(57)【要約】【課題】限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うこと。【解決手段】本開示に係る光パラメトリック発振器は、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、非共振光検出部による非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて駆動機構を制御して、共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を備える。【選択図】図１
2016053615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、
を備える、光パラメトリック発振器。
【請求項２】
前記共振器光学系の固有モードにおける前記非線形光学結晶に集光する前記ポンプ光の集光角の大きさが、前記非線形光学結晶における位相整合角度の許容幅の半値よりも大きい、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項３】
前記制御部は、前記前記非共振光検出部における前記非共振成分の光の検出位置において、検出光の強度が最大となるように前記共振器長を制御する、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項４】
前記位相整合角度の許容幅の半値は、前記集光角の大きさに対して１０％〜８０％である、請求項２に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項５】
前記非共振光検出部は、検出面が複数の領域に分割されている分割ディテクタである、請求項１に記載の光パラメトリック発振器。
【請求項６】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を備える、光源ユニット。
【請求項７】
前記レーザ光源は、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源である、請求項６に記載の光源ユニット。
【請求項８】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を有する、光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、
を備える、顕微鏡。
【請求項９】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、
前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、
を含む、光パラメトリック発振の調整方法。
【請求項１０】
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、
前記共振成分の光の波長が所望の値となるように、前記非線形光学結晶の位相整合角度を変化させることと、
前記共振光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系における前記ポンプ光の共振器長を調整することと、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、
前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、
を含む、波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光パラメトリック発振器、光源ユニット、顕微鏡、光パラメトリック発振の調整方法及び波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光顕微鏡を用いて生体観察を行うにあたり、近年、観察対象物に含まれる蛍光体を多光子励起することで、観察対象物から蛍光を発生させることが行われるようになってきた。かかる多光子励起蛍光顕微鏡の光源として、波長を自由に選択可能な短パルス光源が望まれている。短パルス光源から得られる短パルス光の波長を変換する方法として、非線形光学結晶を用いた光パラメトリック発振器の手法がある。
【０００３】
一般的な光パラメトリック発振器では、高出力の励起光源が必要となる。そのため、低出力のポンプ光強度であっても効率良く波長変換を行うためには、ポンプ光とシグナル光それぞれが共振する二重共振器型の光パラメトリック発振器が必要となる。
【０００４】
かかる二重共振器型の光パラメトリック発振器において、ポンプ光とシグナル光の２つの波長の光を共振させるために、それぞれの波長でパス（光路）を変えた共振器構造を採用し、波長変換した光（シグナル光）の出力が最大となるように共振器長を制御する方法が知られている（例えば、下記の特許文献１を参照。）。また、ポンプ光とシグナル光の２つの波長の光を共振させるために、共振器内に他の制御素子を導入することで、共振器長を制御する方法も知られている（例えば、下記の特許文献２を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３００７０２号公報
【特許文献２】特開平７−１９９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている方法では、最大値近傍でのシグナル光の出力変化が緩慢であるため、共振器長を一意に決定しにくく、変換される波長が変動したり、ビーム特性が変化したりしてしまう。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示されている方法では、共振器内ロスを増加させるために発振閾値が増加するため、低出力のポンプ光を用いた場合には効率の良い波長変換を行うことが出来なくなってしまう。
【０００８】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うことが可能な光パラメトリック発振器、光パラメトリック発振の調整方法及び波長変換方法と、かかる光パラメトリック発振器を利用した光源ユニット及び顕微鏡と、を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を備える光パラメトリック発振器が提供される。
【００１０】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、を備える光源ユニットが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、を有する、光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、を備える顕微鏡が提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、を含む、光パラメトリック発振の調整方法が提供される。
【００１３】
また、本開示によれば、入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、前記共振成分の光の波長が所望の値となるように、前記非線形光学結晶の位相整合角度を変化させることと、前記共振光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系における前記ポンプ光の共振器長を調整することと、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、を含む波長変換方法が提供される。
【００１４】
本開示によれば、ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出し、かかる検出結果に応じて、共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、共振光学系の共振器長が所定の長さに制御される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本開示によれば、限られたポンプ光の強度であっても、より効率良く、かつ、より安定的にポンプ光の波長変換を行うことが可能となる。
【００１６】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る光パラメトリック発振器について説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る光パラメトリック発振器について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る光パラメトリック発振の調整処理について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る光パラメトリック発振器における波長変換方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図６Ａ】同実施形態に係る光パラメトリック発振器の変形例の一例を模式的に示した説明図である。
