(57)【要約】【課題】共振器の小型化を図りつつ、より広範な発振可能波長域を実現し、かつ、発振する波長を安定的に制御すること。【解決手段】本開示に係る光源装置は、所定波長のパルス光を励起光として利用し、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成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を制御する制御部とを備え、前記光パラメトリック発振器は、前記出力光を生成する非線形光学結晶と、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、前記共振器の内部に当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、を有しており、前記制御部は、前記複屈折フィルタの方位角を調整することで前記出力光の波長を設定するとともに、前記出力光の出力強度が最大となるように前記共振器の共振器長を制御する。【選択図】図３
2017015931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成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を少なくとも制御する制御部と、
を備え、
前記光パラメトリック発振器は、
前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、
光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、
前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、
を有しており、
前記制御部は、前記回転機構を駆動させて前記複屈折フィルタの方位角を調整することで、前記出力光の波長を設定するとともに、前記出力光の出力強度が最大となるように、前記共振器の共振器長を制御する、光源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記非線形光学結晶の位相整合条件の調整制御と、前記複屈折フィルタの方位角の調整制御及び前記共振器長の調整制御と、を連動させる、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記共振器の内部では、光路上に設けられたダイクロイックミラーにより光路が分岐されることで、前記出力光のみが伝播する光路が設けられており、
前記複屈折フィルタは、前記出力光のみが伝播する光路に配設される、請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記回転機構は、当該回転機構における回転軸と前記複屈折フィルタの表面法線方向とが互いに平行となるように設けられる、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記共振器における前記光路のもう一方の端部には、可動ミラーが設けられており、
前記励起光の光路の光路長と、前記出力光の光路の光路長とが、互いに独立に制御される、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記複屈折材料及び前記複屈折フィルタの厚みは、
前記複屈折フィルタの回転に対する波長感度をＳｒと表わし、かつ、前記複屈折フィルタの回転角γ０の範囲が、（４５°−Ｘ）＜γ０＜（４５°＋Ｘ）［単位：ｄｅｇ］、である場合に、前記複屈折フィルタにおける全ての波長可変範囲において、透過率ピークの周波数間隔、又は、自由スペクトル領域に対応する周波数範囲ｆＦＳＲが以下の式１を満足するように規定される、請求項１に記載の光源装置。
２・Ｓｒ・Ｘ＞ｆＦＳＲ  ・・・（式１）
ここで、波長感度Ｓｒは、前記複屈折フィルタにおける回転角４５度での周波数感度で規定されており、前記複屈折フィルタの回転角γ０は、前記複屈折材料の２つの結晶固有軸をそれぞれ回転角０度及び９０度とした場合の角度である。
【請求項７】
前記波長可変範囲は、周波数帯域換算で、６０ＴＨｚ以上である、請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記複屈折材料は、人工水晶であり、前記複屈折フィルタの厚みは、０．３ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である、請求項６に記載の光源装置。
【請求項９】
前記複屈折フィルタと、前記出力光を共振させるための前記可動ミラーと、が一体化されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記複屈折フィルタの回転軸は、前記出力光が通過する位置からオフセットされている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記複屈折フィルタには、前記出力光の入射面が前記複屈折フィルタと同一面となるように設けられ、かつ、前記複屈折フィルタと同じ面内で回転する透過ガラスが設けられている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記制御部には、前記出力光の波長と、前記複屈折フィルタの回転角と、が互いに関連付けられたデータベースが予め設けられており、
前記制御部は、ユーザ操作により指定された前記出力光の波長に基づき前記データベースを参照することで、前記複屈折フィルタの回転角を特定する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記光パラメトリック発振器は、前記出力光の強度を検出する光検出器を更に有しており、
前記制御部は、前記光検出器によって検出された前記出力光の強度に基づくフィードバック制御により、前記共振器の共振器長を制御する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記複屈折フィルタからウォブル信号を発生させて、当該ウォブル信号の差動出力に基づき、前記出力光の強度を最大化する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記複屈折フィルタの鉛直方向上方には、カバー部が設けられる、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記光源ユニットは、半導体を用いたモードロックパルス同期レーザである、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１７】
所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成する光パラメトリック発振器と、を備え、前記光パラメトリック発振器は、前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、を有する光源装置において、制御部により前記出力光の波長を制御する際に、
前記出力光を共振させるための前記可動ミラーの位置を前記出力光の波長に応じた所定の位置に移動させることと、
前記出力光の波長に応じた前記非線形光学結晶の調整の終了後に、前記複屈折フィルタを所定の回転角となるように回転させることと、
前記共振器の共振器長を前記出力光の出力強度が最大となるように調整することと、
を含む、光源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置及び光源装置の制御方法に関する。
【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】
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を利用して、短パルス光源を実現する際には、所望の波長以外のパラメトリック光の発振を如何に抑制するかが重要となる。このような所望の波長以外のパラメトリック光の発振を抑制するために、以下の特許文献１及び非特許文献１では、複屈折フィルタを用いた複屈折板を光パラメトリック発振器の光学系の中に配置し、かかる複屈折フィルタを帯域制限波長フィルタとして用いることで、光パラメトリック発振（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ：ＯＰＯ）レーザを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５０７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．Ｖ．Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ，Ｍ．Ａ．Ｗａｔｓｏｎ，Ｄ．Ｐ．Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，Ｄ．Ｃ．Ｈａｎｎａ，“Ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｆｉｌｔｅｒ  ｆｏｒ  ｔｕｎｉｎｇ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｂ，２００４，７９，ｐ．１５−２３
【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や非特許文献１に開示されているような、複屈折フィルタを用いたＯＰＯレーザは、複屈折フィルタの挿入損失が大きいためにパラメトリック光の発振閾値が高くなり、ＯＰＯレーザの安定稼働を実現するためには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザのような高出力の励起レーザが必要となる。特に、上記特許文献１や非特許文献１では、パラメトリック光のみを共振させる構成を採用しており、パラメトリック光を発振させるための発振閾値は更に大きくなると考えられる。
【０００７】
原理的には、複屈折フィルタの厚みを薄くすればフィルタの挿入損失は小さくなるが、薄くし過ぎると所望のフィルタ特性（すなわち、不要な発振の抑制性能や、発振可能波長域）との両立は困難となる。
【０００８】
また、複屈折フィルタを挿入する共振器が小型であり、かつ、レーザ光のビーム径が小さい場合には、回折広がりによる損失も無視できなくなる。
【０００９】
更に、上記非特許文献１に開示の技術では、波長の可変範囲は約３０ｎｍ程度となっているが、例えばＯＰＯレーザを多光子励起蛍光顕微鏡の光源として使用する場合等には、より広範な発振可能波長域が望まれる。
【００１０】
このように、共振器の小型化を図りつつ、より広範な発振可能波長域を実現することが可能なＯＰＯレーザが求められている。
【００１１】
