JP6746371B2 - Light source device and information acquisition device - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置及び情報取得装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an information acquisition device.
パルス光を被検体に照射し、被検体にて反射若しくは散乱される光、被検体を透過する光、又は、被検体から発せられる蛍光等を検出することによって、被検体の構成物質に関する様々な情報を得る技術が注目されている。 By irradiating the subject with pulsed light and detecting light reflected or scattered by the subject, light transmitted through the subject, or fluorescence emitted from the subject, various substances related to the constituents of the subject are detected. The technology for obtaining information is drawing attention.
近年、分子振動数に対応した周波数差を有する2つのパルス光を被検体に照射し、被検体において生じる以下のような散乱に基づく光を検出し、被検体の物質同定を行う研究が盛んに行われている。かかる散乱としては、例えば、誘導ラマン散乱(SRS:Stimulated Raman Scattering)が挙げられる。また、かかる散乱として、コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS:Coherent Anti−stokes Raman Scattering)等も挙げられる。 In recent years, a lot of research has been conducted to identify a substance in a subject by irradiating the subject with two pulsed lights having a frequency difference corresponding to the molecular frequency and detecting light based on the following scattering generated in the subject. Has been done. Examples of such scattering include stimulated Raman scattering (SRS: Stimulated Raman Scattering). In addition, examples of such scattering include coherent anti-stokes Raman scattering (CARS).
中心波長が互いに異なる2つのパルス光を発生するレーザ光源としては、以下のようなレーザ光源が知られている。即ち、非線形ファイバにおいて生じる四光波混合(光パラメトリック効果の一種)を利用した光パラメトリック共振器(Fiber Optical Parametric Oscillator、以下FOPOと略す)が知られている。FOPOは、光ファイバに入射した励起パルス光のエネルギーを受けて、励起パルス光とは波長の異なるパルス光を発生させ、当該パルス光を共振器内において発振させる。即ち、FOPO内に設けられた非線形ファイバに励起パルス光を入射させると、励起パルス光よりも短波長のパルス光(信号パルス光、信号光)と、励起パルス光よりも長波長のパルス光(アイドラーパルス光、アイドラー光)とが同時に発生する。信号パルス光とアイドラーパルス光とのうちの少なくともいずれかの一部をフィードバックし、励起パルス光と同期して共振器内に再度導入することによって、信号パルス光とアイドラーパルス光とのうちの少なくともいずれかを発振させる。そして、信号パルス光とアイドラーパルス光とのうちのいずれか、又は、これらの両方が出力として取り出される。 The following laser light sources are known as laser light sources that generate two pulsed lights having different center wavelengths. That is, an optical parametric resonator (Fiber Optical Parametric Oscillator, hereinafter abbreviated as FOPO) that utilizes four-wave mixing (a type of optical parametric effect) generated in a nonlinear fiber is known. The FOPO receives the energy of the excitation pulse light that has entered the optical fiber, generates pulsed light having a wavelength different from that of the excitation pulsed light, and oscillates the pulsed light in the resonator. That is, when pumping pulse light is made incident on the nonlinear fiber provided in the FOPO, pulsed light having a shorter wavelength than the pumping pulse light (signal pulsed light, signal light) and pulsed light having a longer wavelength than the pumping pulsed light ( Idler pulse light and idler light) are generated at the same time. At least a part of the signal pulsed light and the idler pulsed light is fed back and re-introduced into the resonator in synchronization with the excitation pulsed light, so that at least one of the signal pulsed light and the idler pulsed light. Make either one oscillate. Then, either or both of the signal pulsed light and the idler pulsed light are taken out as an output.
非特許文献1には、FOPO内に長尺の光ファイバを挿入し、信号パルス光に対する波長分散を共振器全体として大きくすることによって、信号パルス光のスペクトル線幅を狭窄化させる技術が開示されている。
Non-Patent
しかしながら、従来の技術では、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させることはできなかった。 However, in the conventional technique, the center wavelength of the output pulsed light cannot be changed without causing a large variation in the spectral line width.
本発明の目的は、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させ得る光源装置及びその光源装置を用いた情報取得装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a light source device that can change the central wavelength of output pulsed light without causing a large variation in the spectral line width, and an information acquisition device using the light source device.
実施形態の一観点によれば、第1のパルス光を射出する光源と、前記第1のパルス光の入射により、前記第1のパルス光とは異なる波長の第2のパルス光を発生させる非線形光学媒質と、前記第2のパルス光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部により分岐される前記第2のパルス光に所定の波長分散を与える分散媒質であって、前記第2のパルス光の波長において分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路と第2の光導波路とを含み、前記第2のパルス光の波長における分散値が0ではない分散媒質と、前記分散媒質によって前記波長分散が与えられた前記第2のパルス光と、前記光源から射出される前記第1のパルス光と、を前記非線形光学媒質に導く光合波部とを有し、前記第2のパルス光の波長可変範囲における前記分散媒質の分散値の最大値と最小値との差分は2.5ps/nm以下であることを特徴とする光源装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a light source that emits a first pulsed light and a nonlinear light source that generates a second pulsed light having a wavelength different from that of the first pulsed light by the incidence of the first pulsed light. An optical medium, an optical branching part for branching the second pulsed light, and a dispersion medium for giving a predetermined wavelength dispersion to the second pulsed light branched by the optical branching part, the second pulse A dispersion medium that includes a first optical waveguide and a second optical waveguide in which the positive and negative of the wavelength differential value of the dispersion at the wavelength of light are opposite to each other, and the dispersion value at the wavelength of the second pulsed light is not 0; possess the the dispersion medium by the chromatic dispersion and the second pulse light given to the first pulse light emitted from the light source, and an optical multiplexer for guiding the nonlinear optical medium, said first difference between the maximum value and the minimum value of the dispersion value of the dispersion medium in the wavelength variable range of 2 pulsed light source device is provided, characterized in der Rukoto below 2.5 ps / nm.
本発明によれば、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させ得る光源装置及びその光源装置を用いた情報取得装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light source device that can change the central wavelength of output pulsed light without causing a large variation in the spectral line width, and an information acquisition device using the light source device.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態の構成等に限定されるものではない。また、以下で説明する図面において、同じ符号を付した部材は、同じ部材又は対応する部材を意味している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the configurations and the like of the following embodiments. Further, in the drawings described below, members with the same reference numerals mean the same members or corresponding members.
[第1実施形態]
第1実施形態による光源装置について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態による光源装置を示すブロック図である。
[First Embodiment]
The light source device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the light source device according to the present embodiment.
