(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスであって：
−非線形光ファイバ（Ｆ）；
−ポンピングシステム；
−レーザキャビティ；並びに
−前記非線形光ファイバ（Ｆ）の出力端部によって前記スーパーコンティニューム光を生成及び放出するために、前記ポンピングシステムが提供するポンピングを用いてレーザ光のパルスを生成して前記非線形光ファイバ（Ｆ）に向けて放出し、前記非線形光ファイバ（Ｆ）の非線形効果を励起するよう構成及び配設された、前記レーザキャビティ内に配置された活性媒体
を少なくとも備える、広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスにおいて、
前記デバイスは、
−前記非線形光ファイバ（Ｆ）が、前記レーザキャビティ内に配設され；
−前記活性媒体が、前記非線形光ファイバ（Ｆ）の入力端部に接続された出力端部を有する活性ファイバ部分（Ｆｍ）を備え；
−前記ポンピングシステムが、前記活性ファイバ部分（Ｆｍ）の入力端部に配設された、内側に光を放出するためのポンピングダイオード（Ｄ）を備え；
−前記レーザキャビティ及び前記活性媒体が、前記活性媒体が生成及び放出する前記レーザ光のパルスが光のカオス性パルスとなり、前記カオス性パルスが前記非線形光ファイバ（Ｆ）の前記非線形効果を励起して、前記非線形光ファイバ（Ｆ）に前記スーパーコンティニューム光を、長時間に亘ってランダムに分散されるパルスの形態で生成及び放出させ；そして、
−少なくとも１つの低反射率要素（Ｒ２）が、前記非線形光ファイバ（Ｆ）の前記出力端部に又は前記出力端部の近傍に配設され、及び、少なくとも１つの高反射率要素（Ｒ１）が、前記ポンピングダイオード（Ｄ）が供給する光の挿入点の前又は後において、前記活性ファイバ部分（Ｆｍ）の前記入力端部の前に配設され、
その結果、前記デバイスが、モードロックレーザ及びＱスイッチレーザでは必要なアクティブ型又はパッシブ型のいずれのタイプの振幅、位相又は周波数変調器も必要なく、そして、スーパーコンティニューム光を生成できるようにするために増幅段階が必要ないよう構成されることを特徴とする、広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイス。
【請求項２】
前記低反射率は−１０ｄＢ〜−７０ｄＢの値を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記低反射率は−３０ｄＢ〜−５０ｄＢの値を有することを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記低反射率要素（Ｒ２）は、垂直でない角度に切断された前記非線形光ファイバ（Ｆ）の非コリメータ端部であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記低反射率要素（Ｒ２）は、前記非線形光ファイバ（Ｆ）の前記出力端部の部分的に反射性のコリメータ端部であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記コリメータ端部は、微小球体形状に溶融された端部、前記非線形光ファイバ（Ｆ）の前記出力端部上に組み付けられた反射防止性コーティングを有するコリメータレンズ、又は前記非線形光ファイバ（Ｆ）の、垂直でない角度に切断された前記出力端部に接続された外部コリメータであることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記非線形光ファイバ（Ｆ）は非線形微細構造化ファイバであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記活性ファイバ（Ｆｍ）は、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏを含む群の元素のうちの少なくとも１つ、又は前記元素の組み合わせでドープされたコアを有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記活性ファイバ部分（Ｆｍ）の前記出力端部を前記非線形光ファイバ（Ｆ）の前記入力端部と相互接続させる、適合用ファイバセクション（Ｆａ）を備えることを特徴とする、請求項１又は８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、前記少なくとも１つの高反射率要素（Ｒ１）が配設された前記活性ファイバ部分（Ｆｍ）の前記入力端部と、前記活性ファイバ（Ｆｍ）が最大自然放出を有する波長上にセンタリングされたバンドパスフィルタとして機能する長周期格子（Ｎ）とに接続された、追加の光ファイバ部分（Ｆｎ）を備え、
