明 細 書 Specification
可変スペクトル光発生装置 Variable spectrum light generator
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は、出力光のスペクトルの形状が可変である可変スぺクトノレ光発生装置に 関するものである。 The present invention relates to a variable spectrum light generator in which the shape of the spectrum of output light is variable.
背景技術 Background art
[0002] 出力光波長が可変である光発生装置としては種々のものがある。例えば、レーザ発 振装置は、共振器長を変化させることで、出力光波長を変化させることができる。しか し、共振器長を変化させるには、機械的な駆動部が必要である。このことは、装置の 安定性を保つ上では好ましくなぐまた、ナノ秒程度の高速の出力光波長の制御を することは困難である。半導体レーザ装置の場合には、温度変化に伴うバンドギヤッ プの変化を利用することで、出力光波長を変化させることができるが、温度制御のた めの時間を要し、周囲環境からの影響も大きい。 [0002] There are various light generating devices whose output light wavelength is variable. For example, the laser oscillation device can change the output light wavelength by changing the resonator length. However, changing the resonator length requires a mechanical drive. This is not preferable in maintaining the stability of the device, and it is difficult to control the output light wavelength at a high speed of about nanosecond. In the case of a semiconductor laser device, the output light wavelength can be changed by utilizing the change in the bandgap accompanying the temperature change, but it requires time for temperature control and is affected by the surrounding environment. large.
[0003] 非特許文献 1に記載されたような光パラメトリック発振を利用した光発生装置は、非 線形光学結晶の方位を変化させることで、広い波長範囲にわたって出力光波長を変 化させることができる。しかし、この光発生装置は、非線形光学結晶の方位を変化さ せるための機械的な駆動部が必要である。このことは、装置の安定性を保つ上では 好ましくない。 [0003] A light generator using optical parametric oscillation as described in Non-Patent Document 1 can change the output light wavelength over a wide wavelength range by changing the orientation of the nonlinear optical crystal. . However, this light generation device requires a mechanical drive unit for changing the orientation of the nonlinear optical crystal. This is not preferable in maintaining the stability of the device.
[0004] 非特許文献 2に記載されたような基本波から高次高調波を発生させて出力する光 発生装置は、様々な次数の高調波を発生させることができる。このため、必要とする 次数の高調波生成効率を最適化する条件を設定することにより、出力光波長を可変 とすることができる。この非特許文献 2には、第 27次の高調波生成効率を最適化する ことができた旨が記載されているが、この第 27次の高調波のスペクトルは広がりを有 しており、その帯域内で細かい制御を行なうまでに至っていない。 [0004] A light generator that generates and outputs high-order harmonics from a fundamental wave as described in Non-Patent Document 2 can generate harmonics of various orders. Therefore, the output light wavelength can be made variable by setting conditions for optimizing the harmonic generation efficiency of the required order. Non-Patent Document 2 describes that the 27th harmonic generation efficiency could be optimized.However, the spectrum of the 27th harmonic has a broad spectrum. It has not been possible to perform detailed control within the band.
[0005] 以上に挙げたものを含め従来の光発生装置は、出力光波長が可変であるといって も、その可変の程度は限定されている。例えば、近接した任意の複数波長において 鋭い強度ピークを有し、他の波長成分を有しない光を高速な制御によって出力する
ことはできない。 [0005] Although the conventional light generating devices including those described above have variable output light wavelengths, the degree of change is limited. For example, light that has sharp intensity peaks at arbitrary adjacent wavelengths and has no other wavelength components is output by high-speed control. It is not possible.
非特許文献 1 :「レーザーハンドブック」第 143頁一第 145頁、レーザー学会編、ォー ム社、 1982年 Non-Patent Document 1: "Laser Handbook", pp. 143-145, edited by The Laser Society of Japan, Ohmsha, 1982
^^特許乂献 2 : R. Bartels, et al., Shaped-pulse optimization of coherent emission of high-harmonic softX - rays", Nature, Vol.406, pp.164-166 (2000) ^^ Patent Aiden 2: R. Bartels, et al., Shaped-pulse optimization of coherent emission of high-harmonic softX-rays ", Nature, Vol.406, pp.164-166 (2000)
発明の開示 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0006] 本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力光スペクトル形状 の可変の自由度を大きくすることができる可変スぺ外ル光発生装置を提供すること を目的とする。 [0006] The present invention has been made to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide a variable spectral light generator capable of increasing the degree of freedom in changing the shape of an output light spectrum. And
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0007] 本発明に係る可変スペクトル光発生装置は、 (1)所定波長帯域を有し、各波長成分 間の位相関係が時間的に一定である光を出力する光源部と、(2)この光源部から出 力された光を入力し、この光の各波長成分のパラメータを変調して、この変調した光 を出力する光変調部と、(3)この光変調部から出力された光を入力して波長変換し、こ の波長変換により得られた光を出力する波長変換部と、 (4)光変調部における光の 各波長成分のノ メータの変調を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。ここ で、光変調部は、パラメータとして振幅、位相、偏光および波面のうち何れか 1つ以上 のものを変調するのが好適である。 [0007] The variable spectrum light generation device according to the present invention includes: (1) a light source unit that outputs light having a predetermined wavelength band and a phase relationship between wavelength components that is temporally constant; The light output from the light source unit is input, the parameters of each wavelength component of the light are modulated, and the light modulation unit that outputs the modulated light; and (3) the light output from the light modulation unit is output. A wavelength conversion unit that inputs and wavelength-converts the light, and outputs the light obtained by the wavelength conversion; and (4) a control unit that controls modulation of a meter of each wavelength component of the light in the light modulation unit. It is characterized by the following. Here, it is preferable that the light modulating unit modulates at least one of amplitude, phase, polarization, and wavefront as parameters.
[0008] この可変スペクトル光発生装置では、光源部から出力される光は、所定波長帯域を 有し、各波長成分間の位相関係が時間的に一定であり、各波長成分のパラメータ( 例えば、上記したように、振幅、位相、偏光および波面のうち何れか 1つ以上のもの) が光変調部において変調されて、この変調された光が光変調部から出力される。この 光変調部から出力された光は波長変換部に入力して波長変換され、この波長変換 により得られた光が波長変換部から出力される。そして、光変調部における光の各波 長成分のパラメータの変調が制御部により制御されることにより、波長変換部から出 力される光のスペクトルは可変となる。 [0008] In this variable spectrum light generator, the light output from the light source section has a predetermined wavelength band, the phase relationship between the wavelength components is temporally constant, and the parameters (for example, As described above, any one of the amplitude, phase, polarization, and wavefront is modulated in the light modulation unit, and the modulated light is output from the light modulation unit. The light output from the light modulator is input to the wavelength converter and wavelength-converted, and the light obtained by the wavelength conversion is output from the wavelength converter. The modulation of the parameters of the wavelength components of the light in the light modulator is controlled by the controller, so that the spectrum of the light output from the wavelength converter becomes variable.
[0009] なお、上記した光発生装置において、「所定波長帯域を有し、各波長成分の間の
位相関係が時間的に一定である光」とは、パルス毎の位相波形力 時間が経過して も同じであるという場合のみではなぐ (a)スペクトル波形の位相成分において、パノレ ス毎に時間的にオフセットとして同じ定数値が重畳する場合、(b)スペクトル波形の位 相成分において、パルス毎に時間的にオフセットとして cZ Zx Aの値が重畳する 場合も含まれる(λ:波長、 c :光速、 A:任意の定数)。ここで、上記 (a)の場合は、各パ ルス毎に強度波形は変化しなレ、が、キャリアエンベロープフェーズと呼ばれるパルス 内の位相がドリフトしてレ、く場合に相当する。上記 (b)の場合は、各パルス毎に強度波 形は変化せず、時間的なドリフトが生じている状態を示す。 [0009] In the above-described light generating device, "the light generating device has a predetermined wavelength band, and `` Light whose phase relationship is temporally constant '' is not limited to the case where the phase waveform force of each pulse is the same even after the lapse of time. (A) In the phase component of the spectral waveform, the temporal (B) When the same constant value is superimposed as an offset, the case where the value of cZ Zx A is superimposed as a temporal offset for each pulse in the phase component of the spectrum waveform is also included (λ: wavelength, c: speed of light) , A: any constant). Here, in the case (a), the intensity waveform does not change for each pulse, but this corresponds to the case where the phase within the pulse called the carrier envelope phase drifts. In the case of (b) above, the intensity waveform does not change for each pulse, indicating a state in which a temporal drift occurs.