本実施形態による光源装置100は、励起パルス光を発する光源101と、信号パルス光を発生させる非線形光学媒質103と、信号パルス光のスペクトル線幅を狭窄化させるための分散媒質108を有している。光源101は、励起パルス光の中心波長を変化させることが可能である。非線形光学媒質103と分散媒質108とは、信号パルス光を発振させる光共振器107内に配される。非線形光学媒質103と分散媒質108とには、光ファイバをそれぞれ好適に用いることができる。
The
光源101から発せられる励起パルス光を非線形光学媒質103に入射させると、非線形光学媒質103における光パラメトリック利得によって、励起パルス光とは異なる波長を有する信号パルス光が発生する。励起パルス光の中心波長をわずかに変化させるだけで、信号パルス光の中心波長を大きく変化させることが可能である。この現象を利用して、本実施形態による光源装置100では、出力パルス光の中心波長を広帯域で変化させることが可能である。
When the pump pulse light emitted from the
非線形光学媒質103において発生する信号パルス光を分散媒質108に入射させると、分散媒質108内を進行する光の速度が波長によって異なるため、信号パルス光が時間的に広がり、チャープを有するパルス光となる。チャープを有する信号パルス光が非線形光学媒質103に再び入射すると、励起パルス光から光パラメトリック効果を受け、信号パルス光が増幅される。この際、信号パルス光は励起パルス光に比べて時間的に大きく広がっているため、信号パルス光と励起パルス光とが時間的に重なった部分のみが増幅される。信号パルス光はチャープを有するため、信号パルス光の限られた波長成分のみが増幅されることになり、信号パルス光のスペクトル線幅が狭窄化する。
When the signal pulsed light generated in the nonlinear
しかしながら、一般的に分散媒質108の分散値は波長によって異なるため、信号パルス光の中心波長が変化すると、信号パルス光のスペクトル線幅が狭窄化される度合いが信号パルス光の中心波長によって異なってしまう。その結果、信号パルス光のスペクトル線幅が信号パルス光の中心波長によって異なってしまう。
However, since the dispersion value of the
そこで、本実施形態では、信号パルス光の波長可変範囲内において分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とによって分散媒質108を構成する。分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とによって分散媒質108を構成するため、分散値の波長依存性が分散媒質108全体として低減される。このため、本実施形態によれば、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させ得る光源装置100を提供することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the
本実施形態による光源装置100について詳細な説明を行う前に、励起パルス光から信号パルス光を発生させる光パラメトリック利得の根源である四光波混合の原理について説明する。
Before giving a detailed description of the
四光波混合とは、互いに周波数(波長)の異なる2つの光(励起光)を非線形光学媒質(光ファイバ)内に入射した際に、2つの励起光のいずれの波長とも異なる波長の新たな光が発生する現象である。この際、非線形光学媒質に入射した光のエネルギーの一部が、四光波混合により新たに発生した光のエネルギーへと変換される。例えば、周波数がそれぞれω1とω2である2つの光を非線形光学媒質に入射させ、周波数がそれぞれω3とω4である2つの光が新たに発生する場合、それぞれの周波数はω1+ω2=ω3+ω4の関係を満たす。 Four-wave mixing is a new light having a wavelength different from both wavelengths of two pumping lights when two lights (pumping lights) having different frequencies (wavelengths) from each other enter a nonlinear optical medium (optical fiber). Is a phenomenon that occurs. At this time, a part of the energy of the light incident on the nonlinear optical medium is converted into the energy of the light newly generated by the four-wave mixing. For example, when two lights having frequencies ω 1 and ω 2 are made incident on the nonlinear optical medium and two lights having frequencies ω 3 and ω 4 are newly generated, the respective frequencies are ω 1 +ω The relationship of 2 =ω 3 +ω 4 is satisfied.
非線形光学媒質に入射させる光(励起光)の周波数が1つである場合、即ち、ω1=ω2=ωCである場合は、縮退四光波混合と称され、周波数がそれぞれωC+Δω、ωC−Δωである2つの光が、周波数ωCに対して対称に発生する。一般に、縮退四光波混合によって発生する2つの光のうちの高周波数側の光は信号光と称され、低周波数側の光はアイドラー光と称される。以下、信号光の周波数をωS1(=ωC+Δω)で表し、アイドラー光の周波数をωS2(=ωC−Δω)で表すこととする。 When the frequency of light (excitation light) incident on the nonlinear optical medium is one, that is, when ω 1 =ω 2 =ω C , it is called degenerate four-wave mixing, and the frequencies are ω C +Δω, respectively. Two lights of ω C −Δω are generated symmetrically with respect to the frequency ω C. In general, of the two lights generated by degenerate four-wave mixing, the light on the high frequency side is called signal light, and the light on the low frequency side is called idler light. Hereinafter, the frequency of the signal light is represented by ω S1 (=ω C +Δω), and the frequency of the idler light is represented by ω S2 (=ω C −Δω).
縮退四光波混合は、互いに周波数の異なる2つの光を入射させる場合に比べて波長の制御や構成が簡単であるため、SRSやCARSを用いた情報取得装置の光源装置として広く利用されている。かかる縮退四光波混合について以下に説明する。 The degenerate four-wave mixing is widely used as a light source device of an information acquisition device using SRS or CARS because it has a simpler wavelength control and configuration as compared with the case where two lights having different frequencies are incident. The degenerate four-wave mixing will be described below.
縮退四光波混合を効率良く発生させるためには、非線形光学媒質中に入射させる励起光の伝搬定数をβC、信号光の伝搬定数をβS1、アイドラー光の伝搬定数をβS2とすると、以下の式(1)によって表される位相整合条件を満たす必要がある。
非線形光学媒質中における各々の光の伝搬定数の位相不整合Δβは、信号光とアイドラー光との周波数差Δωを用いて、以下の式(2)によって表すことができる。
Δβ=β2(Δω)2+β4(Δω)4/12 ・・・(2)
ここで、β2は励起光の周波数における非線形光学媒質の群速度分散、β4は群速度分散β2の2次導関数である。なお、群速度分散β2は、励起光の伝搬定数βCの2次導関数である。
The phase mismatch Δβ of the propagation constants of each light in the nonlinear optical medium can be expressed by the following formula (2) using the frequency difference Δω between the signal light and the idler light.
Δβ = β 2 (Δω) 2 + β 4 (Δω) 4/12 ··· (2)
Here, β 2 is the group velocity dispersion of the nonlinear optical medium at the frequency of the excitation light, and β 4 is the second derivative of the group velocity dispersion β 2 . The group velocity dispersion β 2 is the second derivative of the propagation constant β C of the excitation light.
