帯域光源４の構成図である。 第５実施形態に係る広帯域光源５の構成図である。 第５実施形態に係る広帯域光源５における動作を説明するための図である。 第６実施形態に係る広帯域光源６の構成図である。 中心波長１６５０ｎｍの発生パルス光を第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。 中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を正分散の第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。 中心波長１８００ｎｍの発生パルス光を負分散の第２光ファイバ４０に入力させたときに第２光ファイバ４０において生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。 パルス光源１０から出力される波長１５５０ｎｍのパルス光を直接に第２光ファイバ４０に入力させる場合に生成される広帯域光のスペクトルを示す図である。

符号の説明

１〜６…広帯域光源、１０…パルス光源、２０…入射光学系、２１…コリメータレンズ、２２…集光レンズ、３０…第１光ファイバ、３１…入射端、３２…出射端、４０…第２光ファイバ、４１…入射端、４２…出射端、５０…光フィルタ、６０…光増幅器、７０…励起光供給部、８０…可変光減衰器。

Claims (18)

1. パルス光を出力するパルス光源と、
   前記パルス光源から出力されるパルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光（以下「入力パルス光」という。）の中心波長と異なる中心波長を有するパルス光（以下「発生パルス光」という。）を発生して、前記入力パルス光のうちの残留したパルス光（以下「残留パルス光」という。）および前記発生パルス光を出射端から出力する第１光ファイバと、
   前記第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光のうち少なくとも前記発生パルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光に基づいて広帯域光を発生して、この広帯域光を出射端から出力する第２光ファイバと、
   を備え、
   前記入力パルス光の波長が１５５０ｎｍ近傍にあり、
   前記発生パルス光の中心波長が前記入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側もしくは短波長側にあり、
   前記広帯域光のスペクトル帯域幅が前記入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である、
   ことを特徴とする広帯域光源。
2. パルス光を出力するパルス光源と、
   前記パルス光源から出力されるパルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光（以下「入力パルス光」という。）の中心波長と異なる中心波長を有するパルス光（以下「発生パルス光」という。）を発生して、前記入力パルス光のうちの残留したパルス光（以下「残留パルス光」という。）および前記発生パルス光を出射端から出力する第１光ファイバと、
   前記第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光のうち少なくとも前記発生パルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光に基づいて広帯域光を発生して、この広帯域光を出射端から出力する第２光ファイバと、
   を備え、
   前記入力パルス光の波長が１５５０ｎｍ近傍にあり、
   前記発生パルス光の中心波長が前記入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にあり、
   前記広帯域光のスペクトル帯域幅が前記入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である、
   ことを特徴とする広帯域光源。
3. パルス光を出力するパルス光源と、
   前記パルス光源から出力されるパルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光（以下「入力パルス光」という。）の中心波長より長い中心波長を有するパルス光（以下「発生パルス光」という。）と、更に中心波長より短い中心波長を有するパルス光（以下「第２の発生パルス光」という。）を発生して、前記入力パルス光のうちの残留したパルス光（以下「残留パルス光」という。）および前記発生パルス光、前記第２の発生パルス光を出射端から出力する第１光ファイバと、
   前記第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光のうち少なくとも前記第２の発生パルス光を入射端に入力して導波し、この入力したパルス光に基づいて広帯域光を発生して、この広帯域光を出射端から出力する第２光ファイバと、
   を備え、
   前記入力パルス光の波長が１５５０ｎｍ近傍にあり、
   前記発生パルス光の中心波長が前記入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上長波長側にあり、
   前記第２の発生パルス光の中心波長が前記入力パルス光の中心波長から１０ｎｍ以上短波長側にあり、
   前記発生パルス光の中心波長と前記第２の発生パルス光の中心波長とが前記入力パルス光の中心波長に対しほぼ鏡像関係にあり、
   前記広帯域光のスペクトル帯域幅が前記入力パルス光のスペクトル帯域幅の２倍以上である、
   ことを特徴とする広帯域光源。
4. 前記入力パルス光の中心波長において前記第１光ファイバの波長分散値が正の値であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
5. 前記入力パルス光の中心波長において前記第１光ファイバの波長分散値が２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
6. 前記第２光ファイバの非線形係数が１０ [１／Ｗ／ｋｍ] 以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
7. 前記第１光ファイバの出射端から出力される前記発生パルス光および前記残留パルス光のうち前記発生パルス光を選択的に前記第２光ファイバの入射端に入力させる光フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
8. 前記第１光ファイバが偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
9. 前記第１光ファイバの出射端から出力されるパルス光を光増幅して前記第２光ファイバの入射端に入力させる光増幅器を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
10. 前記第１光ファイバにおいて入力パルス光をラマン増幅するための励起光を前記第１光ファイバに供給する励起光供給部を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
11. 前記第１光ファイバにおいて発生する発生パルス光の中心波長が可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
12. 前記第１光ファイバの入射端に入力される入力パルス光のパワーを制御する制御手段を更に備え、この入力パルス光のパワーを制御することで前記発生パルス光の中心波長を制御することを特徴とする請求項１１記載の広帯域光源。
13. 前記第２光ファイバの零分散波長が１５５０ｎｍより長波長側にあることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
14. 前記発生パルス光の中心波長において前記第２光ファイバの波長分散値が負の値であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
15. 前記入力パルス光の中心波長において前記第１光ファイバの分散スロープの絶対値が０.０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
16. 前記発生パルス光の中心波長において前記第２光ファイバの分散スロープの絶対値が０.０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
17. 前記第２光ファイバの出射端から出力される前記広帯域光のスペクトル強度が−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
18. 前記第２光ファイバの分散特性または偏波特性が可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域光源。
    

Images