JP6613120B2 - 波長変換装置、それを用いた光源装置、およびそれを用いた情報取得装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の技術的特徴の概略について、図1および図2を用いて説明する。本発明は、FOPO等の共振器(以下、単に「共振器」という)内において共振する共振光パルスの群遅延分散の一部または全部を補償するパルス圧縮部を、共振器内に有することを特徴としている。パルス圧縮部は、後述するように、例えば共振光パルスに対して正の分散を持つ共振器内に、共振光パルスに対して負の分散を与えるファイバや回折格子を用いた圧縮器、チャープファイバブラッググレーティング(CFBG)等を挿入することにより得られる。このように、パルス圧縮部が共振光パルスの群遅延分散の一部または全部を補償することにより、共振器内の非線形導波路における共振光パルスの時間幅を圧縮することができる。なお、共振器が共振光パルスに対して負の分散を与える場合は、正の分散を与えるパルス圧縮部を用いることで、同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態においては、上式(2)が満たされることが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。本実施形態では、非線形導波路の光入力端における共振光パルスの時間幅がより圧縮されるように、共振光パルスの群遅延分散の一部または全部が補償されてさえいれば、共振光パルスのスペクトル形状の歪みをより抑制することができる。
本発明の第2の実施形態における波長変換装置について図5を用いて説明する。図5は、本発明の第2の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す模式図である。
本発明の第3の実施形態における波長変換装置について説明する。本実施形態の構成は、図1に示す第1の実施形態と同様の構成である。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、パルス圧縮部308が、共振光パルスに対して正の群速度分散を与える光ファイバを含んでいる点が異なっている。その他については第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。
本発明の第4の実施形態における波長変換装置について説明する。本実施形態の構成は、図1に示す第1の実施形態と同様の構成である。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、パルス圧縮部308が、チャープミラーを用いた光学系を含んでいる点が異なっている。その他については第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。
本発明の第5の実施形態における波長変換装置について図6を用いて説明する。図6は、本発明の第5の実施形態に係る波長変換装置におけるパルス圧縮部の構成を示す模式図である。本実施形態の構成は、図1に示す第1の実施形態と同様の構成である。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、パルス圧縮部308が、回折格子を用いた光学系を含んでいる点が異なっている。その他については第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。
本発明の第6の実施形態における波長変換装置について説明する。本実施形態の構成は、図1に示す第1の実施形態と同様の構成である。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、パルス圧縮部308がファイバブラッググレーティングを含んでいる点が異なっている。その他については第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。
本発明の第7の実施形態における波長変換装置について図3を用いて説明する。第1の実施形態では、主に、非線形導波路302において発生するXPMを抑制する方法について説明した。本実施形態では、更に、非線形導波路302以外の導波路において発生するXPMを抑制する方法について説明する。本実施形態の構成は第1の実施形態と同じである。
本発明の第8の実施形態における波長変換装置について図7を用いて説明する。図7は、本発明の第8の実施形態に係る波長変換装置300bの構成を示す模式図である。図7に示す波長変換装置300bは、図3に示す第1の実施形態の波長変換装置300と比較して、第1光導波路303と非線形導波路302との間に、シード光パルスを増幅する光増幅器700を備えている点が異なっている。その他については第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。図7に示す光増幅器700は、レーザーダイオード702、ポンプ光導波路703、ポンプコンバイナ704、第4光導波路705、および光増幅ファイバ706を備えて構成される。
本発明の第9の実施形態における波長変換装置について図7を用いて説明する。第8の実施形態では、シード光パルスのパルスエネルギーが小さく、第2光導波路307および光増幅器700におけるXPMが無視できる場合について説明した。これに対し、本実施形態では、シード光パルスのパルスエネルギーが大きく、第2光導波路307および光増幅器700におけるXPMが無視できない場合について説明する。本実施形態の構成は第8の実施形態と同じである。
本発明の第10の実施形態における波長変換装置について図7を用いて説明する。第8の実施形態では、光増幅器700におけるXPMが無視できる場合について説明した。一方、第9の実施形態では、光増幅器700におけるXPMが無視できない場合について説明した。これに対し、本実施形態では、光増幅器700におけるXPMが部分的に無視できる場合について説明する。本実施形態の構成は第8の実施形態と同じである。
本発明の第11の実施形態における光源装置について図8を用いて説明する。図8は、本発明の第11の実施形態に係る光源装置800の構成を示す模式図である。図8に示す本実施形態の光源装置800は、第1乃至第10の実施形態の波長変換装置300又は300bに対し、更にレーザー801、分波部802、第2パルス圧縮部803、第2合波部804を備えて構成される。
本発明の第12の実施形態における情報取得装置について図9を用いて説明する。図9は、本発明の第12の実施形態に係る情報取得装置900の構成を示す模式図である。図9に示す本実施形態の情報取得装置900は、第1乃至第10の実施形態の波長変換装置300又は300bに対し、更に光検出器908を備えて構成される2光子顕微鏡システムである。光検出器908は、波長変換装置300又は300bから出力され、被検体を介して伝搬する光を検出する。
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態に記載の構成は、一例を示したものであり、本発明を適用可能な波長変換装置、光源装置、および情報取得装置は、上記実施形態の説明に用いた図に限定されるものではない。また、上記実施形態に記載の構成は、組み合わせて実施することも可能である。本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
302 非線形導波路
303 第1光導波路
304 取り出し部
305 フィードバック部
306 合波部
307 第2光導波路
308 パルス圧縮部
501 波長フィルタ
601 回折格子
700 光増幅器
800 光源装置
801 レーザー
802 分波部
803 第2パルス圧縮部
804 第2合波部
900 情報取得装置
901 ビームコリメータ
902 Xスキャンミラー
903 Yスキャンミラー
904 ダイクロイックミラー
905 対物レンズ
906 ステージ
907 被検体