光パラメトリック利得Gは、以下の式(3)によって表される。
β2とβ4のそれぞれを正又は負とする4通りについて、式(2)、式(3)のそれぞれをグラフ化したものを図7乃至図10に示す。図7乃至図10は、非線形光学媒質中における光の伝搬定数の位相不整合Δβと光パラメトリック利得Gとを表すグラフである。図7は、β2>0かつβ4>0の場合を示している。図7(a)は式(2)をグラフ化したものであり、縦軸は非線形光学媒質中における各々の光の伝搬定数の位相不整合Δβを示しており、横軸は縮退四光波混合によって発生する信号光とアイドラー光との周波数差Δωを示している。図7(b)は式(3)をグラフ化したものであり、縦軸は光パラメトリック利得Gを示しており、横軸は信号光とアイドラー光との周波数差Δωを示している。なお、図8乃至図10の(a)、(b)のグラフも同様である。 FIGS. 7 to 10 show graphs of equations (2) and (3) for four types in which β 2 and β 4 are positive or negative. 7 to 10 are graphs showing the phase mismatch Δβ of the propagation constant of light and the optical parametric gain G in the nonlinear optical medium. FIG. 7 shows the case where β 2 >0 and β 4 >0. FIG. 7A is a graph of the equation (2), in which the vertical axis represents the phase mismatch Δβ of the propagation constant of each light in the nonlinear optical medium, and the horizontal axis represents the degenerate four-wave mixing. The frequency difference Δω between the generated signal light and the idler light is shown. FIG. 7B is a graph of the equation (3), in which the vertical axis represents the optical parametric gain G and the horizontal axis represents the frequency difference Δω between the signal light and the idler light. The same applies to the graphs (a) and (b) of FIGS. 8 to 10.
式(1)によって表されるΔβの位相整合条件において、非線形光学媒質の非線形係数γと、励起光のピーク強度PCとは共に正の値であり、Δβは負の値をとることになる。ところが、図7(a)から分かるように、β2>0かつβ4>0の場合は、式(1)を満たす領域が存在しない。つまり、図7(b)に示すように、式(3)で表される光パラメトリック利得Gを得ることができず、このような非線形光学媒質においては、励起光を入射しても、信号光もアイドラー光も生成されない。 Under the phase matching condition of Δβ expressed by the equation (1), the nonlinear coefficient γ of the nonlinear optical medium and the peak intensity P C of the pumping light are both positive values, and Δβ is a negative value. .. However, as can be seen from FIG. 7A, when β 2 >0 and β 4 >0, there is no region that satisfies the formula (1). That is, as shown in FIG. 7B, the optical parametric gain G expressed by the equation (3) cannot be obtained, and in such a nonlinear optical medium, even if pumping light is incident, the signal light No idler light is produced.
図8は、β2>0かつβ4<0の場合を示している。図8(a)には、式(1)によって表されるΔβの位相整合条件が成立する範囲、即ち、位相整合領域が、ハッチングによって示されている。図8(a)から分かるように、式(1)によって表される位相整合条件を満たすΔωの範囲が、励起光の周波数から十分に離れた箇所に比較的狭い領域で存在する。従って、ある特定の周波数の励起光を非線形光学媒質に入射すると、図8(b)に示すように、比較的狭い周波数帯域において光パラメトリック利得Gが得られることになり、周波数帯域の狭い信号光とアイドラー光とが生成される。 FIG. 8 shows a case where β 2 >0 and β 4 <0. In FIG. 8A, the range in which the phase matching condition of Δβ represented by the equation (1) is satisfied, that is, the phase matching region is shown by hatching. As can be seen from FIG. 8A, the range of Δω satisfying the phase matching condition represented by the equation (1) exists in a relatively narrow region at a position sufficiently distant from the frequency of the excitation light. Therefore, when pumping light of a specific frequency is incident on the nonlinear optical medium, as shown in FIG. 8B, the optical parametric gain G is obtained in a relatively narrow frequency band, and the signal light having a narrow frequency band is obtained. And idler light are generated.
図9は、β2<0かつβ4>0の場合を示しており、図10は、β2<0かつβ4<0の場合を示している。図9(a)及び図10(a)に示すように、式(1)で表される位相整合条件を満たすΔωの範囲が比較的広い。即ち、図9(b)、図10(b)に示すように、ある特定の周波数のパルス光を非線形光学媒質に入射させると、比較的広い周波数帯域において光パラメトリック利得Gが得られることになり、広い周波数帯域にわたって信号光とアイドラー光とが生成される。 FIG. 9 shows the case where β 2 <0 and β 4 >0, and FIG. 10 shows the case where β 2 <0 and β 4 <0. As shown in FIGS. 9A and 10A, the range of Δω satisfying the phase matching condition represented by the equation (1) is relatively wide. That is, as shown in FIGS. 9B and 10B, when pulsed light having a specific frequency is incident on the nonlinear optical medium, the optical parametric gain G is obtained in a relatively wide frequency band. , Signal light and idler light are generated over a wide frequency band.
以上のことから、縮退四光波混合を利用してスペクトル線幅の比較的狭いパルス光を生成するためには、β2>0かつβ4<0を満たす非線形光学媒質を用いることが好ましいことが分かる。このような非線形光学媒質は、光ファイバのコアとクラッドとの屈折率差が適切な値になるように、コア材料とクラッド材料とを選択したり、光ファイバの形状を適宜設定したりすることによって実現することができる。 From the above, it is preferable to use a non-linear optical medium that satisfies β 2 >0 and β 4 <0 in order to generate pulsed light with a relatively narrow spectral line width using degenerate four-wave mixing. I understand. In such a non-linear optical medium, the core material and the clad material are selected and the shape of the optical fiber is appropriately set so that the refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber has an appropriate value. Can be achieved by.