【図６Ｂ】同実施形態に係る光パラメトリック発振器の変形例の一例を模式的に示した説明図である。
【図７】非線形光学結晶における屈折率楕円体について説明するための説明図である。
【図８】非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。
【図９】非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。
【図１０Ａ】同実施形態に係る光パラメトリック発振器の変形例の一例を模式的に示した説明図である。
【図１０Ｂ】同実施形態に係る光パラメトリック発振器の変形例の一例を模式的に示した説明図である。
【図１１】同実施形態に係る光パラメトリック発振器を有する光源ユニットの構成を模式的に示したブロック図である。
【図１２Ａ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１２Ｂ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１２Ｃ】同実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１３】同実施形態に係る光源ユニットを有する顕微鏡の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１４】本開示の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１５Ａ】実施例１における光パラメトリック発振器の光学系を模式的に示した模式図である。
【図１５Ｂ】実施例１における光パラメトリック発振器の共振器長とアイドラー光位置との関係を示したグラフ図である。
【図１６】実施例２における光パラメトリック発振器の光学系を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１．１．光パラメトリック発振器の構成について
１．２．光源ユニットの構成について
１．３．顕微鏡の構成について
１．４．制御部のハードウェア構成について
２．実施例
【００２０】
（第１の実施形態）
＜光パラメトリック発振器の構成について＞
まず、図１〜図４を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の構成について、詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る光パラメトリック発振器の構成の一例を模式的に示した説明図である。図２及び図３は、本実施形態に係る光パラメトリック発振器について説明するための説明図である。図４は、本実施形態に係る光パラメトリック発振の調整処理について説明するための説明図である。
【００２１】
［光パラメトリック発振器１０の全体構成について］
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、図１に模式的に示したように、非線形光学結晶１１と、共振器光学系１２と、を備える。共振器光学系１２は、図１に示したように、少なくとも２つの共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂと、ポンプ光入力カプラＩＣ、ダイクロイックミラーＤＭ、エンドミラーＥＭ、シグナル光出力カプラＯＣ等といった各種の光学素子と、から構成されている。また、共振器光学系には、これらの光学素子以外にも、各種のレンズやミラーやフィルタ等といった、公知の光学素子が設けられていても良い。
【００２２】
光パラメトリック発振器１０の内部へと導光された光は、少なくとも２つの共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂによって、これら共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂを結ぶ光軸上に集光される。その上で、非線形光学結晶１１が、形成された光の集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される。
【００２３】
ここで、光の集光状態のウェスト（ｗａｉｓｔ）部とは、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂによって形成される光の集光状態のうち、ビーム半径が最小となる位置（いわゆる、ビームウェスト（ｂｅａｍ  ｗａｉｓｔ））を意味する。また、レーリー長（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｌｅｎｇｔｈ）とは、ビームウェスト（ビーム半径Ｗ０）から、ビーム半径が２０．５Ｗ０に拡がる位置までの光軸方向の距離を意味する。
【００２４】
光の集光状態のウェスト部のレーリー長内に配設される非線形光学結晶１１は、入射したポンプ光の波長を、角度位相整合法により異なる波長へと変換する結晶である。かかる非線形光学結晶１１は、ポンプ光の波長に応じて、利用可能な結晶が決まっている。例えば、ポンプ光として青色光を利用する場合、非線形光学結晶１１として、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ３Ｏ６）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）等といった公知の青色光用の非線形光学結晶を利用することができる。また、ポンプ光として、青色光以外の光を用いる場合には、ポンプ光の波長に対応した公知の非線形光学結晶を用いればよい。
【００２５】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０のエンドミラーＥＭやシグナル光出力カプラＯＣには、それぞれ駆動部１４が設けられている。
【００２６】
また、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、非線形光学結晶１１から発生し、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂから取り出し可能な非共振光を検出する、非共振光検出部１５が設けられている。
【００２７】
更に、非線形光学結晶１１、駆動部１４及び非共振光検出部１５を含む光パラメトリック発振器１０の全体的な動作は、制御部１６によって統括的に制御されている。
【００２８】
未図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、ポンプ（ｐｕｍｐ）光（励起光）として、ポンプ光入力カプラＩＣから光パラメトリック発振器１０の内部へと導光される。その後、ポンプ光は、ダイクロイックミラーＤＭ、共振器ミラー１３Ａ、非線形光学結晶１１、共振器ミラー１３Ｂ、エンドミラーＥＭ、共振器ミラー１３Ｂ、非線形光学結晶１１、共振器ミラー１３Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ、ポンプ光入力カプラＩＣ・・・という光路をたどる。かかる第１の光路が、ポンプ光を増幅するための第１の共振器として機能する。
【００２９】
また、ポンプ光が非線形光学結晶１１を透過することで、シグナル（ｓｉｇｎａｌ）光及びアイドラー（Ｉｄｌｅｒ）光という、励起光とは波長の異なる光が発生する。本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、シグナル光を外部に取り出して光源として利用することも可能であるし、アイドラー光を外部に取り出して光源として利用することも可能である。以下では、シグナル光を外部に取り出す場合を例に挙げて説明を行うものとする。
【００３０】
非線形光学結晶１１から発生したシグナル光は、共振器ミラー１３Ｂ、エンドミラーＥＭ、共振器ミラー１３Ｂ、非線形光学結晶１１、共振器ミラー１３Ａ、ダイクロイックミラーＤＭ、シグナル光出力カプラＯＣ、ダイクロイックミラーＤＭ、共振器ミラー１３Ａ、非線形光学結晶１１・・・という光路をたどる。かかる第２の光路が、出力光（本説明では、シグナル光）を生成するとともに、出力光の強度を増幅する第２の共振器として機能する。
【００３１】
ここで、本実施形態に係る非線形光学結晶１１は、光の集光状態の中へと配設されている。非線形光学結晶１１を光の集光状態の中（より詳細には、ウェスト部のレーリー長内）へと配設することで、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、共振器の条件を安定に維持することが可能となる。
