特許 6791289 広帯域パルス光源装置、分光測定装置及び分光測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791289

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】広帯域パルス光源装置、分光測定装置及び分光測定方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/365 20060101AFI20201116BHJP

   G01J 3/10 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/365

   G01J3/10

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2019-62008(P2019-62008)

(22)【出願日】2019年3月27日

(65)【公開番号】特開2020-160367(P2020-160367A)

(43)【公開日】2020年10月1日

【審査請求日】2020年9月2日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097548

【弁理士】

【氏名又は名称】保立 浩一

(72)【発明者】

【氏名】太田 彩

(72)【発明者】

【氏名】長島 寿一

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２０５３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１２２８０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１５１７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０３０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５６９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００− １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１− ７／００

Ｇ０１Ｊ ３／００− ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００− ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

広帯域パルス光源と、
広帯域パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内において時間と光の波長とが１対１で対応するように伸長させる伸長ファイバモジュールと
を備えた広帯域パルス光源装置であって、
伸長ファイバモジュールは、マルチコアファイバ又はバンドルファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、
補償ファイバは、マルチコアファイバのコア又はバンドルファイバのファイバに接続されており、マルチコアファイバのコア間又はバンドルファイバのファイバ間の波長分散特性のばらつきを補償することを特徴とする広帯域パルス光源装置。

【請求項2】

前記補償ファイバは、前記マルチコアファイバの二個以上のコア又は前記バンドルファイバの二本以上のファイバのそれぞれに接続されていることを特徴とする請求項１記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項3】

前記補償ファイバの温度を調節する温度調節機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項4】

前記補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを検出するするモニタ機構が設けられており、
前記温度調節機構は、このモニタ機構が検出したタイミングのずれの幅に応じて温度調節を行う機構であることを特徴とする請求項３記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項5】

前記温度調節機構は、前記補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれの幅がしきい値以上の場合に動作する機構であることを特徴とする請求項４記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項6】

前記温度調節機構は、前記補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれの幅に応じて予め定めた量の温度調節を行う機構であることを特徴とする請求項４又は５記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項7】

前記補償ファイバの長さを調整する長さ調整機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項8】

前記伸長ファイバモジュールは、マルチコアファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、マルチコアファイバは、シングルモードのマルチコアファイバであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項9】

前記伸長ファイバモジュールは、バンドルファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、バンドルファイバは、シングルモードファイバをバンドルしたファイバであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項10】

前記補償ファイバは、シングルモードファイバであることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の広帯域パルス光源装置。

【請求項11】

請求項１乃至１０いずれかに記載の広帯域パルス光源装置と、
この広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光が照射された対象物からの光が入射する位置に配置された受光器と、
受光器からの出力データをスペクトルに変換する演算を行う演算手段と
を備えていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項12】

請求項１乃至１０いずれかに記載の広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光を対象物に照射するステップと、
光照射された対象物からの光を受光器で受光するステップと、
受光器からの出力データを演算手段によりスペクトルに変換するステップとを備えていることを特徴とする分光測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願の発明は、広帯域パルス光を出射する光源装置に関するものであり、また広帯域パルス光を利用して対象物の分光特性を測定する装置や方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パルス光源の典型的なものは、パルス発振のレーザ（パルスレーザ）である。近年、パルスレーザの波長を広帯域化させる研究が盛んに行われており、その典型が、非線形光学効果を利用したスーパーコンティニウム光（以下、ＳＣ光という。）の生成である。ＳＣ光は、パルスレーザ源からの光をファイバのような非線形素子に通し、自己位相変調や光ソリトンのような非線形光学効果により波長を広帯域化させることで得られる光である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２０５３９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した広帯域パルス光は、波長域としては大幅に伸長されているが、パルス幅（時間幅）としてはＳＣ光の生成に用いた入力パルスに近いパルス幅のままである。しかし、ファイバのような伝送素子における群遅延を利用するとパルス幅も伸長することができる。この際、適切な波長分散特性を持つ素子を選択すると、パルス内の時間（経過時間）と波長とが１対１に対応した状態でパルス伸長することができる。

【0005】

このようにパルス伸長させた広帯域パルス光（以下、広帯域伸長パルス光という。）における時間と波長との対応関係は、分光測定に効果的に利用することが可能である。広帯域伸長パルス光をある受光器で受光した場合、受光器が検出した光強度の時間的変化は、各波長の光強度即ちスペクトルに対応している。したがって、受光器の出力データの時間的変化をスペクトルに換算することができ、回折格子のような特別な分散素子を用いなくても分光測定が可能になる。つまり、広帯域伸長パルス光を対象物に照射してその対象物からの光を受光器で受光してその時間的変化を測定することで、その対象物の分光特性（例えば分光透過率）を知ることができるようになる。

【0006】

このように、広帯域伸長パルス光は分光測定等の分野で特に有益となっている。しかしながら、発明者の研究によると、より強い光を照射すべく広帯域パルス光源の出力を高くした場合、意図しない非線形光学効果がパルス伸長素子において生じ、時間と波長との一意性（１対１の対応性）が崩れてしまうことが判明した。
この出願の発明は、この知見に基づくものであり、時間と波長との一意性を保持しつつ高出力とした場合にも時間と波長との一意性が崩れることのない広帯域パルス光源装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、この出願の広帯域パルス光源装置の発明は、広帯域パルス光源と、広帯域パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内において時間と光の波長とが１対１で対応するように伸長させる伸長ファイバモジュールとを備えた広帯域パルス光源装置である。伸長ファイバモジュールは、マルチコアファイバ又はバンドルファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、補償ファイバは、マルチコアファイバのコア又はバンドルファイバのファイバに接続されており、マルチコアファイバのコア間又はバンドルファイバのファイバ間の波長分散特性のばらつきを補償する。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、補償ファイバが、マルチコアファイバの二個以上のコア又は前記バンドルファイバの二本以上のファイバのそれぞれに接続されているという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、補償ファイバの温度を調節する温度調節機構を備え得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを検出するモニタ機構が設けられており、温度調節機構がこのモニタ機構が検出したタイミングのずれの幅に応じて温度調節を行う機構であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、温度調節機構が補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれの幅がしきい値以上の場合に動作する機構であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、温度調節機構が補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれの幅に応じて予め定めた量の温度調節を行う機構であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、補償ファイバの長さを調整する長さ調整機構が設けられているという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、伸長ファイバモジュールが、マルチコアファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、マルチコアファイバは、シングルモードのマルチコアファイバであるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、伸長ファイバモジュールが、バンドルファイバと、シングルコアファイバである補償ファイバとを備えており、バンドルファイバは、シングルモードファイバをバンドルしたファイバであるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、広帯域パルス光源装置は、補償ファイバが、シングルモードファイバであるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、この出願の分光測定装置の発明は、上記広帯域パルス光源装置と、この広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光が照射された対象物からの光が入射する位置に配置された受光器と、受光器からの出力データをスペクトルに変換する演算を行う演算手段とを備えている。
また、上記課題を解決するため、この出願の分光測定方法の発明は、上記広帯域パルス光源装置から出射された広帯域パルス光を対象物に照射するステップと、光照射された対象物からの光を受光器で受光するステップと、受光器からの出力データを演算手段によりスペクトルに変換するステップとを備えている。

