特開 2023-114543 マルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114543

(43)【公開日】2023-08-18

(54)【発明の名称】マルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20230810BHJP

   H04B 10/2513 20130101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 D

H04B10/2513

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022016894

(22)【出願日】2022-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】新垣 隆

(72)【発明者】

【氏名】高橋 考二

(72)【発明者】

【氏名】重松 恭平

【テーマコード（参考）】

2K102

5K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA05

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD02

2K102CA16

2K102DB08

2K102DC08

2K102DC09

2K102DD02

2K102EB01

2K102EB06

2K102EB08

2K102EB10

2K102EB11

2K102EB16

2K102EB20

5K102AA01

5K102KA02

5K102KA31

5K102KA42

5K102PB01

5K102PB16

5K102PB20

5K102PH01

5K102PH45

5K102PH47

5K102PH48

(57)【要約】

【課題】ピーク強度の減衰を抑制した分散補償を実現できるマルチパルス光源を提供する。
【解決手段】マルチパルス光源１は、複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与部４と、複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償部６と、を備え、分散補償部６は、複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光素子６１と、複数の波長成分のうち一つ以上の波長成分を含む第１光パルス群Ｌａ１と、一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２光パルス群Ｌａ２と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離光学素子６３と、第１光パルス群Ｌａ１が入射し、第１光パルス群Ｌａ１に対して波長成分毎の分散を補償する第１空間光変調器６５と、第２光パルス群Ｌａ２が入射し、第２光パルス群Ｌａ２に対して波長成分毎の分散を補償する第２空間光変調器６６と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光源と、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与部と、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償部と、を備え、
前記分散補償部は、
前記複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光素子と、
前記分光素子の前段又は後段に設けられ、前記複数の波長成分のうち一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、前記一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離光学素子と、
前記第１波長成分群が入射し、前記第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第１変調領域を含む第１空間光変調器と、
前記第２波長成分群が入射し、前記第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第２変調領域を含む第２空間光変調器と、を有する、マルチパルス光源。

【請求項2】

中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光源と、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与部と、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償部と、を備え、
前記分散補償部は、
前記複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光素子と、
前記分光素子の前段又は後段に設けられ、前記複数の波長成分のうち一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、前記一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離光学素子と、
前記第１波長成分群が入射し、前記第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第１変調領域と、前記第２波長成分群が入射し、前記第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第２変調領域と、を含む空間光変調器と、を有し、
前記第１変調領域と、前記第２変調領域とは、前記第１変調領域及び前記第２変調領域にそれぞれ入射するときの前記第１波長成分群及び前記第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる、マルチパルス光源。

【請求項3】

前記分光素子は、回折格子を含む、請求項１又は２に記載のマルチパルス光源。

【請求項4】

前記分離光学素子は、ダイクロイックミラーを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のマルチパルス光源。

【請求項5】

前記分離光学素子に入射する前の、前記第１波長成分群に含まれる前記一つ以上の波長成分の偏光方向と、前記第２波長成分群に含まれる前記一つ以上の波長成分の偏光方向と、を互いに直交させる偏波制御部と、
前記分離光学素子と、前記第１変調領域との間の光路上に設けられ、前記第１波長成分群の偏光方向を９０°回転させる波長板と、を更に備え、
前記分離光学素子は、偏光ビームスプリッタ、又は複屈折結晶を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のマルチパルス光源。

【請求項6】

前記遅延付与部が前記偏波制御部を兼ねる、請求項５に記載のマルチパルス光源。

【請求項7】

前記遅延付与部は、前記複数の波長成分をそれぞれ伝搬する複数の偏波保持ファイバを有し、前記複数の偏波保持ファイバの長さが互いに異なり、前記複数の偏波保持ファイバの光入力端から光出力端までの間に、前記第１波長成分群に含まれる波長成分を伝搬する前記偏波保持ファイバの偏波面が、前記第２波長成分群に含まれる波長成分を伝搬する前記偏波保持ファイバの偏波面に対して９０°回転する、請求項６に記載のマルチパルス光源。

【請求項8】

前記分散補償部は、前記遅延付与部の後段に配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のマルチパルス光源。

【請求項9】

前記遅延付与部は、前記複数の波長成分をそれぞれ伝搬する、互いに長さの異なる複数の光ファイバを有する、請求項１～６，８のいずれか一項に記載のマルチパルス光源。

【請求項10】

中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光生成ステップと、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与ステップと、
前記遅延付与ステップの前または後に、前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップと、を備え、
前記分散補償ステップは、
前記複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光ステップと、
前記分光ステップの前又は後に、前記複数の波長成分のうち、一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、前記一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離ステップと、
前記第１波長成分群が入射する第１変調領域を有する第１空間光変調器において、前記第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行うとともに、前記第２波長成分群が入射する第２変調領域を有する第２空間光変調器において、前記第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う変調ステップと、を有する、マルチパルス光生成方法。

【請求項11】

中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光生成ステップと、
前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与ステップと、
前記遅延付与ステップの前または後に、前記複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップと、を備え、
前記分散補償ステップは、
前記複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光ステップと、
前記分光ステップの前又は後に、前記複数の波長成分のうち、一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、前記一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離ステップと、
前記第１波長成分群が入射する第１変調領域と、前記第２波長成分群が入射する第２変調領域と、を有し、前記第１変調領域と、前記第２変調領域とが、前記第１変調領域及び前記第２変調領域にそれぞれ入射するときの前記第１波長成分群及び前記第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる空間光変調器において、前記第１波長成分群及び前記第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う変調ステップと、を有する、マルチパルス光生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、マルチパルス光源の一例が記載されている。広帯域光源からのパルス光を、導波路回折格子によって複数の波長成分に分光する。分光した複数の波長成分を長さの異なるファイバ内を伝送させることで、それぞれに異なる遅延を付与する。その後、マルチプレクサによって、複数の波長成分を結合することで、互いに中心波長が異なる複数のパルス光が所定の時間間隔で並ぶマルチパルス光を生成する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】YunshanJiang et al., “Time-stretch LiDAR as a spectrally scanned time of-flightranging camera” NATURE PHOTONICS, VOL. 14, pp. 14-18, January2020

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１に記載のマルチパルス光源では、複数の波長成分のそれぞれに対して遅延を付与する際に、波長分散によって、結合後のマルチパルス光のパルス幅が広がってしまう。具体的には、マルチパルス光のピーク強度、半値全幅、ピーク時間間隔といった特徴量が大きく変化してしまう。そして、これらの変化の程度は、パルス毎に異なる。

【0005】

そこで、マルチパルス光の分散を波長成分毎に補償することが考えられる。例えば、複数の波長成分をそれぞれの波長成分に分光するとともに、空間光変調器の変調面を、分光方向に沿って複数の変調領域に分割する。そして、複数の変調領域には、それぞれに対応する各波長成分を入射させ、波長成分毎に分散を補償するための変調パターンを各変調領域に表示させる。しかしながら、複数の波長成分にそれぞれ対応する複数の変調領域が入射光の分光方向のみに並ぶ単一の空間光変調器を用いる場合、波長分解能の制約によって分散補償の効果には限界がある。

【0006】

本発明は、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができるマルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のマルチパルス光源は、中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光源と、複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与部と、複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償部と、を備える。分散補償部は、複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光素子と、分光素子の前段又は後段に設けられ、複数の波長成分のうち一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、該一つ以上の波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離光学素子と、第１波長成分群が入射し、第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第１変調領域を含む第１空間光変調器と、第２波長成分群が入射し、第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第２変調領域を含む第２空間光変調器と、を有する。

