WO2021024890A1 - 広帯域パルス光源装置、分光測定装置、分光測定方法及び分光分析方法 - Google Patents

広帯域パルス光源装置、分光測定装置、分光測定方法及び分光分析方法 Download PDF

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純輝 佐原
彩 太田
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ウシオ電機株式会社
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Definitions

  • the invention of this application relates to a light source device that emits wideband pulsed light, and also relates to a device or method for performing spectroscopic measurement or analyzing an object using wideband pulsed light.
  • a typical pulsed light source is a pulsed laser (pulse laser).
  • pulse laser pulse laser
  • SC light utilizes the non-linear effect generated when high-intensity light interacts with a substance, and the non-linear effect can be positively generated by increasing the photon density.
  • high-efficiency SC light generation is possible by condensing and incident light with a high peak power such as a pulse laser on a fiber with a core diameter of several ⁇ m, and because it is a fiber, the photon density is high.
  • the main non-linear effects in SC light generation are self-phase modulation, mutual phase modulation, Raman scattering, and four-wave mixing.
  • SC light can be suitably used for various purposes because of its wide wavelength band. That is, not only in the field of optical communication such as multi-wavelength multiplex communication, but also in the field of material analysis for investigating the wavelength dependence of materials and the field of image observation such as OCT and fluorescence microscope, the characteristics are utilized. It is expected to be applied.
  • wideband pulsed light in which the pulse width of SC light is pulse-stretched by an stretching element is considered to be suitably available in fields such as spectroscopic measurement.
  • Broadband pulsed light is extended in wavelength range but remains narrow in pulse width (time width).
  • the pulse width can also be extended by utilizing the group delay in a transmission element such as a fiber. At this time, if an element having an appropriate wavelength dispersion characteristic is selected, the pulse can be extended in a state where the time (elapsed time) in the pulse and the wavelength have a one-to-one correspondence.
  • the correspondence between time and wavelength in the wideband extended pulsed light pulse-extended in this way can be effectively used for spectroscopic measurement.
  • the temporal change in light intensity detected by the receiver corresponds to the light intensity of each wavelength, that is, the spectrum. Therefore, the temporal change of the output signal of the receiver can be converted into a spectrum, and spectroscopic measurement can be performed without using a special dispersion element such as a diffraction grating. That is, the spectral characteristics (for example, spectral transmittance) of the object can be known by irradiating the object with broadband extended pulse light, receiving the light from the object with a receiver, and measuring the temporal change thereof. You will be able to do it.
  • FIG. 15 is a diagram conceptually showing a problem in SC light generation.
  • SC light generates light of a new wavelength by nonlinear optical effects such as self-phase modulation, four-light wave mixing, and Raman scattering that occur when ultrashort pulsed light is incident on a nonlinear optical element. It is a technology to generate light with a wide band. Many SC light sources currently on the market use ultrashort pulsed light of picoseconds to nanoseconds.
  • the original ultrashort pulsed light (sometimes called seed light or seeder light, hereinafter referred to as seed light) is centered on the oscillation wavelength ⁇ s.
  • seed light sometimes called seed light or seeder light, hereinafter referred to as seed light
  • the band is widened as shown in FIG. 15 (2).
  • the wavelength width (half width) that is half the intensity of the oscillation wavelength (peak wavelength) ⁇ s is defined as the oscillation wavelength region, and is shown by Rh in FIG. 15 (1).
  • the variation in the intensity in the spectrum of the SC light greatly affects the dynamic range in the measurement. That is, if the ripple of the seed light remains strong, the light is captured by the receiver with a correspondingly wider dynamic range and spectroscopic measurement is performed. In this case, due to the finite number of bits in the data processing, the intensity resolution in the measurement is lowered by the wide dynamic range. The decrease in intensity resolution causes a fundamental problem that the analysis accuracy is significantly reduced or the analysis cannot be performed in the analysis for discerning a slight difference in measured values as seen in the material analysis in the near infrared region.
  • the invention of this application has been made to solve the above-mentioned problems of a broadband pulse light source that emits SC light, and solves the problem of SC light in which light in the wavelength range of seed light remains with high intensity. It is an object of the present invention to provide a wideband pulse light source device having a solution and excellent performance, and to develop an applied technology by using such a light source device.
  • the broadband pulse light source device includes a pulsed laser source, a non-linear element that causes a non-linear effect on the light from the pulse laser source to emit supercontinuum light, and a non-linear element. It is characterized by being provided with an attenuating means for attenuating the light of the oscillation wavelength of the pulse laser source contained in the supercontinuum light emitted from the light source. Further, in order to solve the above problems, the wideband pulse light source device extends the pulse width of the supercontinuum light emitted from the non-linear element so that the relationship between the wavelength of the light in the pulse and the time is 1: 1. It may include an extension element.
  • the attenuation means may be a notch filter. Further, in order to solve the above problems, the attenuation means may be a volume type Bragg diffraction grating filter. Further, in order to solve the above problems, the attenuation means may be a dichroic mirror, and the oscillation wavelength of the pulse laser source may be within the divided wavelength range of the dichroic mirror. Further, in order to solve the above problems, in the wideband pulse light source device, the damping means is the first and second dichroic mirrors, the oscillation wavelength of the pulse laser source is within the divided wavelength range of these dichroic mirrors, and the second dichroic mirror.
  • the broadband pulse light source device is provided with a divider that spatially divides the supercontinium light emitted from the non-linear element into light in each wavelength region, and the attenuating means is the divider.
  • the divider may be an array waveguide diffraction grating.
  • the attenuation means uses the supercontinuum light emitted from the nonlinear element in each wavelength range while the light having the oscillation wavelength of the pulse laser source is attenuated. It can be an array waveguide grating that spatially divides into. Further, in order to solve the above problems, the oscillation wavelength of the pulse laser source may be within the boundary wavelength region in the emission side waveguide of the array waveguide diffraction grating. Further, in order to solve the above problems, in the broadband pulse light source device, the attenuation means is a dichroic mirror, the oscillation wavelength of the pulse laser source is within the divided wavelength range of the dichroic mirror, and the extension element is reflected by the dichroic mirror.
  • the first extension element and the second extension element may be fibers having different lengths or dispersion characteristics.
  • the damping means is a dichroic mirror, the oscillation wavelength of the pulse laser source is within the divided wavelength range of the dichroic mirror, and the dichroic mirror is on the emission side of the extension element. It can have a configuration that is located in.
  • the broadband pulse light source device is provided with a divider that spatially divides the supercontinium light emitted from the non-linear element into light in each wavelength region, and the attenuating means is the divider.
  • the attenuating means is the divider.
  • the filter that attenuates the light of the oscillation wavelength of the pulse laser among the light of each wavelength range divided by
  • the extension element is a plurality of fibers arranged in parallel on the exit side of the divider, and each fiber is divided. It is possible to have a configuration in which the light in each wavelength range is incident and the length or dispersion characteristics are different depending on the wavelength range of the incident light.
  • the broadband pulse light source device emits the supercontinium light in a state where the light of the oscillation wavelength of the pulse laser source is attenuated among the supercontinium light emitted from the nonlinear element by the attenuation means.
  • It is an array waveguide grating that spatially divides into light in each wavelength range
  • the extension element is a fiber connected to each emission side waveguide of the array waveguide grating, and each fiber is the wavelength of the incident light. It may have a configuration in which the length or dispersion characteristics differ depending on the region.
  • the spectroscopic measuring apparatus includes a receiver that receives light from an object irradiated with broadband pulse light from the broadband pulse light source device, and a receiver. It is equipped with an arithmetic means for converting an output signal into a spectrum. Further, in order to solve the above problems, the spectroscopic measuring device according to the invention of the present application receives light from the wide band pulse light source device and an object irradiated with the wide band pulse light from the wide band pulse light source device.
  • the attenuation means is a dichroic mirror
  • the oscillation wavelength of the pulsed laser source is within the divided wavelength range of this dichroic mirror
  • the receiver A first receiver in which the light reflected by the dichroic mirror is incident and a second receiver in which the light transmitted through the dichroic mirror is incident are provided.
  • the spectroscopic measurement method according to the invention of the present application includes a light-receiving step of receiving light from an object irradiated with wide-band pulse light from the wide-band pulse light source device, and a light receiving step.
  • the spectroscopic measurement method includes a light receiving step of receiving light from an object irradiated with wideband pulsed light from the wideband pulse light source device and a light receiving step. It is equipped with a conversion step that converts the output signal from the device into a spectrum by a calculation means, the attenuation means is a dichroic mirror, and the oscillation wavelength of the pulse laser source is within the divided wavelength range of this dichroic mirror, and as a receiver.
  • a first receiver in which the light reflected by the dichroic mirror is incident and a second receiver in which the light transmitted through the dichroic mirror is incident are provided, and the light receiving step is a step of receiving light by the first and second receivers.
  • the conversion step is a step of converting the output signal from each of the first and second receivers into a spectrum by a calculation means.
  • the spectroscopic analysis method according to the invention of the present application includes a light-receiving step of receiving light from an object irradiated with wide-band pulse light from the wide-band pulse light source device, and a light receiving step.
  • the light having the oscillation wavelength of the pulse laser source is attenuated by the attenuating means, so that the spectrum has a flatter intensity distribution. Therefore, a wideband pulse light source device that is suitably used for applications that require SC light having a more uniform intensity over a wide band is provided. Further, when the damping means is a notch filter, the above effect can be obtained at low cost by a simple configuration. Further, when the attenuation means is a volume type Bragg diffraction grating filter, it is easy to realize selective attenuation in a narrower band, so that only the light having the oscillation wavelength of the pulse laser source can be removed with high accuracy.
  • the SC light is wavelength-divided and selectively attenuated, so that the SC light can be irradiated by utilizing the division.
  • the pulse width is widened in a state where the elapsed time in the pulse and the wavelength of the light have a one-to-one correspondence, so that SC light that is easier to handle is emitted.
  • it is equipped with a divider, and in a configuration in which the light of the oscillation wavelength of the pulse laser divided by the divider is attenuated by a filter, the light in each divided wavelength range is transmitted by fibers having different lengths or dispersion characteristics.
  • the pulse extension can be easily optimized. Further, if the array waveguide diffraction grating is provided as an attenuation means and has a function of performing selective attenuation, the cost is reduced by reducing the number of parts and the structure is simplified. At this time, in the configuration in which the oscillation wavelength of the pulsed laser source is within the boundary wavelength region in the exit side waveguide of the array waveguide, the effect that no new loss occurs in the array waveguide diffraction grating due to attenuation can be obtained. ..
  • spectroscopic measurement is performed using the broadband pulse light source device in which the elapsed time in the pulse and the wavelength of light are pulse-extended so as to be one-to-one, a time such as a sweep of a diffraction grating is performed. It is not necessary to perform operations that require a high-speed spectroscopic measurement.
  • the light of the oscillation wavelength of the pulse laser source is selectively attenuated and the spectral measurement can be performed by irradiating the broadband light having a uniform spectral intensity, the measurement result can be obtained without greatly expanding the dynamic range. Therefore, a spectroscopic measuring device and a spectroscopic measuring method having high intensity resolution are provided.
  • a dichroic mirror as an attenuation means
  • appropriate light reception is performed according to the wavelength range.
  • the instrument can be selected and used, and spectroscopic measurements can be optimized in this regard. Then, in the spectroscopic analysis in which the result of the spectroscopic measurement is compared with the standard value, if the width of the spectral intensity is 3 dB or less, the problem that a slight difference in the spectrum cannot be captured and the measurement becomes impossible is sufficiently avoided.
  • FIG. 1 is a schematic view of the broadband pulse light source device of the first embodiment.
  • This broadband pulse light source device is a device that emits SC light. As shown in FIG. 1, this device selectively selects the pulse laser source 1, the non-linear element 2 arranged at the position where the light from the pulse laser source 1 is incident, and the SC light emitted from the non-linear element 2. It is equipped with a damping means for damping.
  • an ultrashort pulse laser source is preferably used, and a gain switch laser, a microchip laser, a fiber laser, or the like is used.
  • a fiber laser having an oscillation wavelength of 1064 nm and a pulse width of several picoseconds to several nanoseconds can be used as the pulse laser source 1.
  • Fiber is often used as the nonlinear element 2.
  • a photonic crystal fiber or other non-linear fiber can be used as the non-linear element 2.
  • the fiber mode is often a single mode, but it can be used as the non-linear element 2 as long as it exhibits sufficient non-linearity even in the multi-mode.
  • a wideband pulse light source device provided for use in spectroscopic measurement in the 900 to 1300 nm range is assumed as described later. Therefore, the widebanded SC light by the nonlinear element 2 is widened in the range of 900 to 1300 nm.
  • a continuous spectrum can be called “supercontinium”, but for example, if it is continuous over 30 nm, it is SC light. It can be considered as SC light if it has a continuous spectrum over 50 nm or more, or it can be regarded as SC light if it has a continuous spectrum over 100 nm or more.
  • the broadband pulse light source device of this embodiment is a device that emits light having a continuous spectrum over at least 50 nm in any of the ranges of 900 to 1300 nm.
  • the attenuation means that characterizes the wideband pulse light source device of the embodiment is a means for attenuating the light in the wavelength range of the seed light, that is, the oscillation wavelength of the pulse laser source 1.
