(57)【要約】【課題】可視光波長領域における波長可変短パルス光を生成することができる波長可変短パルス発生装置及び方法を提供する。【解決手段】光ファイバ３に超短パルス光を入射すると、ソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって、波長可変超短ソリトンパルスが生成される。このソリトンパルスの時間幅を短くし、かつピーク強度を高くしてやることにより、３次の非線形光学効果によって波長が１／３の第３高調波を発生させることができ、これを利用して可視光領域短波長を得る。【選択図】　　図１
2004061801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）超短パルス光源と、
（ｂ）該超短パルス光源の出力の特性を調整する光特性調整器と、
（ｃ）該光特性調整器からの出力を入射し、ソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって波長可変超短パルス光を生成し、さらに３次の非線形光学効果によって、前記波長可変超短パルス光の第３高調波を生成する光ファイバとを具備することを特徴とする波長可変短パルス発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光特性調整器が光強度調整器であることを特徴とする波長可変短パルス発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光強度調整器により前記光ファイバへの入射光強度を変化させることにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする波長可変短パルス発生装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光ファイバの長さを変更することにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする波長可変短パルス発生装置。
【請求項５】
（ａ）超短パルス光源の出力を光特性調整器を通して光ファイバに入射し、
（ｂ）前記光ファイバにおけるソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって、波長可変超短パルス光を生成させ、
（ｃ）さらに前記光ファイバにおける３次の非線形光学効果によって、前記波長可変超短パルス光の第３高調波を生成させることを特徴とする波長可変短パルス発生方法。
【請求項６】
請求項５記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光特性調整器は光強度調整器であることを特徴とする波長可変短パルス発生方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光強度調整器により前記光ファイバへの入射光強度を変化させることにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする波長可変短パルス発生方法。
【請求項８】
請求項５、６又は７記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光ファイバの長さを変更することにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする波長可変短パルス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変短パルス発生装置及び方法に係り、特に光エレクトロニクス、光計測、分光、生体計測の分野において、光ファイバにおける非線形効果を用いて、波長可変短パルス光を生成し、さらにその波長可変短パルス光の第３高調波を生成し、短波長帯における波長可変短パルス光を生成する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、既に、光ファイバと超短パルス光源の組み合わせにより、波長可変短パルス光を生成する技術を開発した（特開２０００−１０５３９４）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術では、短波長の可視光波長領域パルス光を発生させることはできなかった。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、可視光波長領域における波長可変短パルス光を生成することができる波長可変短パルス発生装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕波長可変短パルス発生装置において、超短パルス光源と、この超短パルス光源の出力の特性を調整する光特性調整器と、この光特性調整器からの出力を入射し、ソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって波長可変超短パルス光を生成し、さらに３次の非線形光学効果によって、前記波長可変超短パルス光の第３高調波を生成する光ファイバとを具備することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光特性調整器が光強度調整器であることを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光強度調整器により前記光ファイバへの入射光強度を変化させることにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の波長可変短パルス発生装置において、前記光ファイバの長さを変更することにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする。
【０００９】