【0008】

上記のマルチパルス光源では、パルス光源から出力されたパルス光が遅延付与部に入力され、波長成分毎に異なる遅延を付与されることにより、中心波長が互いに異なる複数のパルスを含むマルチパルス光が生成される。更に、このマルチパルス光源は、波長成分毎に分散を補償する分散補償部を備える。分散補償部では、第１波長成分群が第１空間光変調器に入射し、第２波長成分群が第２空間光変調器に入射する。そして、それぞれの波長成分群に対して、波長成分毎の分散を補償する。それにより、単一の空間光変調器を用いる場合に比べて各波長成分に対する波長分解能が向上し、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができる。

【0009】

本発明のマルチパルス光源は、中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光源と、複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与部と、複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償部と、を備える。分散補償部は、複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光素子と、分光素子の前段又は後段に設けられ、複数の波長成分のうち一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、第１波長成分群に含まれる波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離光学素子と、第１波長成分群が入射し、第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第１変調領域と、第２波長成分群が入射し、第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う第２変調領域と、を含む空間光変調器と、を有し、第１変調領域と、第２変調領域とは、第１変調領域及び第２変調領域にそれぞれ入射するときの第１波長成分群及び第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。

【0010】

上記のマルチパルス光源では、パルス光源から出力されたパルス光が遅延付与部に入力され、波長成分毎に異なる遅延を付与されることにより、中心波長が互いに異なる複数のパルスを含むマルチパルス光が生成される。更に、このマルチパルス光源は、波長成分毎に分散を補償する分散補償部を備える。分散補償部の空間光変調器では、第１変調領域と、第２変調領域とが、第１変調領域及び第２変調領域にそれぞれ入射するときの第１波長成分群及び第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。それにより、複数の波長成分にそれぞれ対応する複数の変調領域が入射光の分光方向のみに並んでいる場合に比べて各波長成分に対する波長分解能が向上し、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができる。

【0011】

上記のマルチパルス光源では、分光素子は、回折格子を含んでいてもよい。この場合、回折格子を用いることにより、複数の波長成分を適切に分光した上で空間光変調器に入射させることができる。また、分光素子を簡易に構成できる。

【0012】

上記のマルチパルス光源では、分離光学素子は、ダイクロイックミラーを含んでいてもよい。この場合、ダイクロイックミラーを用いることにより、複数の波長成分を、波長域に応じて反射又は透過させることができ、好適に第１波長成分群と第２波長成分群とを分離することができる。また、分離光学素子を簡易に構成できる。

【0013】

上記のマルチパルス光源は、分離光学素子に入射する前の、第１波長成分群に含まれる一つ以上の波長成分の偏光方向と、第２波長成分群に含まれる一つ以上の波長成分の偏光方向と、を互いに直交させる偏波制御部と、分離光学素子と第１変調領域との間の光路上に設けられ、第１波長成分群の偏光方向を９０°回転させる波長板と、を更に備え、分離光学素子は、偏光ビームスプリッタ、又は複屈折結晶を含んでいてもよい。この場合、偏波制御部によって、偏光方向の制御を行った上で、偏光ビームスプリッタ、又は複屈折結晶を用いることにより、偏光方向に応じて、第１波長成分群と第２波長成分群とを異なる光路に導光することができる。そして、第１波長成分群を波長板に通すことにより、第１波長成分群の偏光方向を第２波長成分群の偏光方向と一致させた上で、第１波長成分群及び第２波長成分群を空間光変調器に入射させることができる。

【0014】

上記のマルチパルス光源では、遅延付与部は偏波制御部を兼ねてもよい。この場合、必要な構成要素の数を減らしてマルチパルス光源を簡素化できる。

【0015】

上記のマルチパルス光源では、遅延付与部は、複数の波長成分をそれぞれ伝搬する複数の偏波保持ファイバを有し、複数の偏波保持ファイバの長さが互いに異なり、複数の偏波保持ファイバの光入力端から光出力端までの間に、第１波長成分群に含まれる波長成分を伝搬する偏波保持ファイバの偏波面が、第２波長成分群に含まれる波長成分を伝搬する偏波保持ファイバの偏波面に対して９０°回転してもよい。この場合、偏波保持ファイバの長さに応じて遅延を付与しつつ、第１波長成分群に含まれる一つ以上の波長成分の偏光方向と、第２波長成分群に含まれる一つ以上の波長成分の偏光方向とを好適に調整することができる。

【0016】

上記のマルチパルス光源では、分散補償部は、遅延付与部の後段に配置されていてもよい。この場合、互いに異なる遅延が付与されたことによって互いに異なる波長分散が生じている複数の波長成分（パルス）のそれぞれに対して、直接的に分散補償を行うため、個々の波長成分（パルス）に対する分散補償の効果を効率的に確認することができる。

【0017】

上記のマルチパルス光源では、遅延付与部は、複数の波長成分をそれぞれ伝搬する、互いに長さの異なる複数の光ファイバを有していてもよい。この場合、光ファイバの長さに応じて遅延を付与することができるので、遅延付与部を簡易に構成できる。

【0018】

本発明のマルチパルス光生成方法は、中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光生成ステップと、複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与ステップと、遅延付与ステップの前または後に、複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップと、を備える。分散補償ステップは、複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光ステップと、分光ステップの前又は後に、複数の波長成分のうち、一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、第１波長成分群に含まれる波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離ステップと、第１波長成分群が入射する第１変調領域を有する第１空間光変調器において、第１波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行うとともに、第２波長成分群が入射する第２変調領域を有する第２空間光変調器において、第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う変調ステップと、を有する。

【0019】

本発明のマルチパルス光生成方法では、パルス光生成ステップにおいて生成されたパルス光に対し、遅延付与ステップにおいて波長成分毎に異なる遅延が付与される。それにより、中心波長が互いに異なる複数のパルスを含むマルチパルス光が生成される。更に、このマルチパルス光生成方法は、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップを備える。分散補償ステップでは、第１波長成分群が第１空間光変調器に入射し、第２波長成分群が第２空間光変調器に入射する。そして、それぞれの波長成分群に対して、波長成分毎の分散を補償する。それにより、単一の空間光変調器を用いる場合に比べて各波長成分に対する波長分解能が向上し、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができる。

【0020】

本発明のマルチパルス光生成方法は、中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能なパルス光を生成するパルス光生成ステップと、複数の波長成分に対して、波長成分毎に異なる遅延を付与する遅延付与ステップと、遅延付与ステップの前または後に、複数の波長成分に対して、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップと、を備える。分散補償ステップは、複数の波長成分を、それぞれの波長成分に分光する分光ステップと、分光ステップの前又は後に、複数の波長成分のうち、一つ以上の波長成分を含む第１波長成分群と、第１波長成分群に含まれる波長成分と異なる一つ以上の波長成分を含む第２波長成分群と、をそれぞれ異なる光路に導光する分離ステップと、第１波長成分群が入射する第１変調領域と、第２波長成分群が入射する第２変調領域と、を有し、第１変調領域と、第２変調領域とが、第１変調領域及び第２変調領域にそれぞれ入射するときの第１波長成分群及び第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる空間光変調器において、第１波長成分群及び第２波長成分群に対して波長成分毎の分散を補償するための変調を行う変調ステップと、を有する。