  • the notch filter 31 is used in this embodiment.
  • the damping means in the first embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a schematic view of the damping means in the first embodiment.
  • FIG. 2 (1) is a schematic view showing the spectrum of SC light emitted in the first embodiment
  • FIG. 2 (2) is a schematic view of the spectral transmission characteristics of the notch filter used as the attenuation means. It is a figure shown in.
  • the notch filter 31 as the attenuation means selectively attenuates the light having the oscillation wavelength of the pulse laser source 1.
  • the oscillation wavelength region Rh of the pulsed laser source 1 is defined as, for example, a wavelength region having a half width with respect to the peak wavelength (oscillation wavelength) ⁇ s.
  • the wavelength having the lowest transmittance (hereinafter referred to as the bottom wavelength) coincides with the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1.
  • the bottom wavelength coincides with the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1.
  • the bottom wavelength is within the range of the oscillation wavelength region Rh of the pulse laser source 1.
  • the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1 is attenuated. If it is within the wavelength range, the effect is sufficient and feasible.
  • How much the notch filter 31 attenuates the light is how strong the ripple of the light of the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 is. according to. For example, if the intensity is about twice that of light of other wavelengths, the transmittance of the bottom wavelength is about 50%, and the characteristic is that the light is selectively attenuated by about 50%.
  • FIG. 2 (3) schematically shows the spectrum of SC light after passing through the notch filter 31 as an attenuation means.
  • the spectrum of SC light after passing through the notch filter has a flatter spectrum waveform without ripples derived from seed light. Therefore, a wideband pulse light source device that is suitably used for applications that require SC light having a more uniform intensity over a wide band is provided.
  • the notch filter 31 is used as the damping means, the configuration is simple and the above effect can be obtained at low cost.
  • the intensity does not have to be reduced in all of the oscillation wavelength range Rh of the pulse laser source 1. It is sufficient that the intensity is lowered at least at the oscillation wavelength ⁇ s.
  • the notch filter 31 as described above is often a filter element formed of a dielectric multilayer film.
  • a volume Bragg diffraction grating filter can be used as the attenuation means.
  • a volumetric Bragg diffraction grating (hereinafter referred to as a VBG filter) is a filter in which a fine region in which the refractive index changes periodically is built in an optical element. By making the period of change in the refractive index satisfy the Bragg condition, light of the wavelength can be selectively diffracted.
  • the VBG filter may be described as a volume Bragg diffraction grating, a volume type Bragg grating, a volume Bragg grating, or the like in Japanese. It is also called a volumetric holographic diffraction grating because it uses holographic technology to obtain a periodic refractive index changing structure and it is considered that the changing structure corresponds to a hologram.
  • VBG filters There are two types of such VBG filters, a transmission type and a reflection type, both of which can be used as an attenuation means in the embodiment. Further, as the VBG filter, a chirp type (chirp VBG filter) in which the period of low refractive index / high refractive index is gradually changed is also known. The chirp type can also be used as a damping means in the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing each type of VBG filter that can be used as these attenuation means.
  • FIG. 3 (1) shows an example of using a transmissive VBG filter 351.
  • VBG filter 351 In the transmission type VBG filter 351, only light having a specific wavelength ⁇ c is refracted in a specific direction according to the period of change in the refractive index, and light having other wavelengths is transmitted as it is. Therefore, by selecting the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1 as ⁇ c, it can be suitably used as an attenuation means.
  • FIG. 3 (2) shows an example of using a reflective VBG filter 352. In the case of the reflection type, only light having a specific wavelength ⁇ c is reflected in a specific direction according to the period of change in the refractive index, and light having other wavelengths is transmitted as it is.
  • FIGS. 3 (3) and 3 (4) show an example of using the chirp VBG filters 353 and 354.
  • FIG. 3 (3) is a transmissive type
  • FIG. 3 (4) is a reflective type.
  • the chirp VBG filters 353 and 354 since the period of change in the refractive index is further changed periodically, light in the wavelength range corresponding to the changing range is selectively extracted. That is, in the transmission type chirp VBG filter 353 of FIG. 3 (3), only light having a certain wavelength width ( ⁇ c1 to ⁇ c2) is refracted and extracted.
  • the reflection type chirp VBG filter 354 of FIG. 3 (4) only the light of ⁇ c1 to ⁇ c2 is reflected and taken out.
  • light other than ⁇ c and ⁇ c1 to ⁇ c2 selectively refracted or reflected and extracted travels along the original optical path (main optical path).
  • the light of ⁇ c, ⁇ c1 to ⁇ c2 travels along the optical path deviated from the main optical path, but in many cases, a beam damper or the like is arranged here to perform termination processing to absorb the light. However, if there is no particular problem, it may be left as it is without being actively absorbed.
  • the VBG filters 351 to 354 are often arranged so that the light is obliquely incident in order to prevent the return light, and are often in an oblique posture with respect to the main optical path.
  • Such VBG filters 351 to 354 are suitable in this respect because the attenuation wavelength range can be narrowed as compared with the notch filter made of a dielectric multilayer film.
  • the attenuation wavelength range may be slightly wider than the half width of the ripple (peak derived from the seed light) in SC light. In this case, it should be attenuated. It is possible to attenuate light of a wavelength other than that.
  • the VBG filter has an advantage that it is easy to realize selective attenuation in a narrow band of about half width of ripple, and only ripple can be removed with high accuracy.
  • VBG filters 351 and 352 may be used for purposes such as laser wavelength stabilization, and selective attenuation is possible particularly in a narrow band. Therefore, when the half width of the ripple in SC light is particularly narrow, ordinary VBG filters 351 and 352 are preferably used. When the half width of the ripple is not so narrow, but narrower than the attenuation wavelength range of the notch filter made of a dielectric multilayer film, the chirp VBG filter 353, 354 is preferably used.
  • VBG filters 353 and 354 are preferably used. If it is 2 nm or less (or less than 2 nm), ordinary VBG filters 351 and 352 are preferably used.
  • VBG filters 351 and 352 and chirp VBG filters 353 and 354 can be obtained from, for example, OptiGrate (OptiGrate Corp, 562 South Econ Circle Oviedo, Florida 32765-4311) in the United States, and specify the wavelength to be extracted. It is also possible to make a special order by specifying the wavelength band. Further, the VBG filter may be described as a Bragggrate-Notch Filter, and may be regarded as a kind of notch filter.
  • FIG. 4 is a schematic view of the broadband pulse light source device of the second embodiment.
  • the dichroic mirror 32 is used as the damping means.
  • FIG. 5 is a schematic view of the damping means in the second embodiment.
  • FIG. 5 (1) is a schematic diagram showing the spectrum of the emitted SC light in the same manner
  • FIG. 5 (2) is a diagram schematically showing the spectral reflection / transmission characteristics of the dichroic mirror used as the attenuation means. Is.
  • the solid line shows the spectral reflection characteristic and the broken line shows the spectral transmission characteristic.
  • a dichroic mirror is an optical element that divides light at a divided wavelength, transmits light in a wavelength region on one side, and reflects light in a wavelength region on the other side.
  • the transition between transmission and reflection extends over a certain wavelength range, and hereinafter, this is referred to as a divided wavelength range.
  • the overlapping portion of the wavelength region where the transmittance is 80% or less with respect to the peak (maximum value) and the wavelength region where the reflectance is 80% or less with respect to the peak is referred to as a "divided wavelength region”.
  • the oscillation wavelength of the pulsed laser source 1 is within the divided wavelength region.
  • the wavelength at which the transmittance and the reflectance intersect (the wavelength at which the transmittance and the reflectance are equal) is particularly referred to as a divided wavelength.
  • the split wavelength is usually in the middle of the split wavelength range.
  • the wave combine element 33 on which the light separated by the dichroic mirror 32 is superposed is provided.
  • the combiner element 33 is a dichroic mirror in this example.
  • the combiner element 33 is a dichroic mirror that reflects light having a wavelength longer than the divided wavelength region and transmits light having a wavelength shorter than the divided wavelength region.
  • the divided wavelength region here is substantially the same as the divided wavelength region in the dichroic mirror 32.
  • FIG. 5 (3) shows the spectrum of SC light after being superposed by the combiner element 33.
  • the spectral reflection / transmission characteristics of the dichroic mirror 32 as the attenuation means are appropriately selected so that the spectral intensity of the emitted SC light becomes flat.
  • the attenuation there is also taken into consideration since the dichroic mirror is also used as the combiner element 33, the attenuation there is also taken into consideration.
  • the spectral reflection / transmission characteristics of the dichroic mirror 32 as the attenuation means are, for example, both transmission and reflection at the divided wavelength. It is said to be about 50%.
  • the dichroic mirror 32 As the combiner element 33 reflects and transmits at the divided wavelengths at about 50%.
  • the oscillation wavelength ⁇ s of the Hals laser source 1 is equal to the division wavelength
  • the light having the oscillation wavelength ⁇ s is finally attenuated to about 50%. Therefore, the spectrum of the emitted SC light has a flat intensity distribution as a whole as shown in FIG. 5 (3).
  • the two dichroic mirrors 32 and 33 are the damping means.
  • the SC light is wavelength-divided and selectively attenuated, so that the SC light can be irradiated by utilizing the division.
  • the configuration is convenient when it is desired to irradiate an object with light by dividing it into two wavelength ranges, or when it is desired to irradiate light in different states in different wavelength ranges.
  • the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1 does not have to match the division wavelength, and if it is within the division wavelength range, a sufficient effect can be obtained. It should be noted that defining the divided wavelength region as 70% or less instead of 80% or less is preferable because there is a high possibility of attenuation, and 60% or less is more preferable.
  • FIG. 6 is a schematic view of the wideband pulse light source device of the third embodiment
  • FIG. 7 is a schematic view of the wideband pulse light source device of the fourth embodiment.
  • these wideband pulse light source devices include an extension element 4 that extends the pulse width of the supercontinuum light emitted from the nonlinear element 2.
  • the third embodiment shown in FIG. 6 is an embodiment in which the extension element 4 is added in the first embodiment
  • the fourth embodiment shown in FIG. 7 is an embodiment in which the extension element 4 is added in the second embodiment. This is the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic view showing pulse elongation.
  • the generated SC light has a wide wavelength band, but the pulse width remains an ultrashort pulse on the order of femtoseconds or picoseconds. Since it is difficult to use it as it is depending on the application, pulse extension is performed.
  • the extension element 4 a configuration using a fiber having a specific group delay characteristic such as a dispersion compensation fiber (DCF) can be adopted. For example, when SC light L1 having a continuous spectrum in a certain wavelength range is passed through a group delay fiber 41 having a positive dispersion characteristic in the wavelength range, the pulse width is effectively extended. That is, as shown in FIG.
  • DCF dispersion compensation fiber
  • the SC light L1 in the SC light L1, although it is an ultra-short pulse, the light having the longest wavelength ⁇ 1 exists at the beginning of one pulse, and the light having a gradually shorter wavelength exists as time passes. However, at the end of the pulse, there is light with the shortest wavelength ⁇ n .
  • the light with a shorter wavelength propagates later in the normally dispersed group delay fiber 41, so that the time difference within one pulse is increased and the fiber 41 is emitted.
  • the short wavelength light will be further delayed compared to the long wavelength light.
  • the emitted SC light L2 becomes light whose pulse width is extended while the uniqueness of time vs. wavelength is ensured. That is, as shown on the lower side of FIG. 8, the times t 1 to t n are pulse-extended in a state of having a one-to-one correspondence with the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ n .
  • an anomalous dispersion fiber as the fiber 41 for pulse extension.
  • the fiber 41 for pulse extension.
  • the light on the long wavelength side that existed at the beginning of the pulse is delayed, and the light on the short wavelength side that existed at a later time is dispersed in a state of advancing, so that the time within one pulse The target relationship is reversed, and the light on the short wavelength side exists at the beginning of one pulse, and the pulse is extended in a state where the light on the longer wavelength side exists with the passage of time.
  • normal dispersion is preferable in this respect.
  • wideband pulsed light having a wide range not only in the wavelength band but also in the pulse width is emitted, and thus it is used for various purposes. Can be done.
  • a wider band pulsed light that is easier to handle is emitted.
  • FIG. 9 is a schematic view of the broadband pulse light source device of the fifth embodiment.
  • the broadband pulse light source device of the fifth embodiment is also a device including the extension element 4.
  • a divider that spatially divides the SC light emitted from the nonlinear element 2 into light in each wavelength range is provided.
  • an Array Waveguide Grating (AWG) 51 is used in this embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic view of the array waveguide diffraction grating used in the fifth embodiment.
  • the array waveguide diffraction grating 51 is configured by forming each functional waveguide 512 to 516 on the substrate 511.
  • Each functional waveguide includes a large number of grating waveguides 512 having slightly different optical path lengths, slab waveguides 513 and 514 connected to both ends (incident side and exit side) of the grating waveguide 512, and an incident side slab waveguide.