前記追加の光ファイバ部分（Ｆｎ）の自由端部（Ｔ）は垂直でない角度で終端していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
ナノ秒レベルのパルス幅と、毎秒１０００パルスレベルの平均放出速度とを有する光のパルスを放出するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスの全ての構成部品はファイバで作製され、融着によって接続されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
発光ダイオードタイプの広帯域光放出源としての、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイスの使用。
【請求項１４】
ハロゲンランプとしての、請求項１３に記載のデバイスの使用。
【請求項１５】
蛍光寿命イメージング顕微鏡、光干渉断層撮影又は分子イメージングにおける生物医学的撮像用途のための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイスの使用。
【請求項１６】
光ファイバ、材料又は光ファイバ構成部品の特性決定における測定機器としての用途のための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイスの使用。
【請求項１７】
部品及び材料の分類、検査設備、ひび割れ及び欠陥の検出のため並びに品質管理のための白色光干渉法における工業設備としての用途のための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイスの使用。
【請求項１８】
ナノフォトニクス又は分光学における用途のための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、レーザ光のパルスによってその非線形効果が励起された場合にスーパーコンティニューム光を生成及び放出する非線形光ファイバを含む、広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスに関し、より具体的には、上記レーザ光のパルスがカオス的な性質を有し、かつランダムに分布した光のパルスの形態でスーパーコンティニューム光を長時間に亘って放出するデバイスに関する。
【０００２】
本発明はまた、多数の用途に関して提案される上記デバイスの一連の使用にも関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術において複数の広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスが公知であり、そのうちのいくつかについて以下に説明する。
【０００４】
市場で入手可能なスーパーコンティニューム光源は、通常「モードロック」レーザとして知られている、レーザキャビティモードの位相同期レジメンに従って動作するピコ秒レーザに基づくものであり、このピコ秒レーザはフォトニック結晶ファイバを励起する。モードロックレーザ技術は高価であり、従って電力１Ｗ超のスーパーコンティニューム光源のコストは約４００００ユーロである。これらの光源は２つの重要な特性を有する。その１つは、これら光源が分光学用のハロゲンランプの代替品を構成することであり、もう１つは、これら光源が、時間分解能による計測学及び分光学において適用可能なコヒーレント周波数コムを生成することである。
【０００５】
その他のスーパーコンティニューム光源は、励起システムとして、通常「Ｑスイッチング」と呼ばれるキャビティのＱファクタ切り替えレジメンにおいて動作するファイバレーザシステムを使用し、このファイバレーザシステムは、ポンプ源によって連続的にポンピングされるドープファイバ利得媒体を備え、モードロックレーザが生成するものより高いパルスエネルギ及び長いパルス幅を有するレーザパルスを提供する。
【０００６】
モードロックレーザ及びＱスイッチレーザは共に、アクティブ型又はパッシブ型の何らかのタイプの振幅、位相又は周波数変調器を必要とする。
【０００７】
