JP7275069B2 - Optical measurement system and method - Google Patents

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本発明は、中間スーパーコンティニウム(SC:supercontinuum)光源及び単一モード結合ユニットを含むスーパーコンティニウム光源に関し、スーパーコンティニウム光源は、測定システム、例えば測定されるか又は他の方法で分析される試料が、かかるスーパーコンティニウム光源から生じる光によって照明されるシステムにおける使用に適しており、測定システムは、試料からの光の検出を可能にするように構成される。本発明はまた、対象に関する少なくとも1つのパラメータを測定するのに適したシステムに関し、前記システムは、スーパーコンティニウム光源と同様に、測定システムの対象に関する少なくとも1つのパラメータを測定する方法を含む。 The present invention relates to a supercontinuum light source comprising an intermediate supercontinuum (SC) light source and a single-mode coupling unit, the supercontinuum light source being measured or otherwise analyzed by a measurement system, e.g. Suitable for use in systems in which the sample is illuminated by light originating from such a supercontinuum light source, the measurement system is configured to allow detection of light from the sample. The invention also relates to a system suitable for measuring at least one parameter related to an object, said system comprising a method for measuring at least one parameter related to the object of the measurement system, similar to the supercontinuum light source.

光学測定システムは、多くのバリエーションで存在する。これらのシステムに共通なのは、光ビームが、試料に導かれ、試料からの光が捕捉されるということである。捕捉された光は、試料から反射された光、試料を透過された光、及び/又は蛍光など、入射ビームに応じて試料から発せられた光であっても良い。 Optical measurement systems exist in many variations. Common to these systems is that a beam of light is directed to the sample and light from the sample is captured. The captured light may be light emitted from the sample in response to the incident beam, such as light reflected from the sample, light transmitted through the sample, and/or fluorescent light.

オクターブ帯域幅スーパーコンティニウム(SC)は、入力として(しばしばMOPA構成における)パルスレーザでファイバをポンピングすることによって、微細構造ファイバ、先細標準ファイバ及び先細微細構造ファイバなどの非線形ファイバを直接通してうまく生成された。かかるスペクトル的に広範なコンティニウム光源は、多くの測定システムにおいて、例えば、光干渉断層撮影法(OCT:optical coherence tomography)、光周波数計測学、蛍光顕微鏡検査、干渉反ストークスラマン散乱(CARS:coherent anti-Stokes Raman scattering)顕微鏡検査、及び2光子蛍光顕微鏡検査などにおいて、潜在的に有用である。残念なことに、それらの実験に関して、従来のコンティニウム光源の大きな振幅変動は、精度及び/又は感度を制限する。SC生成の従前の研究は、SC生成プロセスが、量子雑音、技術的ノイズ、並びに入力レーザパルスの入力波長、持続時間及びチャープなどの特定のパラメータに非常に敏感であることを示した。安定したコンティニウムに由来する光源は、一般に、SC光源の有用性を改善することになろう。 Octave-bandwidth supercontinuum (SC) has been successfully performed directly through nonlinear fibers such as microstructured, tapered standard, and tapered microstructured fibers by pumping the fiber with a pulsed laser (often in MOPA configuration) as input. generated. Such spectrally broad continuum light sources are used in many measurement systems, e.g., optical coherence tomography (OCT), optical frequency metrology, fluorescence microscopy, coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) potentially useful in anti-Stokes Raman scattering) microscopy, and two-photon fluorescence microscopy. Unfortunately, for those experiments, the large amplitude variations of conventional continuum light sources limit accuracy and/or sensitivity. Previous studies of SC generation have shown that the SC generation process is highly sensitive to quantum noise, technical noise, and certain parameters such as input wavelength, duration and chirp of the input laser pulse. Light sources derived from stable continuum would generally improve the utility of SC light sources.

従来の穴のあいたフォトニック結晶又は先細単一モードの長いファイバにおけるコンティニウム生成は、複雑であり、且つ異なる波長領域に対する望ましくない不均一に分配されたノイズ及び不安定性につながる、時間及び周波数領域における際立ったサブ構造を含む可能性がある。通常、コンティニウムの振幅は、著しい過剰なホワイトノイズ背景を備えた大きな変動を示し、その変動は、高速検出器及びRFスペクトル分析器(RFSA:RF spectrum analyzer)測定を用いて明らかにすることができる。 Continuum generation in conventional holey photonic crystals or tapered single-mode long fibers is complex and leads to undesirable unevenly distributed noise and instabilities for different wavelength regions in the time and frequency domains. may contain distinct substructures in The amplitude of the continuum usually exhibits large fluctuations with a significant excess white noise background, which fluctuations can be revealed using fast detectors and RF spectrum analyzer (RFSA) measurements. can.

波長変換に対する共通のアプローチは、スーパーコンティニウムを生成し、次にコンティニウムの一部をスペクトル的にスライスし、このスライスを顕微鏡検査セットアップ用の光源として使用することである。しかしながら、選択されたコンティニウムは、恐らく大きな振幅変動(ノイズ)を含み、それは、幾つかの用途には適していない可能性がある。 A common approach to wavelength conversion is to generate a supercontinuum, then spectrally slice a portion of the continuum and use this slice as the light source for the microscopy setup. However, the continuum chosen will likely contain large amplitude variations (noise), which may not be suitable for some applications.

(特許文献1)において、SC光源からのノイズは、非線形ファイバを先細にすること及びいわゆるソリトン分裂を生じさせるフェムト秒パルス源を用いることによって低減される。この特許の要約は、次のように述べている:「DMMによって導入されるチェレンコフ放射(CR:Cherenkov radiation)及び四波混合(FWM:four-wave mixing)用の位相整合状態の長手方向の変化は、低ノイズスーパーコンティニウムの生成を可能にする」。テーパリングは、SC光源の製造を複雑にする可能性がある後処理技術又は製造中におけるファイバ直径の変更のいずれかを必要とし、先細りの小断面は、安全に透過され得る光量を制限する可能性がある。更に、フェムト秒ポンプ源は、比較的複雑で高価であることが多い。 In WO 2005/010000, the noise from an SC source is reduced by tapering a nonlinear fiber and using a femtosecond pulse source that induces so-called soliton splitting. The abstract of this patent states: "Cherenkov radiation (CR) introduced by a DMM and longitudinal variation of phase-matched states for four-wave mixing (FWM). enables the generation of low-noise supercontinuum." Tapering requires either post-processing techniques that can complicate the fabrication of SC light sources or changes in fiber diameter during fabrication, and the small cross section of the taper can limit the amount of light that can be safely transmitted. have a nature. Additionally, femtosecond pump sources are often relatively complex and expensive.

(特許文献2)において、SC光を生成できる基礎構造を有する、且つSC光のスペクトルの波形の成形、SC光のパワー調整、又はSC光を含むパルス列の繰り返し周波数の調整を可能にする構造を更に有する光源装置が説明されている。(特許文献2)の光源装置は、約1550nmの波長でポンピングされるSCファイバを含み、光源からのSC光パルス列の繰り返し周波数は、1MHz以上~100MHz以下に位置する。(特許文献2)の全体を通して、ノイズは、単一パルスに関してのみ論じられ、パルス光P1のノイズ特性が影響されないことが説明される。SC光パルス列P2のノイズ特性に関し、光源装置の外部に構成された光検出器との同期化を通して、低ノイズ検出が可能であることが言及される。異なるポンプ波長を用いるSC光源からのノイズスペクトルは異なり、従ってノイズ抑圧は、異なっても良い。(特許文献2)は、フェムト秒パルス列P1に言及する。かかるポンプ源は、比較的複雑で高価であることが多い。 In (Patent Document 2), a structure having a basic structure capable of generating SC light and capable of shaping the spectral waveform of SC light, adjusting the power of SC light, or adjusting the repetition frequency of a pulse train including SC light is provided. A further comprising light source device is described. The light source device of US Pat. No. 6,200,000 includes an SC fiber pumped at a wavelength of about 1550 nm, and the repetition frequency of the SC optical pulse train from the light source is located between 1 MHz and 100 MHz. Throughout WO 2005/012000, noise is only discussed for single pulses, and it is explained that the noise characteristics of pulsed light P1 are unaffected. Regarding the noise characteristics of the SC light pulse train P2, it is noted that low noise detection is possible through synchronization with a photodetector configured external to the light source device. Noise spectra from SC light sources with different pump wavelengths are different, and therefore noise suppression may be different. WO 2005/010000 refers to a femtosecond pulse train P1. Such pump sources are often relatively complex and expensive.

米国特許第7,403,688号明細書U.S. Pat. No. 7,403,688 米国特許出願公開第2011/0116282号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0116282

前述のことを考慮して、本発明の目的は、低ノイズスーパーコンティニウム光源、及び有利には、生成されたスーパーコンティニウム(SC)においてノイズの影響が低減されたスーパーコンティニウム光源を提供することである。有利には、スーパーコンティニウム光源は、光学測定システムでの使用に適している。 In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a low-noise supercontinuum light source and, advantageously, a supercontinuum light source with reduced noise effects in the generated supercontinuum (SC). That is. Advantageously, the supercontinuum light source is suitable for use in optical measurement systems.

実施形態において、本発明は、対象に関する少なくとも1つのパラメータを測定するのに適したシステムであって、スーパーコンティニウム光源を含むシステムに関し、更に、システムを用いた測定方法を提供することもまた目的である。 In embodiments, the present invention relates to a system suitable for measuring at least one parameter of an object, the system comprising a supercontinuum light source, and it is also an object to provide a method of measurement using the system. is.

これらや他の目的は、請求項で定義されるような、且つ本明細書において以下で説明されるような本発明又はその実施形態によって解決された。
本発明及びその実施形態が、以下の説明から当業者に明らかになるであろう多くの追加の利点を有することが分かった。
These and other objects have been solved by the invention or its embodiments as defined in the claims and as described herein below.
It has been found that the invention and its embodiments have many additional advantages that will become apparent to those skilled in the art from the following description.

本発明のスーパーコンティニウム光源は、光源出力部、中間スーパーコンティニウム光源、及び単一モード結合ユニットを含み、前記中間スーパーコンティニウム光源は、
a.パルス周波数Fseedを備えたシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、
b.シードパルスを倍増するように、且つFseedをパルス周波数Fpumpを備えたポンプパルスに変換するように構成されたパルス周波数逓倍器(PFM:pulse frequency multiplier)であって、FpumpがFseedより大きいパルス周波数逓倍器(PFM)と、
c.前記ポンプパルスを受信するように、且つ前記非線形素子の出力として供給される、約λ~約λにわたるスーパーコンティニウムスペクトルを有するスーパーコンティニウム光に前記ポンプパルスを変換するように構成された非線形素子であって、λ-λ>約500nmである非線形素子と、を含む。
The supercontinuum light source of the present invention comprises a light source output, an intermediate supercontinuum light source, and a single-mode coupling unit, wherein the intermediate supercontinuum light source comprises:
a. a seed laser configured to provide a seed pulse with a pulse frequency F seed ;
b. A pulse frequency multiplier (PFM) configured to double the seed pulse and convert F seed into a pump pulse with a pulse frequency F pump , wherein F pump is higher than F seed a large pulse frequency multiplier (PFM);
c. configured to receive the pump pulse and convert the pump pulse into supercontinuum light having a supercontinuum spectrum spanning about λ 1 to about λ 2 provided as an output of the nonlinear element; a nonlinear element, where λ 2 −λ 1 >about 500 nm.

非線形素子からの出力は、単一モード結合ユニットからの出力を供給するために、単一モード結合ユニットに結合され、光源出力は、単一モード結合ユニットからの出力を含む。単一モード結合ユニットは、前記非線形素子からの前記スーパーコンティニウムスペクトルを減衰及び成形するように構成される。好ましくは、Fpumpは、少なくとも約100MHz、例えば、少なくとも約150MHz、少なくとも約200MHz、少なくとも約300MHz、少なくとも約400MHz、少なくとも約500MHz、少なくとも約600MHz、少なくとも約700MHz、少なくとも約800MHz、少なくとも約1GHzである。 The output from the nonlinear element is coupled to the single mode coupling unit to provide the output from the single mode coupling unit, and the light source output includes the output from the single mode coupling unit. A single mode coupling unit is configured to attenuate and shape the supercontinuum spectrum from the nonlinear element. Preferably, the F pump is at least about 100 MHz, such as at least about 150 MHz, at least about 200 MHz, at least about 300 MHz, at least about 400 MHz, at least about 500 MHz, at least about 600 MHz, at least about 700 MHz, at least about 800 MHz, at least about 1 GHz. .

周波数逓倍器の好ましい実施形態において、前記単一モード結合ユニットは、前記単一モード結合ユニットからの出力スペクトルがλからλまでわたるように、前記スーパーコンティニウム光を受信し、それをスペクトル的に成形するように構成され、ここでλ-λ>0、λ≧λ、且つλ≦λであり、単一モード結合ユニットからのスペクトル的に成形された出力スペクトル出力は、中間スーパーコンティニウム光源からのλ~λの波長領域におけるスペクトルとは異なる。 In a preferred embodiment of the frequency multiplier, said single mode coupling unit receives said supercontinuum light and divides it into a spectrum such that the output spectrum from said single mode coupling unit ranges from λ3 to λ4 . spectrally shaped output spectral output from the single mode coupling unit, wherein λ 3 −λ 4 >0, λ 3 ≧λ 1 , and λ 4 ≦λ 2 , and is different from the spectrum in the λ 34 wavelength region from an intermediate supercontinuum source.

本発明のスーパーコンティニウム光源は、特に低ノイズが有益な用途のための高度に改善されたスーパーコンティニウム光源に起因する低ノイズを有することが分かった。用語「低ノイズ」は、例えば光源が測定システムにおいて適用される場合に、スペクトル領域における出力電力の比較可能な電力レベルで動作する先行技術白色光SC光源を用いて他の場合に可能だったであろうよりも著しく低い、例えば、出力電力の比較可能な電力レベルで動作する先行技術スーパーコンティニウム光源を用いて他の場合に可能だったであろうよりも著しく低い、且つソリトン分裂領域を超える平均ノイズを意味するように理解される。 The supercontinuum light source of the present invention has been found to have low noise resulting in a highly improved supercontinuum light source especially for applications where low noise is beneficial. The term "low noise" has otherwise been possible with prior art white light SC light sources operating at comparable power levels of output power in the spectral domain, for example when the light source is applied in a measurement system. significantly lower than would otherwise be possible with prior art supercontinuum light sources operating at comparable power levels of output power, and beyond the soliton splitting region. It is understood to mean average noise.

