"対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果を発生させる非線形光学装置であって、短光パルスを発生する短光パルス源と、該短光パルス源から発生した短光パルスを前記対象物に伝送するための短光パルス伝送系とを備え、該非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、該非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅λFWHMが、λ1<λFWHM<λ21を満たし、ただし、a,k:パルス波形に依存して決定されるパラメータλc:パルスの中心波長c:光速D3d:総群速度分散スロープ量α=0.5であることを特徴とする非線形光学装置。前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の非線形係数をγ、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質により伝送される前後の前記短光パルスのピークパワーのうちいずれか高い値をPpeak、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の物理長をL、総群速度分散量をD2d、総群速度分散スロープ量をD3d、前記短光パルスのスペクトル幅から算出されるフーリエ変換限界の時間幅において、前記短光パルスの出力強度が前記ピークパワーの1/eになるときの時間幅をT0とするとき、を満たすことを特徴とする請求項1に記載の非線形光学装置。前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、ほぼチャープしていない短光パルスを発生する短光パルス発生装置と、該短光パルス発生装置から発生した短光パルスにチャープを加えるチャープ付加装置とを備えることを特徴とする請求項1-3のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、スペクトル幅調整機構を備えていることを特徴とする請求項1-4のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、0.5nm以上のスペクトル幅の短光パルスを発生することを特徴とする請求項1-5のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス伝送系は、分散発生装置を備えることを特徴とする請求項1-6のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とする請求項1-7のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、中空コアフォトニック結晶ファイバの群速度分散がゼロである波長の短光パルスを出射することを特徴とする請求項8に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、非線形光学装置内の総群速度分散がゼロになる波長の短光パルスを出射することを特徴とする請求項8に記載の非線形光学装置。請求項1-10のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする多光子顕微鏡。請求項1-10のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする内視鏡。対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果を発生させる非線形光学装置であって、短光パルスを発生する短光パルス源と、該短光パルス源から発生した短光パルスを前記対象物に伝送するための短光パルス伝送系とを備え、該非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、該非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのパルス時間幅半値全幅TFWHMが、T1<TFWHM<T213を満たし、ただし、k:パルス波形に依存して決定されるパラメータD3d:総群速度分散スロープ量α=0.5であることを特徴とする非線形光学装置。前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の非線形係数をγ、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質により伝送される前後の前記短光パルスのピークパワーのうちいずれか高い値をPpeak、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の物理長をL、総群速度分散量をD2d、総群速度分散スロープ量をD3d、前記短光パルスの出力強度が前記ピークパワーの1/eになるときの時間幅をT0とするとき、を満たすことを特徴とする請求項13に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、該短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル半値幅半値全幅をfFWHMとするとき、を満たす短光パルスを発生することを特徴とする請求項13または14に記載の非線形光学装置。前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とする請求項13-15のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、チャープした短光パルスを発生するチャープ光発生装置と、該チャープ光発生装置から発生した短光パルスのチャープを補償するチャープ補償装置とを備えることを特徴とする請求項13-16のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記チャープ補償装置は、回折格子を備えることを特徴とする請求項17に記載の非線形光学装置。前記チャープ補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする請求項17に記載の非線形光学装置。前記短光パルス伝送系は、群速度分散補償装置を備えることを特徴とする請求項13-19のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記群速度分散補償装置は、回折格子を備えることを特徴とする請求項20に記載の非線形光学装置。前記群速度分散補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする請求項20に記載の非線形光学装置。前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とする請求項13-22のいずれか一項に記載の非線形光学装置。前記短光パルス源は、1ピコ秒以下の時間幅の短光パルスを発生することを特徴とする請求項13-23に記載の非線形光学装置。請求項13-24のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする多光子顕微鏡。請求項13-24のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とする内視鏡。しかしながら、群速度分散スロープなどの高次分散を完全に補償する、もしくは無視できる程度に十分低減することは、現状では技術的に非常に難易度が高い。また、非特許文献1に記載のように、高次分散補償機構を設けると、短光パルス伝送系の複雑化及び高コスト化を招いてしまう。したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、複雑な補償機構を設けることなく、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや、波形崩れの影響を低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射できる、非線形光学装置およびこれを用いた多光子顕微鏡および内視鏡を提供することにある。上記目的を達成する請求項1に係る非線形光学装置の発明は、対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果を発生させる非線形光学装置であって、短光パルスを発生する短光パルス源と、該短光パルス源から発生した短光パルスを前記対象物に伝送するための短光パルス伝送系とを備え、該非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、該非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅λFWHMが、λ1<λFWHM<λ21を満たし、ただし、a,k:パルス波形に依存して決定されるパラメータλc:パルスの中心波長c:光速D3d:総群速度分散スロープ量α=0.5であることを特徴とするものである。