〔５〕波長可変短パルス発生方法において、超短パルス光源の出力を光特性調整器を通して光ファイバに入射し、前記光ファイバにおけるソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって、波長可変超短パルス光を生成させ、さらに前記光ファイバにおける３次の非線形光学効果によって、前記波長可変超短パルス光の第３高調波を生成させることを特徴とする。
【００１０】
〔６〕上記〔５〕記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光特性調整器は光強度調整器であることを特徴とする。
【００１１】
〔７〕上記〔５〕又は〔６〕記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光強度調整器により前記光ファイバへの入射光強度を変化させることにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする。
【００１２】
〔８〕上記〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載の波長可変短パルス発生方法において、前記光ファイバの長さを変更することにより、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長を制御することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明にかかる波長可変短パルス発生装置の概念図である。
【００１５】
この図において、１は超短パルス光源、２はこの超短パルス光源１に接続される光強度調整器、３はその光強度調整器２に接続される光ファイバである。
【００１６】
超短パルス光源１の出力を光強度調整器２を通し、光ファイバ３に入射すると、光ファイバ３における非線形光学効果（ここではソリトン効果とラマン散乱の効果）によって波長可変超短パルス光が生成される。さらに、光ファイバ３における３次の非線形光学効果によって、波長可変超短パルス光の第３高調波が生成される。
【００１７】
波長可変超短パルス光の波長は、光強度調整器２により光ファイバ３への入射光強度を変化させることによって変位させることができ、それによって前記第３高調波の波長も制御することができる。
【００１８】
また、同様に光ファイバ３の長さを変更することによっても、パルス光の波長を変位させ、前記第３高調波の波長も制御することができる。
【００１９】
第３高調波の生成について詳細に述べると、上記したように、光ファイバ３に超短パルス光を入射すると、ソリトン効果とラマン散乱とによって、波長可変超短ソリトンパルスが生成される。この波長可変超短ソリトンパルスの時間幅を短くし、かつピーク強度を高くしてやることにより、３次の非線形効果によって波長が１／３の第３高調波を発生させ、これを利用して可視光領域短波長を得ることができる。
【００２０】
図２は本発明の第１実施例を示す波長可変超短パルス発生装置のブロック図である。
【００２１】
この図において、１１は超短パルス光源としてのフェムト秒ファイバレーザー、１２はそのフェムト秒ファイバレーザー１１に接続される光強度調整器、１３はその光強度調整器１２に接続されるチョッパー、１４はそのチョッパー１３に接続される定偏波ファイバ、１５は定偏波ファイバ１４に接続される分光器、１６は分光器１５に接続される光電子増倍管、１７はチョッパー１３および光電子増倍管１６に接続されるロックインアンプ、１８は分光器１５およびロックインアンプ１７に接続されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。
【００２２】
励起光源にはフェムト秒ファイバレーザー（超短パルス光源）１１を用い、光強度調整器１２は、波長板と偏光光分岐器を用いて構成した。また、定偏波ファイバ１４にはコア径が６μｍと細い、偏波保持ファイバを用いた。
【００２３】
光強度調整器１２の出力をチョッパー１３に通し、定偏波ファイバ１４に入射する。定偏波ファイバ１４の出力は分光器１５に通し、その出力を光電子増倍管１６を用いて検出する。また、この光電子増倍管１６からの出力をロックインアンプ１７を用いて増幅する。ロックインアンプ１７にはチョッパー１３からの信号が入力される。ロックインアンプ１７、分光器１５はパーソナルコンピュータ１８それぞれに接続し、自動計測システムを構築している。
【００２４】
図３は本発明の第２実施例を示す波長可変超短パルス発生装置のブロック図である。
【００２５】
この図においては、２１は超短パルス光源としてのフェムト秒ファイバレーザー、２２はそのフェムト秒ファイバレーザー２１に接続される光強度調整器、２３はその光強度調整器２２に接続される波長板、２４はその波長板２３に接続される光ファイバ（短尺，細径）、２５は波長フィルタ、２６は分光器、２７は光電子増幅器である。
【００２６】
このように、この実施例では、
▲１▼光ファイバ２４の入射端には波長板２３を配置し、偏光方向の調整（複屈折軸に平行になるよう）を行うことができる。
【００２７】
▲２▼また、光ファイバとして偏波保持ファイバを用いることにより、伝搬光の直線偏光を保持することができる。
【００２８】
さらに、光ファイバ２４が短尺（１０ｍ以下）、細径（６μｍ以下）のものにて異常分散を実現させ、パルスを圧縮することによりピーク強度を上げることができる。
【００２９】
上記▲１▼と▲２▼の組み合わせで３次非線形効果を得ることができる。
【００３０】
更に、出力端に波長フィルタ２５を配置し、第３高調波のみを選択するようにすることができる。
【００３１】
図４は本発明の実施例のソリトンスペクトルを示す図であり、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸にスペクトル強度（相対単位）を示している。
【００３２】