  • the slab waveguides 513 and 514 are free spaces, and the light incident through the incident side waveguide 515 spreads in the incident side slab waveguide 513 and is incident on each grating waveguide 512. Since the lengths of the grating waveguides 512 are slightly different, the light reaching the end of each grating waveguide 512 is out of phase (shifted) by this difference. Light is diffracted and emitted from each grating waveguide 512, but the diffracted light passes through the exit side slab waveguide 514 while interfering with each other and reaches the incident end of the exit side waveguide 516. At this time, due to interference and phase shift, particularly strong light appears at the incident end of the exit side waveguide 516 at a position corresponding to the wavelength. That is, light having different wavelengths is sequentially incident on each emission end waveguide 516, and the light is spatially dispersed. Then, each exit side waveguide 516 is formed so that each incident end is located at such a spectroscopic position.
  • Such an array waveguide diffraction grating 51 can be manufactured, for example, by surface-treating a substrate 511 made of silicon. Specifically, a clad layer (SiO 2 layer) is formed on the surface of a silicon substrate 511 by a flame deposition method, and a SiO 2- GeO 2 layer for a core is similarly formed by a flame deposition method, and then photolithography is performed. It is produced by patterning two layers of SiO 2- GeO to form each waveguide 512 to 516.
  • the line width of each grating waveguide 512 may be, for example, about 5 to 6 ⁇ m.
  • the number of emission side waveguides 516 to be formed depends on the wavelength width of the broadband pulsed light, but when used for light having a continuous spectrum over a wavelength width of, for example, about 900 to 1700 nm, the number of emission side waveguides 516 is formed. Is about 10 to 100, and the light is divided into different wavelengths of 3 to 60 nm and emitted.
  • the fiber 42 is used as the extension element 4.
  • a plurality of fibers 42 are provided as the extension elements 4, and are connected to each emission side waveguide 516 of the array waveguide diffraction grating 51.
  • the fibers 42 may be of the same material (same material and structure) and have the same length, but different fibers may be used, or the same fiber may be used with different lengths. Then it is suitable.
  • the fiber 42 transmits light in each wavelength range divided by the divider, and pulse extension is performed at that time. Therefore, a pulse is obtained by using a fiber having characteristics and length corresponding to the wavelength range. Elongation can be optimized. Since the pulse elongation utilizes the group velocity dispersion in the fiber as described above, the characteristic here is the dispersion characteristic.
  • the length of the same fiber it is preferable to change the length of the same fiber according to the wavelength range. Since the amount of group delay in the fiber depends on the length of the fiber, by using a fiber of an appropriate length according to the wavelength range, the group delay in each wavelength range can be adjusted appropriately to achieve optimum pulse elongation. Can be achieved. For example, even when a fiber having normal dispersion characteristics is used within a certain wavelength range, the absolute value of the dispersion value (negative value) differs depending on the wavelength, so that the light when the fiber is emitted (light after pulse extension) The time-to-wavelength slope ( ⁇ / ⁇ t in FIG. 8) is not uniform. In this case, ⁇ / ⁇ t can be made more uniform by appropriately selecting the length of each fiber 42 in the above configuration. In addition to changing the length of the fiber 42, fibers having different dispersion characteristics may be used. That is, it is preferable to connect and use the fiber 42 having appropriate dispersion characteristics according to the wavelength of the light emitted from each emission side waveguide
  • the combiner element 52 is provided on the exit side of the plurality of fibers 42 as the extension element 4.
  • the combiner element 52 is an element that superimposes the light emitted from each fiber 42 to form a single luminous flux and emits the light from the device.
  • a fan-in / fan-out device is preferably used as the combiner 52.
  • a fiber melting type, a spatial type, or the like is known, but any of them may be used.
  • the attenuating means serves as a means for selectively attenuating the light having the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 among the emitted light of the array waveguide diffraction grating 51 as a divider.
  • the fiber 42 corresponding to the emission-side waveguide 516 that emits light having the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 A dimming filter 34 is provided between the two.
  • the dimming filter 34 may be an ND filter, or may be a notch filter or a VBG filter that selectively attenuates light having an oscillation wavelength of the pulsed laser source 1.
  • the dimming filter 34 may be provided between the fiber 42 that transmits light of the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 and the combiner 52.
  • FIG. 11 is a schematic view showing an example in which an array waveguide diffraction grating constitutes an attenuation means.
  • the array waveguide diffraction grating itself constitutes the attenuation means, but one of the preferred examples is that the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 is one in the exit side slab waveguide of the array waveguide diffraction grating.
  • the boundary wavelength region is a region in which the bond strength is, for example, 80% or less of the peak.
  • the diffracted light is strongly generated at different positions sequentially depending on the wavelength in the exit side slab waveguide 514 due to the phase difference and interference. Utilizing the fact that it appears, the incident ends of the emitting side waveguide 516 are arranged at the positions where they become stronger.
  • the intensity of light in the light emitting side waveguide 516 is referred to as a coupling intensity.
  • the strength of the coupling strength of the diffracted light of which wavelength at which position is determined by the design of the optical path length difference of each grating waveguide 512, the design of the exit side slab waveguide 514, and the like.
  • the light of ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ... ⁇ n has a high bond strength at each position.
  • the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 is set to be within the boundary wavelength region of any of the wavelengths of ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ... ⁇ n .
  • the SC light is spatially divided into wavelengths in a state where the light having the oscillation wavelength is effectively attenuated.
  • ⁇ at ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ... ⁇ n corresponds to the wavelength resolution of the array waveguide diffraction grating 51, but the boundary wavelength region is slightly narrower than the width of ⁇ .
  • the central wavelength of one boundary wavelength region is matched with the oscillation wavelength ⁇ s of the pulsed laser source 1.
  • the oscillation wavelength ⁇ s of the pulse laser source 1 is in the center of the boundary wavelength region, but if it is within the boundary wavelength region, the effect can be obtained. It should be noted that defining the boundary wavelength region as 60% or less instead of 80% or less is preferable because it causes more attenuation, and 40% or less is more preferable.
  • the oscillation wavelength of the pulsed laser source 1 is set within one wavelength region of each wavelength region divided by the array waveguide diffraction grating 51, and the waveguide in the wavelength region (for example, A portion for attenuating light may be provided in the corresponding grating waveguide 512).
  • the waveguide in the wavelength region for example, A portion for attenuating light may be provided in the corresponding grating waveguide 512.
  • one of the wavelength regions after division by the array waveguide diffraction grating 51 is attenuated as a whole, so that a new loss occurs. Since there is no new loss in the configuration in which the oscillation wavelength of the pulsed laser source 1 is within one boundary wavelength region, it is preferable in that respect.
  • the fiber 42 is connected to each emission side waveguide 516 as a component of the extension element 4, and pulse extension is performed so that the time to wavelength correspond to 1: 1.
  • the characteristics and / or length of each fiber 42 are appropriately adjusted according to the wavelength range to be transmitted, and the pulse elongation is optimized.
  • FIG. 12 is a schematic view of the spectroscopic measuring apparatus of the first embodiment.
  • the spectroscopic measurement apparatus shown in FIG. 12 is from a broadband pulse light source device 10, an irradiation optical system 100 that irradiates an object S with broadband pulse light emitted from the broadband pulse light source device 10, and an object S irradiated with light. It includes a light receiver 6 arranged at a position where light is incident, and a calculation means 7 for calculating the spectral spectrum of the object S according to the output from the light receiver 6.
  • the wideband pulse light source device (hereinafter, simply referred to as a light source device) 10, the device of the fourth embodiment provided with the extension element 4 is adopted, but the device of the third embodiment and the fifth embodiment It may be.
  • the irradiation optical system 100 includes a beam expander 101 in this embodiment.
  • the light from the light source device 10 is a time-extended wideband pulsed light, it is a light from the pulsed laser source 1, considering that the beam diameter is small.
  • a scanning mechanism such as a galvano mirror may be provided to cover a wide irradiation area by beam scanning.
  • the light receiver 6 one that converts the intensity of the received light into an electric signal and outputs the signal is adopted, and specifically, a photodetector such as a photodiode having sensitivity in the measurement wavelength range is used. .. In this embodiment, it is assumed that the absorption spectrum of the object S is measured, and therefore the receiver 6 is provided at a position where the transmitted light from the object S is incident.
  • a transparent receiving plate 8 is provided for arranging the object S.
  • the irradiation optical system 100 is adapted to irradiate light from above, and the receiver 6 is arranged below the receiving plate 8.
  • the calculation means 7 a general-purpose personal computer is used in this embodiment.
  • An AD converter 61 is provided between the light receiver 6 and the calculation means 7, and the output of the receiver 6 is input to the calculation means 7 via the AD converter 61.
  • the arithmetic means 7 includes a processor 71 and a storage unit (hard disk, memory, etc.) 72.
  • a measurement program 73 that converts an output signal from the receiver 6 into a spectrum and other necessary programs are installed in the storage unit 72.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a main part of an example of the measurement program 73 included in the spectroscopic measuring device.
  • the example of FIG. 13 is an example in which the measurement program 73 measures the absorption spectrum (spectral absorption rate).
  • Reference spectrum data is used in the calculation of the absorption spectrum.
  • the reference spectrum data is a value for each wavelength that serves as a reference for calculating the absorption spectrum.
  • the reference spectrum data is acquired by causing the light from the light source device 10 to enter the light receiver 6 without passing through the object S. That is, the light is directly incident on the light receiver 6 without passing through the object S, the output of the light receiver 6 is input to the calculation means 7 via the AD converter 61, and the value for each time resolution ⁇ t is acquired.
  • Each value is stored as a reference intensity at each time t 1 , t 2 , t 3 , ... For each ⁇ t (V 1 , V 2 , V 3 , ).
  • the time resolution ⁇ t is an amount determined by the response speed (signal payout cycle) of the receiver 6, and means a time interval for outputting a signal.
  • the reference intensities V 1 , V 2 , V 3 , ... at each time t 1 , t 2 , t 3 , ... are the intensities of the corresponding wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ... (Spectrum).
  • the relationship between the time t 1 , t 2 , t 3 , ... In one pulse and the wavelength has been investigated in advance, and the values V 1 , V 2 , V 3 , ... at each time are ⁇ 1 , respectively. It is treated as a value of ⁇ 2 , ⁇ 3 , ...
  • the output from the receiver 6 passes through the AD converter 61 and similarly, the values at each time t 1 , t 2 , t 3 , ... ( It is stored in the memory as (measured value) (v 1 , v 2 , v 3 , ). Each measured value is compared with the reference spectrum data (v 1 / V 1 , v 2 / V 2 , v 3 / V 3 , 7) And the result is the absorption spectrum (strictly, the logarithm of the reciprocal). Each value taken).
  • the measurement program 73 is programmed to perform the above arithmetic processing.
  • the light source device 10 When spectroscopic measurement is performed using the spectroscopic measurement device of the embodiment, the light source device 10 is operated in a state where the object S is not arranged, and the light that does not pass through the object S is directly incident on the light receiver 6 to be directly incident on the light receiver 6.
  • the reference spectrum data is acquired in advance by processing the output signal from.
  • the object S is arranged on the receiving plate 6, and the light source device 10 is operated again.
  • the light transmitted through the object S is incident on the receiver 6, the output signal from the receiver 6 is input to the arithmetic means 7 via the AD converter 61, and the spectrum is acquired by the measurement program 73.
  • the absorption spectrum was measured using the transmitted light from the object S, but the reflection spectrum (spectral reflectance) using the reflected light from the object S was measured and the internally scattered light of the object S was measured.
  • spectral characteristics such as are measured. That is, the light from the object S can be transmitted light, reflected light, scattered light, or the like from the object S irradiated with light.
  • the pulse width of the broadband pulsed light from the pulse light source 1 is extended so that the relationship between the elapsed time in one pulse and the wavelength becomes 1: 1. Since the object S is irradiated and spectroscopically measured, a time-consuming operation such as sweeping the diffraction grating is unnecessary, and high-speed spectroscopic measurement can be performed. In particular, since the light of the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 is selectively attenuated and the spectral measurement can be performed by irradiating the broadband light having a uniform spectral intensity, the measurement result can be obtained without greatly expanding the dynamic range. .. Therefore, a spectroscopic measuring device having high intensity resolution is provided.
  • Near-infrared spectroscopic analysis can be mentioned as a more specific example of the above-mentioned spectroscopic measurement method.
  • Near-infrared spectroscopic analysis is a technique for quantifying materials from a slight difference in absorption spectrum. Since various factors influence each other and there are many variables in the absorption of light in the near infrared region, a chemometrics (multivariate analysis) method is often adopted.
  • the intensity resolution decreases due to the limitation of the number of bits in data processing.
  • the intensity resolution is lowered, a slight difference in the absorption spectrum cannot be captured, and analysis becomes impossible.
  • the wideband pulse light source device of the above-described embodiment is used, the dynamic range becomes small, so that a slight difference in absorption spectrum can be captured and quantitative analysis can be performed.
  • the spectroscopic analysis performed by comparing the value obtained by such spectroscopic measurement with the reference value if the width of the spectral intensity of SC light is set to, for example, 3 dB or less, the above-mentioned problem does not occur.
  • 3 dB or less may be 3 dB or less over the entire wavelength range of the light output from the broadband pulse light source device, but even if this is not the case, 3 dB or less is sufficient in the wavelength range used for analysis.
  • a light source device may be used.
  • the width of the spectral intensity may be 3 dB or less in the wavelength range of 900 to 1300 nm, or in the wavelength range of 30 nm or more, 50 nm or more, or 100 nm or more in any of the wavelength ranges of 900 to 1300 nm. It may be 3 dB or less.