請求項2に係る発明は、請求項1に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の非線形係数をγ、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質により伝送される前後の前記短光パルスのピークパワーのうちいずれか高い値をPpeak、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の物理長をL、非線形光学装置内の総群速度分散量をD2d、非線形光学装置内の総群速度分散スロープ量をD3d、前記短光パルスのスペクトル幅から算出されるフーリエ変換限界の時間幅において、前記短光パルスの出力強度が前記ピークパワーの1/eになるときの時間幅をT0とするとき、を満たすことを特徴とするものである。ここで、フーリエ変換限界の短光パルスについて説明しておく。フーリエ変換限界パルスとは短光パルスにチャープがない状態であり、式で表される短光パルスの時間幅と周波数幅の積が最小になる短光パルスのことである。その最小値は短光パルスの波形に依存して変化し、パルス波形がガウシアン型の場合0.441となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.315となる。請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の非線形光学装置において、前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とするものである。パラメータkはパルス波形によって変化し、パルス波形がガウシアン型の場合0.535となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.370となる。短光パルス源から出射される短光パルスの波形は、一般に完全なガウシアン波形やハイパボリックセカント波形になっていることは稀である。パラメータkを0.35<k<0.55とすることによって、これらのパルス波形の中間の波形をカバーすることができる。請求項4に係る発明は、請求項1-3のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、ほぼチャープしていない短光パルスを発生する短光パルス発生装置と、該短光パルス発生装置から発生した短光パルスにチャープを加えるチャープ付加装置とを備えることを特徴とするものである。請求項5に係る発明は、請求項1-4のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、スペクトル幅調整機構を備えていることを特徴とするものである。これによって、短光パルスを照射する対象物において、非線形光学効果を効率良く発生させることができるように、非線形光学装置内の総群速度分散スロープから計算される最適なスペクトル幅を設定することができる。請求項6に係る発明は、請求項1-5のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、0.5nm以上のスペクトル幅の短光パルスを発生することを特徴とするものである。短光パルスのスペクトル幅が0.5nm以上であれば、対象物に照射される短光パルスが、高ピークパワーのパルスとなり、対象物内で高い2次非線形光学効果が生じることが期待できる。請求項7に係る発明は、請求項1-6のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系は、分散発生装置を備えることを特徴とするものである。これによって、短光パルス伝送系などの非線形光学装置内で発生する群速度分散を補償し、短光パルスを照射する対象物に、ピークパワーの高い短光パルスを照射し、非線形光学効果を効率良く発生させることができる。請求項8に係る発明は、請求項1-7のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とするものである。請求項9に係る発明は、請求項8に記載の中空コアフォトニック結晶ファイバを備えた非線形光学装置において、前記短光パルス源は、中空コアフォトニック結晶ファイバの群速度分散がゼロである波長の短光パルスを出射することを特徴とするものである。これによって、前記短光パルス伝送系の群速度分散を補償するような分散発生装置を備える必要がなくなり、装置構成が単純となる。請求項10に係る発明は、請求項8に記載の中空コアフォトニック結晶ファイバを備えた非線形光学装置において、前記短光パルス源は、非線形光学装置内の総群速度分散がゼロになる波長の短光パルスを出射することを特徴とするものである。これによって、中空コアフォトニック結晶ファイバとその他の光学系対物レンズなどの群速度分散の総和がゼロになり、装置構成が単純となるとともに、短光パルスを照射する対象物に、ピークパワーの高い短光パルスを照射し、非線形光学効果を効率良く発生させることができる。上記目的を達成する請求項11に係る多光子顕微鏡の発明は、請求項1-10のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。上記目的を達成する請求項12に係る内視鏡の発明は、請求項1-11のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。上記目的を達成する請求項13に係る非線形光学装置の発明は、対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果を発生させる非線形光学装置であって、短光パルスを発生する短光パルス源と、該短光パルス源から発生した短光パルスを前記対象物に伝送するための短光パルス伝送系とを備え、該非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、該非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのパルス時間幅半値全幅TFWHMが、T1<TFWHM<T213を満たし、ただし、k:パルス波形に依存して決定されるパラメータD3d:総群速度分散スロープ量α=0.5であることを特徴とするものである。請求項14に係る発明は、請求項13に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の非線形係数をγ、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質により伝送される前後の前記短光パルスのピークパワーのうちいずれか高い値をPpeak、前記短光パルス伝送系の各伝播媒質の物理長をL、総群速度分散量をD2d、総群速度分散スロープ量をD3d、前記短光パルスの出力強度が前記ピークパワーの1/eになるときの時間幅をT0とするとき、を満たすことを特徴とするものである。請求項15に係る発明は、請求項13または14に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、該短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル半値幅半値全幅をfFWHMとするとき、を満たす短光パルスを発生することを特徴とするものである。請求項16に係る発明は、請求項13-15のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記パラメータkは、0.35<k<0.55を満たすことを特徴とするものである。請求項17に係る発明は、請求項13-16のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、チャープした短光パルスを発生するチャープ光発生装置と、該チャープ光発生装置から発生した短光パルスのチャープを補償するチャープ補償装置とを備えることを特徴とするものである。請求項18に係る発明は、請求項17に記載の非線形光学装置において、前記チャープ補償装置は、回折格子を備えることを特徴とするものである。請求項19に係る発明は、請求項17に記載の非線形光学装置において、前記チャープ補償装置は、プリズムを備えることを特徴とするものである。請求項20に係る発明は、請求項13-19のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系は、群速度分散補償装置を備えることを特徴とするものである。請求項21に係る発明は、請求項20に記載の非線形光学装置において、前記群速度分散補償装置は、回折格子を備えることを特徴とするものである。