【００３２】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂ（以下、まとめて共振器ミラー１３とも称する。）、ポンプ光入力カプラＩＣ、エンドミラーＥＭ、シグナル光出力カプラＯＣについては、特に限定されるものではなく、公知のものを利用すればよい。また、ダイクロイックミラーＤＭは、ポンプ光及び出力光の双方に対して低ロスなものであれば、特に限定されるものではなく、公知のものを利用することが可能である。
【００３３】
このように、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、上記のような２つの光路を内部に有する、２軸光学系となっている。また、第１の光路に対応する第１の共振器と、第２の光路に対応する第２の共振器は、各共振器を構成する光学素子の一方の端部が、エンドミラーＥＭで共通であり、他方の端部が、第１の共振器の場合にはポンプ光入力カプラＩＣであり、第２の共振器の場合にはシグナル光出力カプラＯＣである。
【００３４】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、このようなパンプレゾナント系を導入することによって、光パラメトリック発振器１０の内部で、ポンプ光と、ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）光（より詳細には、２つの発振光のうち少なくとも１つ）とを共振させることが求められる。ここで、「共振」のためには、ポンプ光の光源であるレーザ（例えば、半導体パルスレーザ）の発振周期と完全に一致したタイミングで、それぞれの光が共振器内を周回するように、共振器長（すなわち、上記２種類の光路の光路長）を調整することが求められる（発振条件Ａ）。
【００３５】
しかしながら、光パラメトリック発振器１０は、後述するような非線形光学結晶を備えるため、結晶の色分散によって、光の波長に応じて光学的距離が変化してしまう。その結果、波長の異なるポンプ光及びＯＰＯ光がそれぞれ発振条件Ａを満たすように、光路を別にした上記のような２軸光学系を導入することが有効となる。
【００３６】
この２つの共振器の光路長を調整するために、第１の光路の一方の端部に位置するエンドミラーＥＭに対してサーボ機構等の駆動部１４を設けるとともに、第２の光路のもう一方の端部に位置するシグナル光出力カプラＯＣに対してサーボ機構等の駆動部１４を設ける。ここで、エンドミラーＥＭ及びシグナル光出力カプラＯＣに設けられる駆動部１４は、互いに独立して制御可能なようにする。このような駆動部１４を設け、制御部１６により駆動部１４を制御させることで、第１の光路の光路長と、第２の光路の光路長とを、互いに独立して制御することが可能となる。
【００３７】
ここで、駆動部１４による第１の光路の光路長の制御方法は、特に限定されるものではなく、例えば、適切な光路長を実現するエンドミラーＥＭの位置をテーブル等のデータ形態で記憶しておき、かかる位置を保持するようにエンドミラーＥＭの位置を制御してもよい。また、光パラメトリック発振器１０からのポンプ光の反射光の強度を随時検出し、検出した反射光の強度に応じてエンドミラーＥＭの位置を制御する等といった、公知の制御方法を利用することも可能である。
【００３８】
また、第２の光路の光路長は、非共振光検出部１５によって検出された非共振光（アイドラー光）の結像位置及び／又は強度に応じて、シグナル光出力カプラＯＣに設けられた駆動部１４がフィードバック制御されることで、適切な長さに制御される。この第２の光路の光路長の制御方法については、以下で改めて詳細に説明する。
【００３９】
以上のような駆動部１４は、特に限定されるものではなく、ボイスコイルモータやピエゾ素子等といった公知の駆動機構を利用することができる。
【００４０】
なお、上記では、第１の光路の光路長を、エンドミラーＥＭの位置を駆動部１４により制御することで調整する場合について説明したが、エンドミラーＥＭを固定しておき、ポンプ光入力カプラＩＣの位置を駆動部１４により制御するようにしてもよい。
【００４１】
非共振光検出部１５は、非線形光学結晶１１から発生し、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂから取り出し可能な非共振光であるアイドラー光の検出位置又は検出強度の少なくとも何れか一方を検出する。かかる非共振光検出部１５は、光を検出可能なものであれば、特に限定されるものではないが、光の検出面が複数の領域に区分された分割ディテクタを用いることが好ましい。
【００４２】
非共振光検出部１５によって検出された非共振光（アイドラー光）の検出位置や検出強度に関する出力信号は、後述する制御部１６へと出力され、シグナル光を共振させるための第２の光路の光路長の制御に利用される。
【００４３】
制御部１６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により実現されるユニットである。制御部１６は、光パラメトリック発振器１０の動作を全般的に統括する処理部であり、光パラメトリック発振器１０を構成する様々なユニットの制御を実施する。例えば、制御部１６は、ユーザ操作に応じて後述する非線形光学結晶の設置角度を制御し、ユーザの所望するシグナル光波長を発振させる。また、制御部１６は、共振器光学系１２を構成する光学素子に設けられた駆動部１４を制御して、ポンプ光及びシグナル光のそれぞれに適切な光路長を維持させる。この際、第２の光路の光路長を制御する際には、非共振光検出部１５による検出結果を利用して、シグナル光出力カプラＯＣの駆動部１４を制御する。
【００４４】
なお、制御部１６は、光パラメトリック発振器１０に接続されているパーソナルコンピュータや各種サーバ等の情報処理装置により実現されていてもよいし、光パラメトリック発振器１０内に実装されるＩＣチップや演算処理ボード等として実現されていてもよい。また、制御部１６は、必要に応じて、光パラメトリック発振器１０に接続される各種機器（例えば、レーザ光源や、顕微鏡ユニット等）の機能を更に制御することも可能である。
【００４５】
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の全体構成について説明した。
【００４６】
なお、図１では、共振器光学系１２として、いわゆるＢｏｗ  ｔｉｅ型の光学配置を図示しているが、共振器光学系１２は図１に示した例に限定されるものではなく、いわゆるＺ型の光学配置であってもよい。
【００４７】
［光路長制御機構について］
非線形光学結晶１１にポンプ光を透過させることで、ポンプ光とは波長の異なる出力光を得ることができる。なお、一般に、非線形光学結晶１１により生成される出力光の波長は、非線形光学結晶の設置角度又は温度を制御することで切り替えることが可能である。本実施形態に係る非線形光学結晶１１においては、非線形光学結晶に関する角度を制御することで、入射するポンプ光から、ポンプ光とは波長の異なる出力光を発生させる。
【００４８】
先だって説明したように、共振器光学系１２において、共振光（シグナル光）とポンプ光は、波長が互いに異なることに起因して、非線形光学結晶１１中で群遅延（ｇｒｏｕｐ  ｄｅｌａｙ）が相違することとなる。そのため、本実施形態に係る共振器光学系１２では、シグナル光出力カプラＯＣの位置を制御することで、所望の波長に対して群遅延を補正する。換言すれば、シグナル光出力カプラＯＣの位置によって、群遅延がちょうど補償される波長が変わり、ポンプ光の集光角が十分に大きければ、角度位相整合する波長条件の幅があるため、共振する波長が変化することとなる。
【００４９】
このとき、非線形光学結晶１１中では、群遅延が補正される波長に応じて、非共振光であるアイドラー光の位相整合条件（角度）が変化する。かかる場合において、図２に模式的に示したように、非線形光学結晶１１の許容角をポンプ光の集光角よりも小さくなるように共振器光学系１２を調整すると、アイドラー光が選択できる角度位相整合条件幅が拡がることとなる。その結果、シグナル光出力カプラＯＣの位置を制御することで第２の光路の光路長（換言すれば、シグナル光の共振器長）を変えて共振波長を変化させると、図３に模式的に示したように、非共振光であるアイドラー光の出射方向が変化することとなる。
【００５０】
このように、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、共振器光学系１２の固有モードにおける非線形光学結晶１１へのポンプ光の集光角（ウォークオフも含めた集光角）を、非線形光学結晶１１の角度許容幅の半値全幅（すなわち、許容角）よりも大きくする。これにより、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、非共振光の出射方向が、群遅延の補正と対応して変化する。
【００５１】