縮退四光波混合により発生する光パラメトリック利得Gの励起パルス光に対する周波数シフト量(信号光とアイドラー光との周波数差)Δωや波長シフト量Δλは、それぞれ以下のような式(4)、(5)によって表される。また、光パラメトリック利得Gの周波数幅δωやスペクトル線幅(スペクトル半値幅)δλは、それぞれ以下のような式(6)、(7)によって表される。
ここで、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させる手法について以下に説明する。図4は、分散媒質における分散プロファイルを模式的に示すグラフである。図4は、分散の波長微分値の正負が逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とによって構成された分散媒質108の分散プロファイルを示している。第1の光導波路105の分散プロファイルは図4において点線で示されており、第2の光導波路106の分散プロファイルは図4において破線で示されている。図4に示すように、第1の光導波路105の分散値は、波長が大きくなるに伴って増加する。このような第1の光導波路105における分散の波長微分値は正である。一方、第2の光導波路106の分散値は、波長が大きくなるに伴って減少する。このような第2の光導波路106における分散の波長微分値は負である。このように、第1の光導波路105と第2の光導波路106とにおける分散の波長微分値は、正負が互いに逆となっている。これら第1の光導波路105と第2の光導波路106とを直列に接続すると、第1の光導波路105と第2の光導波路106とから成る分散媒質108全体における分散プロファイルは、以下のようになる。即ち、分散媒質108全体における分散プロファイルは、第1の光導波路105の分散プロファイルと、第2の光導波路106の分散プロファイルとの和によって表される。従って、分散媒質108全体における分散プロファイルは、図4において太い実線で示すようになる。図4に示すように、分散媒質108全体における分散の波長微分値は非常に小さい。このため、信号パルス光の中心波長を変化させても、信号パルス光が分散媒質108から受ける波長分散はほぼ一定となり、従って、信号パルス光のスペクトル線幅はほぼ一定となる。図4に示すように、第1の光導波路105における分散値と第2の光導波路106における分散値との合計は0ではない値となっている。即ち、信号パルス光の波長における分散媒質108の分散値は0ではない値となっている。第1の光導波路105における分散値と第2の光導波路106における分散値との合計を0ではない値とするのは、信号パルス光を時間的に広がらせるためである。これにより、信号パルス光と励起パルス光とが時間的に重なった部分のみが増幅され、信号パルス光のスペクトル線幅が狭窄化される。
Here, a method of changing the central wavelength of the output pulsed light without causing a large variation in the spectral line width will be described below. FIG. 4 is a graph schematically showing a dispersion profile in a dispersion medium. FIG. 4 shows the dispersion profile of the
ある分散特性を有する分散媒質108に、あるパルス幅の励起パルス光を入射すると、あるスペクトル線幅の信号パルス光が得られるため、以下のような式(8)が成立する。
(D1L1+D2L2)∝ΔTC/ΔλS ・・・(8)
ここで、D1は第1の光導波路105における単位長さ当たりの分散値、D2は第2の光導波路106における単位長さ当たりの分散値、L1は第1の光導波路105の長さ、L2は第2の光導波路106の長さである。また、ΔλSは信号パルス光のスペクトル線幅であり、ΔTCは励起パルス光のパルス幅である。
When pumping pulsed light having a certain pulse width is incident on the
(D 1 L 1 +D 2 L 2 )∝ΔT C /Δλ S (8)
Here, D 1 is a dispersion value per unit length in the first
信号パルス光の波長可変範囲内においてほぼ一定のスペクトル線幅を得るためには、分散媒質108の分散値が信号パルス光の波長可変範囲内においてほぼ一定であることを要する。換言すれば、信号パルス光の波長可変範囲内における分散媒質108の分散値の最大値と、信号パルス光の波長可変範囲内における分散媒質108の分散値の最小値との差分が、十分に小さいことを要する。式(8)に示すような関係が成立するため、以下のような式(9)が成立する。
|(D1L1+D2L2)max−(D1L1+D2L2)min|=B×(ΔTC/ΔλS) ・・・(9)
ここで、(D1L1+D2L2)maxは信号パルス光の波長可変範囲内における分散媒質108の分散値の最大値であり、(D1L1+D2L2)minは信号パルス光の波長可変範囲内における分散媒質108の分散値の最小値である。|(D1L1+D2L2)max−(D1L1+D2L2)min|はこれらの差分値である。Bは係数であり、係数Bが小さいほど、スペクトル線幅の変動の小さい良好な光源装置となる。
In order to obtain a substantially constant spectral line width within the variable wavelength range of the signal pulsed light, the dispersion value of the
| (D 1 L 1 + D 2 L 2) max - (D 1
Here, (D 1 L 1 +D 2 L 2 ) max is the maximum value of the dispersion value of the
次に、本実施形態による光源装置100についてより詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態による光源装置100は、パルス光を発する光源101と、光合波器102と、非線形光学媒質103と、光分岐器104と、第1の光導波路105と、第2の光導波路106とを有している。
Next, the
光源101は、第1のパルス光(励起パルス光)を射出する。光源101は、射出する第1のパルス光の中心波長を変化させ得る。光源101としては、例えば、波長フィルタが備えられたレーザ共振器等を用いることができ、例えばパルスレーザが好適である。ここでは、光源101として、例えば、中心波長を1020nmから1060nmまで変化させることが可能であり、スペクトル線幅が0.1nm程度であり、パルス幅が15ps程度であるモード同期Yb(イッテルビウム)ドープファイバレーザを用いる。なお、ここでは、パルス幅が15ps程度の第1のパルス光を射出する光源101を用いる場合を例に説明したが、第1のパルス光のパルス幅はこれに限定されるものではない。例えば、パルス幅が10ps以上の第1のパルス光を発する光源を、光源101として適宜用いることができる。また、ここでは、スペクトル線幅が0.1nm程度の第1のパルス光を射出する光源101を用いる場合を例に説明したが、第1のパルス光のスペクトル線幅はこれに限定されるものではない。例えば、スペクトル線幅が1nm以下の第1のパルス光を発する光源を、光源101として適宜用いることができる。
The
非線形光学媒質103としては、非線形係数の高い光ファイバを好適に用いることができる。非線形係数の高い光ファイバとしては、例えば、フォトニック結晶ファイバやテーパ光ファイバ等が挙げられる。フォトニック結晶ファイバとは、光ファイバのクラッド部に多数の空孔(エアホール)が設けられたファイバであり、空孔によってクラッドの屈折率をコアに比べて極端に低くすることができる。フォトニック結晶ファイバは、実効的なコア径(モードフィールド径)を小さくすることができるため、ファイバ長が数m程度であっても大きな非線形効果が得られる。また、フォトニック結晶ファイバは、空孔のサイズやピッチを調整することによって、任意の波長分散特性を得ることができる。テーパ光ファイバは、入力のクラッド径に対して出力のクラッド径を小さくした光ファイバであり、通常の光ファイバを加熱、延伸することによって形成することができる。テーパ光ファイバは、クラッド径を例えば数μm程度にまで極端に小さくすると、長さが例えば数mm程度の場合であっても大きな非線形効果を得られる。テーパ光ファイバは、クラッド径や長さを調整することによって、任意の波長分散特性を得ることができる。ここでは、非線形光学媒質103として、例えば、NKT Photonics社製のフォトニック結晶ファイバ(LMA−PM−5)を用いる。かかるフォトニック結晶ファイバは、零分散波長が1050nmである。かかるフォトニック結晶ファイバの長さは例えば50cm程度とする。
As the non-linear
第1の光導波路105と第2の光導波路106には、分散の波長微分値の正負が互いに逆であり、かつ、第1の光導波路105と第2の光導波路106とにおける分散値の合計が波長可変範囲内の各波長において0ではないものを用いる。
In the first
