(57)【要約】【課題】入力光の特性を変化させる、あるいは光導波路を置換することなく、出力光の波長を変化させることが可能な光源装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る光源装置は、パルス光を出力する励起光源と、光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、を備え、光導波路に外部から物理的な変化を加えることによって、光導波路から出力される光の波長を制御する。【選択図】図１
2017021063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、
を備え、
前記光導波路に物理的な変化を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記励起光源と前記光導波路との間に設けられており、前記励起光源から出力された光を増幅する増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記物理的な変化は、前記光導波路に対して張力、圧力およびねじり力の少なくとも１つを加えることであることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記物理的な変化は、前記光導波路に対して張力または圧力を加えることであり、
前記張力または前記圧力は、前記光導波路中の光の伝搬方向に沿って前記光導波路に対して加えられることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光導波路から出力される光の一部を取出す光取出し部と、
前記光取出し部によって取出されなかった光を伝搬させる第２の光導波路と、
前記第２の光導波路を伝搬した光を再び前記光導波路へ導波させる光結合部と
をさらに備え、
前記光導波路、前記光取出し部、前記第２の光導波路および前記光結合部は、光共振器を構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光共振器のトータルの分散値が０であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光共振器のトータルの分散値が正常分散であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光共振器のトータルの分散値が異常分散であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光導波路に導波される光の強度、波長および繰返し周波数の少なくとも１つを含む特性を計測する手段をさらに備え、
前記計測する手段により計測された前記特性に応じて、前記光導波路に張力および圧力の少なくとも一方を加えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記励起光源から出力された光の強度、波長および繰返し周波数の少なくとも１つを含む特性を計測する手段をさらに備え、
前記計測する手段により計測された前記特性に応じて、前記光導波路に張力および圧力の少なくとも一方を加え、
前記光導波路に加える張力および圧力の少なくとも一方に応じて、前記光共振器の光路長を調整することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光導波路を伝搬することで波長変換された光の強度、波長および繰返し周波数の少なくとも１つを含む特性を計測する手段と、
前記計測する手段により計測された前記特性に応じて、前記光導波路に張力および圧力の少なくとも一方を加えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記光導波路から出力される光の強度、波長および繰返し周波数の少なくとも１つを含む特性を計測する手段と、
前記計測する手段により計測された前記特性に応じて、前記光導波路に張力および圧力の少なくとも一方を加え、
前記光導波路に加える張力および圧力の少なくとも一方に応じて、前記光共振器の光路長を調整することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記光導波路中の波長変換が光パラメトリック効果によって起こることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
パルス光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、
を備え、
前記光導波路に温度変化を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
パルス光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、
を備え、
前記光導波路に電場を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１６】
中心波長が互いに異なる２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、および前記被検体において発せられる光のうち少なくとも１つを検出して前記被検体の情報を取得する情報取得装置であって、
中心波長が互いに異なる２つのパルス光を射出する光源装置と、
前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、および前記被検体において発せられる光のうち少なくとも１つを受光する受光素子と、
を備え、
前記光源装置が、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置であることを特徴とする情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形効果を用いた波長可変型の光源装置及び情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス光を測定対象に照射し、測定対象内で生じる非線形効果を用いてイメージングを行う技術が、近年活発に研究されている。非線形効果を用いたイメージングによって、非染色で測定対象内部の物質を識別することや、光学的な回折限界を超えた高い分解能を有するイメージングを行うことなどが可能となっている。非線形効果は照射する光の強度や波長に大きく依存するため、広帯域に波長を可変に制御でき、かつ特性が安定している光源が必要とされている。
【０００３】
広帯域光源については、光導波路と短パルス光源を組み合わせて、光導波路内で生じる非線形効果によって波長を変換する技術が開発されている。光導波路に短パルス光が伝搬した際、短パルス光が高いピークパワーを持ち、かつ光導波路の導波路面積が小さいために、非常に小さな領域に大きな光エネルギーが集中した状態で短パルス光が伝搬する。この大きな光エネルギーによって非線形現象が誘起され、伝搬する短パルス光の波長や時間形状が変化する。このような現象を用いる技術は非線形波長変換技術と呼ばれ、例えばカー効果やラマン効果、光パラメトリック効果を用いて光導波路の入力した光パルス光の波長を広げる、あるいは中心波長をシフトさせる技術が提案されている。
【０００４】
例えば非特許文献１には、光パラメトリック効果を用いた非線形波長変換技術において、短パルス光の中心波長を変化させることによって、出力光の波長を制御する技術が提案されている。また、出力光の波長の制御性を変更するために、短パルス光が伝搬する光導波路として用いられる光ファイバを置換することが提案されている。すなわち、従来の非線形波長変換技術では、入力する短パルス光の特性を制御する、または光導波路を置換することによって、波長を変換する方法が提案されてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Book of “Fiber Optical Parametric Amplifiers, Oscillators and Related Devices”, Michel E. Marhic (University of Wales, Swansea), Cambridge University Press
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光導波路の非線形効果を用いた波長変換技術のように、入力光源からの入力光の特性（強度、波長など）を変化させる、あるいは用いる光導波路を置換する方法の場合には、入力光の波長可変性や強度によって出力光の特性が限定されていた。また、入力光の特性が時間とともに変化する場合には、出力光の特性も変化するため、出力光の特性を安定させることは難しかった。本発明は、上述の問題に鑑みて行われたものであって、入力光の特性を変化させる、あるいは光導波路を置換することなく、出力光の波長を変化させることが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光源装置であって、パルス光を出力する励起光源と、前記光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、を備え、前記光導波路に外部から物理的な変化を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様は、光源装置であって、パルス光を出力する励起光源と、前記光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、を備え、前記光導波路に外部から温度変化を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、光源装置であって、パルス光を出力する励起光源と、前記光源から出力された光を導波して非線形効果によって波長変換する光導波路と、を備え、前記光導波路に外部から電場を加えることによって、前記光導波路から出力される光の波長を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、非線形現象を誘起して波長変換する光導波路の特性を変化させることで、出力光の特性を制御する。