【発明の効果】

【0008】

以下に説明する通り、この出願の広帯域パルス光源装置の発明によれば、広帯域パルス光がマルチコアファイバ又はバンドルファイバにより分割されてパルス伸長されるため、高出力の光源装置としつつもパルス伸長の際に意図しない非線形光学効果が生じるのを防止することができる。そして、各コアの波長分散特性のばらつきが補償ファイバによって補償されるので、分割してパルス伸長した光が重ね合わされた際、時間対波長の一意性が精度良く保持される。
また、この出願の分光測定装置又は分光測定方法の発明によれば、上記効果を有する広帯域パルス光源装置を使用するので、時間対波長の一意性が高く保持された光により分光測定が行える。このため、分光測定の精度が高くなる。また、ダイナミックレンジの関係で特定の波長域においてＳＮ比が低下してしまう問題はい。さらに、エネルギー効率を高くして光を照射できることから、光吸収の多い対象物についても透過光強度を高くして測定することができるメリットもある。
また、補償ファイバがマルチコアファイバの二個以上のコア又はバンドルファイバの二本以上のファイバのそれぞれに接続されていると、広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを細かく調節することができる。このため、上記効果がさらに高くなる。
また、広帯域パルス光源装置が補償ファイバの温度を調節する温度調節機構を備えていると、各補償ファイバの波長分散特性のばらつきに起因した広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを温度調節によって抑え込むことができるので、時間対波長の一意性がさらに精度良く保持される。
また、補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを検出するするモニタ機構が設けられており、温度調節機構がこのモニタ機構が検出したタイミングのずれに応じて温度調節を行う機構であると、温度変化によらない波長分散特性のばらつきも抑え込むことができ、この点で時間対波長の一意性の精度がさらに高く保持される。
また、温度調節機構が補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれがしきい値以上の場合に動作する機構であると、温度調節機構の動作を必要最小限とすることができ、省エネルギー効果に優れた装置が提供される。
また、温度調節機構が補償ファイバから出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれに応じて予め定めた量の温度調節行う機構であると、ずれに応じた調整量が容易に達成され、温度調節が不足したり過剰になってしまったりする問題が生じない。
また、補償ファイバの長さを調整する長さ調整機構が設けられていると、波長分散特性のばらつきの抑え込みを温度調節による方法に比べ高速に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第一の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。

【図2】ファイバによる広帯域パルス光のパルス伸長について示した概略図である。

【図3】高強度の広帯域パルス光をファイバによりパルス伸長させた場合の意図しない非線形光学効果について確認した実験の結果を示した図である。

【図4】マルチコアファイバによるパルス伸長特有の課題について示した概略図である。

【図5】各補償ファイバの長さについて示した概略図である。

【図6】補償ファイバによる補償後の各パルスのずれの幅の許容値について示した概略図である。

【図7】第二の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。

【図8】第二の実施形態における温度調節機構の制御について示した概略図である。

【図9】温度調節プログラムの一例を概略的に示したフローチャートである。

【図10】第三の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。

【図11】第四の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。

【図12】実施形態の分光測定装置の概略図である。

【図13】分光測定ソフトウェアに含まれる測定プログラムの構成について示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
まず、広帯域パルス光源装置の発明の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
図１に示す広帯域パルス光源装置は、広帯域パルス光を出射する広帯域パルス光源１と、広帯域パルス光源１から出射される広帯域パルス光のパルス幅を伸長する伸長ファイバモジュール２とを備えている。

【0011】

広帯域パルス光源１としては、この実施形態では、ＳＣ光を出力するものが使用されている。具体的には、広帯域パルス光源１は、パルスレーザ源１１と、パルスレーザ源１１からの光が入射する非線形素子１２とを備えている。
パルスレーザ源１１としては、種々のものを用いることができるが、例えばゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等を用いることができる。非線形光学効果によりＳＣ光を生成するため、パルスレーザ源１１は超短パルスレーザ源であることが望ましい。

【0012】

非線形素子１２には、ファイバが使用される場合が多い。例えば、フォトニッククリスタルファイバやその他パルスを入力して非線形が生じるファイバであれば非線形素子１２として使用できる。広帯域パルス光源が後述のように分光測定に用いられる場合、ファイバのモードとしては測定安定性の観点からシングルモードを用いる場合が多いが、マルチモードであっても十分な非線形性を示し、測定波長範囲において期待する測定安定性が得られるものであれば、非線形素子１２として使用できる。

【0013】

この実施形態の広帯域パルス光源装置は、材料の分光分析等の光測定に利用されることを想定しており、したがって出射される広帯域パルス光は、９００ｎｍ〜１３００ｎｍ程度の近赤外域の光となっている。また、広帯域とは、ある波長幅において連続スペクトルであることを意味するが、これは例えば少なくとも１０ｎｍ、５０ｎｍ又は１００ｎｍの波長幅に亘って連続スペクトルの光ということになる。つまり、この実施形態では、広帯域パルス光源１は、９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲において少なくとも１０ｎｍ、５０ｎｍ又は１００ｎｍの波長幅に亘って連続したスペクトルの光を出射する光源となっている。

【0014】

伸長ファイバモジュール２は、ファイバ系の素子によってパルス伸長を行うモジュールである。伸長ファイバモジュール２は、パルス伸長の際、パルス幅が伸長された広帯域パルス光においてパルス内の時間と光の波長とが１対１に対応するようにしている。図２は、ファイバによる広帯域パルス光のパルス伸長について示した概略図である。

【0015】

パルスレーザ源１１が例えば超短パルスレーザ光Ｌ１を発振すると、超短パルスレーザ光Ｌ１は、非線形素子１２に入射して非線形光学効果が生じ、ある波長域で連続スペクトルであるＳＣ光Ｌ２となって出射する。このＳＣ光Ｌ２を当該波長範囲で負の分散値を示す伸長用のファイバ（正常分散ファイバ）２０に通すと、パルス幅が効果的に伸長される。
即ち、図２に示すように、ＳＣ光Ｌ２においては、超短パルスではあるものの、１パルスの初期に最も長い波長λ_１の光が存在し、時間が経過すると徐々に短い波長の光が存在し、パルスの終期には最も短い波長λ_ｎの光が存在する。この光を、正常分散ファイバでるファイバ２０に通すと、ファイバ２０では、波長の短い光ほど遅れて伝搬するので、１パルス内の時間差が増長され、ファイバ２０を出射する際には、短い波長の光は長い波長の光に比べてさらに遅れるようになる。この結果、出射するＳＣ光Ｌ３は、時間対波長の一意性が確保された状態でパルス幅が伸長された光となる。即ち、図２の下側に示すように、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎは、波長λ_１〜λ_ｎに対してそれぞれ１対１で対応した状態でパルス伸長される。

