JP6789658B2 - Light source device and information acquisition device using it - Google Patents
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Description
本発明は、非線形光学効果を用いた光源装置及びそれを用いた情報取得装置に関する。 The present invention relates to a light source device using a nonlinear optical effect and an information acquisition device using the same.
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光学効果を用いるイメージング技術が、近年活発に研究されている。非線形光学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等が可能となっている。広帯域で高感度な分光イメージングを得るためには、広帯域に波長を可変に制御できる高出力な光源が必要である。 In recent years, an imaging technique that irradiates a measurement target with pulsed light and uses a nonlinear optical effect generated in the measurement target has been actively studied. Imaging using a nonlinear optical effect makes it possible to identify substances inside the measurement target without staining, and to perform imaging with high resolution exceeding the optical diffraction limit. In order to obtain high-sensitivity spectroscopic imaging over a wide band, a high-power light source capable of variably controlling the wavelength over a wide band is required.
広帯域光源については、光導波路と短パルス光源とを組み合わせて、光導波路内で生じる非線形光学効果によって波長を変換する非線形波長変換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、かつ光導波路の断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光導波路を伝搬する。この大きな光エネルギー密度によって非線形光学現象が誘起され、伝搬する光パルス光の波長や時間形状が変化する。このような非線形波長変換技術として、カー効果やラマン効果、パラメトリック効果を用いて光導波路へ入力した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(非特許文献1、2)。
For a wideband light source, a nonlinear wavelength conversion technique has been developed in which an optical waveguide and a short pulse light source are combined to convert a wavelength by a nonlinear optical effect generated in the optical waveguide. When the short pulse light propagates through the optical waveguide, the short pulse light has a high peak power and the cross-sectional area of the optical waveguide is small, so that the short pulse light is optical in a state where a large amount of light energy is concentrated in a very small area. Propagate the waveguide. This large light energy density induces a nonlinear optical phenomenon, and the wavelength and time shape of the propagating light pulsed light change. As such a nonlinear wavelength conversion technique, a technique has been proposed in which the wavelength of pulsed light input to an optical waveguide is widened or the center wavelength is shifted by using the Kerr effect, Raman effect, and parametric effect (Non-Patent
非特許文献1には、複屈折ファイバーにおけるパルストラッピング及び超短ソリトンパルスによる増幅に基づく全光型の信号制御技術が記載されている。
また、非特許文献2には、正規分散領域で動作する同期励起ファイバー光パラメトリック発振器が記載されている。
Non-Patent
In addition, Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に記載された技術は、ソリトンシフトを利用するため、長波長への波長変換に限られていた。また、ポンプパルス光がソリトンパルス光でなければならないため、入力するポンプパルス光のパワーが限定されていた。このため、高出力化が困難であった。
However, the technique described in
一方、非特許文献2に記載された技術では、ポンプパルス光の波長可変帯域が限定されている。そのため、パラメトリック利得帯域を拡張することが困難であった。また、ポンプパルス光と信号パルス光の群速度の違いにより、相互作用長が限定され、エネルギー変換効率が低減してしまい高出力化が困難であった。
On the other hand, in the technique described in
本発明の目的は、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる光源装置及びこれを用いた情報取得装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a light source device capable of realizing a wide band of a tunable wavelength band and a high light output, and an information acquisition device using the light source device.
本発明の一観点によれば、第1の光を出力する第1の光源と、前記第1の光とは異なる波長を有する第2の光を出力する第2の光源と、前記第1の光と、前記第2の光とを合波する光合波部と、前記光合波部により合波された前記第1の光及び前記第2の光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第1の光から前記第2の光へエネルギーが移動する非線形光導波路と、を有し、前記非線形光導波路が、少なくとも2つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、前記第1の光及び前記第2の光が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, the first light source that outputs the first light, the second light source that outputs the second light having a wavelength different from that of the first light, and the first light source. An optical combining unit that combines light and the second light, and the first light and the second light combined by the optical combining unit are input, and the first light is input by an optical parametric effect. It has a non-linear optical waveguide in which energy is transferred from light to the second light, and the non-linear optical waveguide has at least two or more propagation axes having different propagation constants, the first light and the first light. Provided is a light source device characterized in that the light of 2 propagates on the propagation axis having different propagation constants.
本発明の他の観点によれば、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、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部と、前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも1つを受光する受光部と、有し、前記光源部が、前記中心波長が互いに異なる2つのパルス光のうちの少なくとも一方を出力する上記光源装置を有することを特徴とする情報取得装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, the subject is irradiated with two pulsed lights having different center wavelengths, and the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the light emitted by the subject are emitted. An information acquisition device that detects at least one of light and acquires information about the subject, and is reflected by the subject and a light source that emits two pulsed lights with different center wavelengths. Of two pulsed lights having a light receiving portion that receives at least one of light, light transmitted through the subject, and light emitted from the subject, and the light source portion having different central wavelengths from each other. An information acquisition device is provided, which comprises the above-mentioned light source device that outputs at least one of the light sources.
本発明によれば、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a wide band of a tunable wavelength band and a high optical output.
[本発明の基本的構成]
本発明の実施形態を説明するに先立ち、本発明の基本的構成の例及び関連する現象について図1を用いて説明する。図1は、本発明による光源装置の基本的構成の例を説明する図である。
[Basic configuration of the present invention]
Prior to explaining the embodiment of the present invention, an example of the basic configuration of the present invention and related phenomena will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a basic configuration of a light source device according to the present invention.
図1に示すように、本発明による光源装置は、ポンプパルス光を出力するポンプパルス光源101と、パラメトリック利得媒質103とを有している。パラメトリック利得媒質103は、光パラメトリック効果によりポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光(又はアイドラーパルス光)を増幅する媒質である。本明細書では、ポンプパルス光がパラメトリック利得媒質内で発生させるパラメトリック利得帯域において、短波長側を信号光、長波長側をアイドラー光と呼び、パルス光であることを示す場合に短波長側を信号パルス光、長波長側をアイドラーパルス光と呼ぶ。また、前記パラメトリック利得媒質は、少なくとも二つ以上の偏光の異なる伝搬軸を有する。パラメトリック利得媒質は、より具体的には非線形光ファイバー等の非線形光導波路である。
As shown in FIG. 1, the light source device according to the present invention has a pump
信号パルス光(又はアイドラーパルス光)は、パラメトリック効果によりパラメトリック利得媒質103で生成されるものであってもよいし、外部の光源からポンプパルス光と合波されてパラメトリック利得媒質103に入力されるものであってもよい。信号パルス光(又はアイドラーパルス光)が外部から入力される場合、本発明による光源装置は、ポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光(又はアイドラーパルス光)を出力する信号パルス光源106を有する。さらに、この場合、本発明による光源装置は、ポンプパルス光源101から出力されたポンプパルス光と、信号パルス光源106から出力された信号パルス光とを合波してパラメトリック利得媒質103に入力する例えば光合波素子である光合波部102を有する。
The signal pulsed light (or idler pulsed light) may be generated by the
ポンプパルス光源101より出力された光角周波数ω1を有するポンプパルス光104は、光合波部102を伝搬してパラメトリック利得媒質103へ入射される。また、光角周波数ωSを有する信号パルス光105(光角周波数ω3を有する信号パルス光又は光角周波数ω4を有するアイドラーパルス光)が光合波部102を介してパラメトリック利得媒質103へ入射される。この際、ポンプパルス光104と信号パルス光105は、パラメトリック利得媒質103のそれぞれ異なる伝搬軸を伝搬するように偏光を調整した状態で入射される。また、ポンプパルス光104と信号パルス光105は、時間的に重なるように調整されて入射される。すなわち、ポンプパルス光104と信号パルス光105とは、光合波部102により合波されてパラメトリック利得媒質103に入力される。
The
ここで、まず、波長分散について説明する。光を伝搬する光導波路は、光導波路を構成する物質の有する屈折率と、光導波路の構造によって決定される波長分散を有する。波長分散β(ω)は以下の数式(1)で定義される。
上記の数式(1)をテーラー展開すると、以下の数式(2)が得られる。
ここで、ω0はテーラー展開の中心光角周波数である。一次の分散であるβ1(ω)は群速度の逆数を表わし、パルス光の中心光角周波数がωの時の、パルス光の光導波路内での伝搬速度と関係する。また、二次の分散であるβ2(ω)は、伝搬するパルス光の光導波路内での時間的な広がりを意味する。 Here, ω 0 is the central optical angle frequency of the Taylor expansion. The first-order dispersion β 1 (ω) represents the reciprocal of the group velocity and is related to the propagation velocity of the pulsed light in the optical waveguide when the central optical angular frequency of the pulsed light is ω. Further, β 2 (ω), which is a secondary variance, means the temporal spread of the propagating pulsed light in the optical waveguide.
光導波路が光の伝搬方向に沿って径が変化したり、密度や構成物質が変化したりすると、伝搬する光の偏光に状態に応じて、伝搬する光の感じる屈折率が変化する。例えば、複屈折性を有する媒質中では、屈折率nは複屈折軸に沿って異なる。複屈折性を有する媒質は、進相軸及び遅相軸の二つの伝搬軸を有していると呼ばれる。そのため、分散βも複屈折軸によって異なる。 When the diameter of the optical waveguide changes along the propagation direction of light, or when the density or constituent material changes, the refractive index felt by the propagating light changes depending on the polarization of the propagating light. For example, in a medium having birefringence, the refractive index n differs along the axis of birefringence. A medium having birefringence is said to have two propagation axes, a phase-advancing axis and a slow-phase axis. Therefore, the dispersion β also differs depending on the birefringence axis.
次に、光パラメトリック効果について説明する。
本発明では、光パラメトリック効果によるエネルギー遷移による光増幅を行う。
Next, the optical parametric effect will be described.
In the present invention, optical amplification is performed by energy transition due to the optical parametric effect.
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。媒質にレーザー光を入射したとき、入射されたレーザー光に対して媒質内の電子応答によって分極が生じる。入射したレーザー光の強度が大きくなり、電場強度が大きくなると、電子応答による分極は、入射したレーザー光に対して非線形となる。このとき生じる非線形な分極により、入射したレーザー光とは異なる波長の光が生成される。光ファイバーのような反転対称性を持つ媒質中では、偶数次の非線形感受率は零となるため、奇数次の非線形感受率による非線形効果が表れる。特に3次の非線形感受率χ(3)の値が大きく、主要な分極・非線形効果を与える。四光波混合は3次の非線形感受率により説明される。以下、レーザーの伝搬方向をz軸方向とする。z軸と直交する方向をx軸として、x軸方向のレーザー電場によって引き起こされるx軸方向の3次の分極Pxxxx (3)は、誘電率ε0を用いて次の数式(3)で表わされる。
このとき、入射レーザー電場Exは、3つの異なる光角周波数ω1、ω2、ω3のレーザー電場の和として以下の数式(4)で表される。
ここで、β(ω1)、β(ω2)、β(ω3)は、それぞれ光角周波数ω1、ω2、ω3の成分を有する光の伝搬定数である。また、c.c.は、その前の全ての光の複素共役をあらわす。 Here, β (ω 1 ), β (ω 2 ), and β (ω 3 ) are propagation constants of light having components of optical angular frequencies ω 1 , ω 2 , and ω 3 , respectively. In addition, c. c. Represents the complex conjugate of all light before it.
Pxxxx (3)には、光角周波数ω4=ω1+ω2−ω3を持つ振動成分の項が以下の数式(5)に示すように現れる。
光角周波数ω4を持つレーザー光が出力されるためには、媒質内の各点で発生するシグナル光が強めあうことが条件として必要である。この条件は、以下の数式(6)で表わされ、位相整合条件と呼ばれる。
さらに、非線形光学効果による位相変調が生じるため、位相整合条件は以下の数式(7)のように表わすことができる。
ここで、ω1=ω2とした場合、すなわち入射するポンプパルス光の波長が一つの場合は縮退四光波混合と呼ばれ、その場合でも光パラメトリック効果は起こり、数式(7)を書きなおすと、以下の数式(8)となる。
ポンプパルス光のみを媒質に入力した場合でも、ω3及びω4の光角周波数を有するレーザー光を発生させることができる(光パラメトリック発生、Optical Parametric Generator;OPG)。 Even when only pump pulsed light is input to the medium, laser light having optical angular frequencies of ω 3 and ω 4 can be generated (optical parametric generation, Optical Parametric Generator; OPG).
また、縮退四光波混合においても、ω1の光角周波数を有するポンプパルス光と同時にω3の光角周波数を有するシグナル光を入射した場合、ω1の光角周波数を有する光からω3の光角周波数を有する光へエネルギー遷移が生じる。このような現象を用いた光増幅器は、光パラメトリック増幅器(Optical Parametric Amplifier;OPA)と呼ばれる。シグナル光に代えてω4の光角周波数を有するアイドラー光を入射した場合も同様のエネルギー遷移が生じる。 Also in degenerate four-wave mixing, the omega 1 simultaneously omega 3 and the pump pulse light having optical angular frequency when incident signal light having an optical angular frequency, the light having an optical angular frequency of omega 1 of omega 3 An energy transition occurs to light with an angular frequency. An optical amplifier using such a phenomenon is called an optical parametric amplifier (OPA). A similar energy transition occurs when idler light having an optical angular frequency of ω 4 is incident instead of the signal light.
さらに、OPAを利得として共振器を構成することでパラメトリック光を増幅して発振させることが可能である。このような共振器は、光パラメトリック共振器(Optical Parametric Oscillator;OPO)と呼ばれる。 Further, by forming a resonator with OPA as a gain, it is possible to amplify and oscillate the parametric light. Such a resonator is called an optical parametric oscillator (OPO).
また、パラメトリック利得スペクトルは、以下の数式(9)で表わされる(“Fiber Optical Parametric Amplifiers, Oscillators and Related Devices”, Michel E. Marhic, Cambridge university press)。
ここで、gは以下の数式(10)で表わされる。
Lは光導波路の長さである。また、γは光導波路の非線形係数を表し、光導波路を構成する媒質の非線形屈折率n2、光角周波数ω、光導波路のコア径Aeffにより決定される。 L is the length of the optical waveguide. Further, γ represents the non-linear coefficient of the optical waveguide, and is determined by the non-linear refractive index n 2 of the medium constituting the optical waveguide, the optical angular frequency ω, and the core diameter A eff of the optical waveguide.
数式(9)及び(10)より、以下の数式(11)が導かれる。
パラメトリック利得スペクトルの中心光周波数は以下の数式(12)を満たす。
Δβは数式(6)より計算される。以下では、Δω=|ω3−ω1|=|ω4−ω1|とする。偏光軸が同一の場合には、数式(6)は、以下の数式(13)となる。
本発明では、位相整合条件を、ポンプパルス光と信号光(又はアイドラー光)とで偏光軸が直交している場合にまで拡張した。偏光軸が直交している場合には、以下の数式(14)となる。
ここで、P及びSは、光導波路の伝搬定数の異なる伝搬軸を表わしている。偏波保持特性を有する偏波保持光ファイバーであれば、伝搬定数の異なる伝搬軸として、Fast軸(進相軸)及びSlow軸(遅相軸)の二軸を有している。P及びSの組合せは、PがFast軸、SがSlow軸の組合せでもよいし、PがSlow軸、SがFast軸の組合せでもよい。 Here, P and S represent propagation axes having different propagation constants of the optical waveguide. A polarization-holding optical fiber having polarization-holding characteristics has two axes, a Fast axis (phase advance axis) and a Slow axis (slow phase axis), as propagation axes having different propagation constants. The combination of P and S may be a combination of P being the Fast axis and S being the Slow axis, or P being the combination of the Slow axis and S being the combination of the Fast axis.