【0021】

本発明のマルチパルス光生成方法では、パルス光生成ステップにおいて生成されたパルス光に対し、遅延付与ステップにおいて波長成分毎に異なる遅延が付与される。それにより、中心波長が互いに異なる複数のパルスを含むマルチパルス光が生成される。更に、このマルチパルス光生成方法は、波長成分毎に分散を補償する分散補償ステップを備える。分散補償ステップでは、第１変調領域と、第２変調領域とが、第１変調領域及び第２変調領域にそれぞれ入射するときの第１波長成分群及び第２波長成分群の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。それにより、複数の波長成分にそれぞれ対応する複数の変調領域が入射光の分光方向のみに並んでいる場合に比べて各波長成分に対する波長分解能が向上し、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができるマルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態に係るマルチパルス光源の構成を概略的に示す図である。

【図2】第１実施形態に係る分光部、遅延付与部、及び結合部の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る分散補償部の構成を示す図である。

【図4】（ａ），（ｂ）第１実施形態に係る空間光変調器の変調面を示す図である。

【図5】第１実施形態のマルチパルス光生成方法を示すフローチャートである。

【図6】比較例に係る空間光変調器の変調面を示す図である。

【図7】比較例に係る空間光変調器を並列に並べた図である。

【図8】第２実施形態に係る分散補償部の構成を示す図である。

【図9】第２実施形態に係る空間光変調器の変調面を示す図である。

【図10】第２実施形態のマルチパルス光生成方法を示すフローチャートである。

【図11】第２実施形態の変形例に係る分散補償部の構成を示す図である。

【図12】実施例に係るマルチパルス光源の構成を示す図である。

【図13】実施例に係る遅延付与部を説明するための図である。

【図14】（ａ），（ｂ）実施例と比較例に係る各波長成分のピーク強度の変化を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[第１実施形態]

【0025】

図１は、第１実施形態に係るマルチパルス光源１の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、本実施形態に係るマルチパルス光源１は、パルス光源２と、分光部３と、遅延付与部４と、結合部５と、分散補償部６と、を備え、光学的にカップリングされている。パルス光源２は、単一のパルス光Ｌ１を出射する光源である。パルス光源２は、例えば、レーザ光源であり、フェムト秒領域或いはピコ秒領域の近赤外の超短パルス光を出射する。パルス光源２は、具体的には、例えばチタンサファイアレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂファイバレーザ、Ｅｒファイバレーザ、Ｔｍファイバレーザなどによって構成されている。パルス光Ｌ１は、中心波長が異なる複数の波長成分に分離可能な、波長域に或る程度の拡がりを有する光である。言い換えると、パルス光Ｌ１は、中心波長が異なる複数の波長成分を含む。

【0026】

分光部３は、パルス光Ｌ１を複数の波長成分に分光する部分である。図２は、分光部３、遅延付与部４、及び結合部５の一例を示す図である。図２に示されるように、分光部３は、例えば、アレイ導波路回折格子３１を含む。分光部３は、アレイ導波路回折格子３１のみからなってもよい。アレイ導波路回折格子３１は、分光素子であり、パルス光Ｌ１に含まれる複数の波長成分を、波長毎に空間的に分離してそれぞれを独立した光パルスＬａ（図１を参照）とし、後段の遅延付与部４にそれぞれ入射させる。つまり、アレイ導波路回折格子３１は、中心波長が互いに異なる複数の光パルスＬａを生成する。

【0027】

遅延付与部４は、分光部３によって分光された複数の波長成分（光パルスＬａ）に対して、波長成分毎（光パルスＬａ毎）に異なる遅延を付与する部分である。遅延付与部４は、例えば、複数の光ファイバ４１を含む。遅延付与部４は、複数の光ファイバ４１のみからなってもよい。光ファイバ４１の数は、分光部３によって分光された波長成分の個数と等しい。複数の光ファイバ４１は、例えばシングルモードファイバやフォトニック結晶ファイバ等である。複数の光ファイバ４１の長さは互いに異なる。各光パルスＬａは、複数の光ファイバ４１の長さの違いに応じて、互いに異なる量だけ遅延される。また、各光パルスＬａの形状は、複数の光ファイバ４１のそれぞれを伝搬するうちに、各光ファイバ４１の分散に応じて変化する。複数の光ファイバ４１の長さが互いに異なるので、複数の光ファイバ４１のそれぞれを伝搬したのちの複数の光パルスＬａの分散も互いに異なる。したがって、各光パルスＬａが複数の光ファイバ４１のそれぞれを伝搬するうちに生じるパルスの形状の変化も光パルスＬａ毎に異なる。

【0028】

複数の光ファイバ４１のそれぞれを通過した各光パルスＬａは、結合部５に入射する。結合部５は、例えば、アレイ導波路回折格子３１とは別のアレイ導波路回折格子５１を含む。結合部５は、アレイ導波路回折格子５１のみからなってもよい。アレイ導波路回折格子５１は、光ファイバ４１をそれぞれ通過した複数の光パルスＬａを一つの光路上に合波する。つまり、アレイ導波路回折格子５１は、中心波長が互いに異なり且つ互いに時間間隔を有する複数の光パルスＬａを含むマルチパルス光Ｌｂ（図１を参照）を生成する。

【0029】

再び図１を参照する。分散補償部６は、パルス光源２から分散補償部６までの間（主に遅延付与部４）において複数の光パルスＬａに生じた波長分散を補償する部分である。具体的には、分散補償部６は、各光パルスＬａの波長分散を個別に補償することによって、各光パルスＬａの形状の変化を抑制する。分散補償部６は、マルチパルス光Ｌｂを分散補償した、分散補償後のマルチパルス光Ｌｃを生成する。

【0030】

図３は、第１実施形態に係る分散補償部６の構成図を示す。分散補償部６は、分光素子６１と、レンズ６２と、分離光学素子６３と、第１空間光変調器６５と、第２空間光変調器６６と、を有する。第１実施形態においては、分光素子６１は回折格子６１ａを含む。一例として、分光素子６１は回折格子６１ａのみからなってもよい。また、分離光学素子６３はダイクロイックミラー６３ａを含む。一例として、分離光学素子６３はダイクロイックミラー６３ａのみからなってもよい。ここで、マルチパルス光Ｌｂが入射する方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する面における水平方向をＸ軸方向、垂直方向をＹ軸方向とする。分散補償部６において、マルチパルス光Ｌｂが、Ｚ軸方向に沿って、回折格子６１ａに入射する。回折格子６１ａは、マルチパルス光Ｌｂに含まれる各光パルスＬａを、空間的に分光する。分光方向は、Ｘ軸方向と一致する。なお、分光素子６１は、回折格子６１ａに代えて、又は回折格子６１ａとともにプリズム等の他の光学部品を含んでもよい。各光パルスＬａは、レンズ６２によってＸＺ平面内において平行化され、平行光としてダイクロイックミラー６３ａに達する。レンズ６２は、光透過部材からなる凸レンズ、凹状の光反射面を有する凹面鏡やシリンドリカルレンズであってもよい。