909 光検出器
Claims (19)
- 第1の波長を有する第1の光パルスを導入する合波部と、
前記合波部から導入された前記第1の光パルスを、光パラメトリックによって波長変換する非線形導波路と、
前記波長変換された光パルスの一部を取り出す取り出し部と、
前記取り出し部で取り出されなかった前記波長変換された光パルスを、共振光パルスとして前記合波部にフィードバックするフィードバック部と、
前記共振光パルスの群遅延分散の少なくとも一部を補償することにより、前記共振光パルスの時間幅を圧縮するパルス圧縮部と、を備え、
前記パルス圧縮部は、前記第1の光パルスの時間幅をΔtp、前記共振光パルスのスペクトル幅をΔωr、共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和をDo、前記パルス圧縮部が前記共振光パルスに与える群遅延分散をDc、前記非線形導波路における前記共振光パルスの前記第1の光パルスに対するウォークオフをtwoとするとき、下式のパルス圧縮条件
- 請求項1に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記合波部と前記非線形導波路とを接続する第2光導波路と、を更に備え、
前記パルス圧縮部は、前記非線形導波路、前記フィードバック部、前記第1光導波路および前記第2光導波路を含む共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和とは逆符号の群遅延分散を前記共振光パルスに与えることにより、前記非線形導波路における前記共振光パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記合波部と前記非線形導波路とを接続する第2光導波路と、を更に備え、
前記パルス圧縮部は、前記非線形導波路、前記フィードバック部、前記第1光導波路および前記第2光導波路を含む共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和とは逆符号の群遅延分散を前記共振光パルスに与えることにより、前記合波部における前記共振光パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記第1の光パルスを増幅し前記非線形導波路と接続する光増幅部と、
前記合波部と前記光増幅部とを接続する第2光導波路と、を更に備え、
前記パルス圧縮部は、前記フィードバック部、前記第1光導波路、前記第2光導波路および前記光増幅部を含む共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和とは逆符号の群遅延分散を前記共振光パルスに与えることにより、前記非線形導波路の光入力端における前記共振光パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記第1の光パルスを増幅し前記非線形導波路と接続する光増幅部と、
前記合波部と前記光増幅部とを接続する第2光導波路と、を更に備え、
前記パルス圧縮部は、前記フィードバック部、前記第1光導波路、前記第2光導波路および前記光増幅部を含む共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和とは逆符号の群遅延分散を前記共振光パルスに与えることにより、前記光増幅部中で前記共振光パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする波長変換装置。 - 第1の波長を有する第1の光パルスを導入する合波部と、
前記合波部から導入された前記第1の光パルスを、光パラメトリックによって波長変換する非線形導波路と、
前記波長変換された光パルスの一部を取り出す取り出し部と、
前記取り出し部で取り出されなかった前記波長変換された光パルスを、共振光パルスとして前記合波部にフィードバックするフィードバック部と、
前記共振光パルスの群遅延分散の少なくとも一部を補償することにより、前記共振光パルスの時間幅を圧縮するパルス圧縮部と、を備え、
前記パルス圧縮部は、前記第1の光パルスの時間幅をΔtp、前記共振光パルスのスペクトル幅をΔωr、共振器が前記共振光パルスに与える群遅延分散の総和をDo、前記パルス圧縮部が前記共振光パルスに与える群遅延分散をDc、前記第1の光パルスと前記共振光パルスとが重なって伝搬する部分での前記共振光パルスの前記第1の光パルスに対するウォークオフをtwoとするとき、下式のパルス圧縮条件
- 請求項6に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記第1の光パルスを増幅し前記非線形導波路と接続する光増幅部と、
前記合波部と前記光増幅部とを接続する第2光導波路と、
前記取り出し部からの出力端をなす第3光導波路と、を更に備え、
前記第1の光パルスと前記共振光パルスとが重なって伝搬する部分は、前記合波部と前記第1光導波路と前記第2光導波路と前記光増幅部と前記非線形導波路と前記取り出し部と前記第3光導波路であることを特徴とする波長変換装置。 - 請求項6に記載の波長変換装置において、
前記取り出し部と前記非線形導波路とを接続する第1光導波路と、
前記合波部と前記非線形導波路とを接続する第2光導波路と、
前記取り出し部からの出力端をなす第3光導波路と、を更に備え、
前記第1の光パルスと前記共振光パルスとが重なって伝搬する部分は、前記合波部と前記第1光導波路と前記第2光導波路と前記非線形導波路と前記取り出し部と前記第3光導波路であることを特徴とする波長変換装置。 - 請求項6に記載の波長変換装置において、
前記第1の光パルスと前記共振光パルスとが重なって伝搬する部分は、少なくとも前記合波部と前記非線形導波路と前記取り出し部であることを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、前記フィードバック部に挿入されていることを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記フィードバック部が、前記共振光パルスの波長を制限する波長フィルタを有することを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、前記共振光パルスに対して負の群速度分散を与える光ファイバを含むことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、前記共振光パルスに対して正の群速度分散を与える光ファイバを含むことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、チャープミラーを用いた光学系を含むことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、回折格子を用いた光学系を含むことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から15のいずれか1項に記載の波長変換装置において、
前記パルス圧縮部が、ファイバブラッググレーティングを含むことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の波長変換装置と、前記第1の波長を有する前記第1の光パルス出力するレーザーと、を備えることを特徴とする光源装置。
- 請求項1から16のいずれか1項に記載の波長変換装置と、前記波長変換装置から出力され、被検体を介して伝搬する光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする情報取得装置。
- 請求項17に記載の光源装置と、前記光源装置から出力され、被検体を介して伝搬する光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする情報取得装置。
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