(57)【要約】【課題】広帯域、平坦、低雑音、高コヒーレンスなスーパーコンティニュアム光を安定に生成する。【解決手段】パルス光発振部１０は、エルビウムドープファイバを用いたリング型レーザ発振器１１と、増幅器１２と光アイソレータ１６とから成る。高強度ソリトン生成部２０は、順に、半波長板２１ａ、偏光ビームスプリッタ２２、半波長板２１ｂ、偏波保持シングルモードファイバ２３ａ、偏波保持型波長分割多重カプラ２４、偏波保持エルビウムドープファイバ２７、長さ３ｍの偏波保持シングルモードファイバ２３ｂ、アイソレータ２６２、１／４波長板２８、半波長板２１ｃ、光学フィルタ２９を有する。これに加えて、エルビウムの励起光である１４８０ｎｍのレーザ光を生成するＬＤ２５と光アイソレータ２６１の出力を、ＷＤＭ２４を介してＥＤＦ２７に導く。スーパーコンティニュアム光生成部３０は、正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スーパーコンティニュアム光を生成する光源であって、
コヒーレントなパルス光を発生させるパルス光発振部と、
当該パルス光発振部により発生された前記パルス光を入力し、そのパルス光を増幅してソリトンパルスを生成する高強度ソリトン生成部と、
当該高強度ソリトン生成部の生成する前記ソリトンパルスを導入し、そのソリトンパルスからスーパーコンティニュアム光を生成し、そのスーパーコンティニュアム光を出射するスーパーコンティニュアム光生成部とを有し、
前記高強度ソリトン生成部において、前記パルス光の導入部から、増幅部を介して前記ソリトンパルスの出射に至る経路が、連続した偏波保持光導波路及び偏波保持光素子により構成されていることを特徴とするスーパーコンティニュアム光源。
【請求項２】
前記高強度ソリトン生成部は、希土類元素のドープされた偏波保持光ファイバと、当該希土類元素の励起光を生成する発光装置とを有することを特徴とする請求項１に記載のスーパーコンティニュアム光源。
【請求項３】
前記希土類元素はエルビウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスーパーコンティニュアム光源。
【請求項４】
前記スーパーコンティニュアム光生成部は、正常分散高非線形光ファイバから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスーパーコンティニュアム光源。
【請求項５】
前記パルス光発振部の発生させる前記パルス光のパルス幅は１ピコ秒以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のスーパーコンティニュアム光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数百ｎｍの範囲に渡って連続したスペクトルを有したパルス光である、スーパーコンティニュアム光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
超短パルス光を高非線形光ファイバに導入することによりスーパーコンティニュアム光（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）が発生することは良く知られている。この波長帯域は数百ｎｍに及ぶ。このような広帯域光は、光断層計測や分光計測などの先端光計測の分野において、非常に有用である。
【特許文献１】特開２００５−３３１８１８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９６９５号公報
【特許文献３】特開平１０−９０７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のスーパーコンティニュアム光源により生成されたスーパーコンティニュアム光は、雑音の増加や、微細構造の形成の問題があり、実用上の問題となっていた。また、励起光である超短パルス光からのスーパーコンティニュアム光への変換効率が不十分な場合には、励起光のスペクトル成分がスーパーコンティニュアム光のスペクトルのピークを形成することとなり、スーパーコンティニュアム光の波長に対する光強度の平坦性を劣化させる原因となっていた。
【０００４】
上記のようなスーパーコンティニュアム光の雑音や微細構造の形成は、伝搬定数の群速度分散の高次項である３次の分散により、異なるスペクトルの時間的な重なりによって引き起こされることが最近の研究で明かにされた。また、理想的な時間波形を有する超短パルス光を励起光として用いることにより、励起光の成分を全てスーパーコンティニュアム光に変換できることも明らかとなった。本発明者は、超短パルス光を増幅して高エネルギー超短パルス光を生成する際に、偏波保持光ファイバを用いることで特性を安定化し、雑音を低減できることを見出し、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、スーパーコンティニュアム光を生成する光源であって、コヒーレントなパルス光を発生させるパルス光発振部と、当該パルス光発振部の発生させたパルス光を増幅したソリトンパルスを生成する高強度ソリトン生成部と、当該高強度ソリトン生成部の生成するソリトンパルスからスーパーコンティニュアム光を生成するスーパーコンティニュアム光生成部とを有し、高強度ソリトン生成部において、パルス光の導入部から、増幅部を介してソリトンパルスの出射に至る経路が、連続した偏波保持光導波路及び偏波保持光素子により構成されていることを特徴とするスーパーコンティニュアム光源である。