【0031】

分離光学素子６３は、レンズ６２を介して分光素子６１の後段に配置されている。ダイクロイックミラー６３ａは、複数の光パルスＬａのうち、一つ以上の光パルスＬａを含む第１光パルス群（第１波長成分群）Ｌａ１を反射させ、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる光パルスＬａとは異なる一つ以上の光パルスＬａを含む第２光パルス群（第２波長成分群）Ｌａ２を透過させることにより、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とを、それぞれ異なる光路に導光する。具体的には、ダイクロイックミラー６３ａは、第１光パルス群Ｌａ１をＸ軸方向に沿った光路に導光する。この際に、第１光パルス群Ｌａ１の分光方向は、反射に伴い、Ｘ軸方向からＺ軸方向に変換される。また、ダイクロイックミラー６３ａは、第２光パルス群Ｌａ２をＺ軸方向に沿った光路に導光する。この際、第２光パルス群Ｌａ２の分光方向は、Ｘ軸方向のままである。第１光パルス群Ｌａ１は、第１空間光変調器６５に入射し、第２光パルス群Ｌａ２は、第１空間光変調器６５とは別体の第２空間光変調器６６に入射する。第１空間光変調器６５は、第１光パルス群Ｌａ１の光路上に配置され、該光路を介してダイクロイックミラー６３ａと光学的に結合されている。第２空間光変調器６６は、第２光パルス群Ｌａ２の光路上に配置され、該光路を介してダイクロイックミラー６３ａと光学的に結合されている。光パルスＬａの個数を４とし、それらの中心波長がそれぞれλ１、λ２、λ３、及びλ４である場合、波長がλ１である光パルスＬａと波長がλ２である光パルスＬａとを第１光パルス群Ｌａ１に含め、波長がλ３である光パルスＬａと波長がλ４である光パルスＬａとを第２光パルス群Ｌａ２に含めてもよい。ただし、第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２は一つ以上の光パルスＬａを含んでいればよく、各波長成分群を構成する光パルスＬａの個数はこれに限られない。また、以下の説明では波長λ１、λ２、λ３、及びλ４の大小関係をλ１＜λ２＜λ３＜λ４として説明するが、波長λ１、λ２、λ３、及びλ４の大小関係はこれに限られず、任意である。

【0032】

第１空間光変調器６５及び第２空間光変調器６６は、ダイクロイックミラー６３ａと光学的に結合されている。第１空間光変調器６５は、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる各光パルスＬａの位相を、各光パルスＬａに含まれる波長毎に変調する。第１空間光変調器６５は、例えば、位相変調のみを行うＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）型である。なお、第１空間光変調器６５は、強度変調のみを行ってもよいし、位相変調と強度変調を合わせて行ってもよい。また、図３には、反射型の第１空間光変調器６５を示しているが、第１空間光変調器６５は透過型であってもよい。第２空間光変調器６６は、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる各光パルスＬａの位相を、各光パルスＬａに含まれる波長毎に変調する。第２空間光変調器６６のその他の構成は、第１空間光変調器６５と同様である。

【0033】

図３に示されるように、第１空間光変調器６５は、ＹＺ平面において定義された変調面６５ａ（第１変調領域）を有する。変調面６５ａにおいては、複数の画素が二次元状に配置されている。変調面６５ａには、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる光パルスＬａと同数の変調領域が、Ｚ軸方向に並んでおり、かつ、Ｙ軸方向に延びている。図４（ａ）は、変調面６５ａの一例を示す図である。図４（ａ）に示される例は、第１光パルス群Ｌａ１に２つの光パルスＬａが含まれる場合を示している。この場合、変調面６５ａにおいては、２つの変調領域６５ａａ、６５ａｂが、Ｚ軸方向に並んでおり、かつ、Ｙ軸方向に延びている。変調領域６５ａａと、変調領域６５ａｂとのそれぞれには、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる各光パルスＬａのうち、それぞれに対応する光パルスＬａが入射する。

【0034】

図４（ａ）には、変調面６５ａにおける位相分布が色の濃淡によって示されている。同図において、色が濃いほど位相値が２π（ｒａｄ）に近く、色が淡いほど位相値が０（ｒａｄ）に近い。変調領域６５ａａと、変調領域６５ａｂとのそれぞれには、位相変調パターンが表示されている。位相変調パターンは、Ｚ軸方向に沿って変化し、Ｙ軸方向に一定である。位相変調パターンにおいては、位相の変調量が大きいほど、大きな分散を補償することができる。図４（ａ）に示す例では、変調領域６５ａｂに表示されている位相変調パターンの位相変調量は、変調領域６５ａａのそれよりも大きい。したがって、変調領域６５ａｂに入射した光パルスＬａに対する分散補償量は、変調領域６５ａａに入射した光パルスＬａに対する分散補償量よりも大きくなる。

【0035】

図３に示すように、第２空間光変調器６６は、第１空間光変調器６５と同様に、変調面６６ａ（第２変調領域）を有する。変調面６６ａには、複数の画素が二次元状に配置されている。変調面６６ａには、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる光パルスＬａと同数の変調領域が、Ｘ軸方向に並んでおり、かつ、Ｙ軸方向に延びている。図４（ｂ）は、変調面６６ａの一例を示す図である。図４（ｂ）に示される例は、第２光パルス群Ｌａ２に２つの光パルスＬａが含まれる場合を示している。この場合、変調面６６ａにおいては、２つの変調領域６６ａａ、６６ａｂがＸ軸方向に沿って並んでいる。変調領域６６ａａと、変調領域６６ａｂとのそれぞれには、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる各光パルスＬａのうち、それぞれに対応する光パルスＬａが入射する。

【0036】

図４（ｂ）には、変調面６６ａにおける位相分布が色の濃淡によって示されている。同図において、色が濃いほど位相値が２π（ｒａｄ）に近く、色が淡いほど位相値が０（ｒａｄ）に近い。変調領域６６ａａと、変調領域６６ａｂとのそれぞれには、位相変調パターンが表示されている。位相変調パターンは、Ｘ軸方向に沿って変化し、Ｙ軸方向に一定である。図４(ｂ)に示す例では、変調領域６６ａｂに表示されている位相変調パターンの位相変調量は、変調領域６６ａａのそれよりも大きい。さらに、図４（ａ）と比較すると、位相変調パターンの位相変調量は、変調領域６５ａａ、６５ａｂ、６６ａａ、６６ａｂの順に大きくなっている。つまり、分散補償量は、変調領域６５ａａ、６５ａｂ、６６ａａ、６６ａｂの順に大きくなる。遅延付与部４において、それぞれの長さの異なる複数の光ファイバ４１を用いた場合、光ファイバ４１の長さが長いほど、その光ファイバ４１を通過した光パルスＬａの波長分散が大きくなる。そのため、長さが最も長い光ファイバ４１を通過した光パルスＬａを変調領域６６ａｂに入射させ、長さが最も短い光ファイバ４１を通過した光パルスＬａを変調領域６５ａａに入射させることによって、各光パルスＬａの波長分散に応じた大きさで分散補償を行う。

【0037】

再び図３を参照する。第１空間光変調器６５によって変調され、反射された第１光パルス群Ｌａ１と、第２空間光変調器６６によって変調され、反射された第２光パルス群Ｌａ２とは、ダイクロイックミラー６３ａによって再び一つの共通の光路上に導光される。複数の光パルスＬａは、レンズ６２によって回折格子６１ａ上の一点に集められる。このときのレンズ６２は、各光パルスＬａを集光する集光光学系として機能する。回折格子６１ａは合波光学系として機能し、複数の光パルスＬａを合波する。すなわち、これらのレンズ６２及び回折格子６１ａにより、各光パルスＬａは互いに集光・合波されて、分散補償後のマルチパルス光Ｌｃとなる。