光源101から射出される第1のパルス光は、光合波器(光合波部)102を介して非線形光学媒質103へと導かれる。第1のパルス光が非線形光学媒質103に入射すると、光パラメトリック利得によって、第2のパルス光と第3のパルス光とが発生する。第2のパルス光の中心波長は、第1のパルス光の中心波長と異なる。第3のパルス光の中心波長は、第1のパルス光の中心波長と第2のパルス光の中心波長のいずれとも異なる。第2のパルス光の波長は、例えば1200nmから1500nmであり、第3のパルス光の波長は、例えば750nmから950nmである。非線形光学媒質103から射出される第2のパルス光と第3のパルス光とは、光分岐器104へと導かれる。光分岐器104は、パルス光を分岐するとともに出力する。非線形光学媒質103から射出される第2のパルス光及び第3のパルス光は、光分岐器104によって分岐され、第1の光導波路105と第2の光導波路106とを含む分散媒質108へと導かれる。第1の光導波路105と第2の光導波路106とに第2のパルス光及び第3のパルス光が入射すると、以下のようになる。即ち、第1の光導波路105における波長分散と、第2の光導波路106における波長分散とによって、第2のパルス光及び第3のパルス光が時間的に広がり、チャープを有するパルス光となる。分散媒質108によって波長分散が与えられた第2のパルス光及び第3のパルス光は、光合波器102を介して再び非線形光学媒質103に導かれる。分散媒質108によって波長分散が与えられた第2のパルス光及び第3のパルス光は、第1のパルス光に比べて時間的に大きく広がっており、第1のパルス光と時間的に重なった部分のみが増幅される。このため、限られた波長成分のみが増幅され、スペクトル線幅が狭窄化する。なお、ここでは、第1の光導波路105の後段に第2の光導波路106が位置している場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、第2の光導波路106の後段に第1の光導波路105が位置していてもよい。また、光分岐器(光分岐部)104は、所望の波長以外の光をカットするバンドパスフィルタを含んでいてもよい。例えば、第2のパルス光と第3のパルス光とのうちの一方をカットするバンドパスフィルタを光分岐器104が含んでいる場合には、第2のパルス光と第3のパルス光とのうちの他方のみが分散媒質108に導かれることとなる。
The first pulsed light emitted from the
上述したように、第1の光導波路105と第2の光導波路106とには、分散の波長微分値の正負が逆であり、かつ、第1の光導波路105と第2の光導波路106とにおける分散値の合計が波長可変範囲内の各波長において0ではないものを用いる。ここでは、例えば、以下のような第1の光導波路105と第2の光導波路106とが用いられる。第1の光導波路105としては、例えば、Corning社製のシングルモードファイバ(型式:HI−1060、長さ:2000m)を用いる。第2の光導波路106としては、例えば、Thorlab社製の分散補償ファイバ(型式:DCF38、長さ:500m)を用いる。分散の波長微分値の正負が逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とを直列に接続すると、第1の光導波路105と第2の光導波路106とを含む分散媒質108全体における分散の波長微分値が非常に小さくなる。第2のパルス光のスペクトル線幅ΔλSは、例えば1.5nm程度となる。
As described above, the first
図5は、本実施形態による光源装置における分散プロファイルを示すグラフである。図5(a)は、第1の光導波路105における単位長さ当たりの分散値D1と波長との関係を示している。図5(b)は、第2の光導波路106における単位長さ当たりの分散値D2と波長との関係を示している。図5(c)は、分散媒質108全体における分散値D1L1+D2L2、即ち、合計の分散値を示している。図5(a)から分かるように、第1の光導波路105における分散の波長微分値は正である。一方、図5(b)から分かるように、第2の光導波路106における分散の波長微分値は正である。図5(c)から分かるように、第2のパルス光の波長可変範囲である1200nmから1500nmにおける分散媒質108の分散値は、約−10ps/nmとなる。また、図5(c)から分かるように、第2のパルス光の波長可変範囲である1200nmから1500nmにおける分散媒質108の分散値の最小値と最大値との差分は1.5ps/nmとなっている。第1のパルス光のパルス幅ΔTCは15ps程度であり、第2のパルス光のスペクトル線幅ΔλSは1.5nm程度である。上述した式(9)における係数Bは、この場合には、0.15である。第2のパルス光の波長可変範囲内において、分散媒質108の波長微分値の絶対値は、0.013ps/nm2以下となっている。第2のパルス光のスペクトル線幅は、例えば1.5nm程度にまで狭窄化される。なお、ここでは、第2のパルス光の波長可変範囲における分散媒質108の分散値の最大値と最小値との差が1.5ps/nmである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第1の光導波路105として用いる導波路や第2の光導波路106として用いる導波路の構成や材料等を適宜設定することにより、第2のパルス光の波長可変範囲における分散媒質108の分散値の最大値と最小値との差を1.5ps/nm以下にし得る。
FIG. 5 is a graph showing a dispersion profile in the light source device according to the present embodiment. FIG. 5A shows the relationship between the dispersion value D 1 per unit length in the first
このように、本実施形態によれば、分散媒質108に入射されるパルス光は、中心波長が変化した場合であっても、ほぼ一定の波長分散を分散媒質108から受ける。このため、本実施形態によれば、出力パルス光の中心波長を変化させた場合であっても、出力パルス光のスペクトル線幅をほぼ一定とすることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the pulsed light incident on the
本実施形態では、非線形光学媒質103が光共振器107内に配置されているため、第2のパルス光と第3のパルス光とが非線形光学媒質103を繰り返し通過する。第2のパルス光と第3のパルス光とが非線形光学媒質103を通過する度に、第2のパルス光と第3のパルス光が増幅されるため、第2のパルス光と第3のパルス光の強度を高めることができる。光共振器107において発振した第2パルス光と第3のパルス光とは、光分岐器104を介して光共振器107の外部に出力される。こうして、スペクトル線幅がほぼ一定の第2のパルス光とスペクトル線幅がほぼ一定の第3のパルス光とが、光共振器107の外部に取り出される。なお、光パラメトリック発振に寄与しなかった第1のパルス光も、光分岐器104を介して光共振器107の外部に出力される。また、上述したように、光分岐器104は、所望の波長以外の光をカットするバンドパスフィルタを含んでいてもよい。所定の波長以外の光をカットするバンドパスフィルタを光分岐器104に設けた場合には、所定の波長の光のみが光共振器107の外部に出力される。
In this embodiment, since the nonlinear
良好な光共振器107を構成するためには、第1のパルス光のパルスレートを、第2のパルス光の波長における光共振器107の自由スペクトル間隔(FSR:Free Spectral Range)の整数倍にすることが好ましい。このような関係を満たすことによって、第2のパルス光や第3のパルス光を光共振器107内において効率良く発振させることができ、ピーク強度の高い第2のパルス光や第3のパルス光を出力することができる。第1のパルス光の中心波長を例えば1020nmから1060nmまで変化させると、第2のパルス光の中心波長は例えば1200nmから1500nmまで変化し、第3のパルス光の中心波長は例えば750nmから950nmまで変化する。
In order to form a good
なお、光源101から射出される第1のパルス光のスペクトル線幅は1nm以下とすることが好ましい。これは、第1のパルス光のスペクトル線幅が狭いほど四光波混合が効率よく行われ、光パラメトリック利得が十分に確保されるからである。
The spectral line width of the first pulsed light emitted from the
このように、本実施形態によれば、分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とによって、分散媒質108が構成されている。分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路105と第2の光導波路106とによって分散媒質108を構成するため、分散値の波長依存性が分散媒質108全体として低減される。このため、本実施形態によれば、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させ得る光源装置100を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
[第2実施形態]
第2実施形態による光源装置について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態による光源装置を示すブロック図である。本実施形態による光源装置200は、第1のパルス光(励起パルス光)を発する光源201と、光合波器202と、非線形光学媒質203と、光分岐器204と、第1の光導波路205と、第2の光導波路206とを有している。第1の光導波路205と第2の光導波路206とによって分散媒質208が構成されている。非線形光学媒質203と分散媒質208とは、信号パルス光を発振させる光共振器207内に配されている。