尚、パルス光を増幅したソリトンパルスを生成するとは、単に光強度を増幅するのみでなく、パルス幅を短くし、及び／又は、ピーク波長を変移させたラマンソリトンパルスを生成するものを含むものとする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、高強度ソリトン生成部は、希土類元素のドープされた偏波保持光ファイバと、当該希土類元素の励起光を生成する発光装置とを有することを特徴とする。請求項３に係る発明は、希土類元素はエルビウムであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、スーパーコンティニュアム光生成部は、正常分散高非線形光ファイバから成ることを特徴とする。請求項５に係る発明は、パルス光発振部の発生させるパルス光のパルス幅は１ピコ秒以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
パルス光発振部により発生されたパルス光が、希土類元素をドープしたファイバを有する高強度ソリトン生成部により増幅されてソリトンパルスが生成される。このとき、高強度ソリトン生成部において用いられるファイバの全てを偏波保持ファイバとすることで、生成されるソリトンパルスは理想的な時間波形ｓｅｃｈ2（ｔ／Ｔ0）、但しＴ0はパルス幅、を有するペデスタルフリーな（低周波の光強度のスロープが波打たない）波形となる。このような理想的な時間波形を有するソリトンパルスを正常分散の高非線形ファイバに導入することで、広波長帯域に平坦に広がるスペクトルを有する低雑音のスーパーコンティニュアム光を得ることができる。また、本発明の光源によるスーパーコンティニュアム光はコヒーレンス度が高い。更に本発明の光源は、スーパーコンティニュアム光を安定に生成することができ、各種の計測用の光源として非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
コヒーレントなパルス光を発生させるパルス光発振部は、例えばリング型のエルビウムドープ光ファイバレーザを用いることが可能である。その他、数ピコ秒乃至それ以下のパルス幅のパルス光を発生させうる任意のレーザ等を用いることが可能である。発生させるレーザ波長は、後段の高強度ソリトン生成部の増幅方法や、最終的に得るべきスーパーコンティニュアム光の波長帯域の範囲にも関係するが、所望に設計して良い。生成されるパルス光のパルス幅は１ｐｓ以下が好ましく、５００ｆｓ以下が更に好ましい。
【０００９】
高強度ソリトン生成部は、希土類元素をドープしたファイバ増幅器とする。この際、少なくとも当該希土類元素をドープしたファイバは偏波保持ファイバとする。また、その前段又は後段にファイバを接続する場合も偏波保持ファイバとする。希土類元素をドープした偏波保持ファイバに当該希土類元素の励起光を導入するためのカプラとしては、例えば偏波保持型の波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）を用いると良い。これらは既に多数のメーカーから提供されており、適切な製品が入手可能である。希土類元素をドープした偏波保持ファイバにより、パルス光の光強度が増幅され、パルス幅が短くなり、ピーク波長を変移させたラマンソリトンパルス（請求項のソリトンパルスに対応）が生成される。ソリトンパルスのパルス幅（時間波形をｓｅｃｈ2（ｔ／Ｔ0）とした場合のＴ0）は５００ｆｓ以下が好ましく、２００ｆｓ以下が更に好ましい。
【００１０】
この高強度ソリトン生成部の中心部である、コヒーレントなパルス光から理想時間波形のソリトンパルスを生成するための偏波保持ファイバや偏波保持型の波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）の他、高強度ソリトン生成部へのコヒーレントなパルス光導入部とソリトンパルス出射部には、任意の光学素子を取り付けて良い。例えばコヒーレントなパルス光導入部には、半波長板や偏光ビームスプリッタを配置すると良い。また、ソリトンパルス出射部には、増幅用の希土類元素の励起光が後段に出射されないように、波長選択阻止性の光学フィルタを配置すると良い。高強度ソリトン生成部において、増幅のためにファイバに添加する希土類元素は、パルス光発振部の生成するパルス光の波長にもより選択される。パルス光発振部が例えばエルビウムドープファイバを用いたレーザであれば、高強度ソリトン生成部の増幅も、エルビウムを用いると良い。この際、励起光は例えば波長１４８０ｎｍとし、当該波長を生成するレーザを配置させる。その他、必要箇所に光アイソレータその他を配置させると良い。
【００１１】
スーパーコンティニュアム光生成部は、正常分散高非線形光ファイバを用いると良い。このようなファイバは特許文献１、３に記載されているほか、容易に入手可能である。特許文献１に定義が記載されている非線形係数は、５Ｗ-1ｋｍ-1以上が好ましく、１０Ｗ-1ｋｍ-1以上がより好ましい。
【実施例１】
【００１２】
〔本発明に係る光源の構成〕