【0016】

したがって、時間を特定して光強度を求めれば、それは、その時間に対応する波長の光強度（スペクトル）を示すことになる。これは、回折格子のような特別な素子を使用しなくても分光測定が行えるできることを意味する。尚、図２に示すΔλ／Δｔは、時間の変化に対する波長の変化の大きさを示し、Δλは波長分解能を表している。Δｔは受光器の検出速度（信号払い出し周期）に依存しており、従って波長分解能を高くするには、Δλ／Δｔを小さく（勾配を緩やかに）する必要がある。このためには、伸長量を多くする必要がある。

【0017】

尚、伸長用のファイバ２０としては、異常分散ファイバを使用することも可能である。この場合は、ＳＣ光においてパルスの初期に存在していた長波長側の光が遅れ、後の時刻に存在していた短波長側の光が進む状態で分散するので、１パルス内での時間的関係が逆転し、１パルスの初期に短波長側の光が存在し、時間経過とともにより長波長側の光が存在する状態でパルス伸長されることになる。上述の通り、波長帯域によって正常分散または異常分散で分散の絶対値が大きいファイバを用いる。
通信などで使用される一般的なシングルモードファイバは波長９００〜１３００ｎｍにおいて正常分散を示すため、この実施形態では正常分散ファイバを用いている。

【0018】

実施形態の広帯域パルス光源装置において、伸長ファイバモジュール２は、マルチコアファイバ２１を備えており、マルチコアファイバ２１によってメインのパルス伸長作用を発揮させるモジュールとなっている。マルチコアファイバ２１を採用する点は、広帯域パルス光源装置の高出力化をテーマとした発明者の研究の成果に基づいている。以下、この点について説明する。

【0019】

ファイバを使用したパルス伸長において、ファイバには何らかの損失があり、パルス伸長の際に損失が生じるのが避けられない。特に、前述したように波長分解能を高くするには伸長量を多くする必要があるが、伸長量はファイバ長に依存しており、伸長量を多くするにはファイバを長くする必要がある。しかし、ファイバを長くすると、損失が大きくなってしまい、出力の低下、効率の低下を招く。

【0020】

したがって、高分解能の広帯域パルス光を高出力で出射するには、伸長用のファイバにおける損失を補償することが必要になってくる。この方法としてまず考えられるのは、伸長用のファイバに入力させる広帯域パルス光のパワーを大きくすることである。発明者は、このような考えに基づき、伸長用のファイバに入力する広帯域パルス光のパワーを大きくする実験を行った。この結果、入力される広帯域パルス光のパワーがある限度以上大きくなると、出力される広帯域伸長パルス光の波長特性が急に不均一になり、スペクトルが大きく波を打ったような状態となることが判明した。図３は、この点を確認した実験の結果を示す図であり、高強度の広帯域パルス光をファイバによりパルス伸長させた場合の意図しない非線形光学効果について確認した実験の結果を示した図である。図３において縦軸は対数目盛である。

【0021】

図３に結果を示す実験では、中心波長１０６４ｎｍ、パルス幅２ナノ秒のマイクロチップレーザ光を非線形素子としてのフォトニッククリスタルファイバに入れてＳＣ光とし、長さ５ｋｍのシングルモードファイバを使用してパルス伸長させた。シングルモードファイバは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲で正常分散のファイバである。この際、シングルモードファイバへの入射ＳＣ光のエネルギーを、０．００９μＪ、０．０３８μＪ、０．１９μＪ、０．７９μＪと変化させた。

【0022】

図３に示すように、ＳＣ光のエネルギーが０．１９μＪまでの場合には、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲において出射光強度の大きなばらつきはないが、０．７９μＪの場合、出射光強度は波長に応じて激しく変動する。このような変動は、伸長用のシングルモードファイバに入射して伝搬する過程でＳＣ光に意図しないさらなる非線形光学効果が生じたことを示すものである。このような非線形光学効果が生じると、新たな波長が別の時刻に生成されるため、時間波長一意性が崩れてしまう。尚、図３に結果を示す実験では、入射するＳＣ光のパルス幅は変わっていないので、ピーク値を変化させたということになる。

【0023】

広帯域伸長パルス光の分光特性が図３に示すように大きく波打つような特性であると、特に分光測定の用途では大きな問題となり得る。即ち、波長のダイナミックレンジの関係で、光が弱い波長域についてはＳＮ比が極端に悪くなり、その波長域では実質的に測定不能となり得る。また、ある材料の光特性を調べる等の理由でフラットな分光分布の光を照射する必要がある場合も、問題となり得る。
また、意図しない非線形光学効果により、本来必要ではない波長域において光が生成されると、その分で入力パワーが使われてしまうので、エネルギー効率が低下し、本来必要な波長域において十分な強度の光が得られないことになる。

【0024】

この実施形態では、上記の点を考慮し、伸長ファイバモジュール２が備えるメインの伸長用のファイバとしてマルチコアファイバ２１を採用している。即ち、マルチコアファイバ２１によれば、一つのコア２１０が伝送する広帯域パルス光のパワーを小さくすることができるので、全体として高出力の広帯域パルス光源装置とした場合でも、意図しない非線形光学効果の発生を防止することができる。このため、広い波長域に亘って高ＳＮ比の分光測定を高効率で行うことができるようになる。

【0025】

パルス伸長のためにマルチコアファイバ２１を採用することは上記のように有益であるが、発明者の研究によると、マルチコアファイバ特有の課題が発生することが判ってきた。以下、この点について説明する。図４は、マルチコアファイバによるパルス伸長特有の課題について示した概略図である。

【0026】

広帯域パルス光は、各コア２１０に分割されて伝搬し、各コア２１０でパルス伸長されて出射する。各コア２１０から出射した光は、照射面で重ね合わされる。このようにすると、各コア２１０で伝搬する広帯域パルス光のパワーはシングルコアのファイバを使用する場合に比べて低くなる。このため、意図しない非線形光学効果が発生しない。
しかしながら、発明者の研究によると、マルチコアファイバ２１において、各コア２１０は同一の材料ではあるものの、波長分散特性にばらつきがあり、このため、コア間においてパルス伸長の状況がばらついてしまう。即ち、図４に示すように、各コア２１０で伸長されて出射するパルス光をパルス波形（時間波形）Ｐ１〜Ｐ４で示すと、パルス光Ｐ１〜Ｐ４は出射するタイミングが一致せず、幅ｄのずれが発生する。