【0038】

分散補償部６は、図３の構成に限られない。例えば、分光素子６１（回折格子６１ａ）を分離光学素子６３（ダイクロイックミラー６３ａ）の後段に配置し、マルチパルス光Ｌｂに含まれる各光パルスＬａをダイクロイックミラー６３ａによって第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とに分離して導光した後に、回折格子６１ａによって各光パルス群Ｌａ１，Ｌａ２に含まれる各光パルスＬａを分光させてもよい。

【0039】

第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２に加えて、第３光パルス群があってもよい。そのためには、例えば、図３において、レンズ６２とダイクロイックミラー６３ａとの間に、新たにダイクロイックミラーを追加することによって、第３の波長成分群を第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２とは異なる光路に導光させてもよい。その場合、第３光パルス群に対応する空間光変調器を更に設けるとよい。

【0040】

以上に説明したマルチパルス光源１を用いるマルチパルス光生成方法について説明する。図５は、本実施形態のマルチパルス光生成方法を示すフローチャートである。まず、パルス光源２によって、中心波長が異なる複数の光パルスＬａに分離可能なパルス光Ｌ１が生成される（パルス光生成ステップＳＴ１）。次に、分光部３によって、パルス光Ｌ１が複数の波長成分に分光されることにより、中心波長が互いに異なる複数の光パルスＬａが生成される（分光ステップＳＴ２）。続いて、遅延付与部４において、複数の光パルスＬａが、長さがそれぞれ異なる複数の光ファイバ４１をそれぞれ通過する。これにより、複数の光パルスＬａに対して光パルスＬａ毎に異なる遅延が付与される（遅延付与ステップＳＴ３）。続いて、光ファイバ４１をそれぞれ通過した複数の光パルスＬａが、結合部５において一つの光路上に合波される。その結果、中心波長が互いに異なり且つ互いに時間間隔を有する複数の光パルスＬａを含むマルチパルス光Ｌｂが生成される（結合ステップＳＴ４）。

【0041】

続いて、分散補償部６において、複数の光パルスＬａに対して光パルスＬａ毎に分散が補償される（分散補償ステップＳＴ５）。なお、この例では結合ステップＳＴ４の後に分散補償ステップＳＴ５を行っているが、パルス光生成ステップＳＴ１と分光ステップＳＴ２との間に分散補償ステップＳＴ５を行ってもよい。

【0042】

分散補償ステップＳＴ５は、分光ステップＳＴ５１と、分離ステップＳＴ５２と、変調ステップＳＴ５３と、を含む。分光ステップＳＴ５１では、分光素子６１によって、各光パルスＬａが分光される。分離ステップＳＴ５２では、分離光学素子６３によって、複数の光パルスＬａのうち、一つ以上の光パルスＬａを含む第１光パルス群Ｌａ１と、第１光パルス群Ｌａ１を構成する光パルスＬａと異なる一つ以上の光パルスＬａを含む第２光パルス群Ｌａ２と、をそれぞれ異なる光路に導光する。なお、この例では分光ステップＳＴ５１の後に分離ステップＳＴ５２を行っているが、分離ステップＳＴ５２をまず行い、その後に分光ステップＳＴ５１を行ってもよい。

【0043】

変調ステップＳＴ５３では、第１光パルス群Ｌａ１が入射する変調面６５ａを有する空間光変調器６５において、第１光パルス群Ｌａ１に対して光パルスＬａ毎の分散を補償するための変調を行う。同時に、第２光パルス群Ｌａ２が入射する変調面６６ａを有する空間光変調器６６において、第２光パルス群Ｌａ２に対して光パルスＬａ毎の分散を補償するための変調を行う。

【0044】

以上に説明した本実施形態のマルチパルス光源１及びマルチパルス光生成方法によって得られる効果について、比較例と共に説明する。図６には、比較例としての変調面７ａにおける位相分布が、色の濃淡によって示されている。図６に示される例では、４つの光パルスＬａが、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とに分離されずに、単一の空間光変調器に入射する。したがって、変調面７ａでは、複数の光パルスＬａにそれぞれ対応する４つの変調領域７ａａ、７ａｂ、７ａｃ、及び７ａｄが、単一の変調面７ａにおいて、分光方向に沿って並んでいる。ここで、空間光変調器における波長分解能は、入射する光の波長帯域を、分光方向における変調面の画素数で除算した値となる。本実施形態では、第１空間光変調器６５及び第２空間光変調器６６といった二つの空間光変調器を用いて分散補償を行う。図４（ａ）及び図４（ｂ）と図６とを比較すると明らかなように、その場合、単一の空間光変調器を用いる場合と比較して、各光パルスＬａに対応する変調領域の分光方向における幅が二倍となり、同方向における画素数も二倍となる。したがって、波長分解能も二倍に向上することとなる。

【0045】

このように、本実施形態のマルチパルス光源１及びマルチパルス光生成方法では、単一の空間光変調器を用いる場合と比べて、各光パルスＬａに対する波長分解能が向上する。これにより、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、光パルスＬａ毎に中心波長が異なるマルチパルス光Ｌｂの分散を、光パルスＬａ毎に、より効果的に補償することができる。

【0046】

別の比較例として、図７に、第１空間光変調器６５と第２空間光変調器６６とを、分光方向に並列に並べた図を示す。この比較例では、分離光学素子６３を設けず、マルチパルス光Ｌｂを、第１光パルス群Ｌａ１と、第２光パルス群Ｌａ２とに分離せずに、第１空間光変調器６５及び第２空間光変調器６６に入射させる。この場合、第１空間光変調器６５の変調面６５ａと、第２空間光変調器６６の変調面６６ａとの間に、デッドスペースＤが発生する。デッドスペースＤに入射した光は変調されないので、各光パルスＬａの全ての帯域を変調するためには、図３に示されたように、分離光学素子６３によって、第１光パルス群Ｌａ１と、第２光パルス群Ｌａ２とをそれぞれ異なる光路に導光した上で、それぞれの光路上に、第１空間光変調器６５と第２空間光変調器６６とを配置するとよい。

【0047】

本実施形態では、分光素子６１は、回折格子６１ａを含んでいる。回折格子６１ａを用いることにより、複数の光パルスＬａすなわち複数の波長成分を適切に分光した上で第１空間光変調器６５及び第２空間光変調器６６に入射させることができる。また、分光素子６１を簡易に構成できる。

【0048】

本実施形態では、分離光学素子６３は、ダイクロイックミラー６３ａを含んでいる。ダイクロイックミラー６３ａを用いることにより、複数の光パルスＬａ（波長成分）を、波長域に応じて反射又は透過させることができ、好適に第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とを分離することができる。また、分離光学素子６３を簡易に構成できる。

【0049】

本実施形態では、分散補償部６は、遅延付与部４の後段に配置されている。これにより、互いに異なる遅延が付与されたことによって互いに異なる波長分散が生じている複数の光パルスＬａ（波長成分）のそれぞれに対して、直接的に分散補償を行うことができる。したがって、個々の光パルスＬａ（波長成分）に対する分散補償の効果を効率的に確認することができる。

【0050】

本実施形態では、遅延付与部４は、複数の波長成分をそれぞれ伝搬する、互いに長さの異なる複数の光ファイバ４１を有している。これにより、光ファイバ４１の長さに応じて遅延を付与することができるので、遅延付与部４を簡易に構成できる。
[第２実施形態]