[Second Embodiment]
The light source device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the light source device according to the present embodiment. The
本実施形態では、例えば、以下のような第1の光導波路205と第2の光導波路206とが用いられている。第1の光導波路205としては、例えば、Corning社製のシングルモードファイバ(型式:HI−1060、長さ:1000m)が用いられている。第2の光導波路206としては、例えば、NKT Photonics社製のフォトニック結晶ファイバ(型式:NL−PM−750、長さ:110m)が用いられている。第1の光導波路205と第2の光導波路206の分散の波長微分値の正負は互いに逆となっている。分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路205と第2の光導波路206とが直列に接続されているため、分散媒質208全体における分散の波長微分値は非常に小さくなっている。第2のパルス光のスペクトル線幅は、例えば1.5nm程度となる。なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1のパルス光が非線形光学媒質203に入射すると、光パラメトリック利得によって、第2のパルス光(信号パルス光)と第3のパルス光(アイドラーパルス光)とが発生する。
In this embodiment, for example, the following first
図6は、本実施形態による光源装置における分散プロファイルを示すグラフである。図6(a)は、第1の光導波路205の単位長さ当たりの分散値D1を示しており、図6(b)は、第2の光導波路206の単位長さ当たりの分散値D2を示している。図6(c)は、分散媒質208全体における分散値D1L1+D2L2、即ち、合計の分散値を示している。図6(c)から分かるように、第1の光導波路205と第2の光導波路206とを含む分散媒質208全体における分散値の波長微分値、即ち、合計の分散値の傾きが非常に小さくなっている。図6(a)から分かるように、第1の光導波路205における分散の波長微分値は正である。一方、図6(b)から分かるように、第2の光導波路206における分散の波長微分値は正である。また、図6(c)から分かるように、第2のパルス光の波長可変範囲である1200nmから1500nmにおける分散媒質208の分散値の最小値と最大値との差分は2.5ps/nmとなっている。第1のパルス光のパルス幅ΔTCは15ps程度であり、第2のパルス光のスペクトル線幅ΔλSは1.5nm程度である。上述した式(9)における係数Bは、この場合には、0.25である。なお、ここでは、第2のパルス光の波長可変範囲における分散媒質208の分散値の最大値と最小値との差が2.5ps/nmである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第1の光導波路205として用いる導波路や第2の光導波路206として用いる導波路の構成や材料等を適宜設定することにより、第2のパルス光の波長可変範囲における分散媒質208の分散値の最大値と最小値との差を2.5ps/nm以下にし得る。
FIG. 6 is a graph showing a dispersion profile in the light source device according to the present embodiment. 6A shows a dispersion value D 1 per unit length of the first
このように、本実施形態においても、分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路205と第2の光導波路206とによって、分散媒質208が構成されている。分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路205と第2の光導波路206とによって分散媒質208を構成するため、本実施形態においても、分散値の波長依存性が分散媒質208全体として低減される。このため、本実施形態においても、スペクトル線幅の大きな変動を伴うことなく、出力パルス光の中心波長を変化させ得る光源装置200を提供することができる。
As described above, also in the present embodiment, the
[第3実施形態]
第3実施形態による情報取得装置について図3を用いて説明する。図3は、本実施形態による情報取得装置を示すブロック図である。本実施形態による情報取得装置300は、例えば、SRSイメージングを行う顕微鏡、即ち、SRS顕微鏡である。上述した第1実施形態による光源装置100又は第2実施形態による光源装置200を、本実施形態によるSRS顕微鏡の光源装置として用い得る。
[Third Embodiment]
An information acquisition device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the information acquisition device according to the present embodiment. The
本実施形態による情報取得装置300は、2つのパルス光を被検体315に照射し、当該被検体315にて反射される光、当該被検体315を透過する光、当該被検体315において発せられる光のうちの少なくとも1つを検出する。そして、検出した光に基づいて、当該被検体315に関する情報を取得する。
The
SRSイメージングとは、物質に入射するポンプ光とストークス光との相互作用によってストークス光が増幅される誘導ラマン散乱という現象を利用し、分子振動イメージングを取得する手法である。具体的には、互いに波長が異なる2つのパルス光のうち一方のパルス光、即ち、ストークス光を強度変調した状態で、2つのパルス光を同期させて被検体に照射する。2つのパルス光の間の差周波が被検体を構成する分子の分子振動数と一致した際に誘導ラマン散乱が生じ、強度変調されているストークス光が増幅される。この際、ストークス光の強度変調に応じて、強度変調されていない方のパルス光、即ち、ポンプ光も強度変調され、被検体から射出されるポンプ光の誘導ラマン散乱による強度変調分を検出することによって、被検体の分子振動イメージングが可能となる。また、パルス光の中心波長を変化させ、2つのパルス光の間の差周波を変化させることによって、様々な分子の分子振動数に一致させることができ、被検体を構成する分子群に特有の信号を得ることができる。 SRS imaging is a method for acquiring molecular vibration imaging by utilizing a phenomenon called stimulated Raman scattering in which Stokes light is amplified by the interaction between pump light and Stokes light incident on a substance. Specifically, one of the two pulsed lights having different wavelengths, that is, the Stokes light is intensity-modulated, and the two pulsed lights are synchronized and applied to the subject. Stimulated Raman scattering occurs when the difference frequency between the two pulsed lights coincides with the molecular frequency of the molecules forming the subject, and the intensity-modulated Stokes light is amplified. At this time, according to the intensity modulation of the Stokes light, the pulse light that has not been intensity-modulated, that is, the pump light is also intensity-modulated, and the intensity-modulated component of the pump light emitted from the subject due to stimulated Raman scattering is detected. This enables molecular vibration imaging of the subject. Also, by changing the central wavelength of the pulsed light and changing the difference frequency between the two pulsed lights, it is possible to match the molecular frequencies of various molecules, which is unique to the group of molecules constituting the subject. You can get a signal.