ここでは、５ｍの光ファイバの出力において観測した、励起光と波長可変ソリトンパルスの光スペクトルを表している。励起光の長波長側にＳｅｃｈ２型の波長可変ソリトンパルスが生成される。ファイバへの入射光の強度は４０ｍＷである。
【００３３】
図５は本発明の実施例の波長可変ソリトンパルスの自己相関波形の観測結果を示す図であり、横軸に時間（ｐｓ）、縦軸に強度（相対単位）を示している。
【００３４】
この図５に見られるように、Ｓｅｃｈ２型に対応する台座成分のない綺麗な波形が観測されている。対応する時間幅は７４ｆｓである。
【００３５】
図６は本発明の実施例で生成された第３高調波のスペクトルの観測結果を示す図であり、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸にスペクトル強度（相対単位）を示している。
【００３６】
図６において、図４に示したソリトンパルスの１／３の波長にパルススペクトルが生成されているのが分かる。
【００３７】
図７は本発明の実施例で生成された第３高調波パルスの波長シフトのファイバ長依存性を示す図であり、横軸にファイバ長（ｍ）、縦軸にＴＨＧ（第３高調波パルスの）波長（ｎｍ）を示している。
【００３８】
図７から明らかなように、ファイバ長が増加するに従って、ソリトン自己周波数シフトによって波長可変ソリトンの波長が長波長側にシフトしていく。それに伴って、生成される第３高調波パルスの波長も長波長側へとシフトしていく。第３高調波パルスの波長は、波長可変ソリトンパルスの波長の１／３であった。
【００３９】
図８は本発明の実施例で生成される第３高波長パルスの波長のファイバ入射光強度依存性を示す図であり、横軸はファイバ入射光強度（ｍＷ）、縦軸はＴＨＧ（第３高調波パルスの）波長（ｎｍ）を示している。
【００４０】
図８から明らかなように、光ファイバへの入射光強度を増加させるにつれて、波長可変ソリトンの波長は線形に長波長側へとシフトしていく。それに伴って、生成される第３高調波の波長も線型に長波長側へとシフトしていく。
【００４１】
図９は本発明の実施例のファイバ表面から散乱された第３高調波の観測写真（代用図面）を示す図である。
【００４２】
この図に示されるように、光ファイバにおけるパルス光の伝搬に伴って、ソリトンパルスの波長は単調に長波長側へとシフトしていく。それに伴って、生成される第３高調波も緑色、黄色、橙色から赤色へとシフトしていく。第３高調波の波長、あるいは色を観測することで、光ファイバにおけるパルス光の伝搬に伴うパルス光の波長シフトの様子を観測することができる。
【００４３】
上記のように構成したので、可視できる程度に発色した第３高調波を得ることができ、光ファイバの伝達経路に応じて波長が変化していく様子を直接色を目で見て確認することもできるし、光ファイバ途中に周波数計を入れることによっても確認できる。
【００４４】
将来的には、光の三原色を一本のファイバで自由に出力する可能性を有しており、その効果は著大である。
【００４５】
なお、上記実施例では、光源と光強度調整器は別個のブロックで図示しているが、光源と光強度調整器を一体化した機能を持たせるようになし、一個のブロックで包括するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４６】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４８】
（Ａ）可視波長帯において、入射光強度に対し連続して波長のシフトする波長可変短パルス光を生成させることができる。
【００４９】
（Ｂ）光ファイバにパルス光を通すだけで、第３高調波パルスを生成させることができる。
【００５０】
（Ｃ）光ファイバの伝搬に伴う波長可変ソリトンパルスの波長シフトの様子を容易に観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる波長可変短パルス発生装置の概念図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す波長可変超短パルス発生装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す波長可変超短パルス発生装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施例のソリトンスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の実施例の波長可変ソリトンパルスの自己相関波形の観測結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例で生成された第３高調波のスペクトルの観測結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例で生成された第３高調波パルスの波長シフトのファイバ長依存性を示す図である。
【図８】本発明の実施例で生成される第３高波長パルスの波長のファイバ入射光強度依存性を示す図である。
【図９】本発明の実施例のファイバ表面から散乱された第３高調波の観測写真（代用図面）を示す図である。
【符号の説明】
１　　超短パルス光源
２，１２，２２　　光強度調整器
３，２４　　光ファイバ
１１，２１　　フェムト秒ファイバレーザー（超短パルス光源）
１３　　チョッパー
１４　　定偏波ファイバ
１５，２６　　分光器
１６，２７　　光電子増倍管
１７　　ロックインアンプ
１８　　パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２３　　波長板
２５　　波長フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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