すなわち、非線形現象を誘起して波長変換する光導波路の特性をリアルタイムで変化させることで、非線形現象によって生成される出力光を制御する。具体的には、光導波路に物理的な力を加える、温度を変化させる、電場を加えるなどによって光導波路の屈折率、構造あるいはその両方を変化させることで、光導波路の波長分散特性および非線形係数を変化させる。これによって、ソリトン条件を変化させることや、パラメトリックゲインスペクトルを変化させることができる。その結果、本発明は、入力光の波長やピークパワーを変化させる、あるいは、用いる光導波路を置換することなく、出力光の波長を変化させることができる。また、入力する光と光導波路の本来の特性によって制限される波長変換帯域を拡張できる。また、入力光の特性（波長、ピークパワー、繰り返し周波数など）の揺らぎに応じて出力光が揺らいでしまうことを抑制して、出力光の波長を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図２】光ファイバの伸長率に対する２次波長分散β２、４次波長分散β４および有効断面積の変化を示す図である。
【図３】光ファイバを引き延ばした際のパラメトリックゲインスペクトルの変化を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図５】第３の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図６】第４の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図７】第５の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図８】（ａ）光パラメトリックゲインファイバに張力を加えていない時のパラメトリックゲインスペクトルの変化、（ｂ）光パラメトリックゲインファイバに張力を加えて５％引き延ばした場合のパラメトリックゲインスペクトルの変化を示す図である。
【図９】第６の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図１０】第７の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図１１】第９の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図１２】第１１の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図１３】第１２の実施形態に係る光源装置の模式図である。
【図１４】第１７の実施形態に係る情報取得装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、入力光の波長やピークパワーを変化させる、あるいは、用いる光導波路を置換することなく、用いる光導波路の特性を変化させることによって出力光の波長を変化させる。具体的には、光導波路に外部から刺激を与え、該光導波路の波長分散特性および非線形係数を制御し、位相整合条件やソリトン条件を変化させることによって、出力光の波長を制御する。また、このことによって、これまで入力光の波長やピーク強度、用いる光導波路によって制限されていた出力光のスペクトル範囲を拡張することができる。さらに、入力光の揺らぎあるいは出力光の揺らぎに応じて光導波路の特性を変化させて補償することによって、入力光の特性の揺らぎによる出力光の揺らぎを抑制する。
【００１３】
入力する光と波長変換する光導波路の組合せによって、ソリトン自己周波数シフトによる波長変換や、超広帯域に波長が連続して発生しているスーパーコンティニュウム光の発生などでも波長変換を実現できるが、以下では、特に光パラメトリック効果に基づいた波長変換技術に基づいて説明する。
【００１４】
光パラメトリック効果による利得の発生は、四光波混合に基づいている。光ファイバ内で生じる四光波混合とは、互いに周波数（波長）の異なる２つの光（励起光）を非線形光学媒質である光ファイバ内に入力した際に、光ファイバに入力した光のエネルギーが変換されて、２つの励起光のどの波長とも一致しない波長を持った新たな光が発生する現象である。四光波混合では、周波数がそれぞれω１とω２である２つの光を非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から周波数がそれぞれω３とω４である２つの光が新たに発生したとすると、それらの周波数はω１＋ω２＝ω３＋ω４の関係を満たす。
【００１５】
上述の関係においてω１＝ω２＝ωｐとする場合、すなわち入力光の波長が一つの場合は、上述の現象は縮退四光波混合と呼ばれ、周波数がそれぞれωｐ＋Δω、ωｐ−Δωである２つの光が、周波数ωｐに対して対称に発生する。一般的に高周波数側の光をシグナル光、低周波数側の光をアイドラー光と呼び、両者をまとめて信号光と呼ぶ。以下、シグナル光の周波数をωＳ（＝ωｐ＋Δω）、アイドラー光の周波数をωｉ（＝ωｐ−Δω）と表す。
【００１６】
縮退四光波混合は、互いに周波数の異なる２つの光を入力させる場合に比べて波長の制御や構成が簡単である。以下は縮退四光波混合について説明する。縮退四光波混合を効率良く発生させるためには、非線形光学媒質中へ入力させる励起光の伝搬定数をβｐ、シグナル光の伝搬定数をβＳ、アイドラー光の伝搬定数をβｉとして、以下の式（１）で表される位相整合条件を満たす必要がある。
【００１７】
【数１】
2017021063.tif 000003
【００１８】
ここで、γは非線形光学媒質の非線形係数を意味し、以下の式（２）で表わされる。
【００１９】
【数２】
2017021063.tif 000004
【００２０】
各文字はそれぞれ以下の値を表す。
Ｐ０：  入力光のピークパワー
ｎ２：  非線形光学媒質の非線形屈折率
Ａｅｆｆ：  非線形光学媒質中を伝搬する光の有効断面積
ωｐ：  入力光の光角周波数
λｐ：  入力光の真空中の波長
ｃ：  真空中の光の速度
【００２１】
上述の式（１）中の非線形光学媒質中における各々の光の伝搬定数の位相不整合Δβは、周波数差Δωを用いて以下の式（３）で表すことができる。
【００２２】
【数３】
2017021063.tif 000005
【００２３】
ただし、β２は入力光の周波数における非線形光学媒質の群速度分散、β４は群速度分散β２の２次導関数である。なお、群速度分散β２は、入力光の伝搬定数βｐの２次導関数である。このときの光パラメトリック利得Ｇは、以下の式（４）で表される。
【００２４】
【数４】
2017021063.tif 000006
【００２５】
Ｌは非線形光学媒質の長さである。文字ｇは以下の式（５）で表わされる。
【００２６】
【数５】
2017021063.tif 000007
【００２７】
式（１）及び式（４）より、入力光波長に対して、パラメトリックゲインスペクトルが最大（ピーク）となる光周波数、およびパラメトリックゲインスペクトルの端となる光周波数は、以下の式（６）〜（１１）により表されることが見出された。
【００２８】
（ａ）パラメトリックゲインスペクトルのピークとなる周波数
【００２９】
【数６】
2017021063.tif 000008
【００３０】
【数７】
2017021063.tif 000009
【００３１】
（ｂ）パラメトリックゲインスペクトルの端となる第１の周波数
【００３２】
【数８】
2017021063.tif 000010
【００３３】
【数９】
2017021063.tif 000011
【００３４】
（ｃ）パラメトリックゲインスペクトルの端となる第２の周波数
【００３５】
【数１０】
2017021063.tif 000012
【００３６】
【数１１】
2017021063.tif 000013
【００３７】
上述の式（６）〜（１１）のルート内の符号を鑑みると、以下のようになる。
（ａ）β２＞０、β４＞０の場合
パラメトリックゲインは得られない。
【００３８】
（ｂ）β２＞０、β４＜０の場合
パラメトリックゲインの周波数帯域は式（１２）により表される。
【００３９】
【数１２】
2017021063.tif 000014
【００４０】
（ｃ）β２＜０、β４＜０の場合
パラメトリックゲインの周波数帯域は式（１３）により表される。
【００４１】
【数１３】
2017021063.tif 000015
【００４２】
（ｄ）β２＜０、β４＞０の場合
パラメトリックゲインの周波数帯域は式（１４）および（１５）により表される。
【００４３】
【数１４】
2017021063.tif 000016
【００４４】
【数１５】
2017021063.tif 000017
【００４５】
上述のようにγ及びβ２、β４は入力光波長に依存している。したがって入力光波長を変えることで、パラメトリックゲインの中心波長と波長帯域を変えることができる。また、式（６）〜（１１）に入力光のピークパワーＰ０がパラメータとして入っていることが分かる。ピークパワーＰ０は、パルスの時間形状が単峰であれば式（１６）の関係で表すことができる。
【００４６】
【数１６】
2017021063.tif 000018
【００４７】
各文字はそれぞれ以下の値を表す。
Ｐａｖｅｒａｇｅ：  入力光の平均パワー
ｆｒｅｐ：  入力光のパルス繰返し周波数