光源301から発せられる励起パルス光(第1のパルス光)を光分岐器302によって2つに分岐させ、分岐した一方の光を光変調器308によって変調させて情報取得装置300用のストークス光として用いる。そして、光分岐器302によって分岐した他方の光を、光分岐器303を介して非線形光学媒質304に入射し、第2のパルス光(信号パルス光)と第3のパルス光(アイドラーパルス光)とを生成させる。非線形光学媒質304としては、非線形係数の高い光ファイバを好適に用いることができる。非線形係数の高い光ファイバとしては、フォトニック結晶ファイバやテーパ光ファイバ等が挙げられる。第2のパルス光及び第3のパルス光は、光分岐器305によって分岐され、第1の光導波路306と第2の光導波路307とを含む分散媒質323に入射され、光分岐器303を介して非線形光学媒質304に再び入射される。こうして、第2のパルス光及び第3のパルス光が光共振器324内で周回することによって発振し、スペクトル線幅が狭窄化された第2のパルス光及び第3のパルス光が得られる。光共振器324において発振した第2のパルス光及び第3のパルス光は、光分岐器305を介して出力され、バンドパスフィルタ309に入射する。バンドパスフィルタ309は、例えば、第2のパルス光を通過させ、第3のパルス光を遮断する。従って、第2のパルス光のみがバンドパスフィルタ309を介して光合波器310に入射する。バンドパスフィルタ309を介して光合波器310に入射する第2のパルス光は、情報取得装置300用のポンプ光として用いられる。
The excitation pulsed light (first pulsed light) emitted from the
バンドパスフィルタ309からのポンプ光と、光変調器308からのストークス光とが、光合波器310に入射される。光合波器310は、互いに異なる中心波長を有する複数のパルス光を合波するものである。光合波器310としては、光カップラ、回折格子、プリズム等を用いることができる。光合波器310によって合波されるポンプ光とストークス光とが、ビームエキスパンダ311、Xスキャンミラー312、Yスキャンミラー313、及び、対物レンズ314を経由して、ステージ316の上に設置された被検体315に照射される。
The pump light from the
対物レンズ314の集光点の中央に位置する微小領域においては、被検体315の分子の分子振動に基づく誘導ラマン散乱が生じ、これによりポンプ光とストークス光とに強度変化が生じる。集光点の中央に位置する微小領域から外れた箇所においては、誘導ラマン散乱が生じないため、当該箇所においてはポンプ光とストークス光とに強度変化は生じない。なお、対物レンズ314の開口数(NA:Numerical Aperture)が大きいほど、被検体315に照射される光のスポットのサイズは小さくなり、これに伴い、誘導ラマン散乱が生じる微小領域のサイズも小さくなる。
In a minute region located at the center of the condensing point of the
集光点の中央に位置する微小領域において発生した誘導ラマン散乱により強度変調されるポンプ光は、集光レンズ317とバンドパスフィルタ318とを通過し、受光素子319に入射してSRS信号として検出される。受光素子319によって検出されたSRS信号は、情報取得部320によって画像信号として取得される。即ち、情報取得部320は、受光素子319によって受光した光を電気信号として取得する。
The pump light whose intensity is modulated by stimulated Raman scattering generated in a minute area located at the center of the condensing point passes through the condensing
一般的に分子のラマン散乱断面積σは小さいため、誘導ラマン散乱によるポンプ光の強度変化も微弱になる。このため、ポンプ光の強度変化からSRS信号を検出する際、SRS信号がノイズ成分等に埋もれる場合がある。本実施形態では、同期検出器321と制御手段322とを備える情報取得部320を用い、受光素子319によって受光され電気信号に変換されたポンプ光の強度変調を、光変調器308からのストークス光の変調周波数に同期させて検出する。そして、本実施形態では、被検体315の分子振動イメージングを取得する。同期検出した信号を増幅するため、SRS信号を高感度に検出することが可能となる。
In general, the Raman scattering cross section σ of a molecule is small, so that the intensity change of pump light due to stimulated Raman scattering is also weak. Therefore, when detecting the SRS signal from the intensity change of the pump light, the SRS signal may be buried in the noise component or the like. In the present embodiment, the
同期検出器321は、受光素子319によって受光される光の変調に同期して信号を取得する。同期検出器321としては、ロックインアンプやFFTアナライザ等を用いることができるが、FFTアナライザはロックインアンプに比べて高速でSRS信号を検出することが可能である。なお、図3においては、同期検出器321と制御手段322とが別体である場合を例に示しているが、これらが一体となっている情報取得部320を用いてもよい。同期検出器321と制御手段322とが一体となっている情報取得部320としては、例えば、CPUを備えるコンピュータによって制御手段322が構成され、同期検出機能を有するアプリケーションが当該制御手段322に内蔵されているものが挙げられる。
The
Xスキャンミラー312を駆動すると、集光点が被検体315の内部をX方向にスキャンし、Yスキャンミラー313を駆動すると、集光点が被検体315の内部をX方向に対して垂直なY方向にスキャンする。従って、Xスキャンミラー312とYスキャンミラー313とを駆動することによって集光点を被検体315上で2次元的に走査すれば、2次元画像を取得することができる。なお、X方向は、例えば図3における左右方向とし、Y方向は、例えば図3における奥行き方向とする。
When the
更に、2次元的な走査が完了する毎に、ステージ316を動かすことによって集光点を光軸方向に所定距離だけ移動させ、上記と同様の2次元的な走査を繰り返すことによって、被検体315の3次元画像を得ることも可能である。
Further, every time the two-dimensional scanning is completed, the condensing point is moved by a predetermined distance in the optical axis direction by moving the
また、1回の2次元スキャン又は3次元スキャンが終了した後、光源301から発せられる第1のパルス光の中心波長を変化させることによって、ポンプ光とストークス光との間の差周波を変化させてもよい。これにより、ポンプ光とストークス光との間の差周波を、被検体315中に含まれる様々な分子の分子振動数に一致させるようにしてもよい。これにより、2次元的又は3次元的な分子振動画像を得ることが可能となる。
Further, after one two-dimensional scan or three-dimensional scan is completed, the central frequency of the first pulsed light emitted from the
本実施形態による情報取得装置300に用いられる光源装置100、200から出射されるパルス光のパルス幅は1ns以下であることが好ましく、100ps以下であることが更に好ましい。これは、光源装置100、200から出力されるパルス光のパルス幅が狭いほどパルス光のピーク強度が大きく、被検体315において生じる非線形効果の有無を精度よく検出することができるためである。また、光源301から出射されるパルス光のパルスレートは1MHz以上、1GHz以下であることが好ましい。また、光源装置100、200から出射される第2のパルス光や第3のパルス光のパルスレートも、1MHz以上、1GHz以下であることが好ましい。これは、情報取得装置300として現実的に求められる測定速度の制約から1MHz以上であることが好ましく、被検体315に生じる熱的破壊の制約から1GHz以下であることが好ましいためである。
The pulse width of the pulsed light emitted from the
また、情報取得装置300は、生体組織の観察に好適に用いられることから、光源装置100、200から出射される各パルス光は、生体による反射や吸収、散乱が小さく、透過し易い波長であることが好ましい。従って、光源装置100、200から出射される各パルス光の中心波長は、300nm以上、1500nm以下であることが好ましく、700nm以上、1300nm以下であることが更に好ましい。例えば、光源301としては、モード同期Yb(イッテルビウム)ドープファイバレーザを好適に用い得る。
In addition, since the
このように、本実施形態によれば、第1実施形態又は第2実施形態による光源装置100、200が情報取得装置300の光源として用いられている。第1実施形態又は第2実施形態による光源装置100、200は、出力される信号パルス光のスペクトル線幅が中心波長によらずほぼ一定である。従って、本実施形態によれば、均一な分解能で情報を取得し得る情報取得装置300を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、従来のSRS顕微鏡装置に比べて、光源装置100、200を小型化、低コスト化することができるため、情報取得装置300全体の小型化、低コスト化を実現することができる。
Further, according to the present embodiment, the
[変形実施形態]
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、第1実施形態では、第1の光導波路105としてシングルモードファイバを用い、第2の光導波路106として分散補償ファイバを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の光導波路105と第2の光導波路106のいずれにおいても分散補償ファイバを用いるようにしてもよい。
また、第2実施形態では、第1の光導波路205としてシングルモードファイバを用い、第2の光導波路206としてフォトニック結晶ファイバを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の光導波路205と第2の光導波路206のいずれにおいてもフォトニック結晶ファイバを用いるようにしてもよい。