中間スーパーコンティニウム光源のシードレーザは、例えば、好ましくはSESAMを介してモードロックされたモードロックファイバレーザであることが可能であり、好ましくは前記ファイバレーザの利得媒体は、YtYbドープファイバ、Erドープファイバ及びEr/Ybドープファイバから選択される。 The seed laser of the intermediate supercontinuum source can for example be a modelocked fiber laser, preferably modelocked via SESAM, preferably the gain medium of said fiber laser is YtYb doped fiber, Er doped fiber and Er/Yb doped fiber.

実施形態において、波長領域「λ~λ」は、約100nmより大きく、例えば、約200nmより大きく、約300nmより大きく、又は約500nmより大きい。実施形態において、波長λは、約1000nmより小さく、例えば、約900nmより小さく、約800nmより小さく、約700nmより小さく、又は約600nmより小さい。実施形態において、λは、約1070nmより大きく、例えば、約1100nmより大きく、約1200nmより大きく、又は約1300nmより大きい。 In embodiments, the wavelength region "λ 34 " is greater than about 100 nm, such as greater than about 200 nm, greater than about 300 nm, or greater than about 500 nm. In embodiments, wavelength λ 3 is less than about 1000 nm, such as less than about 900 nm, less than about 800 nm, less than about 700 nm, or less than about 600 nm. In embodiments, λ 4 is greater than about 1070 nm, such as greater than about 1100 nm, greater than about 1200 nm, or greater than about 1300 nm.

実施形態において、単一モード結合ユニットは、下記の1つ又は複数、即ち、プリズム、ローパス光学フィルタ、ハイパス光学フィルタ、バンドパス光学フィルタ、及び単一モードファイバの1つ又は複数を含む。有利には、単一モード結合ユニットは、中間スーパーコンティニウム光源からのスペクトルを、ガウススペクトル、二重ピークスペクトル、又はフラットトップスペクトルに成形するように構成される。 In embodiments, the single-mode coupling unit includes one or more of the following: prisms, low-pass optical filters, high-pass optical filters, band-pass optical filters, and single-mode fibers. Advantageously, the single mode coupling unit is arranged to shape the spectrum from the intermediate supercontinuum light source into a Gaussian spectrum, a double peak spectrum or a flat top spectrum.

実施形態において、前記単一モード結合ユニットにおけるスーパーコンティニウムスペクトルの減衰は、光パワー減衰係数yによって与えられ、前記光パワー減衰係数yは、λ~λの波長領域内における光パワー減衰の尺度であり、前記光パワー減衰係数yは、約2より大きく、例えば、約3より大きく、約4より大きく、約6より大きく、約8より大きく、約10より大きい。 In an embodiment, the attenuation of the supercontinuum spectrum in said single-mode coupling unit is given by an optical power attenuation factor y, said optical power attenuation factor y being the ratio of optical power attenuation within the wavelength region of λ 4 to λ 3 . A measure, the optical power attenuation coefficient y is greater than about 2, such as greater than about 3, greater than about 4, greater than about 6, greater than about 8, greater than about 10.

実施形態において、単一モード結合ユニットは、前記減衰を実行するために、下記の少なくとも1つ、即ち、i)非線形素子から単一モード結合ユニットへの出力の不整合又は不一致と、ii)単一モード結合ユニットへの入力及び/又は単一モード結合ユニットからの出力におけるスプライス損失と、iii)ニュートラルデンシティフィルタなどの広帯域減衰フィルタ又は広帯域ビームスプリッタと、の少なくとも1つを含む。 In an embodiment, the single-mode coupling unit performs at least one of the following to perform said attenuation: i) a mismatch or mismatch in the output from the non-linear element to the single-mode coupling unit; iii) a broadband attenuation filter such as a neutral density filter or a broadband beam splitter;

実施形態において、単一モード結合ユニットは、非線形素子に結合するための入力部と、単一モード結合ユニットの入力部におけるダイクロイック素子であって、閾値波長λ未満の波長を送信するように構成され、λ>λであるダイクロイック素子と、次のもの、即ちプリズム、ローパス光学フィルタ、ハイパス光学フィルタ又はバンドパス光学フィルタの少なくとも1つと、単一モードファイバであって、その出力が、単一モード結合ユニットからの出力である単一モードファイバと、を含む。有利には、ダイクロイック素子は、単一モードファイバであり、前記単一モードファイバは、ステップインデックスファイバ、又は空気若しくは低指数ガラス材料の形をした微細構造を含む微細構造ファイバである。 In an embodiment, the single mode coupling unit has an input for coupling to the nonlinear element and a dichroic element at the input of the single mode coupling unit configured to transmit wavelengths below the threshold wavelength λ5 . and at least one of: a prism , a low-pass optical filter, a high-pass optical filter or a band-pass optical filter; and a single-mode fiber, the output of which is a single a single mode fiber output from the one mode coupling unit. Advantageously, the dichroic element is a single mode fiber, said single mode fiber being a step index fiber or a microstructured fiber comprising microstructures in the form of air or low index glass material.

実施形態において、前記単一モード結合ユニットからの出力における合計光パワーは、約100mW未満であり、例えば、約50mW未満、約30mW未満、約20mW未満である。 In embodiments, the total optical power at output from the single mode coupling unit is less than about 100 mW, such as less than about 50 mW, less than about 30 mW, less than about 20 mW.

実施形態において、シードレーザは、パルス幅tseedを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅tseedは、約0.1psより長く、例えば、約0.25psより長く、約0.5psより長く、約0.75psより長く、約1psより長く、約2psより長く、約3psより長く、約5psより長く、約10psより長く、約20psより長く、約50psより長く、約100psより長く、約200psより長く、約300psより長く、約400psより長く、約500psより長く、約1nsより長い。 In embodiments, the seed laser is configured to provide a seed pulse with a pulse width t seed , said pulse width t seed being greater than about 0.1 ps, such as greater than about 0.25 ps, and being about 0 >.5 ps, >0.75 ps, >1 ps, >2 ps, >3 ps, >5 ps, >10 ps, >20 ps, >50 ps, >100 ps Longer than about 200 ps, longer than about 300 ps, longer than about 400 ps, longer than about 500 ps, longer than about 1 ns.

実施形態において、シードレーザは、パルス幅tseedを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅tseedは、約1μsより短く、例えば、約500nsより短く、約200nsより短く、約100nsより短く、約50nsより短く、約20nsより短く、約10nsより短く、約1nsより短く、約500psより短く、約100psより短く、約50psより短く、約25psより短く、約20psより短く、約15psより短く、約10psより短い。 In embodiments, the seed laser is configured to provide a seed pulse with a pulse width t seed , said pulse width t seed being less than about 1 μs, such as less than about 500 ns, less than about 200 ns, about less than 100 ns, less than about 50 ns, less than about 20 ns, less than about 10 ns, less than about 1 ns, less than about 500 ps, less than about 100 ps, less than about 50 ps, less than about 25 ps, less than about 20 ps, about Shorter than 15 ps, shorter than about 10 ps.

有利には、非線形素子は、先細及び/又は非先細微細構造ファイバなどの光ファイバである。
実施形態において、中間スーパーコンティニウム光源は、PBGファイバなどのパルス圧縮器を含み、前記パルス圧縮器は、前記パルス周波数逓倍器(PFM)からパルスを受信するように、且つ時間圧縮されたパルスを前記非線形素子に出力するように構成される。有利には、中間スーパーコンティニウム光源は、非干渉光源である。
Advantageously, the nonlinear element is an optical fiber, such as a tapered and/or non-tapered microstructured fiber.
In embodiments, the intermediate supercontinuum light source includes a pulse compressor, such as a PBG fiber, said pulse compressor receiving pulses from said pulse frequency multiplier (PFM) and time-compressed pulses. configured to output to the non-linear element. Advantageously, the intermediate supercontinuum light source is a non-coherent light source.

システムは、対象に関する少なくとも1つのパラメータを測定するのに適しており、本発明のスーパーコンティニウム光源を含み、且つ前記単一モード結合ユニットの出力の少なくとも一部、例えば、前記単一モード結合ユニットの出力の全てにおける大部分、少なくとも約90%で測定対象を照明するように構成され、システムは、前記対象からの光を検出するための検出器を更に含む。 The system is suitable for measuring at least one parameter relating to an object and comprises a supercontinuum light source of the invention and at least part of the output of said single mode coupling unit, e.g. The system further includes a detector for detecting light from the object.

低ノイズ中間スーパーコンティニウム光源を含む本発明のスーパーコンティニウム光源にゆえに、非常に正確な光学測定システムが達成される。
実施形態において、システムは、対象を含み、対象は、哺乳動物の眼又はその任意の部分など、人間又は動物の体の一部である。これによって、人間又は動物の体における部分の生体内及び/又は生体外測定が可能になる。
Due to the supercontinuum light source of the present invention, including the low noise intermediate supercontinuum light source, a highly accurate optical measurement system is achieved.
In embodiments, the system includes a subject, where the subject is a part of a human or animal body, such as a mammalian eye or any part thereof. This allows in vivo and/or in vitro measurements of parts in the human or animal body.

有利には、検出器は、50/Fpumpより長い、例えば、100/Fpumpより長い、200/Fpumpより長い、500/Fpumpより長い、1000/Fpumpより長い、5000/Fpumpより長い積分時間を有する。 Advantageously, the detector is greater than 50/F pump , such as greater than 100/F pump, greater than 200/F pump , greater than 500/F pump , greater than 1000/F pump , greater than 5000/F pump It has a long integration time.

実施形態において、測定システムは、白色光干渉分光法に基づいたシステム、光干渉断層撮影法(OCT)など、前記対象から反射された光を測定するように構成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、又はスイープ光源OCTに基づいている。 In embodiments, the measurement system is a reflection mode measurement system configured to measure light reflected from said object, such as a system based on white light interferometry, optical coherence tomography (OCT). Advantageously, the system is based on time domain, frequency domain or swept source OCT.

実施形態において、測定システムは、加齢に関連する黄斑変性(AMD:Age-related macular degeneration)、糖尿病網膜症又は緑内障の診断に使用される。 In embodiments, the measurement system is used to diagnose age-related macular degeneration (AMD), diabetic retinopathy or glaucoma.

実施形態において、測定システムは、例えば眼の屈折状態を矯正するレーザ眼科手術(LASIK)など、眼の屈折矯正を行う治療に関連する診断に使用される。実施形態において、測定システムは、人間の眼の内部におけるボーマン層の境界を測定するために使用される。 In embodiments, the measurement system is used for diagnostics associated with treatments that provide refractive correction of the eye, such as Laser Eye Surgery to Correct the Refractive Condition of the Eye (LASIK). In an embodiment, the measurement system is used to measure the boundaries of Bowman's layer inside the human eye.

測定対象に関する少なくとも1つのパラメータを測定するための本発明の方法は、本発明のスーパーコンティニウム光源を提供することと、前記単一モード結合ユニットの出力の全てなど、本発明のスーパーコンティニウム光源の前記単一モード結合ユニットの出力の少なくとも一部で測定対象を照明することと、検出器によって前記対象からの光を検出することと、を含む。 A method of the invention for measuring at least one parameter related to a measurement object comprises providing a supercontinuum light source of the invention and a supercontinuum light source of the invention, such as all of the outputs of said single-mode coupling unit. illuminating an object to be measured with at least a portion of the output of said single-mode coupling unit of and detecting light from said object with a detector.

有利には、光学測定システムの高精度ゆえに、対象は、哺乳動物の眼又はその一部など、人間又は動物の体の一部である。これによって、人間又は動物の体における部分の生体内及び/又は生体外測定が可能になる。 Advantageously, due to the high precision of the optical measurement system, the object is a human or animal body part, such as a mammalian eye or part thereof. This allows in vivo and/or in vitro measurements of parts in the human or animal body.

以下において、本発明は、シリカベースの非線形ファイバに関連して説明される。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明はまた、他の材料(例えば重合体、カルコゲニド及びフッ化物ガラスなど)に基づいたファイバ、非線形平面導波路及びガス充填中空コアファイバなど、他のタイプの非線形素子に基づいたSC光源を含む。シリカベースのファイバパラメータに対して、例えば分散及び非線形性など、材料及び/又は導光路ベースのパラメータは、それ相応に調整されなければならない。 In the following, the invention will be described in relation to silica-based nonlinear fibers. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention also applies to other materials such as fibers based on other materials (such as polymers, chalcogenides and fluoride glasses), nonlinear planar waveguides and gas-filled hollow core fibers. It includes SC light sources based on nonlinear elements of the type. For silica-based fiber parameters, material and/or waveguide-based parameters, such as dispersion and nonlinearity, must be adjusted accordingly.

典型的には、SCは、上記で説明されたような非線形ファイバなどの非線形ファイバをポンピングするように構成されたパルスポンプ光源を適用することによって生成される。非線形素子における非線形プロセスは、ポンプパルスを、ファイバを出るスーパーコンティニウムに変換する。特に興味深いのは、実質的なポンプエネルギが、異常分散を示す非線形ファイバにおける波長に供給される場合である。何故なら、これは、達成可能な帯域幅を非常に拡張するからである。特に、ダドリー(Dudley)ら著、レビューズ・オブ・モダンフィジックス(Rev.Mod.Phys.)、78巻、4号、2006年によって説明されているように、スーパーコンティニウム生成は、効率的で広いスーパーコンティニウムスペクトルの生成を可能にする一連の短パルス(ソリトン)へとポンプパルスが分割されるいわゆる変調不安定性に基づいている。正常分散領域において、スーパーコンティニウム生成は、著しいスペクトル拡幅(例えば、>100nm 10dB帯域幅)を誘発するために非常に高いピーク強度を必要とする自己位相変調(SPM:self-phase modulation)によって主として引き起こされる。 Typically SCs are produced by applying a pulsed pump light source configured to pump a nonlinear fiber, such as the nonlinear fiber described above. A nonlinear process in the nonlinear element transforms the pump pulse into a supercontinuum that exits the fiber. Of particular interest is when substantial pump energy is delivered to wavelengths in nonlinear fibers that exhibit anomalous dispersion. because this greatly extends the achievable bandwidth. In particular, supercontinuum generation is efficient and described by Dudley et al., Rev. Mod. Phys., 78, 4, 2006. It is based on so-called modulation instability, in which the pump pulse is split into a series of short pulses (solitons) that allow the generation of a broad supercontinuum spectrum. In the normal dispersion regime, supercontinuum generation is primarily by self-phase modulation (SPM), which requires very high peak intensities to induce significant spectral broadening (e.g., >100 nm 10 dB bandwidth). caused.