  • FIG. 14 is a schematic view of the spectroscopic measuring device of the second embodiment. Similar to the first embodiment, the spectroscopic measurement device of the second embodiment also includes a light source device 10 provided with a dichroic mirror 32 as an attenuation means. The spectroscopic measuring device of the second embodiment is different from the first embodiment in that the object S is not provided with a wave combine element and the object S is irradiated with light in each wavelength range after being divided by the dichroic mirror 32. The point is that the light from the object S irradiated with the light in each wavelength range is received by the separate receivers 601 and 602.
  • the receiving plates 8 are provided on the two optical paths on the exit side of the dichroic mirror 32, respectively, and the receivers 601 and 602 are located at positions on the receiving plate 8 to receive the light transmitted through the object S, respectively.
  • the dichroic mirror 32 has a characteristic of transmitting a wavelength longer than the divided wavelength and reflecting a short wavelength
  • the light on the long wavelength side is received by the first receiver 601 and the light on the short wavelength side is received by the second receiver.
  • the light is received by the vessel 602.
  • a fiber 41 is arranged as an extension element 4 as in the fourth embodiment.
  • the oscillation wavelength of the pulse laser source 11 is within the divided wavelength range of the dichroic mirror 32.
  • the arithmetic means 7 converts the output signal from the first receiver 601 to acquire a spectrum in a wavelength region longer than the divided wavelength, and converts the output signal from the second receiver 602 to be shorter than the divided wavelength. Acquire the spectrum in the wavelength range. Then, with respect to the divided wavelength, the output signals from either of the receivers 601, 602 are converted into a spectrum. For example, similarly, when the seed light has twice the spectral intensity, if the reflectance and transmittance are set to 50%, the light is incident in a state of being dimmed to 50% in any of the receivers 601 and 602. Therefore, the measurement can be performed without being affected by the ripple of the seed light as the whole measurement system.
  • an appropriate receiver can be used according to the wavelength range, and spectroscopic measurement is optimized in this respect. be able to.
  • the above points are closely related to the adoption of the light source device 10 that emits SC light.
  • the light source device 10 which is an SC light source can emit pulsed light in a wider band, but on the other hand, there is a circumstance that it is difficult to cover a wide band with one receiver.
  • an InGaAs diode receiver that employs InGaAs as a light receiving cell can be preferably used.
  • the InGaAs diode receiver does not have sufficient sensitivity in the short wavelength region of less than 900 nm.
  • the receiver having sufficient sensitivity in the wavelength range of less than 900 nm include a Si diode receiver that employs a Si photodiode as a light receiving cell. Therefore, if the InGaAs receiver and the Si diode receiver are used as the first and second receivers 601, 602, it is extremely suitable as a spectroscopic measurement configuration covering a wider wavelength range from the visible to the near infrared region.
  • a CdS receiver or the like can be used in the visible region
  • a PbS receiver, an InSb receiver or the like can be used in the near infrared region.
  • the spectroscopic measurement configuration is such that one object S is sequentially arranged on the receiving plate 8 and spectroscopically arranged in each wavelength range. Measurements are taken and they are integrated into spectroscopic measurement results at all wavelengths.
  • the receiving plate 8 may be used as one and may be switched by a shutter or the like. The branched optical paths are overlapped again with a dichroic mirror or the like, and the receiving plate is placed there. It is switched by the shutter so that the light in each wavelength range is sequentially irradiated to the object on the receiving plate. Then, the light receiver is switched as well as the shutter is switched, and the spectroscopic measurement in each wavelength range is sequentially performed.
  • each fiber 42 connected to the exit side waveguide 516 is divided into two groups according to the wavelength, and each fiber is combined by a combiner element to irradiate the object S. To do.
  • the light from the object S irradiated with the light from the long wavelength side group is received by one receiver, and the light from the object S irradiated with the light from the short wavelength side group is received by the other receiver.
  • Receive light with a receiver It should be noted that there may be cases where the light receiving band is three or more regardless of whether the dichroic mirror 32 is used or the array waveguide diffraction grating 51 or the like is used. That is, there may be a case where three or more receivers are used to perform photoelectric conversion according to the band.
  • the extension element 4 when the extension element 4 is provided, the extension element 4 is arranged on the incident side of the dichroic mirror 32 or the divider. You may. That is, the configuration may be such that the pulse is extended and then the dichroic mirror 32 or the divider is used for division. However, in the case of a configuration in which the pulse is extended after being divided by the dichroic mirror 32 or the divider, the pulse extension configuration according to the wavelength range can be adopted as described above, and the oscillation wavelength of the pulse laser source 1 is sharp. Since the ripple does not enter the extension element 4, it is also suitable for protecting the extension element 4.
  • the selective attenuation of the light having the oscillation wavelength of the pulsed laser source 1 is a problem of the dynamic range in the measurement, it is sufficient that the attenuation is performed at any position on the optical path between the nonlinear element 2 and the receiver 6.
  • an attenuation means may be provided between the object S and the receiver 6.
  • the attenuation means is provided on the optical path in front of the object S.
  • Attenuation by the attenuation means has a broad meaning, and is not a term limited to the case where light is absorbed by a certain element and the intensity becomes weak. Since the purpose is to prevent the dynamic range of the receiver from being widened, part of the light of the oscillation wavelength of the pulsed laser source is reflected or scattered and excluded from the optical path, resulting in the receiver. It also includes the case where the intensity at the time of incident is reduced.
  • the light from the light source device 10 is split into a measurement device and a reference device by a beam splitter or the like, and the light passing through the object S is detected by the receiver 6.
  • a configuration is adopted in which a light receiver for reference is provided so that light is directly incident without passing through the object S. In this configuration, since the reference spectrum data is acquired in real time, there is no need for a separate calibration work, and there is an advantage that the measurement efficiency is high.
  • the wideband pulse light source device may have various uses other than the above-mentioned spectroscopic measurement and spectroscopic analysis.
  • the broadband pulse light source device can be used for the purpose of imaging and observing an object such as OCT (optical coherence tomography) or a fluorescence microscope.