スイス特許第１０２１３０４１３号は、多成分ドープシリカ光ファイバを基にした、完全な光ファイバタイプのスーパーコンティニュームレーザ源について記載している。この文献は、使用されるファイバが非線形であることを示していない。上記文献の著者は、単純な構造的形態、高い出力及び幅広くフラットなスペクトル範囲のスーパーコンティニュームレーザ源を得るために、半導体レーザポンピング源、Ｑスイッチング構成のＹｂドープダブルクラッド光ファイバ、多成分ドープシリカ光ファイバに基づいて研究を行っている。
【０００８】
スイス特許第１０２１３０４１３号で提案されているレーザ源のキャビティは、２つの高反射率ブラッグ格子を使用し、キャビティの両端部に高反射率の反射材が必要となるため、放出されるレーザ光の効率は必然的に極めて低くなる。
【０００９】
国際公開第２０１１１２４８６７Ａ１号は、赤外線範囲と紫外線範囲との間の光を放出できるスーパーコンティニューム光放出デバイスについて記載しており、このデバイスは、レーザ源と、上記レーザ源が放出したレーザビームを受信してスーパーコンティニューム光を生成及び放出するために配設された非線形微細構造光ファイバとを備え、このデバイスは、放出されたスーパーコンティニューム光パルス幅を変化させるための手段を含む。
【００１０】
一般に、光ファイバレーザ（スイス特許第１０２１３０４１３号のような稀な場合を除く）は、初めは十分な電力を提供せず、スーパーコンティニューム光を生成できるようにするためには増幅段階を必要とし、レーザを単独で使用できる場合に対して構成部品の数が倍増する。
【００１１】
“Ｃｒ４＋：ＹＡＧ  ｃｈｉｒｐｅｄ−ｐｕｌｓｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”，  ｂｙ  Ｎｅｗ  Ｊ  Ｐｈｙｓ．  ２００８  Ａｕｇｕｓｔ  １０．  ｐｉｉ：  ０８３０２２．  Ｓｏｒｏｋｉｎ  Ｅ  ｅｔ  ａｌ．  Ｉｎｓｔｉｔｕｔ  ｆｕｒ  Ｐｈｏｔｏｎｉｋ，  ＴＵ  Ｗｉｅｎ，  Ｇｕｓｓｈａｕｓｓｔｒ．  ２７／３８７，  Ａ−１０４０  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａは、パッシブＣｒ：ＹＡＧモードロックレーザのチャープパルス動作について記載している。分散が略ゼロの状態でレーザを動作させる様々なレジメンが研究された。これらレジメンは、ある特定のレーザ構成に関して、出力パルスのエネルギを５倍増大させることができるが、この増大は、マルチパルス又はカオス性モードロックの発生によって制限されることを示す。出力パルスは１．４ｐｓのパルス幅を有し、３ｍのシリカファイバ部品において１２０ｆｓまで低減され、これにより非線形ファイバにおいてスーパーコンティニューム光を生成できる。チャープパルスレジメンのスペクトル形状及び安定性は、キャビティ内の分散の量及び形状に左右される。
【００１２】
注記：チャープパルス増幅（ｃｈｉｒｐｅｄ  ｐｕｌｓｅ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＣＰＡ）は、増幅前にレーザパルスを一時的に分光的に引き伸ばすことによって、超短パルスレーザをペタワットレベルまで増幅させるための技術である。
【００１３】
“Ｃｈａｏｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｕｌｓｅ  ｓｐａｃｉｎｇ  ｏｆ  ｐａｓｓｉｖｅ  Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ａｌｌ−ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｌａｓｅｒｓ”，  Ｍａｒｃｅｌｏ  Ｋｏｖａｌｓｋｙ  ａｎｄ  Ａｌｅｊａｎｄｒｏ  Ｈｎｉｌｏ，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ／  Ｖｏｌ．  ３５，  Ｎｏ．  ２０  ／  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １５，  ２０１０は、ダイオードポンピングＣｒ−ＹＡＧ  Ｑスイッチレーザにおける、パルス間隔（「ジッタ」）の不安定性を低次元決定論的カオスによって抑制することの、実験的及び理論的な検証について記載している。研究対象の動態の研究において得られた特性決定、及びその主要なパラメータは、カオスを制御する機構を通したこのジッタの低減（これが実際的な関心の対象である）のための効果的な方法への手がかりとなる。反対に、パルス間隔（interpulse spacing）の予測が困難であることにより、このシステムは、ロバストなカオス性レーザ周波数変調に基づく、自由空間伝播における高電力暗号化通信に関して魅力的なものとなる。