従って、実施形態において、ポンプパルス及び非線形ファイバ(即ち非線形素子)は、スーパーコンティニウムスペクトルが、主として変調不安定性(MI:modulation instability)によって誘発されたポンプパルスの分割を通して生成されるように、構成される。即ち、入力パルス電力のほとんどは、電力の実質的部分を異常領域にシフトするためにSPMを介した初期スペクトル拡幅を可能にするように、異常領域において又は十分に接近して位置する波長で開始される。好ましくは、生成されるスーパーコンティニウムスペクトルの50%超、例えば、60%超、70%超、80%超、90%超、95%超、100%が、MI及びMIによって生成されたソリトンを含む後続プロセスを介して生成される。非線形素子を出るどんな残留ポンプ光も、生成されたスーパーコンティニウムの一部とは見なされない。実施形態において、これらのパーセンテージは、スーパーコンティニウムの合計電力の一部として計算される。実施形態において、パーセンテージは、スーパーコンティニウムによって走査される帯域幅のパーセンテージとして計算される。 Thus, in embodiments, the pump pulse and nonlinear fiber (i.e., nonlinear element) are configured such that the supercontinuum spectrum is generated primarily through modulation instability (MI)-induced splitting of the pump pulse. be done. That is, most of the input pulse power starts in the anomaly region or at wavelengths located sufficiently close together to allow initial spectral broadening via SPM to shift a substantial portion of the power into the anomaly region. be done. Preferably, more than 50%, such as more than 60%, more than 70%, more than 80%, more than 90%, more than 95%, 100% of the supercontinuum spectrum produced are MI and solitons produced by MI. generated through subsequent processes, including Any residual pump light exiting the nonlinear element is not considered part of the generated supercontinuum. In embodiments, these percentages are calculated as part of the total supercontinuum power. In embodiments, the percentage is calculated as a percentage of the bandwidth scanned by the supercontinuum.

いわゆる高非線形ファイバ(HNLF:Highly Nonlinear Fibers)の高非線形性は、一般に、ピーク強度の増加を生じさせる比較的小さな断面の結果であるが、しかしより重要なことには、これらのファイバの分散は、典型的に低く、少なくとも波長の一部に対しては異常であり、ファイバは、例えばポンプ波長で案内する。高非線形性は、長く有効な非線形相互作用長を保証する。何故なら、ピーク電力が維持され、ピーク電力が、ソリトン形成及びMI分割を支援するからである。実施形態において、ソリトン形成及びMIに誘発された分割は、非線形ファイバからの超広帯域光生成における主要なメカニズムである。自己位相変調、相互位相調整、自己急峻化、ラマン散乱などの他の非線形プロセスは、異常分散を必要としないが、同様に役割を果たす。 The high nonlinearity of so-called Highly Nonlinear Fibers (HNLF) is generally the result of relatively small cross-sections that give rise to increased peak intensities, but more importantly, the dispersion of these fibers is , which is typically low and unusual for at least some of the wavelengths, the fiber guides, for example, at the pump wavelength. High nonlinearity guarantees a long effective nonlinear interaction length. Because peak power is maintained, peak power supports soliton formation and MI splitting. In embodiments, soliton formation and MI-induced splitting are the primary mechanisms in ultra-broadband light generation from nonlinear fibers. Other nonlinear processes such as self-phase modulation, cross-phase tuning, self-steepening, and Raman scattering do not require anomalous dispersion, but play a role as well.

ポンプパルス及び非線形素子は、ポンプパルスの中心波長が、好ましくは異常分散領域にあるように、構成されても良い。代替として、ポンプ波長は、ZDW-150nm以上、ZDW-100nm以上、ZDW-50nm以上、ZDW以上、ZDW+10nm以上、ZDW+20nm以上、ZDW+30nm以上、ZDW+50以上、ZDW+100nm以上、ZDW+150nm以上など、適度なスペクトル拡幅が(例えばSPM又はラマンシフトを介して)ポンプエネルギの実質的部分を異常領域に転送できる正常分散領域(しかし異常領域に十分に近い)にあることが可能である。実施形態において、結果として生じるスーパーコンティニウムスペクトルの形状は、ポンプ波長から正常及び異常分散間の交差部へ距離を変えることによって、大部分は制御することができる。いわゆるゼロ分散波長(ZDW:zero dispersion wavelength)である。 The pump pulse and nonlinear element may be configured such that the center wavelength of the pump pulse is preferably in the anomalous dispersion region. Alternatively, the pump wavelength may be ZDW -150 nm or greater, ZDW -100 nm or greater, ZDW -50 nm or greater, ZDW or greater, ZDW +10 nm or greater, ZDW +20 nm or greater, ZDW +30 nm or greater, ZDW +50 or greater, ZDW +100 nm or greater, ZDW +150 nm or greater, etc., with moderate spectral broadening ( It is possible to be in the normal dispersion region (but close enough to the anomaly region) that can transfer a substantial portion of the pump energy to the anomaly region (eg, via SPM or Raman shift). In embodiments, the shape of the resulting supercontinuum spectrum can be largely controlled by varying the distance from the pump wavelength to the intersection between normal and anomalous dispersion. This is the so-called zero dispersion wavelength (ZDW).

用語「異常領域にシフトされた実質的なポンプエネルギ」は、パルスエネルギの30%超、例えば、50%超、60%超、70%超、80%超、90%超、95%超、100%が、パルスが分割される前に異常領域に入ることを意味すると理解される。 The term "substantial pump energy shifted to the anomalous region" refers to greater than 30% of the pulse energy, such as greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, greater than 80%, greater than 90%, greater than 95%, 100% % is understood to mean that the pulse enters the abnormal region before being split.

ダドリー(Dudley)ら著、「フォトニック結晶ファイバにおけるスーパーコンティニウム生成(Supercontinuum generation in photonic crystal fiber)」、レビューズ・オブ・モダンフィジックス(Rev.Mod.Phys.)、78巻、4号、(2006年)p.1159~1162によって説明されているように、スーパーコンティニウムは、変調不安定性がポンプパルスの分割において支配的なプロセスである場合に、非干渉性である。非干渉スーパーコンティニウムは、ノイズから生じると理解することができ、従って、発生光の時間及びスペクトル安定性が、損なわれる。著者によれば、N<10のファイバにおいてソリトン次数(N)を有するポンプパルスが、干渉スーパーコンティニウムを提供するのに対して、N>30を有するポンプパルスは、非干渉スーパーコンティニウムを提供する。10≦N≦30の値は、これらの2つの状態間の遷移を提供し、スーパーコンティニウムスペクトルは、正確なポンプ及びファイバパラメータに依存して、干渉又は非干渉に生成され得る。ここで、ソリトン次数は、(式1)のように定義される。 Dudley et al., "Supercontinuum generation in photonic crystal fiber," Rev. Mod. Phys., Vol. 78, No. 4, ( 2006) p. 1159-1162, the supercontinuum is incoherent if modulation instability is the dominant process in splitting the pump pulse. Incoherent supercontinuum can be understood to arise from noise and thus the temporal and spectral stability of the generated light is compromised. According to the authors, pump pulses with soliton orders (N) in fibers with N<10 provide coherent supercontinuum, whereas pump pulses with N>30 provide incoherent supercontinuum. do. A value of 10≦N≦30 provides a transition between these two states, and supercontinuum spectra can be produced coherently or non-coherently, depending on the exact pump and fiber parameters. Here, the soliton order is defined as in (Equation 1).

Figure 0007275069000001
ここで、ガンマは、ファイバ非線形性であり、P0は、パルスピーク電力であり、T0は、パルス幅であり、βは、ポンプ波長におけるファイバの群速度分散である。従って、この式は、短パルスが、より干渉的なスーパーコンティニウム及び従ってより低いノイズを規定するソリトン次数を低減することを確認する。
Figure 0007275069000001
where gamma is the fiber nonlinearity, P0 is the pulse peak power, T0 is the pulse width, and β2 is the group velocity dispersion of the fiber at the pump wavelength. This equation therefore confirms that short pulses reduce the soliton order, which defines a more coherent supercontinuum and thus lower noise.

干渉性は、N>16の場合に劇的に低減され得る(且つノイズは劇的に増加する)。Nの値の増加は、変調不安定性(これは、量子ノイズによって誘発されるパルス分割である)を、決定論的なソリトン分裂プロセスより速く進ませる。従って、ソリトン分裂からMIに誘発された分割までの遷移は、低ノイズ/高干渉及び高ノイズ/低干渉間の分離をマークする。フェイ・ルー(Fei Lu)ら著、「先細単一モード光ファイバにおける高スペクトル干渉性を備えた広帯域コンティニウムの生成(Generation of a broadband continuum with high spectral coherence in tapered single-mode optical fibers)」、オプティックス・エクスプレス(Optics Express)、2004年1月26日、2巻、2号、p.347-353(米国特許第7,403,688号明細書において参照され、本発明者らと一致する著者を有する)において、短い50fsパルスは、比較的低いNを提供し、ソリトン次数は、テーパリングによって更に低減され、高スペクトル干渉性及び低ノイズを提供する。「リアルタイム超高分解能光干渉断層撮影法(Super continuum generation for real time ultrahigh resolution optical coherence tomography)」、国際光学技術協会の論文集(Proc.of SPIE)、6102巻、61020H、(2006年)において、スーパーコンティニウムは、95fsポンプパルスを用いて生成され、正常領域におけるポンピングによって生成されたスペクトルだけが、適用可能な十分に低ノイズを有すると結論付けられる。上記で言及したように、かかるスペクトルは、決定論的なプロセスであるSPMによって形成され、従って低ノイズ、高干渉SCの生成を可能にする。 Coherence can be dramatically reduced (and noise dramatically increased) for N>16. Increasing the value of N makes the modulation instability (which is quantum noise induced pulse splitting) faster than the deterministic soliton splitting process. Thus, the transition from soliton splitting to MI-induced splitting marks the separation between low-noise/high-interference and high-noise/low-interference. Fei Lu et al., "Generation of a broadband continuum with high spectral coherence in tapered single-mode optical fibers," Optics Express, Jan. 26, 2004, Vol. 2, No. 2, p. 347-353 (referenced in US Pat. No. 7,403,688 and having authors who agree with us), a short 50 fs pulse provides a relatively low N and the soliton order is tapered Further reduction by the ring provides high spectral coherence and low noise. "Super continuum generation for real time ultrahigh resolution optical coherence tomography", Proc. of SPIE, Volume 6102, 61020H, (200 6 years) in The supercontinuum was generated with a 95 fs pump pulse, and it is concluded that only spectra generated by pumping in the normal region have sufficiently low noise to be applicable. As mentioned above, such spectra are formed by SPM, a deterministic process, thus enabling the generation of low-noise, high-interference SCs.

実施形態において、非線形ファイバは、先細にされない。しかしながら、実施形態において、本発明は、テーパリングを介して取得可能なノイズ低減効果と組み合わされる。SC生成に適している新しいタイプの先細ファイバが、国際出願PCT/デンマーク特許出願公開第2011/050328号明細書に説明されている。 In embodiments, the nonlinear fiber is not tapered. However, in embodiments, the present invention is combined with the noise reduction effect obtainable via tapering. A new type of tapered fiber suitable for SC generation is described in International Application PCT/Denmark Patent Application Publication No. 2011/050328.

しかしながら、前記ポンプパルスのソリトン次数が、実質的に16以上、例えば、18以上、20以上、22以上、24以上、26以上、28以上、30以上、40以上、50以上、75以上、100以上、200以上、300以上、400以上、500以上になるように実施形態において非線形ファイバ及びポンプパルスが構成されるように、本発明は、実施形態において、非干渉又は部分的に非干渉なスーパーコンティニウムの適用を可能にする。それによって、スーパーコンティニウム生成プロセスは、主として変調不安定性を介して進む。 However, if the soliton order of the pump pulse is substantially 16 or more, such as 18 or more, 20 or more, 22 or more, 24 or more, 26 or more, 28 or more, 30 or more, 40 or more, 50 or more, 75 or more, 100 or more , 200 or greater, 300 or greater, 400 or greater, 500 or greater, the present invention, in embodiments, provides incoherent or partially incoherent supercontinents. Enables the application of nium. Thereby, the supercontinuum generation process proceeds primarily through modulation instability.

実施形態において、ソリトン次数は、パルスが、例えば、異常領域にシフトした後で且つ/又はファイバの先細セクションを横断した後で分割される場合に定義される。実施形態において、ソリトン次数は、ファイバへのポンプパルスの入力時に定義される。 In embodiments, a soliton order is defined when a pulse is split after, for example, shifting into an anomalous region and/or after traversing a tapered section of a fiber. In embodiments, the soliton orders are defined at the input of the pump pulse to the fiber.

一般に、生成されるSCのスペクトル幅は、ポンプパルスのピーク電力に依存し、従って、より長いパルスに対して、ピーク電力は、ソリトン次数を低減するためには任意に低減され得ない。ps領域又はns領域におけるパルスなどのより長いパルスは、これらのパルスが、fsレーザと比較して、より単純なポンプレーザ構成をしばしば可能にするので、好ましいことが多い。従って、実施形態において、本発明は、パルス幅が、約0.1psより長い、例えば、約0.25psより長い、約0.5psより長い、約0.75psより長い、約1psより長い、約2psより長い、約3psより長い、約5psより長い、約10psより長い、約20psより長い、約50psより長い、約100psより長い、約200psより長い、約300psより長い、約400psより長い、約500psより長い、約1nsより長い、約10nsより長い用途など、より長いパルス幅の用途を可能にする。 In general, the spectral width of the generated SC depends on the peak power of the pump pulse, so for longer pulses the peak power cannot be reduced arbitrarily to reduce the soliton order. Longer pulses, such as pulses in the ps or ns regime, are often preferred as these pulses often allow simpler pump laser configurations compared to fs lasers. Accordingly, in embodiments, the present invention provides for pulse widths greater than about 0.1 ps, such as greater than about 0.25 ps, greater than about 0.5 ps, greater than about 0.75 ps, greater than about 1 ps, about longer than about 2 ps, longer than about 3 ps, longer than about 5 ps, longer than about 10 ps, longer than about 20 ps, longer than about 50 ps, longer than about 100 ps, longer than about 200 ps, longer than about 300 ps, longer than about 400 ps, about It enables longer pulse width applications, such as applications longer than 500 ps, longer than about 1 ns, longer than about 10 ns.