  • the pulse laser source 1 is often an ultrashort pulse laser source, but there is also a case where a pulse laser source having a wider pulse width than the ultrashort pulse laser source is used to generate SC light. A laser source may also be used.
  • Pulse laser source 10 Light source device 2 Non-linear element 31 Notch filter 32 Dichroic mirror 33 Combined element 351 Transmission type VBG filter 352 Reflection type VBG filter 353 Transmission type charp VBG filter 354 Reflection type charp VBG filter 4 Extension element 41 Fiber 42 Fiber 51 Array Waveguide Dichroic Lattice 52 Combined Wave Element 6 Receiver 601 Receiver 602 Receiver 61 AD Converter 7 Computing Means S Object

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Abstract

【課題】　シード光の波長域の光が高い強度で残留するＳＣ光の問題を解決した優れた性能の広帯域パルス光源装置を提供する。 【解決手段】　パルスレーザ源１からの光に非線形素子２により非線形効果が生じてスーパーコンティニウム光が生成され、残留するパルスレーザ源１の発振波長の光がダイクロイックミラー３２による分割の際に減衰する。分割された光はファイバ４１によりパルス伸長され、合波素子３３により合波されて対象物Ｓに照射される。対象物Ｓを透過した光が受光器６により受光され、その出力信号が演算手段７によりスペクトルに変換される。

Description

広帯域パルス光源装置、分光測定装置、分光測定方法及び分光分析方法
　この出願の発明は、広帯域パルス光を出射する光源装置に関するものであり、また広帯域パルス光を利用して分光測定したり対象物を分析したりする装置や方法に関するものである。
　パルス光源の典型的なものは、パルス発振のレーザ（パルスレーザ）である。近年、パルスレーザの波長を広帯域化させる研究が盛んに行われており、その典型が、非線形光学効果を利用したスーパーコンティニウム光（以下、ＳＣ光という。）の生成である。ＳＣ光は、高強度の光が物質と相互作用すると生じる非線形効果を利用したものであり光子密度を高くすることで非線形効果を積極的に発生させることができる。例えば、パルスレーザのようにピークパワーが高い光を、数μmのコア径を持つファイバに集光して入射させることで高効率なＳＣ光生成が可能となり、ファイバであることから光子密度が高い状態で長距離伝搬すると連続的に非線形効果が生じ、より広帯域のＳＣ光を得ることができる。ＳＣ光生成での主な非線形効果は、自己位相変調、相互位相変調、ラマン散乱、四光波混合である。
特開２０１３－２０５３９０号公報
　このようなＳＣ光は、その広い波長帯域のため、種々の用途に好適に利用できると考えられている。即ち、多波長多重通信のような光通信の分野のみならず、材料の波長依存性を調べる材料分析の分野や、ＯＣＴや蛍光顕微鏡のような画像観察の分野等においても、その特性を活かした応用が期待されている。
　特に、ＳＣ光のパルス幅を伸長素子によりパルス伸長した広帯域パルス光（広帯域伸長パルス光）は、分光測定等の分野において好適に利用できると考えられる。広帯域パルス光は、波長域としては伸長されているが、パルス幅（時間幅）としては狭いままである。しかし、ファイバのような伝送素子における群遅延を利用するとパルス幅も伸長することができる。この際、適切な波長分散特性を持つ素子を選択すると、パルス内の時間（経過時間）と波長とが１対１に対応した状態でパルス伸長することができる。
　このようにパルス伸長させた広帯域伸長パルス光における時間と波長との対応関係は、分光測定に効果的に利用することができる。広帯域伸長パルス光をある受光器で受光した場合、受光器が検出した光強度の時間的変化は、各波長の光強度即ちスペクトルに対応している。したがって、受光器の出力信号の時間的変化をスペクトルに変換することができ、回折格子のような特別な分散素子を用いなくても分光測定が可能になる。つまり、広帯域伸長パルス光を対象物に照射してその対象物からの光を受光器で受光してその時間的変化を測定することで、その対象物の分光特性（例えば分光透過率）を知ることができるようになる。
　このように、ＳＣ光は種々の分野で応用が期待されている。しかし、一方で特有の課題も抱えている。その一つが、ＳＣ光の生成の際に使用したパルスレーザ光の強いピークの問題である。以下、この点について、図１５を参照して説明する。図１５は、ＳＣ光生成における課題について概念的に示した図である。
　前述したように、ＳＣ光は、超短パルス光を非線形光学素子に入射させた際に生じる自己位相変調や四光波混合、ラマン散乱等の非線形光学効果により新たな波長の光を生成し、これによって広帯域化させた光を生成する技術である。現在販売されているＳＣ光源は、ピコ秒～ナノ秒の超短パルス光を使用するものが多い。
　図１５（１）に示すように、元の超短パルス光（シード光と呼ばれたり、シーダーと呼ばれたりすることもある。以下、シード光と呼ぶ。）は、発振波長λｓを中心とする非常に狭い帯域の光であるが、非線形ファイバのような非線形素子に通すと、図１５（２）に示すように広帯域化する。この際、広帯域化はするものの、ＳＣ光のスペクトルにはシード光のスペクトルがリップル状に残留することが多い。尚、説明の都合上、発振波長（ピーク波長）λｓの強度の半分になる波長幅（半値幅）を発振波長域とし、図１５（１）にＲｈで示す。
　このようにシード光のスペクトルがリップル状に残留する点は、ＳＣ光の応用分野によっては問題となり得る。ＳＣ光のブロードな帯域の中から特定の波長のみを利用する場合で当該波長がシード光の波長域に含まれていない場合は大きな問題とならない場合が多い。しかし、材料の波長依存性を調べる場合のように各波長についてできるだけ均一な強度の光を照射する必要がある場合、問題となり得る。
　より具体的な一例を示すと、前述したようにＳＣ光をパルス伸長して分光測定に利用する場合、ＳＣ光のスペクトルにおける強度のばらつきは測定におけるダイナミックレンジに大きく影響を与える。即ち、シード光のリップルが強く残っていると、その分だけ広いダイナミックレンジで光を受光器で捉えて分光測定を行うことになる。この場合、データ処理の際のビット数の有限性から、測定における強度分解能はダイナミックレンジが広い分だけ低下する。強度分解能の低下は、近赤外域での材料分析に見られるように僅かな測定値の違いを見極める分析においては著しい分析精度の低下又は分析不能という根本的な問題を招く。
　この出願の発明は、ＳＣ光を出射する広帯域パルス光源の上記のような課題を解決するために為されたものであり、シード光の波長域の光が高い強度で残留するＳＣ光の問題を解決した優れた性能の広帯域パルス光源装置を提供し、またそのような光源装置を使用して応用技術を発展させることを目的としている。
　上記課題を解決するため、この出願の発明に係る広帯域パルス光源装置は、パルスレーザ源と、パルスレーザ源からの光に非線形効果を生じさせてスーパーコンティニウム光を出射する非線形素子と、非線形素子から出射されるスーパーコンティニウム光に含まれるパルスレーザ源の発振波長の光を減衰させる減衰手段とを備えたことを特徴としている。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、非線形素子から出射されるスーパーコンティニウム光のパルス幅をパルス内の光の波長と時間との関係が１対１になるように伸長する伸長素子を備え得る。
　また、上記課題を解決するため、減衰手段はノッチフィルタであり得る。
　また、上記課題を解決するため、減衰手段は体積型ブラッグ回折格子フィルタであり得る。
　また、上記課題を解決するため、減衰手段はダイクロイックミラーであり得るものであり、パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、減衰手段が第一第二のダイクロイックミラーであり、パルスレーザ源の発振波長がこれらダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、第二のダイクロイックミラーは、第一のダイクロイックミラーが分割した光を合わせる合波素子であるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割する分割器を備えており、減衰手段は、分割器が分割した各波長域の光のうちパルスレーザの発振波長の光を減衰させるフィルタであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、分割器はアレイ導波路回折格子であり得る。
　また、上記課題を解決するため、減衰手段は、非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光のうちパルスレーザ源の発振波長の光が減衰された状態で当該スーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割するアレイ導波路回折格子であり得る。
　また、上記課題を解決するため、パルスレーザ源の発振波長は、アレイ導波路回折格子の出射側導波路における境界波長域内にあり得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、減衰手段がダイクロイックミラーであって、パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、伸長素子は、ダイクロイックミラーに反射した光のパルス幅を伸長させる第一の伸長素子と、ダイクロイックミラーを透過した光のパルス幅を伸長させる第二の伸長素子であるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、第一の伸長素子と第二の伸長素子は、長さ又は分散特性が異なるファイバであり得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、減衰手段がダイクロイックミラーであって、パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、このダイクロイックミラーは伸長素子の出射側に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割する分割器を備えており、減衰手段は、分割器が分割した各波長域の光のうちパルスレーザの発振波長の光を減衰させるフィルタであり、伸長素子は、分割器の出射側にパラレルに配置された複数のファイバであり、各ファイバは、分割された各波長域の光が入射するファイバであって、入射する光の波長域に応じて長さ又は分散特性が異なるファイバであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、減衰手段が非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光のうちパルスレーザ源の発振波長の光が減衰された状態で当該スーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割するアレイ導波路回折格子であり、伸長素子はアレイ導波路回折格子の各出射側導波路に接続されたファイバであり、各ファイバは、入射する光の波長域に応じて長さ又は分散特性が異なっているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定装置は、上記広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光する受光器と、受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算手段とを備えている。
　また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定装置は、上記広帯域パルス光源装置と、この広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光する受光器と、受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算手段とを備えており、減衰手段はダイクロイックミラーであって、パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、受光器として、ダイクロイックミラーに反射した光が入射する第一の受光器と、ダイクロイックミラーを透過した光が入射する第二の受光器が設けられている。
　また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定方法は、上記広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する変換ステップとを備えている。
　また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定方法は、上記広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する変換ステップとを備えており、減衰手段はダイクロイックミラーであって、パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、受光器としてダイクロイックミラーに反射した光が入射する第一の受光器とダイクロイックミラーを透過した光が入射する第二の受光器が設けられていて受光ステップは第一第二の受光器で受光するステップであり、変換ステップは、第一第二の各受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換するステップである。
　また、上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光分析方法は、上記広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、受光器からの出力信号を演算手段により処理して標準値と比較することで対象物の分析を行うステップとを備えており、広帯域パルス光源装置から出射されるスーパーコンティニウム光の強度の幅が３ｄＢ以下となっている。
　以下に説明する通り、この出願の発明に係る広帯域パルス光源装置によれば、パルスレーザ源の発振波長の光を減衰手段が減衰させるので、よりフラットな強度分布のスペクトルとなる。このため、広い帯域に亘ってより均一な強度のＳＣ光が必要な用途に好適に使用される広帯域パルス光源装置が提供される。
　また、減衰手段がノッチフィルタである場合、シンプルな構成により安価に上記効果を得ることができる。
　また、減衰手段は体積型ブラッグ回折格子フィルタである場合、より狭帯域の選択的減衰を実現することが容易であるので、パルスレーザ源の発振波長の光のみ精度良く取り除くことができる。
　また、減衰手段がダイクロイックミラーである場合、ＳＣ光を波長分割しつつ選択的な減衰を行うので、分割を活かしてＳＣ光の照射を行うことができる。
　また、伸長素子を備えた構成では、パルス内の経過時間と光の波長とが１対１に対応した状態でパルス幅が広がっているので、より扱い易いＳＣ光が出射される。
　また、分割器を備えており、分割器が分割したうちのパルスレーザの発振波長の光をフィルタで減衰させる構成において、分割した各波長域の光を長さ又は分散特性の異なるファイバでそれぞれ伝送してパルス伸長させるようにすると、パルス伸長を容易に最適化することができる。
　また、アレイ導波路回折格子が減衰手段として設けられていて選択的な減衰を行う機能を有していると、部品点数の減少によりコストが削減され、構造がシンプルになる。この際、パルスレーザ源の発振波長がアレイ導波路の出射側導波路における境界波長域内である構成では、減衰のためにアレイ導波路回折格子において損失が新たに生じることがないという効果が得られる。
　また、パルス内の経過時間と光の波長とが１対１になるようにパルス伸長している上記広帯域パルス光源装置を使用して分光測定を行うようにすると、回折格子の掃引のような時間を要する動作は不要であり、高速の分光測定が行える。
　特に、パルスレーザ源の発振波長の光が選択的に減衰されていてスペクトル強度が均一な広帯域光を照射して分光測定が行えるので、ダイナミックレンジを大きく広げることなく測定結果を得ることができる。このため、強度分解能の高い分光測定装置及び分光測定方法が提供される。
　また、減衰手段としてダイクロイックミラーを使用する構成において、分割された各波長域の光を別々の受光器で受光してそれらの出力信号をスペクトルに変換する構成では、波長域に応じて適宜の受光器を選択して使用することができ、この点において分光測定を最適化することができる。