数式(12)及び数式(14)より、0次の分散の項である2(βP(ω1)−βS(ω1))によるパラメトリック利得の波長帯域の拡張が可能であることが分かった。このことは、非特許文献2で代表されるような光パラメトリック効果を用いた波長変換光源では示されたことはなかった。そこで、本発明では、パラメトリック利得を与えるポンプパルス光と、ポンプパルス光とは波長が異なりパラメトリック利得を受ける信号パルス光を、伝搬定数が異なる2つの伝搬軸にそれぞれ入射する。これにより、本発明では、パラメトリック利得波長帯域を変えることが可能となる。このように、ポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を制御することで、広帯域なパラメトリック利得波長帯域を得ることができる。したがって、本発明によれば、光源装置において、波長可変帯域の広帯域化を実現することができる。
From equations (12) and (14), it is found that the wavelength band of parametric gain can be extended by 2 (β P (ω 1 ) -β S (ω 1 )), which is a term of variance of the 0th order. It was. This has never been shown in a wavelength conversion light source using an optical parametric effect as represented by
また、パルス光を用いたパラメトリック増幅では、ω1の光角周波数を有する光とω3(又はω4)の光角周波数を有する光が時間的に重なっていなければならない。ω1の光角周波数を有するポンプパルス光とω3の光角周波数を有する信号光(又はω4の光角周波数を有するアイドラー光)の両方がパルス光である場合には、分散により伝搬速度が異なるため、重なり合っている長さ(時間)は限られている。これをウォークオフ長と呼ぶ。本発明では、上記のように、パラメトリック利得を与えるポンプパルス光と、ポンプパルス光とは波長が異なりパラメトリック利得を受ける信号パルス光を、伝搬定数が異なる伝搬軸にそれぞれ入射する。そしてさらに、群速度が一致し、かつパラメトリック利得波長が対応するポンプパルス光と信号パルス光とを組み合わせる。このことで、ポンプパルス光のパラメトリック利得を大きくできるパルス光の強度の高い状態で重ね合わせたまま伝搬させ、信号パルス光へのエネルギー変換を大きくできる。本発明では、複屈折軸の違いによって伝搬速度を一致させて相互作用長を延ばすことで、光パラメトリック効果によってポンプパルス光とは異なる波長を有する信号パルス光(またはアイドラーパルス光)を高出力化することが可能となる。したがって、本発明によれば、光源装置において、光出力の高出力化を実現することができる。 Further, in parametric amplification using pulsed light, light having an optical angular frequency of ω 1 and light having an optical angular frequency of ω 3 (or ω 4 ) must overlap in time. When both the pump pulsed light having an optical angular frequency of ω 1 and the signal light having an optical angular frequency of ω 3 (or the idler light having an optical angular frequency of ω 4 ) are pulsed lights, the propagation velocity is due to dispersion. The overlapping lengths (time) are limited because they are different. This is called the walkoff length. In the present invention, as described above, the pump pulse light that gives the parametric gain and the signal pulse light that receives the parametric gain with different wavelengths from the pump pulse light are incident on the propagation axes having different propagation constants. Further, the pump pulse light and the signal pulse light having the same group velocity and the corresponding parametric gain wavelength are combined. As a result, the parametric gain of the pump pulsed light can be increased, and the pulsed light can be propagated in a state of high intensity while being superimposed, and the energy conversion to the signal pulsed light can be increased. In the present invention, the propagation speed is matched by the difference in the birefringence axis to extend the interaction length, so that the signal pulsed light (or idler pulsed light) having a wavelength different from that of the pump pulsed light is increased in output by the optical parametric effect. It becomes possible to do. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a high light output in the light source device.
なお、信号パルス光に代えてアイドラーパルス光を用いた場合も、信号パルス光の場合と同様にして、光源装置において、波長可変帯域の広帯域化及び光出力の高出力化を実現することができる。 Even when idler pulsed light is used instead of signal pulsed light, it is possible to realize a wider band of the variable wavelength band and higher light output in the light source device in the same manner as in the case of signal pulsed light. ..
一般的に、非線形波長変換技術では、パルス光を用いることで高いエネルギー密度が得られ、高い非線形光学効果を得る。また、ポンプとなるポンプパルス光と、波長変換されエネルギーを受ける信号パルス光との相互作用長が長いほど、非線形光学効果が大きくなる。光ファイバーを用いた非線形波長変換技術では、光ファイバー長によって相互作用長を長くとることが可能となる。しかし、光ファイバーが有する波長分散によって、波長の異なるポンプパルス光と信号パルス光の伝搬速度が異なり、伝搬するほどにパルス光のピーク位置がずれてしまい、結果として相互作用長が限定されてしまう。 In general, in the nonlinear wavelength conversion technique, a high energy density is obtained by using pulsed light, and a high nonlinear optical effect is obtained. Further, the longer the interaction length between the pump pulse light serving as a pump and the signal pulse light that receives energy after wavelength conversion, the greater the nonlinear optical effect. In the nonlinear wavelength conversion technology using an optical fiber, the interaction length can be lengthened by the length of the optical fiber. However, due to the wavelength dispersion of the optical fiber, the propagation speeds of the pump pulse light and the signal pulse light having different wavelengths are different, and the peak position of the pulsed light shifts as it propagates, and as a result, the interaction length is limited.
そこで、非特許文献1では、複屈折特性を有する光ファイバーを用いることで、相互作用長を長くし、非線形光学効果を大きくしている。また、非特許文献1では、ソリトンシフトを利用して、ポンプパルス光と信号パルス光の波長を長波長へシフトしている。このような非特許文献1では、相互位相変調(Cross phase modulation;XPM)を積極的に利用することで、パルストラッピングという現象を引き起こしている。非特許文献1で生じるパルストラッピングは、エネルギーを与えるポンプパルス光がソリトン伝搬する。そのような場合、ポンプパルス光は、以下の数式(15)で与えられるソリトン次数Nが0.5<N<1.5の範囲となるようなパルス形状で入射される。
ここで、γは非線形係数を表し、光導波路を構成する媒質の非線形屈折率n2、光角周波数ω、光導波路のコア径Aeffにより決定される。P0はパルス光のピーク強度、TFWHMはパルス光の時間の半値全幅、β2はパルス光の中心波長に対する光導波路の二次の波長分散値を表わす。また、光導波路は異常分散特性を有する。つまり、β2は負の値である。 Here, γ represents a non-linear coefficient, which is determined by the non-linear refractive index n 2 of the medium constituting the optical waveguide, the optical angular frequency ω, and the core diameter A eff of the optical waveguide. P 0 represents the peak intensity of the pulsed light, TFWHM represents the full width at half maximum of the pulsed light time, and β 2 represents the secondary wavelength dispersion value of the optical waveguide with respect to the central wavelength of the pulsed light. In addition, the optical waveguide has anomalous dispersion characteristics. That is, β 2 is a negative value.
ソリトン伝搬は、異常分散と、非線形光学効果の一つである自己位相変調(Self−phase modulation;SPM)とのつり合いで生じる。具体的には、まず、異常分散によってパルス光内の長波長成分がパルス光の後方へ、短波長がパルス光の前方へ位相がずれる現象がある。一方、SPMによってパルス光の前方部が長波長化、後方部が短波長化する現象があり、これは見掛け上正常分散を与えているといえる。この二つの現象がつり合い、パルス光がその形を維持して伝搬することをソリトン伝搬という。 Soliton propagation occurs by balancing anomalous dispersion with self-phase modulation (SPM), which is one of the nonlinear optical effects. Specifically, first, there is a phenomenon in which the long wavelength component in the pulsed light is shifted to the rear of the pulsed light and the short wavelength is shifted to the front of the pulsed light due to the anomalous dispersion. On the other hand, there is a phenomenon that the front part of the pulsed light has a longer wavelength and the rear part has a shorter wavelength due to SPM, and it can be said that this apparently gives normal dispersion. When these two phenomena are balanced and the pulsed light propagates while maintaining its shape, it is called soliton propagation.
また、パルストラッピングでは、信号パルス光はXPMによってポンプパルス光に捉えられる。具体的には、まず、信号パルス光が、異なる複屈折軸間で群速度が一致する波長よりもわずかに長波長にあるとする。そのような場合、光導波路は異常分散を有するので、信号パルス光は、ポンプパルス光よりも遅れて伝搬することになる。すると、信号パルス光は、ポンプパルス光の後方部に位置することとなる。このため、信号パルス光は、XPMにより短波長化して伝搬速度が速くなり、その結果、ポンプパルス光に追いつく。一方、信号パルス光が、異なる複屈折軸間で群速度が一致する波長よりもわずかに短波長にあるとする。そのような場合、光導波路は異常分散を有するので、信号パルス光は、ポンプパルス光よりも速く伝搬することになる。すると、信号パルス光は、ポンプパルス光の前方部に位置することとなる。このため、信号パルス光は、XPMにより長波長化して伝搬速度が遅くなり、その結果、ポンプパルス光に追いつかれる。このような現象が引き続き起きることで、信号パルス光は、常にポンプパルス光に捉われ続けることとなる。 Further, in pulse trapping, the signal pulsed light is captured by the XPM as the pump pulsed light. Specifically, first, it is assumed that the signal pulsed light has a wavelength slightly longer than the wavelength at which the group velocities match between different birefringence axes. In such a case, since the optical waveguide has anomalous dispersion, the signal pulsed light propagates later than the pump pulsed light. Then, the signal pulsed light is located behind the pump pulsed light. Therefore, the signal pulsed light has a shorter wavelength due to XPM and a faster propagation speed, and as a result, catches up with the pump pulsed light. On the other hand, it is assumed that the signal pulsed light has a wavelength slightly shorter than the wavelength at which the group velocities match between different birefringence axes. In such a case, the optical waveguide has anomalous dispersion, so that the signal pulsed light propagates faster than the pump pulsed light. Then, the signal pulsed light is located in front of the pump pulsed light. Therefore, the signal pulsed light has a longer wavelength due to XPM and the propagation speed becomes slower, and as a result, it can catch up with the pump pulsed light. When such a phenomenon continues to occur, the signal pulsed light is always captured by the pump pulsed light.
さらに、非特許文献1では、ソリトン自己周波数シフトと呼ばれる現象により、ポンプパルス光の中心波長が長波長化する。これは、ポンプパルス光内でラマン効果が起こり、ポンプパルス光自身の中で短波長成分から長波長成分へエネルギーが遷移することで生じる。このことに伴い、信号パルス光も、ポンプパルス光に捉われ続けながら長波長化する。また、ラマン効果によりポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移し、その結果、ポンプパルス光強度が下がり、信号パルス光強度が上がる。
Further, in
非特許文献1に記載された技術を波長可変光源に用いる場合、出力波長の制御は、以下の方法が挙げられる。
When the technique described in
まず、入力するポンプパルス光のエネルギーを変えることが挙げられる。
ポンプパルス光のエネルギーを変えることで、一定の光導波路中で生じるラマン効果による短波長成分から長波長成分へのエネルギーシフト量が変化し、その結果、出力波長が変化する。
The first is to change the energy of the input pump pulse light.
By changing the energy of the pump pulse light, the amount of energy shift from the short wavelength component to the long wavelength component due to the Raman effect generated in a constant optical waveguide changes, and as a result, the output wavelength changes.
また、光導波路の長さを変えることが挙げられる。
ラマン効果によるソリトン自己周波数シフトは、光導波路長が長いほどシフト量が大きくなる。したがって、光導波路の長さに応じてシフト量が変化し、その結果、出力波長が変化する。
Another example is to change the length of the optical waveguide.
The soliton self-frequency shift due to the Raman effect increases as the optical waveguide length increases. Therefore, the shift amount changes according to the length of the optical waveguide, and as a result, the output wavelength changes.
また、入力するポンプパルス光と信号パルス光の波長を変えることが挙げられる。
ラマン効果による周波数シフト量は、ある一定の長さの光導波路中では、大きくは異ならないが波長によってわずかに異なる。そのため、入力波長に応じて出力波長も変化する。
Another example is to change the wavelengths of the input pump pulse light and the signal pulse light.
The amount of frequency shift due to the Raman effect does not differ greatly in an optical waveguide of a certain length, but slightly differs depending on the wavelength. Therefore, the output wavelength also changes according to the input wavelength.
しかしながら、ソリトンパルス光であるポンプパルス光を用いる非特許文献1では、上述のようにポンプパルス光のパワーが限定されていた。具体的には、非特許文献1のようなソリトン伝搬を用いたパルストラッピング技術を用いる場合、入射するパルス光は光導波路の異常分散領域である必要があり、かつ、ソリトン次数Nが0.5<N<1.5である必要があった。パルスエネルギーをEpとし、パルス形状をSech2型とすると、ピーク強度P0は、おおよそEp/TFWHMとなる。数式(15)にP0=Ep/TFWHMを代入し、0.5<N<1.5の条件を考えると、Ep・TFWHMについて、以下の数式(16−1)で表わされる範囲が得られる。
なお、本発明において、ポンプパルス光は、上記のようにパルスエネルギー及び時間幅が限定されないものであることが好ましく、具体的には以下の数式(16−2)を満たすものであることが好ましい。
ただし、上記数式(16−2)中、γは非線形光導波路の非線形係数、TFWHMはポンプパルス光のパルス時間幅、Epはポンプパルス光のパルスエネルギー、β2は非線形光導波路の二次の分散である。 However, in the above formula (16-2), γ is the non-linear coefficient of the non-linear optical waveguide, TFWHM is the pulse time width of the pump pulse light, E p is the pulse energy of the pump pulse light, and β 2 is the secondary of the non-linear optical waveguide. Is the dispersion of.
一方で、例えば非特許文献2に記載されるような光パラメトリック波長変換技術では、ポンプパルス光と信号パルス光(又はアイドラーパルス光)とを同時に非線形ファイバーに入射する。その時、光パラメトリック効果によってポンプパルス光から信号パルス光(又はアイドラーパルス光)へエネルギーが遷移し、信号パルス光(又はアイドラーパルス光)が増幅されて出力される。非特許文献2では、ポンプパルス光、又は信号パルス光(若しくはアイドラーパルス光)の中心波長や共振器長を変化させることで出力される波長を制御する。非特許文献2で代表される光パラメトリック波長変換技術では、光パラメトリック増幅での出力光強度を高めるために、これまではポンプパルス光の強度を大きくしていた。また、信号パルス光(又はアイドラーパルス光)のスペクトル形状を保つために、XPMを抑制する必要があった。
On the other hand, in an optical parametric wavelength conversion technique as described in
このように、光パラメトリック波長変換技術では、XPMを抑制するため、上記で説明したようなパルストラッピングを生じることは困難となる。また、XPMを抑制するために、ポンプパルス光の時間幅を大きくしなければならない。さらに、位相整合条件を満足するために、ポンプパルス光の波長がゼロ分散波長付近となるような光導波路が用いられており、|β2|が非常に小さい。つまり、パラメトリック利得を用いた波長変換では、高出力化のために、ソリトン次数Nが1.5を大きく超えるようなポンプパルス光を入力する必要がある。したがって、高出力なパラメトリック利得を得ることと、非特許文献1のようなパルストラッピングとを組み合わせることは困難である。
As described above, in the optical parametric wavelength conversion technique, since XPM is suppressed, it becomes difficult to generate pulse trapping as described above. Further, in order to suppress XPM, the time width of the pump pulse light must be increased. Further, in order to satisfy the phase matching condition, an optical waveguide in which the wavelength of the pump pulse light is near the zero dispersion wavelength is used, and | β 2 | is very small. That is, in the wavelength conversion using the parametric gain, it is necessary to input the pump pulse light such that the soliton order N greatly exceeds 1.5 in order to increase the output. Therefore, it is difficult to combine high-output parametric gain with pulse trapping as in
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、実施形態の説明では、同様の構成要素については、適宜、同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the description of the embodiment, the same components will be appropriately designated with the same reference numerals, and the description will be omitted or simplified.
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態による光源装置について図2乃至図4を用いて説明する。図2は、第1の実施形態による光源装置を説明する図である。図3は、第1の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。図4は、第1の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。
[First Embodiment]
The light source device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 is a diagram illustrating a light source device according to the first embodiment. FIG. 3 is a graph showing an effective refractive index curve of the nonlinear optical waveguide used in the light source device according to the first embodiment. FIG. 4 is a graph showing the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength in the light source device according to the first embodiment.