【0027】

このようにずれが発生した各パルス光Ｐ１〜Ｐ４を合波して受光器３で受光した場合、図２及び図４から解るように、受光器３からの出力の時間波形において、ある時刻で検出している光の波長は一致せず、異なる波長の光強度が混ざったものとなってしまう。このため、このような光を分光測定に利用すると、分光測定の精度が低下してしまう。

【0028】

このようなマルチコアファイバにおけるコア間の波長分散特性のばらつきは、幾つかの要因で生じる。一つには、コア間の屈折率のばらつきである。各コアは同一の材料で形成されているが、製造時の要因から屈折率が僅かに異なる場合がある。周知のように光波の群遅延は屈折率に依存するため、屈折率がばらつくと波長分散特性が変化する。特に、パルス伸長を行う場合にはファイバがより長くなるので、波長分散特性のばらつきが顕著になり易い。

【0029】

波長分散特性のばらつきは、コア径のばらつきによっても生じる。各コアの径は設計上は同一であるが、製造上の僅かなばらつきが存在する。周知のように、群遅延は、光波がコアだけでなくクラッドにも一部染み出すようにして伝搬することにも起因する（構造的分散）。クラッドへの染み出し量はコア径に依存し、したがってコア径がばらつくと波長分散特性もばらついてしまう。

【0030】

さらに、ファイバの波長分散特性は、曲げやねじりといった外的圧力がファイバに加えられていてそれによって生じる応力の状況によってもばらつく。伸長用としてはｋｍオーダー程度まで長くなり得るファイバは、巻回された状態で通常は使用される。この場合、巻回の際に内側に位置するコアと外側に位置するコアとでは応力の状況が異なり、この結果、波長分散特性も異なってくる。さらに、内側のコアと外側のコアとでは圧縮と引っ張りの違いによりコア径も異なってくる場合があり、これによっても波長分散特性がばらつく。
このような要因のため、各コアが仕様としては同じ材料であり同じ長さであったとしても、各コアの波長分散特性は一定ではなく、この結果、パルス伸長の状況もばらついてしまう。

【0031】

この実施形態では、このようなマルチコアファイバ２１を使用した際の問題を解決するため、伸長ファイバモジュール２が補償ファイバ２２を備える構成が採用されている。補償ファイバ２２は、マルチコアファイバ２１の各コア２１０に対して接続されており、マルチコアファイバ２１のコア間の波長分散特性のばらつきを補償償するものとなっている。

【0032】

各補償ファイバ２２は、コネクタ素子２３を介して各コア２１０に接続されている。コネクタ素子２３としては、ファンアウトデバイスを使用することができる。溶融延伸型、空間光学型、平面導波路型等の適宜の構成のファンアウトデバイスをコネクタ素子２３として採用することができる。

【0033】

各補償ファイバ２２としては、この実施形態では、同じ材質のシングルコアのシングルモードファイバが使用されている。各補償ファイバ２２は、マルチコアファイバ２１の各コアの波長分散特性のばらつきを補償するものであるため、後述するように補償を実現する長さを有している。尚、各補償ファイバ２２の出射端はバンドルされて照射面に向けられており、出射する各広帯域パルス光は、出射面において重ね合わされる。この他、各補償ファイバ２２の出射側には適宜の出射側素子が設けられることもある。出射側素子としては、バンドルファイバやファインインデバイス等が採用され得る。また、光が同一の照射領域に重なって照射されるようにするレンズ等の空間光学素子が設けられることもある。

【0034】

尚、マルチコアファイバ２１の入射側についても、適宜のコネクタ素子２４が配置される。例えば、図１に示すように、マイクロレンズアレイ２４１を使用して各コアに光を集光して入射させる構成が採用され得る。広帯域パルス光源１の非線形素子１２からの光をビームエキスパンダ２４２で広げ、マイクロレンズアレイ２４１に照射する。マイクロレンズアレイ２４１は、各コア２１０に対応する位置にマクロレンズを配置した光学素子であり、光を分割して且つ集光して各コア２１０に入射させる機能を有する。

【0035】

このような第一の実施形態の構成において、各補償ファイバ２２は、マルチコアファイバ２１のコア間の波長分散特性のばらつきを補償するものであるため、その目的を実現する長さを有する。以下、この点について図５を参照して説明する。図５は、各補償ファイバ２２の長さについて示した概略図である。

【0036】

図５に示すように、コア数を４とし、各コアを２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄとする。また、四本の補償ファイバ２２を２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとする。また、各コア２１０ａ〜２１０ｄでパルス伸長された後の広帯域パルス光の各パルスをＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とする。尚、伸長される前の広帯域パルス光のパルスをＰ０とする。また、伸長前のパルスＰ０において、パルスの始期（最も長い波長λ_１が存在する時刻）をｔ_１とし、パルスの終期（最も短い波長λ_ｎの光が存在する時刻）をｔ_ｎとする。同様に、各パルスＰ１〜Ｐ４において、パルスの始期をｔ_１１，ｔ_２１，ｔ_３１，ｔ_４１とし、パルスの終期をｔ_１ｎ，ｔ_２ｎ，ｔ_３ｎ，ｔ_４ｎとする。

【0037】

マルチコアファイバ２１の各コア２１０ａ〜２１０ｄにより、波長に応じて群遅延が発生するから、伸長前のパルスＰ０の始期ｔ_１は、伸長後の各パルスＰ１〜Ｐ４においてｔ_１１〜ｔ_４１のように遅延し、終期ｔ_ｎは、ｔ_１ｎ〜ｔ_４ｎのように遅延する。この際、各コア２１０ａ〜２１０ｄの波長分散特性にばらつきが全くなければ、ｔ_１１〜ｔ_４１はみな同一の時刻となり、ｔ_１ｎ〜ｔ_４ｎはみな同一の時刻となる。しかしながら、波長分散特性がばらついているため、図４及び図５に示すように、ｔ_１１〜ｔ_４１はずれており、ｔ_１ｎ〜ｔ_４ｎもずれている。

【0038】

波長分散特性のばらつきというのは、波長の違いによる群遅延のばらつきであるから、伸長後の各パルスＰ１〜Ｐ４におけるパルス幅のばらつきということになる。しかし、波長分散特性のばらつきは、屈折率の相違や構造的要因による群遅延のばらつきに相当しているから、伸長前のパルスＰ０に対する全体としての遅延量も異なってくる。つまり、パルス幅のみならずパルスのタイミングもずれる。
尚、図４の例では、コア２１０ａにおいて最も群遅延が少なく、コア２１０ｄにおいて群遅延が多くなっているが、これは波長分散特性のばらつきのパターンの単なる一例であり、他のパターンでばらつく場合も勿論ある。