請求項22に係る発明は、請求項20に記載の非線形光学装置において、前記群速度分散補償装置は、プリズムを備えることを特徴とする。請求項23に係る発明は、請求項13-22のいずれか一項に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス伝送系は、中空コアフォトニック結晶ファイバを備えることを特徴とするものである。請求項24に係る発明は、請求項13-23に記載の非線形光学装置において、前記短光パルス源は、1ピコ秒以下の時間幅の短光パルスを発生することを特徴とするものである。短光パルスの時間幅が1ピコ秒以下であれば、高ピークパワーのパルスとなり、対象物内で高い2次非線形光学効果が生じることが期待できる。上記目的を達成する請求項25に係る多光子顕微鏡の発明は、請求項13-24のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。上記目的を達成する請求項26に係る内視鏡の発明は、請求項13-24のいずれか一項に記載の非線形光学装置を備え、前記対象物から発生した2次非線形効果を検出することを特徴とするものである。本発明によれば、所定の条件下で、短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅λFWHMが所定の範囲λ1<λFWHM<λ2を満たすようにしたので、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。本発明の実施形態の説明に先立ち、本願発明の基本的な構成と、理論的な根拠を説明する。図1は、本発明に係る非線形光学装置の基本構成を示す図である。短光パルスを発生する短光パルス源1と、短光パルス源1から発生した短光パルスを短光パルス照射対象物以下、対象物と呼ぶ3まで伝送するための短光パルス伝送系2とを備える。ここで、非線形光学装置は、短光パルスを対象物3に照射することにより、2光子蛍光および第2高調波発生等の2次非線形光学効果を発生させる装置である。対象物3から発生した、2光子蛍光や第2高調波等の信号光は、例えば、図示しない検出部によって検出される。ここで、短光パルス源1および短光パルス伝送系2より構成される光学系は、公知の方法により、非線形光学効果および総群速度分散が低減できるか、あるいは、補償されるように構成することができる。一方、総群速度分散スロープ量は、容易に補償又は低減できず、無視することができない。そのような場合、短光パルスの波形の変形や歪みは、主として群速度分散スロープの存在に起因して発生する。非線形光学装置内の非線形光学効果および総群速度分散量は、上述の9および10の各条件式を満たすことが好ましい。式9を満たす場合、非線形光学装置内の非線形光学効果は、無視できるほど小さい。式10を満たす場合、非線形光学装置内の群速度分散量は、無視できるほど小さい。式9および式10が満たされ、さらに、式11を満たす場合、非線形光学装置内の群速度分散スロープは、無視できない。これらの条件式が満たされることによって、短光パルス光学系で発生する非線形光学効果と群速度分散とは、無視できるほど小さくなるので、群速度分散スロープの存在に起因する短光パルスの波形変化が顕著に現れる。図2は非線形光学装置内の群速度分散スロープに起因する短光パルスの波形変化を表した図であり、図2Aは短光パルス源1出射直後の時間波形を示し、図2Bは短光パルス伝送系2出射後の時間波形を示している。短光パルス伝送系を伝送後の短光パルス時間波形にリンギングが発生し波形が歪んでいることが見てとれる。このような波形歪みが発生すると、短光パルスのピークパワーが低下し、短光パルス照射対象物で発生する非線形光学効果の効率が低下してしまう。上述のような条件下において、まず、短光パルス伝送系内の総群速度分散スロープ量を考慮しないで計算すると、短光パルスが照射される対象物において2次非線形光学効果により発生する信号の単位時間あたりの光量FnoD[W]は以下の式23のように表される。参考文献:WinfriedDenkJamesHStricklerWattWWebbTwoPhotonLaserScanningFluorescenceMicroscopyScience248pp73761990ここで、Aは[1/W]の次元を持つ係数、Paveは短光パルスの単位時間における平均パワー、frepは短光パルスの繰り返し周波数、cは光速、λFWHMは短光パルスのスペクトル幅半値全幅、aは前記短光パルスのフーリエ変換限界を規定する時間幅と周波数スペクトル幅を掛け合わせたパラメータで、短光パルスの波形に依存して変化し、パルス波形がガウシアン型の場合0.441となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.315となる。式15を見ると、短光パルスのスペクトル幅λFWHMが広いほど、短光パルスを照射する対象物における2次非線形光学効果により発生する信号の光量FnoDが高いことがわかる。しかし、一般にスペクトル幅が広くなると、群速度分散スロープに起因する短光パルスの波形歪みは大きくなることが知られている。それは式11からも見て取れる。式11は総群速度分散スロープ量とスペクトル波形の比を表しており、この値が大きくなるほど群速度分散スロープに起因する短光パルスの波形歪みは大きくなる。そして、式11をスペクトル幅λFWHMで表すと、以下のようになり、スペクトル幅が大きいほど式11の値も大きくなることがわかる。ここで、bはT0とTFWHMを関係付けるパラメータであり、式25のように定義され、パルス波形がガウシアン型の場合1.665、ハイパボリックセカントsech型の場合1.763となる。よって、以上の議論により、非線形光学装置内の群速度分散スロープが存在する場合、短光パルスを照射する対象物に2次非線形光学効果を最も効率良く発生させる、最適な短光パルスのスペクトル幅が存在することがわかる。しかし、そのような最適なスペクトル幅が存在し、その最適なスペクトル幅を具体的に導出した文献は見当たらない。本発明では、その最適なスペクトル幅を群速度分散スロープの関数として導出した。以下、非線形光学装置内に群速度分散スロープが存在するときの、短光パルスを照射する対象物における2次非線形光学効果の効率の導出について説明する。短光パルス伝送系内における総群速度分散スロープ量を考慮すると、短光パルス波形の崩れによる影響で、信号光の光量FnoDは、式23に以下の式26を乗じたものとなる。ここで、kは短光パルスの波形により定まるパラメータであり、D3dは総群速度分散スロープ量である。また、kは総群速度分散スロープと短光パルスの波形とスペクトル幅とを変えて実験した結果、求められたパラメータであり、パルス波形がガウシアン型の場合0.535となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.370となる。もし、ガウシアン型とsech型の中間のパルス波形の場合、これら2値の中間の値をとる。すると、短光パルスが照射される対象物において2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fは、式23と式26を掛け合わせた以下の式27のように表される。図3は、この式27を短光パルスのスペクトル幅に関係するパラメータaλc2/cλFWHMを横軸にとり、グラフに表したものである。図3に示されるように、短光パルス伝送系内における総群速度分散スロープ量が無視できないほど大きい場合、対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fには、おおよそ最大FMAXとなる短光パルスのスペクトル範囲λ1<λFWHM<λ2があり、そこから大きく外れると2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fが著しく低下する。ここで、2光子蛍光観察における蛍光強度や短光パルスを照射する対象物の熱損傷などを考慮すると、2次非線形光学効果により発生する光量が最も高い値FMAXから光量Fがその50α=0.5に落ちるまでのスペクトル範囲λ1<λFWHM<λ2のλFWHMを有する短光パルスを用いることが好ましい。更に、検出器の感度などを考えるとより好ましくはFMAXの60以上、更には観察対象によっては70以上、また、微弱なシグナルを検出する場合は80以上となる範囲のλFWHMが好ましい。この最適な短光パルスのスペクトル幅λFWHMの範囲λ1、λ2は以下の式2~8から求められる。a,k:パルス波形に依存して決定されるパラメータλc:パルスの中心波長c:光速D3d:総群速度分散スロープ量α=0.5ここで、aは前述の通り、短光パルスの前記フーリエ変換限界を規定する時間幅と周波数スペクトル幅を掛け合わせたパラメータで、短光パルスの波形に依存して変化し、パルス波形がガウシアン型の場合0.441となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.315となる。