第1の実施形態による光源装置は、OPAを構成するものである。第1の実施形態による光源装置は、図2に示すように、ポンプパルス光を出力するポンプパルス光源201と、信号パルス光を出力する信号パルス光源209とを有している。また、第1の実施形態による光源装置は、入力端としての2つの入力ポート及び出力端としての1つの出力ポートを有する光合波器207と、非線形光導波路208とを有している。
The light source device according to the first embodiment constitutes OPA. As shown in FIG. 2, the light source device according to the first embodiment includes a pump pulse
ポンプパルス光源201は、出力したポンプパルス光が光合波器207に入力されるように、光合波器207の一方の入力ポートに光学的に接続されている。また、信号パルス光源209は、出力した信号パルス光が光合波器207に入力されるように、光合波器207の他方の入力ポートに光学的に接続されている。また、光合波器207の出力ポートには、光合波器207により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光が非線形光導波路208に入力されるように、非線形光導波路208の一端が光学的に接続されている。非線形光導波路208の他端は、光源装置の出力光となる光が出力される出力端になっている。
The pump pulse
ポンプパルス光源201は、波長可変光源であり、中心波長が1020nm〜1080nmまで波長可変であり、平均パワー5W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が1psのポンプパルス光210を出力する。ポンプパルス光源201は、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザー202、光ファイバー増幅器203、高非線形光ファイバー204、波長フィルター205、及び光ファイバー増幅器206を有している。
The pump pulse
モードロックファイバーレーザー202の出力端は、光ファイバー増幅器203の入力端に光学的に接続されている。光ファイバー増幅器203の出力端は、高非線形光ファイバー204の一端に光学的に接続されている。高非線形光ファイバー204の他端は、波長フィルター205を介して、光ファイバー増幅器206の入力端に接続されている。光ファイバー増幅器206の出力端は、ポンプパルス光源201の出力光であるポンプパルス光が出力される出力端になっている。
The output end of the mode
ポンプパルス光源201において、モードロックファイバーレーザー202から出力された光は、光ファイバー増幅器203によって増幅されて高出力化される。光ファイバー増幅器203により高出力化された光は、高非線形光ファイバー204によって広帯域化される。そして、波長フィルター205による切り出しにより、高非線形光ファイバー204により広帯域化された光から所定の波長範囲の光が切り出される。波長フィルター205により切り出された光は、光ファイバー増幅器206によって増幅されて高出力化された後、ポンプパルス光210として出力される。ポンプパルス光源201は、ポンプパルス光210の波長を変えることができる波長可変光源として構成されている。
In the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源201は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源201は、その他のファイバーレーザーから生成された光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。また、光ファイバー増幅器206は、光合波器207と非線形光導波路208との間の非線形光導波路208の直前に設けられていても良い。このことで、光ファイバー増幅器206から非線形光導波路208までの間にある光導波路内での非線形光学効果によるポンプパルス光の波形歪みを抑制できる。
However, the pump pulse
信号パルス光源209は、665nm〜775nmの信号パルス光211を出力するものである。信号パルス光源209の構成は、特に限定されるものではないが、例えば後述するようにして665nm〜775nmの信号パルス光211を生成する。
The signal pulse
光合波器207は、光合波部として機能し、ポンプパルス光210が入力される第1の入力ポート及び信号パルス光211が入力される第2の入力ポートを有している。また、光合波器207は、出力ポートを有している。光合波器207は、第1の入力ポートに入力されたポンプパルス光と第2の入力ポートに入力された信号パルス光とを合波して出力ポートから出力し、合波したポンプパルス光及び信号パルス光を非線形光導波路208に入力するように構成されている。光合波器207としては、例えば、偏波ビームコンバイナが用いられている。なお、光合波器207は、偏波ビームコンバイナに限定されるものではなく、ファイバーカプラーや波長分割多重カプラー(WDM(Wavelength Division Multiplexing)カプラー)であっても良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。
The
非線形光導波路208は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路であり、具体的には、偏波保持特性を有する偏波保持フォトニック結晶ファイバー(LMA−PM−5、NKT Photonics)が用いられている。非線形光導波路208では、光パラメトリック効果によってポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが移動する。
The nonlinear
このように、第1の実施形態では、パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208として偏波保持フォトニック結晶ファイバー(LMA−PM−5、NKT Photonics)を用いた。光導波路の分散特性は、データシートにより知ることができる。しかし、2次の分散よりも低次の分散については知ることが難しい。本発明では、以下の方法で0次の分散及び1次の分散を見積もった。また、各軸に沿った分散特性は、実際に測定することでも知ることができる。
Thus, in the first embodiment, a polarization-maintaining photonic crystal fiber (LMA-PM-5, NKT Photonics) was used as the nonlinear
まず、1次の分散特性は、セルマイアの多項式近似を用いて、以下の数式(17)で近似できる。
ここでλは波長であり、単位はμmである。A、B、C、Dは、それぞれ定数である。上記数式(17)を一回微分すると、二次の分散は以下の数式(18)となる。
ここでcは真空中の光速である。また、数式(17)を積分すると、以下の数式(19)を得る。式(19)中のFは定数である。
また、分散特性Disとβ2は、以下の数式(20)で示される関係がある。
Further, the dispersion characteristics Dis and β 2 have a relationship shown by the following mathematical formula (20).
データシートより読み取った分散特性Disから数式(20)を用いてβ2のデータを取得し、最小二乗法によってフィッティングすることで、A、B、D、Eを求めた。 From the dispersion characteristic D IS read from the data sheet using equation (20) obtains the beta 2 data, by fitting the least squares method, were determined A, B, D, and E.
次に、屈折率についてのセルマイアの近似多項式である以下の数式(21)を用いて、光ファイバーの材料に依存した屈折率を求めた。
Next, the refractive index depending on the material of the optical fiber was obtained by using the following mathematical formula (21), which is an approximate polynomial of Sermia for the refractive index.
光ファイバーのコア部を伝搬する光は、エヴァネッセント波に見られるように、クラッド部に一部しみ出しながら伝搬していると考えられる。用いている光導波路はフォトニック結晶ファイバーであるので、クラッド部が空気である。光ファイバーに用いられているガラスの屈折率はおよそ1.45であり、空気は1である。一般的に、フォトニック結晶ファイバーの有効屈折率は、コアの屈折率に対して1%程度下がる。そこで、数式(21)を用いて計算された屈折率から1%だけ減じた屈折率を有効屈折率として、ある波長λ1とλ2について有効屈折率を求めた。屈折率と分散の関係は数式(1)で表わされるので、ある波長λ1とλ2について、CとFの数式が得られ、連立方程数式を解くことでCとFを求めた。こうして、Fast軸について有効屈折率曲線を求めた。 It is considered that the light propagating in the core portion of the optical fiber propagates while partially exuding into the clad portion, as seen in the evanescent wave. Since the optical waveguide used is a photonic crystal fiber, the clad portion is air. The refractive index of the glass used for the optical fiber is about 1.45, and the air is 1. Generally, the effective refractive index of the photonic crystal fiber is reduced by about 1% with respect to the refractive index of the core. Therefore, the effective refractive index was obtained for certain wavelengths λ 1 and λ 2 by using the refractive index obtained by subtracting 1% from the refractive index calculated using the mathematical formula (21) as the effective refractive index. Since the relationship between the refractive index and the dispersion is expressed by the mathematical formula (1), the mathematical formulas C and F are obtained for certain wavelengths λ 1 and λ 2 , and C and F are obtained by solving the simultaneous equations. In this way, the effective refractive index curve was obtained for the Fast axis.
Slow軸については、データシートにFast軸とSlow軸との屈折率差を示すBirefringence(Δn)の値が示されており、上述した方法で求めた有効屈折率曲線にΔnを足すことで求めた。 Regarding the Slow axis, the data sheet shows the value of Birefringence (Δn) indicating the difference in refractive index between the Fast axis and the Slow axis, and it was obtained by adding Δn to the effective refractive index curve obtained by the above method. ..
こうして偏波保持フォトニック結晶ファイバーのFast軸及びSlow軸のそれぞれについて求めた有効屈折率曲線を図3に示す。 FIG. 3 shows the effective refractive index curves obtained for each of the Fast axis and the Slow axis of the polarization-maintaining photonic crystal fiber.
上記第1の実施形態による光源装置では、次のようにして短波長へ拡大した光パラメトリック増幅を行って光出力の高出力化を実現することができる。 In the light source device according to the first embodiment, it is possible to increase the optical output by performing optical parametric amplification expanded to a short wavelength as follows.
ポンプパルス光源101から出力されたポンプパルス光210は、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207の第1の入力ポートに入力される。さらに、光合波器207に入力されたポンプパルス光210は、光合波器207の出力ポートから出力され、偏波保持フォトニック結晶ファイバーである非線形光導波路208のSlow軸を伝搬するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light 210 output from the pump pulse
こうして、ポンプパルス光源101により、ポンプパルス光210を1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路208に入力する。
In this way, the pump pulse
図4に示すように、ポンプパルス光210と信号パルス光211とが同一軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ680nm〜820nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光210がSlow軸を伝搬し、信号パルス光211がFast軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ665nm〜775nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を短波長側へ拡張することが可能となる。
As shown in FIG. 4, when the
そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の第2の入力ポートに、中心波長が665nm〜775nmの信号パルス光211をポンプパルス光210と同期して入力する。信号パルス光211は、信号パルス光源209より出力される。
Therefore, in the present embodiment, the
信号パルス光211は以下によって生成した。Erファイバーレーザー出力である1550nmのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで1300nm〜1550nmをカバーするように広帯域化した。そして、周期的分極反転ニオブ酸リチウム(Periodically Poled Lithium Niobate;PPLN)によって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて中心波長が665nm〜775nmの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。 The signal pulsed light 211 was generated by: A pulsed light of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, was incident on an optical waveguide having high non-linearity to widen the band so as to cover 1300 nm to 1550 nm. Then, the wavelength was converted by periodic polarization inversion lithium niobate (PPLN). Further, a wavelength filter was used to obtain signal pulsed light having a center wavelength of 665 nm to 775 nm. However, the signal pulsed light is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
光合波器207に入力された信号パルス光211は、ポンプパルス光210と合波されて光合波器207の出力ポートから出力され、非線形光導波路208のFast軸を伝搬するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The signal pulsed light 211 input to the
こうして、本実施形態により、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路208の他端からは、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。
In this way, according to the present embodiment, it is possible to perform optical parametric amplification expanded to the short wavelength side. From the other end of the nonlinear
なお、光源装置の出力端である非線形光導波路208の他端に、光合波器207として用いた第1の偏波ビームコンバイナとは別に、第2の偏波ビームコンバイナを偏波ビームスプリッタとして用いるために接続しても良い。第2の偏波ビームコンバイナによって、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。このことで、非線形光導波路208以外で生じるXPMの影響を低減し又は除去することが可能となり、パラメトリック利得で生じる光の歪みを抑制できる。
A second polarization beam combiner is used as a polarization beam splitter at the other end of the nonlinear
また、第1及び第2の偏波ビームコンバイナは、ファイバーカプラーやWDMカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。 Further, the first and second polarization beam combiners may be fiber couplers or WDM couplers. Alternatively, a spatial optical system using a polarization beam splitter or a dichroic mirror may be used. This makes it possible to reduce the wavelength-dependent characteristics of the polarization beam combiner.
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態による光源装置について図5を用いて説明する。図5は、第2実施形態による光源装置を説明する図である。
[Second Embodiment]
The light source device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a light source device according to the second embodiment.
第2の実施形態による光源装置は、OPOを構成するものである。第2の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第1の実施形態と同じものを用いた。
The light source device according to the second embodiment constitutes an OPO. In the light source device according to the second embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。第2の偏波ビームコンバイナは、第1の偏波ビームコンバイナと逆向きに接続されており、これにより偏波ビームスプリッタとして働く。光分離器401は、光分離部として機能し、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光406と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。光分離器401の第1の出力ポートからはパラメトリック利得で生じた光が出力される。光分離器401の第2の出力ポートからは、残ポンプパルス光406が出力される。
The other end, which is the output end of the nonlinear
光分離器401の第1の出力ポートには、光ファイバーカプラーである光取り出し器402が光学的に接続されている。パラメトリック利得で生じた光は、光取り出し部として機能する光取り出し器402によって、出力光405として一部が取り出される。出力光405は、光取り出し器402の第1の出力ポートから出力される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、光取り出し器402の第2の出力ポートから出力され、信号パルス光403として第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207の第2の入力ポートに入力される。光取り出し器402の第2の出力ポートは、光合波器207の第2の入力ポートに光学的に接続されている。
An
光取り出し器402と光合波器207との間には、光遅延器404が挿入されている。光遅延器404は、光合波器207の入力ポートに入力する信号パルス光を遅延させることができ、その信号パルス光の遅延時間を調整することができる。光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光210とパラメトリック利得で生じた信号パルス光403とをタイミングを合わせて同期して重ねる。タイミングを合わせて重ねられたポンプパルス光210と信号パルス光403とは、光合波器207により合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。
An
なお、ポンプパルス光源201から出力されるポンプパルス光の繰返し周波数と、本実施形態で構成した共振器の共振周波数が一致するように共振器の長さが調整されている場合には、光遅延器404を設けなくても良い。あるいは、ポンプパルス光の繰返し周波数を調整して、本実施形態で構成する共振器の共振周波数と合わせる構成とすれば、光遅延器404を設けなくても良い。これは、例えば、モードロックファイバーレーザー202内に光遅延器を設けて光路長を調整する、あるいは、CW光を強度変調することでポンプパルス光を生成する場合には、変調周波数を調整することで実現できる。
When the length of the resonator is adjusted so that the repetition frequency of the pump pulse light output from the pump pulse
ここで、光合波器207として用いた第1の偏波ビームコンバイナ、及び光分離器401として用いた第2の偏波ビームコンバイナは、光ファイバーカプラーやWDMカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。
Here, the first polarization beam combiner used as the
また、第1の実施形態と同様に、非線形光導波路208の直前に光ファイバー増幅器等の光増幅器を配置し、共振器内にポンプパルス光を増幅する機構を設けても良い。このことで、高出力なポンプパルス光がポンプパルス光源から非線形光導波路までの間で受ける非線形光学効果を低減し、ポンプパルス光の波形歪みを抑制することができる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。
Further, as in the first embodiment, an optical amplifier such as an optical fiber amplifier may be arranged immediately before the nonlinear
According to this embodiment, a resonator is configured, and a tunable output with a high output and a short wavelength can be obtained.
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態による光源装置について図6を用いて説明する。図6は、第3の実施形態における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のSlow軸と直交するFast軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。
[Third Embodiment]
The light source device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength in the third embodiment and the wavelength at which the pump pulse light wavelength and the group velocity match in the Fast axis orthogonal to the Slow axis of the optical waveguide. It is a graph.
第3の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源201及び信号パルス光源209が以下に述べるように第1の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第1の実施形態と同様に、偏波保持フォトニック結晶ファイバー(LMA−PM−5、NKT Photonics)が用いられている。
The light source device according to the third embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as in the first embodiment, but the pump pulse
第3の実施形態において、ポンプパルス光源201は、中心波長1150nm、平均パワー1W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が10psのパルス光を出力する。ポンプパルス光源201では、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、異常分散特性を有した高非線形光ファイバーによって長波長化する。
In the third embodiment, the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源201は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源201は、正常分散を有する高非線形光ファイバーによって広帯域化された光から1150nmの光を切り出して出力するものでも良い。その他のファイバーレーザーから光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。
However, the pump pulse
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、第1の実施形態と同様に、偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路208に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
上記第1の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のSlow軸と直交するFast軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図6に示す。中心波長1150nmのポンプパルス光をSlow軸に入力することで、Fast軸に中心波長950nmのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。 From the effective refractive index curve obtained in the first embodiment and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained. Further, on the Fast axis orthogonal to the Slow axis of the nonlinear optical waveguide, a wavelength having the same group velocity as the center wavelength of the input pump pulse light was obtained. A plot of them is shown in FIG. By inputting pump pulse light having a center wavelength of 1150 nm to the Slow axis, a parametric gain having a center wavelength of 950 nm can be obtained on the Fast axis, and the group velocities are the same.