そこで、本開示では、共振器の小型化を図りつつ、より広範な発振可能波長域を実現し、かつ、発振する波長を安定的に制御することが可能な、光源装置及び光源装置の制御方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示によれば、所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成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を少なくとも制御する制御部と、を備え、前記光パラメトリック発振器は、前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、を有しており、前記制御部は、前記回転機構を駆動させて前記複屈折フィルタの方位角を調整することで、前記出力光の波長を設定するとともに、前記出力光の出力強度が最大となるように、前記共振器の共振器長を制御する、光源装置が提供される。
【００１３】
また、本開示によれば、所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成する光パラメトリック発振器と、を備え、前記光パラメトリック発振器は、前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、を有する光源装置において、制御部により前記出力光の波長を制御する際に、前記出力光を共振させるための前記可動ミラーの位置を前記出力光の波長に応じた所定の位置に移動させることと、前記出力光の波長に応じた前記非線形光学結晶の調整の終了後に、前記複屈折フィルタを所定の回転角となるように回転させることと、前記共振器の共振器長を前記出力光の出力強度が最大となるように調整することと、を含む、光源装置の制御方法が提供される。
【００１４】
本開示によれば、光パラメトリック発振器は、光源ユニットから出射された所定波長の励起光を利用して、非線形光学結晶により、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成する。この際、制御部は、前記回転機構を駆動させて前記複屈折フィルタの方位角を調整することで、前記出力光の波長を設定するとともに、前記出力光の出力強度が最大となるように、前記共振器の共振器長を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本開示によれば、共振器の小型化を図りつつ、より広範な発振可能波長域を実現し、かつ、発振する波長を安定的に制御することが可能となる。
【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、又は、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、又は、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１Ａ】本開示の第１の実施形態に係る光源装置における波長制御方法について説明するための説明図である。
【図１Ｂ】同実施形態に係る光源装置における波長制御方法について説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る光源装置における波長制御方法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源装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る光源装置が有する光源ユニットの一例を模式的に示した説明図である。
【図５Ａ】同実施形態に係る光源装置が有する非線形光学結晶ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図５Ｂ】同実施形態に係る光源装置が有する非線形光学結晶ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る光源装置が有する複屈折フィルタユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る光源装置が有する複屈折フィルタユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る光源装置が有する複屈折フィルタユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図９Ａ】複屈折フィルタの波長透過特性を説明するためのグラフ図である。
【図９Ｂ】複屈折フィルタの波長透過特性を説明するためのグラフ図である。
【図１０】複屈折フィルタの回転角と波長可変範囲との関係の一例を示したグラフ図である。
【図１１】複屈折フィルタの波長透過特性を説明するためのグラフ図である。
【図１２】複屈折フィルタの透過波長スペクトル特性の実測例を示したグラフ図である。
【図１３】複屈折フィルタの厚みと複屈折フィルタの挿入損失との関係の一例を示したグラフ図である。
【図１４Ａ】複屈折フィルタの有無に伴う波長スペクトルの変化を説明するためのグラフ図である。
【図１４Ｂ】複屈折フィルタの有無に伴う波長スペクトルの変化を説明するためのグラフ図である。
【図１４Ｃ】複屈折フィルタの有無に伴う波長スペクトルの変化を説明するためのグラフ図である。
【図１５】同実施形態に係る光源装置の制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１６】同実施形態に係る光源装置が備える制御部のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【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．波長制御方法について
１．２．光源装置の全体構成について
１．３．非線形光学結晶ユニットについて
１．４．光源装置の制御方法について
２．制御部のハードウェア構成について
【００２０】
（第１の実施形態）
＜波長制御方法について＞
本開示の第１の実施形態に係る光源装置及び光源装置の制御方法について説明するに先立ち、光パラメトリック発振器による発振波長がどのような要因に依存しているのかを図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明する。また、以下では、本開示の第１の実施形態に係る光源装置で用いられる波長制御方法の概略について、図２を参照しながら説明する。図１Ａ〜図２は、本実施形態に係る光源装置における波長制御方法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における発振波長は、以下の５つのメカニズムによって決まることが知られている。
１．パラメトリック変換におけるエネルギー保存則
２．非線形光学結晶における位相整合条件
３．群速度不整合で決まる許容バンド幅
４．共振器内における光学損失の波長依存性
５．信号パルス群遅延
【００２２】
ここで、非線形光学結晶に対するビーム集光角が広いときには、上記１．及び２．を満たす組み合わせは、広く存在する。更に、上記３．及び４．に示した特性が波長に対してフラットであれば（すなわち、波長に依存しないものであれば）、最も支配的なメカニズムは、上記５．に示した信号パルス群遅延となる。
【００２３】
例えば、群速度の不整合が小さく、かつ、非線形光学結晶の結晶長が短い場合には、上記３．の許容バンド幅も広くなり、また、非線形光学結晶に施されるコーティングが広帯域にわたってフラットな特性である場合には上記４．は影響しない。従って、光パラメトリック発振器の発振波長は、上記５．だけで決まる。
【００２４】
しかしながら、上記５．に示した群遅延特性は、以下で詳述する本実施形態に係る光源装置のようにサブピコ秒オーダのパルス出力を得ようとする場合には、コーティング反射の位相を精密に制御することが重要となるため、技術的な困難が伴う。一般的に、共振器ミラーに対して広帯域かつ高反射率の特性を持たせながら群遅延量を管理することは、極めて難しい。コーティング時の成膜ばらつき等により群遅延分散の極性が反転する領域が生じてしまうと、複数の波長が同時に発振する等といった不安定動作を引き起こす。このような要因以外にも、励起レーザのパワーが共振器の閾値を大きく上回る領域では、基本ガウシアンモード以外の空間モードの発振や、不要な非線形効果等によって引き起こされる意図しない発振が生じてしまう。
【００２５】
そこで、以下で詳述する本実施形態に係る光源装置では、上記のような検討事項を解決するために、意図的に上記４．のメカニズムを取り入れる。これにより、以下で詳述する本実施形態に係る光源装置では、光パラメトリック発振の発振出力及び発振波長を安定化することが可能となる。以下、本実施形態に係る光源装置で採用したメカニズムについて、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明する。
【００２６】
光パラメトリック発振器では、図１Ａにおける下段のグラフに示したように、共振器長（ｃａｖｉｔｙ  ｌｅｎｇｔｈ）をシグナル光の群遅延分散を補償するように調整することで、発振波長が決まる。図１Ａの下段のグラフに示した群遅延曲線ＧＤ（λ）が極大値もしくは極小値を持つとき、又は、群遅延曲線の周波数微分である群遅延分散（ＧＤＤ）が帯域内にゼロクロス点を持つときに、図１Ａに示したように発振可能な波長が複数（図１Ａの場合には、２種類）発生する。
【００２７】
非線形光学結晶（ＮｏｎＬｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｒｙｓｔａｌ：ＮＬＯ）の角度調整を行うことで、図１Ａにおける上段のグラフに示したように光パラメトリック発振器のゲイン曲線を変化させ、発振する波長が限定される場合もある。しかしながら、発振可能波長が近傍に複数存在する場合には、非線形光学結晶の角度調整では、同時発振を回避することは困難である。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る光源装置では、光源装置内に設けられた共振器に対応する光学系内に、複屈折フィルタ（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｆｉｌｔｅｒ）を設置する。複屈折フィルタを設置することで、図１Ｂの上段のグラフに示したように、光パラメトリック発振器の損失を変化させることができる。これにより、本来発振させたい波長だけ損失をほぼゼロとし、それ以外の不要な発振に損失を与えることが可能となり、出力波長を安定させることができる。
【００２９】
図１Ａに示したような、複屈折フィルタを設置しない場合の例では、短波長側と長波長側にそれぞれ１つの発振可能な波長が存在するが、複屈折フィルタを設置して光パラメトリック発振器の損失を変化させ、図１Ａにおける長波長側の発振波長における損失を大きくすることで、かかる波長の発振が抑制され、短波長側の波長の光のみを発振させることが可能となる。
【００３０】
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る光学装置対して設けられる複屈折フィルタの動作原理を簡単に説明する。なお、図２では、励起光として４０５ｎｍの青色光を用い、赤外（ＩＲ）帯域に属するパラメトリック光を得る場合を例に挙げており、非線形光学結晶としてＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用い、Ｔｙｐｅ１位相整合を考慮する場合を図示している。なお、図２は、複屈折フィルタを側面から見た場合の側面となっている。