Δｔ：  入力光のパルス時間幅
【００４８】
したがって、非特許文献１に記載の技術のように入力光の平均パワー、繰返し周波数、パルス幅のいずれかを制御することによって、パラメトリックゲインの中心波長と波長帯域を変えられることがわかる。
【００４９】
パラメトリックゲインを発生させる光導波路を用いて共振器（以下、ＦＯＰＯ：  Ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を構成した場合には、ＦＯＰＯの全体の波長分散特性と入力光の繰返し周波数とによって、共振される波長が決まる。このことを以下に説明する。
【００５０】
ＦＯＰＯ内では、入力パルス光が導入されることで、上述の式（６）〜（１１）のようにある帯域を有したゲインスペクトルが生成される。そして、ＦＯＰＯを一周してきた光と、繰返し導入される入力パルス光とが重なる場合に共振し、増幅される。ここで、ＦＯＰＯ全体で波長分散特性を有している場合、ＦＯＰＯを一周する光の速度は、周回する光の波長に依存して異なる。したがって、ＦＯＰＯの共振器長が固定されている場合、入力光の繰返し周波数を変化させると、式（６）〜（１１）で表わされる波長成分のうち、入力光の繰返し周波数に対応した周波数でＦＯＰＯを周回する波長成分のみが増幅され出力される。あるいは、入力光の繰返し周波数が一定の場合、ＦＯＰＯの共振器長を変化させることによって、増幅したい波長成分がＦＯＰＯを周回する周波数と、入力光の繰返し周波数とを一致させる。これにより、出力される光の波長を制御することができる。
【００５１】
逆にいえば、入力光の波長、パワー、繰返し周波数、時間幅のいずれかが変化すると、パラメトリックゲインスペクトルも変化し、結果として出力光の特性も変化することとなる。
【００５２】
従来、入力光の波長あるいは繰返し周波数を制御することによって、出力光の波長を制御していた。それに対して、本発明では、光導波路のβ２およびβ４を制御することによって、出力光の波長を制御することが可能であることを式（６）〜（１５）より見出した。
【００５３】
伝搬定数βの２次と４次の係数β２、β４は、光導波路の屈折率と構造により決定される。以下では、溶融石英を用いたフォトニック結晶ファイバについて説明する。本発明では、光ファイバに物理的な変化を加えることによって、光導波路の屈折率および構造を変化させ、それにより出力光の波長を制御する。以下では特に、光ファイバに張力を加えて引き延ばした際の屈折率と構造の変化について説明するが、光導波路の屈折率および構造は、光導波路にねじる力を加える、あるいは温度変化や圧力変化、電場を加えることによっても変化する。光導波路に対して加える張力および圧力は、光導波路中の光の伝搬方向に沿った方向に加えられることが望ましい。特にフォトニック結晶ファイバなどでは、空孔中にガスを導入することや、空孔中の空気圧を変化させることでも屈折率や構造を変化させることができる。
【００５４】
光ファイバに張力を加えて変化する屈折率変化量Δｎは以下の式（１７）で表わされる。ここで、光ファイバは等方性媒質であるとして、ｐ１２＝ｐ１３とする。
【００５５】
【数１７】
2017021063.tif 000019
【００５６】
各文字はそれぞれ以下の値を表す。
ｐ１ｉ：  光ファイバの光弾性定数
ε：  光ファイバの歪み
ｎ：  屈折率
ν：  ポアソン率
光ファイバの歪みεは、式（１８）により表される。
【００５７】
【数１８】
2017021063.tif 000020
【００５８】
各文字はそれぞれ以下の値を表す。
Ｆ：  張力
Ｅ：  ヤング率
ｄ：  ファイバの直径
【００５９】
式（１７）および（１８）より、張力を加えることで屈折率が変化することが分かる。さらに、光ファイバに張力が加わっている時、引き延ばされた光ファイバの長さをＬ’、径をｄ’とした場合、引き延ばされていない光ファイバの長さＬおよび径ｄとの関係は式（１９）のように表わされる。
【００６０】
【数１９】
2017021063.tif 000021
【００６１】
式（１８）と（１９）より、光ファイバの歪みεは式（２０）のように表わされる。
【００６２】
【数２０】
2017021063.tif 000022
【００６３】
式（１９）および（２０）より、張力を加えたとき、屈折率だけでなく光ファイバの構造も変化することが分かる。したがって、屈折率と構造の変化により、光ファイバの伝搬定数β２、β４が変化する。
【００６４】
よって、入力光源の波長やピークパワーを変化させることなく、光ファイバに張力を加えることによって、β２、β４を変化させ、パラメトリックゲインのスペクトルを変化させ、その結果出力光の特性を制御することが可能である。また、入力光源の波長やピークパワーを変化させることに加えて、さらに光ファイバに張力をかける、あるいは張力を緩和することによって、出力光の波長可変帯域を拡張すること、およびより高出力な出力光を得ることが可能である。また、入力光源の特性が揺らいだ、すなわち変化した場合には、光ファイバに張力をかける、あるいは張力を緩和することによって、出力光の特性を一定に保つことが可能である。
【００６５】
（第１の実施形態）
以下では実際の構成に基づいて、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００の模式図である。光源装置１００は、シードレーザ（励起光源）１０１、光増幅器１０２、および光パラメトリックゲインファイバ１０４を備える。本実施形態において、シードレーザ（パルス光を生成する光源）１０１によって生成されたパルスは、中心波長１０５０ｎｍ、繰返し周波数２０ＭＨｚであり、光増幅器１０２に結合される。光増幅器１０２を伝搬して増幅された光は入力光１０３となり、中心波長１０５０ｎｍ、パルス時間幅１ｐｓ、繰返し周波数２０ＭＨｚ、平均パワー１Ｗの特性を有する。
【００６６】
本実施形態において、パラメトリックゲインを得る光導波路として光パラメトリックゲインファイバ１０４を用い、入力光１０３は光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合される。光パラメトリックゲインファイバ１０４は、例えばフォトニック結晶ファイバである。光パラメトリックゲインファイバ１０４としては、入力光の特性に応じて、上述の位相整合条件（式（１））を満たす光ファイバを選択すれば良い。本実施形態のようにフォトニック結晶ファイバを用いる場合には、０分散波長及び分散曲線を制御できるため、位相整合条件を様々な波長に対して選択することができる。また、一般的なシングルモードファイバを用いる場合には安価な構成を実現できる。また偏波保持特性を有する光ファイバを用いる場合には、偏光が変わらないため温度、振動、曲げ等に対して安定な構成を実現できる。
【００６７】
そして、光パラメトリックゲインファイバ１０４の片端は固定ステージ１０５に取り付けられており、光パラメトリックゲインファイバ１０４の他端は可動ステージ１０６に取り付けられている。固定ステージ１０５はその位置が固定されており、可動ステージ１０６は光パラメトリックゲインファイバ１０４中の光の伝搬方向に沿って移動可能である。可動ステージ１０６を動かすことによって、光パラメトリックゲインファイバ１０４に対して伸縮という物理的変化を与えられる。光パラメトリックゲインファイバ１０４を伸縮可能であれば、その他任意の構成を用いてよい。光パラメトリックゲインファイバ１０４の両端が可動ステージに取り付けられていても良く、その場合には伸縮速度あるいは伸縮長さを増大できる。また固定ステージ１０５と可動ステージ１０６の順序が逆でも良く、光パラメトリックゲインファイバ１０４の安定性を確保したい側の端を固定ステージ１０５によって固定すれば良い。
【００６８】
また、光パラメトリックゲインファイバ１０４はピエゾデバイス（圧電素子）に巻き付けられて伸縮が可能な構成を用いて良い。具体的には、光パラメトリックゲインファイバ１０４をピエゾデバイスの周囲に巻き付けて固定した状態で、該ピエゾデバイスに電圧を印加すると、圧電効果によって該ピエゾデバイスは変形する。その結果、光パラメトリックゲインファイバ１０４は該変形に伴って伸縮する。この場合には、ピエゾデバイスへの巻き数を変えることによって、伸縮長さを変更できる。
【００６９】
入力光１０３が光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合されると、光パラメトリックゲインファイバ１０４は光パラメトリック効果によって入力光１０３とは異なる波長成分の光を生成し、出力光１０７として出力する。本実施形態において、光パラメトリックゲインファイバ１０４は０．５ｍの長さである。表１は、光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力をかけて伸長率を０〜５％に変化させた場合の特性の変化を示す。伸長率は、張力をかけていない状態の光パラメトリックゲインファイバ１０４の長さに対する、張力をかけた状態の光パラメトリックゲインファイバ１０４の長さの増加分の割合である。
【００７０】
【表１】
2017021063.tif 000023
【００７１】
図２は、伸長率に対して、２次の波長分散、４次の波長分散および有効断面積をプロットしたグラフを示す図である。入力光の波長は１０５０ｎｍである。図２の横軸は伸長率を示し、縦軸は２次波長分散、４次波長分散および有効断面積を示す。光パラメトリックゲインファイバ１０４を引き延ばす、すなわち伸長率が増加するにしたがって０分散波長は短波長側にシフトする。もともとの０分散波長が１０４０ｎｍ付近であるため、１０５０ｎｍの波長から見ると伸長率が増加するにしたがって２次の波長分散は負の方向に大きくなっていく。また４次の波長分散は負の符号であり、伸長率が増加するにしたがって０に近づく。さらに有効断面積は伸長率が増加するにしたがって小さくなり、非線形係数が大きくなる。