[0010] ここで、光変調部の構成については、 (1)光源部から出力された光を空間的に波長 分岐する光分波手段と、 (2)この光分波手段により波長分岐された光の各波長成分 のパラメータを変調して出力する空間光変調手段と、(3)この空間光変調手段により 変調された光の各波長成分を合波して出力する光合波手段と、を含む構成を用いる ことが好ましい。この場合には、光源部から出力されて光変調部に入力した光は、光 変調部において、先ず光分波手段により空間的に波長分岐される。そして、この波長 分岐された光の各波長成分のパラメータが空間光変調手段により変調され、この変 調された光の各波長成分が光合波手段により合波されて出力される。光分波手段お よび光合波手段それぞれとしては、例えば回折格子が好適に用いられる。 [0010] Here, regarding the configuration of the light modulating unit, (1) a light branching unit that spatially branches the light output from the light source unit, and (2) a wavelength branching unit by the light branching unit. A spatial light modulating means for modulating and outputting parameters of each wavelength component of light; and (3) an optical multiplexing means for multiplexing and outputting each wavelength component of light modulated by the spatial light modulating means. It is preferable to use a configuration. In this case, the light output from the light source unit and input to the light modulation unit is first spatially wavelength-branched by the light demultiplexing unit in the light modulation unit. Then, the parameters of the respective wavelength components of the wavelength-branched light are modulated by the spatial light modulator, and the respective wavelength components of the modulated light are multiplexed by the optical multiplexing means and output. As each of the optical demultiplexing means and the optical multiplexing means, for example, a diffraction grating is suitably used.
[0011] また、光変調部は、音響光学効果を利用した素子 (A〇PDF ;Acousto-Optic [0011] Further, the light modulation unit is an element utilizing the acousto-optic effect (A〇PDF; Acousto-Optic
Programmable Dispersion Filter)単体で構成することも可能である。音響光学効果を 利用した素子を用いる場合、小型な系を実現することができる。また、光変調部として は、上記以外の構成を用いても良い。 It is also possible to configure a single Programmable Dispersion Filter). When an element utilizing the acousto-optic effect is used, a small system can be realized. Further, a configuration other than the above may be used as the light modulation unit.
[0012] 波長変換部は、非線形光学媒質を含み、この非線形光学媒質への入射光の波長 とは異なる波長の光を非線形光学媒質から出射させるのが好適である。この場合に は、光変調部から出力されて波長変換部に入力した光は、非線形光学媒質により波 長変換されて波長変換部から出力される。ここで、非線形光学媒質としては、非線形 光学結晶、非線形性を有する光導波路 (例えば、フォトニック結晶光ファイバ、テーパ 一光ファイバ、中空光ファイバ、等)、適切な圧力条件および温度条件を有する気体 媒質、または、これらの組み合わせが、好適に用レ、られる。また、非線形光学媒質を
用いて波長変換するに際しては、第 2次高調波や更に高次の高調波の発生、和周 波や差周波の発生、光パラメトリック発振、 自己位相変調、相互位相変調、などの現 象を利用することができる。 [0012] It is preferable that the wavelength conversion unit includes a nonlinear optical medium, and emits light having a wavelength different from the wavelength of light incident on the nonlinear optical medium from the nonlinear optical medium. In this case, the light output from the light modulator and input to the wavelength converter is wavelength-converted by the nonlinear optical medium and output from the wavelength converter. Here, the nonlinear optical medium includes a nonlinear optical crystal, a nonlinear optical waveguide (for example, a photonic crystal optical fiber, a tapered single optical fiber, a hollow optical fiber, etc.), a gas having appropriate pressure and temperature conditions. A medium, or a combination thereof, is preferably used. In addition, the nonlinear optical medium When performing wavelength conversion using phenomena, phenomena such as the generation of second and higher harmonics, the generation of sum and difference frequencies, optical parametric oscillation, self-phase modulation, and cross-phase modulation are used. can do.
[0013] また、可変スペクトル光発生装置は、波長変換部から出力される光を計測する計測 部を更に備え、制御部が、計測部による計測結果に基づいて、光変調部における光 の各波長成分のパラメータの変調を制御する構成としても良レ、。この場合には、波長 変換部から出力される光のスペクトル等が計測部により計測される。そして、この計測 結果に基づいて、波長変換部からの出力光のスペクトル等が所定値に近づくように、 光変調部における光の各波長成分のパラメータの変調を制御部により制御すること が可能となる。 [0013] Further, the variable spectrum light generation device further includes a measurement unit that measures light output from the wavelength conversion unit, and the control unit controls each wavelength of light in the light modulation unit based on the measurement result by the measurement unit. Also good for controlling the modulation of component parameters. In this case, the spectrum or the like of the light output from the wavelength conversion unit is measured by the measurement unit. Based on the measurement result, the control unit can control the modulation of the parameters of each wavelength component of the light in the light modulation unit so that the spectrum or the like of the output light from the wavelength conversion unit approaches a predetermined value. Become.
[0014] あるいは、可変スペクトル光発生装置は、波長変換部から出力された光が照射され た対象物における当該照射に伴う変化を検出する検出部を更に備え、制御部が、検 出部による検出結果に基づいて、光変調部における光の各波長成分のパラメータの 変調を制御する構成としても良い。この場合には、波長変換部から出力された光が 照射された対象物における当該照射に伴う変化が検出部により検出される。そして、 この検出結果に基づいて、対象物の変化が所望の状態となるように、光変調部にお ける光の各波長成分のパラメータの変調を制御部によりフィードバック制御することが 可能となる。このとき、波長変換部からの出力光のスペクトル等も所望値に近づいて いく。ここで、波長変換部からの出力光のスペクトル等の所望値は、予めわかってい る必要はない。 [0014] Alternatively, the variable spectrum light generation device further includes a detection unit that detects a change accompanying the irradiation of the object irradiated with the light output from the wavelength conversion unit, and the control unit controls the detection by the detection unit. Based on the result, the configuration may be such that the modulation of the parameter of each wavelength component of the light in the light modulation unit is controlled. In this case, a change accompanying the irradiation of the object irradiated with the light output from the wavelength conversion unit is detected by the detection unit. Then, based on this detection result, the modulation of the parameters of each wavelength component of the light in the light modulation unit can be feedback-controlled by the control unit so that the change of the target object becomes a desired state. At this time, the spectrum or the like of the output light from the wavelength converter also approaches the desired value. Here, it is not necessary to know in advance the desired values such as the spectrum of the output light from the wavelength converter.
[0015] また、制御部は、光源部および波長変換部の双方または何れか一方の構成要素の 圧力、温度、電流値、電圧値、位置および角度のうち何れか 1つ以上のものを制御 するのが好適である。この場合には、光変調部だけでなぐ光源部および波長変換 部の双方または何れか一方の構成要素も制御されることで、制御の自由度が更に高 くなるので、出力光のスペクトルの可変の自由度が更に大きくなる。 [0015] The control unit controls one or more of the pressure, temperature, current value, voltage value, position, and angle of both or one of the components of the light source unit and the wavelength conversion unit. Is preferred. In this case, the control of the light source unit and / or the wavelength conversion unit, which is not limited to the light modulation unit, further enhances the degree of freedom of control. The degree of freedom is further increased.
発明の効果 The invention's effect
[0016] 本発明に係る可変スペクトル光発生装置は、出力光スペクトル可変の自由度を大き くすることができる。
図面の簡単な説明 The variable spectrum light generating device according to the present invention can increase the degree of freedom of the output light spectrum variable. Brief Description of Drawings
[0017] [図 1]図 1は、第 1実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 1の概略構成を示すブ ロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a variable spectrum light generation device 1 according to a first embodiment.
[図 2]図 2は、第 2実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 2の概略構成を示すブ ロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a variable spectrum light generating device 2 according to a second embodiment.
[図 3]図 3は、第 3実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 3の概略構成を示すブ ロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a variable spectrum light generating device 3 according to a third embodiment.
[図 4]図 4は、実施例の可変スペクトル光発生装置 4の構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram of a variable spectrum light generation device 4 of the embodiment.
[図 5]図 5は、実施例の可変スペクトル光発生装置 4における変調光 Bの各波長成分 の強度および位相を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the intensity and phase of each wavelength component of the modulated light B in the variable spectrum light generator 4 of the embodiment.
[図 6]図 6は、実施例の可変スペクトル光発生装置 4における出力光 Cの各波長成分 の強度および位相を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the intensity and phase of each wavelength component of output light C in the variable spectrum light generation device 4 of the example.