　そして、分光測定の結果を標準値と比較する分光分析において、スペクトル強度の幅３ｄＢ以下であると、スペクトルの僅かな違いが捉えられなくなって測定不能となるという問題が十分に回避される。
第一の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。 第一の実施形態における減衰手段について概略図である。 減衰手段として使用され得る各タイプの体積型ブラッグ回折格子フィルタについて示した概略図である。 第二の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。 第二の実施形態における減衰手段について概略図である。 第三の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。 第四の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。 パルス伸長について示した概略図である。 第五の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。 第五の実施形態において使用されているアレイ導波路回折格子の概略図である。 アレイ導波路回折格子が減衰手段を構成する例について示した概略図である。 第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。 分光測定装置が備える測定プログラムの一例について主要部を概略的に示した図である。 第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。 ＳＣ光生成における課題について概念的に示した図である。
　次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
　まず、広帯域パルス光源装置の発明の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
　この広帯域パルス光源装置は、ＳＣ光を出射する装置である。この装置は、図１に示すように、パルスレーザ源１と、パルスレーザ源１からの光が入射する位置に配置された非線形素子２と、非線形素子２から出射されるＳＣ光を選択的に減衰させる減衰手段とを備えている。
　パルスレーザ源１としては、超短パルスレーザ源が好適に使用され、ゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等が使用される。例えば、発振波長が１０６４ｎｍでパルス幅が数ピコ秒～数ナノ秒のファイバレーザをパルスレーザ源１として使用することができる。
　非線形素子２としては、ファイバが使用される場合が多い。例えば、フォトニッククリスタルファイバやその他の非線形ファイバが非線形素子２として使用できる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が多いが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、非線形素子２として使用できる。
　この実施形態では、後述するように９００～１３００ｎｍ範囲の分光測定に利用するために提供される広帯域パルス光源装置が想定されている。したがって、非線形素子２によって広帯域化したＳＣ光は、９００～１３００ｎｍの範囲において広帯域化した光となっている。尚、どの程度の波長域に亘って連続スペクトルであれば「スーパーコンティニウム」と呼び得るかについては特に確立した定義はないが、例えば３０ｎｍ以上に亘って連続していればＳＣ光であるとすることもできるし、５０ｎｍ以上に亘って連続スペクトルであればＳＣ光であるとすることもできるし、１００ｎｍ以上に亘って連続スペクトルであればＳＣ光であるとすることもできる。以下の説明では、一例として、非線形光学効果を利用して生成した光であって５０ｎｍ以上に亘って連続している光をＳＣ光ということにする。したがって、この実施形態の広帯域パルス光源装置は、９００～１３００ｎｍの範囲のいずれかにおいて少なくとも５０ｎｍに亘って連続スペクトルである光を出射する装置である。
　実施形態の広帯域パルス光源装置を特徴づける減衰手段は、シード光の波長域即ちパルスレーザ源１の発振波長の光を減衰させる手段となっている。減衰手段の構成としては幾つか考えられるが、この実施形態では、ノッチフィルタ３１が使用されている。第一の実施形態における減衰手段について、図２を参照して説明する。図２は、第一の実施形態における減衰手段について概略図である。このうち、図２（１）は、第一の実施形態において出射されるＳＣ光のスペクトルを示した概略図、図２（２）は、減衰手段として用いたノッチフィルタの分光透過特性を概略的に示した図である。
　図２に示すように、減衰手段としてのノッチフィルタ３１は、パルスレーザ源１の発振波長の光を選択的に減衰させるものとなっている。パルスレーザ源１の発振波長域Ｒｈは、前述したように例えばピーク波長（発振波長）λｓに対する半値幅の波長域として定義される。ノッチフィルタ３１のより好ましい特性としては、図２に示すように、透過率が最も小さい波長（以下、ボトム波長という。）がパルスレーザ源１の発振波長λｓに一致していることが挙げられる。但し、厳密に一致しなくても良く、パルスレーザ源１の発振波長域Ｒｈの範囲にボトム波長が入っていれば良い。さらに、ノッチフィルタ３１の特性において、減衰率が最大値（ボトム波長での減衰率）に対して５０％以上となる波長域を減衰波長域と定義すると、パルスレーザ源１の発振波長λｓが減衰波長域内にあれば、効果としては十分であり、実施可能である。
　ノッチフィルタ３１が光をどの程度減衰させるか、即ちボトム波長での透過率の大きさをどの程度にするかは、パルスレーザ源１の発振波長の光のリップルがどの程度の強さであるかによる。例えば、他の波長の光に比べて倍程度の強さであれば、ボトム波長の透過率は５０％程度とされ、５０％程度選択的に減衰させる特性とされる。
　図２（３）には、減衰手段としてのノッチフィルタ３１を透過した後のＳＣ光のスペクトルが概略的に示されている。ここに示すように、ノッチフィルタ透過後のＳＣ光のスペクトルは、シード光由来のリップルが無くなり、よりフラットなスペクトル波形となる。このため、広い帯域に亘ってより均一な強度のＳＣ光が必要な用途に好適に使用される広帯域パルス光源装置が提供される。この実施形態では、ノッチフィルタ３１を減衰手段として用いているので、構成がシンプルであり、安価なコストで上記効果が得られる。
　尚、シード光由来のリップルを低減させる際、パルスレーザ源１の発振波長域Ｒｈの全てにおいて強度が低下していなくても良い。少なくとも発振波長λｓにおいて、強度が低下していれば良い。
　上記のようなノッチフィルタ３１は、多くの場合、誘電体多層膜で形成されたフィルタ素子である。減衰手段としては、これ以外に、体積型ブラッグ回折格子（Volume Bragg Grating)フィルタを使用することができる。体積型ブラッグ回折格子（以下、ＶＢＧフィルタという。）は、屈折率が周期的に変化する微細領域を光学素子中に造り込んだフィルタである。屈折率変化の周期をブラッグ条件を満たすようにすることで、当該波長の光を選択的に回折させることができる。尚、ＶＢＧフィルタは、日本語の表記としては、体積ブラッグ回折格子、体積型ブラッググレーティング、体積ブラッググレーティングなどと表記される場合もある。また、周期的な屈折率変化構造を得る際にホログラフィ技術を使用したり、変化構造がホログラムに相当すると考えたりすることから、体積型ホログラフィック回折格子と呼ばれることもある。
　このようなＶＢＧフィルタには、透過型と反射型とがあるが、いずれについても実施形態における減衰手段として使用可能である。また、ＶＢＧフィルタには、低屈折率／高屈折率の周期を少しずつ変化させたチャープ型のもの（チャープＶＢＧフィルタ）も知られている。チャープ型についても、実施形態における減衰手段として使用可能である。図３は、これら減衰手段として使用され得る各タイプのＶＢＧフィルタについて示した概略図である。
　図３（１）には、透過型のＶＢＧフィルタ３５１を使用する例が示されている。透過型のＶＢＧフィルタ３５１では、屈折率変化の周期に応じて特定波長λｃの光のみが特定の方向に屈折し、他の波長の光はそのまま透過する。したがって、λｃとしてパルスレーザ源１の発振波長λｓを選定することで、減衰手段として好適に使用することができる。
　図３（２）には、反射型のＶＢＧフィルタ３５２を使用する例が示されている。反射型の場合、屈折率変化の周期に応じて特定波長λｃの光のみが特定の方向に反射し、他の波長の光はそのまま透過する。
　図３（３）（４）には、チャープＶＢＧフィルタ３５３，３５４を使用する例が示されている。図３（３）は透過型、図３（４）は反射型である。
　チャープＶＢＧフィルタ３５３，３５４では、屈折率変化の周期がさらに周期的に変化しているため、その変化している範囲に対応した波長範囲の光が選択的に取り出される。即ち、図３（３）の透過型のチャープＶＢＧフィルタ３５３では、ある程度の波長幅（λｃ１～λｃ２）の光のみが屈折して取り出される。図３（４）の反射型のチャープＶＢＧフィルタ３５４では、λｃ１～λｃ２の光のみが反射して取り出される。
　図３（１）～（４）において、選択的に屈折又は反射して取り出されるλｃ，λｃ１～λｃ２以外の光は、本来の光路（メイン光路）に沿って進む。λｃ，λｃ１～λｃ２の光はメイン光路から逸れた光路に沿って進むが、ここにはビームダンパ等を配置して光を吸収させる終端処理を行う場合が多い。但し、特に問題が無ければ積極的に吸収はさせずにそのままとする場合もある。尚、ＶＢＧフィルタ３５１～３５４は、戻り光を防止するため、光が斜めに入射するように配置される場合が多く、メイン光路に対して斜めの姿勢となる場合が多い。
　このようなＶＢＧフィルタ３５１～３５４は、誘電体多層膜製のノッチフィルタに比べて減衰波長域をより狭くできるので、この点で好適である。誘電体多層膜製のノッチフィルタの場合、ＳＣ光におけるリップル（シード光由来のピーク）の半値幅に比べて減衰波長域が少し広くなってしまう場合があり、この場合には、本来減衰させるべきではない波長の光を減衰させてしまうことがあり得る。ＶＢＧフィルタは、リップルの半値幅程度の狭帯域の選択的減衰を実現することが容易で、リップルのみ精度良く取り除くことができるという優位性がある。
　尚、ＶＢＧフィルタのうち、通常のＶＢＧフィルタ３５１，３５２は、レーザーの波長安定化等の用途で使用されていることもあり、特に狭い帯域での選択的減衰が可能である。したがって、ＳＣ光におけるリップルの半値幅が特に狭い場合は、通常のＶＢＧフィルタ３５１，３５２が好適に使用される。リップルの半値幅がそこまでは狭くないが、誘電体多層膜製のノッチフィルタの減衰波長域よりは狭い場合、チャープＶＢＧフィルタ３５３，３５４が好適に使用される。
　一例を示すと、ＳＣ光におけるリップルの半値幅が４０ｎｍ以上であれば、誘電体多層膜製のノッチフィルタで対応が可能であるが、それより狭くて２ｎｍ程度までの半値幅であれば、チャープＶＢＧフィルタ３５３，３５４が好適に使用される。そして、２ｎｍ以下（又は２ｎｍ未満）であれば、通常のＶＢＧフィルタ３５１，３５２が好適に使用される。
　尚、このようなＶＢＧフィルタ３５１，３５２、チャープＶＢＧフィルタ３５３，３５４は、例えば米国のOptiGrate社（OptiGrate Corp, 562 South Econ Circle Oviedo, Florida 32765-4311）から入手可能であり、取り出す波長を指定したり波長帯域を指定したりした特注も可能である。また、ＶＢＧフィルタは、ブラッググレートノッチフィルタ（BragGrate-Notch Filter）というような表記がされる場合もあり、ノッチフィルタの一種であるとされる場合もある。
　次に、第二の実施形態の広帯域パルス光源装置について説明する。図４は、第二の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。第二の実施形態では、減衰手段としてダイクロイックミラー３２を使用している。図５は、第二の実施形態における減衰手段について概略図である。このうち、図５（１）は、同様に出射ＳＣ光のスペクトルを示した概略図、図５（２）は、減衰手段として用いたダイクロイックミラーの分光反射／透過特性を概略的に示した図である。図５（２）において、実線が分光反射特性、破線が分光透過特性を示す。
　ダイクロイックミラーは、分割波長において光を分割し、一方の側の波長域の光を透過し、他方の側の波長域の光を反射させる光学素子である。実際には、透過と反射の遷移はある波長域に亘っており、以下、これを分割波長域という。以下の例では、透過率がピーク（最大値）に対して８０％と以下となる波長域と、反射率がピークに対して８０％以下となる波長域の重なり部分を「分割波長域」と定義する。図５に示すように、この実施形態では、パルスレーザ源１の発振波長は、分割波長域内となっている。尚、透過特性と反射特性が交わる波長（透過率と反射率が等しい波長）を特に分割波長という。分割波長は、通常、分割波長域の中央である。
　図４に示すように、この実施形態では、ダイクロイックミラー３２が分離した光を重ね合わせる合波素子３３が設けられている。合波素子３３は、この例ではダイクロイックミラーとなっている。合波素子３３は、分割波長域より長い波長の光を反射し分割波長域より短い波長の光を透過するダイクロイックミラーである。反射／透過は逆であるものの、ここでの分割波長域はダイクロイックミラー３２における分割波長域にほぼ一致している。
　図５（３）には、合波素子３３で重ね合わされた後のＳＣ光のスペクトルが示されている。減衰手段としてのダイクロイックミラー３２の分光反射／透過特性は、出射されるＳＣ光のスペクトル強度がフラットになるように適宜選定される。この例では、合波素子３３としてもダイクロイックミラーが使用されているので、そこでの減衰も考慮に入れられる。例えば前述したように全体として５０％程度の減衰率とする場合、図５（２）に示すように、減衰手段としてのダイクロイックミラー３２の分光反射／透過特性は、分割波長において透過及び反射とも例えば５０％程度とされる。即ち、パルスレーザ源１の発振波長の光は、ダイクロイックミラー３２において５０％程度が反射され、５０％程度が透過する。この場合、合波素子３３としてのダイクロイックミラーは分割波長での反射、透過はともに５０％程度でされる。このようにすると、ハルスレーザ源１の発振波長λｓが分割波長に等しい場合、発振波長λｓの光は最終的に５０％程度に減衰する。このため、出射されるＳＣ光のスペクトルは、図５（３）に示すように全体としてフラットな強度分布となる。上記説明から解るように、この例では、二つのダイクロイックミラー３２，３３が減衰手段となっている。
　ダイクロイックミラー３２を減衰手段として使用する構成では、ＳＣ光を波長分割しつつ選択的な減衰を行うので、分割を活かしてＳＣ光の照射を行うことができる。例えば、二つの波長域に分けて対象物に対して光を照射したい場合や、異なる波長域について異なる状態で光を照射したい場合等に便利な構成となる。
　尚、パルスレーザ源１の発振波長λｓは分割波長に一致していなくとも良く、分割波長域内にあれば、十分な効果が得られる。尚、分割波長域を８０％以下ではなく、７０％以下と定義すると、より減衰がされる可能性が高いので好適であり、６０％以下とするとさらに好適である。
　次に、第三及び第四の実施形態について説明する。図６は第三の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図、図７は第四の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
　図６及び図７に示すように、これらの広帯域パルス光源装置は、非線形素子２から出射されるスーパーコンティニウム光のパルス幅を伸長させる伸長素子４を備えている。図６に示す第三の実施形態は、第一の実施形態において伸長素子４を追加した実施形態であり、図７に示す第四の実施形態は、第二の実施形態において伸長素子４を追加した実施形態である。以下、伸長素子４について説明する。図８は、パルス伸長について示した概略図である。
　生成されたＳＣ光は、波長帯域としては広がっているが、パルス幅としてはフェムト秒ないしピコ秒オーダーの超短パルスのままである。このままでは用途によっては使用しづらいので、パルス伸長を行う。伸長素子４としては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のような特定の群遅延特性を有するファイバを利用する構成が採用され得る。例えば、ある波長範囲において連続スペクトルであるＳＣ光Ｌ１を当該波長範囲で正の分散特性を有する群遅延ファイバ４１に通すと、パルス幅が効果的に伸長される。即ち、図８に示すように、ＳＣ光Ｌ１においては、超短パルスではあるものの、１パルスの初期に最も長い波長λ１の光が存在し、時間が経過すると徐々に短い波長の光が存在し、パルスの終期には最も短い波長λｎの光が存在する。この光を、正常分散の群遅延ファイバ４１に通すと、正常分散の群遅延ファイバ４１では、波長の短い光ほど遅れて伝搬するので、１パルス内の時間差が増長され、ファイバ４１を出射する際には、短い波長の光は長い波長の光に比べてさらに遅れるようになる。この結果、出射するＳＣ光Ｌ２は、時間対波長の一意性が確保された状態でパルス幅が伸長された光となる。即ち、図８の下側に示すように、時刻ｔ１～ｔｎは、波長λ１～λｎに対してそれぞれ１対１で対応した状態でパルス伸長される。