具体的には、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、位相整合の許容角（位相整合角度の許容幅の半値）が集光角の大きさに対して１０％〜８０％となるように、共振器光学系１２を調整することが好ましい。位相整合の許容角が集光角の８０％超過である場合には、アイドラー光が選択できる角度位相整合条件幅を十分に拡げることができず、得られるシグナル光の強度が低くなり好ましくない。一方、位相整合の許容角が集光角の１０％未満である場合には、シグナル光の発振が不安定となり、また、シグナル光のプロファイルも悪化するため、好ましくない。
【００５２】
一般的な角度位相整合による光パラメトリック発振では、ポンプ光の強度を十分にとり、角度許容幅よりもポンプ光の集光角が狭くなるような構成とする。しかしながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、上記のような許容角と集光角との関係を実現することにより、アイドラー光の出射方向の変化を利用して、第２の光路の光路長（シグナル光の共振器長）を制御することが可能となる。
【００５３】
具体的には、図４に模式的に示したように、２分割ディテクタや４分割ディテクタ等のような非共振光検出部１５により、ディテクタの特定の位置で検出されるアイドラー光の強度、もしくは、ディテクタで検出されるアイドラー光の位置、又は、ディテクタで検出されるアイドラー光の位置とその強度を検出する。図４中央の上段に模式的に示したように、シグナル光の共振器長とアイドラー光の強度は、ある共振器長で極大値を取るような特性を示すと考えられる。また、図４中央の下段に模式的に示したように、シグナル光の共振器長とアイドラー光の位置は、共振器長に伴って大きく変化すると考えられる。従って、非共振光の強度や位置という大きく変化する信号に基づいて共振器長をフィードバック制御することで、新たな光学素子を共振器キャビティ中に設けることなく、安定かつ効率の高いシグナル光の発振を実現することができる。
【００５４】
具体的には、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の制御部１６は、非共振光検出部１４からの信号に基づいて、非共振成分の光の検出位置において検出光の強度が最大となるように、第２の光路の共振器長を制御する。このような制御を行うことで、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、シグナル光出力カプラＯＣから射出されるシグナル光の強度が最大となる第２の光路の共振器長を、より効率良く、かつ、簡便に実現することが可能となる。
【００５５】
以上、図２〜図４を参照しながら、本実施形態に係る光路長制御機構について、詳細に説明した。
【００５６】
以上、図１〜図４を参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０について、詳細に説明した。
【００５７】
＜波長変換方法の流れについて＞
続いて、図５を参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０における波長変換方法の流れについて、簡単に説明する。図５は、本実施形態に係る波長変換方法の流れの一例を示した流れ図である。
【００５８】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０における波長の変換方法では、まず、所望のシグナル光波長が得られるように、非線形光学結晶１１の条件が設定される（ステップＳ１０１）。より詳細には、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、角度位相整合法を用いた光パラメトリック発振が実現されるため、制御部１６の制御の下、非線形光学結晶１１のウェスト部への配設角度（すなわち、位相整合角度）が調節される。
【００５９】
次に、光パラメトリック発振器１０の制御部１６は、共振器ミラー１３に設けられた駆動機構や、共振光学系の一端に位置するエンドミラーＥＭに設けられた駆動部１４を制御して、共振器ミラー１３の位置や、エンドミラーＥＭの傾き度合いを調整する（ステップＳ１０３）。引き続き、光パラメトリック発振器１０の制御部１６は、エンドミラーＥＭに設けられた駆動部１４を制御して、エンドミラーＥＭの光軸上の位置を調整する（ステップＳ１０５）。これらの一連の制御により、光パラメトリック発振器１０へと入射するポンプ光を共振させるための条件が整えられることとなる。
【００６０】
続いて、光パラメトリック発振器１０の制御部１６は、非共振光検出部１５から出力される検出結果に基づき、アイドラー光が所望の位置（又は強度）となるように、共振光学系の他端（すなわち、シグナル光出力カプラＯＣ）をフィードバック制御する（ステップＳ１０７）。これにより、所望の波長を有するシグナル光が、光パラメトリック発振器１０から射出されることとなる。
【００６１】
以上、図５を参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０における波長変換方法の流れを簡単に説明した。
【００６２】
［変形例］
上記の光パラメトリック発振器１０における波長変換方法の説明では、非線形光学結晶１１の位相整合角度を調整することで、光パラメトリック発振器１０から射出されるシグナル光の波長を切り替える場合について説明した。以下では、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０の変形例として、より容易にシグナル光の波長の切り替えが可能な非線形光学結晶ユニットについて、図６Ａ〜図１０Ｂを参照しながら簡単に説明する。
図６Ａ、図６Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態に係る光パラメトリック発振器の変形例の一例を模式的に示した説明図である。図７は、非線形光学結晶における屈折率楕円体について説明するための説明図である。図８〜図９は、非線形光学結晶におけるウォークオフ量について説明するための説明図である。
【００６３】
本変形例で提案される非線形光学結晶ユニット１００は、図６Ａ及び図６Ｂに模式的に示したように、複数の非線形光学結晶１１と、可動部１０１と、を有している。
【００６４】
可動部１０１は、所定の可動軸に基づいて稼働可能な部材である。可動部１０１の少なくとも１つの表面は、平坦面となるように加工されており、この平坦面上に複数の非線形光学結晶１１が配設される。平坦面上への非線形光学結晶１１の固定方法については、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することが可能である。また、可動部１０１の形状は、特に限定されるものではなく、複数の非線形光学結晶１１を設置することが可能な形状であれば、多角形状であってもよいし、略円形状であってもよい。
【００６５】
以下では、便宜的に、可動部１０１が図６Ａ及び図６Ｂに示したような直方体形状を有しているものとして、説明を行う。また、説明の都合上、レーザ光の進行方向と平行な方向をａ軸とし、複数の非線形光学結晶１１の配設方向（換言すれば、可動部１０１の長手方向）をｂ軸とし、可動部１０１の高さ方向をｃ軸とする。
【００６６】
図６Ａ及び図６Ｂに示した例では、可動部１０１の可動軸は、ｂ軸方向と平行となるように設定され、ｂ軸方向に沿って複数の非線形光学結晶１１が配設されている。従って、可動部１０１が可動軸であるｂ軸に沿ってスライドすることで、複数の非線形光学結晶１１のうちの１つが選択され、レーザ光が入射することとなる。
【００６７】
本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、複数の非線形光学結晶１１のそれぞれは、非線形光学結晶の少なくとも２面以上の結晶面を基準面とし、かかる基準面が可動軸に対して位置決めされている。図６Ａ及び図６Ｂに示した非線形光学結晶ユニット１００の場合、ｂ軸及びｃ軸で規定されるｂｃ平面と、ａ軸及びｃ軸で規定されるａｃ平面に平行な平面と、を２つの基準面としている。その上で、複数の非線形光学結晶１１におけるこれらの基準面が、可動軸であるｂ軸に対して位置決めされている。
【００６８】
本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０で用いられる非線形光学結晶１１は、複屈折性を有している結晶であり、かかる屈折率の異方性を示すために、図７に示したような屈折率楕円体（ｉｎｄｅｘ  ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ）を考えることができる。ここで、図７において、ｋは、波数ベクトルであり、Ｄは、電束密度を表わすベクトルであり、Ｅは、電場を表わすベクトルであり、Ｓは、エネルギーの進行方向を表わすポインティングベクトルである。