また、第3実施形態では、情報取得装置300がSRS顕微鏡である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、情報取得装置300は、CARS顕微鏡、蛍光顕微鏡、内視鏡等、各種分光情報を取得する情報取得装置であってもよい。このような情報取得装置にも、第1実施形態による光源装置100や第2実施形態による光源装置200を適宜用いることができる。
また、上記実施形態では、分散媒質108、208に含まれている光導波路105,106、205,206の数が2つである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、3つ以上の光導波路を直列接続することによって、分散媒質108、208を構成してもよい。
[Modified Embodiment]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
For example, in the first embodiment, a case has been described as an example where a single mode fiber is used as the first
Further, in the second embodiment, a case has been described as an example where a single mode fiber is used as the first
Further, in the third embodiment, a case has been described as an example where the
Further, in the above embodiment, the case where the number of the
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. It can also be realized by the processing. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
101…光源
103…非線形光学媒質
105…第1の光導波路
106…第2の光導波路
107…光共振器
108…分散媒質
101...
Claims (15)
前記第1のパルス光の入射により、前記第1のパルス光とは異なる波長の第2のパルス光を発生させる非線形光学媒質と、
前記第2のパルス光を分岐する光分岐部と、
前記光分岐部により分岐される前記第2のパルス光に所定の波長分散を与える分散媒質であって、前記第2のパルス光の波長において分散の波長微分値の正負が互いに逆である第1の光導波路と第2の光導波路とを含み、前記第2のパルス光の波長における分散値が0ではない分散媒質と、
前記分散媒質によって前記波長分散が与えられた前記第2のパルス光と、前記光源から射出される前記第1のパルス光と、を前記非線形光学媒質に導く光合波部と、
を有し、
前記第2のパルス光の波長可変範囲における前記分散媒質の分散値の最大値と最小値との差分は2.5ps/nm以下であることを特徴とする光源装置。 A light source that emits a first pulsed light,
A non-linear optical medium for generating a second pulsed light having a wavelength different from that of the first pulsed light by the incidence of the first pulsed light;
An optical branching unit for branching the second pulsed light;
A dispersion medium that gives a predetermined wavelength dispersion to the second pulsed light branched by the optical branching unit, wherein the positive and negative of the wavelength differential value of the dispersion are opposite to each other at the wavelength of the second pulsed light. A dispersion medium having a dispersion value at the wavelength of the second pulsed light which is not 0,
An optical multiplexer that guides the second pulsed light, to which the chromatic dispersion is given by the dispersion medium, and the first pulsed light emitted from the light source to the nonlinear optical medium.
Have a,
A light source device , wherein a difference between a maximum value and a minimum value of a dispersion value of the dispersion medium in a wavelength variable range of the second pulsed light is 2.5 ps/nm or less .
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium further generates a third pulsed light having a wavelength different from both the first pulsed light and the second pulsed light.
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 According to claim 1, wherein the difference between the maximum value and the minimum value of the dispersion value of the dispersion medium in the wavelength variable range of the second pulse light is less 1.5 ps / nm Light source device.
前記第1のパルス光のパルスレートは、前記第2のパルス光の中心波長における前記光共振器の自由スペクトル間隔の整数倍であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光源装置。 The nonlinear optical medium and the dispersion medium are arranged in an optical resonator that oscillates the second pulsed light,
8. The pulse rate of the first pulsed light is an integral multiple of the free spectrum interval of the optical resonator at the central wavelength of the second pulsed light, according to any one of claims 1 to 7. The light source device described.
中心波長が互いに異なる2つのパルス光が前記光源装置から射出され、前記2つのパルス光が被検体に照射された際に、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、及び、前記被検体において発せられる光のうちの少なくともいずれかを受光する受光素子と
を有することを特徴とする情報取得装置。 A light source device according to any one of claims 1 to 11 ,
Two pulsed lights having different central wavelengths are emitted from the light source device, and when the two pulsed lights are irradiated to the subject, the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, And a light-receiving element that receives at least one of the light emitted from the subject.
前記2つのパルス光のうちの他方は、変調された前記第1のパルス光である
ことを特徴とする請求項12に記載の情報取得装置。 One of the two pulsed lights is the second pulsed light,
The information acquisition device according to claim 12 , wherein the other of the two pulsed lights is the modulated first pulsed light.
前記情報取得部は、前記受光素子によって受光される光の変調に同期して信号を取得する同期検出器を含むことを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の情報取得装置。 Further comprising an information acquisition unit for acquiring the light received by the light receiving element as an electric signal,
The information acquisition unit, the information acquiring apparatus according to any one of claims 12 to 14, characterized in that it comprises a synchronization detector for acquiring a signal in synchronism with the modulation of light received by said light receiving element ..
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