【００７２】
図３は、各伸長率における光パラメトリックゲインスペクトルを示す図である。図３の横軸は波長を示し、縦軸はゲイン強度を示す。光パラメトリックゲインファイバ１０４を引き延ばす、すなわち伸長率が増加するにしたがって、光パラメトリックゲインスペクトルの中心波長は入力光波長の１０５０ｎｍに近づく。
【００７３】
以上に示したように、本実施形態に係る光源装置１００によれば、入力光１０３の中心波長を変化させることなく、光パラメトリックゲインファイバ１０４を伸縮させることによって出力光１０７の波長を制御できる。
【００７４】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態に係る光源装置２００の構成図である。光源装置２００は、光源装置１００の構成に加えて、ＷＤＭカプラ２０１、出力カプラ２０２、光ディレイライン２０４および分散補償器２０５を備える。第１の実施形態と同様に、シードレーザ１０１によって生成されるパルスは、中心波長１０５０ｎｍ、繰返し周波数２０ＭＨｚであり、光増幅器１０２に結合される。光増幅器１０２を伝搬して増幅された光は入力光１０３となり、中心波長１０５０ｎｍ、パルス時間幅１ｐｓ、繰返し周波数２０ＭＨｚ、平均パワー１Ｗの特性を有する。
【００７５】
入力光１０３は、ＷＤＭカプラ２０１に導入され、光パラメトリックゲインファイバ１０４へ伝搬する。光結合部としてのＷＤＭカプラ２０１は、光取出し部である出力カプラ２０２で取出されなかった光を、波長変換を行う光導波路としての光パラメトリックゲインファイバ１０４へ再び導波させる光結合器である。
【００７６】
本実施形態においても、第１の実施形態で用いた光パラメトリックゲインファイバ１０４が用いられ、光パラメトリックゲインファイバ１０４の片端は固定ステージ１０５に取り付けられており、他端は可動ステージ１０６に取り付けられている。可動ステージ１０６を動かすことによって、光パラメトリックゲインファイバ１０４の伸縮を行う。第１の実施形態で述べたように、光パラメトリックゲインファイバ１０４の両端が可動ステージに取り付けられていても良いし、固定ステージ１０５と可動ステージ１０６の順序が逆でも良い。また、光パラメトリックゲインファイバ１０４はピエゾデバイスに巻き付けられて伸縮が可能な構成でも良い。
【００７７】
入力光１０３が光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合されると、光パラメトリックゲインファイバ１０４は光パラメトリック効果によって入力光１０３とは異なる波長成分の光を生成し、分岐比１：１の出力カプラ２０２によって、生成した光の一部を出力光１０７として取出す。生成された光のうち取出されなかった光は、単一モードファイバ２０３を伝搬して、ＷＤＭカプラ２０１へ結合される。ＷＤＭカプラ２０１は８００ｎｍと１０５０ｎｍの波長を持つ光を合波するように構成される。したがって、ＷＤＭカプラ２０１においては、１０５０ｎｍの波長を有する入力光１０３と、光パラメトリックゲインファイバ１０４の光パラメトリック効果によって生成された８００ｎｍ帯の波長を有する光とが合波される。その結果、８００ｎｍ帯の光が共振されて出力カプラ２０２から出力される。これを光共振器または光パラメトリックオシレータ（ＯＰＯ）と呼ぶ。
【００７８】
ここで、本ＯＰＯを一周した時の波長分散は、８００ｎｍ帯で０となるように構成される。本発明において波長分散が０であることは、波長分散が厳密に０と一致することだけでなく、０の前後に製造誤差等の所定の範囲を含む。そのために、単一モードファイバ２０３として８００ｎｍ帯に０分散波長を有する光ファイバを用いる。または、正常分散と異常分散を有する光ファイバを組み合わせてＯＰＯ全体の分散値を制御しても良く、その場合には８００ｎｍ帯に０分散波長を有さない光ファイバを用いることができる。
【００７９】
本実施形態においてＯＰＯは、単一モードファイバ２０３の分散を補償する分散補償器２０５を含む。分散補償器２０５を用いてＯＰＯ全体の分散値を制御することによって短い共振器構成となり高周波数にも対応可能となる。分散補償器２０５は、プリズムを用いたもの、グレーティングを用いたもの、あるいは空間位相変調器を用いたもの等、任意の構成で良い。
【００８０】
光パラメトリックゲインファイバ１０４の長さを伸縮することによってＯＰＯの共振器長が変わるため、ＯＰＯの共振周波数と入力光１０３の繰返し周波数とがずれてしまう。このことを補償するために、ＯＰＯは光ディレイライン２０４を含む。光ディレイライン２０４は可動ステージ１０６の移動距離を受け取り、該移動距離を相殺するようにＯＰＯの共振器長を変更する。
【００８１】
第１の実施形態と同様に光パラメトリックゲインファイバ１０４は０．５ｍの長さである。光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力をかけて０〜５％まで引き延ばした場合、図３に示した光パラメトリックゲインスペクトルが得られ、出力光の波長は、光パラメトリックゲインファイバ１０４の伸縮に応じて変化する。
【００８２】
以上に示したように、本実施形態に係る光源装置２００によれば、入力光の中心波長を変化させることなく、光パラメトリックゲインファイバ１０４を伸縮させることによって出力光の波長を制御できる。また、ＯＰＯを設けているため、より高効率に入力光からパラメトリック光へ光エネルギーが移行することができ、高出力な出力光を得られる。
【００８３】
（第３の実施形態）
図５は、本実施形態に係る光源装置３００の構成図である。光源装置３００は、光源装置１００の構成に加えて、ＷＤＭカプラ２０１、出力カプラ２０２、光ディレイライン２０４および分散補償器２０５を備える。第１の実施形態と同様に、シードレーザ１０１によって生成されるパルスは、中心波長１０５０ｎｍ、繰返し周波数２０ＭＨｚであり、光増幅器１０２に結合される。光増幅器１０２を伝搬して増幅された光は入力光１０３となり、中心波長１０５０ｎｍ、パルス時間幅１ｐｓ、繰返し周波数２０ＭＨｚ、平均パワー１Ｗの特性を有する。
【００８４】
入力光１０３は、ＷＤＭカプラ２０１に導入され、光パラメトリックゲインファイバ１０４へ伝搬する。ＷＤＭカプラ２０１は、光取出し部である出力カプラ２０２で取出されなかった光を、波長変換を行う光導波路としての光パラメトリックゲインファイバ１０４へ再び導波させる光結合器として用いられる。
【００８５】
本実施形態においても、第１の実施形態で用いた光パラメトリックゲインファイバ１０４が用いられ、光パラメトリックゲインファイバ１０４の片端は固定ステージ１０５に取り付けられており、他端は可動ステージ１０６に取り付けられている。可動ステージ１０６を動かすことによって、光パラメトリックゲインファイバ１０４の伸縮を行う。光パラメトリックゲインファイバ１０４の両端が可動ステージに取り付けられていても良いし、固定ステージ１０５と可動ステージ１０６の順序が逆でも良い。また、光パラメトリックゲインファイバ１０４はピエゾデバイスに巻き付けられて伸縮が可能な構成でも良い。
【００８６】
入力光１０３が光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合されると、光パラメトリックゲインファイバ１０４は光パラメトリック効果によって入力光１０３とは異なる波長成分の光を生成する。そして、分岐比１：１の出力カプラ２０２によって、生成した光の一部が出力光１０７として取出される。生成された光のうち取出されなかった光は、単一モードファイバ３０１を伝搬して、ＷＤＭカプラ２０１へ結合される。ＷＤＭカプラ２０１は８００ｎｍと１０５０ｎｍの波長を持つ光を合波するように構成される。したがって、ＷＤＭカプラ２０１においては、１０５０ｎｍの波長を有する入力光１０３と、光パラメトリックゲインファイバ１０４の光パラメトリック効果によって生成された８００ｎｍ帯の波長を有する光とが合波される。その結果、８００ｎｍ帯の光が共振されて出力カプラ２０２から出力される。
【００８７】
上記光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばすと、ＯＰＯの共振器長が延びる。入力パルス光の繰返し周波数が変わらないため、ＯＰＯ全体のトータルの分散値が正常分散である場合、ＯＰＯの共振器長が延びると、ＯＰＯを一周した後に次の入力パルス光と重なる波長がパラメトリックゲインスペクトル帯域中で長波長側となる。その結果、発振波長が長波長側となる。また第１の実施形態で示したように、光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばすと、８００ｎｍ帯では正常分散の値が小さくなり、パラメトリックゲインスペクトルは長波長側へシフトする。
【００８８】
これらを鑑み、本実施形態においては、単一モードファイバ３０１としてＯＰＯ全体の分散値が正常分散になるようなファイバを用いる。これにより、光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばした際に得られるパラメトリックゲインスペクトルのピークと、ＯＰＯで共振される波長とがともに長波長側となるため、高い効率で波長変換がなされる。ここで単一モードファイバ３０１は、光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばした際に得られるパラメトリックゲインスペクトルのピークと、ＯＰＯで共振される波長とが一致する光ファイバであることが望ましい。または、正常分散と異常分散を有する光ファイバを組み合わせてＯＰＯ全体の分散値を制御しても良く、この場合には分散カーブをより好ましいカーブに近付けることが可能となる。