【0039】

このように波長分散特性がばらついている結果、各パルスＰ１〜Ｐ４のタイミングがずれている場合、各補償ファイバ２２がそれを補償する長さとされる。即ち、第一のコア２１０ａに接続された第一の補償ファイバ２２ａは最も長い長さとされ、第二のコア２１０ｂに接続された第二の補償ファイバ２２ｂは次に長い長さとされ、第三のコア２１０ｃに接続された第三の補償ファイバ２２ｃはその次にの長い長さとされ、第四のコア２１０ｄに接続された第四の補償ファイバ２２ｄは、最も短い長さとされる。各長さの相違は、生じているパルスのずれの幅に応じて選定される。

【0040】

このように長さが最適化されて各補償ファイバ２２ａ〜２２ｄが接続されると、波長分散特性のばらつきが補償され、図５に示すように各補償ファイバ２２ａ〜２２ｄを出射した際の各パルスＰ１’〜Ｐ４’は、パルス長やパルスのタイミングが一致したものとなる。
実際には、装置の製造の際、マルチコアファイバ２１の各コア２１０ａ〜２１０ｄからのパルスＰ１〜Ｐ４をオシロスコープ等の測定機器でモニタし、各ずれの幅ｄに応じて各補償ファイバ２２を接続する。そして、各補償ファイバ２２を出射したパルス光Ｐ１’〜Ｐ４’を同様にオシロスコープで観察し、ずれの幅ｄが許容値に入っているかどうか確認する。許容値に入っていれば、その装置は合格であり出荷ＯＫとされ、許容値に入っていなければ、補償ファイバ２２を適宜交換して接続し、ずれの幅ｄが許容値内となるようにする。

【0041】

上記ずれの幅の許容値について、図６を参照して説明する。図６は、補償ファイバによる補償後の各パルスのずれの幅の許容値について示した概略図である。
各パルスのずれの幅が許容値内であるかどうかの判断は、上記のようにオシロスコープ等の測定機器を使用して行うが、ずれの幅の確認については、パルスの中央のような十分に強度がある箇所を基準にして行う。パルスの始期又は終期で行っても良いが、これらのタイミングでは強度が弱いので、ずれの幅の確認を精度良く行うことは難しい。したがって、例えばパルスの中央（時間幅の中央）のような十分に高い強度のところで比較をしてずれの幅を特定する。

【0042】

ずれの幅を確認する際の基準とするパルスをＰ１とし、図６（１）に示すようにパルスＰ１の中央の時刻をｔ_１ｍとする。このパルスＰ１についての時間と波長との対応関係を図６（２）に示す。対応関係において、時刻ｔ_１ｍに対応する波長はλ_ｍであるとする。
いま、パルスＰ２は、パルスＰ１よりも分散の大きなコアを伝搬したとする。この場合、パルスＰ２はパルスＰ１に対して少し遅れる。パルスＰ２の中央の時刻をｔ_２ｍとすると、ずれの幅ｄは、ｔ_１ｍとｔ_２ｍの差となる。そして、ずれの幅ｄは時間のずれであるが、ずれの幅ｄが存在している場合の波長のずれ、即ち時刻ｔ_１ｍで観測される波長のずれをδλとする。

【0043】

この場合、パルスＰ１において、ｔ_１ｍよりもΔｔ前の時刻には、λ_ｍ−１の波長が観測される。ここでのΔｔは時間分解能である。λ_ｍ−１の波長は、ｔ_ｍ１よりも一つ前の時刻の波長として対応付けがされている。一つ前の時刻とは、受光器における信号払い出し周期において一つ前のタイミングで読み出された光電変換強度ということである。

【0044】

もし、ずれの幅ｄが大きく、図６（２）に示すように、波長のずれδλがλ_ｍ−１を超えてしまうと、λ_ｍの波長の強度の中に隣の波長の光の強度（又はそれ以上離れた波長の光の強度）を含んでしまうことになる。δλが波長分解能Δλ以下であれば、元々分解できないスペクトル強度の違いであるので、問題は小さい。しかし、波長分解能Δλを超えてしまうと、問題が顕在化する。したがって、ずれの幅ｄは、当該波長における波長分解能以下となる幅であれば良いということになる。波長分解能以下とは、そのずれの幅ｄにΔλ／Δｔを乗算した場合に隣りの波長以上になってしまうような幅以下ということである。

【0045】

このように、実施形態の広帯域パルス光源装置によれば、広帯域パルス光がマルチコアファイバ２１により分割されてパルス伸長されるため、高出力の光源装置としつつもパルス伸長の際に意図しない非線形光学効果を防止することができる。このため、広い波長域に亘って高ＳＮ比の分光測定を高効率で行うことができるようになる。そして、各コアの波長分散特性のばらつきが補償ファイバ２２によって補償されるので、分割してパルス伸長した光が重ね合わされた際、時間対波長の一意性が精度良く保持される。
上記構成では、補償ファイバ２２は各コア２１０に対して接続されたが、波長分散特性のばらつきの発生状況によっては一つのコア２１０のみに対して接続されれば足りる場合もある。

【0046】

次に、第二の実施形態の広帯域パルス光源装置について説明する。図７は、第二の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
第二の実施形態の広帯域パルス光源装置が第一の実施形態と異なるのは、補償ファイバ２２の温度を調節する温度調節機構４を備えている点である。この実施形態では、温度調節機構４は、各補償ファイバ２２に設けられており、各補償ファイバ２２を互い独立して温度調節できるものとなっている。

【0047】

各温度調節機構４は、熱媒として気体を使用するもの、液体を使用するもののいずれでも良い。例えば、水又はパージガス等の熱媒を充填した恒温槽内に補償ファイバ２２を配置し、熱媒を温度調節する機構を採用することができる。
この実施形態では、各温度調節機構４の動作についても最適化されている。即ち、各温度調節機構４の動作を制御するためのモニタ機構５が設けられており、このモニタ機構５からの信号に従って各温度調節機構４は動作するようになっている。

【0048】

温度調節の考え方としては、大きく分けて二つの考え方がある。一つは、補償ファイバ２２に温度変化が生じると、屈折率が変化し、波長分散特性が変化する。この結果、他の補償ファイバ２２との間で波長分散特性のばらつきが生じ、出射する広帯域パルス光のタイミングがずれる。これを防止するため、補償ファイバ２２の温度を検出して温度調節し、補償ファイバ２２の温度を一定に保つ。もう一つの考え方は、補償ファイバ２２の温度によらず、広帯域パルス光のタイミングがずれたら、そのずれを補償するように温度調節するという考え方である。