【００６９】
本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、非線形光学結晶の結晶方位の切り出し方向を複数の非線形光学結晶１１のうち少なくとも２つの間で互いに相違させることで、非線形光学結晶１１の結晶方位とポンプ光との相対的な角度関係を、複数の非線形光学結晶１１のうち少なくとも２つの間で互いに変化させる。これにより、可動部１０１への非線形光学結晶１１の設置角度が同じであっても、非線形光学結晶１１のうち少なくとも２つの間で屈折率楕円体の傾き度合いが互いに相違することとなる。その結果、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、非線形光学結晶１１の基準面（図６Ａにおけるｂｃ平面）から測った位相整合角が、複数の非線形光学結晶１１のうち少なくとも２つの間で互いに相違する。これにより、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、位相整合条件に基づいて、得られる出力光の波長を、複数の非線形光学結晶１１のうち少なくとも２つの間で互いに相違させることができる。なお、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、非線形光学結晶１１の基準面から測った位相整合角が、複数の非線形光学結晶１１の全ての間で互いに相違することがより好ましい。これにより、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、位相整合条件に基づいて、得られる出力光の波長を、複数の非線形光学結晶１１の全ての間で互いに相違させることができる。
【００７０】
また、図６Ａ及び図６Ｂに模式的に示したように、それぞれの非線形光学結晶１１の結晶長（ａ軸方向の長さ）は、非線形光学結晶１１間で互いに等しくなるようにする。これにより、共振器のキャビティ長をある一定の長さに維持することができる。
【００７１】
ここで、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、先だって説明したように、それぞれの非線形光学結晶１１に集光されるポンプ光の集光角が、非線形光学結晶１１の位相整合の許容角よりも大きくなるように、共振光学系が調整される。
【００７２】
従来の光パラメトリック発振器では、位相整合の許容角（角度許容幅）との兼ね合いから、強度の大きなポンプ光を用い、かつ、ポンプ光の集光角を許容角よりも狭くして、浅く集光することが行われてきた。かかる場合、集光角の狭さを補うために、非線形光学結晶の長さ（ポンプ光の光軸に沿った長さ）を長くすることで、変換効率を維持していた。しかしながら、非線形光学結晶の長さが長くなると、わずかな構造精度の誤差や、複数個の非線形光学結晶間のウォークオフの変化に起因する位置ズレで、ビームポインティングが変化してしまい、シグナル光の発振状態を再現させるのが困難になってしまう。
【００７３】
一方、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０では、従来とは逆に、ポンプ光の集光角を許容角よりも大きくなるようにする。これにより、本変形例においては、非線形光学結晶１１の結晶長を従来よりも短くすることが可能となり、より安定かつ効率的に、光パラメトリック発振を実現することが可能となる。
【００７４】
以下、図８及び図９を参照しながら、本変形例においてポンプ光の集光角を許容角よりも大きくすることにより得ることができる利点について、詳細に説明する。
【００７５】
先述のように、ポンプ光の波長を変換するために非線形光学結晶１１の結晶方位の切り出し角度を変えると、結晶内部では、屈折率楕円体の向きが変化する。一方、非線形光学結晶１１に入射するポンプ光の波数ベクトルｋは、常に同じ方向に向いているとすると、波数ベクトルｋに対する屈折率楕円体の向きの変化によって、切り出し角度が互いに異なる非線形光学結晶１１において、ポインティングベクトルＳの向きが変化する。従って、波数ベクトルｋとポインティングベクトルＳとのなす角として定義されるウォークオフ角φ（図７を参照。）の大きさは、非線形光学結晶１１間で互いに相違するようになる。非線形光学結晶１１の結晶長をＬとし、ウォークオフ角をφ［ｒａｄ］とすると、非線形光学結晶の末端でのウォークオフ量ｄは、ｄ＝Ｌ・φで表わされる。従って、非線形光学結晶１１間でウォークオフ角φが異なると、結晶間で、ウォークオフ量ｄに相当するビームの位置ずれが生じることとなる。
【００７６】
いま、図８に模式的に示したように、結晶方向の切り出し角度の異なる２つの非線形光学結晶１１があるとする。ウォークオフ角がφである非線形光学結晶Ａにおいて、結晶長がＬ２であったとすると、ａ＝Ｌ２におけるウォークオフ量ｄ２＝Ｌ２・φとなる。一方、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００のように、ポンプ光の集光角を許容角よりも大きくすると、非線形光学結晶１１における光密度が増加し、結晶長を短くしても、安定した波長変換が実現できる。いま、非線形光学結晶Ａの結晶長がＬ１（＜Ｌ２）になったとすると、ａ＝Ｌ１におけるウォークオフ量ｄ１＝Ｌ１・φとなり、従来の非線形光学結晶よりもウォークオフ量ｄを小さな値に抑制することができる。
【００７７】
一方、ウォークオフ角がφ’（＞φ）である非線形光学結晶Ｂにおいて、結晶長がＬ２であったとすると、ａ＝Ｌ２におけるウォークオフ量ｄ２＝Ｌ２・φ’となり、ａ＝Ｌ１におけるウォークオフ量ｄ１＝Ｌ１・φ’となる。
【００７８】
従来のように、非線形光学結晶の結晶長がＬ２である場合、ａ＝Ｌ２における非線形光学結晶Ａと非線形光学結晶Ｂとのビーム位置のズレ量は、ウォークオフ量ｄの変化分として表わすことができ、ビーム位置のズレ量Δｄ＝｜ｄ２（Ａ）−ｄ２（Ｂ）｜となる。一方、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、結晶長を短くすることが可能となるため、例えば図８に示したように結晶長をＬ１まで小さくできた場合、ビーム位置のズレ量Δｄ＝｜ｄ１（Ａ）−ｄ１（Ｂ）｜となる。その結果、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、非線形光学結晶１１間でのビーム位置のズレ量Δｄを、極めて小さな値まで抑制できる。これにより、たとえ位相整合の許容角やポンプ光のビーム半径が小さくなったとしても、各非線形光学結晶１１間で、ビーム位置のズレ量Δｄを抑制することが可能となる。
【００７９】
ここで、共振器中でガウスビームが形成されている際に、上記のようなウォークオフに伴うビーム位置のズレが生じた場合を想定し、ズレ量がΔｓである場合の２つのガウスビームの重なり積分の大きさを計算した。得られた結果を、図９に示した。
【００８０】
図９左側に示したように、ガウスビームのビーム半径ｒは、ビーム強度が、中心０におけるビーム強度の１／ｅ２（約１３．５％）となる位置として規定される。いま、図９右側上段に示したように、Δｓ＝ｒ／２である場合には、重なり積分の大きさは約８０％以上となり、シフト後のガウスビームは、シフト前のビーム位置とほぼ重なることがわかった。この結果は、Δｓ＝ｒ／２以下である場合には、波長変換が効率良く実現されることを意味している。
【００８１】
一方、図９右側下段に示したように、Δｓ＝ｒである場合には、重なり積分の大きさは３６％程度となり、ビームのモードが不安定となってしまうことがわかった。この結果は、Δｓ＝ｒ以上である場合には、波長変換の効率が低下することを意味している。
【００８２】
図９に示した結果から、非線形光学結晶間でのビーム位置のズレ量Δｄをウェスト部のビーム半径ｒの半値よりも小さくすることで、ビームシフトはビーム直径の１／４まで抑制され、かつ、強度比で半分以上の光量がシフト前のビームパスに重なり合うことがわかる。従って、それぞれの非線形光学結晶１１間において、Δｄ≦ｒ／２とすることで、安定な共振状態が保持され、波長変換が可能となる。
【００８３】
なお、実際には、ビームウェストが非線形光学結晶の結晶中心に位置した場合、結晶端面ではｄｅｆｏｃｕｓによりビーム半径は拡がることとなる。しかしながら、上記条件（Δｄ≦ｒ／２）であれば、非線形光学結晶１１の端面にビームウェストを位置させた場合であっても、シフト後のビームのパスはシフト前のパスに重なり合う。そのため、安定な共振状態を維持しつつ波長変換を実施することが可能となる。
【００８４】
ここで、非線形光学結晶間でのビーム位置のズレ量Δｄをポンプ光のビーム半径ｒの半値の１０％以下とすることが、更に好ましい。ズレ量Δｄをポンプ光のビーム半径ｒの半値の１０％以下とすることで、更に波長変換効率を向上させることが可能となる。なお、ビーム位置のズレ量Δｄの下限値は特に規定するものではなく、小さければ小さいほど良いことは言うまでもない。