他方において、非常に長いポンプパルス及びCWから生成されたSCにおいて、ポンピングは、ノイズの増加に悩まされる。本発明は、ノイズに対する感度を低減し得るが、一方で同様にパルス幅の低減を介してノイズを低減することがまた好ましくなり得、その結果、実施形態において、シードレーザは、パルス幅tseedを備えたシードパルスを供給するように構成され、前記パルス幅tseedは、約1μsより短く、例えば、約500nsより短く、約200nsより短く、約100nsより短く、約50nsより短く、約20nsより短く、約10nより短く、約1nsより短く、約500psより短く、約100psより短く、約50psより短く、約25psより短く、約20psより短く、約15psより短く、約10psより短い。 On the other hand, in SCs generated from very long pump pulses and CWs, pumping suffers from increased noise. While the present invention may reduce sensitivity to noise, it may also be preferable to reduce noise via pulse width reduction as well, so that in embodiments the seed laser may have a pulse width t seed wherein the pulse width t seed is less than about 1 μs, such as less than about 500 ns, less than about 200 ns, less than about 100 ns, less than about 50 ns, less than about 20 ns Short, less than about 10 ps, less than about 1 ns, less than about 500 ps, less than about 100 ps, less than about 50 ps, less than about 25 ps, less than about 20 ps, less than about 15 ps, less than about 10 ps.

上記で言及した変更可能な間隔は、0.1ps~1μs、0.25ps~100ps、1ps~50psであるパルス幅など、パルス幅に対する閉じた間隔を形成するために結合されても良い。 The variable intervals referred to above may be combined to form closed intervals for pulse widths, such as pulse widths that are 0.1 ps to 1 μs, 0.25 ps to 100 ps, 1 ps to 50 ps.

上記で言及したように、SCは、パルスポンプ光源を適用することによって典型的に生成される。本発明のスーパーコンティニウム光源において、ポンプパルスは、繰り返し率Fpumpで供給され、繰り返し率Fpumpにより、同じ周波数Fpumpを備えた生成スーパーコンティニウムの振幅変調を生じさせる。他方において、本発明の測定システムは、1/Fpumpより長い測定時間、即ち、その時間にわたって繰り返し率が決定されず、且つSCがCW放射として現れるように測定が統合される測定時間を典型的には適用する。その理由で、MHz領域において動作するパルスレーザは、「擬似CW」と呼ばれることが多い。しかしながら、スーパーコンティニウムのパルス特性は、光が存在する有効な測定時間を低減する。従って、実施形態において、SC光源は、Fpumpが、100MHz以上、例えば、150MHz以上、200MHz以上、300MHz以上、400MHz以上、500MHz以上、600MHz以上、700MHz以上、800MHz以上、1GHz以上であるように、高い繰り返し率を適用する。 As mentioned above, SCs are typically generated by applying a pulsed-pump light source. In the supercontinuum light source of the present invention, pump pulses are provided at a repetition rate F pump that causes an amplitude modulation of the generated supercontinuum with the same frequency F pump . On the other hand, the measurement system of the present invention typically has a measurement time longer than 1/F pump , i.e., a measurement time over which the repetition rate is not determined and the measurement is integrated such that SC appears as CW radiation. apply to For that reason, pulsed lasers operating in the MHz range are often referred to as "quasi-CW". However, the pulsed nature of the supercontinuum reduces the effective measurement time in the presence of light. Thus, in embodiments, the SC light source is such that the F pump is 100 MHz or higher, such as 150 MHz or higher, 200 MHz or higher, 300 MHz or higher, 400 MHz or higher, 500 MHz or higher, 600 MHz or higher, 700 MHz or higher, 800 MHz or higher, 1 GHz or higher. Apply a high repetition rate.

以下で更に説明されるように、ポンプレーザシステムは、シードレーザとも呼ばれる主レーザ発振器から典型的にはなり、主レーザ発振器には、シードレーザからのパルス電力レベルを押し上げる1つ又は複数の任意選択の光増幅器が後続する。即ち、ポンプレーザは、MOPA構成を含んでも良い。シードレーザのタイプ次第で、かかる高い繰り返し率を提供することは、実際的でも可能でもない場合がある。実施形態において、ポンプレーザ(ポンプレーザシステムとも呼ばれる)は、Fpumpより低いパルス周波数Fseedを備えたシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、FseedをFpumpに変換するように構成された1つ又は複数のパルス周波数逓倍器(PFM)と、を含む。 As explained further below, the pump laser system typically consists of a main laser oscillator, also called a seed laser, which has one or more options to boost the pulse power level from the seed laser. of optical amplifiers follow. That is, the pump laser may include a MOPA configuration. Depending on the type of seed laser, providing such high repetition rates may not be practical or possible. In an embodiment, the pump laser (also called pump laser system) includes a seed laser configured to provide a seed pulse with a pulse frequency F seed lower than F pump , and a seed laser configured to convert F seed to F pump . and one or more configured pulse frequency multipliers (PFM).

好ましくは、本発明のスーパーコンティニウム光源のパルス周波数逓倍器は、シードパルスの少なくとも1つのビームを多くのサブビームに分割するスプリッタと、サブビームの少なくとも幾つかを再結合するように構成された第1の結合器と、を含み、好ましくは、パルス周波数逓倍器は、サブビームの少なくとも1つを調整するように構成された調整可能な減衰器を更に含む。 Preferably, the pulse frequency multiplier of the supercontinuum light source of the present invention includes a splitter for splitting at least one beam of seed pulses into a number of sub-beams, and a first beam configured to recombine at least some of the sub-beams. and preferably the pulse frequency multiplier further includes an adjustable attenuator configured to adjust at least one of the sub-beams.

ビームは、本明細書においてパルス列を意味する。
スプリッタは、どんな種類のスプリッタでも良い。かかるスプリッタは、当該技術分野において周知である。
Beam means here a pulse train.
The splitter can be any kind of splitter. Such splitters are well known in the art.

実施形態において、パルス周波数逓倍器は、少なくとも1つのサブビームを受信するように構成された調整可能な減衰器を含む。好ましくは、調整可能な減衰器は、平均サブビーム電力を超える電力を備えた少なくとも1つのサブビームを受信するように構成され、パルス周波数逓倍器は、任意選択的に、複数の調整可能な減衰器を含み、好ましくは各減衰器は、選択されたピーク電力範囲内のパルスを有する少なくとも1つのサブビームを受信するように構成される。有利には、ノイズを著しく低減するために、調整可能な減衰器は、第1の結合器において結合されたサブビームのパルスが実質的に同一のピーク電力値を有するように、少なくとも1つのサブビームのパルスを受信し、それを少なくとも1つの他のサブビームにおけるパルスのピーク電力値に対応するピーク電力値へ調整するように構成される。 In embodiments, the pulse frequency multiplier includes an adjustable attenuator configured to receive at least one sub-beam. Preferably, the adjustable attenuator is configured to receive at least one sub-beam with power exceeding the average sub-beam power, and the pulse frequency multiplier optionally comprises a plurality of adjustable attenuators. and preferably each attenuator is configured to receive at least one sub-beam having pulses within a selected peak power range. Advantageously, in order to significantly reduce noise, the adjustable attenuator of at least one of the sub-beams is such that the pulses of the sub-beams combined in the first combiner have substantially identical peak power values. configured to receive the pulse and adjust it to a peak power value corresponding to the peak power value of the pulse in at least one other sub-beam;

実施形態において、パルス周波数逓倍器は、サブビームの少なくとも1つを時間遅延させるように構成される。時間遅延は、例えば、スプリッタから第2のサブビームの結合器への第2の経路より短い、スプリッタから一サブビームの結合器への経路を最初に配置することによって、提供することができる。好ましくは、パルス周波数逓倍器は、第1の結合器において再結合されるサブビームのパルスが、好ましくは実質的に均一な間隔で離間されるように、少なくとも1つのサブビームを時間遅延させるように構成される。 In embodiments, the pulse frequency multiplier is configured to time delay at least one of the sub-beams. A time delay can be provided, for example, by first placing a path from the splitter to the combiner of one sub-beam that is shorter than the second path from the splitter to the combiner of the second sub-beam. Preferably, the pulse frequency multiplier is arranged to time delay the at least one sub-beam such that the pulses of the recombined sub-beams in the first combiner are preferably spaced at substantially uniform intervals. be done.

本発明に適した概略的な中間スーパーコンティニウム光源を示す。1 shows a schematic intermediate supercontinuum light source suitable for the present invention; 約460nmであるλから約2400nmであるλにわたるスーパーコンティニウムスペクトル(10)の例を示す。An example of a supercontinuum spectrum (10) spanning from λ 2 of about 460 nm to λ 1 of about 2400 nm is shown. 本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器(PFM)の例を示す。Fig. 3 shows an example of a pulse frequency modulator (PFM) of an intermediate supercontinuum light source according to the invention; 本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器(PFM)の例を示す。Fig. 3 shows an example of a pulse frequency modulator (PFM) of an intermediate supercontinuum light source according to the invention; 図1のSC光源など、SC光源のスペクトルにおける強度ノイズを測定するのに適した測定セットアップを示す。2 shows a measurement setup suitable for measuring intensity noise in the spectrum of an SC light source, such as the SC light source of FIG. 1; 中間スーパーコンティニウム光源100からのスーパーコンティニウムスペクトル出力例と同様に、単一モード結合ユニット300からのスペクトル出力例をそれぞれ示す。An example supercontinuum spectral output from an intermediate supercontinuum light source 100 as well as an example spectral output from a single-mode coupling unit 300 are shown, respectively. 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。4 shows an exemplary spectral output from a single mode coupling unit; 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。4 shows an exemplary spectral output from a single mode coupling unit; 単一モード結合ユニットからの例示的なスペクトル出力を示す。4 shows an exemplary spectral output from a single mode coupling unit; 分光計ノイズに対する補償前及び後の中間スーパーコンティニウム光源の平均強度ノイズを示す。Figure 3 shows the average intensity noise of an intermediate supercontinuum source before and after compensation for spectrometer noise; 分光計ノイズに対する補償前及び後の中間スーパーコンティニウム光源の平均強度ノイズを示す。Figure 3 shows the average intensity noise of an intermediate supercontinuum source before and after compensation for spectrometer noise; 光源としてSC光源を用いるOCTシステムとして例示された光学測定システムを示す。1 shows an optical measurement system exemplified as an OCT system using an SC light source as the light source. ダイクロイックミラーであるダイクロイック素子、プリズムである分散素子、及びスペクトルを成形するように構成された単一モードファイバを含む単一モード結合ユニットの例を示す。Figure 2 shows an example of a single-mode coupling unit that includes a dichroic element that is a dichroic mirror, a dispersive element that is a prism, and a single-mode fiber configured to shape the spectrum. 単一モードファイバであるダイクロイック素子、減衰及び/又は成形光学素子、並びに第2の単一モードファイバを含む単一モード結合ユニットの例を示す。Figure 2 shows an example of a single mode coupling unit comprising a single mode fiber dichroic element, attenuation and/or shaping optics, and a second single mode fiber. 光パワーを減衰する方法の3つの例を示す。Three examples of methods for attenuating optical power are shown. 光パワーを減衰する方法の3つの例を示す。Three examples of methods for attenuating optical power are shown. 光パワーを減衰する方法の3つの例を示す。Three examples of methods for attenuating optical power are shown.

図1aは、本発明によるスーパーコンティニウム光源に含まれる好ましい中間スーパーコンティニウム光源100の構成を示す。主発振器(又はシードレーザ)は、ビーム経路106に沿って出力を供給する。コンポーネントは、好ましくはファイバ結合されるが、しかしまた自由空間光学系を介して結合されても良い。中間スーパーコンティニウム光源100は、2つの電力増幅器(PA1及びPA2)102及び104を含む。上記で言及したように、これらの増幅器は、任意選択であるが、しかしシードレーザ101からの出力と比較して、パルスエネルギ及びピーク電力の増加をもたらす。シードレーザ101、PA1 102及びPA4 104は、ダイオードレーザによってそれぞれポンピングされるが、しかしながら代替として電力源などの他のポンプ源を用いることが可能である。任意選択の調整器105は、中間スーパーコンティニウム光源がフィードバックシステムを含み得ることを示すために、含まれる。この実施形態において、フィードバックループが、出力108の一部を測定する、且つビームに関連する1つ又は複数のパラメータを、非線形素子107への入力を調整する決定点114に供給するフォトダイオード109によって、形成される。かかる調整器は、例として、非線形素子107に入る光パワーを調整するように構成された調整可能な減衰器によって形成されても良い。同時係属中の米国特許出願12/865,503号明細書(これによって援用される)は、調整器105及びフォトダイオード109の代替構成、調整器の様々な実施形態、フォトダイオードへのビーム集中、及びポンプ源110~112の1つ又は複数にフィードバック応答を適用する可能性など、SC光源におけるフィードバックループの様々な実施形態(例えば図1及び請求項を参照)を論じている。 FIG. 1a shows the configuration of a preferred intermediate supercontinuum light source 100 included in the supercontinuum light source according to the invention. A master oscillator (or seed laser) provides power along beam path 106 . The components are preferably fiber coupled, but may also be coupled via free space optics. Intermediate supercontinuum light source 100 includes two power amplifiers (PA1 and PA2) 102 and 104 . As noted above, these amplifiers are optional, but provide increased pulse energy and peak power compared to the output from seed laser 101 . The seed lasers 101, PA1 102 and PA4 104 are each pumped by diode lasers, however other pump sources such as electrical power sources could alternatively be used. Optional adjuster 105 is included to illustrate that the intermediate supercontinuum light source may include a feedback system. In this embodiment, a feedback loop is provided by a photodiode 109 that measures a portion of the output 108 and provides one or more beam-related parameters to a decision point 114 that adjusts the input to the nonlinear element 107. ,It is formed. Such an adjuster may, for example, be formed by an adjustable attenuator configured to adjust the optical power entering the nonlinear element 107 . Co-pending U.S. patent application Ser. No. 12/865,503 (which is hereby incorporated by reference) describes alternative configurations of the regulator 105 and photodiode 109, various embodiments of the regulator, focusing the beam on the photodiode, and the possibility of applying a feedback response to one or more of pump sources 110-112, various embodiments of feedback loops in SC light sources (see, eg, FIG. 1 and claims).