【0049】

前者の考え方でも時間対波長の一意性の良い広帯域パルス光の出射が可能であるが、この実施形態では、時間対波長の一意性をより高めるため、後者の考え方を採用している。前者の考え方は、温度を一定にすれば波長分散特性は一定になるという考え方であるが、この考え方の場合、温度によらず波長分散特性が変化した場合に対応できない。例えば、補償ファイバ２２の材料自体に経時的な変化が生じ、波長分散特性が変化した場合、対応できない。後者の考え方によると、このような波長分散特性の変化にも対応できる。このため、この実施形態では、モニタ機構５としては、各補償ファイバ２２による波長分散特性のばらつきをモニタするものが採用されている。

【0050】

具体的に説明すると、モニタ機構５は、マルチコアファイバ２１及び各補償ファイバ２２によりパルス伸長された後の各広帯域パルス光を受光するものとなっている。図６に示すように、この実施形態では、各補償ファイバ２２は中継ファイバ２５を介してバンドルファイバ２６に接続されている。各中継ファイバ２５は、途中で分岐しており、一方が照射用、他方がモニタ用となっている。モニタ用として分岐させるパワーは少しで良く、全体の１０％以下で良い。

【0051】

各中継ファイバ２５のモニタ用の分岐端から出射する光を受光する位置に、モニタ用受光器５１が配置されている。図７に示すように、この実施形態では、各温度調節機構４に対して制御信号を送るコントローラ５０が設けられている。各モニタ用受光器５１は、ＡＤ変換器５２を介してコントローラ５０に接続されている。

【0052】

コントローラ５０は、プロセッサを内蔵しており、各モニタ用受光器５１からの検出データを処理し、各広帯域パルス光のずれの幅を算出する。また、コントローラ５０は、メモリのような記憶部を有しており、記憶部にはずれの幅のしきい値が記憶されている。さらに、記憶部には、しきい値を超えた場合に温度調節量を算出するための基準値が予め記憶されている。コントローラ５０は、設定された基準値に従って温度調節量を算出し、温度調節機構４に対して制御信号を送り、その量だけ温度を変化させるよう構成されている。

【0053】

次に、上記コントローラ５０による制御について説明する。図８は、第二の実施形態における温度調節機構の制御について示した概略図である。
実際の温度調節では、ある特定の補償ファイバ２２を基準とし、この補償ファイバ２２からの出射パルスを基準として他の出射パルスのタイミングのずれをモニタする。以下、この基準となる補償ファイバ２２を基準ファイバという。
図８（１）に示すように、基準ファイバ２２からの出射パルスＰ１に対してある補償ファイバ２２からの出射パルスＰ２のずれが観測される。このずれについて、検出データで特定されるパルスＰ１，Ｐ２の中心のずれの幅ｄが算出される。この幅ｄが最小（ｄ＝０）になるように、温度調節機構４が制御される。

【0054】

温度調節機構４の制御は、作業者がマニュアル作業で行っても良いが、コントローラ５０に実装したプログラム（以下、温度調節プログラムという。）により行うことも可能である。図９は、温度調節プログラムの一例を概略的に示したフローチャートである。
コントローラ５０の記憶部には、上記ずれを解消するための基準値が記憶されている。基準値は、どの程度温度を変化させると出射パルスのタイミングがどの程度ずれるかという基準値であり、予め実験的に求められて記憶されている。
具体的に説明すると、温度が上昇すると屈折率は小さくなり、屈折率が小さくなると波長分散は多くなる。したがって、広帯域パルス光のタイミングは遅れる。逆に、温度が低下すると屈折率は大きくなり、波長分散は少なくなる。このため、広帯域パルス光のタイミングは早くなる。したがって、ある時刻を０として広帯域伸長パルス光の出射のタイミングを表すと、概略的には図８（２）に示すようなものとなる。
温度変化ΔＴに対するタイミングのずれの幅Δｄは、実験的に調べることが可能である。この実施形態では、各補償ファイバ２２についてΔｄ／ΔＴが予め調べられており、この値がコントローラ５０の記憶部に記憶されている。

【0055】

図９に示すように、温度調節プログラムは、ずれの幅ｄがしきい値を超えた場合、そのずれの幅ｄを解消するための温度調節量Ｔを算出する。即ち、Ｔ＝−ｄ／（Δｄ／ΔＴ）を算出し、温度調節量Ｔをずれの幅ｄを観測した補償ファイバ２２の温度調節機構４に送る。温度調節機構４は、温度調節量Ｔだけ補償ファイバ２２の温度が上昇又は下降するよう温度調節する。このような温度調節を温度調節機構４が行うよう、温度調節プログラムはプログラミングされコントラーラ５０に実装されている。
上記の制御例は、ずれの幅ｄがしきい値を超えた場合には温度調節を行う例であったが、ＰＩＤ制御等のようなフィードバック制御をしても良い。即ち、ｄ＝０になるようにするフィードバック制御を行い、即時性を高めても良い。

【0056】

第二の実施形態に広帯域パルス光源装置によれば、各補償ファイバ２２の波長分散特性のばらつきが温度調節によって抑え込まれるので、使用環境の変化、ファイバ材料自体の特性変化により波長分散特性が変化した場合にも、出射される各広帯域パルス光のタイミングのずれは小さく抑え込まれる。このため、時間対波長の一意性が高く安定して保持され、信頼性の高い広帯域パルス光源装置となる。

【0057】

上記温度調節において、ずれの幅ｄのしきい値は、第一の実施形態におけるずれの幅ｄと同じようにすることができる。即ち、パルス幅（時間幅）の中心でずれの幅ｄを把握する場合、その中心の時間に対応した波長における波長分解能以下となる時間幅ということになる。この幅を超えた場合、上記のような温度調節をする。
尚、温度調節機構４の制御としては、各補償ファイバ２２の温度をセンサで検出し、これが一定になるように制御を行っても良い。この場合でも、温度変化による波長分散特性のばらつき、広帯域パルス光の出射のタイミングのばらつきが抑え込まれるため、時間対波長の一意性の精度が高められる。

【0058】

上記第二の実施形態では、温度調節機構４が各補償ファイバ２２について設けられており、各々独立して温度調節がされるので、きめ細かい温度調節が可能になり、波長分散特性のばらつきをきめ細かく抑え込むことができる。このため、時間対波長の一意性がより高い精度で保持される。尚、温度調節機構４は、複数の補償ファイバ２２についてまとめて温度調節を行う機構であっても良い。この場合は、それら複数の補償ファイバ２２について、温度変化による波長分散特性の変化（経時的ばらつき）を抑え込むことができるという効果がもたらされる。