符号の説明 Explanation of symbols
[0018] 1一 4…可変スペクトル光発生装置、 11…光源部、 12…光変調部、 13…波長変換 部、 14…制御部、 15…計測部、 16…ビームスプリッタ、 17…検出部、 21…反射鏡、 22…回折格子、 23…シリンドリカノレレンズ、 24…空間光変調素子、 25…シリンドリカ ノレレンズ、 26…回折格子、 27…反射鏡、 31…レンズ、 32…非線形光学結晶、 33· · - レンズ。 [0018] 1-4: variable spectrum light generator, 11: light source unit, 12: light modulation unit, 13: wavelength conversion unit, 14: control unit, 15: measurement unit, 16: beam splitter, 17: detection unit, 21 ... Reflector, 22 ... Diffraction grating, 23 ... Cylindrical lens, 24 ... Spatial light modulator, 25 ... Cylindrical lens, 26 ... Diffraction grating, 27 ... Reflector, 31 ... Lens, 32 ... Nonlinear optical crystal, 33 · ·-Lens.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0019] 以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明す る。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を 省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0020] (第 1実施形態) (First Embodiment)
先ず、本発明に係る可変スペクトル光発生装置の第 1実施形態について説明する First, a first embodiment of the variable spectrum light generator according to the present invention will be described.
。図 1は、第 1実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 1の概略構成を示すブロッ ク図である。この図に示される可変スペクトル光発生装置 1は、光源部 11、光変調部. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the variable spectrum light generating device 1 according to the first embodiment. The variable spectrum light generator 1 shown in FIG.
12、波長変換部 13および制御部 14を備える。 12, a wavelength conversion unit 13 and a control unit 14.
[0021] 光源部 11は、所定帯域に亘つて位相関係が一定である基本波光 Aを出力するも
のであり、或る程度広い帯域 (例えば帯域幅 10nm以上)に亘つて基本波光 Aを出力 すること力 Sできる。光源部 11は、例えば、基本波光 Aとしてフェムト秒光パルスを出力 するレーザ光源であるのが好適である。 The light source unit 11 outputs the fundamental light A having a constant phase relationship over a predetermined band. Therefore, it is possible to output the fundamental light A over a certain wide band (for example, a bandwidth of 10 nm or more). The light source unit 11 is preferably, for example, a laser light source that outputs a femtosecond light pulse as the fundamental light A.
[0022] 光変調部 12は、光源部 11から出力された基本波光 Aを入力し、この光の各波長成 分のパラメータを変調して、この変調した変調光 Bを出力する。ここで、光変調部 12 は、上記パラメータとして振幅、位相、偏光および波面のうち何れか 1つ以上のものを 変調するのが好適である。また、光変調部 12は、光源部 11から出力された光を空間 的に波長分岐する光分波手段と、この光分波手段により波長分岐された光の各波長 成分のパラメータを変調して出力する空間光変調手段と、この空間光変調手段により 変調された光の各波長成分を合波して出力する光合波手段と、を含むのが好適であ る。 The optical modulator 12 receives the fundamental light A output from the light source 11, modulates the parameters of the wavelength components of the light, and outputs the modulated light B. Here, it is preferable that the light modulating unit 12 modulates any one or more of the above parameters as amplitude, phase, polarization and wavefront. Further, the light modulation unit 12 modulates the parameters of each wavelength component of the light that is wavelength-branched by the light branching unit that spatially branches the light output from the light source unit 11 into wavelengths. It is preferable to include spatial light modulating means for outputting, and optical multiplexing means for multiplexing and outputting each wavelength component of light modulated by the spatial light modulating means.
[0023] また、光変調部 12は、音響光学効果を利用した素子 (A〇PDF ;Acousto-Optic The light modulation unit 12 is an element using an acousto-optic effect (A〇PDF; Acousto-Optic
Programmable Dispersion Filter)単体で構成することも可能である。音響光学効果を 利用した素子を用いる場合 J、型な系を実現することができる。 It is also possible to configure a single Programmable Dispersion Filter). When an element utilizing the acousto-optic effect is used, it is possible to realize a compact system.
[0024] 波長変換部 13は、光変調部 12から出力された変調光 Bを入力して波長変換し、こ の波長変換により得られた光 Cを出力する。例えば、波長変換部 13は、非線形光学 媒質を含み、この非線形光学媒質への入射光の波長とは異なる波長の光を非線形 光学媒質力 出射させるのが好適である。ここで、非線形光学媒質としては、非線形 光学結晶の他、非線形性を有する光導波路 (例えば、フォトニック結晶光ファイバ、テ 一パー光ファイバ、中空光ファイバ、等)、適切な圧力条件および温度条件を有する 気体媒質、または、これらの組み合わせが、好適に用いられる。また、非線形光学媒 質を用いて波長変換するに際しては、第 2次高調波や更に高次の高調波の発生、和 周波や差周波の発生、光パラメトリック発振、 自己位相変調、相互位相変調などの現 象を利用することができる。 [0024] The wavelength conversion unit 13 receives the modulated light B output from the light modulation unit 12, converts the wavelength, and outputs light C obtained by the wavelength conversion. For example, it is preferable that the wavelength conversion unit 13 includes a nonlinear optical medium and emits light having a wavelength different from the wavelength of light incident on the nonlinear optical medium. Here, as the nonlinear optical medium, in addition to the nonlinear optical crystal, an optical waveguide having nonlinearity (for example, a photonic crystal optical fiber, a taper optical fiber, a hollow optical fiber, etc.), appropriate pressure conditions and temperature conditions A gas medium having: or a combination thereof is preferably used. In addition, when performing wavelength conversion using a nonlinear optical medium, generation of second harmonics and higher harmonics, generation of sum frequency and difference frequency, optical parametric oscillation, self-phase modulation, mutual phase modulation, etc. Can be used.
[0025] 制御部 14は、光変調部 12における光の各波長成分のパラメータ(例えば、上記し たように、振幅、位相、偏光および波面のうち何れ力、 1つ以上のもの)の変調を制御 する。光変調部 12が上記のような空間光変調手段を含む場合には、制御部 14はこ の空間光変調手段を制御すれば十分である。
[0026] 第 1実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 1は以下のように動作する。所定帯 域に亘つて位相関係が一定である基本波光 Aは、光源部 11から出力されて光変調 部 12に入力し、この光変調部 12におレ、て各波長成分のパラメータが変調されて変 調光 Bとされる。光変調部 12から出力された変長光 Bは、波長変換部 13に入力して 波長変換され、その波長変換により得られた光 Cが波長変換部 13から出力される。 The control unit 14 modulates the parameters of each wavelength component of light (for example, any one of amplitude, phase, polarization, and wavefront, as described above, one or more) in the light modulation unit 12. Control. When the light modulator 12 includes the spatial light modulator as described above, it is sufficient for the controller 14 to control the spatial light modulator. [0026] The variable spectrum light generation device 1 according to the first embodiment operates as follows. The fundamental light A having a constant phase relationship over a predetermined band is output from the light source unit 11 and input to the optical modulation unit 12, where the parameters of each wavelength component are modulated. It is considered to be dimming B. The variable-length light B output from the optical modulation unit 12 is input to the wavelength conversion unit 13 where the wavelength conversion is performed, and the light C obtained by the wavelength conversion is output from the wavelength conversion unit 13.
[0027] 波長変換部 13から出力される光 Cの各波長成分は、光源部 11から出力される基 本波光 Aの殆ど全ての波長成分からの寄与を受けたものである。したがって、光変調 部 12における光の各波長成分のパラメータの変調が制御部 14により制御されること により、基本波光 Aが変調されて得られる変調光 Bにおいて或る程度広い帯域に亘 つて各波長成分のパラメータが設定されて、これにより、出力光 Cのスペクトルを可変 とすることができる。光変調部 12における光の各波長成分のパラメータの変調の自 由度が大きいので、出力光 Cのスペクトル可変の自由度も大きい。 Each wavelength component of the light C output from the wavelength conversion unit 13 receives contribution from almost all the wavelength components of the fundamental light A output from the light source unit 11. Therefore, the control of the control of the parameter of each wavelength component of light in the light modulation unit 12 by the control unit 14 allows each wavelength over a certain wide band in the modulated light B obtained by modulating the fundamental light A. The parameters of the components are set, whereby the spectrum of the output light C can be made variable. Since the degree of freedom in modulating the parameters of each wavelength component of the light in the light modulation unit 12 is large, the degree of freedom in changing the spectrum of the output light C is large.
[0028] 光変調部 12における光の各波長成分のパラメータの変調に際しては、機械的な駆 動部を用いることなぐ電気的な制御機構を用いることができる。この場合には、装置 の安定性を保つ上で好適であり、また、高速に制御することが可能である。 [0028] When modulating the parameters of each wavelength component of light in the light modulation unit 12, an electric control mechanism that does not use a mechanical driving unit can be used. In this case, it is preferable to maintain the stability of the device, and it is possible to perform high-speed control.