【００３１】
いま、４０５ｎｍの励起光の偏光方向を横偏光とすると、パラメトリック増幅は縦偏光（常光線）にだけ生じるため、基本的にＬＢＯ結晶は、第１の偏光選択素子として作用すると考えることができる。ここで、図２に示したように、光パラメトリック発振器内（非線形光学結晶の後段）に複屈折板（例えば、人工水晶）をブリュースター角に傾けて配置すると、複屈折板の表面においてＰ偏光は無損失となる一方で、Ｓ偏光には約１５％の反射が生じる。このような偏光依存の反射損失によっても縦偏光が選択的に抽出されるため、複屈折板は第２の偏光選択素子として作用すると考えることができる。
【００３２】
また、複屈折板の内部での複屈折のために、波長ごとに共振器を往復する光の偏光状態が変化する。このとき、複屈折板通過時の偏光間位相差（リタデーション：ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）が波長の整数倍になる波長だけ、全てＰ偏光となって、損失がゼロとなる一方で、整数倍とならない波長にはＳ偏光成分が残存して楕円偏光となるため、損失が発生する。従って、偏光間位相差を複屈折板の回転によって調整することで、連続的な波長チューニングが可能となる。
【００３３】
そこで、本実施形態に係る光源装置では、上記のような知見をもとに、偏光間位相差を調整可能とするために複屈折板の回転制御機構を設け、連続的な波長チューニングを実現している。ここで、光源装置内に可動部のある機構を導入することによって、共振器のサイズが大きくなるとともに、回転駆動系において可動域と精度との両立を図るために機構が複雑化して、コストアップにつながる可能性がある。しかしながら、以下で詳述する本実施形態に係る光源装置では、共振器内に設けられる複屈折フィルタユニットを特定の構造とすることで、上記のような懸念事項を解決している。
【００３４】
＜光源装置の全体構成について＞
次に、図３〜図８を参照しながら、本実施形態に係る光源装置の構成について、詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る光源装置の構成の一例を模式的に示した説明図であり、図４は、本実施形態に係る光源装置が有する光源ユニットの一例を模式的に示した説明図である。
【００３５】
本実施形態に係る光源装置１は、図３に模式的に示したように、励起光として用いられるレーザ光を出射する光源ユニット１０と、光パラメトリック発振器の一例である波長変換共振器２０と、制御部３０と、駆動部４０と、を備える。また、本実施形態に係る光源装置１は、その光学系の内部に、更に、補正光学系５０と、ビーム集光ユニット６０と、を備えていることが好ましい。
【００３６】
［光源ユニット１０］
光源ユニット１０は、後述する制御部３０による制御のもとで、励起光として用いられる所定波長のレーザ光を出射する装置である。かかる光源ユニット１０は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が、例えば、半導体を用いたモードロックパルス同期レーザ等の半導体パルスレーザを用いることが好ましい。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る光源ユニット１０として好適に利用可能な半導体パルスレーザであるＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）システム（以下、「ＭＯＰＡ」と略記する。）１０１の構成を示した模式図である。
【００３８】
ＭＯＰＡ１０１は、半導体を用いたモードロックパルス同期レーザの一例であり、図４に模式的に示したように、レーザ光源として用いられる主発振器１０３と、主発振器１０３から出射したレーザ光を増幅する光増幅器１０５と、を有している。
【００３９】
主発振器１０３は、図４に示したように、所定波長（例えば、波長４０５ｎｍ）のレーザ光を出射可能な半導体レーザユニット１０７と、半導体レーザユニット１０７から出射されたレーザ光を増幅させるための共振器部１０９と、から構成されている。半導体レーザユニット１０７から出射した所定波長のレーザ光は、共振器部１０９によって増幅された後、各種のレンズやミラー等といった光学素子によって、光増幅器１０５へと導光される。
【００４０】
主発振器１０３から出射した所定波長のレーザ光は、半導体増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）等からなる光増幅器１０５へと導光されて、更に増幅される。光増幅器１０５によって例えば最大数百Ｗ程度の強度まで増幅されたレーザ光は、後述する波長変換共振器２０へと導光される。
【００４１】
なお、本実施形態に係る光源装置１で用いられる光源ユニット１０は、図４に示したようなＭＯＰＡ１０１に限定されるものではなく、ＭＯＰＡ１０１以外の半導体レーザを用いることも可能であり、半導体レーザ以外の各種のレーザを用いても良いことは言うまでもない。
【００４２】
［波長変換共振器２０］
再び図３に戻って、本実施形態に係る波長変換共振器２０について、詳細に説明する。
光源ユニット１０から出射した所定波長のレーザ光（例えば、波長４０５ｎｍの青色光）は、λ／２板（Ｈａｌｆ−Ｗａｖｅ  Ｐｌａｔｅ：ＨＷＰ）と、反射光が光源ユニット１０へと戻らないように分離するためのアイソレータ（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）と、λ／２板と、を順に透過する。
【００４３】
なお、後述する波長変換共振器２０からの反射光は、λ／２板及びアイソレータを透過した後に、必要に応じて、ミラーや、減光フィルタ、レンズＬ等を介した後、光検出器ＰＤ１へと導光される。この光検出器ＰＤ１によって検出される反射光の強度に関する情報は、後述する制御部３０へと出力されて、波長変換共振器２０における共振器長をフィードバック制御するために用いられる。
【００４４】
λ／２板を透過したレーザ光（励起光）は、必要に応じて設けられた補正光学系５０や、ビーム集光ユニット６０を透過した後、各種のミラーＭ、レンズ（図示せず）、フィルタ（図示せず。）等といった光学素子を経て、波長変換共振器２０へと導光される。
【００４５】
より詳細には、所定波長の励起光は、励起光入力カプラ２０７から波長変換共振器２０の内部へと導光される。その後、励起光は、ダイクロイックミラーＤＭ、曲面ミラー２０３、非線形光学結晶ユニット２０１、曲面ミラー２０５、励起光ミラー２０９、曲面ミラー２０５、非線形光学結晶ユニット２０１、曲面ミラー２０３、ダイクロイックミラーＤＭ、励起光入力カプラ２０７・・・という光路をたどる。かかる第１の光路が、励起光を増幅する共振器として機能する。ここで、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット２０１の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００４６】
また、励起光が非線形光学結晶ユニット２０１に設けられた非線形光学結晶を透過することで、シグナル光及びアイドラー（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源装置１では、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が、以下の説明では、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。
【００４７】
非線形光学結晶ユニット２０１中の非線形光学結晶から発生したシグナル光は、曲面ミラー２０５、励起光ミラー２０９、曲面ミラー２０５、非線形光学結晶ユニット２０１、曲面ミラー２０３、ダイクロイックミラーＤＭ、複屈折フィルタユニット２１７、シグナル光出力カプラ２１３、複屈折フィルタユニット２１７、ダイクロイックミラーＤＭ、曲面ミラー２０３、非線形光学結晶ユニット２０１・・・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共振器として機能する。ここで、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００４８】
このように、本実施形態に係る波長変換共振器２０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の光路の光路長（すなわち、励起光を増幅する共振器の共振器長）は、励起光ミラー２０９に設けられたサーボ機構２１１によって制御され、第２の光路の光路長（すなわち、出力光を増幅する共振器の共振器長）は、励起光ミラー２０９に設けられたサーボ機構２１１と、シグナル光出力カプラ２１３に設けられたサーボ機構２１５と、によって制御される。これにより、本実施形態に係る波長変換共振器２０では、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。また、シグナル光だけでなく励起光についても共振させることで、本実施形態に係る波長変換共振器２０では、シグナル光だけを共振させる場合と比べて、パラメトリック光の発振閾値を更に下げることが可能となり、高出力の励起光を用いない場合であっても、パラメトリック光を発振させることが可能となる。
【００４９】
ここで、サーボ機構２１１及びサーボ機構２１５による第２の光路の光路長の制御は、後述する複屈折フィルタユニット２１７の駆動制御と連動して実施される。詳細は以下で改めて説明するが、所望のシグナル光の波長を選択するために、複屈折フィルタユニット２１７が後述する制御部３０の制御のもとで駆動部４０によって駆動制御された後、複屈折フィルタユニット２１７の駆動制御に対応して、制御部３０の制御のもとで、サーボ機構２１５が制御される。その後、制御部３０の制御のもとでサーボ機構２１１が制御されて、第２の光路の光路長が制御される。第２の光路の光路長の微調整は、励起光ミラー２０９の後段に設けられた光検出器ＰＤ２によって検出されたシグナル光の強度を制御部３０に対して出力し、かかるシグナル光の検出結果に応じたフィードバック制御が行われることで実行可能である。
【００５０】
また、サーボ機構２１１による第１の光路の光路長の制御は、前述のように、波長変換共振器２０からの励起光の反射光を、光検出器ＰＤ１によって検出することで行われる。すなわち、光検出器ＰＤ１による反射光の強度に関する検出結果が、制御部３０へと出力され、制御部３０の制御のもとで、サーボ機構２１１が制御されることで、第１の光路の光路長が適切に制御される。
【００５１】