図１は本発明の具体的な一実施例に係るスーパーコンティニュアム光源１００の構成を示すブロック図である。図１に示すスーパーコンティニュアム光源１００は、パルス光発振部１０、高強度ソリトン生成部２０、スーパーコンティニュアム光生成部３０の３つのブロックから成る。
【００１３】
スーパーコンティニュアム光源１００のパルス光発振部１０は、エルビウムドープファイバを用いたリング型レーザ発振器１１と、増幅器１２と光アイソレータ１６とから成る。
【００１４】
スーパーコンティニュアム光源１００の高強度ソリトン生成部２０は、パルス光発振部１０からのパルス光Ｐが通過する順に、半波長板（λ／２）２１ａ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２、半波長板（λ／２）２１ｂ、長さ４ｍの偏波保持シングルモードファイバ（ＳＭＦ）２３ａ、偏波保持型波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）２４、長さ２ｍの偏波保持エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）２７、長さ３ｍの偏波保持シングルモードファイバ（ＳＭＦ）２３ｂ、アイソレータ２６２、１／４波長板（λ／４）２８、半波長板（λ／２）２１ｃ、光学フィルタ２９を有する。これに加えて、エルビウムの励起光である１４８０ｎｍのレーザ光Ｅを生成するレーザダイオード（ＬＤ、励起光発光装置）２５と光アイソレータ２６１の出力を、偏波保持型波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）２４を介して偏波保持エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）２７に導く構成である。偏波保持エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）２７において、ＬＤ２５からのレーザ光（エルビウムの励起光）Ｅとパルス光発振部１０からのパルス光Ｐの進行方向を同一とした。これにより、ファイバレーザー本体への励起光の侵入を抑え、光源の動作を安定させることができる。
【００１５】
スーパーコンティニュアム光源１００のスーパーコンティニュアム光生成部３０は、正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）から成る。正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）としては、非線形性γが２１Ｗ-1ｋｍ-1、長さ５ｍのファイバを用いた。尚、正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）として偏波保持型のものを用いても良い。
【００１６】
〔各ブロックにおける出力の特徴〕
図１のスーパーコンティニュアム光源１００によりスーパーコンティニュアム光を生成した。パルス光発振部１０においては、中心波長１５６０ｎｍ、パルス幅２６０ｆｓ、平均強度８ｍＷ、パルス周期４８ＭＨｚのパルス光が生成された。高強度ソリトン生成部２０においては、パルス光発振部１０の生成したパルス光から、中心波長１６９０ｎｍ、パルス幅Ｔ0＝１１０ｆｓ、平均強度６０ｍＷ、ピーク強度１１ｋＷの、フーリエ変換限界の時間波形ｓｅｃｈ2（ｔ／Ｔ0）のペデスタルフリーな、ソリトンパルス（高強度ソリトン）が生成された。スーパーコンティニュアム光生成部３０においては、高強度ソリトン生成部２０の生成したソリトンパルス（高強度ソリトン）から、以下に示す平坦、低雑音、高コヒーレンス、広帯域のスーパーコンティニュアム光が生成された。
【００１７】
図２は、本発明に係るスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光の、波長に対する光強度を示すグラフ図である。このうち、図２．Ａは光強度を通常目盛とし、図２．Ｂは光強度を対数目盛として記載した。図２．Ａ及び図２．Ｂに示される通り、最大強度に対して光強度が−２０ｄＢまでの波長帯域は、１３００ｎｍから２０００ｎｍに及び、半値幅（ＦＷＨＭ）は、５８０ｎｍであった。
【００１８】
尚、図２．Ａのように、スーパーコンティニュアム光源１００のパルス光発振部１０と高強度ソリトン生成部２０の出力における光スペクトルの影響が、スーパーコンティニュアム光源１００の最終出力であるスーパーコンティニュアム光にも影響している。これは光フィルタで除去できなかった、ＬＤ２５由来のエルビウム励起光との干渉によるものである。しかし、図２．Ｂに示される通り、当該影響は、±１ｄＢ程度であって極めて平坦性の高いものである。この±１ｄＢの範囲に変動がおさまる波長帯域は、１４００ｎｍ付近から１９００ｎｍ付近までの帯域幅５００ｎｍに及ぶものであって、広帯域において極めて平坦なものとなった。
【００１９】
〔従来の光源によるＳＣ光との比較１〕
図３．Ａは、本発明に係るスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光と、従来のスーパーコンティニュアム光の、相対強度雑音（ＲＩＮ）を比較したグラフ図である。従来のスーパーコンティニュアム光としては、実施例１で、高強度ソリトン生成部２０の全てのファイバを偏波保持型でない、通常のファイバとし、スーパーコンティニュアム光生成部として８ｍ長の高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）を用いて生成したもの（比較例１）を比較対象とした。ＲＩＮの測定は、ＰＩＮ光ダイオードと、高周波スペクトルアナライザにより行った。