[0029] また、基本波光 Aから出力光 Cへの波長変換に際して、不要な波長成分が生成さ れないようにすることができ、出力光 Cの必要な波長成分への変換のみに基本波光 Aを利用することができる。これにより、光変調を行わない状態において波長変換効 率が飽和している場合には、光変調を行なうことにより、基本波光 Aから出力光 C中 の必要波長成分への変換のみを高効率に行なうことができる。 [0029] Further, unnecessary wavelength components can be prevented from being generated during wavelength conversion from the fundamental light A to the output light C. The fundamental light A is used only for conversion of the output light C into the necessary wavelength components. Can be used. As a result, when the wavelength conversion efficiency is saturated in the state where the optical modulation is not performed, by performing the optical modulation, only the conversion from the fundamental light A to the required wavelength component in the output light C is performed with high efficiency. Can do it.
[0030] このような可変スペクトル光発生装置 1を用いれば、例えば、光反応材料の結合を 選択的に切断するというような用途において、切断したいバンドに対応する 1または 2 以上の波長の出力光 Cを生成する一方で、切断したくないバンドに対応する波長域 の成分を出力光 Cに含ませないようにすることも、容易に行うことができる。これにより 、例えば光化学反応制御等の工業的な応用にも、可変スペクトル光発生装置 1を用 レ、ることができる。 [0030] By using such a variable spectrum light generator 1, for example, in an application in which a bond of a photoreactive material is selectively cut, output light of one or more wavelengths corresponding to a band to be cut is used. While generating C, it is also easy to prevent the output light C from including components in the wavelength range corresponding to the band that the user does not want to cut. This allows the variable spectrum light generator 1 to be used for industrial applications such as photochemical reaction control.
[0031] 可変スペクトル光発生装置 1から出力される光 Cは、所望の波長成分のみを含むよ うにすることができる。したがって、この出力光 Cを励起等の反応に利用すれば、不必
要な熱の発生を抑制することができる。 [0031] The light C output from the variable spectrum light generation device 1 can include only a desired wavelength component. Therefore, if this output light C is used for reactions such as excitation, Generation of necessary heat can be suppressed.
[0032] なお、制御部 14は、光変調部 12を制御するだけでなぐ図 1中に破線によって示 すように、光源部 11および波長変換部 13の双方または何れか一方の構成要素の圧 力、温度、電流値、電圧値、位置および角度のうち何れか 1つ以上のものを制御する 構成としても良い。例えば、光源部 11から出力される基本波光 Aの波長が可変であ る場合には、その基本波光 Aの波長を変更するよう制御してもよい。また、波長変換 部 13が光パラメトリック発振を利用するものである場合には、非線形光学媒質への光 の入射方位を制御するようにしてもよい。この場合には、制御の自由度が更に高くな るので、出力光 Cのスペクトルの可変の自由度が更に大きくなる。 The control unit 14 controls the pressure of both or one of the components of the light source unit 11 and the wavelength conversion unit 13 as shown by a broken line in FIG. It may be configured to control any one or more of force, temperature, current value, voltage value, position and angle. For example, when the wavelength of the fundamental light A output from the light source unit 11 is variable, control may be performed to change the wavelength of the fundamental light A. When the wavelength conversion unit 13 uses optical parametric oscillation, the direction of incidence of light on the nonlinear optical medium may be controlled. In this case, since the degree of freedom of control is further increased, the degree of freedom of changing the spectrum of the output light C is further increased.
[0033] (第 2実施形態) (Second Embodiment)
次に、本発明に係る可変スペクトル光発生装置の第 2実施形態について説明する 。図 2は、第 2実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 2の概略構成を示すブロッ ク図である。この図に示される可変スペクトル光発生装置 2は、光源部 11、光変調部 12、波長変換部 13および制御部 14に加えて、計測部 15およびビームスプリッタ 16 を更に備える。 Next, a second embodiment of the variable spectrum light generator according to the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the variable spectrum light generation device 2 according to the second embodiment. The variable spectrum light generator 2 shown in this figure further includes a measurement unit 15 and a beam splitter 16 in addition to the light source unit 11, the light modulation unit 12, the wavelength conversion unit 13, and the control unit 14.
[0034] ビームスプリッタ 16は、波長変換部 13から出力された光 Cを分岐して、その大部分 を透過させ、一部を反射させる。計測部 15は、このビームスプリッタ 16により分岐され て到達した光 Cを受光して、その光 Cを計測する。ここで、ビームスプリッタ 16の透過 光と反射光とを置換したような構成であっても構わないことは言うまでもない。計測部 15には、例えば分光計測器を用いることが可能で、これが受光した光 Cの全帯域もし くは一部帯域におけるスペクトルを計測する構成であってもよいし、また、その光 Cの うち注目すべき 1または 2以上の波長における強度を計測する構成であってもよい。 [0034] The beam splitter 16 splits the light C output from the wavelength conversion unit 13, transmits most of the light C, and reflects part of the light. The measuring unit 15 receives the light C arriving after being branched by the beam splitter 16, and measures the light C. Here, it goes without saying that a configuration in which the transmitted light and the reflected light of the beam splitter 16 are replaced may be employed. For example, a spectrometer can be used as the measuring unit 15, and the measuring unit 15 may be configured to measure the spectrum of the received light C in the entire band or a part of the band. A configuration for measuring the intensity at one or two or more wavelengths of interest may be used.
[0035] 制御部 14は、計測部 15による計測結果に基づいて、光変調部 12における光の各 波長成分のパラメータの変調を制御する。このとき、制御部 14は、計測部 15による計 測結果が所望値に近づくように光変調部 12をフィードバック制御することも可能とな る。この制御の際のアルゴリズムとしては、例えば、シミュレ一ティドアニーリング( Simulated Annealing)法や遺伝的アルゴリズム(Generic Algorithm)等の最適化アル ゴリズムが好適に用いられる。また、制御条件が複雑でない場合は、この制御を手動
で行うことも可能である。 The control unit 14 controls the modulation of the parameter of each wavelength component of light in the light modulation unit 12 based on the measurement result by the measurement unit 15. At this time, the control unit 14 can also perform feedback control of the optical modulation unit 12 so that the measurement result by the measurement unit 15 approaches a desired value. As an algorithm for this control, for example, an optimization algorithm such as a simulated annealing method or a genetic algorithm is preferably used. If the control conditions are not complicated, set this control manually. It is also possible to carry out.
[0036] 第 2実施形態に係る可変スぺ外ル光発生装置 2は以下のように動作する。所定帯 域に亘つて位相関係が一定である基本波光 Aは、光源部 11から出力されて光変調 部 12に入力し、この光変調部 12におレ、て各波長成分のパラメータが変調されて変 調光 Bとされる。光変調部 12から出力された変調光 Bは、波長変換部 13に入力して 波長変換され、その波長変換により得られた光 Cが波長変換部 13から出力される。 波長変換部 13から出力された光 Cは、その一部がビームスプリッタ 16により分岐され て計測部 15に到達し、この計測部 15によりスペクトル等が計測される。そして、この 計測結果に基づいて、波長変換部 13からの出力光 Cのスペクトル等が所定値に近 づくように、光変調部 12における光の各波長成分のパラメータの変調が制御部 14に より制御される。 The variable outside light generator 2 according to the second embodiment operates as follows. The fundamental light A having a constant phase relationship over a predetermined band is output from the light source unit 11 and input to the optical modulation unit 12, where the parameters of each wavelength component are modulated. It is considered to be dimming B. The modulated light B output from the optical modulation unit 12 is input to the wavelength conversion unit 13 and wavelength-converted, and the light C obtained by the wavelength conversion is output from the wavelength conversion unit 13. A part of the light C output from the wavelength conversion unit 13 is branched by the beam splitter 16 and reaches the measurement unit 15, and the spectrum and the like are measured by the measurement unit 15. Based on the measurement result, the control unit 14 modulates the parameters of the respective wavelength components of the light in the light modulation unit 12 so that the spectrum of the output light C from the wavelength conversion unit 13 approaches a predetermined value. Controlled.
[0037] したがって、第 2実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 2は、第 1実施形態に 係る可変スぺ外ル光発生装置 1で得られる効果と同様の効果を得ることができるだ けでなぐ光変調部 12における変調と出力光 Cのスペクトル等との間の関係が明らか でなレ、場合等にぉレ、ても、波長変換部 13からの出力光 Cのスペクトル等を所望値に 近づけることができる。 Therefore, the variable spectrum light generation device 2 according to the second embodiment can obtain the same effect as that obtained by the variable spectrum light generation device 1 according to the first embodiment. Even if the relationship between the modulation in the light modulating unit 12 and the spectrum of the output light C is not clear, or in some cases, the spectrum of the output light C from the wavelength conversion unit 13 is set to a desired value. You can get closer.