【0059】

また、上記第二の実施形態において、広帯域パルス光の出射のタイミングのずれの幅ｄがしきい値を超えた場合に温度調節機構４が動作する点は、温度調節機構４の動作を必要最小限する意義がある。この点は、装置の省エネルギー性能を高める効果がある。
予め求められた基準値に従って温度調節量を算出して温度調節を行う点には、温度調節が不足したり過剰になったりしないという効果がある。温度調節については、温度の上昇（加熱）を継続し、ずれの幅ｄがしきい値以下になったら停止するとか、温度の低下（冷却）を継続し、ずれの幅ｄがしきい値以下になったら停止するといったやり方もあるが、このようにすると、一時的に温度調節が不足したり過剰になったりする問題が生じ得る。上記実施形態の構成では、そのような問題はない。

【0060】

次に、第三の実施形態の広帯域パルス光源装置について説明する。図９は、第三の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
第三の実施形態においても、伸長ファイバモジュール２はマルチコアファイバ２１と各補償ファイバ２２とを備えており、各補償ファイバ２２はマルチコアファイバ２１のコア間の波長分散特性のばらつきを補償するものとなっている。そして、各補償ファイバ２２には温度調節機構４が付設されており、各温度調節機構４を制御するコントローラ５０が設けられている。

【0061】

図９に示すように、第三の実施形態では、マルチコアファイバ２１の入射側に各補償ファイバ２２が配置されており、第一第二の実施形態とは配置位置が逆となっている。波長分散は、全体の伝送路の長さで決まるので、このような配置であっても効果としては等価である。尚、広帯域パルス光源１内の非線形素子１２としてのファイバは、出射端が分岐したファイバとなっている。分岐の数は、マルチコアファイバ２１のコア数に等しい。非線形素子１２としてのファイバの各出射端は、コネクタ素子２７、中継ファイバ２５及び別のコネクタ素子２７を介してマルチコアファイバ２１の各コア２１０にそれぞれ接続されている。

【0062】

この実施形態でも伸長ファイバモジュール２におけるパルス伸長の状況を監視するモニタ機構５が設けられているが、図９に示すように、各モニタ機構５は、各補償ファイバ２２の入射側において光を取り出す構成となっている。即ち、各モニタ機構５は、マルチコアファイバ２１の出射端で反射して戻ってきた光を取り出してパルスのタイミングを検出するものとなっている。

【0063】

具体的には、図９に示すように、各中継ファイバ２５上には、分岐素子として光サーキュレータ５３が配置されている。各光サーキュレータ５３には、モニタ用ファイバ（符号省略）が接続されており、各モニタ用ファイバの出射端を臨む位置には、モニタ用受光器５１が配置されている。各モニタ用受光器５１は、同様にＡＤ変換器５２を介してコントローラ５０に接続されている。

【0064】

マルチコアファイバ２１の各コア２１０中を伝搬した各広帯域パルス光は、殆どの光が出射端から出射して照射面に照射されるものの、一部の光は出射端で反射して戻る。この反射光は、マルチコアファイバ２１の各コアから各補償ファイバ２２を通って戻り、各中継ファイバ２５上の光サーキュレータ５３で取り出されて各モニタ用受光器５１で検出される。

【0065】

この実施形態においても、各モニタ用受光器５１からの検出データが処理されて各パルスのタイミングのずれの幅ｄが算出され、ずれの幅ｄがしきい値を超えている場合、超えている補償ファイバ２２の温度調節機構４が動作する。このため、ずれの幅ｄがしきい値以下に抑え込まれ、時間対波長の一意性が高く保持された広帯域パルス光が出射される。
この実施形態では、各モニタは、マルチコアファイバ２１の出射端で反射して戻ってきた光を検出するので、全体の波長分散は倍になり、したがってずれの幅ｄも倍になる。このため、算出したずれの幅ｄを１／２倍してしきい値と比較するか、しきい値を２倍にしてから比較する。

【0066】

次に、第四の実施形態の広帯域パルス光源装置について説明する。図１０は、第四の実施形態の広帯域パルス光源装置の概略図である。
第四の実施形態においても、伸長ファイバモジュール２はマルチコアファイバ２１と各補償ファイバ２２とを備えており、各補償ファイバ２２はマルチコアファイバ２１のコア間の波長分散特性のばらつきを補償するものとなっている。
この実施形態では、各補償ファイバ２２には長さ調整機構４０が設けられている。長さ調整機構４０としては、例えばピエゾ素子によって補償ファイバ２２を伸縮させて長さを調整する機構が採用できる。

【0067】

この実施形態においても、各補償ファイバ２２から出射される広帯域パルス光の出射のタイミングのずれを検出するするモニタ機構５が設けられている。モニタ機構５が検出したずれはコントローラ５０に入力され、コントローラはずれに従って各長さ調整機構４０を制御するようになっている。即ち、ずれの幅がしきい値を超えている場合、長さ調整機構４０が動作する。そして、ある補償ファイバ２２を基準とし、それよりも早いタイミングで出射している補償ファイバ２２については長さ調整機構４０により伸ばして光路長を長くし、遅いタイミングで出射している補償ファイバ２２については縮めて光路長を短くする。光路長の調節により、波長分散が全体として均一になり、ずれのないタイミングで各広帯域パルス光が出射する。

【0068】

この場合にも、コントローラ５０には、各補償ファイバ２２の長さ変化量とずれの幅との関係が予め調べられ、基準値としてコントローラ５０内の記憶部に記憶されている。コントローラ５０に含まれるプロセッサは、この基準値に従って各補償ファイバ２２の長さ調整量を決定し、各長さ調整機構４０を動作させる。
この実施形態においても、各広帯域パルス光の出射のタイミングのずれがしきい値以下に抑え込まれる。このため、時間対波長の一意性が高く保持された広帯域パルス光が出射される。
尚、温度調節機構４を使用する場合と比べると、長さ調整機構４０（機構的な光路長の調整）による場合、波長分散量の調整を応答性良く行うことができるため、波長分散特性のばらつきを抑え込む動作の高速性という点で優れたものになる。

【0069】

次に、このような広帯域パルス光源装置を使用する分光測定装置及び分光測定方法の各発明の実施形態について説明する。図１１は、実施形態の分光測定装置の概略図である。
図１１に示す分光測定装置は、広帯域パルス光源装置１０と、広帯域パルス光源装置１０からの広帯域パルス光が照射された対象物Ｓからの光の受光位置に配置された受光器７と、受光器７からの出力を処理する演算手段８とを備えている。

【0070】

広帯域パルス光源装置１０には、上述した第二の実施形態のものが使用されているが、第一の実施形態のものや第三、第四の実施形態のものでも良いことは勿論である。この実施形態では、対象物Ｓの透過光を分光測定することが想定されているため、対象物Ｓは透明な受け板６上に配置される。測定波長帯域は９００ｎｍ〜１３００ｎｍ程度の近赤外域となっているため、受け板６は、この帯域において良好な透過率を有する材質のものが使用される。
受け板６の光出射側に、受光器７が配置されている。受光器７としては、フォトダイオードが使用される。１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ程度の高速フォトダイオードが好適に使用できる。