本実施形態では、信号パルス光源209から、950nmの中心波長を有する信号パルス光が出力される。950nmの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路208に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
In the present embodiment, the signal pulse
信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器207によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路208では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路208では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。
The signal pulse light is synchronized with the pump pulse light, is combined with the pump pulse light by the
一方、位相整合条件より、ポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移する非線形光導波路208の長さが求められる。この長さを超えると、逆に信号パルス光からポンプパルス光へエネルギーが遷移する。本実施形態では、その長さはおよそ1mであり、ウォークオフに関係なく、ポンプパルス光及び信号パルス光をこの長さの非線形光導波路208に十分に伝搬させることができる。
On the other hand, from the phase matching condition, the length of the nonlinear
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態による光源装置について説明する。
第4の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第4の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第3の実施形態と同じものを用いた。
[Fourth Embodiment]
The light source device according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the fourth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the fourth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured and a high output wavelength conversion output can be obtained.
[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態による光源装置について図4を用いて説明する。図4は、第5の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。
[Fifth Embodiment]
The light source device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength in the light source device according to the fifth embodiment.
第5の実施形態による光源装置は、OPAを構成するものであり、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有している。光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第1の実施形態と同じ偏波保持フォトニック結晶ファイバー(LMA−PM−5、NKT Photonics)を用いた。ポンプパルス光源201は、第1の実施形態と同じ光源である。
The light source device according to the fifth embodiment constitutes OPA, and has the same configuration as shown in FIG. 2 as the first embodiment. As the nonlinear
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、光合波器207に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208の一端に入力される。ここで、第1の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
ここで、ポンプパルス光を1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合を考える。この場合、図4に示したように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一軸を伝搬すると、中心波長がおよそ680nm〜820nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がFast軸を伝搬し、信号パルス光がSlow軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ725nm〜1000nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を長波長側へ拡張することが可能となる。 Here, consider a case where the pump pulse light is input to the nonlinear optical waveguide by changing the center wavelength from 1020 nm to 80,000 nm. In this case, as shown in FIG. 4, when the pump pulse light and the signal pulse light propagate on the same axis, a parametric gain spectrum having a center wavelength of about 680 nm to 820 nm is obtained. On the other hand, when the pump pulse light propagates on the Fast axis, the signal pulse light propagates on the Slow axis, and both pulsed lights propagate at right angles as in the present embodiment, the parametric gain has a center wavelength of about 725 nm to 1000 nm. It is possible to obtain a spectrum. That is, the parametric gain wavelength band can be extended to the long wavelength side.
そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに、725nm〜1000nmの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源209より出力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse light of 725 nm to 1000 nm is input to another input port of the
信号パルス光は、以下によって生成した。Erファイバーレーザー出力である1550nmのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで1450nm〜2000nmをカバーするように広帯域化した。そして、PPLNによって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて725nm〜1000nmの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。 The signal pulsed light was generated by: A pulsed light of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, was incident on an optical waveguide having high non-linearity to widen the band so as to cover 1450 nm to 2000 nm. Then, the wavelength was converted by PPLN. Further, a wavelength filter was used to obtain signal pulsed light of 725 nm to 1000 nm. However, the signal pulsed light is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
光合波器207に入力された信号パルス光211は、ポンプパルス光210と合波されて光合波器207の出力ポートから出力され、非線形光導波路208のSlow軸を伝搬するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The signal pulsed light 211 input to the
こうして、本実施形態により、長波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路208の他端からは、長波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。
In this way, according to the present embodiment, it is possible to perform optical parametric amplification expanded to the long wavelength side. From the other end of the nonlinear
[第6の実施形態]
本発明の第6の実施形態による光源装置について説明する。
[Sixth Embodiment]
The light source device according to the sixth embodiment of the present invention will be described.
第6の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第6の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第5の実施形態と同じものを用いた。
The light source device according to the sixth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the sixth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ長波長で波長可変な波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a wavelength conversion output having a high output and a variable wavelength at a long wavelength can be obtained.
[第7の実施形態]
本発明の第7の実施形態による光源装置について図7を用いて説明する。図7は、第7の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のSlow軸と直交するFast軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。
[7th Embodiment]
The light source device according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows that the pump pulse light wavelength and the group velocity match in the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength and the Fast axis orthogonal to the Slow axis of the optical waveguide in the light source device according to the seventh embodiment. It is a graph which shows the wavelength.
第7の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源201及び信号パルス光源209が以下に述べるように第1の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第1の実施形態と同様に、偏波保持フォトニック結晶ファイバー(LMA−PM−5、NKT Photonics)が用いられている。
The light source device according to the seventh embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as in the first embodiment, but the pump pulse
第7の実施形態において、ポンプパルス光源201は、中心波長1150nm〜1300nm、平均パワー5.1W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が1psのパルス光を出力する。ポンプパルス光源201では、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化されたパルス光を、異常分散特性を有する高非線形光ファイバーに入力する。異常分散特性を有する高非線形光ファイバー内で、ソリトン自己周波数シフトが生じ、長波長側へシフトしたパルス光を得る。入力するパルス光の強度を変調することで、出力される波長が制御され、波長可変なポンプパルス光を得られる。
In the seventh embodiment, the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源は上述の構成に限定されるものではなく、正常分散を有する高非線形光ファイバーによって広帯域化された光から1150nm〜1300nmの光を切出しても良い。その他のファイバーレーザーから生成して増幅したものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。 However, the pump pulse light source is not limited to the above configuration, and light of 1150 nm to 1300 nm may be cut out from the light widened by a highly nonlinear optical fiber having a normal dispersion. It may be generated from another fiber laser and amplified. Alternatively, the output of the laser diode (LD) may be modulated and pulsed, or a mode lock laser other than a fiber laser may be used.
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路208に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
上記第1の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のFast軸と直交するSlow軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図7に示す。中心波長1150nm〜1300nmのポンプパルス光をFast軸に入力することで、Slow軸に中心波長1100nm〜1280nmのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。 From the effective refractive index curve obtained in the first embodiment and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained. Further, on the Slow axis orthogonal to the Fast axis of the nonlinear optical waveguide, a wavelength having the same group velocity as the center wavelength of the input pump pulse light was obtained. A plot of them is shown in FIG. By inputting pump pulse light having a center wavelength of 1150 nm to 1300 nm to the Fast axis, a parametric gain having a center wavelength of 1100 nm to 1280 nm can be obtained on the Slow axis, and the group velocities are the same.
本実施形態では、信号パルス光源209から、1100nm〜1280nmの中心波長を有する信号パルス光が出力される。1100nm〜1280nmの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路208に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。つまり、本実施形態では、第1の実施形態と異なり、偏波ビームコンバイナである光合波器207の入力ポートをポンプパルス光と信号パルス光とで入れ替えている。
In the present embodiment, the signal pulse
信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器207によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路208では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路208では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。
The signal pulse light is synchronized with the pump pulse light, is combined with the pump pulse light by the
一方、位相整合条件より、ポンプパルス光から信号パルス光へエネルギーが遷移する非線形光導波路208の長さが求められる。この長さを超えると、逆に信号パルス光からポンプパルス光へエネルギーが遷移する。本実施形態では、その長さはおよそ1mであり、ウォークオフに関係なく、ポンプパルス光及び信号パルス光をこの長さの非線形光導波路208に十分に伝搬させることができる。
On the other hand, from the phase matching condition, the length of the nonlinear
[第8の実施形態]
本発明の第8の実施形態による光源装置について説明する。
[8th Embodiment]
The light source device according to the eighth embodiment of the present invention will be described.
第8の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第8の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第7の実施形態と同じものを用いた。
The light source device according to the eighth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the eighth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear optical waveguide, is optically connected to the
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力で波長可変な波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a high output and wavelength tunable wavelength conversion output can be obtained.
[第9の実施形態]
本発明の第9の実施形態による光源装置について図8及び図9を用いて説明する。図8は、第9の実施形態による光源装置で用いた非線形光導波路の有効屈折率曲線を示すグラフである。図9は、第9の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。
[9th Embodiment]
The light source device according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a graph showing an effective refractive index curve of the nonlinear optical waveguide used in the light source device according to the ninth embodiment. FIG. 9 is a graph showing the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength in the light source device according to the ninth embodiment.
第9の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源201、信号パルス光源209、及び非線形光導波路208が以下に述べるように第1の実施形態とは異なっている。
The light source device according to the ninth embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as in the first embodiment, but has a pump pulse
第9の実施形態において、ポンプパルス光源201は、中心波長が1020nm〜1080nmまで波長可変であり、平均パワー10W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が0.8psのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源201では、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を変化させることで、波長可変出力を得る。そして、その出力を、Ybをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。
In the ninth embodiment, the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源201は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源201は、その他のファイバーレーザーから1060nmの光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Ybをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。
However, the pump pulse
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路208に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
本実施形態では、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208として、偏波保持特性を有する偏波保持フォトニック結晶ファイバー(PM−PCF、竹永勝宏、外4名、「広帯域偏波保持フォトニック結晶ファイバ」、フジクラ技報、株式会社フジクラ、2005年4月、No. 108、p.6−9)を用いた。光導波路の有効屈折率を図8に示す。有効屈折率の曲線に基づいて異なる複屈折軸での分散βを求めることができる。
In the present embodiment, as a nonlinear
有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を求めた。 From the effective refractive index curve and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain spectrum that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained.
ポンプパルス光は、1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路208に入力した。図9に示すように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一のSlow軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ700nm〜790nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がSlow軸を伝搬し、信号パルス光がFast軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、およそ695nm〜760nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を短波長側へ拡張することが可能となる。
The pump pulsed light was input to the nonlinear
そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに、中心波長が695nm〜760nmの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源209より出力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse light having a center wavelength of 695 nm to 760 nm is input to another input port of the
信号パルス光は、以下によって生成した。Erファイバーレーザー出力である中心波長1550nmのパルス光を、高非線形性を有する光導波路に入射することで1390nm〜1520nmをカバーするように広帯域化した。そして、PPLNによって波長変換した。さらに、波長フィルターを用いて中心波長が695nm〜760nmの信号パルス光を得た。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。 The signal pulsed light was generated by: A pulsed light having a center wavelength of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, was incident on an optical waveguide having high non-linearity to widen the band so as to cover 1390 nm to 1520 nm. Then, the wavelength was converted by PPLN. Further, a wavelength filter was used to obtain signal pulsed light having a center wavelength of 695 nm to 760 nm. However, the signal pulsed light is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
光合波器207に入力された信号パルス光は、ポンプパルス光210と合波されて光合波器207の出力ポートから出力され、非線形光導波路208のFast軸を伝搬するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The signal pulsed light input to the
こうして、本実施形態により、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅を行うことが可能である。非線形光導波路208の他端からは、短波長側へ拡大した光パラメトリック増幅によるパラメトリック利得で生じた光が出力光として出力される。
In this way, according to the present embodiment, it is possible to perform optical parametric amplification expanded to the short wavelength side. From the other end of the nonlinear
[第10の実施形態]
本発明の第10の実施形態による光源装置について説明する。
第10の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第10の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第9の実施形態と同じものを用いた。
[10th Embodiment]
The light source device according to the tenth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the tenth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the tenth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a tunable output with a high output and a short wavelength can be obtained.
[第11の実施形態]
本発明の第11の実施形態による光源装置について図10を用いて説明する。図10は、第11の実施形態による光源装置における、ポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長、及び、光導波路のSlow軸と直交するFast軸において、ポンプパルス光波長と群速度が一致する波長を示すグラフである。
[11th Embodiment]
The light source device according to the eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows that the pump pulse light wavelength and the group velocity match in the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength and the Fast axis orthogonal to the Slow axis of the optical waveguide in the light source device according to the eleventh embodiment. It is a graph which shows the wavelength.
第11の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源201及び信号パルス光源209が以下に述べるように第1の実施形態とは異なっている。なお、光パラメトリック増幅を生じる光導波路としては、第9の実施形態と同様の偏波保持フォトニック結晶ファイバー(PM−PCF)が用いられている。
The light source device according to the eleventh embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as in the first embodiment, but the pump pulse
第11の実施形態において、ポンプパルス光源201は、中心波長1060nm、平均パワー1W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が10psのパルス光を出力する。ポンプパルス光源201では、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を1060nmとした。そして、Ybをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。
In the eleventh embodiment, the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源201は、上述の構成に限定されるものではない。ポンプパルス光源201は、その他のファイバーレーザーから1060nmの光を生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Ybをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。
However, the pump pulse
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、ポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる光導波路である非線形光導波路208に入力される。ここで、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
上記第9の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のSlow軸と直交するFast軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。それらをプロットしたものを図10に示す。中心波長1060nmのポンプパルス光をSlow軸に入力することで、Fast軸に中心波長800nmのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致している。 From the effective refractive index curve obtained in the ninth embodiment and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained. Further, on the Fast axis orthogonal to the Slow axis of the nonlinear optical waveguide, a wavelength having the same group velocity as the center wavelength of the input pump pulse light was obtained. A plot of them is shown in FIG. By inputting the pump pulse light having a center wavelength of 1060 nm to the Slow axis, a parametric gain having a center wavelength of 800 nm can be obtained on the Fast axis, and the group velocities are the same.
そこで、本実施形態では、信号パルス光源209から、800nmの中心波長を有する信号パルス光が出力される。800nmの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路208に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse
信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器207によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路208では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路208では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。
The signal pulse light is synchronized with the pump pulse light, is combined with the pump pulse light by the
なお、信号パルス光である中心波長800nmの光は、Erファイバーレーザー出力である中心波長1550nmのパルス光を1600nmに波長シフトし、PPLNによって800nmに波長変換した光を用いた。ただし、中心波長800nmの光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。 As the signal pulsed light having a center wavelength of 800 nm, the pulsed light having a center wavelength of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, was wavelength-shifted to 1600 nm, and the wavelength was converted to 800 nm by PPLN. However, the light having a center wavelength of 800 nm is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、1060nmと800nmとでは、およそ1ps/mの群速度差がある。このため、この場合、10psのパルス幅のピーク付近(時間の半値全幅の1/10)では、1m程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、1m以上伝搬させることが可能となり、中心波長800nmの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。 When the pump pulse light and the signal pulse light have the same polarization axis, there is a group velocity difference of about 1 ps / m between 1060 nm and 800 nm. Therefore, in this case, in the vicinity of the peak of the pulse width of 10 ps (1/10 of the full width at half maximum of the time), the walk-off occurs at about 1 m. However, according to this embodiment, it is possible to propagate 1 m or more, and it is possible to greatly amplify the signal pulsed light having a center wavelength of 800 nm.
[第12の実施形態]
本発明の第12の実施形態による光源装置について説明する。
第12の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第12の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第11の実施形態と同じものを用いた。
[Twelfth Embodiment]
The light source device according to the twelfth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the twelfth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the twelfth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な800nmの波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a high output wavelength conversion output of 800 nm can be obtained.
[第13の実施形態]
本発明の第13の実施形態による光源装置について図9を用いて説明する。図9は、第13の実施形態による光源装置でのポンプパルス光波長に対するパラメトリック利得スペクトルの中心波長を示すグラフである。
[13th Embodiment]
The light source device according to the thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a graph showing the center wavelength of the parametric gain spectrum with respect to the pump pulse light wavelength in the light source device according to the thirteenth embodiment.
第13の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有している。ただし、ポンプパルス光源201としては、第9の実施形態で用いた光源と同様の光源を用いた。
また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第9の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。
The light source device according to the thirteenth embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as the first embodiment. However, as the pump pulse
Further, as the nonlinear
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、光合波器207に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208の一端に入力される。ここで、第1の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
ポンプパルス光は、1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した。図9に示すように、ポンプパルス光と信号パルス光とが同一のSlow軸を伝搬する場合、中心波長がおよそ700nm〜790nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得る。一方、本実施形態のようにポンプパルス光がFast軸を伝搬し、信号パルス光がSlow軸を伝搬して両パルス光が直交して伝搬する場合、中心波長がおよそ850nm〜960nmまでのパラメトリック利得スペクトルを得ることが可能となる。つまり、パラメトリック利得波長帯域を長波長側へ拡張することが可能となる。 The pump pulsed light was input to the nonlinear optical waveguide by changing the center wavelength from 1020 nm to 1080 nm. As shown in FIG. 9, when the pump pulse light and the signal pulse light propagate on the same Slow axis, a parametric gain spectrum having a center wavelength of about 700 nm to 790 nm is obtained. On the other hand, when the pump pulse light propagates on the Fast axis, the signal pulse light propagates on the Slow axis, and both pulsed lights propagate at right angles as in the present embodiment, the parametric gain has a center wavelength of about 850 nm to 960 nm. It is possible to obtain a spectrum. That is, the parametric gain wavelength band can be extended to the long wavelength side.