【００８９】
本実施形態においてＯＰＯは、単一モードファイバ３０１の分散を補償する分散補償器２０５を含む。分散補償器２０５を用いてＯＰＯ全体の分散値を制御することによって短い共振器構成となり高周波数にも対応可能となる。ここで分散補償器２０５は、プリズムを用いたもの、グレーティングを用いたもの、あるいは空間位相変調器を用いたもの等、任意の構成で良い。
【００９０】
また、ＯＰＯは光ディレイライン２０４を含む。光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばした際に得られるパラメトリックゲインスペクトルのピークと、ＯＰＯで共振される波長とが完全に一致しない場合には、光パラメトリックゲインファイバ１０４に加える張力と同期して光ディレイライン２０４を調整することによって、ＯＰＯで共振される波長をパラメトリックゲインスペクトルのピークと一致させる。
【００９１】
上述のように、本実施形態に係る光源装置３００はＯＰＯの全体の分散値が正常分散になるように構成されているため、光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力をかけて引き延ばすことによって変化するパラメトリックゲインスペクトルのピーク波長と、共振される波長とが一致する。これにより、より高い効率でパラメトリックゲインによって生成されるパルスへのエネルギーの変換がなされる。
【００９２】
（第４の実施形態）
図６は、本実施形態に係る光源装置４００の構成図である。光源装置４００は、光源装置１００の構成に加えて、ＷＤＭカプラ２０１、出力カプラ２０２、光ディレイライン２０４および分散補償器２０５を備える。シードレーザ１０１と光増幅器１０２の構成は第１の実施形態と同様である。入力光１０３は、ＷＤＭカプラ２０１に導入され、光パラメトリックゲインファイバ１０４へ伝搬する。ＷＤＭカプラ２０１は、光取出し部である出力カプラ２０２で取出されなかった光を、波長変換を行う光導波路としての光パラメトリックゲインファイバ１０４へ再び導波させる光結合器として用いられる。
【００９３】
本実施形態においても、第１の実施形態で用いた光パラメトリックゲインファイバ１０４が用いられ、同様に光パラメトリックゲインファイバ１０４の片端は固定ステージ１０５に取り付けられており、他端は可動ステージ１０６に取り付けられている。可動ステージ１０６を動かすことによって、光パラメトリックゲインファイバ１０４の伸縮を行う。光パラメトリックゲインファイバ１０４の両端が可動ステージに取り付けられていても良いし、固定ステージ１０５と可動ステージ１０６の順序が逆でも良い。また、光パラメトリックゲインファイバ１０４はピエゾデバイスに巻き付けられて伸縮が可能な構成でも良い。
【００９４】
入力光１０３が光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合されると、光パラメトリックゲインファイバ１０４は光パラメトリック効果によって入力光１０３とは異なる波長成分の光を生成する。そして、分岐比１：１の出力カプラ２０２によって、生成した光の一部が出力光１０７として取出される。生成された光のうち取出されなかった光は、単一モードファイバ４０１を伝搬して、ＷＤＭカプラ２０１へ結合される。ＷＤＭカプラ２０１は８００ｎｍと１０５０ｎｍの波長を持つ光を合波するように構成される。したがって、ＷＤＭカプラ２０１においては、１０５０ｎｍの波長を有する入力光１０３と、光パラメトリックゲインファイバ１０４の光パラメトリック効果によって生成された８００ｎｍ帯の波長を有する光とが合波される。その結果、８００ｎｍ帯の光が共振されて出力カプラ２０２から出力される。
【００９５】
第３の実施形態とは異なり、本実施形態では単一モードファイバ４０１としてＯＰＯ全体の分散値が異常分散になるようなファイバを用いる。これにより、ＯＰＯの共振器長が延びた場合、発振波長が短波長側となるようにする。
【００９６】
以上で示したように、本実施形態に係る光源装置４００はＯＰＯの全体の分散値が異常分散になるように構成されているため、熱や振動などによってＯＰＯの共振器長が短くなった際に、光パラメトリックゲインファイバ１０４を引き延ばすことで、発振波長を安定化させることができる。
【００９７】
（第５の実施形態）
図７は、本実施形態に係る光源装置５００の構成図である。第１の実施形態とは異なり、シードレーザとして波長可変レーザ５０１が用いられる。本実施形態において波長可変レーザ５０１によって生成されるパルスは、中心波長１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍの範囲で波長可変であり、繰返し周波数２０ＭＨｚであり、光増幅器１０２に結合される。光増幅器１０２を伝搬して増幅された光は入力光５０２となり、パルス時間幅１ｐｓ、繰返し周波数２０ＭＨｚ、平均パワー１Ｗの特性を有する。そして、入力光５０２は光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合される。
【００９８】
図８（ａ）は各入力光波長について光パラメトリックゲインファイバに張力を加えていない状態のパラメトリックゲインスペクトルの変化を示す図であり、図８（ｂ）は各入力光波長について光パラメトリックゲインファイバに張力を加えて５％引き延ばした状態のパラメトリックゲインスペクトルの変化を示す図である。図８（ａ）、８（ｂ）の横軸は波長を示し、縦軸はゲイン強度を示す。図８（ａ）、８（ｂ）には、それぞれ１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍの範囲で入力光の波長を変化させた場合のスペクトルが示されている。
【００９９】
パラメトリックゲインスペクトルの中心波長は、図８（ａ）では７１４．８ｎｍ〜８１７．３ｎｍであり、図８（ｂ）では７２９．４ｎｍ〜８２６．９ｎｍとなる。すなわち、光パラメトリックゲインファイバに張力を加えない状態と加える状態とを切り替えることによって、パラメトリックゲインスペクトルの中心波長の範囲を変化させることができる。したがって、１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍの入力光の波長の変化に応じて張力を加えて光パラメトリックゲインファイバを引き延ばすことによって、パラメトリックゲインスペクトル帯域のピーク波長を７１４．８ｎｍ〜８２６．９ｎｍに拡大することができる。
【０１００】
以上で示したように、本実施形態に係る光源装置５００は入力光源として波長可変レーザを備えるのに加えて、光パラメトリックゲインファイバを伸縮可能に構成しているため、波長可変な入力光と、入力光の波長に応じて光パラメトリックゲインを得る光導波路にかける張力を変えることで、出力光の波長可変帯域を拡張することできる。
【０１０１】
（第６の実施形態）
図９は、本実施形態に係る光源装置６００の構成図である。光源装置６００は、光源装置１００の構成に加えて、ＷＤＭカプラ２０１、出力カプラ２０２、光ディレイライン２０４および分散補償器２０５を備える。第１の実施形態とは異なり、シードレーザとしては波長可変レーザ５０１が用いられる。本実施形態において波長可変レーザ５０１によって生成されるパルスは、中心波長１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍの範囲で波長可変であり、繰返し周波数２０ＭＨｚであり、光増幅器１０２に結合される。光増幅器１０２を伝搬して増幅された光は入力光５０２となり、パルス時間幅１ｐｓ、繰返し周波数２０ＭＨｚ、平均パワー１Ｗの特性を有する。そして、入力光５０２は光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合される。
【０１０２】
本実施形態においても、第１の実施形態で用いた光パラメトリックゲインファイバ１０４が用いられ、同様に光パラメトリックゲインファイバ１０４の片端は固定ステージ１０５に取り付けられており、他端は可動ステージ１０６に取り付けられている。可動ステージ１０６を動かすことによって、光パラメトリックゲインファイバ１０４の伸縮を行う。光パラメトリックゲインファイバ１０４の両端が可動ステージに取り付けられていても良いし、固定ステージ１０５と可動ステージ１０６の順序が逆でも良い。また、光パラメトリックゲインファイバ１０４はピエゾデバイスに巻き付けられて伸縮が可能な構成でも良い。
【０１０３】
入力光５０２が光パラメトリックゲインファイバ１０４に結合されると、光パラメトリックゲインファイバ１０４は光パラメトリック効果によって入力光５０２とは異なる波長成分の光を生成する。そして、分岐比１：１の出力カプラ２０２によって、生成した光の一部が出力光１０７として取出される。生成された光のうち取出されなかった光は、単一モードファイバ６０１を伝搬して、ＷＤＭカプラ２０１へ結合される。ＷＤＭカプラ２０１は８００ｎｍと１０５０ｎｍの波長を持つ光を合波するように構成される。したがって、ＷＤＭカプラ２０１においては、１０５０ｎｍの波長を有する入力光５０２と、光パラメトリックゲインファイバ１０４の光パラメトリック効果によって生成された８００ｎｍ帯の波長を有する光とが合波される。その結果、８００ｎｍ帯の光が共振されて出力カプラ２０２から出力される。
【０１０４】
ＯＰＯ全体の構成は、第２の実施形態、第３の実施形態、および第４の実施形態のいずれかに従う。本実施形態によれば、１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍの入力光の波長の変化に応じて張力を加えて光パラメトリックゲインファイバを引き延ばすことによって、パラメトリックゲインスペクトル帯域を第５の実施形態と同様に７１４．８ｎｍ〜８２６．９ｎｍに拡大することができる。