PFM103は、第1の増幅器の前に、増幅器間に、及び非線形ファイバの前に配置されても良い。実施形態において、パルス列は、増幅器からのパルスのピーク電力が、それらの入力電力にかかわらず一定であるように、増幅器(PA1及び/又はPA2)を飽和させる。図1において、PFMは、2つの電力増幅器(この場合にはPA1及びPA2)間に配置される。これは、好ましくなり得る。何故なら、ほとんどの場合に、PFAは、シードレーザからの光パワーをより多数のパルスに再分配し、且つシードレーザの出力パルスが比較的弱い場合に、パルス列が後続の増幅器において効率的に増幅されるためには低すぎる平均電力を備えたパルス列をPFAが生成する可能性があるように、著しい挿入損失を有し得るからである。この理由で、実施形態において、2つの増幅器間など、1つ又は複数の増幅器の後にPFMを配置することが好ましい。他方において、1つ又は複数の増幅器の後にPFMを配置することは、かかる挿入損失ゆえに、名目上の電力損失を増加させる。この理由で、実施形態において、2つの増幅器間など、1つ又は複数の増幅器の前にPFMを配置することが好ましい。このことはまた、1つ又は複数の電力増幅器(又はシステムにおける他のコンポーネント)を通過するパルスのピーク電力を低減する効果があり得、それにより、今度は、ポンプレーザシステムにおける非線形性の低減など、1つ又は複数の利益を有し得る。かかる非線形性は、非線形素子へのピーク電力レベルの低減に帰着し得る、パルスを拡幅する効果を有することが多く、それにより、今度は、生成されるスーパーコンティニウムのスペクトル幅を低減し得る。実施形態において、光増幅器、減衰器、圧縮器又はフィルタなどの光学コンポーネントによって分離された複数のPFMなど、複数のPFMが適用される。 PFM 103 may be placed before the first amplifier, between amplifiers, and before the nonlinear fiber. In an embodiment, the pulse train saturates the amplifiers (PA1 and/or PA2) such that the peak power of the pulses from the amplifiers is constant regardless of their input power. In FIG. 1, the PFM is placed between two power amplifiers (PA1 and PA2 in this case). This can be preferred. This is because, in most cases, the PFA redistributes the optical power from the seed laser into a larger number of pulses, and when the seed laser's output pulse is relatively weak, the pulse train is efficiently amplified in subsequent amplifiers. This is because the PFA can have significant insertion loss so that it can generate a pulse train with an average power that is too low to be used. For this reason, it is preferred in embodiments to place the PFM after one or more amplifiers, such as between two amplifiers. On the other hand, placing a PFM after one or more amplifiers increases the nominal power loss due to such insertion loss. For this reason, it is preferred in embodiments to place the PFM in front of one or more amplifiers, such as between two amplifiers. This can also have the effect of reducing the peak power of pulses passing through one or more power amplifiers (or other components in the system), which in turn reduces nonlinearities in the pump laser system, etc. , may have one or more benefits. Such nonlinearities often have the effect of widening the pulse, which can result in a reduction in peak power levels to the nonlinear elements, which in turn can reduce the spectral width of the supercontinuum produced. In embodiments, multiple PFMs are applied, such as multiple PFMs separated by optical components such as optical amplifiers, attenuators, compressors or filters.

実施形態において、測定対象(試料とも呼ばれる)を照明する許容可能な平均光パワーには上限が存在する。かかる用途の例は、対象が或る閾値を超える光パワー(平均電力及び/又はピーク電力)に敏感な(ほとんどの生体試料にとって事実であろう)、且つ特に網膜などの哺乳動物の眼の一部のための用途を含む。対象が眼科の哺乳動物の眼である用途の例は、網膜又は角膜を撮像するOCT及び網膜又は角膜の多光子蛍光顕微鏡検査を用いた撮像を含む。 In embodiments, there is an upper limit to the allowable average optical power that illuminates the measurement object (also called sample). An example of such an application would be the retinal region of the mammalian eye, in particular the retina, where the subject is sensitive to light power (average and/or peak power) above a certain threshold (which would be the case for most biological samples). Including uses for the department. Examples of applications where the subject is an ophthalmic mammalian eye include OCT imaging of the retina or cornea and imaging using multiphoton fluorescence microscopy of the retina or cornea.

実施形態において、SC光源又はそのサブセクションの出力は、レーザ標準クラス1、1M、2、2M、3R、3Bの1つ又は複数に一致しなければならない。実施形態において、SC光源の出力電力は、SC光源自体が、100%以上高い、200%以上高い、400%以上高い、800%以上高いなど、上記で引用されたクラスより高い出力AEL(許容可能な放射レベル)を有しても良いように、低減される。 In embodiments, the output of the SC light source, or subsection thereof, should meet one or more of laser standards Classes 1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B. In embodiments, the output power of the SC light source is such that the SC light source itself has an output AEL (acceptable emission level).

実施形態において、パルス幅によってもたらされる比較的低いノイズが望ましく、その結果、1ps~20ps、好ましくは2ps~20psの範囲におけるパルス幅など、0.5ps~30psの範囲におけるパルス幅が好ましい。実施形態において、SC光源からの平均光パワーが、psパルス幅当たり5ワット出力未満、例えば、psパルス幅当たり3ワット出力未満、psパルス幅当たり2ワット未満、psパルス幅当たり1ワット未満であるために、本システムに関する平均光パワーの増加は望ましくない。一実施形態において、可視領域(400nm~850nm)における合計平均光パワーは、100mW未満、例えば、50mW未満、30mW未満、20mW未満であるように構成される。他のところで言及されているように、SC光源からの出力後における平均電力の低減は、電力を低減するために必要とされる光学コンポーネントがスペクトルを変更するので、不適切に複雑又は不可能になることが多い。 In embodiments, relatively low noise introduced by the pulse width is desirable, so that pulse widths in the range of 0.5 ps to 30 ps are preferred, such as pulse widths in the range of 1 ps to 20 ps, preferably 2 ps to 20 ps. In embodiments, the average optical power from the SC light source is less than 5 Watts output per ps pulse width, such as less than 3 Watts output per ps pulse width, less than 2 Watts per ps pulse width, less than 1 Watt per ps pulse width Therefore, increasing the average optical power for this system is undesirable. In one embodiment, the total average optical power in the visible region (400 nm-850 nm) is configured to be less than 100 mW, such as less than 50 mW, less than 30 mW, less than 20 mW. As noted elsewhere, reducing the average power after output from an SC light source is inappropriately complicated or impossible because the optical components needed to reduce the power modify the spectrum. often become.

以前に上記で言及したように、実施形態において、生成されるSCのスペクトル幅は、ピーク電力の更なる増加がスペクトル幅を増加させない少なくとも或る飽和レベルまで、パルスのピーク電力に依存する。また、ポンプ光からSC光への変換効率は、ピーク電力に依存し、このことは、固定パルス幅用に、ピーク電力(及び対応する平均電力)が、全く低減され得ないことを意味する。或る値未満では、生成されたスペクトルの所望のスペクトル幅は損なわれ、結局、貧弱な変換効率により、多すぎる未変換のポンプ光がファイバを通り過ぎ、このことは、観察下の試料を損なう可能性がある。従って、実施形態において、最小のピーク電力の結果、PFMの挿入は、PFMが省略される構成に対して、平均光出力パワーの増加を引き起こす。このことは、ポンプパルスの繰り返し率が増加される一方でピーク電力とパルス幅が一定であるので生じる。実施形態において、光パワーは、非線形素子の前の最後の電力増幅器に供給されるポンプエネルギを調整することによって低減されるが、しかしこのことは、言及したように、結果としてのスペクトル幅を損なう可能性がある。 As previously mentioned above, in embodiments the spectral width of the SC produced depends on the peak power of the pulse, at least up to some saturation level where further increases in peak power do not increase the spectral width. Also, the pump light to SC light conversion efficiency depends on the peak power, which means that for a fixed pulse width, the peak power (and corresponding average power) cannot be reduced at all. Below a certain value, the desired spectral width of the generated spectrum is compromised and eventually poor conversion efficiency results in too much unconverted pump light passing through the fiber, which can spoil the sample under observation. have a nature. Thus, in embodiments, resulting in minimal peak power, the insertion of PFM causes an increase in average optical output power relative to configurations in which PFM is omitted. This occurs because the peak power and pulse width remain constant while the pump pulse repetition rate is increased. In embodiments, the optical power is reduced by adjusting the pump energy supplied to the last power amplifier before the nonlinear element, but this compromises the resulting spectral width, as mentioned. there is a possibility.

実施形態において、平均光パワーの低減は、ビーム経路から離れたビームの減衰又はビームの一部を分割することなど、非線形素子後に減衰を導入することによって実行されても良い。試料に導かれる生成されたスペクトルの調整可能な部分を必要とする用途は、かかる機能を実行するためにAOTFを適用しても良い。実施形態において、AOTFは、試料に導かれる平均光パワー量を低減するように制御されても良い。例えば、OCT撮像システムにおいてなど、広帯域照明を必要とする用途のために、スペクトル形状を乱すことなくビームに光学コンポーネントを適用すること及び/又は前記光学素子を損傷することは、より困難になり得る。実施形態において、ポンプレーザシステムは、ポンプパルスを圧縮するように、且つ従ってピーク電力を増加させるように構成された、PBGファイバ(中空又はソリッドコア)などのパルス圧縮器を含む。PBGファイバのこの使用は、PCT出願の国際公開第2005041367号パンフレットで論じられた。実施形態において、個別パルスのピーク電力を増加させることによって、パルス圧縮器の使用は、生成されるスペクトルのスペクトル特性を維持しながら、より低い平均光パワーの使用を可能にする。 In embodiments, reduction of the average optical power may be performed by introducing attenuation after a nonlinear element, such as attenuation of the beam away from the beam path or splitting a portion of the beam. Applications that require a tunable portion of the generated spectrum directed to the sample may apply the AOTF to perform such functions. In embodiments, the AOTF may be controlled to reduce the average amount of optical power directed to the sample. For applications requiring broadband illumination, such as, for example, in OCT imaging systems, it can be more difficult to apply optical components to the beam and/or damage said optical elements without disturbing the spectral shape. . In embodiments, the pump laser system includes a pulse compressor, such as a PBG fiber (hollow or solid core), configured to compress the pump pulse and thus increase peak power. This use of PBG fibers was discussed in PCT application WO2005041367. In embodiments, by increasing the peak power of individual pulses, the use of a pulse compressor allows the use of lower average optical power while preserving the spectral characteristics of the generated spectrum.

原則として、本発明の中間スーパーコンティニウム光源のPFMは、或る繰り返し率でパルス列を受信するのに適した任意の光学コンポーネントであり、この入力を、より高い繰り返し率を備えたパルス列に変換しても良い。実施形態において、入力及び出力パルスは、実質的に同じパルス幅及び波長を有する。実施形態において、PFMは、入力におけるパルス列を、再結合される前に異なる遅延(光路長)をそれぞれ経験する複数のサブパルス列に分割することによって機能する。相対的な遅延は、再結合される場合にサブパルス列の時間的なシフトを引き起こし、その結果、結合されたパルス列は、入力より多いパルス数を含む。例えば、入力パルス列は、一方のパルス列が他方に対して遅延される2つのサブパルス列(又はサブビーム)に分割されても良い。そのとき、結合された列の繰り返し率は、2倍になる。好ましくは、ビーム間の相対的なシフトは、入力パルス列における2つのパルス間の間隔の半分に対応する。実施形態において、この原則は、互いに対してそれぞれ遅延され再結合される、2つ、3つ又は4つのサブビームなどの2つを超えるサブビームに入力ビームが最初に分割されるように、拡張される。光スプリッタ(又は結合器)が、対称的な方法で機能することが周知である。幾つかの光ビームの結合により、同じ量の出力ビームが生じる。実施形態において、単一の出力だけが、使用され/利用可能であるのに対して、他の出力用に指定された光パワーは、光学システムにおいて失われる。従って、実施形態において、以下で図2bに関連して説明されるように、結合器/スプリッタをカスケードすることが有利である。 In principle, the PFM of the intermediate supercontinuum light source of the invention is any optical component suitable for receiving a pulse train at a certain repetition rate and transforming this input into a pulse train with a higher repetition rate. can be In embodiments, the input and output pulses have substantially the same pulse width and wavelength. In an embodiment, PFM works by splitting the pulse train at the input into multiple sub-pulse trains, each undergoing a different delay (optical path length) before being recombined. The relative delay causes the sub-pulse trains to shift in time when recombined, so that the combined pulse train contains more pulses than the input. For example, an input pulse train may be split into two sub-pulse trains (or sub-beams) where one pulse train is delayed with respect to the other. The repetition rate of the combined columns is then doubled. Preferably, the relative shift between beams corresponds to half the spacing between two pulses in the input pulse train. In embodiments, this principle is extended such that the input beam is first split into more than two sub-beams, such as two, three or four sub-beams, each delayed and recombined with respect to each other. . It is well known that optical splitters (or combiners) function in a symmetrical manner. Combining several light beams produces the same amount of output beam. In embodiments, only a single output is used/available, while optical power designated for other outputs is lost in the optical system. Therefore, in embodiments it is advantageous to cascade combiners/splitters, as described below in connection with FIG. 2b.