そこで、本実施形態では、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに、中心波長が850nm〜960nmの信号パルス光をポンプパルス光と同期して入力する。信号パルス光は、信号パルス光源209より出力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse light having a center wavelength of 850 nm to 960 nm is input to another input port of the
信号パルス光は、以下によって生成した。Erファイバーレーザー出力である中心波長1550nmのパルス光を、異常分散特性と高非線形性を有する光導波路に入射することで1700nm〜1920nmをカバーするように波長シフトするソリトン自己周波数光源を用いた。波長は、入力する中心波長1550nmのパルス光の強度で制御した。そして、PPLNによって850nm〜960nmの中心波長へ波長変換した。ただし、信号パルス光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。
本実施形態により、長波長側へ拡大したパラメトリック増幅を行うことが可能である。
The signal pulsed light was generated by: A soliton self-frequency light source was used, in which a pulsed light having a center wavelength of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, was incident on an optical waveguide having anomalous dispersion characteristics and high non-linearity to shift the wavelength so as to cover 1700 nm to 1920 nm. The wavelength was controlled by the intensity of the pulsed light having an input center wavelength of 1550 nm. Then, the wavelength was converted to a central wavelength of 850 nm to 960 nm by PPLN. However, the signal pulsed light is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
According to this embodiment, it is possible to perform parametric amplification expanded to the long wavelength side.
[第14の実施形態]
本発明の第14の実施形態による光源装置について説明する。
第14の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第14の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第13の実施形態と同じものを用いた。
[14th Embodiment]
The light source device according to the 14th embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the fourteenth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the 14th embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
Part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力かつ短波長で波長可変な波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a tunable output with a high output and a short wavelength can be obtained.
[第15の実施形態]
本発明の第15の実施形態による光源装置について説明する。
第15の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有している。ただし、ポンプパルス光源201としては、第9の実施形態で用いた光源と同様の光源を用いた。ここで、ポンプパルス光の中心波長は、1035nmに固定した。また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第9の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。
[Fifteenth Embodiment]
The light source device according to the fifteenth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the fifteenth embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as the first embodiment. However, as the pump pulse
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、光合波器207に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208の一端に入力される。ここで、第1の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
上記第9の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のFast軸と直交するSlow軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。中心波長1035nmのポンプパルス光をFast軸に入力することで、Slow軸に中心波長750nmのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致する。 From the effective refractive index curve obtained in the ninth embodiment and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained. Further, on the Slow axis orthogonal to the Fast axis of the nonlinear optical waveguide, a wavelength having the same group velocity as the center wavelength of the input pump pulse light was obtained. By inputting pump pulsed light having a center wavelength of 1035 nm to the Fast axis, a parametric gain having a center wavelength of 750 nm can be obtained on the Slow axis, and the group velocities match.
そこで、本実施形態では、信号パルス光源209から、750nmの中心波長を有する信号パルス光が出力される。750nmの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに入力される。そして、信号パルス光は、パラメトリック利得を生じる非線形光導波路208に入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse
信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器207によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路208では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路208では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。
The signal pulse light is synchronized with the pump pulse light, is combined with the pump pulse light by the
なお、信号パルス光である中心波長750nmの光は、以下のように生成したものを用いた。Erファイバーレーザー出力である1550nmのパルス光を広帯域化した。そして、広帯域化した光から1500nmを波長フィルターによって切り出して得た光を、PPLNによって750nmに波長変換することにより、信号パルス光を得た。ただし、中心波長750nmの光はこの形態に限定されるものではなく、半導体レーザー出力でも良いし、Ti:Sapphireレーザー出力でも良い。 As the light having a center wavelength of 750 nm, which is the signal pulse light, the light generated as follows was used. The pulsed light of 1550 nm, which is the output of the Er fiber laser, was widened. Then, the light obtained by cutting out 1500 nm from the widebanded light with a wavelength filter was wavelength-converted to 750 nm by PPLN to obtain signal pulsed light. However, the light having a center wavelength of 750 nm is not limited to this form, and may be a semiconductor laser output or a Ti: Sapphire laser output.
ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、1035nmと750nmとでは、およそ2ps/mの群速度差がある。このため、この場合、0.8psのパルス幅のピーク付近(時間の半値全幅の1/10)では、0.04m程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、0.04m以上ポンプパルス光と信号パルス光とを重ねて伝搬させることが可能となり、中心波長750nmの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。 When the pump pulse light and the signal pulse light have the same polarization axis, there is a group velocity difference of about 2 ps / m between 1035 nm and 750 nm. Therefore, in this case, in the vicinity of the peak of the pulse width of 0.8 ps (1/10 of the full width at half maximum of the time), the walk-off occurs at about 0.04 m. However, according to this embodiment, the pump pulse light and the signal pulse light of 0.04 m or more can be propagated in an overlapping manner, and the signal pulse light having a center wavelength of 750 nm can be greatly amplified.
[第16の実施形態]
本発明の第16の実施形態による光源装置について説明する。
第16の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第16の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第15の実施形態と同じものを用いた。
[16th Embodiment]
The light source device according to the 16th embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the sixteenth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the light source device according to the 16th embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、第2の実施形態と同様に、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な750nmの波長変換出力が得られる。
Similar to the second embodiment, an
According to this embodiment, a resonator is configured, and a high output wavelength conversion output of 750 nm can be obtained.
[第17の実施形態]
本発明の第17の実施形態による光源装置について説明する。
第17の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の図2に示す構成を有しているが、ポンプパルス光源201、信号パルス光源209が以下に述べるように第1の実施形態とは異なっている。また、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208としては、第9の実施形態で用いた光ファイバーと同様の光ファイバーを用いた。
[17th Embodiment]
The light source device according to the seventeenth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the seventeenth embodiment constitutes OPA and has the same configuration as shown in FIG. 2 as in the first embodiment, but the pump pulse
第17の実施形態において、ポンプパルス光源201は、中心波長1530nm、平均パワー15W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が1psのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源201では、エルビウム(Er)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザーと光ファイバー増幅器によって高出力化された光を、高非線形光ファイバーによって広帯域化する。広帯域化された光から所定の波長範囲の光を波長フィルターによって切り出し、切り出すスペクトルの中心波長を1530nmにすることで出力を得る。そして、その出力を、Erをドープした光ファイバーを用いた光ファイバー増幅器によって増幅する。こうして、上述のような出力特性を有するポンプパルス光を得る。
In the seventeenth embodiment, the pump pulse
ただし、ポンプパルス光源201は、上述の構成に限定されるものではなく、その他のファイバーレーザーから1530nmを生成し、その光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。あるいは、Erをドープした光ファイバーを用いたモードロックレーザーの共振器内に波長可変フィルターを設けた波長可変レーザーでも良い。
However, the pump pulse
ポンプパルス光源201から出力されたポンプパルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の1つの入力ポートに入力される。そして、光合波器207に入力されたポンプパルス光は、光パラメトリック増幅を生じる非線形光導波路208の一端に入力される。ここで、第1の実施形態とは異なり、本実施形態では、ポンプパルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のFast軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
The pump pulse light output from the pump pulse
上記第9の実施形態で求めた有効屈折率曲線と、入力するポンプパルス光の特性とから、ポンプパルス光の中心波長に対して変化するパラメトリック利得の中心波長を求めた。また、非線形光導波路のFast軸と直交するSlow軸において、入力するポンプパルス光の中心波長と群速度が一致する波長を求めた。中心波長1530nmのポンプパルス光をFast軸に入力することで、Slow軸に中心波長1600nmのパラメトリック利得が得られ、かつ、群速度が一致する。 From the effective refractive index curve obtained in the ninth embodiment and the characteristics of the input pump pulse light, the center wavelength of the parametric gain that changes with respect to the center wavelength of the pump pulse light was obtained. Further, on the Slow axis orthogonal to the Fast axis of the nonlinear optical waveguide, a wavelength having the same group velocity as the center wavelength of the input pump pulse light was obtained. By inputting pump pulse light having a center wavelength of 1530 nm to the Fast axis, a parametric gain having a center wavelength of 1600 nm can be obtained on the Slow axis, and the group velocities match.
そこで、本実施形態では、信号パルス光源209から、1600nmの中心波長を有する信号パルス光が出力される。1600nmの中心波長を有する信号パルス光は、偏波ビームコンバイナである光合波器207の別の入力ポートに入力される。ここで、信号パルス光は、その偏光軸が非線形光導波路208のSlow軸と一致するように非線形光導波路208の一端に入力される。
Therefore, in the present embodiment, the signal pulse
信号パルス光は、ポンプパルス光と同期され、光合波器207によりポンプパルス光と合波されて非線形光導波路208の一端に入力される。ポンプパルス光と同期して信号パルス光を入力することで、非線形光導波路208では、パラメトリック利得によって信号パルス光が増幅される。また、非線形光導波路208では、ポンプパルス光の群速度と信号パルス光の群速度とが一致しているため、ウォークオフすることなく両パルス光が伝搬して信号パルス光が増幅される。
The signal pulse light is synchronized with the pump pulse light, is combined with the pump pulse light by the
なお、信号パルス光である中心波長1600nmの光は、Erファイバーレーザー出力である中心波長1550nmのパルス光を長波長シフトさせた光を用いた。ただし、中心波長1600nmの光はこの形態に限定されるものではなく、Erファイバーレーザー出力である中心波長1550nmのパルス光を広帯域化し、1600nmを波長フィルターによって切り出した光でも良いし、半導体レーザー出力でも良い。 As the signal pulsed light having a central wavelength of 1600 nm, light obtained by shifting the pulsed light having a central wavelength of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, by a long wavelength was used. However, the light having a center wavelength of 1600 nm is not limited to this form, and the pulsed light having a center wavelength of 1550 nm, which is an Er fiber laser output, may be widened to a wide band, and the light cut out from 1600 nm by a wavelength filter may be used, or may be a semiconductor laser output. good.
ポンプパルス光と信号パルス光とが同一偏光軸であった場合、1530nmと1600nmではおよそ10ps/mの群速度差がある。このため、この場合、1psのパルス幅のピーク付近(時間の半値全幅の1/10)では、0.01m程度でウォークオフしてしまう。しかし、本実施形態によって、0.01m以上ポンプパルス光と信号パルス光とを重ねて伝搬させることが可能となり、中心波長1600nmの信号パルス光を大きく増幅することが可能となる。 When the pump pulse light and the signal pulse light have the same polarization axis, there is a group velocity difference of about 10 ps / m between 1530 nm and 1600 nm. Therefore, in this case, in the vicinity of the peak of the pulse width of 1 ps (1/10 of the full width at half maximum of the time), the walk-off occurs at about 0.01 m. However, according to this embodiment, it is possible to superimpose and propagate the pump pulse light and the signal pulse light of 0.01 m or more, and it is possible to greatly amplify the signal pulse light having a center wavelength of 1600 nm.
なお、光源装置の出力端である非線形光導波路208の他端に、光合波器207として用いた第1の偏波ビームコンバイナとは別に、第2の偏波ビームコンバイナを偏波ビームスプリッタとして用いるために接続しても良い。第2の偏波ビームコンバイナによって、光パラメトリック効果によってエネルギーを変換せずに残った残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光を分離する。このことで、非線形光導波路208以外で生じるXPMの影響を低減し又は除去することが可能となり、パラメトリック利得で生じる光の歪みを抑制できる。
A second polarization beam combiner is used as a polarization beam splitter at the other end of the nonlinear
また、第1及び第2の偏波ビームコンバイナは、ファイバーカプラーやWDMカプラーでも良い。あるいは、偏波ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。このことで、偏波ビームコンバイナの波長依存特性を低減することが可能となる。 Further, the first and second polarization beam combiners may be fiber couplers or WDM couplers. Alternatively, a spatial optical system using a polarization beam splitter or a dichroic mirror may be used. This makes it possible to reduce the wavelength-dependent characteristics of the polarization beam combiner.
[第18の実施形態]
本発明の第18の実施形態による光源装置について説明する。
第18の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の図5に示す構成を有している。ただし、第18の実施形態において、ポンプパルス光源201、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207、非線形光導波路208は、第17の実施形態と同じものを用いた。
[18th Embodiment]
The light source device according to the eighteenth embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the eighteenth embodiment constitutes an OPO and has the same configuration as shown in FIG. 5 as the second embodiment. However, in the eighteenth embodiment, the pump pulse
非線形光導波路208の出力端である他端は、第2の実施形態と同様に、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
The other end, which is the output end of the nonlinear
パラメトリック利得で生じた光は、第2の実施形態と同様に、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得で生じた光の残りの一部は、第2の実施形態と同様に、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。
As in the second embodiment, a part of the light generated by the parametric gain is taken out as output light by the optical take-out
光取り出し器402と光合波器207との間には、光遅延器404が挿入されており、光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
本実施形態により、共振器が構成され、1600nmの波長を有する高出力な波長変換出力を得ることができる。
An
According to this embodiment, a resonator is configured, and a high-output wavelength conversion output having a wavelength of 1600 nm can be obtained.
[第19の実施形態]
本発明の第19の実施形態による光源装置について図11を用いて説明する。図11は、第19の実施形態による光源装置を説明する図である。
[19th Embodiment]
The light source device according to the nineteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a light source device according to a nineteenth embodiment.
第19の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の基本的構成を有する。さらに、第19の実施形態による光源装置は、第1の実施形態による光源装置において、図11に示すように、光合波器207により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を90度回転させることが可能な偏光回転機構501を有している。
The light source device according to the nineteenth embodiment constitutes OPA and has the same basic configuration as that of the first embodiment. Further, the light source device according to the 19th embodiment polarizes the pump pulse light and the signal pulse light combined by the
偏光回転機構501は、偏光回転部として機能し、偏波ビームコンバイナである光合波器207とパラメトリック利得を与える非線形光導波路208との間に設けられている。光合波器207により合波されてその出力ポートから出力されたポンプパルス光及び信号パルス光は、偏光回転機構501により偏光が90度回転された後、非線形光導波路208の一端に入力される。
The
偏光回転機構501は、例えば、光合波器207の合波したポンプパルス光及び信号パルス光を出力する出力ポートと光ファイバーである非線形光導波路208の一端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。あるいは、偏光回転機構501は、次のような構成を有するものであってもよい。すなわち、偏光回転機構501は、光合波器207の合波した光を出力する出力ポートから出力する光を平行ビームとする第1のレンズと、その平行ビームを集光して非線形光導波路208の一端に入力する第2のレンズとを有する空間光学系を構成する。そして、偏光回転機構501は、第1のレンズと第2のレンズとの間に挿入された例えば半波長板のような偏光を回転させる機構を有し、この機構により、光合波器207により合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を回転する。
In the
第19の実施形態による光源装置では、上記偏光回転機構501により、ポンプパルス光及び信号パルス光が伝搬する非線形光導波路208の複屈折軸が互いに異なる第1の場合と第2の場合とを切り替えて両パルス光を非線形光導波路208に入力できる。すなわち、第1の場合は、ポンプパルス光を非線形光導波路208のSlow軸へ、一方信号パルス光を非線形光導波路208のFast軸へ入力する場合である。また、第2の場合は、ポンプパルス光を非線形光導波路208のFast軸へ、一方信号パルス光を非線形光導波路208のSlow軸へ入力する場合である。偏光回転機構501により、ポンプパルス光及び信号パルス光の波長帯に応じて、第1の場合と第2の場合とを切り替えることができる。
In the light source device according to the nineteenth embodiment, the
ポンプパルス光源201は、第1の実施形態と同様の光源を用いた。つまり、ポンプパルス光源201は、中心波長が1020nm〜1080nmまで波長可変であり、平均パワー5W、繰返し光周波数40MHz、パルスの時間幅が1psのポンプパルス光を出力する。ポンプパルス光源201は、イッテルビウム(Yb)をドープした光ファイバーを用いたモードロックファイバーレーザー202と光ファイバー増幅器203によって高出力化された光を、高非線形光ファイバー204によって広帯域化する。そして、波長フィルター205による切り出しにより、高非線形光ファイバー204により広帯域化された光から所定の波長範囲の光が切り出される。波長フィルター205により切り出された光は、光ファイバー増幅器206によって増幅されて高出力化された後、ポンプパルス光として出力される。ポンプパルス光源201は、ポンプパルス光の波長を変えることができる波長可変光源として構成されている。ただし、ポンプパルス光源201は上述の構成に限定されるものではなく、その他のファイバーレーザーから生成された光を増幅して出力するものでも良い。あるいは、レーザーダイオード(LD)の出力を変調してパルス化したパルス光を出力するものでも良いし、ファイバーレーザーではないモードロックレーザー等でも良い。
As the pump pulse
図4に示したように、ポンプパルス光を1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合を考える。この場合、ポンプパルス光を非線形光導波路のSlow軸へ偏光軸が一致するように、信号パルス光を非線形光導波路のFast軸へ偏光軸が一致するように入力すると、中心波長が655nm〜775nmまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。一方で、ポンプパルス光を非線形光導波路のFast軸へ偏光軸が一致するように、信号パルス光を非線形光導波路のSlow軸へ偏光軸が一致するように入力すると、中心波長が725nm〜1000nmまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。 As shown in FIG. 4, consider a case where the pump pulsed light is input to the nonlinear optical waveguide with the center wavelength changed from 1020 nm to 1080 nm. In this case, when the pump pulse light is input so that the polarization axis coincides with the Slow axis of the nonlinear optical waveguide and the signal pulse light is input so as to coincide with the Fast axis of the nonlinear optical waveguide, the center wavelength ranges from 655 nm to 775 nm. Parametric gain spectrum is obtained. On the other hand, when the pump pulse light is input so that the polarization axis coincides with the Fast axis of the nonlinear optical waveguide and the signal pulse light is input so as to coincide with the Slow axis of the nonlinear optical waveguide, the center wavelength ranges from 725 nm to 1000 nm. Parametric gain spectrum of.