[0038] (第 3実施形態) (Third Embodiment)
次に、本発明に係る可変スペクトル光発生装置の第 3実施形態について説明する 。図 3は、第 3実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 3の概略構成を示すブロッ ク図である。この図に示される可変スペクトル光発生装置 3は、光源部 11、光変調部 12、波長変換部 13および制御部 14に加えて、検出部 17を更に備える。 Next, a third embodiment of the variable spectrum light generator according to the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the variable spectrum light generation device 3 according to the third embodiment. The variable spectrum light generation device 3 shown in this figure further includes a detection unit 17 in addition to the light source unit 11, the light modulation unit 12, the wavelength conversion unit 13, and the control unit 14.
[0039] 検出部 17は、波長変換部 13から出力された光 Cが照射された対象物 9における当 該照射に伴う変化を検出する。制御部 14は、検出部 17による検出結果に基づいて 、光変調部 12における光の各波長成分のパラメータの変調を制御する。この制御の 際にも、例えば、シミュレ一ティドアニーリング法や遺伝的アルゴリズム等の最適化ァ ルゴリズムが好適に用レ、られる。 The detection unit 17 detects a change in the object 9 irradiated with the light C output from the wavelength conversion unit 13 due to the irradiation. The control unit 14 controls the modulation of the parameter of each wavelength component of light in the light modulation unit 12 based on the detection result by the detection unit 17. In this control, for example, an optimization algorithm such as a simulated annealing method or a genetic algorithm is preferably used.
[0040] 例えば、出力光 Cを対象物 9に照射することで該対象物 9において反応生成物を生 成させる場合であって、その反応生成物の生成量を制御したいというようなときに、生
成量が所望値に近づくように制御部 14が光変調部 12を制御することで、波長変換 部 13からの出力光 Cのスペクトル等を所望値に近づけることができる。このとき、出力 光 Cのスぺクトノレ等の所望値は予め分かってレ、る必要はなレ、。 For example, in a case where a reaction product is generated in the target object 9 by irradiating the output light C to the target object 9 and it is desired to control the generation amount of the reaction product, Raw The control unit 14 controls the light modulation unit 12 so that the amount approaches the desired value, whereby the spectrum of the output light C from the wavelength conversion unit 13 can be made close to the desired value. At this time, the desired values of the output light C, such as the spectrum, need to be known in advance.
[0041] 次に、本発明に係る可変スペクトル光発生装置の実施例について説明する。図 4は 、実施例の可変スペクトル光発生装置 4の構成図である。この図に示される可変スぺ タトル光発生装置 4は、上述した第 2実施形態に係る可変スペクトル光発生装置 2の より具体的な構成のものである。実施例の可変スペクトル光発生装置 4は、光源部 11 、光変調部 12、波長変換部 13、制御部 14、計測部 15およびビームスプリッタ 16を 備える。 Next, an embodiment of the variable spectrum light generating apparatus according to the present invention will be described. FIG. 4 is a configuration diagram of the variable spectrum light generator 4 of the embodiment. The variable staple light generator 4 shown in this figure has a more specific configuration than the variable spectrum light generator 2 according to the above-described second embodiment. The variable spectrum light generation device 4 of the embodiment includes a light source unit 11, a light modulation unit 12, a wavelength conversion unit 13, a control unit 14, a measurement unit 15, and a beam splitter 16.
[0042] 光源部 11は、所定帯域に亘つて位相関係が一定である基本波光 Aを出力するも のであり、本実施例では、チタンサファイアレーザ光源が用いられる。このチタンサフ アイアレーザ光源から出力される基本波光 Aは、パルス幅が lOOfs以下のパルス光 で、帯域幅が 10nm以上であり、また、その帯域に亘つて位相関係が一定である。 The light source unit 11 outputs the fundamental wave light A having a constant phase relationship over a predetermined band. In this embodiment, a titanium sapphire laser light source is used. The fundamental wave light A output from the titanium sapphire laser light source is a pulse light having a pulse width of 100 fs or less, a bandwidth of 10 nm or more, and a constant phase relationship over the band.
[0043] 光変調部 12は、光源部 11から出力された基本波光 Aを入力し、この光の各波長成 分のノ メータを変調して、この変調した変調光 Bを出力するものであり、本実施例で は、反射鏡 21、回折格子 22、シリンドリカルレンズ 23、空間光変調素子 24、シリンド リカルレンズ 25、回折格子 26および反射鏡 27を含む。 The light modulating unit 12 receives the fundamental wave light A output from the light source unit 11, modulates a meter of each wavelength component of the light, and outputs the modulated light B. In the present embodiment, the reflector includes a reflecting mirror 21, a diffraction grating 22, a cylindrical lens 23, a spatial light modulator 24, a cylindrical lens 25, a diffraction grating 26, and a reflecting mirror 27.
[0044] 反射鏡 21は、光源部 11から出力された基本波光 Aを入力し、この基本波光 Aを回 折格子 22へと入射させる。回折格子 22は、反射型のものであって、反射鏡 21から到 達した基本波光 Aを入力し、この基本波光 Aの各波長成分を該波長に応じた回折角 で回折させて、これに因り、基本波光 Aを空間的な方向に応じて波長分岐を実現す る。シリンドリカルレンズ 23は、回折格子 22により波長分岐された各波長成分を一軸 方向のみ集光することで、空間的に波長成分を分離する。その集光面には空間光変 調素子 24を光線に対して垂直な方向に配置する。 The reflecting mirror 21 receives the fundamental light A output from the light source unit 11 and causes the fundamental light A to be incident on the diffraction grating 22. The diffraction grating 22 is a reflection type, which receives the fundamental wave light A arriving from the reflecting mirror 21 and diffracts each wavelength component of the fundamental wave light A at a diffraction angle corresponding to the wavelength. Therefore, the wavelength division of the fundamental light A is realized according to the spatial direction. The cylindrical lens 23 spatially separates the wavelength components by condensing each wavelength component branched by the diffraction grating 22 in only one axial direction. The spatial light modulator 24 is arranged on the light condensing surface in a direction perpendicular to the light beam.
[0045] 空間光変調素子 24は、配列された複数の画素それぞれについて透過光の位相を 調整することができるものであり、シリンドリカルレンズ 23から入力した各波長成分の 光に対して位相を変調して、その位相変調した各波長成分の光をシリンドリカルレン ズ 25へ出力する。空間光変調素子 24における位相変調は、制御部 14から与えられ
る電気的な制御信号に基づいて制御される。 The spatial light modulator 24 is capable of adjusting the phase of transmitted light for each of a plurality of arranged pixels, and modulates the phase of light of each wavelength component input from the cylindrical lens 23. Then, the phase-modulated light of each wavelength component is output to the cylindrical lens 25. The phase modulation in the spatial light modulator 24 is given from the control unit 14. It is controlled based on an electrical control signal.
[0046] シリンドリカルレンズ 25は、空間光変調素子 24から出力された各波長成分の光を 入力し、その光を回折格子 26の回折面上に集光する。このとき、各波長成分に対し てはコリメートしている。回折格子 26は、反射型のものであって、シリンドリカルレンズ 25から出力されて集光された各波長成分の光を入力し、その各波長成分を該波長 に応じた回折角で回折させて、これに因り光を合波する。反射鏡 27は、回折格子 26 により合波された光を入力し、この光を反射させて、変調光 Bとして波長変換部 13へ 出力する。 The cylindrical lens 25 receives the light of each wavelength component output from the spatial light modulator 24 and focuses the light on the diffraction surface of the diffraction grating 26. At this time, each wavelength component is collimated. The diffraction grating 26 is of a reflection type, receives light of each wavelength component output from the cylindrical lens 25 and collected, and diffracts each wavelength component at a diffraction angle corresponding to the wavelength. Accordingly, light is multiplexed. The reflecting mirror 27 receives the light multiplexed by the diffraction grating 26, reflects the light, and outputs the reflected light to the wavelength converter 13 as modulated light B.
[0047] なお、所望の動作を実現する為には、回折格子 22、シリンドリカルレンズ 23、空間 光変調素子 24、シリンドリカルレンズ 25および回折格子 26は 4f系をなすことが好適 であるが、これに限定されない。 In order to realize a desired operation, it is preferable that the diffraction grating 22, the cylindrical lens 23, the spatial light modulator 24, the cylindrical lens 25, and the diffraction grating 26 form a 4f system. Not limited.
[0048] また、光変調部 12の構成としては種々の変形例が有り得る。例えば、光分波手段 及び光合波手段を構成する回折格子は反射型および透過型の何れであってもよい し、空間光変調素子も反射型および透過型の何れであってもよい。また、シリンドリカ ノレレンズ 23, 25に替えて凹面鏡等を用いてもよい。 [0048] The configuration of the light modulation unit 12 may have various modifications. For example, the diffraction gratings constituting the light demultiplexing means and the light multiplexing means may be either reflection type or transmission type, and the spatial light modulation element may be either reflection type or transmission type. Further, a concave mirror or the like may be used instead of the cylindrical lens 23, 25.