【0051】

図８に、第２実施形態に係る分散補償部６Ａの構成図を示す。第２実施形態において、パルス光源２、分光部３、遅延付与部４、及び結合部５の構成は、第１実施形態と同様である。分散補償部６Ａは、分光素子６１Ａと、レンズ６２と、分離光学素子６３Ａと、空間光変調器６７と、を有する。図３における第１実施形態と異なり、分離光学素子６３Ａは、分光素子６１Ａの前段に配置されている。第２実施形態においては、一例として、分光素子６１Ａが、第１回折格子６１ｂと、第２回折格子６１ｃとを有する。第１回折格子６１ｂと、第２回折格子６１ｃとは、Ｙ軸方向に沿って並んでいる。また、一例として、分離光学素子６３Ａは、ダイクロイックミラー６３ｂと、ミラー６３ｃとを有する。ダイクロイックミラー６３ｂと、ミラー６３ｃとは、Ｙ軸方向に沿って並んでいる。第１回折格子６１ｂは、ダイクロイックミラー６３ｂと空間光変調器６７との間の光路上に配置されている。第２回折格子６１ｃは、ミラー６３ｃと空間光変調器６７との間の光路上に配置されている。

【0052】

分散補償部６Ａに入力されたマルチパルス光Ｌｂは、まず、ダイクロイックミラー６３ｂに入射する。ダイクロイックミラー６３ｂは、第１光パルス群Ｌａ１を透過させ、第２光パルス群Ｌａ２を、ミラー６３ｃに向けて、Ｙ軸方向に反射させる。その後、ミラー６３ｃは、ダイクロイックミラー６３ｂによって反射された第２光パルス群Ｌａ２を、第１光パルス群Ｌａ１の光路と平行な方向であるＺ軸方向に向けて反射させる。その結果、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とは、それぞれ異なる光路に導光される。

【0053】

第１回折格子６１ｂは、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる各光パルスＬａを、空間的に分光する。第２回折格子６１ｃは、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる各光パルスＬａを、空間的に分光する。分光方向はＸ軸方向である。第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とは、Ｙ軸方向に沿って並んでいるので、これらの光パルス群Ｌａ１，Ｌａ２の分光方向と、これらの光パルス群Ｌａ１，Ｌａ２が並ぶ方向とは、互いに交差する。レンズ６２は、分光素子６１Ａと空間光変調器６７との間の光路上に配置されている。分光された第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２は、レンズ６２によって主にＸＺ平面において平行化され、空間光変調器６７の変調面６７ａに入射する。

【0054】

図９は、変調面６７ａの一例を示す図である。図９に示されるように、変調面６７ａは、Ｘ軸及びＹ軸に沿って延在する。変調面６７ａには、複数の画素が二次元状に配置されている。また、変調面６７ａは、第１光パルス群Ｌａ１が入射する第１変調領域６７ａ１と、第２光パルス群Ｌａ２が入射する第２変調領域６７ａ２とを含む。第１変調領域６７ａ１と、第２変調領域６７ａ２とは、Ｙ軸方向に沿って並んでいる。つまり、第１変調領域６７ａ１と、第２変調領域６７ａ２とは、第１変調領域６７ａ１及び第２変調領域６７ａ２にそれぞれ入射するときの第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。

【0055】

図９に示される例は、第１光パルス群Ｌａ１に２つの光パルスＬａが含まれ、第２光パルス群Ｌａ２に２つの光パルスＬａが含まれる場合を示している。この場合、第１変調領域６７ａ１においては、変調領域６７ａａと、変調領域６７ａｂとが、Ｘ軸方向に並んでおり、かつ、Ｙ軸方向に延びている。変調領域６７ａａと、変調領域６７ａｂとのそれぞれには、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる各光パルスＬａのうち、それぞれに対応する光パルスＬａが入射する。第２変調領域６７ａ２においては、変調領域６７ａｃと、変調領域６７ａｄとが、Ｘ軸方向に並んでおり、かつ、Ｙ軸方向に延びている。変調領域６７ａｃと、変調領域６７ａｄのそれぞれには、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる各光パルスＬａのうち、それぞれに対応する各光パルスＬａが入射する。

【0056】

図９には、変調面６７ａにおける位相分布が色の濃淡によって示されている。同図において、色が濃いほど位相値が２π（ｒａｄ）に近く、色が淡いほど位相値が０（ｒａｄ）に近い。変調領域６７ａａ、６７ａｂ、６７ａｃ、及び６７ａｄのそれぞれには、位相変調パターンが表示されている。位相変調パターンは、Ｘ軸方向に沿って変化し、Ｙ軸方向に一定である。位相変調パターンにおいては、位相の変調量が大きいほど、大きな分散を補償することができる。図９に示す例では、変調領域６７ａｄに表示されている位相変調パターンの位相変調量が最も大きく、変調領域６７ａａに表示されている位相変調パターンの位相変調量が最も小さい。したがって、変調領域６７ａｄに入射した光パルスＬａに対する分散補償量は、変調領域６５ａａに入射した光パルスＬａに対する分散補償量よりも大きくなる。

【0057】

再び図８を参照する。空間光変調器６７によって変調され、反射された第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２は、レンズ６２によって回折格子６１ｂ，６１ｃ上の一点に集められる。回折格子６１ｂは合波光学系として機能し、第１光パルス群Ｌａ１を構成する一つ以上の光パルスＬａを合波する。回折格子６１ｃもまた合波光学系として機能し、第２光パルス群Ｌａ２を構成する一つ以上の光パルスＬａを合波する。第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２は、ダイクロイックミラー６３ｂによって再び一つの共通の光路上に導光され、分散補償後のマルチパルス光Ｌｃとなる。

【0058】

本実施形態の分散補償部６Ａを用いるマルチパルス光生成方法について説明する。図１０は、本実施形態のマルチパルス光生成方法を示すフローチャートである。なお、パルス光生成ステップＳＴ１、分光ステップＳＴ２、遅延付与ステップＳＴ３、及び結合ステップＳＴ４については第１実施形態と同様なので説明を省略する。

【0059】

結合ステップＳＴ４ののち、分散補償部６Ａにおいて、複数の光パルスＬａに対して光パルスＬａ毎に分散が補償される（分散補償ステップＳＴ５Ａ）。なお、この例では結合ステップＳＴ４の後に分散補償ステップＳＴ５Ａを行っているが、パルス光生成ステップＳＴ１と分光ステップＳＴ２との間に分散補償ステップＳＴ５Ａを行ってもよい。

【0060】

分散補償ステップＳＴ５Ａは、分離ステップＳＴ５４と、分光ステップＳＴ５５と、変調ステップＳＴ５６と、を含む。分離ステップＳＴ５４では、分離光学素子６３Ａによって、複数の光パルスＬａのうち、一つ以上の光パルスＬａを含む第１光パルス群Ｌａ１と、第１光パルス群Ｌａ１を構成する光パルスＬａと異なる一つ以上の光パルスＬａを含む第２光パルス群Ｌａ２と、をそれぞれ異なる光路に導光する。分光ステップＳＴ５５では、分光素子６１Ａによって、各光パルスＬａが分光される。なお、この例では分離ステップＳＴ５４の後に分光ステップＳＴ５５を行っているが、分光ステップＳＴ５５をまず行い、その後に分離ステップＳＴ５４を行ってもよい。