ここで、後述する制御部３０によるサーボ機構２１１，２１５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励起光ミラー２０９やシグナル光出力カプラ２１３の適切な位置をテーブル等のデータ形態でデータベースとして記憶しておき、適切なタイミングで、かかる適切な位置を保持するように励起光ミラー２０９やシグナル光出力カプラ２１３の位置を制御してもよい。また、位置の微調整については、励起光やシグナル光の強度の光検出器による検出結果に基づいて、フィードバック制御を行う等といった、公知の制御方法を利用することが可能である。
【００５２】
以上のようなサーボ機構２１１，２１５は、特に限定されるものではなく、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）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。また、本実施形態に係るサーボ機構２１１，２１５は、励起光ミラー２０９やシグナル光出力カプラ２１３等の光学素子に対して設けられるものであるため、いわゆるＶＣＭミラー等の駆動機構を備えた光学素子を、これら光学素子及びサーボ機構の代わりに利用してもよい。
【００５３】
以上のような第２の光路に対応する共振器によって増幅され、複屈折フィルタユニット２１７によって波長が適切に選択されたシグナル光は、シグナル光出力カプラ２１３から外部に取り出されて、光源として用いられる。
【００５４】
なお、本実施形態に係る波長変換共振器２０では、シグナル光出力カプラ２１３の出側に、タイミング制御シャッター（図示せず。）を設けてもよい。かかるタイミング制御シャッターは、後述する制御部３０によりシャッターの開閉タイミングが制御される。制御部３０は、波長スキャンと組み合わせてシャッターの開閉タイミングを制御することで、特定波長のみを波長変換共振器２０の外部に出力するようにしてもよい。
【００５５】
なお、図３では、波長変換共振器２０として、いわゆるＺ型の配置の共振器を例に挙げて図示を行っているが、波長変換共振器２０の光学系の配置は、図３に示した例に限定されるものではなく、いわゆるＢｏｗ  ｔｉｅ型の配置を採用した共振器を用いても良いことは言うまでもない。
【００５６】
以上、波長変換共振器２０の構成について、簡単に説明した。
【００５７】
［制御部３０］
制御部３０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３０は、本実施形態に係る光源装置１の動作を全般的に統括する処理部であり、光源装置１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３０は、ユーザ操作に応じて、光源ユニット１０を制御して、光源ユニット１０の温度等も含めて管理を行い、所定波長の励起光を、安定的に出射させる。
【００５８】
また、制御部３０は、後述する駆動部４０を適切に制御することで、波長変換共振器２０に設けられる非線形光学結晶ユニット２０１や複屈折フィルタユニット２１７を適切に制御したり、光検出器ＰＤ１，ＰＤ２からの検出結果を利用してサーボ機構２１１，２１５を適切に制御することで、波長変換共振器２０の光路長（共振器長）を適切に制御したりする。
【００５９】
なお、かかる制御部３０は、光源装置１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、光源装置１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３０は、必要に応じて、光源装置１に接続される各種機器（例えば、顕微鏡ユニットやフローサイトメータユニット等）の機能を更に制御することも可能である。
【００６０】
［駆動部４０］
駆動部４０は、制御部３０による制御のもとで、波長変換共振器２０に設けられる非線形光学結晶ユニット２０１や複屈折フィルタユニット２１７を適切に駆動させて、所望の波長の出力光が安定的に出力されるようにする。このような駆動部４０の詳細な構成については、特に限定されるものではなく、ステッピングモータやボイスコイルモータ等といった公知のモータや、ピエゾ素子等のような公知の駆動機構を利用することで構成可能である。また、非線形光学結晶ユニット２０１を制御する場合の駆動部４０については、上記のような駆動機構に加えて、温度を調整するための公知の加熱機構や冷却機構を利用することが可能である。
【００６１】
［補正光学系５０］
補正光学系５０は、光源ユニット１０と波長変換共振器２０との間に、必要に応じて配置される光学系であり、光源ユニット１０から出射された励起光を補正するために設けられる。この補正光学系５０は、光源ユニット１０から出射された励起光のビーム形状や収差等を補正して、波長変換共振器２０への結合効率を向上させるために設けられる。この補正光学系５０の詳細な構成については特に限定されるものではなく、公知の光学系を利用することができる。例えば、かかる補正光学系５０として、レンズとアナモルフィックレンズとを組み合わせた光学系を利用しても良いし、シリンドリカルレンズを含む光学系を利用しても良い。なお、光源ユニット１０から出射された励起光が、補正が不要である程の高品質な光である場合には、かかる補正光学系５０を設けなくても良いことは言うまでもない。
【００６２】
［ビーム集光ユニット６０］
ビーム集光ユニット６０は、光源ユニット１０と波長変換共振器２０との間に、必要に応じて配置されるユニットであり、光源ユニット１０から出射された励起光を、適切に波長変換共振器２０の励起光入力カプラ２０７へ適切に集光させて、波長変換共振器２０への結合効率を向上させるために設けられる。この補正光学系５０の詳細な構成については特に限定されるものではなく、公知の光学系を利用することができる。なお、光源ユニット１０から出射された励起光が、ビーム集光ユニット６０を介さずとも、適切に波長変換共振器２０に集光可能である場合には、かかるビーム集光ユニット６０を設けなくても良いことは言うまでもない。
【００６３】
以上、図３及び図４を参照しながら、本実施形態に係る光源装置１の全体構成について説明した。
【００６４】
なお、以上説明したような全体構成を有する光源装置１の用途については、特に限定されるものではなく、各種の光学装置の光源として利用することが可能である。例えば、本実施形態に係る光源装置１は、各種顕微鏡や、フローサイトメータ等の光源として好適に利用することが可能である。
【００６５】
＜非線形光学結晶ユニットについて＞
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る波長変換共振器２０に設けられる非線形光学結晶ユニット２０１の詳細な構成の一例について、簡単に説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る光源装置が有する非線形光学結晶ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。
【００６６】
本実施形態に係る波長変換共振器２０では、ある一つの非線形光学結晶での位相整合条件を、連続角度調整、温度調整、分極反転結晶の位置シフト等といった様々な方法により調整することで、所望の波長への波長変換を実現する。しかしながら、ある一つの非線形光学結晶のみでは所望の広範な発振可能波長帯域を担保できない場合には、複数の非線形光学結晶を利用し、これらの非線形光学結晶を入れ替えることで、広範な発振可能波長帯域を実現することが可能となる。
【００６７】
このような非線形光学結晶の入れ替えを効率良く実現するために、本実施形態に係る波長変換共振器２０で用いられる非線形光学結晶ユニット２０１は、図５Ａ及び図５Ｂに模式的に示したように、複数の非線形光学結晶２１と、可動部２３と、を有していることが好ましい。
【００６８】
非線形光学結晶２１は、入射した励起光の波長を、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２１は、励起光の波長に応じて、利用可能な結晶が決まっている。例えば、励起光として青色光を利用する場合、非線形光学結晶１２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、励起光として、青色光以外の光を用いる場合には、励起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。
【００６９】
ここで、図５Ａ及び図５Ｂでは、非線形光学結晶２１を４種類用いた場合を図示しているが、非線形光学結晶ユニット２０１に設けられる非線形光学結晶２１の個数は、４つに限定されるものではなく、２〜３個であってもよいし、５個以上であってもよいことは言うまでもない。
【００７０】
可動部２３は、所定の可動軸に基づいて稼働可能な部材であり、可動部２３に接続された未図示の駆動機構により、所定の可動軸に沿って移動が可能である。なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、図中のｂ軸に平行な方向が可動軸の方向となっているが、かかる可動軸の方向は、水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよいことは言うまでもない。
【００７１】
ここで、可動部２３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２１が配設される。平坦面上への非線形光学結晶２１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。例えば、ガラス面の平面度が高いことを利用し、かかる平坦面として面合わせ用のガラスを用い、複数の非線形光学結晶２１を、各種の抑えバネ等により面合わせ用のガラスのガラス面に押し付けつつネジ止めすることが好ましい。このような構成とすることで、それぞれの非線形光学結晶２１の所定の基準面が互いに精度良く同一面となるように、それぞれの非線形光学結晶２１を可動部２３に対して位置決めすることが可能となる。例えば図５Ａ及び図５Ｂに示した例では、各非線形光学結晶２１が、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、が基準面となるように、可動軸であるｂ軸に対して位置決めされている。
【００７２】
また、可動部２３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２１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。
【００７３】
なお、本実施形態に係る非線形光学結晶ユニット２０１は、上記の非線形光学結晶２１及び可動部２３以外にも、例えば、レーザ光を非線形光学結晶２１に集光させるためのミラーやレンズ等といった、各種の光学素子を更に有していてもよいことは、言うまでもない。
【００７４】
本実施形態に係る光源装置１の制御部３０は、ユーザ操作によって出力光の波長が選択されると、駆動部４０を介して、上記のような構成を有する非線形光学結晶ユニット２０１を所定の可動軸方向に稼働させる。これにより、制御部３０は、ユーザ操作によって指定された波長の出力光を発生させることが可能な非線形光学結晶２１を、波長変換共振器２０の光路上に挿入させることができる。
【００７５】