そこで、本実施形態では、光源装置から出力される出力光をモニタリングして、そのモニタリング結果に基づき、ポンプパルス光及び信号パルス光が伝搬する複屈折軸を切り替える。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器502と、光スペクトラムアナライザ503と、制御部504とをさらに有している。
Therefore, in the present embodiment, the output light output from the light source device is monitored, and the birefringence axis through which the pump pulse light and the signal pulse light propagate is switched based on the monitoring result. As a configuration for this purpose, the light source device according to the present embodiment further includes an optical take-out
光取り出し器502は、光源装置の出力光が出力される非線形光導波路208の他端に光学的に接続されている。光取り出し器502は、出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ503に入力する。光取り出し器502としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。
The light take-out
光スペクトラムアナライザ503は、光取り出し器502から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ503は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部504に入力する。
The
制御部504は、光スペクトラムアナライザ503から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、以下のように偏光回転機構501及びポンプパルス光源201の動作を制御する。
Based on the signal input from the
信号パルス光の中心波長が655nm以上750nm未満の間では、制御部504は、次のように偏光回転機構501及びポンプパルス光源201の動作を制御する。まず、制御部504は、ポンプパルス光が非線形光導波路208のSlow軸へ偏光軸が一致して入力され、信号パルス光が非線形光導波路208のFast軸へ偏光軸が一致して入力されるように偏光回転機構501の動作を制御する。そして、制御部504は、ポンプパルス光の波長が信号パルス光の波長と合うように1020nm〜1070nmの波長帯に中心波長を有するポンプパルス光を出力するようにポンプパルス光源201の動作を制御する。
When the central wavelength of the signal pulsed light is 655 nm or more and less than 750 nm, the
一方、信号パルス光の中心波長が750nm以上1000nm以下の間では、制御部504は、次のように偏光回転機構501及びポンプパルス光源201の動作を制御する。まず、制御部504は、ポンプパルス光が非線形光導波路208のFast軸へ偏光軸が一致して入力され、信号パルス光が非線形光導波路208のSlow軸へ偏光軸が一致して入力されるように偏光回転機構501の動作を制御する。そして、制御部504は、ポンプパルス光の波長を信号パルス光の波長と合うように1030nm〜1080nmの波長帯に中心波長を有するポンプパルス光を出力するようにポンプパルス光源201の動作を制御する。本実施形態ではポンプパルス光と信号パルス光の偏光軸に依存して得られるパラメトリック利得帯域の655nm〜775nmと725nm〜1000nmで重なっている725nm〜775nmの中心波長である750nmを切換え波長とした。しかし、パラメトリック利得帯域が重なっている725nm〜775nmの間であれば、どの波長を切換え波長として選択してもよい。
On the other hand, when the central wavelength of the signal pulsed light is 750 nm or more and 1000 nm or less, the
本実施形態によって、パラメトリック利得波長帯域を短波長側及び長波長側に拡張し、広帯域の信号パルス光を増幅することが可能となる。 According to this embodiment, the parametric gain wavelength band can be extended to the short wavelength side and the long wavelength side, and a wide band signal pulsed light can be amplified.
[第20の実施形態]
本発明の第20の実施形態による光源装置について図12を用いて説明する。図12は、第20の実施形態による光源装置を説明する図である。
[20th Embodiment]
The light source device according to the twentieth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a light source device according to a twentieth embodiment.
第20の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の基本的構成を有する。さらに、第20の実施形態による光源装置では、第19の実施形態と同様の偏光回転機構501を有している。
The light source device according to the twentieth embodiment constitutes an OPO and has the same basic configuration as that of the second embodiment. Further, the light source device according to the twentieth embodiment has the same
本実施形態では、偏光回転機構501が次のように設けられている。すなわち、偏光回転機構501は、非線形光導波路208と光分離器401との間に設けられている。非線形光導波路208の出力端である他端は、偏光回転機構501を介して、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401と光学的に接続されている。光分離器401は、第2の実施形態と同様に、残ポンプパルス光と、パラメトリック利得で生じた光とを分離する。
In this embodiment, the
非線形光導波路208と光分離器401との間に設けられた偏光回転機構501は、非線形光導波路208の他端から出力される、合波されたポンプパルス光及び信号パルス光の偏光を90度回転させることが可能になっている。偏波回転機構は、第19の実施形態と同様の構成を有するものとすることができる。また、偏光回転機構501は、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力されるポンプパルス光の偏光軸に合わせて、第2の偏波ビームコンバイナである光分離器401で残ポンプパルス光が取り出されるように制御される。
The
非線形光導波路208でパラメトリック利得により生成された光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得により生成された光の残りの一部は、光遅延器404を通して、第1の偏波ビームコンバイナである光合波器207に入力される。光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
Part of the light generated by the parametric gain in the nonlinear
さらに、本実施形態では、非線形光導波路208で生成される655nm〜775nm又は725nm〜1000nmの中心波長を有する信号パルス光を光合波器207に入力する前に、偏光回転機構501により、その偏光を回転させる。これにより、信号パルス光がポンプパルス光と偏光軸が一致する場合と、直交する場合とに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。
Further, in the present embodiment, the polarization of the signal pulsed light having a central wavelength of 655 nm to 775 nm or 725 nm to 1000 nm generated by the non-linear
なお、パラメトリック利得波長の制御は、例えば、第19の実施形態と同様の光取り出し器502、光スペクトラムアナライザ503、及び制御部504を用いて行うことができる。この場合、光取り出し器502は、光取り出し器402から出力される出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ503に入力する。
The parametric gain wavelength can be controlled by using, for example, the same optical take-out
光スペクトラムアナライザ503は、光取り出し器502から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ503は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部504に入力する。
The
制御部504は、光スペクトラムアナライザ503から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、偏光回転機構501の動作を制御する。こうして、パラメトリック利得波長を制御することができる。
The
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。 According to this embodiment, a resonator is configured and a high output wavelength conversion output can be obtained. Further, a wide band tunable band can be obtained.
[第21の実施形態]
本発明の第21の実施形態による光源装置について図13を用いて説明する。図13は、第21の実施形態による光源装置を説明する図である。
[21st Embodiment]
The light source device according to the 21st embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating a light source device according to the 21st embodiment.
第21の実施形態による光源装置は、OPAを構成し、第1の実施形態と同様の基本的構成を有する。ただし、第21の実施形態による光源装置では、光合波器207として、偏波ビームコンバイナの替わりに、WDMカプラーが用いられており、WDMカプラーによりポンプパルス光と信号パルス光とを合波する。ここで、光合波器207は、WDMカプラーに限定されるものではなく、ダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。光合波器207として用いるWDMカプラー等としては、偏光依存特性がないものを選ぶ。このことで、ポンプパルス光及び信号パルス光を任意の偏光で組み合わせて非線形光導波路208に入力させることが可能となる。
The light source device according to the 21st embodiment constitutes OPA and has the same basic configuration as the 1st embodiment. However, in the light source device according to the 21st embodiment, a WDM coupler is used as the
さらに、第21の実施形態による光源装置は、図13に示すように、ポンプパルス光源201の出力端とWDMカプラーである光合波器207との間に、ポンプパルス光の偏光を制御する偏光回転機構501−1が設けられている。偏光回転機構501−1は、光合波器207の1つの入力ポートの直前に設けられている。
Further, as shown in FIG. 13, the light source device according to the 21st embodiment is a polarization rotation that controls the polarization of the pump pulse light between the output end of the pump pulse
また、信号パルス光源209の出力端とWDMカプラーである光合波器207との間には、信号パルス光の偏光を制御する偏光回転機構501−2が設けられている。偏光回転機構501−2は、光合波器207の別の入力ポートの直前に設けられている。
Further, a polarization rotation mechanism 501-2 for controlling the polarization of the signal pulse light is provided between the output end of the signal pulse
偏光回転機構501−1、501−2は、偏光回転部として機能し、第19の実施形態で説明した偏光回転機構501と同様の構成とすることができる。偏光回転機構501−1は、例えば、光合波器207のポンプパルス光が入力される入力ポートとポンプパルス光源201の出力端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。また、偏光回転機構501−2は、例えば、光合波器207の信号パルス光が入力される別の入力ポートと信号パルス光源209の出力端とを接触させて、少なくとも一方を物理的に回転する構成を有している。あるいは、偏光回転機構501−1、501−2は、次のような構成を有するものであってもよい。すなわち、偏光回転機構501−1、501−2は、光源から出力する光を平行ビームとする第1のレンズと、その平行ビームを集光して光合波器207の入力ポートに入力する第2のレンズとを有する空間光学系を構成する。そして、偏光回転機構501−1、501−2は、第1のレンズと第2のレンズとの間に挿入された例えば半波長板のような偏光を回転させる機構を有し、この機構により、光源から出力されたポンプパルス光又は信号パルス光の偏光を回転する。このような偏光回転機構501−1、501−2により、ポンプパルス光と信号パルス光との偏光方向の組み合せを様々に変えて、非線形光導波路208へ入力できる。
The polarization rotation mechanisms 501-1 and 501-2 function as the polarization rotation unit, and can have the same configuration as the
本実施形態によれば、ポンプパルス光と信号パルス光とが伝搬する非線形光導波路208の偏光軸の組み合せによって、パラメトリック利得スペクトルを変えることができる。そして、ポンプパルス光の波長を変えることなく、光パラメトリック増幅により増幅される信号パルス光の波長を選択することが可能となる。また、ポンプパルス光の波長を制御することで、広帯域にパラメトリック利得スペクトルを変化させることが可能となる。
According to this embodiment, the parametric gain spectrum can be changed by the combination of the polarization axes of the nonlinear
[第22の実施形態]
本発明の第22の実施形態による光源装置について図14を用いて説明する。図14は、第22の実施形態による光源装置を説明する図である。
[22nd Embodiment]
The light source device according to the 22nd embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating a light source device according to the 22nd embodiment.
第22の実施形態による光源装置は、OPOを構成し、第2の実施形態と同様の基本的構成を有する。ただし、第22の実施形態による光源装置では、第21の実施形態と同様に、光合波器207として、第1の偏波ビームコンバイナの替わりに、第1のWDMカプラーが用いられている。さらに、光分離器401として、第2の偏波ビームコンバイナの替わりに、第2のWDMカプラーが用いられている。なお、光合波器207及び光分離器401は、それぞれWDMカプラーに限定されるものではなく、ダイクロイックミラーを用いた空間光学系でも良い。
The light source device according to the 22nd embodiment constitutes an OPO and has the same basic configuration as the 2nd embodiment. However, in the light source device according to the 22nd embodiment, as in the 21st embodiment, the first WDM coupler is used as the
さらに、第22の実施形態による光源装置は、図14に示すように、ポンプパルス光源201の出力端と第1のWDMカプラーである光合波器207との間に、ポンプパルス光の偏光を制御する偏光回転機構501−1が設けられている。また、光遅延器404の出力端と第1のWDMカプラーである光合波器207との間には、信号パルス光の偏光を制御する偏光回転機構501−2が設けられている。偏光回転機構501−1、501−2は、第21の実施形態と同様の構成とすることができる。
Further, as shown in FIG. 14, the light source device according to the 22nd embodiment controls the polarization of the pump pulse light between the output end of the pump pulse
本実施形態では、第2のWDMカプラーである光分離器401によって残ポンプパルス光が分離されて取り出される。非線形光導波路208でパラメトリック利得により生成された光は、光ファイバーカプラーである光取り出し器402によって、出力光として一部が取り出される。パラメトリック利得により生成された光の残りの一部は、光遅延器404を通して、第1のWDMカプラーである光合波器207に入力される。光遅延器404を制御することで、繰返し入力されるポンプパルス光とパラメトリック利得で生じる光とをタイミングを合わせて同期して重ねる。
In the present embodiment, the residual pump pulsed light is separated and taken out by the
さらに、本実施形態では、非線形光導波路208で生成される655nm〜775nm又は725nm〜1000nmの中心波長を有する光を、偏光回転機構501−2により、その偏光を回転させて光合波器207に入力することができる。また、ポンプパルス光を、偏光回転機構501−1により、その偏光を回転させて光合波器207に入力することができる。こうして、本実施形態では、信号パルス光とポンプパルス光とが入力される光導波路のそれぞれの偏光軸をそれぞれに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。
Further, in the present embodiment, the light having a central wavelength of 655 nm to 775 nm or 725 nm to 1000 nm generated by the nonlinear
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。 According to this embodiment, a resonator is configured and a high output wavelength conversion output can be obtained. Further, a wide band tunable band can be obtained.
[第23の実施形態]
本発明の第23の実施形態による光源装置について説明する。
第23の実施形態による光源装置は、第22の実施形態と同様の構成を有している。ただし、第23の実施形態による光源装置では、光合波器207及び光分離器401として用いるWDMカプラーは、それぞれ1100nm未満の波長を有する光と1100nm以上の波長を有する光を合波・分岐するものにした。
[23rd Embodiment]
The light source device according to the 23rd embodiment of the present invention will be described.
The light source device according to the 23rd embodiment has the same configuration as that of the 22nd embodiment. However, in the light source device according to the 23rd embodiment, the WDM couplers used as the
ポンプパルス光を1020nm〜1080nmまで中心波長を変えて非線形光導波路に入力した場合、ポンプパルス光と信号パルス光が同一軸を伝搬すると、中心波長がおよそ2042nm〜1580nmまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。また、ポンプパルス光と信号パルス光が直交して伝搬すると、中心波長がおよそ1715nm〜1168nmまでのパラメトリック利得スペクトルが得られる。 When the pump pulse light is input to the nonlinear optical waveguide with the center wavelength changed from 1020 nm to 1080 nm, when the pump pulse light and the signal pulse light propagate on the same axis, a parametric gain spectrum having a center wavelength of about 2042 nm to 1580 nm can be obtained. .. Further, when the pump pulse light and the signal pulse light propagate orthogonally, a parametric gain spectrum having a center wavelength of about 1715 nm to 1168 nm can be obtained.