kは前述の通り、実験より求めた、短光パルスの波形に依存して変化するパラメータであり、パルス波形がガウシアン型の場合0.535となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.370となる。また、ガウシアン型とsech型の中間のパルス波形の場合、a、kは、それぞれ上述の2値の中間の値をとる。したがって、本発明の非線形光学装置は、群速度分散スロープを補償するための機構を設けなくとも、スペクトル幅λFWHMが上記要件を満足するようにすれば、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れの影響を低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射できる。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。第1実施の形態図4は、本発明の第1実施の形態に係る小型顕微鏡非線形光学装置10の概略構成図である。本実施の形態は、顕微鏡を小型化したマイクロヘッド14をマウスなどの実験小動物の頭部に固定して、麻酔をかけない状態でマウスの脳などの臓器を観察できるようにしたものである。この小型顕微鏡非線形装置は、チャープしたガウシアン型短光パルスを発生する短光パルス源11、レンズ12、中空コアフォトニック結晶ファイバ13、マイクロヘッド14、マルチモード光ファイバ15、レンズ16、バリアフィルタ17および検出器18を含んで構成されている。短光パルス源11は、チャープした短光パルスを出射する短光パルス源であり、例えば、チタンサファイアレーザを用いた波長800nmの近赤外領域のガウシアン型短光パルスを発生する光源であり、平均パワーは2W、繰り返し周波数は80MHz、時間幅半値全幅は300fs、スペクトル幅半値全幅は7.8nmで、チャープした短光パルスを出射する。中空コアフォトニック結晶ファイバ13は、800nmの波長の光に対して群速度分散はゼロである。しかし、レンズ12などの光学系の群速度分散は存在するため、マウスなどの短光パルスを照射する観察対象19上でほぼチャープのないパルスとなるように、あらかじめ短光パルス源11内でチャープが付加されるように構成されている。図4に示すように、短光パルス源11を出射した短光パルスは、レンズ12を用いて中空コアフォトニック結晶ファイバ13に入射し、この中空コアフォトニック結晶ファイバ13を通って、観察対象19である例えばマウスの頭部に取付けられ固定されたマイクロヘッド14に伝送される。図5は、図4のマイクロヘッド14の詳細な構成を示す図である。マイクロヘッド14は、ピエゾXYスキャナ14a、レンズ14b、分光ミラー14c、対物レンズ14d、バリアフィルタ14eおよびレンズ14fを含んで構成される。ピエゾXYスキャナ14aは、マイクロヘッド14内へ導入された中空コアフォトニック結晶ファイバ13の先端部と結合している。また、分光ミラー14cは、短光パルスを透過させ、短光パルスの照射により観察対象物から発生する信号光を反射させるスペクトル特性を有する。中空コアフォトニック結晶ファイバ13を出射した短光パルスは、レンズ14bでコリメートされ、分光ミラー14cを透過して対物レンズ14dによりにより観察対象19であるマウスの所望の位置を照射する。その際、ピエゾXYスキャナ14aを駆動することにより、観察対象19上のパルス照射位置を順次走査させる。例えば、観察対象19がマウスの脳の場合、短光パルスの照射により発生した2光子蛍光や第二高調波等は、対物レンズ14dを経て分光ミラー14cで反射され、短光パルスによる迷光をカットするためのバリアフィルタ14eを透過して、レンズ14fにより集光されマルチモードファイバ15に入射する。その後、図4に示すように、信号光は口径の大きいマルチモードファイバ15を通り、レンズ16、バリアフィルタ17を経て検出器18によって検出される。検出器18はピエゾXYスキャナ14aとともに図示しない画像処理装置に接続され、検出器18で得られる信号光強度と観察対象19上の短光パルス照射位置との情報に基づいて、2次元顕微鏡画像が形成される。図6は、第1実施の形態における、2次非線形光学効果により発生する信号光量Fと短光パルス源から射出される光パルスのaλc2/cλFWHMとの関係を示すグラフである。そして、観察対象19であるマウスに2次非線形光学効果を効率よく発生させるには、0.065<aλc2/cλFWHM<0.434を満たす短光パルスを照射するのが好ましい。ここから、最適な短光パルスのスペクトル幅半値全幅の範囲を求めた結果、λ1=2.2nmλ2=14.5nmとなった。よって、短光パルスを照射する観察対象に2次非線形光学効果を効率良く発生させるには、2.2nm<λFWHM<14.5nmを満たすスペクトル幅の短光パルスを用いると良い。短光パルス源11から発せられる短光パルスのスペクトル幅半値全幅である7.8nmは、この範囲内に属している。また、短光パルス源11を出射した直後の短光パルスは、TFWHM×fFWHM=1.2となっている。これによって、中空コアフォトニック結晶ファイバ13は、800nmの波長の光に対して群速度分散はゼロである。しかし、レンズ12などの光学系の群速度分散は存在するため、マウスなどの短光パルスを照射する観察対象19上でほぼチャープのないパルスとなるように、あらかじめ短光パルス源11内でチャープが付加されるように構成されていることで、回折格子対などの分散補償器を新たに設ける必要がなくなる。なお、本実施の形態では短光パルス源11から出射される短光パルスは、チャープされている状態で出射されるとしたが、観察対象物上でほぼチャープのないパルスとなるように短光パルス伝送系が構成されていれば、短光パルス源11で発生するパルスが、チャープのほとんどないフーリエ変換限界パルスとして出射されても同様の効果が得られる。上記λFWHMの好適な範囲の導出において、短光パルス源11からはガウシアン型短光パルスが発生するとして、a=0.441k=0.535D3d=0.003ps3α=0.5とし、これらのパラメータを式2から8に代入して求めた。ここで、kとD3dとの導出過程を簡単に説明する。まず、kは短光パルスの波形に依存するパラメータであり、k=k1×k2のように2つに分けることができる。短光パルスが群速度分散スロープで波形歪みを起こした場合、その波形歪みにより、短光パルスが照射される対象から2次非線形光学効果により発生する信号光量Fが減少する。k1はその減少に関する係数を表している。具体的に説明すると、群速度分散スロープがない、もしくはほとんど無視できる場合は、短光パルスが照射される対象物において2次非線形光学効果により発生する信号の光量FnoDは上述のように式23で表すことができた。しかし、系内の群速度分散スロープ量が無視できない場合、式26を式23に乗じたものとなる。この式26を書き換えると、以下のようになる。2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fは、式23に式28を乗じたものとなる。したがって、式28は、フーリエ変換限界におけるパルス時間幅T0の異なる光源を用意し、D3dの群速度分散スロープを持つ光学系に入射させ、2次非線形光学効果により発生する信号光量を見積もると、k1の増加とともに信号光量Fが減少することを示し、k1はこのときの係数を表しており、実験結果により求められた値である。この値は、ガウシアン型短光パルスでは、k1=0.116となる。また、k2は、短光パルス波形の半値全幅TFWHMと、信号強度が1/eになる幅T0との比の3乗である。よって、と表され、ガウシアン型パルスではk2=1.6653となる。したがって、kはk1、k2を掛け合わせて0.535と算出される。次に群速度分散スロープD3dの値の導出方法を説明する。D3dは、中空コアフォトニック結晶ファイバ13から発生するD3d1のみを考えればよい。それは中空コアフォトニック結晶ファイバ13から発生する群速度分散スロープと比較して、その他のレンズ32などから発生する群速度分散スロープ量は非常に小さいため、無視することができるためである。また、短光パルス源11の3次以上の高次位相スペクトル変化も無視することができる。よって、長さ3mの中空コアフォトニック結晶ファイバ33から発生するD3d1は、波長800nmではD3d1=0.003ps3なので、総群速度分散スロープD3dは、D3d=0.003ps3となる。