実施形態において、本発明は、ビームをサブビームに分割するスプリッタと、サブビームを受信するように構成された任意選択の調整可能な減衰器と、サブビームを結合するように構成された第1の結合器と、を含むPFMに関する。このように、調整可能な減衰器は、結合ばらつきと同様に、スプリッタ及び/又は結合器における製造ばらつきを補償するように調整されても良く、その結果、均一なピーク電力を備えたパルスの結果としてのパルス列が生成され得る。実施形態において、ピーク振幅の正確な調整は、必要とされず、再結合されたサブビームのピーク電力間の実質的な差は、許容可能である。 In embodiments, the invention provides a splitter for splitting a beam into sub-beams, an optional adjustable attenuator configured to receive the sub-beams, and a first combiner configured to combine the sub-beams. and PFM. Thus, the adjustable attenuator may be adjusted to compensate for manufacturing variations in the splitters and/or combiners as well as coupling variations, resulting in pulses with uniform peak power. A pulse train as can be generated. In embodiments, precise adjustment of peak amplitudes is not required and substantial differences between peak powers of recombined sub-beams are acceptable.

実施形態において、1つ又は複数のスプリッタ及び結合器は、不均一な分割比( In embodiments, one or more of the splitters and combiners have non-uniform splitting ratios (

Figure 0007275069000002
などであり、ここでxはパーセンテージであり、例えば45/55、40/60、35/65又は30/70である)を有するように構成され、前記減衰器は、最も強力なサブビーム(又はビームの結合において、より大きく寄与するサブビーム)を受信するように構成され、これにより、サブビームが結合される場合に、より強力なサブビームが、他のサブビームと等しい電力レベルを供給するように減衰され得ることを保証し得る。それによって、ノイズは、サブビームが異なる電力レベルを有する状況と比較して、著しく低減される。
Figure 0007275069000002
etc., where x is a percentage, e.g. sub-beam that contributes more heavily in the combination of the sub-beams, such that when the sub-beams are combined, the more powerful sub-beam can be attenuated to provide an equal power level to the other sub-beams We can guarantee that. The noise is thereby significantly reduced compared to situations where the sub-beams have different power levels.

実施形態において、PFMは、別個のサブビームを受信するようにそれぞれ構成された複数の減衰器を含む。実施形態において、スプリッタは、ビームを2つのサブビームに分割する。実施形態において、スプリッタは、2を超える、例えば、3以上、4以上、5以上、6以上、7以上、8以上のサブビームにビームを分割する。実施形態において、第1の結合器は、結合されたビームを第2のサブビームに分割するスプリッタとして更に働き、第2のサブビームには第2の結合器が続く。実施形態において、PFMは、前記第2のサブビームの1つを受信するように構成された調整可能な減衰器を含む。この減衰器は、第1の結合器及び第2の結合器における変動と同様に、結合損失及び他の変動を調整するように適用されても良い。実施形態において、第2の結合器は、不均一な分割比(及び従ってまた入力ビームの不均一な結合)を有するように構成され、前記調整可能な減衰器からの出力は、より大きな部分を出力に供給するように構成される。再び、第2の結合器は、パルス間の均一な電力を備えたパルス列が、PFMによって供給され得ることを保証し得る。 In an embodiment, the PFM includes multiple attenuators each configured to receive a separate sub-beam. In embodiments, the splitter splits the beam into two sub-beams. In embodiments, the splitter divides the beam into more than 2, eg, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more sub-beams. In an embodiment, the first combiner further acts as a splitter to split the combined beam into a second sub-beam followed by a second combiner. In embodiments, the PFM includes an adjustable attenuator configured to receive one of said second sub-beams. This attenuator may be applied to adjust for coupling losses and other variations, as well as variations in the first combiner and the second combiner. In an embodiment, the second combiner is configured to have a non-uniform splitting ratio (and thus also a non-uniform combination of input beams), and the output from said adjustable attenuator has a larger portion configured to feed the output. Again, the second combiner can ensure that a pulse train with uniform power between pulses can be delivered by the PFM.

実施形態において、PFMは、バルクビームスプリッタなどの自由空間光学系によって形成される。実施形態において、PFMは、システムのコスト及び堅牢性に関して好ましいことが多い光ファイバスプリッタ及び/又は結合器によって形成される。 In embodiments, the PFM is formed by a free-space optical system such as a bulk beamsplitter. In embodiments, the PFM is formed by optical fiber splitters and/or combiners, which are often preferred for system cost and robustness.

図1bは、約460nmであるλから約2400nmであるλにわたるスーパーコンティニウムスペクトル(10)の例を示す。スペクトルは、NKTフォトニックスA/S(NKT Photonics A/S)の製品スーパーK EXW-12(SuperK EXW-12)から得られる。 Figure 1b shows an example of a supercontinuum spectrum (10) spanning from λ2 , which is about 460 nm, to λ1 , which is about 2400 nm. Spectra are obtained from NKT Photonics A/S product SuperK EXW-12.

図2a及び2bは、本発明による中間スーパーコンティニウム光源のパルス周波数変調器(PFM)の例を示す。図2aは、PFM200の実施形態を示す。入力ビーム(自由空間、又はファイバを介して)は、入力201においてPFMに入る。スプリッタ214は、1×2スプリッタとして例示されているが、任意の1×Nスプリッタ、又はM×Nスプリッタでさえあっても良い。M×Nスプリッタ用に、複数の入力が結合されても良く、又は代替として、Mの利用可能な入力のうちの1つの入力だけが用いられる。第1のスプリッタ214は、入力ビームを分割比x/(1-x)で2つのサブビーム202、203に分割する。上記で論じられたように、実施形態において、x及び(1-x)の大きいほうが、調整可能な減衰器204に送信される。実施形態において、減衰器は省略され、その場合に、出力207におけるパルス列のピーク電力の変動が最小化され得るように、xが約0.5(即ち50%)であることが好ましい。サブビーム202は、遅延線205に供給され、遅延線205は、入力ビーム201における2つのパルス間における期間の半分だけサブビーム202を遅延させるように構成されるのが好ましい。実施形態において、遅延線は、入力ビームの繰り返し率における変動を吸収するように調整可能である。実施形態において、出力ビームにおけるパルスの均一な間隔からの小さな偏差(例えば75%未満など、50%未満など、25%未満など、15%未満など、10%未満など、5%未満など、1%未満など)は、遅延線が固定されるために許容することができる。サブビーム202、203は、出力207を供給する結合器206において結合される。結合器206は、x/(1-x)の分割比を有する。実施形態において、スプリッタ214又は結合器のいずれかが、不均一な分割比を有するように、即ちx又はxが50%から逸脱するように構成され、この方法で、減衰器204は、ビーム202及び204が等しく寄与するように調整されても良く、その結果、2つのパルスに分割される入力におけるパルスは、出力において実質的に同じピーク電力を有するように再結合され、この場合に「実質的」は、通常の許容誤差内にあるものを含むことを意味する。PFMの効果は、入力ビームのパルス周波数の倍増である。結合器206は、出力208を更に有し、出力208は、物理的に利用可能な実出力であってもなくても良い。しかしながら、(カップリング及び減衰器におけるような)他の光損失が無視される場合に、ピーク電力が入力ピーク電力の約25%に低減されるように、結合器が、ビームスプリッタ/結合器の固有の対称性ゆえの挿入損失を導入することを示すために、出力208は含まれる。実施形態において、出力208のビームは、ビームを監視し、且つ減衰器204を調整するために適用される。 Figures 2a and 2b show an example of a pulse frequency modulator (PFM) of an intermediate supercontinuum light source according to the invention. FIG. 2a shows an embodiment of PFM 200. FIG. An input beam (either in free space or through a fiber) enters the PFM at input 201 . Splitter 214 is illustrated as a 1×2 splitter, but may be any 1×N splitter, or even an M×N splitter. For an M×N splitter, multiple inputs may be combined, or alternatively only one input out of the M available inputs is used. A first splitter 214 splits the input beam into two sub-beams 202, 203 with a splitting ratio x 1 /(1−x 1 ). As discussed above, in embodiments the greater of x 1 and (1−x 1 ) is sent to adjustable attenuator 204 . In an embodiment, the attenuator is omitted, in which case x1 is preferably about 0.5 (ie, 50%) so that variations in the peak power of the pulse train at output 207 can be minimized. Sub-beam 202 is fed into delay line 205 , which is preferably configured to delay sub-beam 202 by half the period between two pulses in input beam 201 . In embodiments, the delay line is adjustable to accommodate variations in the repetition rate of the input beam. In embodiments, small deviations from uniform spacing of pulses in the output beam (e.g., less than 75%, such as less than 50%, such as less than 25%, such as less than 15%, such as less than 10%, such as less than 5%, such as 1% less than ) can be tolerated because the delay line is fixed. Sub-beams 202 , 203 are combined at combiner 206 which provides output 207 . Combiner 206 has a division ratio of x 2 /(1−x 2 ). In an embodiment, either splitter 214 or combiner is configured to have a non-uniform splitting ratio, i.e., x 1 or x 2 deviates from 50%, and in this way attenuator 204 Beams 202 and 204 may be adjusted to contribute equally so that pulses at the input that are split into two pulses are recombined to have substantially the same peak power at the output, where "Substantially" means including within normal tolerances. The effect of PFM is a doubling of the pulse frequency of the input beam. Combiner 206 further has an output 208, which may or may not be a real, physically available output. However, if other optical losses (such as in couplings and attenuators) are neglected, the combiner should be less than the beam splitter/combiner so that the peak power is reduced to about 25% of the input peak power. Output 208 is included to illustrate the introduction of insertion loss due to inherent symmetry. In an embodiment, the output 208 beam is applied to monitor the beam and adjust the attenuator 204 .

図2bは、図2aのPFMだが、しかしPFMがパルス周波数の4倍化をもたらすために第2の結合器213を含むPFMを示す。原則として、4倍化はまた、スプリッタ214を1×4に、結合器206を4×1結合器に拡張することによって、取得することが可能である。しかしながら、この場合に、結合器は、第2の結合器213によって課される約50%の損失に対して、ビームスプリッタの対称性ゆえに約75%の挿入損失を課することになろう。第1の遅延線は、201における入力期間の半分に調整されるのが好ましく、第1の遅延線は、結合器206における結合後にパルス繰り返し数を倍増させ、第2の遅延線212は、その半分、即ち201における入力期間の4分の1の遅延を提供するように配置されるのが好ましい。分割比x/(1-x)は、実施形態において、等しくなるように設定され、x及びxは、減衰器204が、図2aに関連して説明されているような機能を実行可能で、且つ減衰器211が、結合器213における結合と同様に、206の分割における変動を補償する類似の機能を実行し得るように、不均一に構成される。対称的分割ゆえの挿入損失を増加させずに、結合器を追加しPFMを更に拡張することによって、更なる倍増が得られ得ることが注目に値する。 FIG. 2b shows the PFM of FIG. 2a, but including a second combiner 213 so that the PFM provides a quadrupling of the pulse frequency. In principle, quadrupling can also be obtained by expanding splitter 214 to a 1×4 and combiner 206 to a 4×1 combiner. However, in this case the combiner would impose an insertion loss of approximately 75% due to the symmetry of the beam splitter, compared to the approximately 50% loss imposed by the second combiner 213 . The first delay line is preferably adjusted to half the input period at 201, the first delay line doubles the pulse repetition rate after combining at combiner 206, and the second delay line 212 is the It is preferably arranged to provide a delay of half or one quarter of the input period at 201 . The division ratio x 2 /(1−x 2 ) is set equal in an embodiment, and x 1 and x 3 are set so that attenuator 204 functions as described in connection with FIG. 2a. It is feasible and non-uniformly configured such that attenuator 211 may perform a similar function of compensating for variations in the division of 206 as in combining in combiner 213 . It is worth noting that further doublings can be obtained by adding couplers and further extending the PFM without increasing the insertion loss due to the symmetrical splitting.

図3aは、本発明のSC光源1000が、測定対象ではなく分光計を照明するように構成される測定セットアップを示す。図3aは、本発明のスーパーコンティニウム光源1000が、中間スーパーコンティニウム光源100及び単一モード結合ユニット300を含むことを示す。SC光源1000からの出力は、単一モード結合ユニット300からの出力である。中間SC光源100の出力は、非線形素子107(図3aには図示せず)からの出力である。中間SC光源100からのこの出力は、単一モード結合ユニット300への入力部に結合される。中間SC光源100の出力は、少なくともほぼ、中間スーパーコンティニウム光源(図1aの100)の非線形素子(図1aの107、図3aには図示せず)からの出力である。単一モード結合ユニット300は、用途の要件に従って、スペクトルを減衰及び/又は成形する形での適合を含む。一実施形態において、SM結合ユニット300は、同時係属中のPCT出願PCT/デンマーク特許出願公開第2011/050475号明細書(これによって援用される)における実施形態の1つを含む。特に、図5a、6、7、8~10、13~15及び17~19に関する実施形態及びそれらの変形と同様に、アイテム及び/又は請求項のいずれか1つを参照されたい。 Figure 3a shows a measurement setup in which the SC light source 1000 of the present invention is configured to illuminate the spectrometer rather than the measurement target. FIG. 3 a shows that the supercontinuum light source 1000 of the present invention includes an intermediate supercontinuum light source 100 and a single mode coupling unit 300 . The output from SC light source 1000 is the output from single mode coupling unit 300 . The output of intermediate SC light source 100 is the output from nonlinear element 107 (not shown in FIG. 3a). This output from intermediate SC light source 100 is coupled to the input to single mode coupling unit 300 . The output of the intermediate SC light source 100 is at least approximately the output from the nonlinear element (107 in FIG. 1a, not shown in FIG. 3a) of the intermediate supercontinuum light source (100 in FIG. 1a). Single mode coupling unit 300 includes adaptations in the form of spectral attenuation and/or shaping according to application requirements. In one embodiment, the SM coupling unit 300 comprises one of the embodiments in co-pending PCT Application PCT/Denmark Patent Application Publication No. 2011/050475, which is hereby incorporated by reference. See in particular any one of the items and/or claims, as well as the embodiments and variations thereof relating to Figures 5a, 6, 7, 8-10, 13-15 and 17-19.