【０１０５】
以上のように、本実施形態に係る光源装置６００は入力光源として波長可変レーザを備えるのに加えて、光パラメトリックゲインファイバを伸縮可能に構成しているため、波長可変な入力光と、入力光の波長に応じて光パラメトリックゲインを得る光導波路にかける張力を変えることで、出力光の波長可変帯域を拡張することできる。さらに、ＯＰＯを設けているため、より高効率な入力光から出力光へのエネルギー変換が可能となる。
【０１０６】
（第７の実施形態）
図１０は、本実施形態に係る光源装置７００の構成図である。光源装置７００の構成は第１の実施形態とほぼ同様である。第１の実施形態と異なる点として、光源装置７００は、カプラ７０１と、パワーメータ７０２とをさらに備える。
【０１０７】
第１の実施形態において、入力パルス光の強度が揺らいだ場合、光パラメトリックゲインスペクトルが変化する。具体的には強度が減衰すると入力光波長に近い方へピーク波長がシフトする。本実施形態では、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。光源装置７００を用いて出力光を発生させる際には、カプラ７０１を用いて入力光１０３の一部を取出し、パワーメータ７０２を用いて入力光１０３の強度をモニタし、入力光１０３の強度が減衰した場合に張力を緩和する。これにより、光パラメトリックゲインスペクトルを入力光波長から遠い方へシフトさせることができるため、入力光１０３の強度の揺らぎによるゲイン変化を補償することができる。
【０１０８】
上述のように、本実施形態に係る光源装置７００は入力パルス光の強度揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。このことにより、入力パルス光の強度揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償できる。
【０１０９】
（第８の実施形態）
本実施形態に係る光源装置は、第２の実施形態、第３の実施形態、または第４の実施形態の構成（すなわち、ＯＰＯを備える構成）において、さらに第７の実施形態のように入力光１０３の一部をカプラ７０１を用いて取出し、パワーメータ７０２を用いて入力光１０３の強度をモニタする構成を備える。
【０１１０】
第７の実施形態と同様に、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。本実施形態に係る光源装置を用いて出力光を得る際には、カプラ７０１を用いて入力光１０３の一部を取出し、パワーメータ７０２を用いて入力光１０３の強度をモニタし、入力光１０３の強度が減衰した場合に張力を緩和する。これにより、光パラメトリックゲインスペクトルを入力光波長から遠い方へシフトさせることができるため、入力光１０３の強度の揺らぎによるゲイン変化を補償することができる。
【０１１１】
以上のように、本実施形態に係る光源装置は入力パルス光の強度揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。これにより、入力パルス光の強度揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償でき、さらにＯＰＯが設けられるためより高効率に入力光から出力光へのエネルギー変換が実現される。
【０１１２】
（第９の実施形態）
図１１は、本実施形態に係る光源装置８００の構成図である。光源装置８００の構成は第１の実施形態とほぼ同様である。第１の実施形態と異なる点として、光源装置８００は、カプラ８０１と、光スペクトラルアナライザ８０２とをさらに備える。
【０１１３】
第１の実施形態において、入力パルス光の波長が揺らいだ場合、入力パルス光の波長が光パラメトリックゲインファイバの０分散波長から遠ざかったり近づいたりすることとなる。つまり、β２の値が変動し、光パラメトリックゲインスペクトルが変化する。本実施形態では、入力パルス光の波長をモニタしておき、入力パルス光の波長と光パラメトリックゲインファイバの０分散波長との関係を補償するように、光パラメトリックゲインファイバを伸張させる。
【０１１４】
具体的には、表１を参照すると、光パラメトリックゲインファイバを引き延ばす（すなわち伸長率を増加させる）と、０分散波長が短波長側にシフトすることが分かる。入力パルス光の波長が異常分散の場合、入力パルス光の波長が短波長にシフトすると、０分散波長に近づくこととなる。そこで、入力パルス光の波長が短波長にシフトした場合、光パラメトリックゲインファイバを引き延ばすことによって、入力パルス光の波長と０分散波長との関係が保たれ、光パラメトリックゲインスペクトルの変化を抑えることができる。
【０１１５】
一方、入力パルス光の波長が正常分散の場合、入力パルス光の波長が短波長にシフトすると、０分散波長から遠ざかることとなる。そこで、入力パルス光の波長が短波長にシフトした場合、光パラメトリックゲインファイバを引き延ばすことによって、入力パルス光の波長と０分散波長との関係が保たれ、光パラメトリックゲインスペクトルの変化を抑えることができる。
【０１１６】
本実施形態では、波長１０５０ｎｍの入力パルス光波長であるため、異常分散領域である。あらかじめ光パラメトリックゲインファイバに所定の張力をかけて引き延ばしておく。光源装置８００を用いて出力光を発生させる際には、入力光１０３の一部をカプラ８０１を用いて取出し、光スペクトラルアナライザ８０２を用いて入力光１０３の波長をモニタする。ここで入力光１０３の波長をモニタする方法として、光スペクトラルアナライザ８０２のほかに、分光器や光バンドパスフィルタとパワーメータで構成される装置を用いても良く、その場合には安価に構成することが可能となる。入力光１０３の波長が短波長にシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばし、入力光１０３の波長が長波長へシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４への張力を緩和する。これによって、光パラメトリックゲインスペクトルを一定に保つことができる。
【０１１７】
以上のように、本実施形態に係る光源装置８００は入力パルス光の波長揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御することで、入力パルス光の波長揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償できる。
【０１１８】
（第１０の実施形態）
本実施形態に係る光源装置は、第２の実施形態、第３の実施形態、または第４の実施形態の構成（すなわち、ＯＰＯを備える構成）において、さらに第９の実施形態のように、入力光１０３の一部をカプラ８０１を用いて取出し、光スペクトラルアナライザ８０２を用いて入力光１０３の波長をモニタする構成を備える。
【０１１９】
第９の実施形態と同様に、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。本実施形態に係る光源装置を用いて出力光を得る際には、カプラ８０１を用いて入力光１０３の一部を取出し、光スペクトラルアナライザ８０２を用いて入力光１０３の波長をモニタする。入力光１０３の波長が短波長にシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばし、入力光１０３の波長が長波長へシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４の張力を緩和する。これにより、光パラメトリックゲインスペクトルを一定に保つことができる。
【０１２０】
ＯＰＯの共振器長が変化するために共振する波長が変化する場合には、光パラメトリックゲインファイバ１０４の長さを調節する可動ステージ１０６と同期して、光ディレイライン２０４を用いて共振器の光路長を制御する。
【０１２１】
以上に述べたように、本実施形態に係る光源装置は入力パルス光の波長揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。これにより、入力パルス光の波長揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償でき、さらにＯＰＯが設けられるためより高効率に入力光から出力光へのエネルギー変換が実現される。
【０１２２】
（第１１の実施形態）
図１２は、本実施形態に係る光源装置９００の構成図である。光源装置９００の構成は第２の実施形態、第３の実施形態、または第４の実施形態とほぼ同様である。第２の実施形態、第３の実施形態、および第４の実施形態と異なる点として、光源装置９００は、カプラ９０１と、ＲＦスペクトラルアナライザ９０２とをさらに備える。
【０１２３】
入力パルス光の繰返し周波数が揺らいだ場合、ＯＰＯで共振される波長が変動する。本実施形態では、入力光１０３の一部をカプラ９０１を用いて取出し、ＲＦスペクトラルアナライザ９０２を用いて入力光１０３の繰返し周波数をモニタする。また、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。
【０１２４】
ＯＰＯ全体のトータルの波長分散が正常分散の場合において、入力パルス光の繰返し周波数が低くなると、発振波長が短波長化する。そこで、より長波長で発振するようにＯＰＯを調整することによって、パラメトリックゲインスペクトルの中心波長を保つことができる。これは、ＯＰＯの共振器の光路長を長くすることによって実現できる。具体的には、光パラメトリックゲインファイバ１０４を引き延ばす、あるいは光ディレイライン２０４を調整する。