非線形光導波路208で生成される2042nm〜1580nm又は1715nm〜1168nmの中心波長を有する光を、偏光回転機構501−2により、その偏光を回転させて光合波器207に入力することができる。こうして、信号パルス光がポンプパルス光と偏光軸が一致する場合と、直交する場合とに制御することで、パラメトリック利得波長を制御できる。
Light having a central wavelength of 2042 nm to 1580 nm or 1715 nm to 1168 nm generated by the nonlinear
本実施形態により、共振器が構成され、高出力な波長変換出力が得られる。さらに、広帯域な波長可変帯域が得られる。 According to this embodiment, a resonator is configured and a high output wavelength conversion output can be obtained. Further, a wide band tunable band can be obtained.
[第24の実施形態]
本発明の第24の実施形態による光源装置について図15を用いて説明する。図15は、第24の実施形態による光源装置を説明する図である。
[24th Embodiment]
The light source device according to the 24th embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a light source device according to the 24th embodiment.
第24の実施形態による光源装置は、第3の実施形態による光源装置において、図15に示すように、ポンプパルス光の強度を調節する強度調節部として機能する強度変調器601をさらに設けたものである。強度変調器601は、ポンプパルス光源と偏波ビームコンバイナである光合波器207との間に設けられている。
The light source device according to the 24th embodiment is the light source device according to the 3rd embodiment, further provided with an
強度変調器601としては、透過率可変なアッテネータを用いた。ただし、強度変調器601はこれに限定されるものではない。強度変調器601としては、可変強度変調器を用いることができ、例えば、電気光学効果を利用した変調方式による強度変調器でも良いし、増幅率可変な光増幅器でも良い。増幅率可変な光増幅器は、例えば、その光増幅器に入力する励起エネルギーによって増幅強度を調節することができる。また、ポンプパルス光のピークパワーを制御すれば良いので、強度変調器601としては、ポンプパルス光のチャープを制御してパルス幅を変える機構でも良い。例えば、強度変調器601は、サーキュレータと反射型チャープファイバブラッググレーティング(CFBG)を設け、CFBGを引き延ばしてチャープ量を制御して、ポンプパルス光のチャープ量を調節するチャープ調節機構等を用いたものでも良い。
As the
さらに、本実施形態では、信号パルス光の波長をモニタリングして、そのモニタリング結果に基づき、強度変調器601の動作を制御する。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器602と、光スペクトラムアナライザ603と、制御部604とをさらに有している。
Further, in the present embodiment, the wavelength of the signal pulsed light is monitored, and the operation of the
光取り出し器602は、信号パルス光源209と偏波ビームコンバイナである光合波器207との間に設けられている。光取り出し器602としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器602は、信号パルス光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザ603に入力する。
The light take-out
光スペクトラムアナライザ603は、光取り出し器602から入力される信号パルス光の一部に基づき、信号パルス光の波長をモニタリングする。光スペクトラムアナライザ603は、信号パルス光の波長に応じた信号を出力して制御部604に入力する。なお、光スペクトラムアナライザ603に代えて、分光器を用いても良い。
The
制御部604は、光スペクトラムアナライザ603から入力される信号に基づき、信号パルス光の波長に応じて、強度変調器601及びポンプパルス光源201の動作を制御する。
The
数式10及び数式11より、ポンプパルス光のピーク強度を変調することで、パラメトリック利得波長を変化させることが可能である。 From Equation 10 and Equation 11, it is possible to change the parametric gain wavelength by modulating the peak intensity of the pump pulse light.
そこで、本実施形態では、入力される信号パルス光の波長を光スペクトラムアナライザ603でモニタリングし、その波長が変化した場合に、制御部604は、強度変調器601及びポンプパルス光源201の動作を制御する。これにより、ポンプパルス光の強度及び波長を調節する。すなわち、群速度が一致するパラメトリック利得波長を生じさせるように、強度変調器601により、ポンプパルス光の強度を調節する。さらに、ポンプパルス光の波長を調節することで、群速度を一致させることができる。
Therefore, in the present embodiment, the wavelength of the input signal pulse light is monitored by the
本実施形態によって、信号パルス光の波長が揺らいでも、上述のようにポンプパルス光の強度及び波長を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。 According to this embodiment, even if the wavelength of the signal pulse light fluctuates, the signal pulse light can be greatly amplified by adjusting the intensity and wavelength of the pump pulse light as described above.
なお、信号パルス光の波長をモニタリングするための信号パルス光の取り出しは、光合波器207への入力前のカプラーによる取り出しに限定されるものではない。そのほか、光源装置から出力された出力光の一部を取り出して光スペクトラムアナライザによってモニタリングしても良い。
なお、本実施形態は、第3の実施形態のみならず、他の実施形態でも適用できる。
The extraction of the signal pulsed light for monitoring the wavelength of the signal pulsed light is not limited to the extraction by the coupler before the input to the
It should be noted that this embodiment can be applied not only to the third embodiment but also to other embodiments.
[第25の実施形態]
本発明の第25の実施形態による光源装置について図16を用いて説明する。図16は、第25の実施形態による光源装置を説明する図である。
[25th Embodiment]
The light source device according to the 25th embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram illustrating a light source device according to the 25th embodiment.
第25の実施形態による光源装置は、第4の実施形態による光源装置において、図16に示すように、ポンプパルス光の強度を調節する強度変調器601をさらに設けたものである。強度変調器601は、第24の実施形態で述べたものである。
The light source device according to the 25th embodiment is the light source device according to the 4th embodiment, further provided with an
OPOを構成する光源装置では、共振器構造をしているため、ポンプパルス光の波長が揺らぐと、生成されるパラメトリック利得波長も変化する。そこで、ポンプパルス光の強度を制御することで、パラメトリック利得波長を制御し、パラメトリック利得波長と群速度が一致する波長とが一致するようにできる。 Since the light source device constituting the OPO has a resonator structure, the generated parametric gain wavelength also changes when the wavelength of the pump pulse light fluctuates. Therefore, by controlling the intensity of the pump pulse light, the parametric gain wavelength can be controlled so that the wavelength at which the parametric gain wavelength and the group velocity match can be matched.
本実施形態において、ポンプパルス光の強度の調節は、光源装置から出力される、増幅された信号パルス光の強度に基づいて行う。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器702と、強度計703と、制御部704とをさらに有している。
In the present embodiment, the intensity of the pump pulse light is adjusted based on the intensity of the amplified signal pulse light output from the light source device. As a configuration for this purpose, the light source device according to the present embodiment further includes a light take-out
光取り出し器702は、光源装置の出力光が出力される光取り出し器402の出力端に設けられている。光取り出し器702としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器702は、光取り出し器402から出力される出力光の一部を取り出して強度計703に入力する。
The light take-out
強度計703は、光取り出し器702から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の強度をモニタリングする。強度計703は、信号パルス光の強度に応じた信号を出力して制御部704に入力する。
The
制御部704は、強度計703から入力される信号に基づき、信号パルス光の強度に応じて、強度変調器601の動作を制御する。
The
本実施形態では、強度計703により、信号パルス光の強度をモニタリングする。信号パルス光の強度が低下した場合には、制御部704は、群速度が一致していないと判断し、強度変調器601の動作を制御してポンプパルス光の強度を調節する。
In the present embodiment, the intensity of the signal pulsed light is monitored by the
本実施形態によって、ポンプパルス光の波長が揺らいでも、ポンプパルス光の強度を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。
本実施形態は、第4の実施形態のみならず他の実施形態でも適用できる。
According to this embodiment, even if the wavelength of the pump pulse light fluctuates, the signal pulse light can be greatly amplified by adjusting the intensity of the pump pulse light.
This embodiment can be applied not only to the fourth embodiment but also to other embodiments.
[第26の実施形態]
本発明の第26の実施形態による光源装置について図17を用いて説明する。図17は、第26の実施形態による光源装置を説明する図である。
[26th Embodiment]
The light source device according to the 26th embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a diagram illustrating a light source device according to the 26th embodiment.
第26の実施形態による光源装置は、第4の実施形態による光源装置において、ポンプパルス光の波長を調節するための構成をさらに設けたものである。 The light source device according to the 26th embodiment is further provided with a configuration for adjusting the wavelength of the pump pulse light in the light source device according to the 4th embodiment.
OPOを構成する光源装置では、共振器構造をしているため、ポンプパルス光の強度が揺らぐと、生成されるパラメトリック利得波長も変化する。そこで、ポンプパルス光の波長を制御することで、パラメトリック利得波長を制御し、パラメトリック利得波長と群速度が一致する波長が一致するようにできる。 Since the light source device constituting the OPO has a resonator structure, the generated parametric gain wavelength also changes when the intensity of the pump pulse light fluctuates. Therefore, by controlling the wavelength of the pump pulse light, the parametric gain wavelength can be controlled so that the wavelength at which the parametric gain wavelength and the group velocity match can be matched.
本実施形態において、ポンプパルス光の波長の調節は、光源装置から出力される、増幅された信号パルス光の強度に基づいて行う。このための構成として、本実施形態による光源装置は、光取り出し器702と、強度計703と、制御部704とをさらに有している。
In the present embodiment, the wavelength of the pump pulse light is adjusted based on the intensity of the amplified signal pulse light output from the light source device. As a configuration for this purpose, the light source device according to the present embodiment further includes a light take-out
光取り出し器702は、光源装置の出力光が出力される光取り出し器402の出力端に設けられている。光取り出し器702としては、光ファイバーカプラー等を用いることができる。光取り出し器702は、光取り出し器402から出力される出力光の一部を取り出して強度計703に入力する。
The light take-out
強度計703は、光取り出し器702から入力される出力光の一部に基づき、信号パルス光の強度をモニタリングする。強度計703は、信号パルス光の強度に応じた信号を出力して制御部704に入力する。
The
制御部704は、第25の実施形態とは異なり、強度計703から入力される信号に基づき、信号パルス光の強度に応じて、ポンプパルス光源201の動作を制御する。
Unlike the 25th embodiment, the
本実施形態では、強度計703により、信号パルス光の強度をモニタリングする。信号パルス光の強度が低下した場合には、制御部704は、群速度が一致していないと判断し、ポンプパルス光源201の動作を制御してポンプパルス光の波長を調節する。
In the present embodiment, the intensity of the signal pulsed light is monitored by the
本実施形態によって、ポンプパルス光の強度が揺らいでも、ポンプパルス光の波長を調節することで、信号パルス光を大きく増幅できる。
本実施形態は、第4の実施形態のみならず、他の実施形態でも適用できる。
According to this embodiment, even if the intensity of the pump pulse light fluctuates, the signal pulse light can be greatly amplified by adjusting the wavelength of the pump pulse light.
This embodiment can be applied not only to the fourth embodiment but also to other embodiments.
[第27の実施形態]
上述の第1〜第26の実施形態では、直交した偏光軸を有する非線形光導波路を用いていたため、ポンプパルス光と信号パルス光とをそれぞれの軸に沿って伝搬するように、ほぼ90度偏光が異なる状態で入力した。しかしながら、フォトニック結晶ファイバー(PCF)等では、30度あるいは60度ごとに異なる伝搬軸を有する光ファイバーも存在する。そのような光ファイバーを非線形光導波路として用いた場合、パラメトリック利得を生成する非線形光導波路は、少なくとも2つ以上の伝搬軸を有する非線形光導波路となる。このような場合、第21の実施形態で述べたものと同様の構成とし、入力するポンプパルス光及び信号パルス光の偏光軸をそれぞれ制御することで、パラメトリック利得波長を変えることが可能となる。
[27th Embodiment]
In the above-described first to 26th embodiments, since a nonlinear optical waveguide having orthogonal polarization axes is used, the pump pulse light and the signal pulse light are polarized at approximately 90 degrees so as to propagate along the respective axes. Was entered in a different state. However, in photonic crystal fiber (PCF) and the like, there are also optical fibers having different propagation axes every 30 degrees or 60 degrees. When such an optical fiber is used as a nonlinear optical waveguide, the nonlinear optical waveguide that produces a parametric gain is a nonlinear optical waveguide having at least two or more propagation axes. In such a case, the parametric gain wavelength can be changed by having the same configuration as that described in the 21st embodiment and controlling the polarization axes of the input pump pulse light and the signal pulse light.
[第28の実施形態]
第28の実施形態による情報取得装置について図18を用いて説明する。図18は、第28の実施形態による情報取得装置を説明する図である。第28の実施形態では、被検体である測定対象の情報を取得する情報取得装置として、誘導ラマン散乱(Stimulated Raman Scattering;SRS)を検出してイメージングを行うSRS顕微鏡について説明する。
[28th Embodiment]
The information acquisition device according to the 28th embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram illustrating an information acquisition device according to the 28th embodiment. In the 28th embodiment, an SRS microscope that detects and performs imaging by detecting induced Raman scattering (SRS) as an information acquisition device that acquires information on a measurement target that is a subject will be described.
SRS顕微鏡である第28の実施形態による情報取得装置2000は、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部2001と、光源部2001から射出された光を測定対象1016に照射する照射部2002とを有している。また、情報取得装置2000は、照射部2002により光が照射された測定対象1016からの光を検出する検出部2003を有している。さらに、情報取得装置2000は、検出部2003の検出結果に基づき画像を形成する処理装置として機能するPC1022を有している。
The
光源部2001は、シード光源1001と、Ybドープ光ファイバー増幅器1002と、偏波保持フォトニック結晶ファイバー1003と、アイソレーター1004と、光ファイバーカプラー1005とを有している。
The
また、光源部2001は、第1のパルス光を得るための構成として、波長フィルター1006と、Ybドープ光ファイバー増幅器1007と、繰返し周波数逓倍器1010と、Ybドープ光ファイバー増幅器1011と、OPO1012とを有している。OPO1012は、第12の実施形態による光源装置である。
Further, the
さらに、光源部2001は、中心波長が第1のパルス光とは異なる第2のパルス光を得るための構成として、波長可変フィルター1008と、Ybドープ光ファイバー増幅器1009と、光遅延器1017とを有している。
Further, the
シード光源1001は、Ybファイバーレーザーであり、中心波長1030nm、スペクトル幅8nm、出力10mW、繰返し周波数40MHzの出力光を出力するものである。
The
シード光源1001からの出力光は、Ybドープ光ファイバー増幅器1002を伝搬し、スペクトル幅が30nmまで広げられる。また、Ybドープ光ファイバー増幅器1002により、出力光の出力は150mWとなる。
The output light from the
Ybドープ光ファイバー増幅器1002の出力光は、融着された長さ3mの偏波保持フォトニック結晶ファイバー1003(LMA−PM−5、NKT Photonics)を伝搬し、波長帯域が1010nm〜1080nmまで広げられる。その後、出力光は、アイソレーター1004を伝搬し、光ファイバーカプラー1005によって2つに分岐される。
The output light of the Yb-doped
光ファイバーカプラー1005により分岐された光の一方である第1のパルス光は、波長フィルター1006及びYbドープ光ファイバー増幅器1007を通して、中心波長が1060nmになる。
The first pulsed light, which is one of the lights branched by the
光ファイバーカプラー1005により分岐された光の別の一方である第2のパルス光は、波長可変フィルター1008及びYbドープ光ファイバー増幅器1009を通して、中心波長が1020nm〜1070nmの可変特性を有するものとなる。
The second pulsed light, which is another of the light branched by the
第1のパルス光は、繰返し周波数逓倍器1010によって80MHzの繰返し周波数を有するパルス光列となる。繰返し周波数逓倍器1010は、例えば、第1のパルス光を光ファイバーカプラーによって分岐し、一方を半周期だけずらして再度合波する構成である。そして、繰返し周波数逓倍器1010の出力光は、Ybドープ光ファイバー増幅器1011に入力されて増幅される。Ybドープ光ファイバー増幅器1011により増幅された光は、第12の実施形態によるOPO1012に入力される。こうして、OPO1012により、第1のパルス光として中心波長800nmの出力光を得る。
The first pulsed light is a pulsed light train having a repeating frequency of 80 MHz by the repeating
光源部2001は、さらにダイクロイックミラー1013を有している。中心波長1020nm〜1070nmの波長可変特性を有する第2のパルス光と、中心波長800nmの第1のパルス光は、ダイクロイックミラー1013によって合波されて光源部2001から出力される。光源部2001から出力された光は、照射部2002に入力される。
The
照射部2002は、XYスキャニングミラー1014と、照射用対物レンズ1015とを有している。
The
光源部2001から照射部2002に入力された第1のパルス光及び第2のパルス光は、XYスキャニングミラー1014によって照射方向が制御されて、照射用対物レンズ1015を通って測定対象1016に照射される。第1のパルス光と第2のパルス光は時間的に重ね合わされるように、少なくとも一方が光遅延器を伝搬してタイミングが調整される。例えば、図18に示す構成では、第2のパルス光が光遅延器1017を伝搬することによりタイミングが調整される。
The irradiation direction of the first pulsed light and the second pulsed light input from the
照射部2002により測定対象1016に照射された光は、測定対象1016を透過して検出部2003により検出される。
The light irradiated to the
検出部2003は、受光用対物レンズ1018と、波長フィルター1019と、光検出器1020と、ロックインアンプ検出器1021とを有している。
The
測定対象1016を透過した光は、受光用対物レンズ1018によって集光される。そして、受光用対物レンズ1018により集光された光のうち、波長フィルター1019により中心波長800nmの第1のパルス光だけが透過される。こうして透過された第1のパルス光は、光検出器1020によって検出される。光検出器1020は、第1のパルス光を受光してその強度に応じた電気信号を出力する受光部としての受光素子を含んでいる。光検出器1020から出力された電気信号は、ロックインアンプ検出器1021によって40MHzの周波数成分だけが取り出され、振幅情報を得る。
The light transmitted through the
XYスキャニングミラー1014の座標情報と振幅情報とを用いてPC1022によって画像を構成することで、2次元画像が得られる。
A two-dimensional image can be obtained by constructing an image by the
ここで、第2のパルス光と第1のパルス光との周波数差が、測定対象1016中の物質のラマン周波数と一致した場合、ラマン効果によって第2のパルス光から第1のパルス光へエネルギーが遷移するSRSが生じる。したがって、第2のパルス光の波長と、測定対象中の物質とによって振幅情報が変化するため、第2のパルス光の中心波長を変えることで、異なる物質を識別してイメージングを行うことが可能となる。これをSRSイメージングと呼ぶ。本実施形態によって、SRSイメージングを実現できる。
Here, when the frequency difference between the second pulse light and the first pulse light matches the Raman frequency of the substance in the
なお、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、前記被検体において発せられる光の少なくとも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、内視鏡等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27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。上記第1乃至第27の実施形態による光源装置を光源部に用い、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、前記被検体において発せられる光の少なくとも1つを検出する情報取得装置を構成することができる。 In the present embodiment, the subject is irradiated with two pulsed lights, and at least one of the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the light emitted by the subject is detected. As an information acquisition device for acquiring information on the subject, an SRS microscope has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the information acquisition device for obtaining various spectral information such as a CARS microscope, a fluorescence microscope, and an endoscope also has any one of the first to 27th embodiments as in the present embodiment. Light source device can be used. Using the light source device according to the first to 27th embodiments as the light source unit, the subject is irradiated with two pulsed lights, the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the subject. An information acquisition device that detects at least one of the lights emitted in the light source can be configured.