なお、制御部３０が有するＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される記憶部（図示せず。）には、予め、出力光の波長と、用いる非線形光学結晶２１の種類と、所望の非線形光学結晶２１を波長変換共振器２０の光路上に挿入するための駆動部４０の駆動方法（例えば、ステッピングモータ等のステップ数や差分ステップ数等）と、が互いに関連付けられたデータベース等を記録しておくことが好ましい。制御部３０は、このようなデータベース等を参照しながら、駆動部４０に対して非線形光学結晶ユニット２０１を適切に駆動させるための駆動信号を出力することで、所定の非線形光学結晶２１を、波長変換共振器２０の光路上に挿入させることができる。
【００７６】
以上、本実施形態に係る波長変換共振器２０に設けられる非線形光学結晶ユニット２０１の詳細な構成の一例について、簡単に説明した。
【００７７】
＜複屈折フィルタユニットについて＞
次に、図６〜図１４Ｃを参照しながら、本実施形態に係る波長変換共振器２０に設けられる複屈折フィルタユニット２１７の詳細な構成の一例について説明する。
図６〜図８は、本実施形態に係る光源装置が有する複屈折フィルタユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。図９Ａ及び図９Ｂは、複屈折フィルタの波長透過特性を説明するためのグラフ図である。図１０は、複屈折フィルタの回転角と波長可変範囲との関係の一例を示したグラフ図であり、図１１は、複屈折フィルタの波長透過特性を説明するためのグラフ図である。図１２は、複屈折フィルタの透過波長スペクトル特性の実測例を示したグラフ図であり、図１３は、複屈折フィルタの厚みと複屈折フィルタの挿入損失との関係の一例を示したグラフ図である。図１４Ａ〜図１４Ｃは、複屈折フィルタの有無に伴う波長スペクトルの変化を説明するためのグラフ図である。
【００７８】
［複屈折フィルタユニットの構造］
本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７は、非線形光学結晶により波長変換された光の波長を制御するために設けられるユニットである。この複屈折フィルタユニット２１７は、波長変換された光（すなわち、パラメトリック光）の波長を制御するために用いられるため、波長変換共振器２０内の励起光が直接通過しない位置に設けられる。具体的には、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７は、図３に模式的に示したように、励起光とパラメトリック光とを分離するダイクロイックミラーＤＭと、シグナル光出力カプラ２１３と、の間に設けられる。
【００７９】
図６は、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７を側面から見た場合を模式的に示したものである。
図６に模式的に示したように、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７では、複屈折フィルタの設けられた複屈折板２３１が、レーザ光（すなわち、光軸）に対して傾けて配置されている。具体的には、図６に模式的に示したように、光軸に対して垂直な平面を基準面としたときに、この基準面と複屈折板２３１の表面（複屈折フィルタの表面でもある。）とのなす角α０がブリュースター角となるように、複屈折板２３１は配置される。かかるブリュースター角α０の具体的な大きさは、レーザ光が透過している空間の媒質と、複屈折フィルタの材質と、で決まるが、例えば、屈折率が１の空気中から屈折率が１．５のガラスに光が入射する際のブリュースター角α０は、約５６度となる。
【００８０】
また、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７では、後述するように複屈折フィルタを所定角度だけ回転させて、レーザ光の進行方向を複屈折フィルタの所定の光学軸の方向と一致させることで、波長制御を行う。従って、この複屈折フィルタユニット２１７には、複屈折フィルタを回転させるための回転機構２３３が設けられており、回転機構２３３の回転軸が複屈折板２３１に接続されている。また、このような回転機構２３３は、ベースホルダ２３５に収容されていることが好ましい。
【００８１】
回転機構２３３の詳細な構成については、特に限定されるものではなく、例えばステッピングモータ等の公知のモータを利用して、モータの回転を複屈折板２３１に伝導させるための機構を適宜用いればよい。この回転機構２３３は、複屈折フィルタユニット２１７における駆動部４０の一例である。かかる回転機構２３３は、制御部３０の制御のもとで、ユーザ操作により設定された所望の出力光の波長に応じて、所定の角度だけ回転機構２３３の回転軸を回転させることで、複屈折板２３１の光学軸を所望の角度へと制御する。
【００８２】
制御部３０は、後述するような複屈折フィルタの光学軸の角度と選択される波長との関係を表わしたデータベースを、予め記憶部等に保持しておくことが好ましい。制御部３０は、回転機構２３３の駆動制御を行う際に、このデータベースを参照することで、容易に複屈折フィルタユニット２１７における回転機構２３３の回転量を制御することができる。また、このようなデータベースを設けることで、複屈折フィルタユニット２１７が経時変化した際には、データベースを適宜変更することで、容易に複屈折フィルタユニット２１７のメンテナンスを行うことが可能となる。
【００８３】
また、制御部３０は、複屈折フィルタユニット２１７において、複屈折フィルタの微小回転によるウォブル信号を発生させて、この差動出力を基に、出力光の出力を最大化するような制御を行うことができる。
【００８４】
ここで、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７では、ブリュースター角を維持したまま複屈折フィルタを回転させることが重要となる。そのため、図６に模式的に示したように、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７では、複屈折板２３１の表面法線方向（複屈折フィルタの表面法線方向でもある。）と、回転機構２３３の回転軸と、が互いに平行となるように、複屈折板２３１が回転機構２３３に接続されている。また、回転機構２３３の回転軸は、複屈折板２３１の表面法線方向に対して平行であれば良いため、回転機構２３３の回転軸をレーザ光の通過位置からオフセットさせることも可能である。回転軸をレーザ光の通過位置からオフセットさせることで、回転機構を簡素化することが可能となる。
【００８５】
続いて、図７を参照しながら、本実施形態に係る複屈折板２３１の好ましい構造について、具体的に説明する。
本実施形態に係る複屈折板２３１は、図７に模式的に示したように、所定の素材からなる結晶で作られた複屈折フィルタ２４１と、調整用ガラス２４３と、フィルタ歯車２４５と、を有している。
【００８６】
複屈折フィルタ２４１は、例えば人工水晶等の公知の結晶を用いて形成されており、以下で詳述するような所定の厚みを有している。また、本実施形態に係る複屈折フィルタ２４１の材質は、特に限定されるものではなく、所望の複屈折性を示すものであれば、人工水晶や複屈折性を示すその他の結晶以外にも、公知のものを利用可能である。
【００８７】
本実施形態に係る複屈折フィルタ２４１では、複屈折フィルタ２４１に用いられる結晶の２つの結晶固有軸を基準として、複屈折フィルタ２４１の回転角（複屈折フィルタ２４１の方位角でもある。）γ０が規定されている。すなわち、複屈折フィルタ２４１に用いられる結晶のある一つの結晶固有軸を回転角γ０＝０°とし、もう一方の結晶固有軸を回転角γ０＝９０°としている。また、複屈折フィルタ２４１による偏光間位相差は、方位角４５°で最大となるため、回転角（方位角）γ０＝４５°の位置が、複屈折板２３１の基準の位置となるように設計されており、回転角γ０＝４５°の位置から左右均等となるように、複屈折フィルタが切り出されている。
【００８８】
また、本実施形態に係る複屈折板２３１では、複屈折フィルタ２４１と隣接するように、調整用ガラス２４３が設けられている。本実施形態に係る波長変換共振器２０のメンテナンス（特に、レーザ光の入射角度のメンテナンス）等を行う場合や、パラメトリック発振が発生しなくなった等のイレギュラーな場合等には、光学系から複屈折フィルタを取り除いたうえで、波長変換共振器２０の光路長や光軸の調整が行われることが多い。この際に、複屈折フィルタ２４１が存在せずに、例えば空気のみが存在する部分を設けてしまうと、これによって光路長が変化してしまうために、適切な光路長や光軸の調整を行うことが困難となる。そこで、本実施形態に係る複屈折板２３１では、複屈折フィルタ２４１と隣接するように調整用ガラス２４３を設けて、調整を容易なものとしている。
【００８９】
ここで、複屈折フィルタ２４１と調整用ガラス２４３とは、互いの表面が同一のレベルとなり、光の入射面が同一面となるように接触していることが好ましい。そのため、未図示の面合わせ用ガラスを利用するなどして、光の入射面が同一面となるように、精密に調整位置合わせが行われることが好ましい。
【００９０】
本実施形態に係る複屈折板２３１では、図７に模式的に示したように、複屈折フィルタ２４１は略扇形であることが好ましい。複屈折フィルタ２４１の形状を略扇形にして、フィルタ端面をフォトインターラプタ等で検出することで、複屈折フィルタ２４１の回転精度を更に向上させることができる。また、別途、センサードグ等を設けて、より簡便に複屈折フィルタ２４１の回転精度を向上させるようにしてもよい。
【００９１】
また、図６及び図７に模式的に示したように、本実施形態に係る複屈折板２３１は、光軸に合わせた仮想的な基準面を有している。本実施形態に係る複屈折板２３１は、かかる基準面を有することで、複屈折フィルタ２４１の挿入による損失（挿入損失）を最小化することが可能となる。なお、複屈折フィルタ２４１のフィルタ面に対して物理的に基準面を彫り込んだり、後述するフィルタ歯車２４５等に対して基準となる溝や基準線を刻印したりするようにして、エンコーダと併用することで、複屈折フィルタ２４１の回転精度を更に向上させることができる。
【００９２】
フィルタ歯車２４５は、複屈折フィルタ２４１及び調整用ガラス２４３を保持する保持部材であり、任意の位置に開口部が設けられている。本実施形態に係る複屈折板２３１は、かかる開口部に連結シャフト等が接続されて、必要に応じて１又は複数の歯車を介した上で、回転機構２３３と連結されている。
【００９３】
また、本実施形態に係る光源装置１では、後述するように、非線形光学結晶ユニット２０１における位相整合条件の調整と、複屈折フィルタ２４１における回転角（方位角）の調整及び共振器長の調整と、が連動するようになっている。そのため、例えば図８に示したように、複屈折フィルタユニット２１７と、共振器長の調整に用いられるシグナル光出力カプラ２１３及びサーボ機構２１５と、を同一の筺体を用いて一体化することが好ましい。これにより、波長の選択精度を更に向上させることが可能となり、また、経時変化に強くなるとともに、一体化ユニットの調整がより簡便になる。