【００８５】
本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００では、複数存在する非線形光学結晶１１のうち、シグナル光が発振しにくい波長に対応する非線形光学結晶１１について、まず、共振器光学系の調整を行って、安定的な光学系の条件を選択する。この際、それぞれの非線形光学結晶１１がビームの集光位置に配設されるように、可動部１０１の可動条件を調整しておく。その上で、対極的な波長に対応する非線形光学結晶１１において波長変換が実現するか否かを比較しつつ、共振器光学系の更なる調整を行っていく。具体的には、用いる非線形光学結晶１１の種類や結晶長を決定した後に、発振しにくい波長について、まず、共振器光学系の調整を行う。その後、対極的な波長に対応する非線形光学結晶１１において波長変換が実現されるように、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂの鏡面の曲率を調整したり、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂ間の距離を調整したりして、全ての非線形光学結晶１１間において、Δｄ≦ｒ／２となるように、共振器光学系の調整を行う。
【００８６】
以上のような光学系の調整を行うことで、それぞれの非線形光学結晶１１は、ビームの集光位置に配設されるようになり、共振器の条件を安定に維持することが可能となる。また、非線形光学結晶１１の許容角よりもポンプ光の集光角を大きくすることで、短い結晶長でビームの位置シフト量の変換分であるΔｄを小さくし、各非線形光学結晶１１が安定にシグナル光を発振可能な条件を実現することができる。更に、Δｄ≦ｒ／２という条件を満足することで、可動部１０１を稼働させて非線形光学結晶１１を交換した場合であっても、安定に発振状態を維持することができる。
【００８７】
なお、より安定した波長変換を実現するため、各非線形光学結晶１１では、位置決めにおける可動部１０１への配設誤差に伴うビームの位置シフト量が、上記のようなウォークオフに伴うビームの位置シフト量の変化分Δｄよりも小さくなることが好ましい。
【００８８】
このような非線形光学結晶ユニット１００を導入した場合、図５に示したような波長の切り替え処理を行う際には、共振器ミラー１３の位置の調整や、エンドミラーＥＭの傾き度合いの調整を行うことが不要となる。そのため、より簡便に光パラメトリック発振における波長の切り替えを行うことが可能となる。
【００８９】
なお、上記の説明では、矩形状の可動部１０１が可動軸に沿って平行移動することで、複数の非線形光学結晶１１の入れ替えを実現する場合を例に挙げた。ここで、図６Ａ及び図６Ｂに示した非線形光学結晶ユニット１００において、ｃ軸方向に沿って複数の非線形光学結晶１１を配設し、可動軸をｃ軸方向と平行となるように設定してもよいことは、言うまでもない。また、可動部１０１の形状については、図６Ａ及び図６Ｂに示したものに限定されるものではなく、図１０Ａに示したような円盤形状であってもよい。
【００９０】
可動部１０１の形状が図１０Ａに示したような円盤形状である場合、可動部１０１の可動軸は、円盤の中心軸と同軸となるように設定される。この場合、可動部１０１が可動軸を中心に回転することにより、円盤の表面上に配設された複数の非線形光学結晶１１の中の１つが、レーザ光の集光位置へと配設されることとなる。
【００９１】
円盤表面上への非線形光学結晶１１の固定方法については、特に限定されるものではない。しかしながら、より安定的に非線形光学結晶１１を固定するために、図１０Ｂに示したように可動部１０１に対して凹部１０３を設け、かかる凹部１０３に非線形光学結晶１１をはめ込むことで非線形光学結晶１１を固定することが好ましい。
【００９２】
以上、図６Ａ〜図１０Ｂを参照しながら、本変形例に係る非線形光学結晶ユニット１００における波長変換機構について、具体的に説明した。
【００９３】
＜光源ユニットの構成について＞
続いて、図１１〜図１２Ｃを参照しながら、以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニットの構成について、簡単に説明する。
図１１は、本実施形態に係る光パラメトリック発振器を有する光源ユニットの構成を模式的に示したブロック図である。図１２Ａ〜図１２Ｃは、本実施形態に係る光源ユニットで用いられるレーザ光源の一例を模式的に示したブロック図である。
【００９４】
以上説明したような光パラメトリック発振器１０を利用して、光源ユニットを実現することが可能である。かかる光源ユニットは、図１１に模式的に示したように、上記の光パラメトリック発振器１０と、かかる光パラメトリック発振器１０の前段に設けられたレーザ光源２０と、を備える。かかる光源ユニット３０では、レーザ光源２０から射出された所定波長のポンプ光が、各種のレンズ、ミラー、フィルタ等といった光学素子（図示せず。）により光パラメトリック発振器１０へと導光される。その後、光パラメトリック発振器１０によって、ポンプ光とは異なる波長のシグナル光へと変換され、かかるシグナル光が光源ユニット３０の外部へと取り出される。
【００９５】
ここで、レーザ光源２０については、特に限定されるものではなく、光パラメトリック発振を実現可能なレーザパワーを有するものであれば、パルスレーザであっても、ＣＷレーザであってもよい。また、レーザ光源２０の種類についても特に限定されるものではなく、各種の固体レーザやガスレーザ等であってもよいし、各種の半導体レーザであってもよい。ただ、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０は、より小さなレーザパワーであっても効率良くかつ安定に波長変換を行うことが可能であるため、レーザ光源２０として半導体レーザを用いることで、光源ユニット３０の小型化を実現可能である。
【００９６】
また、かかるレーザ光源２０には、レーザ光源２０からのポンプ光の発振を制御するための制御ドライバ等が更に設けられていても良い。また、光パラメトリック発振器１０の制御部１７が、レーザ光源２０の制御ドライバを兼ねていても良い。
【００９７】
レーザ光源２０として利用可能な半導体レーザの一例として、例えば図１２Ａ〜図１２Ｃに示したような半導体レーザを用いることが可能である。
【００９８】
図１２Ａは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器２０１を模式的に示したものである。レーザ光源２０として用いられる主発振器２０１は、所定波長（例えば、波長４０５ｎｍ）のレーザ光を射出可能な半導体レーザユニット２０３と、半導体レーザユニット２０３から射出されたレーザ光を増幅させるための共振器部２０５と、から構成されている。
【００９９】
図１２Ｂは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、かかる主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源を、模式的に示したものである。かかる光源では、図１２Ａに示した主発振器２０１の後段に、射出されたレーザ光を更に増幅させるための光増幅器２１１が設けられている。光増幅器２１１としては、例えば、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）等を好適に用いることができる。
【０１００】
図１２Ｃは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、主発振器２０１と光増幅器２１１とビーム形状補正部２１３とを有する光源を、模式的に示したものである。かかる光源では、図１２Ｂに示した光増幅器２１１の後段に、レーザ光のビーム形状を補正するためのビーム形状補正部２１３が設けられている。ビーム形状補正部２１３によりレーザ光のビーム形状を補正することにより、光パラメトリック発振器１０における波長変換効率を更に向上させることが可能となる。
【０１０１】
以上、図１１〜図１２Ｃを参照しながら、本実施形態に係る光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０の構成について、簡単に説明した。
【０１０２】
＜顕微鏡の構成について＞
続いて、図１３を参照しながら、以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０を用いた顕微鏡の構成について、簡単に説明する。
図１３は、本実施形態に係る光源ユニットを有する顕微鏡の一例を模式的に示したブロック図である。
【０１０３】