【００１４】
従って、当業者はこれら２つの文献を通して、カオス性レジメンは制御された様式で光を放出させることができないため、Ｑスイッチレーザ又はカオス性レーザの使用におけるカオス性レジメンの使用に伴う不安定性の問題を理解できると断言できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
効率的でありながら公知のものより容易かつ経済的なスーパーコンティニューム光放出デバイスを提供でき、かつ従来技術のスーパーコンティニューム光デバイスに含まれている構成部品の大部分を省略できる、従来技術に見られる欠陥を補う従来技術の代替案を提案することが必要であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的のために、本発明は、以下を備える広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスに関する：
−非線形光ファイバ；
−ポンピングシステム；
−キャビティ；並びに
−非線形光ファイバの出力端部によって上記スーパーコンティニューム光を生成及び放出するために、上記ポンピングシステムが提供するポンピングを用いてレーザ光のパルスを生成して上記非線形光ファイバに向けて放出し、上記非線形光ファイバの非線形効果を励起するよう構成及び配設された、上記キャビティ内に配置された活性媒体。
【００１７】
公知の広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスとは異なり、本発明で提案されるデバイスでは、そのキャビティ及び活性媒体は、活性媒体が生成及び放出するレーザ光のパルスが光のカオス性パルスとなり、このカオス性パルスが非線形光ファイバの非線形効果を励起して、非線形光ファイバにスーパーコンティニューム光を、長時間に亘ってランダムに分散されるパルスの形態で生成及び放出させるよう構成される。
【００１８】
好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、非線形光ファイバの出力端部に又は上記出力端部の近傍に配設された、少なくとも１つの低反射率（＜０．１）の要素を備え、上記低反射率は好ましくは−１０ｄＢ〜−７０ｄＢ、より好ましくは−３０ｄＢ〜−５０ｄＢの値を有する。
【００１９】
一実施形態では、上述の低反射率要素は、垂直でない角度に切断された非線形光ファイバの非コリメータ端部であり、代替実施形態では、低反射率要素は、微小球体形状に溶融された端部、非線形光ファイバの出力端部上に組み付けられた反射防止性コーティングを有するコリメータレンズ、又は非線形光ファイバの、垂直でない角度に切断された出力端部に接続された外部コリメータ等の、非線形光ファイバの出力端部の部分的に反射性のコリメータ端部である。
【００２０】
ある実施形態によると、非線形光ファイバは非線形微細構造化ファイバである。
【００２１】
極めて好ましい実施形態では、特にこれによって得られる高い効率により、非線形光ファイバは、一般には活性媒体に融着された状態で上記キャビティ内に配設され、その一方でその他のより好ましくない実施形態では非線形光ファイバは外側に配設される場合があり、この場合、低反射率の要素はキャビティの端部に配設され、上記低反射率要素を通してキャビティの外へと出る光は上記非線形光ファイバ上に集束するが、レーザへのいずれの小さな反射によって光が不安定化されること、及び振動が非線形光ファイバ上への光の集束に影響を与え得ることを原因として、光の損失及び不安定性に関連する問題が存在するためこの配置の効率はかなり低い。
【００２２】
ある実施形態によると、上述の活性媒体は、非線形光ファイバの入力端部に接続された出力端部を有する活性ファイバ部分を備え、ポンピングシステムは、上記活性ファイバ部分の入力端部に配設された、内側に光を放出するためのポンピングダイオードを備える。
【００２３】
上記実施形態の好ましい変形例では、活性ファイバはイッテルビウム（Ｙｂ）でドープされたコアを有し、その他のより好ましくない実施形態では、活性ファイバは以下の元素：エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）のうちの少なくとも１つでドープされ、従って非線形活性ファイバを、活性ファイバが放出する波長において非線形レジメンで動作するように設計しなければならない。上記波長は、例えばエルビウムでドープした場合、１５５０ｎｍの帯域内である。