図3bは、中間スーパーコンティニウム光源100からのスーパーコンティニウムスペクトル出力例(スペクトル10)と同様に、単一モード結合ユニット300からのスペクトル出力例(スペクトル12)をそれぞれ示す。この例において、単一モード結合ユニット後のスペクトルは、ガウス分布を有し、約650nmであるλから約950nmであるλにわたる。従って、図3bは、単一モード結合ユニット後のスペクトル形状が、中間スーパーコンティニウム光源からの同じ波長領域におけるスペクトル形状とは異なることを示す。 FIG. 3b shows an example supercontinuum spectral output from the intermediate supercontinuum light source 100 (spectrum 10) as well as an example spectral output from the single-mode coupling unit 300 (spectrum 12), respectively. In this example, the spectrum after the single-mode coupling unit has a Gaussian distribution and extends from λ 4 at about 650 nm to λ 3 at about 950 nm. Therefore, Fig. 3b shows that the spectral shape after the single-mode coupling unit is different from the spectral shape in the same wavelength region from the intermediate supercontinuum source.

図3c、3d及び3eは、単一モード結合ユニット300からのスペクトル出力例、即ち、ガウシアン(図3c)、フラットトップ(図3d)、及び二重ピーク分布(図3e)であるスペクトル形状をそれぞれ示す。二重ピーク分布は、光源からの出力が、対象を照明する前に伝達関数のようにガウス性を備えた光学素子(例えば光学レンズのような)を通して送られる場合には有利であり得、且つフラットトップ分布で対象を照明することは、有利である。 Figures 3c, 3d and 3e show example spectral outputs from the single-mode coupling unit 300, namely spectral shapes that are Gaussian (Figure 3c), flat-top (Figure 3d), and double-peaked distributions (Figure 3e), respectively. show. A double-peaked distribution can be advantageous when the output from the light source is sent through an optical element (such as an optical lens) with a Gaussian like transfer function before illuminating the target, and Illuminating the object with a flat-top distribution is advantageous.

一実施形態において、単一モード結合ユニット後のスペクトル形状は、ガウシアン、フラットトップ、又は二重ピーク分布など、中間スーパーコンティニウム光源からの同じ波長領域におけるスペクトルとは異なる。図4a及び4bは、図3aによるセットアップからの測定結果を示す。中間SC光源は、図1に従って構成された。 In one embodiment, the spectral shape after the single-mode coupling unit is different than the spectrum in the same wavelength region from an intermediate supercontinuum source, such as a Gaussian, flat-top, or double-peaked distribution. Figures 4a and 4b show the measurement results from the set-up according to Figure 3a. An intermediate SC light source was constructed according to FIG.

図4aは、400~850nmのスーパーコンティニウム光源の電力の関数として、バスラースプリントSPL4096-70km(Basler Sprint SPL4096-70km)カメラを備えたワサッチコブラ(Wasatch Cobra)UD分光計(310)を用いて、790~870nmで測定された中間スーパーコンティニウム光源100(図1を参照)の平均強度ノイズを示す。図4aは、分光計ノイズの補償後の平均強度ノイズを示し、一方で図4bは、分光計ノイズの補償前の平均強度ノイズを示す。図4aは、80MHz(曲線401)、160MHz(曲線402)及び320MHz(曲線403)である3つの異なるポンプパルス周波数(Fpump)用の測定値を含む。ポンプパルス周波数が増加すると、ノイズが減少することが分かる。強度ノイズは、分光計によって追加されるノイズに対して補償される。 Figure 4a shows the power of a 400-850 nm supercontinuum source as a function of power, using a Wasatch Cobra UD spectrometer (310) equipped with a Basler Sprint SPL4096-70km camera. Figure 1 shows the average intensity noise of the intermediate supercontinuum light source 100 (see Figure 1) measured from 790 to 870 nm. Figure 4a shows the average intensity noise after compensation for spectrometer noise, while Figure 4b shows the average intensity noise before compensation for spectrometer noise. FIG. 4a contains measurements for three different pump pulse frequencies (F pump ), which are 80 MHz (curve 401), 160 MHz (curve 402) and 320 MHz (curve 403). It can be seen that the noise decreases as the pump pulse frequency increases. Intensity noise is compensated for noise added by the spectrometer.

図4bは、分光計からのノイズの補償前の、図4aからの強度ノイズデータを示す。図4bは、80MHz(曲線411)、160MHz(曲線412)及び320MHz(曲線413)である3つの異なるポンプパルス周波数(Fpump)用の測定値を含む。再び、ポンプパルス周波数が増加すると、ノイズが減少することが分かる。 FIG. 4b shows the intensity noise data from FIG. 4a before compensation for noise from the spectrometer. FIG. 4b contains measurements for three different pump pulse frequencies (F pump ), which are 80 MHz (curve 411), 160 MHz (curve 412) and 320 MHz (curve 413). Again, it can be seen that the noise decreases as the pump pulse frequency increases.

MO101は、約1060nmの中心波長及び約6psのパルス幅を有する出力を備えたモードロックYbファイバレーザである。レーザは、SESAMを介して受動的にモードロックされ、80MHzの繰り返し率を備えたパルスを供給する。このレーザタイプは、シーディング(seeding)に良く適している。何故なら、全ファイバ構成が、堅牢でバルク光学セットアップの割に製造が比較的単純なレーザを提供するからである。最大繰り返し率は、どれほど短くキャビティを製造できるか及びSESAMの応答特性によって決定される。実際上、これらの制限は、約100MHzの繰り返し率に実際的な上限を課することが多い。実施形態において、他の利得媒体が、他の出力波長を提供するために適用されても良く、パルス幅及び繰り返し率はまた、他のところで論じられる制限内で変更されても良い。 MO101 is a mode-locked Yb fiber laser with an output having a center wavelength of about 1060 nm and a pulse width of about 6 ps. The laser is passively mode-locked via a SESAM to deliver pulses with a repetition rate of 80 MHz. This laser type is well suited for seeding. This is because the all-fiber configuration provides a laser that is robust and relatively simple to manufacture for a bulk optical setup. The maximum repetition rate is determined by how short the cavity can be made and the response characteristics of the SESAM. In practice, these limits often impose a practical upper limit on repetition rates of about 100 MHz. In embodiments, other gain media may be applied to provide other output wavelengths, and the pulse width and repetition rate may also be varied within limits discussed elsewhere.

実施形態において、シードレーザ(seed laser)は、SESAMを介するモードロックのようなモードロックファイバレーザ(mode-locked fiber laser)などのファイバレーザである。利得媒体は、例えばYbドープファイバ、Erドープファイバ及びEr/Ybドープファイバなど、任意の適切なレーザ利得によって形成されても良い。シードレーザは、例えば線形キャビティレーザ又はリングレーザであっても良い。 In embodiments, the seed laser is a fiber laser, such as a mode-locked fiber laser, such as mode-locked via SESAM. The gain medium may be formed by any suitable laser gain, such as Yb-doped fiber, Er-doped fiber and Er/Yb-doped fiber. The seed laser may be, for example, a linear cavity laser or a ring laser.

非線形媒体107は、コアがパターンにおける欠けた穴(missing hole)によって形成されるように構成された穴の六角形パターン(hexagonal pattern of hole)によって囲まれたシリカコア(silica core)によって形成される微細構造PCFファイバである。ファイバは、実質的なポンプエネルギがファイバの異常領域において供給されるために、ファイバのZDWがポンプ波長に比較的近いように構成される。 The nonlinear medium 107 is a microstructure formed by a silica core surrounded by a hexagonal pattern of holes configured such that the core is formed by missing holes in the pattern. Structural PCF fiber. The fiber is constructed so that the ZDW of the fiber is relatively close to the pump wavelength because the substantial pump energy is delivered in the anomalous region of the fiber.

図1におけるように、光ファイバ増幅器セット102、104が、任意選択のPFMのまわりに配置される。PFMなしでは、ポンプシステムは、80MHzにおいて約10W、8~10psでファイバをポンピングする。図2aに従って、PFMを挿入することによって、繰り返し率は、160MHzに増加され、図2bに従ってPFMを挿入することによって、繰り返し率は、320MHzに4倍化される。図4a及び4bは、4096の画素を備えた790~870nmのスペクトル領域、即ち約0.02nm/画素を測定するように構成されたバスラースプリントSPL4096-70km(Basler Sprint SPL4096-70km)カメラを備えたワサッチコブラ(Wasatch Cobra)UD分光計を用いて取得された実験結果を示す。12.9μsの測定時間が適用され、各画素で測定された電力の変動が記録された。1μs~1ms以上などの長い測定時間及び短い測定時間が可能である。リアルタイム撮像がしばしば要求されるフーリエ領域OCT(図4bを参照)用など、短い測定時間が望ましいことが多い。図4において、790~870nmのスペクトル領域における画素当たりの平均相対標準偏差は、スペクトルの可視部分の関数として測定される。標準偏差及び従って強度ノイズが、ポンプパルスの繰り返し率が2倍にされるにつれて、且つ更にポンプパルスの繰り返し率が可視領域における平均電力の等量に対して4倍にされる場合に、著しく低下することが観察される。可視領域の電力量は、ポンプエネルギが、ポンプパルスのピーク電力及びポンプ電力の総量(平均電力)に依存する可視光にどれくらい効果的に変換されるかに依存する。図4aにおいて、分光計からの推定ノイズ寄与が減算されたのに対して、このことは、図4bに含まれる。 As in FIG. 1, optical fiber amplifier sets 102, 104 are arranged around the optional PFM. Without PFM, the pump system pumps the fiber at about 10 W, 8-10 ps at 80 MHz. By inserting a PFM according to Figure 2a, the repetition rate is increased to 160 MHz, and by inserting a PFM according to Figure 2b, the repetition rate is quadrupled to 320 MHz. Figures 4a and 4b were equipped with a Basler Sprint SPL4096-70km camera configured to measure the 790-870 nm spectral region with 4096 pixels, or approximately 0.02 nm/pixel. Experimental results obtained using a Wasatch Cobra UD spectrometer are shown. A measurement time of 12.9 μs was applied and the power variation measured at each pixel was recorded. Long and short measurement times, such as 1 μs to 1 ms or longer, are possible. Short measurement times are often desirable, such as for Fourier-domain OCT (see FIG. 4b) where real-time imaging is often required. In FIG. 4, the average relative standard deviation per pixel in the 790-870 nm spectral region is measured as a function of the visible part of the spectrum. The standard deviation and thus the intensity noise drops significantly as the pump pulse repetition rate is doubled and also when the pump pulse repetition rate is quadrupled for the equivalent of the average power in the visible region. It is observed that The amount of power in the visible range depends on how effectively the pump energy is converted to visible light which depends on the peak power of the pump pulse and the total amount of pump power (average power). Whereas in Figure 4a the estimated noise contribution from the spectrometer was subtracted, this is included in Figure 4b.

図5は、光源としてSC光源を用いるOCTシステムとして例示された光学測定システムを示す。図5に示されているシステムは、本発明によるフーリエ領域OCT(FD-OCT)システムであり、従って、フーリエ領域OCTシステムでは、SC光源1000が、本発明による光学測定システムに適している光源として適用される。一側において検出の役を務める光源及び分光計(310)に結合された2×2 50/50方向スプリッタ/結合器(501)、並びに他側におけるレンズ(502)、測定対象(503)及び基準反射器(504)が、OCTシステムの干渉計コアを構成する。ライン走査(試料の深さプロファイル)が、分光計の測定によって実行され、その場合に、測定深さは、スペクトル分解能によって決定され、試料における空間分解能は、測定のスペクトル幅によって決定される。試料における反射率の2D又は3D深さプロファイルを提供するために、ビームが対象上で走査されることが多い。OCTは、本発明の態様から全て利益を得られると予想される、システム構成における多数の変動を含む広範囲な分野であることが多い。出力スペクトルは、例えば広範で調整可能なスペクトルを提供するように構成された図16と同様に、PCT/デンマーク特許出願公開第2011/050475号明細書における図5a(単一バンドガウススペクトル)及び図6(デュアルバンドガウススペクトル)に関連して論じられた実施形態など、一実施形態においてSM結合ユニットがSC光源からのスペクトルをガウススペクトルに成形するように構成されるように、ガウシアンである。一実施形態において、SM結合ユニットは、ガウススペクトルを供給するように構成されたフィルタを含む。50/50結合器は、広いスペクトルを扱うように構成されるべきであり、且つ典型的には、溶融ファイバ結合器又はバルク光学結合器のいずれかである。 FIG. 5 shows an optical measurement system exemplified as an OCT system using an SC light source as the light source. The system shown in FIG. 5 is a Fourier-Domain OCT (FD-OCT) system according to the invention, in which the SC light source 1000 is therefore a suitable light source for the optical measurement system according to the invention. Applies. A 2×2 50/50 directional splitter/combiner (501) coupled to a light source and spectrometer (310) serving as detection on one side, and a lens (502), object (503) and reference on the other side. A reflector (504) constitutes the interferometer core of the OCT system. A line scan (depth profile of the sample) is performed by spectrometer measurement, where the measurement depth is determined by the spectral resolution and the spatial resolution in the sample is determined by the spectral width of the measurement. The beam is often scanned over the object to provide a 2D or 3D depth profile of reflectance in the sample. OCT is often a broad field with many variations in system configuration, all of which are expected to benefit from aspects of the present invention. The output spectrum is for example similar to FIG. 16 configured to provide a broad and tunable spectrum, FIG. 5a (single band Gaussian spectrum) and FIG. 6 (dual-band Gaussian spectrum), such that in one embodiment the SM combining unit is configured to shape the spectrum from the SC light source into a Gaussian spectrum. In one embodiment, the SM combining unit includes a filter configured to provide a Gaussian spectrum. A 50/50 coupler should be configured to handle a broad spectrum and is typically either a fused fiber coupler or a bulk optical coupler.