以上説明したような光パラメトリック発振器１０を有する光源ユニット３０を用いて、顕微鏡を実現することが可能である。かかる顕微鏡は、図１３に模式的に示したように、光パラメトリック発振器１０及びレーザ光源２０を有する光源ユニット３０と、光源ユニット３０から射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系４０と、を備える。
【０１０４】
光源ユニット３０から射出されたシグナル光は、顕微鏡光学系４０へと導光される。顕微鏡光学系４０内では、レンズＬやミラーＭを介して、シグナル光がＸＹ−ガルバノミラーＸＹ−ｇａｌまで導光され、かかるガルバノミラーにより、ステージ上に載置されたサンプル（観察対象物）への結像位置が制御される。
【０１０５】
ガルバノミラーを経たシグナル光は、リレーレンズＲＬ、ミラーＭ、ダイクロイックミラーＤＭを経て、対物レンズＯｂｊへと導光され、対物レンズＯｂｊを透過したシグナル光がステージ上に載置されたサンプルへと照射される。
【０１０６】
サンプルから出た光（例えば、サンプルとシグナル光とが相互作用することで発生する蛍光等）は、対物レンズＯｂｊ、ダイクロイックミラーＤＭ、レンズＬ、ノッチフィルタＦ等を経て、光検出器へと導光される。
【０１０７】
ここで、顕微鏡光学系４０に設けられる光検出器は、特に限定されるものではなく、観察対象とする光の種別に応じて、公知の光検出器の中から適宜選択すればよい。例えば、観察対象物から発生した蛍光を観察対象とする場合、かかる光検出器として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）や、光電子増倍管（ＰｈｏｔｏＭｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ：ＰＭＴ）等といった各種の検出器を用いればよい。
【０１０８】
このような構成の顕微鏡光学系４０を光源ユニット３０と組み合わせて用いることで、例えば多光子励起蛍光顕微鏡等といった各種の顕微鏡５０を実現することが可能となる。
【０１０９】
＜ハードウェア構成について＞
次に、図１４を参照しながら、本開示の実施形態に係る制御部１６のハードウェア構成について、詳細に説明する。以下では、本開示の実施形態に係る制御部１６が、パーソナルコンピュータや各種サーバ等といった情報処理装置で実現される場合を例に挙げて、そのハードウェア構成について詳細に説明する。図１４は、本開示の実施形態に係る制御部１６のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１１０】
制御部１６は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、制御部１６は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１１１】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、制御部１６内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１１２】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１１３】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、制御部１６の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。制御部１６のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、制御部１６に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１１４】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、制御部１６が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、制御部１６が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１１５】
ストレージ装置９１９は、制御部１７の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１１６】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、制御部１７に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１１７】
接続ポート９２３は、機器を制御部１７に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、制御部１６は、外部接続機器９２９から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２９に各種のデータを提供したりする。
【０１１８】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１１９】
以上、本開示の実施形態に係る制御部１６の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【実施例】
【０１２０】
次に、実施例を示しながら、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器のあくまでも一例にすぎず、本開示の実施形態に係る光パラメトリック発振器が以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２１】
＜実施例１＞
共振器光学系１２として、図１５Ａに示したＺ型の配置を採用し、非線形光学結晶１１としては、結晶長５ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いた。
【０１２２】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形光学結晶１１上での集光角が８ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。ポンプ光の光源としては、図１２Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１２３】
かかる非線形光学結晶１１において、波長４０５ｎｍのポンプ光から変換される波長として、９００ｎｍと７４０ｎｍの２つを設定し、波長９００ｎｍの光を共振光であるシグナル光とし、波長７４０ｎｍの光を非共振光であるアイドラー光とした。
【０１２４】
かかる非線形光学結晶１１の位相整合の許容角は、半値全幅で３ｍｒａｄである。また、共振器長の調整に利用する駆動部１４として、ピエゾ素子を用いた。
【０１２５】
かかる光パラメトリック発振器１０において、エンドミラーＥＭから取り出されるアイドラー光の検出位置を２分割ディテクタで検出した。なお、本実施例では、エンドミラーＥＭから取り出されるアイドラー光を検出対象としたが、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂから取り出されるアイドラー光を検出対象としても良いことは言うまでもない。
【０１２６】
２分割ディテクタにより検出されたアイドラー光の検出位置に基づいて、シグナル光出力カプラＯＣを、共振器長方向に変位させる制御を行った。かかる制御により、アイドラー光のビーム位置は、図１５Ｂに示したように、共振器長に対して単調増加で変化した。アイドラー光の検出位置に基づいてシグナル光出力カプラＯＣの位置をフィードバック制御することにより、安定な発振を実現することができた。
【０１２７】
＜実施例２＞
共振器光学系１２として、図１６に示したＢｏｗ  ｔｉｅ型の配置を採用し、非線形光学結晶１１としては、結晶長３ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いた。
【０１２８】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形結晶１１上での集光角が１０ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝２５ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。ポンプ光の光源としては、図１２Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１２９】
かかる非線形光学結晶１１において、波長４０５ｎｍのポンプ光から変換される波長として、１３００ｎｍと５９０ｎｍの２つを設定し、波長１３００ｎｍの光を共振光であるシグナル光とし、波長５９０ｎｍの光を非共振光であるアイドラー光とした。
【０１３０】
かかる非線形光学結晶１１の位相整合の許容角は、半値全幅で４ｍｒａｄである。また、共振器長の調整に利用する駆動部１４として、ボイスコイルモータを用いた。