[0049] 波長変換部 13は、光変調部 12から出力された変調光 Bを入力して波長変換し、こ の波長変換により得られた光 Cを出力するものであり、本実施例では、レンズ 31、非 線形光学結晶 32およびレンズ 33を含む。 [0049] The wavelength conversion unit 13 receives the modulated light B output from the light modulation unit 12, converts the wavelength, and outputs the light C obtained by the wavelength conversion. Including lens 31, nonlinear optical crystal 32 and lens 33.
[0050] レンズ 31は、光変調部 12から出力された変調光 Bを入力し、この変調光 Bを集光し て非線形光学結晶 32へ入射させる。非線形光学結晶 32は、入射光の周波数の 2倍 の周波数を有する第 2次高調波を発生させることができるもので、レンズ 31により集 光された変調光 Bを入力して、この変調光 Bに対する第 2次高調波を発生させる。レ ンズ 33は、非線形光学結晶 32で発生した第 2次高調波を入力し、この第 2次高調波 をコリメートして出力光 Cとして出力する。 The lens 31 receives the modulated light B output from the light modulator 12, condenses the modulated light B, and makes the modulated light B enter the nonlinear optical crystal 32. The nonlinear optical crystal 32 is capable of generating a second harmonic having a frequency twice the frequency of the incident light. The modulated light B collected by the lens 31 is input to the Generates the second harmonic of The lens 33 receives the second harmonic generated by the nonlinear optical crystal 32, collimates the second harmonic, and outputs the collimated light as output light C.
[0051] このようにして非線形光学結晶 32において第 2次高調波として得られる出力光 Cの 電場の振幅 E ( V )は、非線形光学結晶 32に入射する変調光 Bの電場の振幅 E ( V ) The amplitude E (V) of the electric field of the output light C obtained as the second harmonic in the nonlinear optical crystal 32 in this way is equal to the amplitude E (V) of the electric field of the modulated light B incident on the nonlinear optical crystal 32. )
SH i に対して、下記の関係式で表される。ここで、 Vは光の周波数であり、出力光 Cおよ び変調光 Bそれぞれの電場の振幅 E ( V ), E ( V )は、光の周波数 Vの関数として表 SH i is expressed by the following relational expression. Here, V is the light frequency, and the electric field amplitudes E (V) and E (V) of the output light C and the modulated light B are expressed as a function of the light frequency V.
SH i
されている。 SH i Has been.
[数 1] ) = J ( ' ) ^ - ') ' … [Equation 1]) = J (') ^-') '…
[0052] 例えば、非線形光学結晶 32に入射する変調光 Bの中心周波数が 375THz (中心 波長が 800nm)であるとし、非線形光学結晶 32において第 2次高調波として得られ る出力光 Cの中心周波数が 750THzであるとする。このとき、出力光 Cのうちの周波 数 750THz成分の電場振幅 E (750)は、変調光 Bの周波数(375 + ν ') ΤΗζ成分 For example, suppose that the center frequency of the modulated light B incident on the nonlinear optical crystal 32 is 375 THz (the center wavelength is 800 nm), and the center frequency of the output light C obtained as the second harmonic in the nonlinear optical crystal 32 Is 750 THz. At this time, the electric field amplitude E (750) of the frequency 750 THz component of the output light C is equal to the frequency (375 + ν ′) ΤΗζ component of the modulated light B.
SH SH
の電場振幅と周波数(375- V ') ΤΗζ成分の電場振幅との積(Ε (375 + ν ') · Ε (375_ l i Product of the electric field amplitude and the frequency (375-V ') of the ΤΗζ component (Ε (375 + ν') · Ε (375_ l i
V '))を変数 V 'について積分した結果として得られる。 V ')) is obtained by integrating V'.
[0053] したがって、基本波光 Aの各周波数成分 (各波長成分)の位相関係を光変調部 12 の空間光変調素子 24により変調することで、変調光 Bの各周波数成分 (各波長成分 )の位相関係を適切に設定すれば、出力光 Cの各周波数成分 (各波長成分)の強度 を所望値とすることができる。 Therefore, by modulating the phase relationship of each frequency component (each wavelength component) of the fundamental light A by the spatial light modulation element 24 of the light modulation unit 12, each frequency component (each wavelength component) of the modulated light B is By appropriately setting the phase relationship, the intensity of each frequency component (each wavelength component) of the output light C can be set to a desired value.
[0054] このように基本波光 Aを変調して変調光 Bを得るには、制御パラメータの数が多ぐ 制御の自由度が大きい。したがって、出力光 Cのうち或る周波数成分の強度を大きく する一方で、他の或る周波数成分の強度を小さくするというように、出力光 Cの各周 波数成分 (各波長成分)の強度を自由に設定することができる。このように、本実施例 によれば、出力光 Cのスぺクトノレを可変とすることができるだけでなぐ出力光 Cのス ぺクトル可変の自由度も大きくできる。 In order to modulate the fundamental light A to obtain the modulated light B, the number of control parameters is large and the degree of freedom of control is large. Therefore, the intensity of each frequency component (each wavelength component) of the output light C is increased such that the intensity of a certain frequency component of the output light C is increased while the intensity of another certain frequency component is decreased. Can be set freely. As described above, according to the present embodiment, it is possible to increase the degree of freedom in changing the spectrum of the output light C, as well as to make the spectrum of the output light C variable.
[0055] なお、実際には、光変調部 12における変調と出力光 Cのスペクトルとの間の関係が 明らかでなぐ出力光 Cの所望のスペクトルを得る為の空間光変調素子 24における 位相変調の具体的条件を予め見出しておくことは困難な場合もある。そこで、計測部 15として分光器を用いて、出力光 Cのスぺ外ルを計測部 15により計測し、この計測 で得られた出力光 Cのスペクトルが所望値に近づくように、空間光変調素子 24にお ける位相変調を制御部 14によりフィードバック制御するのが好適である。 [0055] Actually, the phase modulation of the spatial light modulation element 24 for obtaining a desired spectrum of the output light C for which the relationship between the modulation in the light modulation unit 12 and the spectrum of the output light C is clear is clear. It may be difficult to find specific conditions in advance. Therefore, using a spectroscope as the measuring unit 15, the spectrum of the output light C is measured by the measuring unit 15, and the spatial light modulation is performed so that the spectrum of the output light C obtained by this measurement approaches a desired value. It is preferable that the phase modulation in the element 24 is feedback-controlled by the control unit 14.
[0056] このような制御を行なう制御部 14として例えばパーソナルコンピュータが用いられ、
また、制御アルゴリズムとしてシミュレ一ティドアニーリング法や遺伝的アルゴリズム等 の最適化アルゴリズムが好適に用いられる。また、或るスペクトルを有する出力光 cを 得る為の空間光変調素子 24における位相変調の具体的条件が一度求められると、 その後、これと同一のスペクトルを有する出力光 Cを得るには、既に求められた具体 的条件で空間光変調素子 24における位相変調を行なえばよい。 For example, a personal computer is used as the control unit 14 that performs such control, As a control algorithm, an optimization algorithm such as a simulated annealing method or a genetic algorithm is preferably used. Further, once the specific conditions of the phase modulation in the spatial light modulator 24 for obtaining the output light c having a certain spectrum are obtained, then, in order to obtain the output light C having the same spectrum, Phase modulation in the spatial light modulator 24 may be performed under the determined specific conditions.
[0057] 次に、実施例の可変スペクトル光発生装置 4における変調光 Bおよび出力光 Cのシ ミュレーシヨン結果について説明する。図 5は、実施例の可変スペクトル光発生装置 4 における変調光 Bの各波長成分の強度および位相を示すグラフであり、グラフ(a)、 ( b)がそれぞれ各波長成分の強度、位相を示している。また、図 6は、実施例の可変ス ぺクトル光発生装置 4における出力光 Cの各波長成分の強度および位相を示すダラ フであり、グラフ(a)、 (b)がそれぞれ各波長成分の強度、位相を示している。 Next, a simulation result of the modulated light B and the output light C in the variable spectrum light generator 4 of the embodiment will be described. FIG. 5 is a graph showing the intensity and phase of each wavelength component of the modulated light B in the variable spectrum light generation device 4 of the embodiment, and graphs (a) and (b) show the intensity and phase of each wavelength component, respectively. ing. FIG. 6 is a graph showing the intensity and phase of each wavelength component of the output light C in the variable spectrum light generator 4 of the embodiment, and graphs (a) and (b) show the respective wavelength components. Shows the intensity and phase.