以上説明したように、本実施の形態によれば、ガウシアン型の短光パルス源および短光パルス伝送系を備える非線形光学装置であって、非線形光学装置内で発生する非線形光学効果が実質的に無く、非線形光学装置内の群速度分散量が実質的に無く、且つ、前記短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅λFWHMが、式2~8に基づいて求めた式1の範囲2.2nm<λFWHM<14.5nmを満たすので、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。また、式19、20、21の条件が満たされる場合、非線形光学装置内の非線形光学効果および群速度分散効果が無視できるほど小さいので、群速度分散スロープの存在に起因する短光パルスの波形変化が顕著に現れるので、上記時間幅の超短パルスを使用することが特に有効である。また、中空コアフォトニック結晶ファイバ13を備え、短光パルス源11がこの中空コアフォトニック結晶ファイバ13の群速度分散がゼロとなる波長の光を出射することによって、前記短光パルス伝送系の群速度分散を補償するような分散発生装置を備える必要がなくなり、装置構成が単純となる。さらに、短光パルス源11が、非線形光学装置内の総群速度分散がゼロになる波長の短光パルスを出射することによって、中空コアフォトニック結晶ファイバとその他の光学系対物レンズなどの群速度分散の総和がゼロになり、装置構成が単純となるとともに、短光パルスを照射する対象物に、ピークパワーの高い短光パルスを照射し、非線形光学効果を効率良く発生させることができる。また、短光パルス源11が発生する短光パルスのスペクトル幅が0.5nm以上なので、対象物に照射する短光パルスが、高ピークパワーのパルスとなり、対象物内で高い2次非線形光学効果が生じることが期待できる。第2実施の形態図7は、本発明の第2実施の形態に係る内視鏡非線形光学装置20の概略構成図である。本実施の形態は、図4の第1実施の形態において、マイクロヘッド14を硬性部21として、これに接続される中空コアフォトニック結晶ファイバ13とマルチモードファイバ15とを1本に束ねて可撓性の挿入部22とし、単独でもしくは既存の内視鏡の鉗子穴に挿入するなどして使用することにより、内視鏡非線形装置20として使用するものである。これによって、内視鏡として利用しても、第1実施の形態と同様の効果が得られる。第3実施の形態図8は、本発明の第3実施の形態に係る顕微鏡非線形光学装置30の概略構成図である。この顕微鏡非線形光学装置30は、sech型短光パルスを発生する短光パルス源31、レンズ32、中空コアフォトニック結晶ファイバ33、レンズ34、分散発生装置35、ガルバノミラー36,分光ミラー37、対物レンズ38、バリアフィルタ41および検出器42を含んで構成されている。短光パルス源31は、例えば、チタンサファイアレーザを用いた波長1030nmの近赤外領域のsech型短光パルスを発生する光源であり、平均パワーは0.5W、繰り返し周波数は80MHz、時間幅半値全幅は370fs、スペクトル幅半値全幅は11nmで、チャープした短光パルスを出射する。レンズ32、中空コアフォトニック結晶ファイバ33、レンズ34、分散発生装置35、ガルバノミラー36,分光ミラー37、対物レンズ38は、短光パルス源31を出射した短光パルスを観察対象の観察対象39まで伝送する短光パルス伝送系を構成する。ここで、分光ミラー37は、短光パルス源から伝送された短光パルスを反射させ、短光パルスの照射により観察対象から発生する信号光は透過させる周波数特性を有する、ダイクロイックミラーである。分散発生装置35は、短光パルス源31の2次のスペクトル位相変化と、レンズ32から観察対象39までの光学系の総群速度分散とを補償する装置である。図9は、回折格子を用いた公知の分散発生装置35の詳細な構成を示す図である。分散発生装置35は、回折格子35a,35d、レンズ35b,35cおよびミラー35e,35fを含んで構成される。短光パルス源31から射出されたチャープした短光パルスは、回折格子35aに入射し回折される際に、波長成分により角度分散が生じる。さらに、角度分散により広げられた短光パルスは、レンズ35b,35cを経て回折格子35dで再び回折され平行光になり、ミラー35eにより反射される。反射された光は、回折格子35d、レンズ35c,35bおよび回折格子35aを経由して、ミラー35fで反射されて出射する。これにより発生する群速度分散により、短光パルス源31の2次のスペクトル位相変化と、レンズ32から観察対象39までの光学系の総群速度分散が補償される。分散発生装置35は、回折格子を含むものに限られず、プリズム、ガラスブロック、チャープミラーなどを用いた波長分散を発生する装置であれば良い。次に顕微鏡非線形光学装置の装置全体の作用について説明する。短光パルス源31から射出された光はレンズ32を経由して、中空コアフォトニック結晶ファイバ33に入射する。中空コアフォトニック結晶ファイバ33から出射した短光パルスは、レンズ34でコリメートされ、分散発生装置35に入射し分散を受ける。分散発生装置35から出射した短光パルスはガルバノミラー36で順次反射され、分光ミラー37で反射され、対物レンズ38により集光されて観察対象39の所望の観察位置を照射する。その際、ガルバノミラー36を駆動することにより、観察対象39上のパルス照射位置を順次走査させる。ここで、観察対象39は、マウスなどの実験小動物や人間の皮膚などであり、短光パルスの照射により、これら観察対象から2光子蛍光や第2高調波SHGが発生する。発生した2光子蛍光または第2高調波は、対物レンズ38を経て分光ミラー37を透過し、短光パルスによる迷光をカットするためのバリアフィルタ41を透過して、信号光として検出器42によって検出される。検出器42はガルバノミラー36とともに図示しない画像処理装置に接続され、検出器42で得られる信号光強度と観察対象39上の短光パルス照射位置の情報に基づいて、2次元顕微鏡画像が形成される。以上のような構成により、短光パルス源31および短光パルス伝送系内で非線形光学効果はほとんど生じず、また、短光パルス源31の2次のスペクトル位相変化と、レンズ32から観察対象39までの光学系の総群速度分散は、分散発生装置35によって補償される。一方、中空コアフォトニック結晶ファイバ33などで主に発生する群速度分散スロープは補償されていない。さらに好適には、式19、20、21の条件が満たされる。そこで、式2および式3によりλ1、λ2を求め、式1に基づいて、好ましい短光パルスのスペクトル幅半値全幅の範囲を求めることができる。図10は、第3実施の形態における、2次非線形光学効果により発生する信号光量Fと短光パルス源から射出される光パルスのaλc2/cλFWHMとの関係を示すグラフである。このグラフに示すように、0.05<aλc2/cλFWHM<0.335を満たす短光パルスが最適であり、ここから、最適な短光パルスのスペクトル幅半値全幅の範囲を求めた結果、λ1=3.3nmλ2=22.3nmとなった。よって、短光パルスを照射する観察対象に2次の非線形光学効果を効率良く発生させるには、3.3nm<λFWHM<22.3nmを満たすスペクトル幅の短光パルスを用いると良い。短光パルス源31から発せられる短光パルスのスペクトル幅半値全幅である11nmは、この範囲内に属している。また、短光パルス源31を出射した直後の短光パルスは、TFWHM×fFWHM=1.15となっている。これによって、光源から出射した短光パルスのピークパワーが非常に高い場合、その後の光学素子図示していないが、波長板などの反射防止コートが焦げるなどの損傷が発生する場合がある。そのため、あらかじめ光源出射短光パルスにチャープを与えておき、ピークパワーを下げることで損傷の発生を抑えることができる。本実施の形態も第1および第2実施の形態と同様に、短光パルス源から出射される短光パルスは、チャープされている状態で出射されるとしたが、チャープのほとんどないフーリエ変換限界パルスとして出射されても同様の効果が得られるため、短光パルス源から出射される短光パルスにチャープがほとんどなくても良い。上記λFWHMの好適な範囲の導出において、短光パルス源31からはsech型短光パルスが発生するとして、a=0.315k=0.37D3d=0.002ps3α=0.5とし、これらのパラメータを式4から8に代入して求めた。ここで、第1実施の形態と同様に、kとD3dとの導出過程を簡単に説明する。まず、kは短光パルスの波形に依存するパラメータであり、k=k1×k2のように2つに分けることができる。フーリエ変換限界におけるパルス時間幅T0の異なる光源を用意し、D3dの群速度分散スロープを持つ光学系に入射させ、2次非線形光学効果により発生する信号光量を見積もると、k1の増加とともに信号光量Fが減少することを示し、k1はこのときの係数を表し、sech型短光パルスでは、k1=0.0676となる。また、k2は、短光パルス波形の半値全幅TFWHMと、信号強度が1/eになる幅T0との比の3乗であり、と表され、sech型パルスではk2=1.7633となる。したがって、kはk1、k2を掛け合わせて0.37と算出される。次に群速度分散スロープD3dの値の導出方法を説明する。