【００９４】
図８では、複屈折フィルタユニット２１７を、シグナル光出力カプラ２１３及びサーボ機構２１５が一体化されたＶＣＭミラー２１９と更に一体化させて、複屈折フィルタ−ＶＣＭミラー一体化ユニット２２１を形成した場合を図示している。
【００９５】
図８に示した例では、回転機構２３３の回転シャフト２４７は、連結部材２４９を介して複屈折板２３１と連結されている。また、複屈折フィルタユニット２１７及びＶＣＭミラー２１９は、同一の筺体に未図示の固定部材により固定されている。更に、複屈折フィルタユニット２１７の上部にカバーを設けることで、ほこりや塵等の複屈折フィルタ２４１への堆積による出力低下を防止している。
【００９６】
以上、本実施形態に係る複屈折フィルタユニット２１７の構造について、詳細に説明した。
【００９７】
［複屈折フィルタによる波長制御方法の詳細］
○波長可変範囲について
続いて、本実施形態に係る光源装置１における複屈折フィルタによる波長制御方法について、詳細に説明する。
複屈折フィルタによって出力光に与えられる偏光間位相差（リタデーション）の値は、以下の式１０１及び式１０３に示す近似式で表わすことができる。ここで、下記式１０１及び式１０３において、以下の式１０５及び式１０７で表わす関係が満たされているものとする。
【００９８】
【数１】
2017015931.tif 000003
【００９９】
ここで、上記式１０１〜式１０７において、
φ：偏光間位相差（リタデーション）
θ：複屈折フィルタの光学軸とビームの波面法線とのなす角
α０：複屈折フィルタのあおり角（ほぼブリュースター角と等しい。）
αｉ：ビームの内部角
γ０：複屈折フィルタの回転角
Ｌ：複屈折フィルタの厚み
ｅ：波面法線方向の単位ベクトル
ｃ：結晶ｃ軸方向の単位ベクトル
ｎｅ：異常光線屈折率
ｎ０：常光線屈折率
である。
【０１００】
いま、上記式１０１で与えられる偏光間位相差が２πの整数倍になる条件は、以下の式１０９で表わすことができる。従って、透過率が１００％となる周波数間隔（いわゆる、自由スペクトル間隔（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ））に相当する周波数幅は、以下の式１１１のようになる。なお、以下の式１１１において、λｍは、複屈折フィルムでのｍ次の透過波長であり、ｃは、光速である。
【０１０１】
【数２】
2017015931.tif 000004
【０１０２】
より詳細な複屈折フィルタの波長透過特性や偏光特性は、光パラメトリック発振器の共振器の中での固有偏光状態を、ジョーンズ行列式を解くことによって求めることができる。いま、本実施形態で着目するような小さな共振器の中における実際のビーム径での特性とは別に、無限平面波を仮定して、複屈折フィルタの波長透過特性を公知の演算処理アプリケーションによってシミュレートした結果を、図９Ａ及び図９Ｂに示す。
【０１０３】
図９Ａでは、パラメトリック利得が無限に大きい場合の波長透過特性を破線で示し、パラメトリック利得が共振器損失と同じである場合（ｇａｉｎ：ｇ＝１）の波長透過特性を実線で示している。同様に、図９Ｂでは、パラメトリック利得が無限に大きい場合の波長透過特性を破線で示し、パラメトリック利得が、無限に大きい場合と共振器損失と同じである場合との中間に位置する場合（ｇ＝２）の波長透過特性を実線で示している。図９Ａ及び図９Ｂ共に、横軸は、波長であり、縦軸は透過率である。
【０１０４】
図９Ａ及び図９Ｂ共に、透過率が１となっている波長が存在しているが、このような波長が、「偏光間位相差φが２πの整数倍となる」という条件を満たした波長である。また、透過率＝１となっている透過ピーク間の距離が、上記式１１１で表わされる自由スペクトル間隔に対応している。
【０１０５】
複屈折フィルタによる不要な波長の発振抑制の効果は、フィルタ特性が波長に対して急峻に変化する程強くなる。従って、不要な波長の発振抑制の効果は、損失特性とはトレードオフの関係にある。すなわち、複屈折フィルタの厚みが厚くなるほど不要な発振の抑制効果は高くなるが、複屈折フィルタの挿入損失は大きくなる。
【０１０６】
上記のような知見をもとに、以下では、本実施形態に係る複屈折フィルタに求められる光学的な条件について、より詳細に説明する。
いま、ある複屈折フィルタをブリュースター角だけ傾けて共振器内に配置したとき、複屈折フィルタの回転に対する波長感度をＳｒで表わし、複屈折フィルタの回転角γ０の範囲を、以下の式１２１で表わすものとする。ここで、波長感度Ｓｒは、複屈折フィルタの回転角γ０＝４５°での周波数感度で定義するものとし、複屈折フィルタの回転角γ０は、図７で模式的に示したように、固有結晶軸を０°及び９０°で定義した場合の回転角とする。
【０１０７】
（４５°−Ｘ）＜γ０＜（４５°＋Ｘ）［単位：ｄｅｇ］  ・・・（式１２１）
【０１０８】
このとき、波長可変範囲ｆλ（最長波長と最短波長の周波数の差）が以下の式１２３の関係を満たす場合には、一つの次数ｍでの回転角範囲内で、波長変換が実現出来ない波長が生じるため、複屈折フィルタの次数の異なる透過ピーク（すなわち、次数ｍ＋１、又は、次数ｍ−１の透過ピーク）を用いることとなる。
【０１０９】
ｆλ＞２・Ｓｒ・Ｘ  ・・・（式１２３）
【０１１０】
上記のような場合、透過率ピークの周波数間隔、又は、自由スペクトル領域を表わす周波数幅ｆＦＳＲが、以下の式１２５の関係を満たすように、複屈折フィルタの材質及び厚みを規定することが求められる。自由スペクトル間隔ＦＳＲが下記式１２５の範囲以上に開いてしまうと、次数ｍを変化させても実現出来ない波長が生じるからである。
【０１１１】
２・Ｓｒ・Ｘ＞ｆＦＳＲ  ・・・（式１２５）
【０１１２】
ここで、透過率ピークの周波数間隔又は自由スペクトル領域を表わす周波数幅ｆＦＳＲは、以下の式１２７で表わされる。
【０１１３】
【数３】
2017015931.tif 000005
【０１１４】
上記式１２７から明らかなように、周波数幅ｆＦＳＲは、複屈折量（ｎｅ−ｎ０）と、複屈折フィルタの厚みＬにそれぞれ反比例する。従って、上記式１２７は、複屈折フィルタによる波長可変範囲に抜けがないようにするためには、所定の値以上の偏光間位相差が重要であることを意味している。
【０１１５】
一方、複屈折フィルタの回転に対する波長感度Ｓｒは、複屈折フィルタの偏光間位相差には依らず、主として、平均屈折率、あるいは、ブリュースター角で決まり、以下の式１２９で記述することができる。ここで、以下の式１２９において、λｃは、複屈折フィルタの中心波長である。
【０１１６】
【数４】
2017015931.tif 000006
【０１１７】
いま、具体例として、中心波長λｃ＝９００ｎｍである人工水晶の場合を考えると、回転角γ０＝４５°付近での波長感度Ｓｒの値は、２ＴＨｚ／ｄｅｇ（−５．５ｎｍ／ｄｅｇ）程度となる。可変としたい波長帯域が３０ＴＨｚ程度（９００ｎｍ付近で波長可変範囲１００ｎｍ相当）であれば、求める波長可変範囲は、人工水晶を用いた複屈折フィルタを±１０度程度回転させる範囲（すなわち、上記式１２１におけるＸ＝１０の場合）に収まる。
【０１１８】
一方、波長可変範囲がより広くなる場合（例えば、波長可変範囲＞２５０ｎｍ（８０ＴＨｚ程度）である場合）には、複屈折フィルタに求められる回転範囲は、±２５度以上（すなわち、上記式１２１におけるＸ＝２５以上）となる。ここで、複屈折フィルタの方位角を４５度から３０度以上ずらすと、フィルタとしての性能（すなわち、所望の波長以外の発振を抑制する効果）が低下するため、実用的には使用できなくなる。そのため、このような広い波長可変範囲に対応するためには、複屈折フィルタの次数ｍを変えることが重要となる。
【０１１９】
先だって説明したように、複屈折フィルタによる損失が０となる透過波長は、複屈折フィルタの方位角を変化させて偏光間位相差を変化させることで調整可能である。いま、複屈折材料として、人工水晶を用い、厚みＬ＝０．５ｍｍとした場合の波長可変範囲を、図１０に示した。図１０では、上記のような条件の複屈折フィルタにおいて、次数ｍ＝４〜６の場合の波長可変範囲を示している。図１０において、横軸は、複屈折フィルタの回転角γ０に対応し、縦軸は、選択される波長を示している。
【０１２０】
例えば、１０００ｎｍの波長を選択したい場合、図１０において、波長１０００ｎｍの位置から、横軸に平行に横線を引く。その上で、図中に示した曲線と引いた横線との交点で表わされる角度が何度であるかを特定する。波長１０００ｎｍの場合、引いた横線は、次数ｍ＝５の曲線と、次数ｍ＝４の曲線と、に交差し、次数ｍ＝５の曲線との交点における回転角は２３度程度であり、次数ｍ＝４の曲線との交点における回転角は６３度程度である。この結果は、複屈折フィルタの回転角を２３度又は６３度とすることで、波長１０００ｎｍの光を選択できることを示しており、回転角２３度の場合には、次数ｍ＝５の透過ピークを利用しており、回転角６３度の場合には、次数ｍ＝４の透過ピークを利用していることを示している。
【０１２１】
従って、本実施形態に係る光源装置１では、図１０に示したような複屈折フィルタの回転角と、波長と、の関係を、テーブル等のデータ形態でデータベースとして記憶しておくことが好ましい。ユーザ操作によりある波長が選択された場合に、制御部３０は、ユーザによって指定された波長に基づきデータベースを参照することで、実現すべき複屈折フィルタの回転角を容易に特定することができる。
【０１２２】
このような図１０において、隣り合う曲線の間の距離が、自由スペクトル間隔ΔωＦＳＲ（換言すれば、ｆＦＳＲ）に対応している。従って、この間隔が広くなりすぎると、横軸に平行な直線を引いたとしても、次数ｍの曲線との交点が得られない範囲が発生してしまう。このような範囲は、波長変換できない帯域となってしまう。
【０１２３】
本実施形態に係る光源装置１では、かかる光源の様々な用途への適用を考慮すると、周波数帯域換算で６０ＴＨｚ以上の広い波長可変範囲を有していることが好ましく、８０ＴＨｚ以上の広い波長可変範囲を有していることが更に好ましい。ここで、８０ＴＨｚの波長可変範囲は、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に相当する。
【０１２４】
上記のような広い波長可変範囲を隙間なく連続的に確保するためには、複屈折フィルタが図１０に示したような人工水晶である場合、複屈折フィルタの厚みＬは、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることが更に好ましい。
【０１２５】
○複屈折フィルタ挿入損失について
本実施形態に係る光源装置１で着目しているような、１ｐｓ、好ましくは、サブピコ秒（５００ｆｓ）程度のパルスを発生させるには、励起パルス光の波長帯域として、０．５ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚ以上の周波数帯域が必要となる。この周波数帯域は、発振する出力光の中心波長を９４０ｎｍとすると、波長幅１．３ｎｍ〜２．５ｎｍに相当する。
【０１２６】