【0061】

変調ステップＳＴ５６では、第１光パルス群Ｌａ１が入射する第１変調領域６７ａ１と、第２光パルス群Ｌａ２が入射する第２変調領域６７ａ２とを含む変調面６７ａを有する空間光変調器６７において、第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２に対して光パルスＬａ毎の分散を補償するための変調を行う。前述したように、第１変調領域６７ａ１と、第２変調領域６７ａ２とが、第１変調領域６７ａ１及び第２変調領域６７ａ２にそれぞれ入射するときの第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。

【0062】

以上に説明した第２実施形態によって得られる効果について説明する。ここでは、第１実施形態と同様に、本実施形態の変調面６７ａにおける各光パルスＬａに対する分解能と、図６に記載の変調面７ａにおける各光パルスＬａに対する分解能との比較を行う。前述したように、図６に示される例では、４つの光パルスＬａが、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とに分離されずに、単一の空間光変調器に入射する。したがって、変調面７ａでは、複数の光パルスＬａにそれぞれ対応する４つの変調領域７ａａ、７ａｂ、７ａｃ、及び７ａｄが、単一の変調面７ａにおいて、分光方向に沿って並んでいる。これに対し、第２実施形態に係る分散補償部６Ａでは、マルチパルス光Ｌｂを、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とに分離した上で、第１光パルス群Ｌａ１を空間光変調器６７の第１変調領域６７ａ１に入射させ、第２光パルス群Ｌａ２を空間光変調器６７の第２変調領域６７ａ２に入射させる。第１変調領域６７ａ１と、第２変調領域６７ａ２とは、第１変調領域６７ａ１及び第２変調領域６７ａ２にそれぞれ入射するときの第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２の各分光方向と交差する方向に沿って並んでいる。したがって、図９と図６とを比較すると明らかなように、各光パルスＬａに対応する変調領域の分光方向における幅が二倍となり、同方向における変調領域の画素数も二倍となる。前述したように、空間光変調器における波長分解能は、入射する光の波長帯域を、分光方向における変調面の画素数で除算した値となる。故に、波長分解能が二倍に向上することとなる。

【0063】

このように、第２実施形態のマルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法によれば、空間光変調器における各光パルスＬａに対する波長分解能が向上するので、最大分散補償量を大幅に改善することができる。その結果、光パルスＬａ毎に中心波長が異なるマルチパルス光Ｌｂの分散を、光パルスＬａ毎に、より効果的に補償することができる。
[変形例]

【0064】

図１１に、第２実施形態の変形例に係る分散補償部６Ｂの構成を示す。変形例の分散補償部６Ｂは、第２実施形態の分離光学素子６３Ａ（ダイクロイックミラー６３ｂ及びミラー６３ｃ）の代わりに、分離光学素子６３Ｂを有する。分離光学素子６３Ｂは、偏光ビームスプリッタ６３ｄ及びミラー６３ｅを含む。なお、分離光学素子６３Ｂは、偏光ビームスプリッタ６３ｄの代わりに、複屈折率結晶を含んでもよい。また、分散補償部６Ｂは、波長板６４を更に有する。波長板６４は、分離光学素子６３Ｂと分光素子６１Ａとの間における第１光パルス群Ｌａ１の光路上に配置されている。

【0065】

本変形例のマルチパルス光源は、偏波制御部４２を更に備える。本変形例のマルチパルス光源の分散補償部６Ｂ及び偏波制御部４２を除く他の構成は、第１実施形態と同様である。偏波制御部４２は、分離光学素子６３Ｂに入射する前の、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる一つ以上の光パルスＬａの偏光方向と、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる一つ以上の光パルスＬａの偏光方向と、を互いに直交させる。偏波制御部４２は、例えば、複数の光パルスＬａと同数の偏波保持ファイバを含む。複数の偏波保持ファイバの光入力端から光出力端までの間に、後に第１光パルス群Ｌａ１として導光される光パルスＬａを伝搬する偏波保持ファイバの偏波面が、後に第２光パルス群Ｌａ２として導光される光パルスＬａを伝搬する偏波保持ファイバの偏波面に対して右回り方向又は左回り方向に９０°回転する。各光パルスＬａを対応する偏波保持ファイバ内に伝送させることにより、後に第１光パルス群Ｌａ１として導光される各光パルスＬａの偏光方向と、後に第２光パルス群Ｌａ２として導光される各光パルスＬａの偏光方向とを直交した状態に制御することができる。なお、図２に示された複数の光ファイバ４１が上記複数の偏波保持ファイバであってもよい。その場合、遅延付与部４は偏波制御部４２を兼ねる。そして、複数の偏波保持ファイバの長さは互いに異なる。

【0066】

偏波制御部４２によって偏波制御された複数の光パルスＬａを含むマルチパルス光Ｌｂは、偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）に入射する。偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）は、第１光パルス群Ｌａ１を透過させ、第２光パルス群Ｌａ２を、ミラー６３ｅに向けて、Ｙ軸方向に反射させる。その後、ミラー６３ｅは、第２光パルス群Ｌａ２を、第１光パルス群Ｌａ１の光路と平行な方向であるＺ軸方向に向けて反射させる。その結果、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とは、それぞれ異なる光路に導光される。

【0067】

第１光パルス群Ｌａ１は、波長板６４に入射する。波長板６４によって、第１光パルス群Ｌａ１の偏光方向は、右回り方向又は左回り方向に９０°回転する。それにより、第１光パルス群Ｌａ１の偏光方向は、第２光パルス群Ｌａ２の偏光方向と一致することとなる。

【0068】

図３に示された第１実施形態に係る分散補償部６においても、本変形例と同様に、ダイクロイックミラー６３ａに代えて、偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）、及びミラー６３ｅを用いてもよい。その場合、マルチパルス光源１は、偏波制御部４２を更に備えるとよい。偏波制御部４２は、複数の光パルスＬａが偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）に入射する前に、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる光パルスＬａの偏光方向と、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる光パルスＬａの偏光方向とを、互いに直交させる。偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）は、偏光方向に基づき、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とを、それぞれ異なる光路に導光する。

【0069】

ダイクロイックミラー６３ａに代えて、偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）、及びミラー６３ｅを用いる場合、分散補償部６は、分離光学素子６３と第１空間光変調器６５との間に、波長板６４を更に有するとよい。

【0070】

本変形例のマルチパルス光源によれば、偏波制御部４２によって、偏光方向の制御を行った上で、偏光ビームスプリッタ６３ｄ（又は複屈折結晶）及びミラー６３ｅを用いることにより、偏光方向に応じて、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とを異なる光路に導光することができる。そして、第１光パルス群Ｌａ１を波長板６４に通すことにより、第１光パルス群Ｌａ１の偏光方向を第２光パルス群Ｌａ２の偏光方向と一致させた上で、第１光パルス群Ｌａ１及び第２光パルス群Ｌａ２を空間光変調器６７に入射させることができる。

【0071】

前述したように、遅延付与部４は、偏波制御部４２を兼ねてもよい。これにより、必要な構成要素の数を減らしてマルチパルス光源を簡素化できる。

【0072】

前述したように、偏波制御部４２は、複数の光パルスＬａをそれぞれ伝搬する複数の偏波保持ファイバを有し、複数の偏波保持ファイバの長さが互いに異なり、複数の偏波保持ファイバの光入力端から光出力端までの間に、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる光パルスＬａを伝搬する偏波保持ファイバの偏波面が、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる光パルスＬａを伝搬する偏波保持ファイバの偏波面に対して右回り方向又は左回り方向に９０°回転してもよい。この場合、偏波保持ファイバの長さに応じて遅延を付与しつつ、第１光パルス群Ｌａ１に含まれる一つ以上の光パルスＬａの偏光方向と、第２光パルス群Ｌａ２に含まれる一つ以上の光パルスＬａの偏光方向とを好適に調整することができる。
[実施例]