【０１３１】
かかる光パラメトリック発振器１０において、共振器ミラー１３Ａから取り出されるアイドラー光の検出位置を２分割ディテクタで検出した。なお、本実施例では、共振器ミラー１３Ａから取り出されるアイドラー光を検出対象としたが、共振器ミラー１３ＢやエンドミラーＥＭから取り出されるアイドラー光を検出対象としても良いことは、言うまでもない。
【０１３２】
２分割ディテクタにより検出されたアイドラー光の検出位置に基づいて、シグナル光出力カプラＯＣを、共振器長方向に変位させる制御を行った。かかる制御においても、アイドラー光のビーム位置は、図１５Ｂに示した例と同様に、共振器長に対して単調増加で変化した。アイドラー光の検出位置に基づいてシグナル光出力カプラＯＣの位置をフィードバック制御することにより、安定な発振を実現することができた。
【０１３３】
＜実施例３＞
共振器光学系１２として、図１６に示したＢｏｗ  ｔｉｅ型の配置を採用し、非線形光学結晶１１としては、結晶長１ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いた。
【０１３４】
また、共振器ミラー１３Ａ，１３Ｂとして使用した凹面鏡は、非線形光学結晶１１上での集光角が１２ｍｒａｄ程度になるように、曲率半径Ｒ＝２０ｍｍとし、キャビティの構成検討を行った。ポンプ光の光源としては、図１２Ａに示した波長４０５ｎｍのモードロック光源を用いた。
【０１３５】
かかる非線形光学結晶１１において、波長４０５ｎｍのポンプ光から変換される波長として、１３００ｎｍと５９０ｎｍの２つを設定し、波長１３００ｎｍの光を共振光であるシグナル光とし、波長５９０ｎｍの光を非共振光であるアイドラー光とした。
【０１３６】
かかる非線形光学結晶１１の位相整合の許容角は、半値全幅で１２ｍｒａｄである。また、共振器長の調整に利用する駆動部１４として、ボイスコイルモータを用いた。
【０１３７】
かかる光パラメトリック発振器１０において、共振器ミラー１３Ａから取り出されるアイドラー光の検出位置を２分割ディテクタで検出した。２分割ディテクタにより検出されたアイドラー光の検出位置に基づいて、シグナル光出力カプラＯＣを、共振器長方向に変位させる制御を行った。かかる制御においても、アイドラー光のビーム位置は、図１５Ｂに示した例と同様に、共振器長に対して単調増加で変化した。アイドラー光の検出位置に基づいてシグナル光出力カプラＯＣの位置をフィードバック制御することにより、安定な発振を実現することができた。
【０１３８】
また、上記の安定なシグナル光の発振を確認した後に、非線形光学結晶１１の位相整合角度を変更し、シグナル光の波長を変化させた。ポンプ光の共振器長及びエンドミラーＥＭの角度調整を行った上で、上記のようなアイドラー光に基づくシグナル光出力カプラＯＣの位置のフィードバック制御を行ったところ、異なる波長のシグナル光を安定して発振させることができた。
【０１３９】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４０】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１４１】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、
を備える、光パラメトリック発振器。
（２）
前記共振器光学系の固有モードにおける前記非線形光学結晶に集光する前記ポンプ光の集光角の大きさが、前記非線形光学結晶における位相整合角度の許容幅の半値よりも大きい、（１）に記載の光パラメトリック発振器。
（３）
前記制御部は、前記前記非共振光検出部における前記非共振成分の光の検出位置において、検出光の強度が最大となるように前記共振器長を制御する、（１）又は（２）に記載の光パラメトリック発振器。
（４）
前記位相整合角度の許容幅の半値は、前記集光角の大きさに対して１０％〜８０％である、（２）又は（３）に記載の光パラメトリック発振器。
（５）
前記非共振光検出部は、検出面が複数の領域に分割されている分割ディテクタである、（１）〜（４）の何れか１つに記載の光パラメトリック発振器。
（６）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を備える、光源ユニット。
（７）
前記レーザ光源は、半導体レーザ及び共振器から構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＯＰＡ）を有する光源である、（６）に記載の光源ユニット。
（８）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光について、当該非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出する非共振光検出部と、
前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、
前記非共振光検出部による前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて前記駆動機構を制御して、前記共振器長を所定の長さに設定する制御部と、を有する光パラメトリック発振器と、
前記光パラメトリック発振器に対して、所定波長のポンプ光を射出するレーザ光源と、
を有する、光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された照明光を観察対象物へと導光するとともに、当該観察対象物からの光を光検出部へと導光する顕微鏡光学系と、
を備える、顕微鏡。
（９）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、
前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、
を含む、光パラメトリック発振の調整方法。
（１０）
入射したポンプ光の波長を角度位相整合法により異なる波長へと変換する非線形光学結晶と、前記ポンプ光から波長変換された光のうち共振成分の光と、前記ポンプ光と、をそれぞれ共振させる、少なくとも２つの共振器ミラーを含む共振光学系と、前記共振光学系における少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系の共振器長を変化させる駆動機構と、を有する光パラメトリック発振器において、
前記共振成分の光の波長が所望の値となるように、前記非線形光学結晶の位相整合角度を変化させることと、
前記共振光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子の位置を変化させることで、前記共振光学系における前記ポンプ光の共振器長を調整することと、
前記ポンプ光から波長変換された光のうち非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方を検出することと、
前記非共振成分の光の位置又は強度の少なくとも何れか一方の検出結果に応じて、前記駆動機構を駆動させるための制御信号を出力して、前記共振器長を所定の長さに変化させることと、
を含む、波長変換方法。
【符号の説明】
【０１４２】
１０    光パラメトリック発振器
１１    非線形光学結晶
１２    共振光学系
１３    共振器ミラー
１４    駆動部
１５    非共振光検出部
１６    制御部
２０    レーザ光源
３０    光源ユニット
４０    顕微鏡光学系
５０    顕微鏡
【図１】
2016053615.tif 000003
【図２】
2016053615.tif 000004
【図３】
2016053615.tif 000005
【図４】
2016053615.tif 000006
【図５】
2016053615.tif 000007
【図６Ａ】
2016053615.tif 000008
【図６Ｂ】
2016053615.tif 000009
【図７】
2016053615.tif 000010
【図８】
2016053615.tif 000011
【図９】
2016053615.tif 000012
【図１０Ａ】
2016053615.tif 000013
【図１０Ｂ】
2016053615.tif 000014
【図１１】
2016053615.tif 000015
【図１２Ａ】
2016053615.tif 000016
【図１２Ｂ】
2016053615.tif 000017
【図１２Ｃ】
2016053615.tif 000018
【図１３】
2016053615.tif 000019
【図１４】
2016053615.tif 000020
【図１５Ａ】
2016053615.tif 000021
【図１５Ｂ】
2016053615.tif 000022
【図１６】
2016053615.tif 000023