　尚、パルス伸長のためのファイバ４１としては、異常分散ファイバを使用することも可能である。この場合は、ＳＣ光においてパルスの初期に存在していた長波長側の光が遅れ、後の時刻に存在していた短波長側の光が進む状態で分散するので、１パルス内での時間的関係が逆転し、１パルスの初期に短波長側の光が存在し、時間経過とともにより長波長側の光が存在する状態でパルス伸長されることになる。但し、正常分散の場合に比べると、パルス伸長のための伝搬距離をより長くすることが必要になる場合が多く、損失が大きくなり易い。したがって、この点で正常分散の方が好ましい。
　このように、第三及び第四の実施形態の広帯域パルス光源装置によれば、波長帯域のみならずパルス幅についても広がった広帯域パルス光が出射されるので、種々の目的のために利用することができる。特に、これらの実施形態では、パルス内の経過時間と光の波長とが１対１で対応した状態となるので、より扱い易い広帯域パルス光が出射される。
　次に、第五の実施形態の広帯域パルス光源装置について説明する。図９は、第五の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
　第五の実施形態の広帯域パルス光源装置も、伸長素子４を備えた装置となっている。この実施形態では、非線形素子２から出射されたＳＣ光を各波長域の光に空間的に分割する分割器が設けられている。分割器としては、この実施形態では、アレイ導波路回折格子（Array Waveguide Grating, ＡＷＧ）５１が使用されている。
　図１０は、第五の実施形態において使用されているアレイ導波路回折格子の概略図である。図１０に示すようにアレイ導波路回折格子５１は、基板５１１上に各機能導波路５１２～５１６を形成することで構成されている。各機能導波路は、光路長が僅かずつ異なる多数のグレーティング導波路５１２と、グレーティング導波路５１２の両端（入射側と出射側）に接続されたスラブ導波路５１３，５１４と、入射側スラブ導波路５１３に光を入射させる入射側導波路５１５と、出射側スラブ導波路５１４から各波長の光を取り出す各出射側導波路５１６となっている。
　スラブ導波路５１３，５１４は自由空間であり、入射側導波路５１５を通って入射した光は、入射側スラブ導波路５１３において広がり、各グレーティング導波路５１２に入射する。各グレーティング導波路５１２は、僅かずつ長さが異なっているので、各グレーティング導波路５１２の終端に達した光は、この差分だけ位相がそれぞれずれる（シフトする）。各グレーティング導波路５１２からは光が回折して出射するが、回折光は互いに干渉しながら出射側スラブ導波路５１４を通り、出射側導波路５１６の入射端に達する。この際、干渉と位相シフトのため、出射側導波路５１６の入射端では波長に応じた位置で特に強い光となって現れる。つまり、各出射端導波路５１６には波長が順次異なる光が入射するようになり、光が空間的に分光される。そして、そのように分光される位置に各入射端が位置するよう各出射側導波路５１６が形成される。
　このようなアレイ導波路回折格子５１は、例えばシリコン製の基板５１１を表面処理することで作製することができる。具体的には、シリコン製の基板５１１の表面に火炎堆積法によりクラッド層（ＳｉＯ２層）を形成し、コア用のＳｉＯ２－ＧｅＯ２層を同様に火炎堆積法により形成した後、フォトリソグラフィによりＳｉＯ２－ＧｅＯ２層をパターン化して各導波路５１２～５１６を形成することにより作製される。各グレーティング導波路５１２の線幅は、例えば５～６μｍ程度で良い。
　形成する出射側導波路５１６の数は、広帯域パルス光の波長幅にもよるが、例えば９００～１７００ｎｍ程度の波長幅に亘って連続スペクトルである光に使用する場合、出射側導波路５１６の数は１０～１００本程度であり、光は３～６０ｎｍずつ違う波長に分割されて出射される。
　この実施形態においても、伸長素子４としてはファイバ４２が使用されている。この実施形態では、伸長素子４としてファイバ４２は複数設けられており、アレイ導波路回折格子５１の各出射側導波路５１６にそれぞれ接続されている。
　各ファイバ４２は互いに同じもの（同じ材質で同じ構造のもの）で同じ長さのものであっても良いが、異なるファイバを使用したり、同じファイバであっても長さを変えて使用したりすると好適である。この実施形態では、分割器が分割した各波長域の光をファイバ４２がそれぞれ伝送し、その際にパルス伸長が行われるので、波長域に応じた特性や長さのファイバを使用することでパルス伸長を最適化することができる。前述したようにパルス伸長はファイバにおける群速度分散を利用するので、ここでの特性は分散特性である。
　例えば、同じファイバであっても波長域に応じて長さを変えて使用すると好適である。ファイバにおける群遅延の量はファイバの長さに依存するから、波長域に応じて適宜の長さのファイバを使用することで、各波長域における群遅延を適宜なものにして最適なパルス伸長を達成することができる。例えば、ある波長範囲内で正常分散特性のファイバを使用した場合でも分散値（負の値）の絶対値は波長に応じて異なるから、ファイバを出射した際の光（パルス伸長後の光）における時間対波長の傾き（図８のΔλ／Δｔ）は均一にならない。この場合、上記構成において各ファイバ４２の長さを適宜選定することで、Δλ／Δｔをより均一にすることができる。ファイバ４２の長さを変える場合の他、分散特性の異なるファイバを使用しても良い。即ち、各出射側導波路５１６から出射される光の波長に合わせて適宜の分散特性を有するファイバ４２を接続して使用すると好適である。
　尚、図９及び図１０に示すように、この実施形態では、伸長素子４としての複数のファイバ４２の出射側に合波素子５２が設けられている。合波素子５２は、各ファイバ４２から出射される光を重ね合わせ、一つの光束にして装置から出射させる素子である。例えば、ファンイン／ファンアウトデバイスが合波素子５２として好適に使用される。ファンイン／ファンアウトデバイスとしてはファイバ熔融型や空間型等が知られているが、いずれであっても良い。
　このような第五の実施形態の構成において、減衰手段は、分割器としてのアレイ導波路回折格子５１の出射光のうちパルスレーザ源１の発振波長の光を選択的に減衰させる手段となっている。具体的には、図１０に示すように、アレイ導波路回折格子５１の出射側導波路５１６のうち、パルスレーザ源１の発振波長の光を出射する出射側導波路５１６と対応するファイバ４２との間に減光フィルタ３４が設けられている。減光フィルタ３４は、ＮＤフィルタでも良いし、パルスレーザ源１の発振波長の光を選択的に減衰させるノッチフィルタやＶＢＧフィルタでも良い。このようにすると、前述した各実施形態と同様に、強度的にフラットなスペクトル分布のＳＣ光が出射される。減光フィルタ３４は、パルスレーザ源１の発振波長の光を伝送するファイバ４２と合波素子５２との間に設けられていても良い。
　減光フィルタ３４を用いる場合の他、アレイ導波路回折格子自体の構成として選択的減衰の機能を持たせることも可能である。この点について、図１１を参照して説明する。図１１は、アレイ導波路回折格子が減衰手段を構成する例について示した概略図である。
　アレイ導波路回折格子自体が減衰手段を構成する例については幾つか考えられるが、好適な例の一つは、パルスレーザ源１の発振波長がアレイ導波路回折格子の出射側スラブ導波路における一つの境界波長域内にあるように、アレイ導波路回折格子を設計、製作する例である。図１１にはこの例が示されている。境界波長域とは、結合強度がピークに対して例えば８０％以下となっている領域である。
　アレイ導波路回折格子５１では、前述したように、グレーティング導波路５１２において位相差が与えられ、出射側スラブ導波路５１４において回折光が位相差と干渉のために波長に応じて順次異なる位置で強く現れることを利用しており、強くなる位置にそれぞれ出射側導波路５１６の入射端を配置する。以下、出射側導波路５１６での光の強度を結合強度という。どの位置にどの波長の回折光の結合強度が強くなるかは、各グレーティング導波路５１２の光路長差の設計や出射側スラブ導波路５１４の設計等によって決まる。即ち、図１１に示すように、λ１、λ２、λ３、・・・λｎの光がそれぞれの位置において結合強度が高くなる。この際、λ１、λ２、λ３、・・・λｎの各波長のいずれかの境界波長域内にパルスレーザ源１の発振波長があるようにする。このようにすると、発振波長の光が効果的に減衰した状態でＳＣ光が空間的に波長分割される。
　上記構成において、λ１、λ２、λ３、・・・λｎにおけるδλは、アレイ導波路回折格子５１における波長分解能に相当しているが、境界波長域はこのδλの幅より少し狭い。好適な設計の一例を示すと、図１１に示すように、一つの境界波長域の中央の波長をパルスレーザ源１の発振波長λｓに一致させる。
　このように、アレイ導波路回折格子５１自体の機能として選択的な減衰ができるようにすると、減光フィルタが不要になるので、構造的に簡略化され、またコスト低減も可能となる。上記の例ではパルスレーザ源１の発振波長λｓが境界波長域の中央であったが、境界波長域内にあれば、効果が得られる。尚、境界波長域を８０％以下ではなく、６０％以下と定義すると、より減衰がされるので好適であり、４０％以下とするとさらに好適である。上記の構成の他、アレイ導波路回折格子５１で分割された各波長域のうちの一つの波長域内にをパルスレーザ源１の発振波長があるようにしておき、当該波長域の導波路（例えば対応するグレーティング導波路５１２）中に光を減衰させる部位を設けても良い。但し、この構成では、アレイ導波路回折格子５１による分割後の波長域のうちの一つが全体として減衰してしまうので、その分で新たな損失が生じる。一つの境界波長域内にパルスレーザ源１の発振波長があるようにする構成では新たな損失はないので、その点で好適である。
　第五の実施形態においても、伸長素子４を構成するものとして各出射側導波路５１６にはファイバ４２が接続されており、時間対波長が１対１に対応するようにパルス伸長がされる。そして、各ファイバ４２は、伝送する波長域に応じて特性及び又は長さが適宜のものとされ、パルス伸長が最適化される。
　次に、分光測定装置及び分光測定方法の実施形態について説明する。図１２は、第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。図１２に示す分光測定装置は、広帯域パルス光源装置１０と、広帯域パルス光源装置１０から出射された広帯域パルス光を対象物Ｓに照射する照射光学系１００と、光照射された対象物Ｓからの光が入射する位置に配置された受光器６と、受光器６からの出力に従って対象物Ｓの分光スペクトルを算出する演算手段７とを備えている。
　広帯域パルス光源装置（以下、単に光源装置という。）１０としては、伸長素子４を備えた第四の実施形態のものが採用されているが、第三の実施形態や第五の実施形態のものであっても良い。照射光学系１００は、この実施形態では、ビームエキスパンダ１０１を含んでいる。光源装置１０からの光は、時間伸長された広帯域パルス光ではあるものの、パルスレーザ源１からの光であり、ビーム径が小さいことを考慮したものである。この他、ガルバノミラーのようなスキャン機構を設け、ビームスキャンにより広い照射領域をカバーする場合もある。
　受光器６としては、受光した光の強度を電気信号に変換してその信号を出力するものが採用され、具体的には測定波長範囲に感度を有するフォトダイオード等の光検出器が使用される。この実施形態では、対象物Ｓの吸収スペクトルを測定することを想定しており、したがって受光器６は、対象物Ｓからの透過光が入射する位置に設けられている。対象物Ｓを配置するため、透明な受け板８が設けられている。照射光学系１００は上側から光照射するようになっており、受光器６は受け板８の下方に配置されている。
　演算手段７としては、この実施形態では汎用ＰＣが使用されている。受光器６と演算手段７の間にはＡＤ変換器６１が設けられており、受光器６の出力はＡＤ変換器６１を介して演算手段７に入力される。
　演算手段７は、プロセッサ７１や記憶部（ハードディスク、メモリ等）７２を備えている。記憶部７２には、受光器６からの出力信号をスペクトルに変換する測定プログラム７３やその他の必要なプログラムがインストールされている。
　この実施形態においては、時間と波長の一意性を確保した広帯域伸長パルス光を照射する光源装置１０を使用しているので、測定プログラム７３もそれに応じて最適化されている。図１３は、分光測定装置が備える測定プログラム７３の一例について主要部を概略的に示した図である。
　図１３の例は、測定プログラム７３が吸収スペクトル（分光吸収率）を測定する例となっている。吸収スペクトルの算出に際しては、基準スペクトルデータが使用される。基準スペクトルデータは、吸収スペクトルを算出するための基準となる波長毎の値である。基準スペクトルデータは、光源装置１０からの光を対象物Ｓを経ない状態で受光器６に入射させることで取得する。即ち、対象物Ｓを経ないで光を受光器６に直接入射させ、受光器６の出力をＡＤ変換器６１経由で演算手段７に入力させ、時間分解能Δｔごとの値を取得する。各値は、Δｔごとの各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・の基準強度として記憶される（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・）。時間分解能Δｔとは、受光器６の応答速度（信号払い出し周期）によって決まる量であり、信号を出力する時間間隔を意味する。
　各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・での基準強度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・は、対応する各波長λ１，λ２，λ３，・・・の強度（スペクトル）である。１パルス内の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・と波長との関係が予め調べられており、各時刻の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・が各λ１，λ２，λ３，・・・の値であると取り扱われる。
　そして、対象物Ｓを経た光を受光器６に入射させた際、受光器６からの出力はＡＤ変換器６１を経て同様に各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・の値（測定値）としてメモリに記憶される（ｖ１，ｖ２，ｖ３，・・・）。各測定値は、基準スペクトルデータと比較され（ｖ１／Ｖ１，ｖ２／Ｖ２，ｖ３／Ｖ３，・・・）、その結果が吸収スペクトルとなる（厳密には逆数の対数を取った各値）。上記のような演算処理をするよう、測定プログラム７３はプログラミングされている。
　次に、上記分光測定装置の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の実施形態の説明でもある。実施形態の分光測定装置を使用して分光測定する場合、対象物Ｓを配置しない状態で光源装置１０を動作させ、対象物Ｓを経ない光を受光器６に直接入射させて、受光器６からの出力信号を処理して予め基準スペクトルデータを取得する。その上で、対象物Ｓを受け板６に配置し、光源装置１０を再び動作させる。そして、対象物Ｓを透過した光を受光器６に入射させ、受光器６からの出力信号をＡＤ変換器６１を介して演算手段７に入力し、測定プログラム７３によりスペクトルを取得する。
　上記の例では対象物Ｓからの透過光を利用する吸収スペクトルの測定であったが、対象物Ｓからの反射光を利用する反射スペクトル（分光反射率）の測定や対象物Ｓの内部散乱光のような分光特性を測定する場合もある。すなわち、対象物Ｓからの光は、光照射された対象物Ｓからの透過光、反射光、散乱光などであり得る。
　尚、光源装置１０の測定や受光器６の感度特性が経時的に変化する場合、基準スペクトルを取得する測定（対象物Ｓを配置しない状態での測定）を行い、基準スペクトルを更新する校正作業が定期的に行われる。
　このような実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、パルス光源１からの広帯域パルス光のパルス幅を１パルス内の経過時間と波長との関係が１対１になるように伸長して対象物Ｓに照射して分光測定するので、回折格子の掃引のような時間を要する動作は不要であり、高速の分光測定が行える。
　特に、パルスレーザ源１の発振波長の光が選択的に減衰されていてスペクトル強度が均一な広帯域光を照射して分光測定が行えるので、ダイナミックレンジを大きく広げることなく測定結果を得ることができる。このため、強度分解能の高い分光測定装置が提供される。
　上記の点は、スペクトルの僅かな違いによって材料の分析を行う用途の場合に特に顕著である。この点について、より具体的な分析例に言及して説明する。
　上述した分光測定方法のより具体的な例として、近赤外分光分析を挙げることができる。近赤外分光分析では、僅かな吸収スペクトルの違いから材料の定量等を行う技術である。近赤外域の光の吸収には様々な要因が影響し合い、変数が多いことから、ケモメトリクス（多変量解析）の手法がしばしば採られる。この種の分光分析では、目的成分の量が既知である多数のサンプルについて同様に分光測定を行って吸収スペクトルを取得し、多数の測定結果に対して回帰分析（ＰＬＳ回帰等）を行うことで回帰係数を求めておく。そして、未知のサンプル（対象物）に同様の分光測定を行い、得られた吸収スペクトルに対して回帰係数を適用して目的成分の定量を行う。