図6は、ダイクロイックミラーであるダイクロイック素子、プリズムである分散素子、及びスペクトルを成形するように構成された単一モードファイバを含む単一モード結合ユニット300の例を示す。従って、図6は、単一モード結合ユニット300を構成する方法の例を示す。中間スーパーコンティニウム光源100の出力は、ダイクロイック素子60及び分散素子61へ導かれる。ミラー及び/又は角度分散素子が、電子制御部6に接続され、電子制御部6は、これらの2つの素子間のローテーションを可能にする。システムはまた、調整可能な減衰フィルタ62及び/又は調整可能な空間フィルタ63を任意選択的に含んでも良い。光は、レンズ系64によってコリメートされ、ファイバ65によって集光され、それによってファイバ65は、スペクトルを成形する。システムは、広帯域スプリッタ66を任意選択的に含んでも良く、広帯域スプリッタ66は、光の一部を出力部67に送り、光の別の一部を検出システム68に送る。前記検出システムは、電子制御システム6に接続され、電子制御システム6は、出力電力を安定させるために、スーパーコンティニウム光源100及び/又はダイクロイック素子500に再び接続される。一実施形態において、分散素子は、プリズムである。一実施形態において、ファイバ65は、ステップインデックスファイバ(step- index fiber)又は微細構造ファイバなどの単一モードファイバである。一実施形態において、コリメートレンズ系64は、複数のレンズを含む。 FIG. 6 shows an example of a single-mode coupling unit 300 that includes a dichroic element that is a dichroic mirror, a dispersive element that is a prism, and a single-mode fiber configured to shape the spectrum. Accordingly, FIG. 6 shows an example of how a single mode coupling unit 300 may be constructed. The output of intermediate supercontinuum light source 100 is directed to dichroic element 60 and dispersive element 61 . The mirrors and/or angle dispersive elements are connected to an electronic control 6 which allows rotation between these two elements. The system may also optionally include adjustable attenuation filter 62 and/or adjustable spatial filter 63 . The light is collimated by lens system 64 and focused by fiber 65, which in turn shapes the spectrum. The system may optionally include a broadband splitter 66 that sends a portion of the light to the output 67 and another portion of the light to the detection system 68 . Said detection system is connected to an electronic control system 6, which is again connected to the supercontinuum light source 100 and/or the dichroic element 500 in order to stabilize the output power. In one embodiment, the dispersive element is a prism. In one embodiment, fiber 65 is a single mode fiber such as a step-index fiber or a microstructured fiber. In one embodiment, collimating lens system 64 includes multiple lenses.

図7は、単一モードファイバ60であるダイクロイック素子、減衰及び/又は成形光学素子70、並びに第2の単一モードファイバ65を含む単一モード結合ユニット300の例を示す。 FIG. 7 shows an example of a single mode coupling unit 300 including a dichroic element which is a single mode fiber 60, attenuation and/or shaping optics 70, and a second single mode fiber 65. FIG.

一実施形態において、第1の単一モードファイバ60は、或る閾値波長λより上で高損失を有し、従ってスペクトルフィルタとして働く。一実施形態において、減衰及び/又は成形光学素子は、プリズムと、光学ローパス、光学ハイパス及び光学バンドパスフィルタと、ニュートラルデンシティフィルタ(neutral density filter)と、のリストから選択される。 In one embodiment, the first single mode fiber 60 has high loss above some threshold wavelength λ 6 and thus acts as a spectral filter. In one embodiment, the attenuating and/or shaping optical element is selected from the list of prisms, optical low-pass, optical high-pass and optical band-pass filters, and neutral density filters.

図8a~8cは、本発明のスーパーコンティニウム光源における光パワーを減衰させる方法の3つの例を示す。
図8a~8cのそれぞれにおいて、スーパーコンティニウム光源は、参照番号1000によって示され、一方で中間スーパーコンティニウム光源は、参照番号100によって示され、単一モード結合ユニットは、参照番号300によって示されている。
Figures 8a-8c show three examples of methods for attenuating optical power in the supercontinuum light source of the present invention.
8a-8c, the supercontinuum light source is indicated by reference number 1000, while the intermediate supercontinuum light source is indicated by reference number 100 and the single mode coupling unit is indicated by reference number 300. ing.

図8aにおいて、単一モード結合ユニット300は、減衰及び成形ユニット81を含み、減衰及び成形ユニット81の出力部におけるモードフィールド直径(mode field diameter)は、第2の単一モードファイバ82のモードフィールド直径とは異なる。従って、図8aは、単一モード結合ユニット300の減衰及び成形ユニット81の出力部におけるモードフィールド直径の不一致を示す。 In FIG. 8a, the single mode coupling unit 300 comprises an attenuation and shaping unit 81, the mode field diameter at the output of the attenuation and shaping unit 81 being equal to the mode field diameter of the second single mode fiber 82 Different from diameter. FIG. 8a thus shows the mode field diameter mismatch at the output of the damping and shaping unit 81 of the single-mode coupling unit 300 .

図8bにおいて、単一モード結合ユニット300は、成形素子60及び減衰素子84の形をした減衰及び成形ユニットを含む。
図8cは、単一モード結合ユニット300における減衰が、中間スーパーコンティニウム光源100と単一モード結合ユニット300の入力部との間の大きな損失86を備えた光学スプライスを有することによって得られる例を示す。
In FIG. 8b the single mode coupling unit 300 comprises a damping and shaping unit in the form of a shaping element 60 and a damping element 84. In FIG.
FIG. 8c shows an example where the attenuation in the single mode coupling unit 300 is obtained by having an optical splice with large loss 86 between the intermediate supercontinuum light source 100 and the input of the single mode coupling unit 300. show.

用語「含む」は、本明細書で用いられた場合に、オープンな用語として解釈されることになっていることが、強調されるべきである。即ち、それは、素子、ユニット、整数、ステップ、コンポーネント及びそれらの組み合わせなど、特に言明された特徴の存在を特定するように理解されるべきであるが、しかし1つ又は複数の他の言明された特徴の存在や追加を排除しない。 It should be emphasized that the term "including", as used herein, is to be interpreted as an open term. That is, it is to be understood to specify the presence of specifically stated features such as elements, units, integers, steps, components and combinations thereof, but one or more other stated features. Does not exclude the presence or addition of features.

更に、用語「実質的に」は、通常の許容誤差内にあるものを含むことを意味する。
領域及び好ましい領域を含む本発明の全ての特徴は、かかる特徴を結合しない特定の理由がなければ、本発明の範囲内において様々な方法で結合することができる。
Further, the term "substantially" is meant to include within normal tolerances.
All features of the invention, including regions and preferred regions, may be combined in various ways within the scope of the invention unless there are specific reasons not to combine such features.

Claims (12)

スーパーコンティニウム光源であって、
パルス周波数Fseedを有するシードパルスを供給するように構成されたシードレーザと、
前記シードパルスを倍増するように、パルス周波数Fseedのパルスをパルス周波数Fpumpを有するポンプパルスに変換するように構成されたパルス周波数逓倍器(PFM)であって、FpumpはFseedよりも大きい、前記パルス周波数逓倍器(PFM)と、
前記ポンプパルスを受け取り、前記ポンプパルスをスーパーコンティニウム光のパルスに変換するように構成された非線形素子であって、前記非線形素子は、微細構造光ファイバを含み、前記スーパーコンティニウム光は、前記非線形素子の出力として供給され、約500nmを超える範囲にわたるスーパーコンティニウムスペクトルを有する、前記非線形素子と、を備え、
前記パルス周波数逓倍器は、
前記シードパルスをパルス周波数Fseedをそれぞれ有する第1及び第2のサブビームに分割するスプリッタであって、前記パルス周波数逓倍器は、前記第1及び第2のサブビームの一方が前記第1及び第2のサブビームの他方に対して遅延するように構成されている、前記スプリッタと、
前記スプリッタの後にカスケード接続された結合器/スプリッタであって、前記結合器/スプリッタは、前記第1及び第2のサブビームを結合し、結合されたサブビームをFseedよりも大きく且つFpumpよりも小さいパルス周波数をそれぞれ有する複数の更なるサブビームに分割し、前記パルス周波数逓倍器は、前記複数の更なるサブビームの一方が前記複数の更なるサブビームの他方に対して遅延するように構成されている、前記結合器/スプリッタと、
前記複数の更なるサブビームをパルス周波数Fpumpを有するビームに結合する結合器と、をさらに含む、スーパーコンティニウム光源。
A supercontinuum light source,
a seed laser configured to provide a seed pulse having a pulse frequency F seed ;
A pulse frequency multiplier (PFM) configured to convert a pulse with a pulse frequency F seed into a pump pulse having a pulse frequency F pump so as to double the seed pulse, wherein F pump is higher than F seed . a large, said pulse frequency multiplier (PFM);
a nonlinear element configured to receive the pump pulse and convert the pump pulse into a pulse of supercontinuum light, the nonlinear element comprising a microstructured optical fiber, the supercontinuum light comprising: a nonlinear element provided as an output of the nonlinear element and having a supercontinuum spectrum over a range greater than about 500 nm ;
The pulse frequency multiplier is
a splitter for splitting the seed pulse into first and second sub-beams having respective pulse frequencies F seed , wherein the pulse frequency multiplier is configured such that one of the first and second sub-beams is one of the first and second sub-beams; the splitter configured to delay with respect to the other of the sub-beams of
A combiner/splitter cascaded after said splitter, said combiner/splitter combining said first and second sub-beams and forming a combined sub-beam greater than F seed and greater than F pump dividing into a plurality of further sub-beams each having a smaller pulse frequency, the pulse frequency multiplier being configured to delay one of the plurality of further sub-beams with respect to the other of the plurality of further sub-beams , the combiner/splitter;
a combiner for combining said plurality of further sub-beams into a beam having a pulse frequency F pump .
前記シードレーザが、パルス幅tseedを有するシードパルスを供給するように構成され、
前記パルス幅tseedが、約0.1psより長く、例えば、約0.25psより長く、約0.5psより長く、約0.75psより長く、約1psより長く、約2psより長く、約3psより長く、約5psより長く、約10psより長く、約20psより長く、約50psより長く、約100psより長く、約200psより長く、約300psより長く、約400psより長く、約500psより長く、約1nsより長い、請求項1に記載のスーパーコンティニウム光源。
the seed laser configured to provide a seed pulse having a pulse width t seed ;
The pulse width t seed is longer than about 0.1 ps, such as longer than about 0.25 ps, longer than about 0.5 ps, longer than about 0.75 ps, longer than about 1 ps, longer than about 2 ps, longer than about 3 ps longer than about 5 ps, longer than about 10 ps, longer than about 20 ps, longer than about 50 ps, longer than about 100 ps, longer than about 200 ps, longer than about 300 ps, longer than about 400 ps, longer than about 500 ps, greater than about 1 ns The supercontinuum light source of claim 1, elongate.
前記シードレーザが、パルス幅tseedを有するシードパルスを供給するように構成され、
前記パルス幅tseedが、約1μsより短く、例えば、約500nsより短く、約200nsより短く、約100nsより短く、50nsより短く、20nsより短く、約10nsより短く、約1nsより短く、約500psより短く、約100psより短く、約50psより短く、約25psより短く、約20psより短く、約15psより短く、約10psより短い、請求項1又は2に記載のスーパーコンティニウム光源。
the seed laser configured to provide a seed pulse having a pulse width t seed ;
wherein the pulse width t seed is less than about 1 μs, such as less than about 500 ns, less than about 200 ns, less than about 100 ns, less than 50 ns, less than 20 ns, less than about 10 ns, less than about 1 ns, less than about 500 ps 3. The supercontinuum light source of claim 1 or 2, short, shorter than about 100 ps, shorter than about 50 ps, shorter than about 25 ps, shorter than about 20 ps, shorter than about 15 ps, shorter than about 10 ps.
前記シードレーザは、モードロックYbレーザを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 The supercontinuum light source of any one of claims 1-3, wherein the seed laser comprises a mode-locked Yb laser. 前記モードロックYbレーザは、半導体可飽和吸収ミラー(SESAM)を介して受動的にモードロックされたファイバレーザを含む、請求項4に記載のスーパーコンティニウム光源。 5. The supercontinuum source of claim 4, wherein the mode-locked Yb-laser comprises a fiber laser passively mode-locked via a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM). 前記パルス周波数逓倍器は、前記第1及び第2のサブビームのうちの一方を遅延させる遅延線を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 A supercontinuum light source according to any preceding claim, wherein the pulse frequency multiplier includes a delay line for delaying one of the first and second sub-beams. 前記パルス周波数逓倍器は、サブビームを減衰させる減衰器を備える、請求項1~6のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 A supercontinuum light source according to any preceding claim, wherein the pulse frequency multiplier comprises an attenuator for attenuating sub-beams. 前記スプリッタおよび前記結合器/スプリッタのうちの一方は、不均一な分割比を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 A supercontinuum light source according to any preceding claim, wherein one of said splitter and said combiner/splitter has a non-uniform splitting ratio. 第1および第2の増幅器をさらに備え、前記パルス周波数逓倍器は、該第1および第2の増幅器間に配置されている、請求項1~8のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 A supercontinuum light source according to any one of the preceding claims, further comprising first and second amplifiers, wherein said pulse frequency multiplier is arranged between said first and second amplifiers. . pumpが、少なくとも約100MHz、例えば、少なくとも約150MHz、少なくとも約200MHz、少なくとも約300MHz、少なくとも約400MHz、少なくとも約500MHz、少なくとも約600MHz、少なくとも約700MHz、少なくとも約800MHz、少なくとも約1GHzである、請求項1~9のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 4. The claim wherein the F pump is at least about 100 MHz, such as at least about 150 MHz, at least about 200 MHz, at least about 300 MHz, at least about 400 MHz, at least about 500 MHz, at least about 600 MHz, at least about 700 MHz, at least about 800 MHz, at least about 1 GHz. 10. The supercontinuum light source according to any one of 1 to 9. 前記スーパーコンティニウム光源は、スーパーコンティニウム光のパルスがパルス幅を有するように構成され、前記スーパーコンティニウム光源からの平均光パワー出力は、psパルス幅当たり5ワット出力未満である、請求項1~10のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 2. The supercontinuum light source is configured such that the pulses of supercontinuum light have a pulse width, and wherein the average optical power output from the supercontinuum light source is less than 5 watts output per ps pulse width. 11. The supercontinuum light source according to any one of 10. 前記スーパーコンティニウム光源は、400nm~850nmの範囲の合計平均光パワーが100mW未満であるように構成される、請求項1~11のいずれか1項に記載のスーパーコンティニウム光源。 A supercontinuum light source according to any preceding claim, wherein the supercontinuum light source is configured such that the total average optical power in the range 400nm to 850nm is less than 100mW.
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