【0071】

演算手段８としては、プロセッサ８１及びストレージ８２を備えた汎用ＰＣが使用できる。ストレージ８２には、分光測定ソフトウェアがインストールされており、これには、受光器７からの出力の時間的変化をスペクトルに変換するコードを含む測定プログラム８３や、スペクトルの算出の際に使用される基準スペクトルデータ８４等が含まれている。尚、受光器７と汎用ＰＣとの間にはＡＤ変換器７１が設けられており、受光器７の出力は、ＡＤ変換器７１によりデジタルデータに変換されて汎用ＰＣに入力される。

【0072】

図１２は、分光測定ソフトウェアに含まれる測定プログラムの構成について示した概略図である。図１２の例は、吸収スペクトル（分光吸収率）を測定するための構成の例となっている。基準スペクトルデータ８４は、吸収スペクトルを算出するための基準となる波長毎の値である。基準スペクトルデータ８４は、広帯域パルス光源装置１０からの光を対象物Ｓを経ない状態で受光器７に入射させることで取得する。即ち、対象物Ｓを経ないで光を受光器７に直接入射させ、受光器７の出力をＡＤ変換器７１経由で汎用ＰＣに入力させ、時間分解能Δｔごとの値を取得する。各値は、パルス内のΔｔごとの各時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・，以下、パルス内時刻という。）の基準強度として記憶される（Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・）。

【0073】

各パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・での基準強度Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・は、対応する各波長λ_１，λ_２，λ_３，・・・の強度（スペクトル）である。パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・と波長との関係が予め調べられており、各パルス内時刻の値Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・が各λ_１，λ_２，λ_３，・・・の値であると取り扱われる。
そして、対象物を経た光、すなわち対象物からの透過光を受光器７に入射させた際、受光器７からの出力はＡＤ変換器７１を経て同様に各パルス内時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・の値（測定値）としてメモリに記憶される（ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３，・・・）。各測定値は、基準スペクトルデータ８４と比較される（ｖ_１／Ｖ_１，ｖ_２／Ｖ_２，ｖ_３／Ｖ_３，・・・）。そして、必要に応じて逆数の対数を取り、吸収スペクトルの算出結果とする。

【0074】

上記のような演算処理をするよう、測定プログラム８３はプログラミングされている。尚、図１２の例では、吸収スペクトルを調べるだけのようになっているが、実際には、吸収スペクトルを調べることで、対象物の成分の比率を分析したり、対象物を同定したりすることもある。

【0075】

次に、上記分光測定装置の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の実施形態の説明でもある。実施形態の分光測定装置を使用して分光測定する場合、対象物Ｓを配置しない状態で広帯域パルス光源装置１０を動作させ、受光器７からの出力データを処理して予め基準スペクトルデータ８４を取得する。その上で、対象物Ｓを受け板７に配置し、広帯域パルス光源装置１０を再び動作させる。そして、受光器７からの出力データをＡＤ変換器７１を介して演算手段８に入力し、測定プログラム８３によりスペクトルに変換して吸収スペクトルを算出する。

【0076】

このような分光測定装置又は分光測定方法によれば、伸長ファイバモジュール２において意図しない非線形光学効果が生じない広帯域パルス光源装置１０を使用しているので、時間対波長の一意性が高く保持された光により分光測定が行える。このため、分光測定の精度が高くなる。また、ダイナミックレンジの関係で特定の波長域においてＳＮ比が低下してしまう問題はない。さらに、エネルギー効率を高くして光を照射できることから、光吸収の多い対象物についても透過光強度を高くして測定することができるメリットもある。

【0077】

また、伸長ファイバモジュール２においてマルチコアファイバ２１のコア間の波長分散特性のばらつきを補償ファイバ２２が補償しているので、時間対波長の一意性の精度がさらに高くなっている。このため、この点でも分光測定の精度が高められている。
尚、上記説明では対象物Ｓからの透過光の分光測定を例にしたが、対象物Ｓからの反射光を受光する位置に受光器７を設け、対象物Ｓからの反射光の分光測定を行うようにすることも可能であり、この場合も同様の効果が得られる。さらに、広帯域パルス光が照射された対象物Ｓからの散乱光又は蛍光を捉えて分光測定する場合もあり得る。したがって、対象物Ｓからの光は、光照射された対象物Ｓからの透過光、反射光、蛍光、散乱光などであり得る。

【0078】

上述した各実施形態の広帯域パルス光源装置は、分光測定の他、非線形光学顕微鏡のような顕微鏡技術にも応用が可能である。また、広帯域パルス光源１としては、ＳＣ光を出射するものの他、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源、ＳＬＤ（Superluminescent diode）光源などが採用されることもあり得る。ＡＳＥ光源は、ファイバ内で発生する光なので、ファイバとの親和性が高く、低損失で伸長ファイバモジュール２に広帯域パルス光を入射させることができ、高効率の広帯域パルス光源装置を構成することができる。また、ＳＬＤ光源も、狭い活性層での発光を取り出すので伸長ファイバモジュール２に低損失で入射させることができ、高効率の広帯域パルス光源装置を構成することができる。

【0079】

上記各実施形態において、マルチコアファイバ２１に代えてバンドルファイバを使用しても良い。バンドルファイバとしては、シングルコアのシングルモードファイバを複数本束ねた構造のものが採用される。理論的には２本のみのファイバを束ねたものでも効果があるが、２〜７本程度束ねたものが使用できる。材質としては、石英系、フッ素系等で良く、広帯域パルス光の波長帯域において損失が少ないものが好適に使用される。バンドルの方法としては、接着による場合の他、溶融（融着）であっても良い。

【0080】

非線形素子１２としてのファイバとの接続については、空間光学型のファインデバイスの他、溶融分岐ファイバを使用することができる。例えば、非線形素子１２としてのファイバの出射端を複数に分岐させ、分岐して延びる各ファイバに対してバンドルファイバの各ファイバを接続する構成が考えられる。

【0081】

尚、マルチコアファイバに比べてバンドルファイバの方が安価に入手できるので、コスト上の優位性がある。他方、バンドルファイバに比べてマルチコアファイバは構造的にコンパクトになり、ループさせた際にもバンドルファイバほどはかさばらないというメリットがある。また、入射端面における損失（コアに入射しない光の量）も、バンドルファイバに比べるとマルチコアファイバの方が少なくなる場合が多く、効率の点でもマルチコアファイバの方が優れている。

【符号の説明】

【0082】

１ 広帯域パルス光源
１０ 広帯域パルス光源装置
２ 伸長ファイバモジュール
２１ マルチコアファイバ
２１０ コア
２２ 補償ファイバ
４ 温度調節機構
５ モニタ機構
５０ コントローラ
５１ モニタ用受光器
６ 受け板
７ 受光器
８ 演算手段
Ｓ 対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】