[0058] ここでは、出力光 Cは、波長 397.7nm, 400.0nmおよび 401.2nmそれぞれの成 分が大きくなり、且つ、他の波長成分の強度が小さくなるようにした。また、最適化ァ ノレゴリズムとしてシミュレ一ティドアニーリング法を用いた。その結果、図 5のグラフ(a) 、 (b)に示されたような変調光 Bの強度分布および位相分布とすることで、出力光 Cは 、図 6のグラフ(a)中で矢印で示したように所望の 3波長で強度ピークを有するものと なった。 Here, in the output light C, the components at the wavelengths of 397.7 nm, 400.0 nm, and 401.2 nm are increased, and the intensity of the other wavelength components is decreased. The simulated annealing method was used as the optimization algorithm. As a result, by setting the intensity distribution and the phase distribution of the modulated light B as shown in the graphs (a) and (b) of FIG. 5, the output light C is represented by an arrow in the graph (a) of FIG. As shown, it had an intensity peak at the desired three wavelengths.
[0059] なお、図 6のグラフ(a)中の破線は、変調光 Bの各波長成分の位相が全て揃ってい る場合に得られる出力光 Cの強度分布を表し、出力光 Cの各波長成分で得られる最 大強度を表している。また、図 5および図 6で示したシミュレーションは出力光 Cの強 度分布を所望値とするものであつたが、出力光 Cの位相分布を所望値とすることもで きる。また、図 5および図 6で示したシミュレーションは基本波光 Aを位相変調して変 調光 Bを得るものであつたが、所望のスぺクトノレを有する出力光 Cを得る為の変調光 Bを実現するために、基本波光 Aの各波長成分の強度、偏光および波面の何れかを 変調してもよいし、基本波光 Aの各波長成分の位相、強度、偏光および波面のうちの 何れ力、 2以上のものを変調してもよい。 Note that the broken line in the graph (a) of FIG. 6 represents the intensity distribution of the output light C obtained when the phases of all the wavelength components of the modulated light B are all equal. It indicates the maximum strength that can be obtained from the component. Also, in the simulations shown in FIGS. 5 and 6, the intensity distribution of the output light C is set to a desired value, but the phase distribution of the output light C can be set to a desired value. In addition, the simulations shown in FIGS. 5 and 6 were to modulate the fundamental light A to obtain a modulated light B, but to modulate the fundamental light A to obtain an output light C having a desired spectrum. In order to realize this, any one of the intensity, polarization, and wavefront of each wavelength component of the fundamental wave light A may be modulated, and the phase, intensity, polarization, and wavefront of each wavelength component of the fundamental wave light A may be modulated. Two or more may be modulated.
[0060] 本発明に係る可変スペクトル光発生装置は、例えば、光コヒーレンストモグラフィ(O CT: Optical Coherence Tomography)における光源として好適に用いられ得る。
[0061] OCTは、スぺクトノレ幅が広レ、低コヒーレント光を生体等の多重散乱物体(例えば眼 球)に照射して、その多重散乱物体の内部で発生する後方散乱光を高感度に検出 することにより、その多重散乱物体の三次元断層画像を測定する方法である(例えば 文献「佐藤学,他,〃光コヒーレンストモグラフィーの基礎",光学,第 32卷,第 4号,第 268頁一第 274頁, 2003年」を参照)。この OCTでは、多重散乱物体である測定対 象物に適合した光を出力する光源を予め用意しておくことで、その光源から出力され る光に対して特別な変調等を施すことなぐその光を測定対象物に照射して測定す るのが通常である。測定対象物の奥行き方向の測定の分解能は、照射光のコヒーレ ンス長に依存する。 OCTでは、吸収が比較的小さい生体の分光学的窓領域である 波長域 0.7 μ m— 1.3 μ mの光が用いられる。 The variable spectrum light generator according to the present invention can be suitably used as a light source in, for example, optical coherence tomography (OCT). [0061] The OCT irradiates a multi-scattering object (eg, an eyeball) such as a living body with a low-coherent light having a wide spectrum width and highly sensitively reflects back-scattering light generated inside the multi-scattering object. This is a method of measuring the three-dimensional tomographic image of the multiple scattering object by detecting it (for example, the document “Satoshi Sato, et al., Basics of Optical Coherence Tomography”, Optics, Vol. 32, No. 4, p. 268) 1 p. 274, 2003 ”). In this OCT, by preparing in advance a light source that outputs light suitable for the object to be measured, which is a multiple scattering object, the light output from the light source is not subjected to any special modulation or the like. In general, measurement is performed by irradiating an object to be measured. The resolution of the measurement in the depth direction of the measurement object depends on the coherence length of the irradiation light. OCT uses light in the wavelength range of 0.7 μm to 1.3 μm, which is the spectroscopic window region of living organisms with relatively low absorption.
[0062] 本発明に係る可変スペクトル光発生装置において、 Er元素および Yb元素が添カロ された光ファイバを光増幅媒体として含み中心波長 1.56 x mのレーザ光(基本波光 A)を出力するレーザ光源(例えば IMRA社製のモデル B-150)を光源部 11として用 レ、るとともに、第 2次高調波を発生する非線形光学媒質を含むものを波長変換部 13 として用いる。このとき、可変スペクトル光発生装置から出力される出力光 Cは、中心 波長が 0.78 μ mであって、生体の分光学的窓領域内に含まれる。 [0062] In the variable spectrum light generating device according to the present invention, a laser light source that outputs an optical fiber (fundamental wave light A) having a center wavelength of 1.56 xm including an optical fiber to which an Er element and a Yb element are added as an optical amplification medium. For example, an IMRA model B-150) is used as the light source unit 11, and a light source including a nonlinear optical medium that generates the second harmonic is used as the wavelength conversion unit 13. At this time, the output light C output from the variable spectrum light generator has a center wavelength of 0.78 μm and is included in the biological spectroscopic window region.
[0063] このような構成の可変スペクトル光発生装置は、光源部 11および波長変換部 13そ れぞれを小型とすることができるので、全体としても小型とすることができ、また、生体 の分光学的窓領域において高い自由度で出力光 Cのスペクトルを変更することがで きる。さらに、この可変スペクトル光発生装置は、 OCTにおいて用いられる際に以下 のような利点を有する。 In the variable spectrum light generating device having such a configuration, each of the light source unit 11 and the wavelength conversion unit 13 can be downsized, so that it can be downsized as a whole. The spectrum of the output light C can be changed with a high degree of freedom in the spectroscopic window region. Furthermore, this variable spectrum light generator has the following advantages when used in OCT.
[0064] 第 1の利点として、可変スペクトル光発生装置から出力される出力光 Cのコヒーレン ス長を調整することができる。一般に、スペクトル幅が広いほどコヒーレンス長は短ぐ スペクトル幅が狭いほどコヒーレンス長は長い。本発明に係る可変スぺクトノレ光発生 装置を用いれば、出力光 Cのスペクトル幅が可変であるので、出力光 Cのコヒーレン ス長も可変である。なお、出力光 Cのコヒーレンス長を短くするには、出力光 Cのスぺ タトル幅を広くすることが必要であるが、その為には、波長変換部 13に含まれる非線 形光学媒質として、非線型性が高いフォトニック結晶光ファイバ等を用いるのが好適
である。 As a first advantage, the coherence length of the output light C output from the variable spectrum light generator can be adjusted. Generally, the coherence length is shorter as the spectrum width is wider, and the coherence length is longer as the spectrum width is smaller. When the variable spectrum light generator according to the present invention is used, the coherence length of the output light C is also variable because the spectrum width of the output light C is variable. Note that in order to shorten the coherence length of the output light C, it is necessary to increase the sturtle width of the output light C. For this purpose, the nonlinear optical medium included in the wavelength conversion unit 13 is required. It is preferable to use a photonic crystal optical fiber with high nonlinearity It is.
[0065] 測定対象物に照射される光のコヒーレンス長が短いと、測定対象物が奥行き方向 に長い場合に、その測定対象物の全体を測定するには長い掃引時間が必要となり、 現実的ではない。また、分解能が高いままで粗い掃引を行なうと、測定対象物中の構 造を検知することができない事態も生じる。したがって、粗い掃引を行なうには、分解 能を低くしなければならない。 [0065] If the coherence length of the light applied to the measurement target is short, when the measurement target is long in the depth direction, a long sweep time is required to measure the entire measurement target. Absent. In addition, if a rough sweep is performed with a high resolution, a situation may occur in which a structure in the object to be measured cannot be detected. Therefore, in order to perform a coarse sweep, the resolution must be reduced.