【００２４】
ある実施形態によると、本発明のデバイスは、活性ファイバ部分の出力端部を非線形光ファイバの入力端部と相互接続させる、適合用ファイバセクションを備える。
【００２５】
ある実施形態によると、本デバイスは、上記ポンピングダイオードが供給する光の挿入点の前又は後において、活性ファイバ部分の入力端部の前に配設された、少なくとも１つの高反射率（＞０．９）要素を備える。
【００２６】
更にある実施形態によると、本発明のデバイスは、上記高反射率要素が配設された活性ファイバ部分の入力端部と、活性ファイバが最大自然放出を有する波長上にセンタリングされたバンドパスフィルタとして機能する長周期格子とに接続された、追加の光ファイバ部分を備え、上記追加の光ファイバ部分の自由端部は垂直でない角度で終端している。
【００２７】
ある実施形態によると、本発明のデバイスは、ナノ秒レベルのパルス幅と、毎秒１０００パルスレベルの平均放出速度とを有する光のパルスを放出するよう構成される。
【００２８】
好ましい実施形態によると有利には、本発明のデバイスの全ての構成部品はファイバで作製され、融着によって接続される。
【００２９】
本発明が提案するデバイスは、従来のスーパーコンティニューム光放出デバイスの代替案を提示し、これにより、上記従来の放出デバイスを用いて得られるものと同等であるが、広帯域スペクトルランプを用いて得られるものに対して改善された電力スペクトル密度が得られる。本発明が提案するデバイスは、モードロックレーザ又はＱスイッチレーザを使用せず、これにより構成部品の数を大幅に削減でき、また本デバイスは、カオス性レーザ自体が極めて高いエネルギパルス、即ち高強度パルスを放出するため、追加の増幅段階を必要としない。フォトニック結晶ファイバにおける非線形効果の励起システムは、カオス性の極めて単純な、ただし非線形光ファイバをナノ秒レベルで励起するにあたって十分な特性を有する、光ファイバ「レーザ」（後のコメントを参照のこと）からなる。重要なのは、源を大幅に安価にすることができ、従って多くの用途の測定設備への組み込み及び多くの分野の分光技術の開発のためにスーパーコンティニューム光源を極めて容易に利用できるようにし、これによって可能なユーザ及び用途の数を増加させることができることである。
【００３０】
上述のようなコスト低下は、本発明の２つの特徴によって達成される。その１つは、（モードロックレーザ及びＱスイッチレーザでは必要な）いずれのタイプの振幅、位相又は周波数変調器も必要ないことであり、もう１つは、（殆どの光ファイバレーザとは対照的に）スーパーコンティニューム光を生成できるようにするために増幅段階が必要ないことである。
【００３１】
用語「レーザ（ｌａｓｅｒ）」が上記において引用符で囲まれて使用されているのは、厳密に言うと、本発明のデバイスは、本デバイスが非線形光ファイバから得られる場合にのみカオス性レーザと呼ぶことができるものであるためであり、というのは、このような場合以外の場合、光が広帯域で放出され、このタイプの放出を「レーザ」放出と呼ぶことができるかどうかに議論の余地があるためである。いずれの場合においても、上述のコメントを考慮した上で、本発明の説明を明瞭化するために、本明細書の様々な部分において、用語「カオス性レーザ（ｃｈａｏｔｉｃ  ｌａｓｅｒ）」は、本デバイスの、非線形光ファイバを含まない複数の要素の組を指して使用される。
【００３２】
従って、本発明のデバイスの様々な異なる態様は、カオス性レーザと非線形光ファイバとの組み合わせによるものであると言うことができる。複数の態様を差異化する主要な因子は、内部ポンピングレーザと、最終的に非線形光ファイバの出力端部から放出される白色光との両方に関する、放出のカオス性である。
【００３３】
本発明が提案するデバイスは、紫外線スペクトルの一部、可視スペクトル全体及び近赤外線スペクトル、好ましくは４００ｎｍ〜２４００ｎｍを包含し、約１ｎｓの可変パルス幅と１ｋＷ超のピーク電力を有する強力なパルスを生成する、高電力かつ低コストの点光源を構成する。
【００３４】
本発明はまた、例えば（十分に広帯域のスペクトル、低いコスト、そして従来のハロゲンランプよりはるかに明るい光を有する）ハロゲンランプ及びその他のＬＥＤ広帯域源といった本発明が提案するデバイスの一連の使用にも関する。