単純な平面波を仮定して、厚みＬ＝１ｍｍにおける複屈折フィルタの波長透過特性を、パラメトリック利得が無限に大きい場合と、パラメトリック利得が共振器損失と同じである場合（ｇ＝１）の場合の２パターンについて、シミュレートした。得られた結果を図１１に示した。図１１において、破線が、パラメトリック利得が無限に大きい場合に対応しており、実線が、パラメトリック利得が共振器損失と同じである場合に対応している。
【０１２７】
かかるシミュレーション結果によれば、複屈折フィルタの波長透過特性は、図１１に示したように波長に対してほぼ２次関数となるため、複屈折フィルタの挿入損失は、ほぼ厚みの２乗に比例して増加することとなる。
【０１２８】
しかしながら、実際の複屈折フィルタ（Ｌ＝１ｍｍ）を本実施形態に係る光源装置１の共振器に組み込んだ場合の波長透過特性は、図１２に示したように、２次関数とはならず、フラットな領域が広く存在していることがわかる。また、挿入損失についても、２次関数的というよりは、厚みに対して急峻に増加する結果が得られた。
【０１２９】
このような結果が得られた理由について本発明者らが検討したところ、共振器内の有限なビームサイズ（本実施形態では、例えば、３００μｍ程度）による角度広がりで説明できることが明らかとなった。すなわち、本実施形態に係る光源装置１の一例として着目する、共振器長３０ｃｍ程度のコンパクトな光源装置では、複屈折フィルタの挿入位置において、ビームは、半角２ｍｒａｄ程度の角度広がりを持つ。ここで、このような広がりを有するビームが、厚みＬ＝１ｍｍの複屈折フィルタを透過すると、平面波成分と回折広がり（１／ｅ２）成分との間で、実効厚みに２μｍ程度の違いが生じる。実効厚みが異なれば、偏光間位相差もその分だけ変化するため、損失が０となる波長はシフトし、厚み誤差２μｍで２ｎｍ程度の波長シフトとなる。すなわち、複屈折フィルタの特性は、回折広がりの波長オフセットの分だけ畳み込み積分されたものとなる。この厚み分のオフセットは、複屈折フィルタの厚みに比例するため、畳み込みすべき波長幅も厚みに比例し、ビームサイズ起因の損失効果は、厚みに比例する。従って、賞味の損失は、複屈折フィルタの厚みのおよそ３乗に比例する。
【０１３０】
複屈折フィルタ（人工水晶）の厚みＬを変えながら、１ｐｓ幅のパルスの帯域を複屈折フィルタに透過させた場合の挿入損失を測定したところ（ビームサイズ３００μｍ）、図１３に示したような結果が得られた。図１３から明らかなように、厚みＬが０．５ｍｍを超えると急峻に挿入損失が増加することがわかる。特に、厚みが０．７５ｍｍ超過となると、複屈折フィルタの挿入損失（内部損失）が１％超過となってしまう。そのため、１ｐｓというパルス幅を有し、数百μｍという小さなビーム径に対しても、内部損失が１％以下となるためには、複屈折フィルタの厚みＬは、０．７５ｍｍ以下とすることが好ましいことがわかる。
【０１３１】
以上のような結果から、複屈折フィルタとして人工水晶を使用する場合には、複屈折フィルタの厚みＬは、０．３ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であることが好ましいことがわかる。
【０１３２】
○複屈折フィルタによる波長制御の実測例
波長４０５ｎｍ、パルス幅０．５ｐｓの青色光を励起光として使用した上で、非線形光学結晶としてｍ、ＬＢＯ結晶を利用した光源装置を作製した。この際に、人工水晶からなる厚み０．５ｍｍの複屈折フィルタを用いた図８に示したような複屈折フィルタ−ＶＣＭミラー一体化ユニット２２１を製作し、作製した光源装置に組み込んだ。
【０１３３】
複屈折フィルタを光軸上に配置しない場合の光スペクトラムアナライザによる検出結果を、図１４Ａに示した。図１４Ａから明らかなように、複屈折フィルタを光軸上に配置しない場合には、波長約９１０ｎｍの出力光と、波長約９２５ｎｍの出力光という、２種類の出力光が発振していることがわかる。
【０１３４】
一方、このような状態の光源装置において、本実施形態に係る複屈折フィルタを光軸上に挿入すると、図１４Ｂに示したような検出結果が得られた。図１４Ｂから明らかなように、波長約９１０ｎｍの出力光は、発振が抑制されており、波長約９２５ｎｍの出力光のみが出力されていることがわかる。
【０１３５】
また、このような状態から複屈折フィルタの回転角を調整すると、図１４Ｃに示したような検出結果が得られた。図１４Ｃから明らかなように、複屈折フィルタの回転角を調整することで、波長約９２５ｎｍの出力光の発振が抑制され、波長約９１０ｎｍの出力光のみが出力されていることがわかる。
【０１３６】
以上、図６〜図１４Ｃを参照しながら、本実施形態に係る波長変換共振器２０に設けられる複屈折フィルタユニット２１７の詳細な構成の一例について、詳細に説明した。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態に係る光源装置１では、光パラメトリック発振の発振閾値をより低くできるため、励起光が低パワーであったとしても、高出力でのパラメトリック光の発振が可能となる。また、本実施形態に係る光源装置１では、複屈折フィルタの光学条件を適切に調整することで、波長可変範囲を広くした場合であっても、パラメトリック光の安定発振が可能となる。ここで、本実施形態に係る光源装置１では、共振器自体に一定の波長基準を持つこととなるため、波長を計測するための分光器が不要になるというメリットがある。
【０１３８】
また、本実施形態に係る光源装置１では、上記のような特定の構造を有するユニットを利用することで、光学系や駆動機構をより小さくできるため、光源装置の小型化を実現することができる。更に、本実施形態に係る光源装置１では、発振ピークを抑圧することができるため、共振器ミラーのコーティングに対する要求性能を緩和させることができ、結果として、低コスト化を実現することができる。
【０１３９】
＜光源装置の制御方法について＞
続いて、図１５を参照しながら、本実施形態に係る光源装置１の制御方法の流れについて、簡単に説明する。図１５は、本実施形態に係る光源装置の制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１４０】
本実施形態に係る光源装置１の制御方法では、ユーザ操作によって、発振させる波長が入力されると（ステップＳ１０１）、制御部３０によって、励起光ミラー２０９の位置を制御しているサーボ機構２１１のサーボ駆動電源がオフに制御される（ステップＳ１０３）。
【０１４１】
その後、制御部３０は、ユーザにより指定された波長に対応した共振器長を実現するために、まず、サーボ機構２１５の駆動制御を行って、シグナル光出力カプラ２１３の位置を移動させる（ステップＳ１０５）。このようなサーボ機構２１５の駆動制御は、例えば、波長と、シグナル光出力カプラ２１３の位置と、の関係を示したデータベースを予め作成しておき、かかるデータベースを参照することで、容易に行うことが可能である。
【０１４２】
更に、制御部３０は、駆動部４０を介して、非線形光学結晶ユニット２０１を駆動制御して、ユーザにより指定された波長に応じた非線形光学結晶が共振器中の光軸上に位置するように、非線形光学結晶の選択を行う（ステップＳ１０７）。
【０１４３】
このような非線形光学結晶の選択処理の詳細は、特に限定されるものではないが、例えば、以下のような選択処理を行うことが可能である。まず、選択した非線形光学結晶が光軸上に位置するように、例えばステッピングモータ等の駆動機構のステップ数が制御部３０により算出される。その後、制御部３０は、駆動部４０であるステッピングモータ等の駆動機構を介して、非線形光学結晶ユニット２０１を、一旦、リミットスイッチ（初期化位置）まで移動させ、その後、算出したステップ数を駆動機構に出力することで、波長に応じた非線形光学結晶を所定の位置まで移動させる。なお、非線形光学結晶の切り替えをより高速に実現するために、リミットスイッチまで移動させるのではなく、差分ステップ数を算出してもよい。
【０１４４】
以上のようにして、非線形光学結晶の選択が完了すると、制御部３０は、駆動部４０を介して、複屈折フィルタユニット２１７の複屈折フィルタ２４１を、所望の角度まで回転させる（ステップＳ１０９）。この際に、制御部３０は、ユーザにより指定された波長に対応する複屈折フィルタ２４１の回転角を、記憶部等に格納されているデータベースを参照することで特定し、特定した回転角を、複屈折フィルタユニット２１７の回転機構２３３に出力する。
【０１４５】
その後、制御部３０は、励起光ミラー２０９の位置を制御しているサーボ機構２１１のサーボ駆動電源をオンに制御し（ステップＳ１１１）、ユーザにより指定された出力光の強度が最大となる最適位置まで、励起光ミラー２０９を移動させる（ステップＳ１１３）。このようなサーボ機構２１１の制御の詳細についても、特に限定されるものではなく、例えば、波長と、励起光ミラー２０９の位置と、の関係を示したデータベースを予め作成しておき、かかるデータベースを参照することで、行うことが可能である。また、一旦データベースに記載された位置まで励起光ミラー２０９を移動させた後は、光検出器ＰＤ２からの強度検出結果に基づくフィードバック制御を行うことで、出力光が最大となる最適位置の微調整を行うことができる。
【０１４６】
以上のような制御が行われることで、本実施形態に係る光源装置１では、発振される光の波長が選択される。
【０１４７】
なお、図１５に示した例では、励起光ミラー２０９の位置を制御するに先立って、複屈折フィルタの回転角が制御されているが、このような手順で制御を行った場合には、複屈折フィルタの回転角を制御することで発振する光の波長を一意に決めることが出来るというメリットがある。また、本実施形態に係る光源装置１の制御方法において、各ユニットの制御の順序は、図１５に示した例に限定されるものではなく、例えば、励起光ミラー２０９の位置を制御した後に、複屈折フィルタの回転角を制御するようにしてもよい。
【０１４８】
以上、本実施形態に係る光源装置１の制御方法の流れについて、簡単に説明した。
【０１４９】
（ハードウェア構成について）
次に、図１６を参照しながら、本開示の実施形態に係る制御部３０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１６は、本開示の実施形態に係る制御部３０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。
【０１５０】
制御部３０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、制御部３０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。