[0066] 本発明に係る可変スペクトル光発生装置を用いれば、出力光 Cのスペクトル幅を変 更することで、出力光 Cのコヒーレンス長を変更することができ、したがって、分解能を も変更すること力 Sできる。また、分解能を変更することで、掃引の粗さも調整することが できるので、例えば、低分解能で粗い掃引を行なって測定対象物の全体を測定し、 詳細に測定したい構造が存在している特定部位については高分解能で細かい掃引 を行なって測定することができる。これにより、 OCTによる測定のダイナミックレンジを 上げること力 Sできる。これは、測定対象物の奥行き方向のズームに相当する。 [0066] By using the variable spectrum light generator according to the present invention, the coherence length of the output light C can be changed by changing the spectrum width of the output light C, and therefore, the resolution can also be changed. Power S can. In addition, by changing the resolution, the roughness of the sweep can be adjusted.For example, a rough sweep with a low resolution can be used to measure the entire measurement object, and a specific structure that needs to be measured in detail can be specified. The site can be measured by performing a fine sweep with high resolution. This can increase the dynamic range of OCT measurement. This corresponds to a zoom in the depth direction of the measurement target.
[0067] このとき、測定対象物の横方向のズームも同時に行なうことができる。すなわち、可 変スぺ外ル光発生装置から出力される出力光 Cを集光して測定対象物に照射する 場合に、長焦点集光を行なうと、集光径が大きいので、横方向分解能が低くなり、そ の一方で、レイリー長(コンフォーカル長)も長くなるので、奥行き方向に比較的長い 距離に亘つて均一なビーム径が実現される。逆に、短焦点集光を行なうと、集光径が 小さいので、横方向分解能が高くなるが、奥行き方向に均一なビーム径が実現され る距離が短くなる。したがって、奥行き方向および横方向の双方で低分解能となる条 件で両方向に長距離掃引を行なった後、奥行き方向および横方向の双方で高分解 能となる条件で特定部位について詳細な測定をすることができる。 At this time, the horizontal zoom of the measurement object can be performed at the same time. In other words, when focusing the output light C output from the variable outside light generator and irradiating the object to be measured, performing long focal focusing requires a large focusing diameter. And the Rayleigh length (confocal length) also increases, so that a uniform beam diameter can be achieved over a relatively long distance in the depth direction. Conversely, when short focal point focusing is performed, the lateral resolution is increased because the focusing diameter is small, but the distance at which a uniform beam diameter is realized in the depth direction is shortened. Therefore, after performing a long-distance sweep in both directions under the condition of low resolution in both the depth direction and the lateral direction, perform detailed measurement of a specific part under the condition of high resolution in both the depth direction and the lateral direction. be able to.
[0068] 第 2の利点として、可変スペクトル光発生装置から出力される出力光 Cの可干渉性 を様々に調整することができる。本発明では、出力光 Cのスぺクトノレ形状(強度ピーク の波長や数)を自由に変化させることができる。このことから、光コヒーレンス関数を自 由に変化させることができる。光コヒーレンス関数は、各遅延時間差毎の可干渉性の 大きさの度合いを示すものである(例えば文献「Kazuo Hotate, "Application of synthesized coherence mnction to distributed optical sensing , Measurement
Science and Technology, Vol.13, No.11, pp.1746-1755 (2002)」を参照)。 As a second advantage, the coherence of the output light C output from the variable spectrum light generation device can be variously adjusted. In the present invention, the shape of the output light C (wavelength and number of intensity peaks) can be freely changed. From this, the optical coherence function can be changed freely. The optical coherence function indicates the degree of the degree of coherence for each delay time difference (for example, the reference "Kazuo Hotate," Application of synthesized coherence mnction to distributed optical sensing, Measurement Science and Technology, Vol.13, No.11, pp.1746-1755 (2002) ").
[0069] そして、出力光 Cの光コヒーレンス関数を変化させることで、 OCTの干渉信号に寄 与する奥行き方向の成分が変化する。例えば、測定対象物の界面における光反射 が大きい部位の近辺に被計測対象が存在する場合に、その界面からの反射を干渉 信号に寄与させないように出力光 Cのスペクトルを調整することで、測定対象物の測 定を有効に行なうことが可能となる。 [0069] Then, by changing the optical coherence function of the output light C, the depth component that contributes to the OCT interference signal changes. For example, when an object to be measured exists near a part where the light reflection at the interface of the measurement object is large, the spectrum of the output light C is adjusted by adjusting the spectrum of the output light C so that the reflection from the interface does not contribute to the interference signal. The measurement of the object can be performed effectively.
[0070] 第 3の利点として、測定対象物の構成物質の特定が容易になる。測定対象物が如 何なる物質から構成されているかについては、分光計測を行なうことにより知ることが できる。ここで、 OCTにおいては、測定対象物の大きさや形状に応じて散乱 '吸収- 反射等が複雑に変化する。したがって、通常行われているように固定された波長の光 を測定対象物に照射して分光計測を行なっただけでは、十分な情報を得ることがで きない。 [0070] As a third advantage, it is easy to specify the constituent substance of the measurement object. What kind of substance the measurement object is made of can be known by performing spectroscopic measurement. Here, in OCT, scattering, absorption-reflection, and the like change complicatedly according to the size and shape of the measurement target. Therefore, sufficient information cannot be obtained simply by irradiating the object to be measured with light having a fixed wavelength and performing spectroscopic measurement, as is usually done.
[0071] これに対して、本発明に係る可変スペクトル光発生装置を用いれば、出力光 Cのス ベクトル形状(強度ピークの波長や数)を自由に変化させることができる。したがって、 例えば、出力光 Cが 2波長で鋭い強度ピークを有するものとすることで、この 2波長の 干渉信号の比をとるという操作を容易に行なうことが可能となる。そして、測定対象物 の構成物質に固有の情報を干渉信号から得ることができ、これにより、構成物質の特 定が可能となる。 On the other hand, if the variable spectrum light generating device according to the present invention is used, the vector shape (wavelength and number of intensity peaks) of the output light C can be freely changed. Therefore, for example, by setting the output light C to have a sharp intensity peak at two wavelengths, it is possible to easily perform an operation of obtaining a ratio of the interference signals of the two wavelengths. Then, information peculiar to the constituent substance of the measurement object can be obtained from the interference signal, thereby making it possible to specify the constituent substance.
[0072] 第 4の利点として、測定対象物に照射する光のスペクトルの変更を電気的に行なう こと力 Sできる。光の波長の変更は、通常、機械的調整または温度調整により為される 力 両者ともに、変調が遅いという問題があり、また、複雑なスぺ外ルを実現すること ができない。さらに、機械的調整を行なうには、装置内に可動部が必要であるが、こ れは全体の安定性を損なう要因となる。特に、 OCTにおいては、測定対象物の奥行 き方向および横方法の何れにも掃引を行なう必要があるから、波長の操作に長時間 を要する方法では,実用的ではない。しかし、本発明に係る可変スペクトル光発生装 置では、出力光 Cのスペクトルの変更を電気的に高速に行なうことができるので、 OC Tによる測定の時間を短縮することができる。 [0072] As a fourth advantage, it is possible to electrically change the spectrum of light irradiating the object to be measured. Changing the wavelength of light usually has the problem of slow modulation of both the force made by mechanical adjustment and the temperature adjustment, and it is not possible to realize a complicated spectrum. In addition, mechanical adjustments require moving parts in the device, which impair overall stability. In particular, in OCT, it is necessary to perform sweeping in both the depth direction and the lateral direction of the measurement object, so that it is not practical to use a method that requires a long time to operate the wavelength. However, in the variable spectrum light generation device according to the present invention, the spectrum of the output light C can be changed electrically at a high speed, so that the measurement time by the OCT can be reduced.
[0073] 第 5の利点として、 OCTにより得られる三次元断層画像が最適なものとなるように出
力光 cのスペクトルをフィードバック制御することができる。例えば、特定距離にある位 置からの強い反射を低減するための照射光のスペクトル条件を予め求めることは困 難である。しかし、本発明に係る可変スペクトル光発生装置では、最適な測定をする ことができる条件が予め判っていなくても、測定結果を参照しながら、干渉信号が最 適なものとなるように、出力光 Cのスペクトルを変更することができる。 [0073] A fifth advantage is that the three-dimensional tomographic image obtained by the OCT is optimized to be optimal. The spectrum of the force light c can be feedback-controlled. For example, it is difficult to determine in advance the spectrum condition of the irradiation light for reducing strong reflection from a position at a specific distance. However, in the variable spectrum light generating apparatus according to the present invention, even if the conditions under which the optimum measurement can be performed are not known in advance, the output is controlled so that the interference signal is optimum while referring to the measurement result. The spectrum of light C can be changed.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
本発明の可変スペクトル光発生装置は、出力光スペクトル形状の可変の自由度を 大きくすることができる可変スぺ外ル光発生装置として利用可能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The variable spectrum light generation device of the present invention can be used as a variable spectrum light generation device capable of increasing the degree of freedom in changing the output light spectrum shape.