【００３５】
本発明が提案するデバイスの性能的特徴は、光学分光用途に関して類を見ないものである。重要なのは、源の点光源的性質、及び空間フィルタを有する従来のハロゲン光源を用いて達成可能なものよりも大きな様々なレベルの強度であり、後者は、撮像技術、小さな試料の特性決定、低濃度の活性物質の検出、単離されたナノ粒子の特性決定等に関する大幅な改善を意味する。
【００３６】
従って本発明が提案するデバイスにより、以下の分野において、従来のシステムを用いて検出されるものよりも桁違いに小さいレベルの信号の検出が可能となる。
【００３７】
生物医学的撮像
−蛍光寿命イメージング顕微鏡：共焦点顕微鏡を用いた撮像技術。スーパーコンティニューム源により、単一のレーザ源を用いて、各場合に最適なレベルとなるように励起帯域を選択及び調整できる。
−光干渉断層撮影：生体組織等の光拡散媒体内の３Ｄ画像を提供する信号取得及び処理技術。スーパーコンティニューム源は、超高分解能と超高感受性とを同時に提供する。
−分子イメージング：生体内の分子過程を監視するための撮像技術。スーパーコンティニューム源により、この技術に適切な帯域である６５０〜９００ｎｍの帯域を包含できる単一の光源に必要な波長の全体域を提供する。
【００３８】
測定機器
−光ファイバ及び光ファイバ構成部品の特性決定。
−材料の特性決定：スーパーコンティニューム源は、光ファイバに連結された、超広帯域の容易に集束させることができるガウスビームを提供し、これにより、複数の光ファイバ設備又は異なるワークテーブル上に配置された設備を容易に適合させることができる。
【００３９】
工業設備
−部品及び材料の分類：スーパーコンティニューム源は、可視光及び赤外線光を同時に提供し、これにより部品及び材料の分類、有機材料と無機材料、果物と野菜、プラスチックと木材等の区分を行うロボットの効率を改善できる。
−検査設備：ひび割れ及び欠陥の検出のため、並びに品質管理のための、白色光干渉法。
【００４０】
基礎研究
−ナノフォトニクス：スーパーコンティニューム源は、良好な集束が可能であり、かつ高い強度を提供できるため、ナノ粒子、光学的ナノキャビティ及びナノ構造化デバイスを個別に検出及び特性決定するために必要な強度を提供する。
−分光学：スーパーコンティニューム源は、様々なレベルの強度の改善をもたらし、光源の点光源的性質を保持できるため、全ての分光技術はスーパーコンティニューム源の利点から利益を得ることができる。
【００４１】
本発明は、上述の分野全てに関する、本発明が提案するデバイスの様々な使用に関する。
【００４２】
本発明の利点
本発明により、これまで使用されてきた解決法よりも低いコストで源を実装できる。診断及び撮像技術の改善、並びに極めて低い濃度の分子の検出、並びにこれに従って分子イメージングによる安全で進歩した疾患の検出及び手術ナビゲーションを可能とする分光技術の改善から利益を得ることになる医療分野での応用により、本発明が提案するデバイスは、生活の質及び持続可能性の改善に影響を与える。太陽光発電プラントは、可搬性かつ低コストの機器を用いて光学的表面の正確な特性決定を行う必要があり、また広帯域において光学的環境条件の特性決定を行う必要がある。フォトニックデバイスの特性決定における改善は、光通信にも寄与することになる。基礎研究は、例えばナノ粒子の特性決定のためのいずれの光学分光技術のもとで作業を行う研究グループにとって極めて利用しやすい設備を提供することに関して本発明のデバイスから得られる結果から幅広い利益を得ることになり、これをガン及びその他の疾患の治療に応用できる。
【００４３】
上述の及びその他の利点及び特徴については、例示的かつ非限定的なものとして解釈されるべき添付の図面を参照した以下の複数の実施形態の詳細な説明から、更に完全に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明が提案するデバイスの、ある実施形態に関する概略図である。
【図２】図２は、図１のデバイスの出力によって放出される光信号のスペクトルを示すグラフである。
【図３】図３は、図１のデバイスの出力において生成されるカオス性パルス列を示す、正規化電力と時間とに関するグラフである。
【図４】図４は、本発明が提案するデバイスの、図１の実施形態よりも精巧な実施形態に関する別の実装形態を示す。