D3dは、中空コアフォトニック結晶ファイバ33から発生するD3d1と、分散発生装置から発生するD3d2との和として計算した。これら中空コアフォトニック結晶ファイバなどから発生する群速度分散スロープと比較して、その他のレンズ32などから発生する群速度分散スロープ量は非常に小さいため、無視することができる。また、短光パルス源の3次以上の高次位相スペクトル変化も無視することができる。そして、中空コアフォトニック結晶ファイバ33から発生するD3d1と、分散発生装置から発生するD3d2は、D3d1=0.003ps3D3d2=-0.001ps3であり、総群速度分散スロープD3dは、D3d=0.002ps3である。以上説明したように、本実施の形態によれば、sech型の短光パルス源および短光パルス伝送系を備える顕微鏡非線形光学装置であって、短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅が、式2~8に基づいて求めた式1の範囲3.3nm<λFWHM<22.3nmを満たすようにしたので、群速度分散スロープによる短光パルスの波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。また、式19、20、21の条件が満たされる場合、非線形光学装置内の非線形光学効果および群速度分散効果が無視できるほど小さいので、群速度分散スロープの存在に起因する短光パルスの波形変化が顕著に現れ、上記スペクトル幅の短光パルスを使用することが特に有効である。さらに、短光パルス源31の2次のスペクトル位相変化と、レンズ32から観察対象39までの光学系の総群速度分散を補償する分散発生装置35を設けたので、短光パルス伝送系などの非線形光学装置内で発生する群速度分散を補償し、短光パルスを照射する対象物に、ピークパワーの高い短光パルスを照射し、非線形光学効果を効率良く発生させることができる。なお、短光パルス源31はチャープした短光パルスを発生するが、図11のようにほとんどチャープしていない短光パルスを発生する短光パルス発生装置31aと、該チャープしていない短光パルスに、チャープを与えるチャープ付加装置31bとから構成しても良い。また、図8のように、分散発生装置をレンズ34直後に配置したが、これに限らず、短光パルス伝送系の任意の位置に配置することができる。第4実施の形態図12は、本発明の第4実施の形態に係る顕微鏡非線形光学装置50の概略構成図である。この顕微鏡非線形光学装置は、sech型短光パルスを発生する短光パルス源51、レンズ52、中空コアフォトニック結晶ファイバ53、レンズ54、ガルバノミラー61,分光ミラー62、対物レンズ55、バリアフィルタ63および検出器64を含んで構成されている。これらのうち、ガルバノミラー61,分光ミラー62、バリアフィルタ63および検出器64は、顕微鏡本体60内に設けられている。短光パルス源51は、例えば、チタンサファイアレーザを用いた波長1020nmの近赤外領域のsech型短光パルスを発生する光源であり、平均パワーは0.6W、繰り返し周波数は80MHz、時間幅半値全幅は120fs、スペクトル幅半値全幅は9nmで、ほぼチャープの無い短光パルスを出射する。更に、短光パルス源51にはスペクトル幅を調整する図示しないスペクトル幅調整機構が備えられ、短光パルスを照射する対象物における非線形光学効果が最も効率よく発生するスペクトル幅に調整可能であり、非線形光学装置の群速度分散スロープから導出された最適なスペクトル幅9nmに、あらかじめ調整してある。スペクトル幅調整機構としては、US7430071に記載されているようなPulseShaperなどがある。レンズ52、中空コアフォトニック結晶ファイバ53、レンズ54、ガルバノミラー61,分光ミラー62、対物レンズ55は、短光パルス源51を出射した短光パルスを観察対象56である生体まで伝送する短光パルス伝送系を構成する。ここで、分光ミラー62は、短光パルス源51から伝送された短光パルスを反射させ、短光パルスの照射により観察対象56から発生する信号光は透過させる周波数特性を有する、ダイクロイックミラーである。次に顕微鏡非線形光学装置50の装置全体の作用について説明する。短光パルス源51から射出された光はレンズ52を経由して、中空コアフォトニック結晶ファイバ53に入射する。中空コアフォトニック結晶ファイバ53から出射した短光パルスは、レンズ54でコリメートされ、ガルバノミラー対61で順次反射され、分光ミラー62で反射され、対物レンズ55により集光されて観察対象56の所望の観察位置を照射する。その際、ガルバノミラー61を駆動することにより、観察対象56上のパルス照射位置を順次走査させる。ここで、観察対象56は、マウスなどの実験小動物や人間の皮膚などであり、短光パルスの照射により、これら観察対象から2光子蛍光や第2高調波SHGが発生する。発生した2光子蛍光または第2高調波は、対物レンズ55を経て分光ミラー62を透過し、短光パルスによる迷光をカットするためのバリアフィルタ63を透過して、信号光として検出器64によって検出される。以上のような構成により、短光パルス源51および短光パルス伝送系内で非線形光学効果はほとんど生じず、また、短光パルス源51からはほとんどチャープのない短光パルスが出射される。また、非線形光学装置50内における群速度分散がほぼゼロになるように波長が選択されている。具体的には、対物レンズ55などで発生する正の群速度分散量と、中空コアフォトニック結晶ファイバ53で発生する負の群速度分散量の和がちょうどゼロになるような波長を選ぶことで達成される。よって、中空コアフォトニック結晶ファイバ53から発生する群速度分散D2d1と、対物レンズなどから発生するD2d2は、D2d1=-0.03ps2D2d2=0.03ps2であり、総群速度分散D2dは、D2d=D2d1D2d2=0.0ps2であり、分散発生装置などの複雑な機構を設けることなく、非線形光学装置内の群速度分散量をゼロにすることができる。一方、中空コアフォトニック結晶ファイバ53などで主に発生する群速度分散スロープは補償されていない。さらに好適には、式19、20、21の条件が満たされる。そこで、式2および式3によりλ1、λ2を求め、式1に基づいて、好ましい短光パルスのスペクトル幅半値全幅の範囲を求めることができる。図13は、第4実施の形態における、2次非線形光学効果により発生する信号光量Fと短光パルス源から射出される光パルスのaλc2/cλFWHMとの関係を示すグラフである。その結果、0.058<aλc2/cλFWHM<0.384を満たす短光パルスが最適であり、ここから、最適な短光パルスのスペクトル幅半値全幅の範囲を求めた結果、λ1=2.8nmλ2=18.8nmとなった。よって、短光パルスを照射する観察対象に2次の非線形光学効果を効率良く発生させるには、2.8nm<λFWHM<18.8nmを満たすスペクトル幅の短光パルスを用いると良い。短光パルス源51から発せられる短光パルスのスペクトル幅半値全幅である9nmは、この範囲内に属している。また、短光パルス源51を出射した直後の短光パルスは、TFWHM×fFWHM=0.315となっているが、このようにチャープのない短光パルスについても、第1~第3実施の形態と同様に、最適なスペクトル幅が求められる。上記λFWHMの好適な範囲の導出において、短光パルス源51からはsech型短光パルスが発生するとして、a=0.315k=0.37D3d=0.003ps3α=0.5とし、第1実施の形態と同様にこれらのパラメータを式4から8に代入して求めた。以上説明したように、本実施の形態によれば、sech型の短光パルス源および短光パルス伝送系を備える顕微鏡非線形光学装置であって、短光パルス源が発生する短光パルスのスペクトル幅半値全幅が、式2~8に基づいて求めた式1の範囲2.8nm<λFWHM<18.8nmを満たすようにしたので、群速度分散スロープによる短光パルスの波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。また、スペクトル幅調整機構を備えたので、非線形光学効果を効率良く発生させることができるように、非線形光学装置内の総群速度分散スロープから計算される最適なスペクトル幅を設定することができる。これによって、より高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。以下の第5~第8実施の形態では、短光パルス源1は、式22を満たすフーリエ変換限界以下、変換限界というに近い短光パルスを発生するものとする。TFWHMfFWHMが0.88を超えると、短光パルスを照射する対象物からの2次の非線形光学効果による信号光が完全な変換限界の半分程度以下となる。ここでTFWHMfFWHMの計算は、以下の式を用いてスペクトル幅を波長幅に直すことによって計算することができる。ここで、cは光速、λcは短光パルスの中心波長、λFWHMは波長幅半値全幅である。