[第29の実施形態]
本発明の第29の実施形態による情報取得装置について図19を用いて説明する。図19は、第29の実施形態による情報取得装置を説明する図である。
[29th Embodiment]
The information acquisition device according to the 29th embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a diagram illustrating an information acquisition device according to the 29th embodiment.
第29の実施形態による情報取得装置は、SRS顕微鏡であり、第28の実施形態による情報取得装置とほぼ同様の構成を有している。ただし、図19に示すように、第29の実施形態による情報取得装置3000では、第2の実施形態によるOPO1032が、第12の実施形態によるOPO1012に代えて用いられている。第2の実施形態によるOPO1032は、Ybドープ光ファイバー増幅器1009と光遅延器1017との間に設けられている。
The information acquisition device according to the 29th embodiment is an SRS microscope, and has substantially the same configuration as the information acquisition device according to the 28th embodiment. However, as shown in FIG. 19, in the
シード光源1001は、Ybファイバーレーザーであり、中心波長1030nm、スペクトル幅8nm、出力10mW、繰返し周波数40MHzの出力光を出力するものである。
The
シード光源1001からの出力光は、Ybドープ光ファイバー増幅器1002を伝搬し、スペクトル幅が30nmまで広げられる。また、Ybドープ光ファイバー増幅器1002により、出力光の出力は150mWとなる。
The output light from the
Ybドープ光ファイバー増幅器1002の出力光は、融着された長さ3mの偏波保持フォトニック結晶ファイバー1003(LMA−PM−5、NKT Photonics)を伝搬し、波長帯域が1010nm〜1080nmまで広げられる。その後、出力光は、アイソレーター1004を伝搬し、光ファイバーカプラー1005によって2つに分岐される。
The output light of the Yb-doped
光ファイバーカプラー1005により分岐された光の一方である第1のパルス光は、波長フィルター1006及びYbドープ光ファイバー増幅器1007を通して、中心波長が1030nmになる。第1のパルス光は、第28の実施形態と同様に、繰返し周波数逓倍器1010を用い、光ファイバーカプラーによって分岐し、一方を半周期だけずらして再度合波することで80MHzの繰返し周波数を有するパルス光列となる。繰返し周波数逓倍器1010の出力光は、Ybドープ光ファイバー増幅器1011に入力されて増幅される。こうして、Ybドープ光ファイバー増幅器1011の出力光を、中心波長1030nmの第1のパルス光として得る。
The first pulsed light, which is one of the lights branched by the
一方、光ファイバーカプラー1005により分岐された光の別の一方である第2のパルス光は、波長可変フィルター1008及びYbドープ光ファイバー増幅器1009を通して、中心波長が1020nm〜1080nmの可変特性を有するものとなる。そして、Ybドープ光ファイバー増幅器1009により増幅された光は、第2の実施形態によるOPO1032に入力される。こうして、OPO1032により、第2のパルス光として、中心波長665nm〜775nmの出力光を得る。
On the other hand, the second pulsed light, which is another of the light branched by the
中心波長665nm〜775nmの波長可変特性を有する第2のパルス光と、中心波長1030nmの第1のパルス光は、ダイクロイックミラー1013によって合波されて光源部2001から出力される。光源部2001から出力された光は、照射部2002に入力される。この時、測定対象1016中で第1のパルス光と第2のパルス光とが時間的に重なるように、光遅延器1017を制御する。
The second pulsed light having a wavelength variable characteristic of a central wavelength of 665 nm to 775 nm and the first pulsed light having a central wavelength of 1030 nm are combined by the
光源部2001から照射部2002に入力された第1のパルス光及び第2のパルス光は、XYスキャニングミラー1014によって照射方向が制御されて、照射用対物レンズ1015を通って測定対象1016に照射される。第1のパルス光と第2のパルス光は時間的に重ね合わされるように、少なくとも一方が光遅延器を伝搬してタイミングが調整される。例えば、図19に示す構成では、第2のパルス光が光遅延器1017を伝搬することによりタイミングが調整される。
The irradiation direction of the first pulsed light and the second pulsed light input from the
照射部2002により測定対象1016に照射された光は、測定対象1016を透過して検出部2003により検出される。
The light irradiated to the
測定対象1016を透過した光は、受光用対物レンズ1018によって集光される。そして、受光用対物レンズ1018により集光された光のうち、波長フィルター1019により中心波長1030nmの第1のパルス光だけが透過される。こうして透過された第1のパルス光は、第28の実施形態と同様に光検出器1020によって検出される。光検出器1020から出力された電気信号は、ロックインアンプ検出器1021によって40MHzの周波数成分だけが取り出され、振幅情報を得る。
The light transmitted through the
XYスキャニングミラーの1014座標情報と振幅情報とを用いてPC1022によって画像を構成することで、2次元画像が得られる。
A two-dimensional image can be obtained by constructing an image by the
こうして、本実施形態によっても、第28の実施形態と同様にSRSイメージングを実現することができる。本実施形態によれば、第28の実施形態と比較して、より周波数差の大きい物質を識別することが可能なSRSイメージングを実現できる。 In this way, SRS imaging can be realized by this embodiment as well as the 28th embodiment. According to the present embodiment, it is possible to realize SRS imaging capable of identifying a substance having a larger frequency difference as compared with the 28th embodiment.
なお、本実施形態でも、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、前記被検体において発せられる光の少なくとも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、多光子顕微鏡、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27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。上記第1乃至第27の実施形態による光源装置を光源部に用い、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、前記被検体において発せられる光の少なくとも1つを検出する情報取得装置を構成することができる。また、本実施形態で用いたYbドープ光ファイバー増幅器は、Ybドープ光ファイバー増幅器である必要はなく、半導体を用いた光増幅器でも良い。 In this embodiment as well, the subject is irradiated with two pulsed lights, and at least one of the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the light emitted by the subject is detected. As an information acquisition device for acquiring information on the subject, an SRS microscope has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the first to 27th embodiments are carried out in the same manner as in the present embodiment for information acquisition devices such as CARS microscopes, fluorescence microscopes, multiphoton microscopes, and endoscopes that obtain various spectral information. Any light source device of any form can be used. Using the light source device according to the first to 27th embodiments as the light source unit, the subject is irradiated with two pulsed lights, the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the subject. An information acquisition device that detects at least one of the lights emitted in the light source can be configured. Further, the Yb-doped optical fiber amplifier used in the present embodiment does not have to be a Yb-doped optical fiber amplifier, and an optical amplifier using a semiconductor may be used.
[変形実施形態]
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述の第1の実施形態から第29の実施形態として述べた構成を任意に組み合わせる変形をしてもよい。
[Modification Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, it may be modified by arbitrarily combining the configurations described as the first embodiment to the 29th embodiment described above.
また、上記実施形態では、パラメトリック利得媒質として、偏波保持フォトニック結晶ファイバーである非線形光導波路を用いた場合を例に説明したが、パラメトリック利得媒質は、これに限定されるものではない。パラメトリック利得媒質として、種々のものを用いることができる。 Further, in the above embodiment, the case where the nonlinear optical waveguide which is a polarization-retaining photonic crystal fiber is used as the parametric gain medium has been described as an example, but the parametric gain medium is not limited to this. Various parametric gain media can be used.
また、上記実施形態では、ポンプパルス光と異なる波長を有する光として信号パルス光を用いた場合を例に説明したが、ポンプパルス光と異なる波長を有する光として、アイドラー光を用いることもできる。 Further, in the above embodiment, the case where the signal pulse light is used as the light having a wavelength different from the pump pulse light has been described as an example, but the idler light can also be used as the light having a wavelength different from the pump pulse light.
101:ポンプパルス光源
102:光合波部
103:パラメトリック利得媒質
201:ポンプパルス光源
202:モードロックファイバーレーザー
203:光ファイバー増幅器
204:高非線形光ファイバー
205:波長フィルター
206:光ファイバー増幅器
207:光合波器
208:非線形光導波路
209:信号パルス光源
401:光分離器
402:光取り出し器
404:光遅延器
501、501−1、501−2:偏光回転機構
502:光取り出し器
601:強度変調器
101: Pump pulse light source 102: Optical combiner 103: Parametric gain medium 201: Pump pulse light source 202: Modelock fiber laser 203: Optical fiber amplifier 204: Highly nonlinear optical fiber 205: Wavelength filter 206: Optical fiber amplifier 207: Optical combiner 208: Non-linear optical waveguide 209: Signal pulse light source 401: Optical separator 402: Optical take-out device 404:
Claims (27)
前記第1の光とは異なる波長を有する第2の光を出力する第2の光源と、
前記第1の光と、前記第2の光とを合波する光合波部と、
前記光合波部により合波された前記第1の光及び前記第2の光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第1の光から前記第2の光へエネルギーが移動し、前記第1の光の群速度と前記第2の光の群速度とが一致する非線形光導波路と、を有し、
前記非線形光導波路が、少なくとも2つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、
前記第1の光及び前記第2の光が、前記伝搬定数が異なる前記伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置。 The first light source that outputs the first light and
A second light source that outputs a second light having a wavelength different from that of the first light,
An optical combining section that combines the first light and the second light,
The first light and the second light combined by the optical wave combination unit are input, energy is transferred from the first light to the second light by an optical parametric effect , and the first light A non-linear optical waveguide in which the group velocity of the second light matches the group velocity of the second light .
The nonlinear optical waveguide has at least two or more propagation axes with different propagation constants.
A light source device characterized in that the first light and the second light propagate on the propagation axes having different propagation constants.
前記第1の光が前記非線形光導波路の前記Slow軸を伝搬し、前記第2の光が前記非線形光導波路の前記Fast軸を伝搬することを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 2, the nonlinear optical waveguide has a Slow axis and a Fast axis as the propagation axes having different propagation constants.
A light source device characterized in that the first light propagates on the Slow axis of the nonlinear optical waveguide, and the second light propagates on the Fast axis of the nonlinear optical waveguide.
前記第1の光が前記非線形光導波路の前記Fast軸を伝搬し、前記第2の光が前記非線形光導波路の前記Slow軸を伝搬することを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 2, the nonlinear optical waveguide has a Slow axis and a Fast axis as the propagation axes having different propagation constants.
A light source device characterized in that the first light propagates on the Fast axis of the nonlinear optical waveguide, and the second light propagates on the Slow axis of the nonlinear optical waveguide.
前記第1の光が入力される第1の入力端と、前記第1の光とは異なる波長を有する第2の光が入力される第2の入力端と、合波された前記第1の光及び前記第2の光が出力される出力端とを有する光合波部と、
前記光合波部の前記出力端から出力された光が入力され、光パラメトリック効果によって前記第1の光から前記第2の光が生成され、前記第1の光の群速度と前記第2の光の群速度とが一致する非線形光導波路と、
前記非線形光導波路で生成された前記第2の光の一部を取り出す光取り出し部と、を有し、
前記光取り出し部によって取り出されなかった前記第2の光の一部が、前記光合波部の前記第2の入力端に入力され、
前記非線形光導波路が、少なくとも2つ以上の伝搬定数が異なる伝搬軸を有し、
前記第1の光及び前記第2の光が、前記伝搬定数が異なる伝搬軸を伝搬することを特徴とする光源装置。 A light source that outputs the first light,
The first input end to which the first light is input and the second input end to which the second light having a wavelength different from that of the first light is input are combined with the first input terminal. An optical combiner having light and an output end from which the second light is output,
The light output from the output end of the optical wave portion is input, and the second light is generated from the first light by the optical parametric effect, and the group velocity of the first light and the second light are generated. a nonlinear optical waveguide and group velocity that matches the,
It has an optical extraction unit that extracts a part of the second light generated by the nonlinear optical waveguide.
A part of the second light that was not extracted by the light extraction unit is input to the second input end of the optical combiner unit, and is input to the second input terminal.
The nonlinear optical waveguide has at least two or more propagation axes with different propagation constants.
A light source device characterized in that the first light and the second light propagate on propagation axes having different propagation constants.
前記光合波部の前記第1の入力端及び前記第2の入力端の少なくとも一方の直前に設けられ、前記第1の入力端及び前記第2の入力端の少なくとの一方に入力される光の偏光を回転する偏光回転部を有することを特徴とする光源装置。 In the light source device according to any one of claims 1 to 15, the optical merging unit has a first input terminal into which the first light is input and a second input terminal into which the second light is input. Has an input end and
Light provided immediately before at least one of the first input end and the second input end of the optical wave portion and input to one of the first input end and at least one of the second input ends. A light source device characterized by having a polarized light rotating unit that rotates the polarized light of.
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部と、
前記被検体にて反射される光、前記被検体を透過する光、前記被検体において発せられる光、のうち少なくとも1つを受光する受光部と、
を有し、
前記光源部が、前記中心波長が互いに異なる2つのパルス光のうちの少なくとも一方を出力する請求項1乃至26のいずれか1項に記載の光源装置を有することを特徴とする情報取得装置。 The subject is irradiated with two pulsed lights having different center wavelengths, and at least one of the light reflected by the subject, the light transmitted through the subject, and the light emitted by the subject is detected. An information acquisition device that acquires information on the subject.
A light source unit that emits two pulsed lights with different center wavelengths,
A light receiving unit that receives at least one of light reflected by the subject, light transmitted through the subject, and light emitted by the subject.
Have,
The information acquisition device according to claim 1, wherein the light source unit includes the light source device according to any one of claims 1 to 26 , which outputs at least one of two pulsed lights having different center wavelengths.
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