【０１５１】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又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、光源装置１内の動作全般又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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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、スイッチ及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、光源装置１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。光源装置１のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、光源装置１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。
【０１５４】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又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ディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及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３０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３０が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又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。
【０１５５】
ストレージ装置９１９は、制御部３０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、又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、及び外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１５６】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、制御部３０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、又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、又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、又は、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）又は電子機器等であってもよい。
【０１５７】
接続ポート９２３は、機器を制御部３０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３０は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１５８】
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、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は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、又は、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、有線又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、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１５９】
以上、本開示の実施形態に係る制御部３０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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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、又は、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。
【０１６２】
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）
所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成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を少なくとも制御する制御部と、
を備え、
前記光パラメトリック発振器は、
前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、
光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、
前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、
前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、
を有しており、
前記制御部は、前記回転機構を駆動させて前記複屈折フィルタの方位角を調整することで、前記出力光の波長を設定するとともに、前記出力光の出力強度が最大となるように、前記共振器の共振器長を制御する、光源装置。
（２）
前記制御部は、前記非線形光学結晶の位相整合条件の調整制御と、前記複屈折フィルタの方位角の調整制御及び前記共振器長の調整制御と、を連動させる、（１）に記載の光源装置。
（３）
前記共振器の内部では、光路上に設けられたダイクロイックミラーにより光路が分岐されることで、前記出力光のみが伝播する光路が設けられており、
前記複屈折フィルタは、前記出力光のみが伝播する光路に配設される、（１）又は（２）に記載の光源装置。
（４）
前記回転機構は、当該回転機構における回転軸と前記複屈折フィルタの表面法線方向とが互いに平行となるように設けられる、（１）〜（３）の何れか１つに記載の光源装置。
（５）
前記共振器における前記光路のもう一方の端部には、可動ミラーが設けられており、
前記励起光の光路の光路長と、前記出力光の光路の光路長とが、互いに独立に制御される、（１）〜（４）の何れか１つに記載の光源装置。
（６）
前記複屈折材料及び前記複屈折フィルタの厚みは、
前記複屈折フィルタの回転に対する波長感度をＳｒと表わし、かつ、前記複屈折フィルタの回転角γ０の範囲が、（４５°−Ｘ）＜γ０＜（４５°＋Ｘ）［単位：ｄｅｇ］、である場合に、前記複屈折フィルタにおける全ての波長可変範囲において、透過率ピークの周波数間隔、又は、自由スペクトル領域に対応する周波数範囲ｆＦＳＲが以下の式１を満足するように規定される、（１）〜（５）の何れか１つに記載の光源装置。
２・Ｓｒ・Ｘ＞ｆＦＳＲ  ・・・（式１）
ここで、波長感度Ｓｒは、前記複屈折フィルタにおける回転角４５度での周波数感度で規定されており、前記複屈折フィルタの回転角γ０は、前記複屈折材料の２つの結晶固有軸をそれぞれ回転角０度及び９０度とした場合の角度である。
（７）
前記波長可変範囲は、周波数帯域換算で、６０ＴＨｚ以上である、（６）に記載の光源装置。
（８）
前記複屈折材料は、人工水晶であり、前記複屈折フィルタの厚みは、０．３ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である、（６）に記載の光源装置。
（９）
前記複屈折フィルタと、前記出力光を共振させるための前記可動ミラーと、が一体化されている、（１）〜（８）の何れか１つに記載の光源装置。
（１０）
前記複屈折フィルタの回転軸は、前記出力光が通過する位置からオフセットされている、（１）〜（９）の何れか１つに記載の光源装置。
（１１）
前記複屈折フィルタには、前記出力光の入射面が前記複屈折フィルタと同一面となるように設けられ、かつ、前記複屈折フィルタと同じ面内で回転する透過ガラスが設けられている、（１）〜（１０）の何れか１つに記載の光源装置。
（１２）
前記制御部には、前記出力光の波長と、前記複屈折フィルタの回転角と、が互いに関連付けられたデータベースが予め設けられており、
前記制御部は、ユーザ操作により指定された前記出力光の波長に基づき前記データベースを参照することで、前記複屈折フィルタの回転角を特定する、（１）〜（１１）の何れか１つに記載の光源装置。
（１３）
前記光パラメトリック発振器は、前記出力光の強度を検出する光検出器を更に有しており、
前記制御部は、前記光検出器によって検出された前記出力光の強度に基づくフィードバック制御により、前記共振器の共振器長を制御する、（１）〜（１２）の何れか１つに記載の光源装置。
（１４）
前記制御部は、前記複屈折フィルタからウォブル信号を発生させて、当該ウォブル信号の差動出力に基づき、前記出力光の強度を最大化する、（１）〜（１２）の何れか１つに記載の光源装置。
（１５）
前記複屈折フィルタの鉛直方向上方には、カバー部が設けられる、（１）〜（１４）の何れか１つに記載の光源装置。
（１６）
前記光源ユニットは、半導体を用いたモードロックパルス同期レーザである、（１）〜（１５）の何れか１つに記載の光源装置。
（１７）
所定波長のパルス光を励起光として出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射された前記励起光を利用して、当該励起光とは波長の異なる出力光を生成する光パラメトリック発振器と、を備え、前記光パラメトリック発振器は、前記出力光を生成する１又は複数の非線形光学結晶と、光路の少なくとも一方の端部に可動ミラーが設けられており、前記出力光を少なくとも共振させる共振器と、前記共振器の内部に、当該共振器内を進む光線に対してブリュースター角だけ傾けた上で配設された、複屈折材料からなる平板の複屈折フィルタと、前記複屈折フィルタの方位角が所望の角度となるように前記複屈折フィルタを回転させる回転機構と、を有する光源装置において、制御部により前記出力光の波長を制御する際に、
前記出力光を共振させるための前記可動ミラーの位置を前記出力光の波長に応じた所定の位置に移動させることと、
前記出力光の波長に応じた前記非線形光学結晶の調整の終了後に、前記複屈折フィルタを所定の回転角となるように回転させることと、
前記共振器の共振器長を前記出力光の出力強度が最大となるように調整することと、
を含む、光源装置の制御方法。
【符号の説明】
【０１６３】
１    光源装置
１０    光源ユニット
２０    波長変換共振器
３０    制御部
４０    駆動部
２０１    非線形光学結晶ユニット
２１７    複屈折フィルタユニット
２３１    複屈折板
２４１    複屈折フィルタ
２４３    調整用ガラス
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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