上述のような条件下において、まず、短光パルス伝送系内の総群速度分散スロープ量を考慮しないで計算すると、短光パルスが照射される対象物において2次非線形光学効果により発生する信号の光量FnoD[W]は、式23の左側に示したように、以下の式31のように表される。ここで、Aは[1/W]の次元を持つ係数、Paveは短光パルスの単位時間における平均パワー、frepは短光パルスの繰り返し周波数、TFWHMは短光パルス時間幅半値全幅である。式31を見ると、短光パルス時間幅が短いほど、対象物における2次非線形光学効果により発生する信号の光量FnoDが高いことがわかる。しかし、短光パルス伝送系内における総群速度分散スロープ量を考慮すると、短光パルス波形の崩れによる影響で、信号光の光量FnoDは、式31に以下の式32を乗じたものとなる。ここで、kは短光パルスの波形により定まるパラメータであり、D3dは総群速度分散スロープ量である。すると、短光パルスが照射される対象物において2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fは、式31と式32を掛け合わせた以下の式33のように表される。図14は、この式33を横軸に短光パルス幅TFWHMをとりグラフに表したものである。図14に示されるように、短光パルス伝送系内における総群速度分散スロープ量が無視できないほど大きい場合、対象物に短光パルスを照射して2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fには、最大FMAXとなる短光パルス時間幅があり、そこから大きく外れると2次非線形光学効果により発生する信号の光量Fが著しく低下する。ここで、2光子蛍光観察における蛍光強度や短光パルスを照射する対象物の熱損傷などを考慮すると、2次非線形光学効果により発生する光量が最も高い値FMAXから光量Fがその50α=0.5に落ちるまでの範囲T1<TFWHM<T2のTFWHMを有する短光パルスを用いることが好ましい。更に、検出器の感度などを考えるとより好ましくはFMAXの60以上、更には観察対象によっては70以上、また、微弱なシグナルを検出する場合は80以上となる範囲のTFWHMが好ましい。この最適な短光パルス時間幅TFWHMの範囲T1、T2を式33から求めると、上述の式14および15が得られる。ここで、kは短光パルスの波形に依存して変化するパラメータであり、パルス波形がガウシアン型の場合0.535となり、ハイパボリックセカントsech型の場合0.370となる。また、ガウシアン型とsech型の中間のパルス波形の場合、この2値の中間の値をとる。したがって、本発明の非線形光学装置は、群速度分散スロープを補償するための機構を設けなくとも、パルス時間幅TFWHMが上記要件を満足するようにすれば、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れの影響を低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射できる。以下、本発明の第5~第8実施の形態について説明する。第5実施の形態図15は、本発明の第5実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。この多光子顕微鏡は、チャープのないsech型短光パルスを発生する短光パルス源81、群速度分散補償装置71、ビームエキスパンダ72、ガルバノミラー61a,61b、分光ミラー62、対物レンズ55、バリアフィルタ63および検出器64を含んで構成されている。ここで、第4実施の形態と同様の構成には、同一の参照符号を付している。短光パルス源81は、例えば、チタンサファイアレーザを用いた波長980nmの近赤外領域のsech型短光パルスを発生する光源であり、平均パワーは1W、繰り返し周波数は80MHz、時間半値全幅は80fs、スペクトル幅は13nmである。群速度分散補償装置71、ビームエキスパンダ72、ガルバノミラー61a,61b、分光ミラー62、対物レンズ55は、短光パルス源81を出射した短光パルスを観察対象の観察対象56まで伝送する短光パルス伝送系を構成する。群速度分散補償装置71は、短光パルス源81から観察対象56までの光学系の総群速度分散量を補償する装置である。群速度分散補償装置71は、例えば、プリズムペアを使用したものが知られており、図16に示すように、プリズム71a,71bおよびミラー71c,71dにより構成される。プリズム71a、71bの間隔はおよそ75cmで、用いるプリズムは硝材SF58で構成されたブリュースタープリズムである。図16の群速度分散補償装置71の作用を簡単に説明すると、短光パルス源81から射出された短光パルスは、プリズム71aに入射し、これを通過する際、ガラスの屈折率分散による角度分散が生じる。さらに、角度分散により広げられた短光パルスは、プリズム71bを通過して平行になり、ミラー71cにより反射される。反射された光は、プリズム71b、71aを通過しミラー71dで反射されて出射する。これにより発生する負の群速度分散により、非線形光学装置内の群速度分散が補償される。次に多光子顕微鏡の装置全体の作用について説明する。短光パルス源81から射出された光は、群速度分散補償装置71を経由して、レンズ72aおよび72bより構成されるビームエキスパンダ72によりビーム径が拡大される。ビームエキスパンダ72を出射した短光パルスは、ガルバノミラー61aおよび61bで順次反射され、分光ミラー62で反射される。以降の顕微鏡本体60内での作用は、第4実施の形態と同様である。以上のような構成により、短光パルス源81および短光パルス伝送系内で非線形光学効果はほとんど生じず、また、ビームエキスパンダ72や対物レンズ55等で発生する群速度分散は、群速度分散補償装置71によって補償される。一方、群速度分散スロープは補償されていない。さらに、好適には、式19、20、21の条件が満たされる。そこで、式14および式15によりT1、T2を求め、式13に基づいて、好ましい短光パルスの時間幅半値全幅を求めることができる。図17は、第5実施の形態における、2次非線形光学効果により発生する信号光量Fと短光パルス源から射出される光パルスのパルス時間幅TFWHMとの関係を示すグラフである。最適な短光パルス時間幅半値全幅の範囲を求めた結果、T1=12[fs]T2=83[fs]となった。よって、短光パルスを照射する観察対象に2次の非線形光学効果を効率良く発生させるには、12[fs]<TFWHM<83[fs]を満たす時間幅の短光パルスを用いると良い。短光パルス源81から発せられる短光パルス時間幅半値全幅である80[fs]は、この範囲内に属している。また、短光パルス源81を出射した直後の短光パルスは、TFWHM×fFWHM=0.33となり、式22の条件を満たしている。上記TFWHMの好適な範囲の導出において、短光パルス源81からはsech型短光パルスが発生するとして、k=0.37D3d=0.00003[ps3]α=0.5とした。ここで、D3dは、ビームエキスパンダ72などのレンズから発生するD3d1と、群速度分散補償装置プリズム対から発生するD3d2との和として計算した。前者は、使用しているレンズ材料屈折率の波長依存性を表すセルマイヤー方程式から求め、後者は、論文RLForkOEMartinezandJpGordonNegativedispersionusingpairsofprismsOptLett9pp150に掲載のプリズム対からの群速度分散スロープを見積もる式から計算した。以上説明したように、本実施の形態によれば、sech型の短光パルス源および短光パルス伝送系を備える非線形光学装置であって、装置内で発生する群速度分散スロープにより生じる短光パルスの変形による広がりが、装置内で発生する非線形光学効果と群速度分散とにより生じる短光パルスの変形による広がりよりも大きく、且つ、短光パルス源が発生する短光パルスの時間幅半値全幅が、12<[fs]TFWHM<83[fs]を満たすようにしたので、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。また、式19、20、21の条件が満たされる場合、非線形光学装置内の非線形光学効果および群速度分散効果が無視できるほど小さいので、群速度分散スロープの存在に起因する短光パルスの波形変化が顕著に現れるので、上記時間幅の超短パルスを使用することが特に有効である。なお、群速度分散補償装置は、短光パルス源の直後に配置したが、これに限られず、総群速度分散を補償するために、短光パルス伝送系の任意の位置に配置することができる。また、群速度分散補償装置は、プリズム対を使ったものに限られず、回折格子対を用いたもの第3実施の形態の分散発生装置と同様のものなど、群速度分散を補償する種々の装置を利用することができる。第6実施の形態図18は、本発明の第6実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。