【００２０】
図３．Ａに示される通り、偏波保持型ファイバを用いない高強度ソリトン生成部と８ｍ長のＨＮＬ−ＤＳＦを用いて生成したスーパーコンティニュアム光（比較例１）は、１０ｋＨｚ乃至１０ＭＨｚの周波数帯域においてＲＩＮが−１４０ｄＢ／Ｈｚ近傍と比較的高雑音であった。一方、本発明によるスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光は、少なくとも１００ｋＨｚ乃至１０ＭＨｚにおいてはＲＩＮが−１６０ｄＢ／Ｈｚ以下と低雑音であり、１０ｋＨ乃至１００ｋＨｚにおいても８ｍ長のＨＮＬ−ＤＳＦを用いて生成した比較例１のスーパーコンティニュアム光よりもＲＩＮが低いものであった。
このように、本発明に係るスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光は、従来の光源によるスーパーコンティニュアム光よりも低雑音であった。
【００２１】
図３．Ｂは、スーパーコンティニュアム光源１００のパルス光発振部１０と高強度ソリトン生成部２０の出力におけるＲＩＮを示したグラフ図である。図３．Ａと比較すると明らかなように、スーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光は、スーパーコンティニュアム光源１００のパルス光発振部１０と高強度ソリトン生成部２０の出力におけるＲＩＮと大差が無く、長さ５ｍの正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）から成るスーパーコンティニュアム光生成部３０を通過する際に、ＲＩＮが増加していないことが理解できる。
【００２２】
〔従来の光源によるＳＣ光との比較２〕
図４は、本発明に係るスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光と、従来のスーパーコンティニュアム光のコヒーレンス度を比較したグラフ図である。従来のスーパーコンティニュアム光としては、実施例１で、高強度ソリトン生成部２０の全てのファイバを偏波保持型でない、通常のファイバとし、スーパーコンティニュアム光生成部として３ｍ長のＨＮＬ−ＤＳＦを用いて生成したもの（比較例２）を比較対象とした。コヒーレンス度の測定は、マッハツェンダ型干渉計と、光スペクトルアナライザにより行った。
図４に示される通り、３ｍ長のＨＮＬ−ＤＳＦを用いて生成した比較例２のスーパーコンティニュアム光は、１．４乃至１．７μｍの波長帯域においてコヒーレンス度が０．３〜１．０と、非常にばらつきの大きいものであった。一方、本発明によるスーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光は、１．４乃至１．７μｍの波長帯域においてコヒーレンス度が０．８〜１．０と、ばらつきが十分に小さく、高コヒーレンスであった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るスーパーコンティニュアム光源１００の構成を示すブロック図。
【図２】スーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光の、波長に対する光強度を示すグラフ図であって、２．Ａは光強度を通常目盛、２．Ｂは光強度を対数目盛としたもの。
【図３．Ａ】スーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光と、比較例１のスーパーコンティニュアム光の、ＲＩＮを比較したグラフ図。
【図３．Ｂ】スーパーコンティニュアム光源１００のパルス光発振部１０と高強度ソリトン生成部２０の出力におけるＲＩＮを示したグラフ図。
【図４】スーパーコンティニュアム光源１００により生成されたスーパーコンティニュアム光と、比較例２のスーパーコンティニュアム光のコヒーレンス度を比較したグラフ図。
【符号の説明】
【００２４】
１００：スーパーコンティニュアム光源
１０：パルス光発振部
１１：リング型発振器
２０：高強度ソリトン生成部
２３ａ、２３ｂ：偏波保持シングルモードファイバ（ＳＭＦ）
２４：偏波保持型波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）
２７：偏波保持エルビウムドープファイバ
２５：エルビウム励起光を生成するＬＤ
３０：正常分散高非線形光ファイバ（ＮＤ−ＨＮＬＦ）から成るスーパーコンティニュアム光生成部
【図１】
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【図２】
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【図３．Ａ】
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【図３．Ｂ】
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【図４】
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