【０１２５】
また、光パラメトリックゲインスペクトルを長波長化することによっても、パラメトリックゲインスペクトルの中心波長を保つことができる。入力光波長が光パラメトリックゲインファイバ１０４に対して正常分散の場合、張力を加えて引き延ばすことで光パラメトリックゲインスペクトルを長波長にシフトさせる。入力光波長が光パラメトリックゲインファイバ１０４に対して異常分散の場合、張力を緩和することで光パラメトリックゲインスペクトルを長波長にシフトさせる。さらに光パラメトリックゲインファイバ１０４に加える張力に同期して光ディレイライン２０４を調整することによって、波長を調整する。
【０１２６】
一方、ＯＰＯ全体のトータルの波長分散が異常分散の場合において、入力パルス光の繰返し周波数が低くなると、発振波長が長波長化する。そこで、より短波長で発振するようにＯＰＯを調整することによって、パラメトリックゲインスペクトルの中心波長を保つことができる。これは、ＯＰＯの共振器の光路長を長くすることによって実現できる。具体的には、光パラメトリックゲインファイバ１０４を引き延ばす、あるいは光ディレイライン２０４を調整する。
【０１２７】
また、光パラメトリックゲインスペクトルを短波長化することによっても、パラメトリックゲインスペクトルの中心波長を保つことができる。入力光波長が光パラメトリックゲインファイバ１０４に対して正常分散の場合、あらかじめ加えていた張力を緩和することで光パラメトリックゲインスペクトルを短波長にシフトさせる。入力光波長が光パラメトリックゲインファイバ１０４に対して異常分散の場合においても、あらかじめ加えていた張力を緩和することで光パラメトリックゲインスペクトルを短波長にシフトさせる。さらに光パラメトリックゲインファイバ１０４に加える張力に同期して光ディレイライン２０４を調整することによって、波長を調整する。
【０１２８】
以上のように、本実施形態に係る光源装置９００は、入力パルス光の繰返し周波数の揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御することで、入力パルス光の繰返し周波数の揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償できる。
【０１２９】
（第１２の実施形態）
図１３は、本実施形態に係る光源装置１０００の構成図である。光源装置１０００の構成は第１の実施形態とほぼ同様である。第１の実施形態と異なる点として、また、第７の実施の形態と同様に、カプラ７０１と、パワーメータ７０２とをさらに備える。本実施形態に係る光源装置は第７の実施形態と異なる点として、入力パルス光の測定ではなく、光源装置からの出力パルス光を測定するために、光パラメトリックゲインファイバ１０４の出力端側にカプラ７０１と、パワーメータ７０２とを備える。
【０１３０】
第１の実施形態において、入力パルス光の強度、スペクトル、繰返し周波数の少なくともいずれか一つが変化した場合、光源装置の出力パルス光の強度、スペクトル、繰返し周波数の少なくともいずれか一つが変化する。具体的には、入力パルス光の強度が減衰すると光パラメトリックゲインスペクトルは入力光波長に近い方へピーク波長がシフトする。入力パルスのスペクトルの中心波長が光パラメトリックゲインファイバの異常分散領域にあって、０分散波長から遠ざかると入力パルス光の中心波長に近い方へピーク波長がシフトする。共振する光に対して共振器全体の分散値が正常分散の場合、入力パルス光の繰返し周波数が低下すると出力パルス光の繰返し周波数も低下し、出力波長は長波長へシフトする。これらのスペクトル変化によって、ゲインの大きさも変化するため、出力強度も変化する。本実施形態では、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。光源装置１０００を用いて出力光を発生させる際には、カプラ７０１を用いて出力光１０７の一部を取出し、パワーメータ７０２を用いて出力光１０７の強度をモニタし、出力光１０７の強度が減衰した場合に、強度が大きくなるように張力を調整する。このことにより、強度変化の小さい出力光を得ることができる。
【０１３１】
上述のように、本実施形態に係る光源装置１０００は出力パルス光（すなわち、波長変換された光）の強度揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。このことにより、出力パルス光の強度揺らぎを小さくすることができる。
【０１３２】
（第１３の実施形態）
本実施形態に係る光源装置は、第２の実施形態、第３の実施形態、または第４の実施形態の構成（すなわち、ＯＰＯを備える構成）において、さらに第１２の実施形態のように出力光１０７の一部をカプラ７０１を用いて取出し、パワーメータ７０２を用いて出力光１０７の強度をモニタする構成を備える。
【０１３３】
第１２の実施形態と同様に、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。本実施形態に係る光源装置を用いて出力光を得る際には、カプラ７０１を用いて出力光１０７の一部を取出し、パワーメータ７０２を用いて出力光１０７の強度をモニタし、出力光１０７の強度が減衰した場合に出力大きくなるように張力を調整する。これにより、出力光１０７の強度の揺らぎを小さくすることができる。
【０１３４】
以上のように、本実施形態に係る光源装置は出力光の強度揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。これにより、出力光の強度揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償でき、さらにＯＰＯが設けられるためより高出力かつ強度変化の小さい出力を得ることが可能となる。
【０１３５】
（第１４の実施形態）
本実施形態に係る光源装置は、第１２の実施形態とほぼ同様である。第１２の実施形態と異なる点として、本実施形態に係る光源装置は、パワーメータ７０２の代わりに、第９の実施形態のように光スペクトラルアナライザ８０２を備える。
【０１３６】
本実施形態では、出力パルス光の波長をモニタしておき、第９の実施形態と同様に、入力パルス光の波長と光パラメトリックゲインファイバの０分散波長との関係を補償するように、光パラメトリックゲインファイバを伸張させる。
【０１３７】
以上のように、本実施形態に係る光源装置は出力パルス光の波長揺らぎをモニタして、それによって光ファイバにかける張力を制御することで、出力パルス光の波長揺らぎの少ない光源装置を提供できる。
【０１３８】
（第１５の実施形態）
本実施形態に係る光源装置は、第２の実施形態、第３の実施形態、または第４の実施形態の構成（すなわち、ＯＰＯを備える構成）において、さらに第１４の実施形態のように、出力光１０７の一部をカプラ７０１を用いて取出し、光スペクトラルアナライザ８０２を用いて出力光１０７の波長をモニタする構成を備える。
【０１３９】
第１４の実施形態と同様に、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。本実施形態に係る光源装置を用いて出力光を得る際には、カプラ７０１を用いて出力光１０７の一部を取出し、光スペクトラルアナライザ８０２を用いて出力光１０７の波長をモニタする。出力光１０７の波長が短波長にシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４に張力を加えて引き延ばし、出力光１０７の波長が長波長へシフトした場合には光パラメトリックゲインファイバ１０４の張力を緩和する。これにより、出力光のスペクトル変化を小さくすることができる。
【０１４０】
ＯＰＯの共振器長が変化するために共振する波長が変化する場合には、光パラメトリックゲインファイバ１０４の長さを調節する可動ステージ１０６と同期して、光ディレイライン２０４を用いて共振器の光路長を制御する。
【０１４１】
以上に述べたように、本実施形態に係る光源装置は出力パルス光の波長揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御する。これにより、出力光のスペクトル変化を小さくした光源を実現できる。
【０１４２】
（第１６の実施形態）
本実施形態に係る光源装置の構成は第１３の実施形態、または第１５の実施形態とほぼ同様である。第１３の実施形態および第１５の実施形態と異なる点として、本実施形態に係る光源装置は、パワーメータ７０２および光スペクトラルアナライザ８０２の代わりに、第１１の実施形態のようにＲＦスペクトラルアナライザ９０２を備える。
【０１４３】
入力パルス光の繰返し周波数が揺らいだ場合、ＯＰＯで共振される波長が変動する。また、入力パルス光と出力パルス光の繰返し周波数は対応している。本実施形態では、出力光１０７の一部をカプラ７０１を用いて取出し、ＲＦスペクトラルアナライザ９０２を用いて出力光１０７の繰返し周波数をモニタする。また、あらかじめ光パラメトリックゲインファイバ１０４に所定の張力をかけて引き延ばしておく。
【０１４４】
第１１の実施形態と同様に、本実施形態に係る光源装置は、出力パルス光の繰返し周波数の揺らぎをモニタして、それによって変化するパラメトリックゲインスペクトルを補償するように光ファイバにかける張力を制御することで、入力パルス光の繰返し周波数の揺らぎによるパラメトリックゲインスペクトルの中心波長の変化を補償できる。そして、出力光のスペクトル変化の小さい光源装置を実現できる。
【０１４５】
（第１７の実施形態）
図１４は本実施形態に係る情報取得装置を示す模式図である。本実施形態では、第１の実施形態で説明した光源装置を用いてＳＲＳイメージングを行う顕微鏡（ＳＲＳ顕微鏡）を装置例に挙げて説明する。