本実施の形態は、既存の多光子顕微鏡に本発明を適用したものである。この多光子顕微鏡は、チャープのないガウシアン型短光パルスを発生する短光パルス源82、レンズ52、中空コアフォトニック結晶ファイバ53、レンズ54および既存の顕微鏡装置60を含んで構成されている。短光パルス源82は、例えば、チタンサファイアレーザを用いた波長980nmの近赤外領域のガウシアン型短光パルスを発生する光源であり、平均パワーは1W、繰り返し周波数は80MHz、パルス時間半値全幅は148fs、スペクトル幅は15nmである。短光パルス源82を出射した短光パルスは、レンズ52を用いて長さ3mの中空コアフォトニック結晶ファイバ53に入射し、この中空コアフォトニック結晶ファイバ53を通った後、レンズ54を用いて平行ビームとして顕微鏡装置60に供給される。一般に中空コアフォトニック結晶ファイバの群速度分散量と群速度分散スロープ量とは非常に大きいが、伝送される光の波長を選択することよって、群速度分散量をゼロにすることができる。本実施の形態の中空コアフォトニック結晶ファイバ53は、短光パルス源82の発生する短光パルスの波長980nmで、群速度分散量がゼロになるものを用いる。顕微鏡本体60は、ガルバノミラー対61、分光ミラー62、対物レンズ55、バリアフィルタ63および検出器63を含んで構成されている。ここで、ガルバノミラー対は、観察対象56を走査するための2組のガルバノミラーであり、第5実施の形態における2つのガルバノミラー61aおよび61bと同様の構成、作用を有している。また、顕微鏡本体60内のその他の構成も、第4および第5実施の形態と同様であるので、同様の構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。なお、レンズ52、中空コアフォトニック結晶ファイバ53、レンズ54、ガルバノミラー対61、分光ミラー62、対物レンズ55は、短光パルス伝送系を構成する。以上のような構成によって、短光パルス光源82と顕微鏡装置60との間を、中空コアフォトニック結晶ファイバ53で接続するようにしたので、顕微鏡装置60から離れた場所に短光パルス源82を配置することができる。また、このような配置にすることで、短光パルス源82からの短光パルスを、空間を伝播させ顕微鏡本体60に導入する第5実施の形態のような場合と比べ、短光パルス源82を動かしても、アライメントをし直す必要がないので、使い勝手が非常に良くなる。また、以上のような構成によれば、短光パルス源82および短光パルス伝送系内で非線形光学効果はほとんど生じず、また、中空コアフォトニック結晶ファイバ53内では群速度分散は発生しない一方、大きな群速度分散スロープが発生している。この際、好適には、式19、20、21の条件が満たされる。そこで、式14および式15から求めたT1、T2に基づいて、式13から好ましい短光パルスの時間幅半値全幅を求めることができる。図19は、第6実施の形態における、2次非線形光学効果により発生する信号光量Fと、短光パルス源から射出される光パルスのパルス時間幅TFWHMとの関係を示すグラフである。最適な短光パルス時間幅半値全幅の範囲を求めた結果、T1=65[fs]T2=434[fs]となった。よって、短光パルスを照射する観察対象に2次の非線形光学効果を発生させるには、65[fs]<TFWHM<434[fs]を満たす時間幅の短光パルスを用いると良い。更には最も好ましい短光パルス時間幅半値全幅は148[fs]であり、本実施の形態の短光パルス源82から発せられる短光パルス時間幅半値全幅は、最適な値となっていることがわかる。また、短光パルス源82出射直後の短光パルスは、TFWHM×fFWHM=0.7となり、式22の条件を満たしている。上記TFWHMの好適な範囲の導出において、短光パルス源からはガウシアン型短光パルスが発生するとして、k=0.535D3d=0.003[ps3]α=0.5とした。ここで、群速度分散スロープD3dは、中空コアフォトニック結晶ファイバのゼロ分散波長における分散スロープD約4.4[ps/nm2/km]を用い、中空コアフォトニック結晶ファイバの長さL=3mとして、公知の算出式34により算出した。以上説明したように、本実施の形態によれば、ガウシアン型の短光パルス源および短光パルス伝送系より構成される非線形光学装置であって、装置内で発生する群速度分散スロープにより生じる短光パルスの変形による広がりが、装置内で発生する非線形光学効果と群速度分散とにより生じる短光パルスの変形による広がりよりも大きく、且つ、短光パルス源が発生する短光パルスの時間幅を、65[fs]<TFWHM<434[fs]を満たすようにしたので、群速度分散スロープによる光パルスの時間幅の広がりや波形崩れを低減した高ピークパワーの短光パルスを対象物に照射することができる。また、式19、20、21の条件が満たされる場合、非線形光学装置内の非線形光学効果および群速度分散効果が無視できるほど小さいので、群速度分散スロープの存在に起因する短光パルスの波形変化が顕著に現れるので、上記時間幅の短光パルスを使用することが特に有効である。なお、本実施の形態では、群速度分散のない中空コアフォトニック結晶ファイバを用いたので、第5実施の形態と異なり、群速度分散補償装置を用いない構成とした。仮に、顕微鏡装置の観察対象までの光学系で対物レンズ等により無視できない大きさの群速度分散が発生する場合は、これを補償するために群速度分散補償装置を短光パルス伝送系内に設けても良い。第7実施の形態図20は、本発明の第7実施の形態に係る多光子顕微鏡の概略構成図である。本実施の形態は、中空コアフォトニック結晶ファイバの先端に顕微鏡を小型化したマイクロヘッドを配置し、マウスなどの実験小動物の頭部に固定して、麻酔をかけない状態でマウスの脳などの臓器を観察できるようにしたものである。この多光子顕微鏡は、チャープ光発生源83、チャープ補償装置75、レンズ12、中空コアフォトニック結晶ファイバ13、マイクロヘッド14、マルチモード光ファイバ15、レンズ16、バリアフィルタ17および検出器18を含んで構成されている。チャープ光発生源83は、チャープしたパルスを射出する短光パルス光源であり、該チャープ光発生源83の後段に配置されたチャープ補償装置75は、そのチャープを補償するためのプリチャーパである。本実施の形態では、短光パルス源は、チャープ光発生源83とチャープ補償装置75とを含んで構成される。チャープ補償装置75は、例えば、図9の分散発生装置35と同様に構成することができる。短光パルス源83およびチャープ補償装置75は、組み合わされて、チャープのない変換限界に近い短光パルスを発生する短光パルス源を構成する。その他の構成、作用は、第1実施の形態と同様なので、同一の構成には同一の参照符号を付して説明を省略する。以上説明したように、本実施の形態によれば、チャープしたパルスを発生するチャープ光発生源とチャープを補償するチャープ補償装置とを含んでチャープの無い短光パルス源を構成したので、所定の条件を満たす場合、この光源を用いて第5および第6実施の形態による非線形光学装置と同様の効果がえられる。なお、チャープ補償装置としては、回折格子対を用いるものに限られない。第5実施の形態で、分散補償装置に使用したプリズム対を用いた装置と同様な構成の装置など、チャープした短光パルス源のチャープを補償する装置であれば、種々の装置を利用することが可能である。第8実施の形態図21は、本発明の第8実施の形態に係る内視鏡の概略構成図である。本実施の形態は、図20の第7実施の形態において、マイクロヘッド14を硬性部21として、これに接続される中空コアフォトニック結晶ファイバとマルチモードファイバとを1本に束ねて可撓性の挿入部22とし、単独でもしくは既存の内視鏡の鉗子穴に挿入するなどして使用することにより、内視鏡非線形システム20として使用するものである。これによって、内視鏡として利用しても、第7実施の形態と同様の効果が得られる。なお、本発明は、上記各実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、本発明の利用分野は、顕微鏡や内視鏡に限られず、2光子過程による2次の非線形光学効果を利用するものであれば、例えば材料の加工等の種々の分野にも適用可能である。また、上記第1~第8の実施形態では、sech型またはガウシアン型の短光パルス源を用いたが、本発明が利用できる短光パルス源はこれに限られず、他の種々の光源を利用することが可能である。その場合、短光パルスの波形により、短光パルスのスペクトル幅半値全幅または時間幅半値全幅の算出に用いたパラメータkが異なる。特に、ガウシアン型とsech型との中間に位置するようなパルス波形を有する場合、kの値もガウシアン型とsech型との中間、すなわち、0.35<k<0.55の範囲にある。このような波形の短光パルスに対しても、本発明の効果が有効に得られる。"