　このような分光分析を行う場合、ダイナミックレンジが広いと、データ処理におけるビット数の制約から強度分解能が低下する。強度分解能が低下すると、吸収スペクトルの僅かな違いが捉えられなくなり、分析不能となる。しかしながら、上述した実施形態の広帯域パルス光源装置を使用しておけば、ダイナミックレンジが小さくなるので吸収スペクトルの僅かな違いを捉えて定量分析できるようになる。このような分光測定により得られた値を基準値と比較して行う分光分析においては、ＳＣ光のスペクトル強度の幅を例えば３ｄＢ以下としておけば、上記のような問題は生じない。尚、３ｄＢ以下は、広帯域パルス光源装置から出力される光の波長域の全域に亘って３ｄＢ以下の場合もあるが、そうでなくとも、分析に使用する波長域において３ｄＢ以下であれば足りるので、そのような光源装置が使用されることもあり得る。例えば、９００～１３００ｎｍの波長域においてスペクトル強度の幅が３ｄＢ以下とされる場合もあるし、９００～１３００ｎｍの波長域のうちのいずれかの３０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上又は１００ｎｍ以上の幅の波長域において３ｄＢ以下とされる場合もある。
　次に、第二の実施形態の分光測定装置及び分光測定方法について説明する。図１４は、第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。
　第二の実施形態の分光測定装置も、第一の実施形態と同様、減衰手段としてダイクロイックミラー３２を備えた光源装置１０を搭載している。第二の実施形態の分光測定装置が第一の実施形態と異なるのは、合波素子は設けられておらず、ダイクロイックミラー３２による分割後の各波長域の光がそれぞれ対象物Ｓに照射され、各波長域の光が照射された対象物Ｓからの光を別々の受光器６０１、６０２で受光する点である。
　この例では、ダイクロイックミラー３２の出射側の二つの光路上にそれぞれ受け板８が設けられており、受け板８上の対象物Ｓを透過した光を受光する位置にそれぞれ受光器６０１，６０２が配置されている。例えば、ダイクロイックミラー３２が分割波長より長い波長を透過し短い波長を反射する特性である場合、長波長側の光が第一の受光器６０１で受光され、短波長側の光が第二の受光器６０２で受光される。尚、各光路には、第四の実施形態と同様、伸長素子４としてファイバ４１が配置されている。
　この形態においても、パルスレーザ源１１の発振波長は、ダイクロイックミラー３２の分割波長域内となっている。演算手段７は、第一の受光器６０１からの出力信号を変換して分割波長より長い波長域でのスペクトルを取得し、第二の受光器６０２からの出力信号を変換して分割波長より短い波長域でのスペクトルを取得する。そして、分割波長については、いずれか一方の受光器６０１，６０２からの出力信号を変換してスペクトルとする。例えば同様にシード光が２倍のスペクトル強度を有している場合、反射率・透過率を５０％としておけば、いずれの受光器６０１，６０２においても５０％に減光された状態で入射するので、測定系全体としてシード光のリップルに影響を受けずに測定を行うことができる。
　このようにダイクロイックミラー３２が分割した光をそれぞれ別の受光器６０１，６０２で受光する構成によると、波長域に応じて適宜の受光器を用いることができ、この点で分光測定を最適化することができる。
　上記の点は、ＳＣ光を出射する光源装置１０の採用と密接に関連している。ＳＣ光源である光源装置１０は、より広い帯域のパルス光を出射することができるが、反面、１個の受光器で広い帯域をカバーすることは難しいという事情がある。例えば、近赤外域の分光測定をする場合、ＩｎＧａＡｓを受光セルとして採用したＩｎＧａＡｓダイオード受光器を好適に使用できる。しかしながら、可視域から近赤外域の広い帯域に亘って分光測定をしようとした場合、ＩｎＧａＡｓダイオード受光器は、９００ｎｍ未満の短波長域では十分な感度を持っていない。９００ｎｍ未満の波長域において十分な感度を持っている受光器としては、例えばＳｉフォトダイオードを受光セルとして採用したＳｉダイオード受光器が挙げられる。したがって、ＩｎＧａＡｓ受光器とＳｉダイオード受光器とを第一第二の受光器６０１，６０２として使用すれば、可視から近赤外域のより広い波長範囲をカバーした分光測定の構成として極めて好適なものとなる。他の受光器の例を示すと、例えば可視域であればＣｄＳ受光器等が使用できるし、近赤外域であればＰｂＳ受光器やＩｎＳｂ受光器等が使用できる。
　図１４に示す実施形態では、受け板８がそれぞれの光路上に設けられているので、分光測定の構成としては、一つの対象物Ｓを受け板８に順次配置してそれぞれの波長域において分光測定をし、それらを統合して全波長での分光測定結果とする。場合によっては、受け板８を一つとし、シャッタ等で切り替える構成としても良い。分岐させた光路をダイクロイックミラー等によって再び重ね合わせ、そこに受け板を配置する。シャッタで切り替えて各波長域の光が受け板上の対象物に順次照射されるようにする。そして、シャッタによる切り替えとともに受光器の切り替えも行い、各波長域での分光測定を順次行う。
　また、詳しい説明は省略するが、各波長域に応じて別々の受光器を採用する構成は、アレイ導波路回折格子のように細かく波長分割をする分割器を使用する構成においても採用可能である。例えば前述したアレイ導波路回折格子５１を採用する場合、出射側導波路５１６に接続した各ファイバ４２を波長に応じて二つのグループに分け、それぞれ合波素子で合波して対象物Ｓに照射する。そして、長波長側のグループからの光が照射された対象物Ｓからの光を一方の受光器で受光し、短波長側のグループからの光が照射された対象物Ｓからの光を他方の受光器で受光する。
　尚、ダイクロイックミラー３２による場合もアレイ導波路回折格子５１等の分割器による場合も、受光帯域が三つ以上の場合があり得る。即ち、三つ以上の受光器を使用して帯域に応じた光電変換とする場合もあり得る。
　また、ダイクロイックミラー３２やアレイ導波路回折格子５１等の分割器を使用する各実施形態の構成において、伸長素子４を設ける場合、伸長素子４はダイクロイックミラー３２や分割器の入射側に配置されていても良い。即ち、パルス伸長をしてからダイクロイックミラー３２や分割器による分割が行われる構成であっても良い。但し、ダイクロイックミラー３２や分割器で分割してからそれぞれパルス伸長をする構成の場合、上述したように波長域に応じたパルス伸長の構成が採用できるし、またパルスレーザ源１の発振波長の鋭いリップルが伸長素子４に入射することがないので、伸長素子４の保護という面でも好適である。
　また、パルスレーザ源１の発振波長の光の選択的減衰は、測定におけるダイナミックレンジの問題なので、非線形素子２と受光器６との間の光路上のいずれかの位置で減衰が行われれば良く、場合によっては対象物Ｓと受光器６との間に減衰手段が設けられていても良い。但し、同様にシード光由来の鋭いリップルから対象物Ｓを保護するという点では、対象物Ｓの手前の光路上に減衰手段が設けられていることが好ましい。
　尚、減衰手段による「減衰」は広い意味であり、光がある素子において吸収されて強度が弱くなる場合に限定される用語ではない。受光器におけるダイナミックレンジが広くならないようにするという趣旨であるので、パルスレーザ源の発振波長の光の一部が反射されたり又は散乱されたりすることで光路から除外され、その結果、受光器に入射する際の強度が低下するという場合も含まれる。
　尚、上述した分光測定装置や分光測定方法の構成において、光源装置１０からの光を測定用と参照用とにビームスプリッタ等で分割し、対象物Ｓを経た光を受光器６で検出するとともに対象物Ｓを経ないでそのまま光が入射する参照用の受光器を設けた構成が採用されることもある。この構成では、基準スペクトルデータがリアルタイムで取得されるので、別途の校正作業が不要であり、測定の効率が高くなるという長所を有する。
　広帯域パルス光源装置の用途として、上述した分光測定や分光分析以外にも、各種の用途があり得る。例えば、ＯＣＴ（光コヒーレンストモグラフィ）や蛍光顕微鏡のような対象物を画像化して観察する用途に上記広帯域パルス光源装置を利用することができる。
　また、パルスレーザ源１は、超短パルスレーザ源である場合が多いが、超短パルスレーザ源よりもパルス幅が広いパルスレーザ源を使用してＳＣ光を生成する場合もあり、そのようなレーザ源が使用されることもある。
１　パルスレーザ源
１０　光源装置
２　非線形素子
３１　ノッチフィルタ
３２　ダイクロイックミラー
３３　合波素子
３５１　透過型ＶＢＧフィルタ
３５２　反射型ＶＢＧフィルタ
３５３　透過型チャープＶＢＧフィルタ
３５４　反射型チャープＶＢＧフィルタ
４　伸長素子
４１　ファイバ
４２　ファイバ
５１　アレイ導波路回折格子
５２　合波素子
６　受光器
６０１　受光器
６０２　受光器
６１　ＡＤ変換器
７　演算手段
Ｓ　対象物

Claims (23)

  1. 　パルスレーザ源と、
    　パルスレーザ源からの光に非線形効果を生じさせてスーパーコンティニウム光を出射する非線形素子と、
    　非線形素子から出射されるスーパーコンティニウム光に含まれるパルスレーザ源の発振波長の光を減衰させる減衰手段とを備えたことを特徴とする広帯域パルス光源装置。
  2. 　前記非線形素子から出射されるスーパーコンティニウム光のパルス幅をパルス内の光の波長と時間との関係が１対１になるように伸長する伸長素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の広帯域パルス光源装置。
  3. 　前記減衰手段は、ノッチフィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  4. 　前記減衰手段は、体積型ブラッグ回折格子フィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  5. 　前記減衰手段はダイクロイックミラーであり、前記パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  6. 　前記減衰手段は第一第二のダイクロイックミラーであって、前記パルスレーザ源の発振波長はこれらダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、第二のダイクロイックミラーは、第一のダイクロイックミラーが分割した光を合わせる合波素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  7. 　前記非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割する分割器を備えており、
    　前記減衰手段は、分割器が分割した各波長域の光のうち前記パルスレーザの発振波長の光を減衰させるフィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  8. 　前記分割器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項７記載の広帯域パルス光源装置。
  9. 　前記減衰手段は、前記非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光のうち前記パルスレーザ源の発振波長の光が減衰された状態で当該スーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割するアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。
  10. 　前記パルスレーザ源の発振波長は、前記アレイ導波路回折格子の出射側導波路における境界波長域内にあることを特徴とする請求項９記載の広帯域パルス光源装置。
  11. 　前記減衰手段はダイクロイックミラーであり、前記パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、
    　前記伸長素子は、ダイクロイックミラーに反射した光のパルス幅を伸長させる第一の伸長素子と、ダイクロイックミラーを透過した光のパルス幅を伸長させる第二の伸長素子であることを特徴とする請求項２記載の広帯域パルス光源装置。
  12. 　前記第一の伸長素子と前記第二の伸長素子は、長さ又は分散特性が異なるファイバであることを特徴とする請求項１１記載の広帯域パルス光源装置。
  13. 　前記減衰手段はダイクロイックミラーであり、前記パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、このダイクロイックミラーは、前記伸長素子の出射側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の広帯域パルス光源装置。
  14. 　前記減衰手段は第一第二のダイクロイックミラーであり、前記パルスレーザ源の発振波長はこれらダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、
    　前記伸長素子は、第一のダイクロイックミラーに反射した光のパルス幅を伸長させる第一の伸長素子と、第一のダイクロイックミラーを透過した光のパルス幅を伸長させる第二の伸長素子であり、
    　第二のダイクロイックミラーは、第一第二の伸長素子から出射した光を合わせる合波素子であることを特徴とする請求項２記載の広帯域パルス光源装置。
  15. 　前記非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割する分割器を備えており、
    　前記減衰手段は、分割器が分割した各波長域の光のうち前記パルレーザの発振波長の光を減衰させるフィルタであり、
    　前記伸長素子は、分割器の出射側にパラレルに配置された複数のファイバであり、
    　各ファイバは、分割された各波長域の光が入射するファイバであって、入射する光の波長域に応じて長さ又は分散特性が異なるファイバであることを特徴とする請求項２記載の広帯域パルス光源装置。
  16. 　前記分割器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１５記載の広帯域パルス光源装置。
  17. 　前記減衰手段は、前記非線形素子から出射されたスーパーコンティニウム光のうち前記パルスレーザ源の発振波長の光が減衰された状態で当該スーパーコンティニウム光を各波長域の光に空間的に分割するアレイ導波路回折格子であり、
    　前記伸長素子は、アレイ導波路回折格子の各出射側導波路に接続されたファイバであり、
    　各ファイバは、入射する光の波長域に応じて長さ又は分散特性が異なっていることを特徴とする請求項２記載の広帯域パルス光源装置。
  18. 　前記パルスレーザ源の発振波長は、前記アレイ導波路回折格子の出射側導波路における境界波長域内にあることを特徴とする請求項１７記載の広帯域パルス光源装置。
  19. 　請求項２、１１乃至１８いずれかに記載の広帯域パルス光源装置と、
    　この広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光する受光器と、
    　受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算手段と
    を備えていることを特徴とする分光測定装置。
  20. 　請求項２記載の広帯域パルス光源装置と、
    　この広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光する受光器と、
    　受光器からの出力信号をスペクトルに変換する演算手段と
    を備えており、
    　前記減衰手段はダイクロイックミラーであって、前記パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、
    　受光器として、ダイクロイックミラーに反射した光が入射する第一の受光器と、ダイクロイックミラーを透過した光が入射する第二の受光器が設けられていることを特徴とする分光測定装置。
  21. 　請求項２、１１乃至１８いずれかに記載の広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、
    　受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する変換ステップと
    を備えていることを特徴とする分光測定方法。
  22. 　請求項２記載の広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、
    　受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換する変換ステップと
    を備えており、
    　前記減衰手段はダイクロイックミラーであって、前記パルスレーザ源の発振波長はこのダイクロイックミラーの分割波長域内にあり、
    　前記受光器として、ダイクロイックミラーに反射した光が入射する第一の受光器と、ダイクロイックミラーを透過した光が入射する第二の受光器が設けられていて、受光ステップは第一第二の受光器で受光するステップであり、
    　変換ステップは、第一第二の各受光器からの出力信号を演算手段によりスペクトルに変換するステップであることを特徴とする分光測定方法。
  23. 　請求項２、１１乃至１８いずれかに記載の広帯域パルス光源装置からの広帯域パルス光が照射された対象物からの光を受光器で受光する受光ステップと、
    　受光器からの出力信号を演算手段により処理して標準値と比較することで対象物の分析を行うステップと
    を備えており、
    　広帯域パルス光源装置から出射されるスーパーコンティニウム光の強度の幅は、３ｄＢ以下であることを特徴とする分光分析方法。
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