【０１４６】
ＳＲＳイメージングとは、互いに波長が異なるポンプ光とストークス光を物質に入射させ、これら２つの光の干渉によって生じる誘導ラマン散乱という現象を利用し、分子振動イメージングを取得する手法である。具体的には、ストークス光を強度変調した状態で、ポンプ光とストークス光を同期させて被検体に照射する。ポンプ光とストークス光との差周波が被検体を構成する分子の分子振動数と一致した時に誘導ラマン散乱が生じ、強度変調されているストークス光が増幅されるが、ストークス光の強度変調に応じて、強度変調されていないポンプ光の強度も変調される。従って、被検体を経由したポンプ光の誘導ラマン散乱による強度変調分を検出することにより、被検体の分子振動イメージングが可能となる。また、パルス光の中心波長を変化させ、２つのパルス光の間の差周波を変化させることで、様々な分子の分子振動数に一致させることができ、被検体を構成する分子群に特有の信号を得ることができる。
【０１４７】
励起光源１１０１で発せられる励起パルス光（第１のパルス光）λｃは分岐器１１０５で２つに分岐され、うち一方の光は光変調器１１０７にて変調されてＳＲＳ顕微鏡用のストークス光として用いられる。そして、他方の光は光源装置１１０２へ入射される。なお、励起光源１１０１は、第１の実施形態で説明した光源装置のシードレーザに対応する。光源装置１１０２は、第１の実施形態で説明した光源装置の光増幅器と光パラメトリックゲインファイバと固定ステージと可動ステージに対応する。
【０１４８】
光源装置１１０２内では、励起パルス光よりも短波長側の第１の波長帯域において生成される第１のパラメトリック光と、励起パルス光よりも長波長側である第２の波長帯域において生成される第２のパラメトリック光とが生成される。第１と第２の生成光のいずれか一方の光（本実施形態では第１のパラメトリック光）は、生成光（第２のパルス光）λｓとしてバンドパスフィルタ１１０８を介して射出される。
【０１４９】
バンドパスフィルタ１１０８から取り出された生成光は、ＳＲＳ顕微鏡用のポンプ光として用いられる。
【０１５０】
ストークス光とポンプ光は合波器１１０９にて合波され、被検体に照射される。互いに異なる中心波長を有する複数のパルス光を合波する合波器１１０９としては、光カップラ、回折格子、プリズムなどを用いることができる。
【０１５１】
合波されたストークス光とポンプ光は、ビームエキスパンダ１１１０、Ｘスキャンミラー１１１１、Ｙスキャンミラー１１１２、対物レンズ１１１３を経由して、ステージ１１１５の上に設置した被検体１１１４に集光される。
【０１５２】
被検体１１１４において、対物レンズ１１１３の集光点中央の微小領域では、分子の分子振動に基づく誘導ラマン散乱が生じ、それによりポンプ光、ストークス光の強度変化が生じる。集光点中央の微小領域から外れると誘導ラマン散乱が生じないので、ポンプ光、ストークス光の強度変化は生じない。なお、被検体１１１４に照射される光のスポットのサイズは、対物レンズ１１１３のＮＡが大きいほど小さくなり、それに伴い、誘導ラマン散乱が生じる微小領域のサイズも小さくなる。
【０１５３】
集光点中央の微小領域で発生した誘導ラマン散乱により強度変調されたポンプ光は、集光レンズ１１１６、バンドパスフィルタ１１１７を通過後、受光素子１１１８へ入射してＳＲＳ信号として検出され、情報取得部１１１９により画像信号として取得される。
【０１５４】
一般的に分子のラマン散乱断面積σは小さいため、誘導ラマン散乱によるポンプ光の強度変化も微弱になる。このため、ポンプ光の強度変化からＳＲＳ信号を検出する際、ＳＲＳ信号がノイズ成分などに埋もれる場合がある。本実施形態に係る情報取得部１１１９は、同期検出器１１２０と制御部１１２１とを備え、受光素子１１１８にて受光され電気信号に変換されたポンプ光の強度変調を光変調器の変調周波数に同期させて検出し、被検体１１１４の分子振動イメージングを得る。同期検出した信号を増幅すれば、ＳＲＳ信号を高感度に検出することが可能となる。
【０１５５】
同期検出器１１２０としては、ロックインアンプやＦＦＴアナライザなどを用いることができるが、ＦＦＴアナライザはロックインアンプに比べ高速にＳＲＳ信号を検出することが可能である。図１４では、同期検出器１１２０と制御部１１２１を別体で構成を示しているが、これらが一体となった情報取得部１１１９を用いても良い。同期検出器１１２０と制御部１１２１とが一体となった例としては、制御部１１２１として用いられるＣＰＵを備えるコンピュータが、同期検出機能を有するアプリケーションを内蔵する例が挙げられる。
【０１５６】
Ｘスキャンミラー１１１１を駆動すると、集光点が被検体１１１４内部をＸ方向へスキャンし、Ｙスキャンミラー１１１２を駆動すると、集光点が被検体１１１４内部をＸ方向と垂直なＹ方向へスキャンすることができる。従って、Ｘスキャンミラー１１１１、Ｙスキャンミラー１１１２によって集光点を被検体１１１４上で走査すれば、二次元画像を取得することができる。
【０１５７】
さらに、一回の二次元スキャン終了後、ステージ１１１５を動かして集光点を光軸方向に所定距離だけ移動させ、同様の２次元スキャンを繰り返すことで、被検体１１１４の三次元画像を得ることが可能となる。
【０１５８】
また、一回の二次元スキャンまたは三次元スキャン終了後、光源装置１１０２によって中心波長を変化させることで、ポンプ光とストークス光の２波長間の差周波を変化させ、被検体１１１４中に含まれる様々な分子の分子振動数に一致させることができる。これにより、二次元または三次元の分子振動画像を得ることが可能となる。
【０１５９】
本実施形態にかかるＳＲＳ顕微鏡に用いる光源装置１１０２から射出されるパルス光のパルス幅は１ｎｓ以下であることが好ましく、１００ｐｓ以下であることがさらに好ましい。これは、パルス光のパルス幅が狭いほどパルス光のピーク強度が大きく、被検体１１１４で生じる非線形効果の有無を精度よく検出することができるからである。また、励起光源１１０１から射出されるパルス光のパルスレートは１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下が好ましい。これは、ＳＲＳ顕微鏡として現実的に求められる測定速度の制約から１ＭＨｚ以上が好ましく、被検体１１１４に生じる熱的破壊の制約から１ＧＨｚ以下が好ましい。
【０１６０】
また、ＳＲＳ顕微鏡は、生体組織の観察に好適に用いられることから、光源装置１１０２から出射される各パルス光は、生体による反射や吸収、散乱が小さく、透過し易い波長が好ましい。従って、光源装置から出射される各パルス光の中心波長は、３００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることが好ましく、７００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であることが特に好ましい。例えば、励起光源１１０１にはモード同期Ｙｂ（イッテルビウム）ドープファイバレーザが好適である。
【０１６１】
本実施形態では、２つのパルス光を被検体に照射し、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、および前記被検体において発せられる光のうち少なくとも１つを検出し、前記被検体の情報を取得する情報取得装置として、ＳＲＳ顕微鏡を例にとって説明した。しかし、これに限定されるものではなく、ＣＡＲＳ顕微鏡、蛍光顕微鏡、内視鏡などの各種分光情報を得る情報取得装置にも、本実施形態と同様に第１乃至第１６の実施形態のいずれかの光源装置を用いることができる。
【０１６２】
本実施形態では、光源装置１１０２として第１の実施形態による光源装置を例として用いたが、第２、３、５、６の実施形態で述べた光源装置を用いても良い。また、光源装置１１０２が第１２あるいは第１３の実施形態で説明したような強度を一定に保つ光源装置であってもよく、この場合には、一回の二次元スキャン中で強度変化の少ない画像を得ることが可能となる。また、光源装置１１０２が第４あるいは第７〜１１、１４〜１６の実施形態で説明したような波長を一定に保つ光源装置であってもよく、この場合には、特定の分子種を高精度で検出可能な信号取得装置を実現可能となる。
【０１６３】
本発明に係る光源装置は、これまでよりも容易にパラメトリックゲインで得られる波長を制御できるため、低コストな波長可変光源として利用できる。また、これまで入力光と光ファイバに依存して制限されていた波長帯域を拡張できる。さらに、入力光やＯＰＯの変動を抑制した出力光をイメージングや計測、加工技術へ好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１６４】
１０１  シードレーザ
１０４  光パラメトリックゲインファイバ
１０５  固定ステージ
１０６  可動ステージ
５０１  波長可変レーザ
【図１】
2017021063.tif 000024
【図２】
2017021063.tif 000025
【図３】
2017021063.tif 000026
【図４】
2017021063.tif 000027
【図５】
2017021063.tif 000028
【図６】
2017021063.tif 000029
【図７】
2017021063.tif 000030
【図８】
2017021063.tif 000031
【図９】
2017021063.tif 000032
【図１０】
2017021063.tif 000033
【図１１】
2017021063.tif 000034
【図１２】
2017021063.tif 000035
【図１３】
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【図１４】
2017021063.tif 000037