【0073】

まず、必要な分散補償量を見積もる。光ファイバ４１の屈折率を１．５とし、複数の光パルスＬａの時間間隔をｄｔとし、複数の光ファイバ４１の長さの刻み値をＬとすると、下記の数式が成り立つ。但し、Ｃは光速である。
ｄｔ＝ｎ・Ｌ／Ｃ
例えば、マルチパルス光Ｌｂに含まれる複数の光パルスＬａの時間間隔ｄｔを３ｎｓとするためには、複数の光ファイバ４１の長さを０．６ｍ刻みで長くするとよく、時間間隔ｄｔを５ｎｓとするためには、複数の光ファイバ４１の長さを１ｍ刻みで長くするとよい。なお、３ｎｓ～５ｎｓといった時間間隔は、蛍光寿命に相当し、マルチパルス光Ｌｂが蛍光観察に用いられる場合に好適な値である。光パルスＬａの個数を４とし、最も短い光ファイバ４１の長さを０．５ｍとすると、最も長い光ファイバ４１の長さは３．５ｍとなる。この長さを分散に換算すると、７００００ｆｓ^２となる（光ファイバ４１の２次分散β_２を２０ｐｓ^２／ｋｍと仮定）。この分散をできる限り補償することが望まれる。

【0074】

図１２に、実施例に係るマルチパルス光源１Ａの構成を示す。パルス光源２は、レーザ光源とし、フェムト秒領域の近赤外のパルス光Ｌ１を出射する。パルス光Ｌ１は、中心波長が、λ１：９３８ｎｍ、λ２：１０１３ｎｍ、λ３：１０８８ｎｍ、λ４：１１６３ｎｍである四つの光パルスＬａに分離可能な程度の波長帯域の拡がりを有する。続いて、分光部３にて、パルス光Ｌ１を四つの光パルスＬａに分光する。分光部３は、ダイクロイックミラーアレイであり、分光した四つの光パルスＬａを遅延付与部４に入射する。

【0075】

遅延付与部４は、長さの異なる四本の光ファイバ４１を含む。図１３に示されるように、本実施例では、波長λ１の光パルスＬａを最も短い光ファイバ４１に入射し、波長λ２、λ３、λ４の順に、入射する光ファイバ４１の長さを次第に長くする。なお、最も短い光ファイバ４１の長さは０．５ｍであり、そこから１ｍ刻みで長くする。つまり、最も長い光ファイバ４１の長さは３．５ｍである。

【0076】

再び、図１２を参照する。遅延付与部４を伝送した各光パルスＬａは、結合部５にて結合され、マルチパルス光Ｌｂとなる。その後、第２実施形態に係る分散補償部６Ａにて、分散補償が行われ、分散補償後のマルチパルス光Ｌｃが生成される。

【0077】

図１４に、遅延付与部４に入射する前の各光パルスＬａの時間強度波形（破線）と、分散補償後の各光パルスＬａの時間強度波形（実線）とを示す。図１４（ａ）は、比較例に係る結果である。比較例では、複数の光パルスＬａにそれぞれ対応する複数の変調領域が、変調面に入射する際の各光パルスＬａの分光方向のみに並ぶ空間光変調器７（図６を参照）を用いた。そして、分離光学素子６３を用いず、マルチパルス光Ｌｂを、第１光パルス群Ｌａ１と第２光パルス群Ｌａ２とに分離せずに、空間光変調器７の変調面７ａに入射させた。一方、図１４（ｂ）は、第２実施形態に係る分散補償部６を使用した場合の結果である。なお、実施例及び比較例の双方において、空間光変調器６７，７の分光方向の画素数を１２８０とし、光学分解能を２３．７μｍとした。また、実施例の回折格子６１ｂ，６１ｃにおける格子密度を１１００ライン／ｍｍとし、比較例の回折格子における格子密度を６００ライン／ｍｍとした。

【0078】

遅延付与部４に入射する前の各光パルスＬａのピーク強度を１００％とした場合、分散補償後の各光パルスＬａのピーク強度は、図１４（ａ）では、波長λ１において９７％、波長λ２において８０％、波長λ３において５７％、波長λ４において３７％となった。一方、図１４（ｂ）では、波長λ１において９９％、波長λ２において９４％、波長λ３において８６％、波長λ４において７５％となった。つまり、実施例においては、比較例と比べて大幅にピーク強度の減衰を抑制できていることが分かる。これは、空間光変調器における各変調領域の波長分解能の違いに起因している。比較例においては、一つの変調領域あたりの分光方向の画素数は１２８０／４＝３２０であり、各変調領域の波長分解能は、一つの光パルスＬａの波長帯域７５ｎｍを画素数３２０で除算した０．２３４ｎｍである。それに対し、実施例においては、一つの変調領域あたりの分光方向の画素数は１２８０／２＝６４０であり、各変調領域の波長分解能は、一つの光パルスＬａの波長帯域７５ｎｍを画素数６４０で除算した０．１１７ｎｍである。このように、実施例においては比較例と比べて波長分解能が２倍となる。なお、本実施例では第２実施形態の構成を採用しているが、波長分解能は第１実施形態でも同様の値となるので、第１実施形態においても本実施例と同様の分散補償効果を得ることができる。
[応用例]

【0079】

第１実施形態及び第２実施形態に係るマルチパルス光源は、マルチモーダル顕微鏡に応用することができる。近年では、従来の蛍光観察に代えて、多光子励起や高次高調波発生といった現象に基づく非線形光学顕微鏡が着目されてきている。多光子励起や高次高調波の発生といった複数の観測方式（modality）に基づく光応答を弁別することによって、複数の異なるターゲットを識別できる機能を有する顕微鏡は、マルチモーダル顕微鏡と称される。マルチモーダル観察では、複数の異なる観察方式に対応する幅広い波長のパルス光を用いるので、マルチパルス光源が有用である。しかし、マルチパルス光Ｌｂの各光パルスＬａの形状が波長分散に伴い互いに異なっている場合、ターゲットごとに異なるピーク強度となってしまい、安定した測定ができない。そこで、第１実施形態及び第２実施形態に係るマルチパルス光源を用いることにより、パルス毎に中心波長が異なるマルチパルス光の分散を、パルス毎に、より効果的に補償することができるので、マルチモーダル観察を安定して行うことができる。

【符号の説明】

【0080】

１…マルチパルス光源、２…パルス光源、４…遅延付与部、４１…光ファイバ、４２…偏波制御部、６…分散補償部、６１…分光素子、６１ａ…回折格子、６３…分離光学素子、６３ａ…ダイクロイックミラー、６３ｂ…ダイクロイックミラー、６３ｃ…ミラー、６３ｄ…偏光ビームスプリッタ、６４…波長板、６５…第１空間光変調器、６６…第２空間光変調器、６７…空間光変調器、６７ａ１…第１変調領域、６７ａ２…第２変調領域、Ｌ１…パルス光、Ｌａ１…第１波長成分群、Ｌａ２…第２波長成分群。

【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】

【図14】