【図５】図５は、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図７ａ】図７ａは、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図７ｂ】図７ｂは、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図７ｃ】図７ｃは、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図８ａ】図８ａは、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【図８ｂ】図８ｂは、図４のデバイスの出力信号の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、本発明が提案する広帯域スーパーコンティニューム光放出デバイスのある実施形態を概略的に示し、上記実施形態は、以下の要素：
−例えば５Ｗかつ９８０ｎｍのポンピングダイオードＤを含む、ポンピングシステム；
−活性ファイバ部分Ｆｍで形成された活性媒体であって、上記活性ファイバ部分Ｆｍは、そのコアがＹｂでドープされ、またポンピングダイオードＤによってポンピングを行うためにポンピングダイオードＤに接続された１つの入力端部によってクラッド部にポンピングされている、活性媒体；
−微小構造化ファイバ等の非線形光ファイバＦ；
−活性ファイバ部分Ｆｍの出力端部を非線形光ファイバＦの入力端部と相互接続させる、適合用ファイバセクションＦａ（例えばＳＭ９８０）；
−非線形光ファイバＦの出力端部に配設された、低反射率要素Ｒ２；
−極めて高い反射率を有するブラッグ格子等の高反射率要素Ｒ１が配設された活性ファイバ部分Ｆｍの入力端部と、活性ファイバＦｍが最大自然放出を有する波長（例えば１０３０ｎｍ）上にセンタリングされたバンドエリミネーションフィルタとして機能する長周期格子Ｎとに接続された、追加の光ファイバ部分Ｆｎであって、上記追加の光ファイバ部分Ｆｎの自由端部Ｔは、放出が不安定化されず、かつ必要なパルスカオス性のレジメンが損なわれないよう、ファイバＦｎの端部で光が反射しないことを保証するために、垂直でない角度で終端している、追加の光ファイバ部分Ｆｎ
を備える。
【００４６】
図１では、参照符号Ｓを用いてデバイスの最終出力（ここでスーパーコンティニューム光が放出される）を示しており、参照符号Ｓｍを用いて活性ファイバ部分Ｆｍの残留ポンピング分の抽出点を示している。
【００４７】
図１のデバイスのキャビティはＲ１とＲ２との間に画定され、図示していない実施形態では、Ｒ１の前（即ち図１に示す位置によると左側）にポンピングダイオードＤの出力を接続できる。
【００４８】
非線形微小構造化ファイバＦの技術的特徴としては、レーザの作動波長に対して最適化された小さいモードエリア及び色分散が挙げられる。本発明のデバイスの具体的な実装形態では、その構成に関して、約１０３０ｎｍにおいて放出を行うＹｂでドープされた活性ファイバが使用され、使用される非線形微小構造化ファイバは、１０３０ｎｍ付近においてゼロ分散、１０３０ｎｍ超の波長に関しては異常、１０３０ｎｍ未満の波長に関しては正常となるよう構成される。更に、群屈折率対波長の曲線は、長波長において迅速な上昇を達成できるよう最適化されている。ファイバＦの最適化により、白色光源のスペクトル範囲をその最大値４００〜２４０ｎｍまで拡張でき、その一方でファイバＦの最適でない実施形態は、放出されるスーパーコンティニューム光の帯域幅を部分的に低下させてしまうものの、これによってデバイスが完全に使用不可能となるわけではない。
【００４９】
図１のデバイスの実験用組立体を作製した。この実験用組立体において、５ＷダイオードＤはＹｂでドープされた活性ファイバをポンピングし、レーザキャビティはカオス性パルスによるレジメンにおいて動作するよう調整され、上記キャビティは、本発明者らの研究室で製造された非線形微小構造化ファイバＦを含んでおり、このファイバＦ内で誘発される非線形効果は、白色光の放出を引き起こす。放出されるスーパーコンティニューム光のスペクトルは、電力１５６ｍＷにおいて約４００ｎｍ〜２４００ｎｍ超という可視光の大部分を包含し、図２に示すように、総電力２６４ｍＷ（レーザに関連する、即ち他の波長に変換されていない活性媒体の光子に関する電力１０８ｍＷを含む）において−１０ｄＢｍ／ｎｍレベルの強度を有する（図２にエネルギピークを「レーザＹｂ」として示す）。
【００５０】
図３は、図１のデバイスの出力Ｓにおいて生成される一連のカオス性パルスを示す、正規化電力と時間とに関するグラフである。
【００５１】
図４は、本発明が提案するデバイスの別の実施形態を示し、ここでこのデバイスは、図１のデバイスよりも多数の要素、特に図１のデバイスよりも多数かつより幅広い種類のファイバ部分を備える。
【００５２】
図４に示す記号は以下のような意味を有する：
●  スプライス
×  不規則な切断による端部
／  ＡＰＣコネクタ
／／  ＵＡＰＣコネクタ
【００５３】
図４のデバイスは、図１のデバイスが含むものと同一の要素に、非線形ファイバＦの端部と出力Ｓとの間に配設された一連の追加の要素及びより強力なポンピングダイオードを加えて形成される。その構成に関して、最大電力７．６Ｗにおいて９７６．５ｎｍのポンピングダイオードがマルチモードファイバＦｄと共に使用され、このマルチモードファイバＦｄは、コアがＹｂでドープされた活性ファイバＦｍのクラッド部へとポンピング電力を送り、残留ポンピング電力を点Ｓｍにおいて抽出し、活性ファイバＦｍが放出した光は、適合用ファイバセクションＦａ（ＳＭ９８０モデル）を用いて非線形微小構造化ファイバＦへと送られ、高反射率要素ＲはＳＭ９８０ファイバ内に形成されたブラッグ格子であり、長周期格子ＮはＰＳ９８０ファイバ内に形成され、ファイバＦｍをブラッグ格子のファイバＦａに接続するファイバセクションＦｃはＨＩ９８０ファイバであり、ファイバＦｓに接続されたファイバＦａに組み付けられるＡＰＣコネクタは端部Ｔを構成する。光出力Ｓはコリメータによって提供される。非線形光ファイバＦの出力端部は、ＵＡＰＣコネクタを用いて、別の適合用ファイバセクションＦａ（ＳＭ９８０）を通して、極性維持ファイバセクションＦｐ（ＰＭ９８０）に接続される。このＵＡＰＣコネクタは、ファイバを垂直でない角度で切断した結果として必要となる低い反射率を提供し、高出力電力をＡＰＣコネクタよりも良好に支援する。ＵＡＰＣコネクタに組み付けられたＰＭ９８０ファイバは、極性が維持されない別の種類のファイバに置き換えてもよい。
【００５４】
光学ポンピング電力７．６Ｗをもたらす８．５１Ａのポンピング電流を印加することにより、図４のデバイスの実装形態を用いて実験的試験を実施した。その結果出力Ｓにおいて、スーパーコンティニューム光に相当する電力及び残留レーザ光に相当する電力を含む、光学出力電力６００ｍＷが得られた。
【００５５】
図５、６、７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂは、図４のデバイスを用いた上述の実験的試験に関して得られた結果を、以下に説明する一連のグラフを通して示しており、その値は、０〜１２５ＭＨｚで動作し、３００〜１０５０ｎｍの標準光帯域幅を有する「Ｎｅｗ  Ｆｏｃｕｓ（登録商標）」モデル１８０１シリコン受光装置を用いて、出力Ｓにおいて得られたものである。平均電力は任意単位（ａ．ｕ．）を用いて表した。
【００５６】
図５は、得られたスーパーコンティニューム光の単一のパルス（セルフトリガショット）に関して得られた測定結果を詳細に示しており、図６は、３つの関連するグラフを用いて、それぞれ異なる形状を有する、ランダムに選択された別の３つのパルス（これもまたセルフトリガショットである）を示す。
【００５７】
図７ａ〜７ｃはそれぞれ、ランダムに選択された単一のショットに関して得られた３つの測定結果の例であり、複数のパルスが経時的にランダムに分布する異なるパルス列を観察できる。
【００５８】
最後に図８ａ、８ｂは、単一のショットに関して０〜５４０μｓにおいて測定された、図４のデバイスの出力Ｓにおいて得られた光検出信号の２つの更なるパルス列を示し、図８ａは初めの５つのパルスを示し、図８ｂは最後の５つのパルスを示す。
【００５９】
これらのグラフに示された測定結果から、以下のように結論付けることができる：
−パルス間の空間は一定ではなく、およそ１２〜２８μｓの範囲内でランダムに変化する；
−連続波成分は観察されない；
−使用されるポンピング条件において、パルスを有さない一時的な範囲は観察されない；
−パルスの形状はランダムに変化し、パルス幅はおよそ３０〜４０ｎｓの範囲内である。
【００６０】
当業者は、添付の請求項において定義されている通りの本発明の範囲から逸脱することなく、上述の複数の実施形態に対して変更及び修正を実施できる。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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