特許 7405175 光測定用光源装置、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】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】光測定用光源装置、分光測定装置及び分光測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/10 20060101AFI20231219BHJP

   G01J 3/18 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01J3/10

G01J3/18

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022042987

(22)【出願日】2022-03-17

(62)【分割の表示】P 2019062000の分割

【原出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2022069677

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2022-03-17

(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】山田 剛

(72)【発明者】

【氏名】横山 拓馬

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２２８０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３１０７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０１５１４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０４５２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２３３３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９１３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１１０８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ３／５２

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／７４

Ｇ０２Ｆ １／３６５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スペクトルが連続しており１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応した状態にしてパルス光を出力する光測定用光源装置であって、
スペクトルが連続しているパルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源から出射されたパルス光を波長に応じて空間的に分割する分割器と、
分割器が分割する波長の数に応じた数の複数のファイバと、
複数のファイバの出射端から出射されるパルス光のビームを重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするカプラであるアレイ導波路回折格子と
を備えており、
各ファイバは、分割器が空間的に分割した各波長の光が入射する位置に各入射端が位置しているとともに、入射する光の波長に応じて長さが異なるものであり、
各ファイバは、シングルモードファイバであることを特徴とする光測定用光源装置。

【請求項2】

前記分割器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光測定用光源装置。

【請求項3】

前記複数のファイバは、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、
各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、
各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光測定用光源装置。

【請求項4】

前記パルス光源は、スーパーコンティニウム光である前記パルス光を出射する光源であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光測定用光源装置。

【請求項5】

スペクトルが連続しているパルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源から出射されたパルス光を波長に応じて空間的に分割する分割器と、
分割器が分割する波長の数に応じた数の複数のファイバと、
複数のファイバの出射端から出射されるパルス光のビームを重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするカプラであるアレイ導波路回折格子と
を備えており、
各ファイバは、分割器が空間的に分割した各波長の光が入射する位置に各入射端が位置しているとともに、１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応するよう入射光の波長に応じて長さが異なるものであり、
各ファイバは、シングルモードファイバであり、
各ファイバから出射された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検出器と、
検出器からの出力に従って対象物の分光特性を算出する演算手段と
を備えていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項6】

前記分割器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項５に記載の分光測定装置。

【請求項7】

前記複数のファイバは、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、
各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、
各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の分光測定装置。

【請求項8】

前記パルス光源は、スーパーコンティニウム光である前記パルス光を出射する光源であることを特徴とする請求項５又は６に記載の分光測定装置。

【請求項9】

スペクトルが連続しているパルス光を波長に応じて空間的に分割器により分割する分割工程と、
分割工程において分割されたパルス光を、分割した波長の数に応じた数のシングルモードファイバである複数のファイバにそれぞれ入射させて伝送させることで、１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応した状態とするパルス伸長工程と、
パルス伸長工程によりパルス幅が伸長されたパルス光のビームをカプラであるアレイ導波路回折格子により重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするパルス光重ね合わせ工程と
パルス光重ね合わせ工程により重ねあわされたパルス光のビームを対象物に照射する照射工程と、
照射工程においてパルス光のビームが照射された対象物からの光を検出器で検出する検出工程と、
検出器からの出力に従って対象物の分光特性を算出する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。

【請求項10】

前記分割器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の分光測定方法。

【請求項11】

前記複数のファイバは、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、
各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、
各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の分光測定方法。

【請求項12】

前記パルス光は、スーパーコンティニウム光であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の分光測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願の発明は、広帯域のパルス光を出射する光測定用光源装置に関するものであり、また光源装置を使用した分光測定の技術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、自己位相変調や誘導ラマン散乱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】

【文献】特開２０１３－２０５３９０号公報

【文献】米国特許第７１８４１４４号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２２８０６号明細書

【文献】特開平９－１５６６１号公報

【文献】特開２００３－２７９４８０号公報

【文献】特開２０１９－４５２７１号公報

【文献】特開２００２－１６２３４５号公報

【文献】特開平８－１２２８３３号公報

【文献】特開２００４－２３３３４１号公報

【文献】特開２００１－９１３５７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、波長域としては伸長されているが、パルス幅（時間幅）としては狭いままである。しかし、ファイバのような伝送媒体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、この際、適切な分散特性を持つ素子を選択すると、パルス内の経過時間（時刻）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。このようにパルス内の経過時間と波長とが１対１に対応した状態のパルス光は、チャープパルス光又は線形チャープパルス光と呼ばれることもある。

【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。）における経過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。つまり、広帯域伸長パルス光をある検出器で受光した場合、検出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、検出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試料に照射してその試料からの光を検出器で受光してその時間的変化を測定することで、その試料の分光特性（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考えられる。しかしながら、発明者の研究によると、より強い光を出力させるべく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、経過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。経過時間と波長との一意性が崩れると、特に分光測定に用いた場合、測定精度の著しい低下につながる。
この出願の発明は、この知見に基づくものであり、高出力とした場合にも経過時間と波長との一意性が崩れることのない光測定用光源装置を提供することを目的とし、そのような光源装置を使用することで精度の高い高速の分光測定が行えるように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、この出願の光測定用光源装置は、スペクトルが連続しており１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応した状態にしてパルス光を出力する光測定用光源装置である。この光測定用光源装置は、 少なくとも１００ｎｍの波長幅に亘ってスペクトルが連続しているパルス光を出射するパルス光源と、パルス光源から出射されたパルス光を波長に応じて空間的に分割する分割器と、分割器が分割する波長の数に応じた数の複数のファイバと、複数のファイバの出射端から出射されるパルス光のビームを重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするカプラであるアレイ導波路回折格子とを備えている。各ファイバは、分割器が空間的に分割した各波長の光が入射する位置に各入射端が位置しているとともに、入射する光の波長に応じて長さが異なるものであり、各ファイバは、シングルモードファイバである。
また、上記課題を解決するため、この出願の光測定用光源装置は、分割器が、アレイ導波路回折格子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、この出願の光測定用光源装置は、分割器が、回折格子と、回折格子が分散させた光を波長に応じて異なる位置に集光する光学系とを備えており、各集光位置に各ファイバの入射端が配置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、この出願の光測定用光源装置は、複数のファイバが、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定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、この出願の光測定用光源装置は、パルス光源が、スーパーコンティニウム光である前記パルス光を出射する光源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は、スペクトルが連続しているパルス光を出射するパルス光源と、パルス光源から出射されたパルス光を波長に応じて空間的に分割する分割器と、分割器が分割する波長の数に応じた数の複数のファイバと、複数のファイバの出射端から出射されるパルス光のビームを重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするカプラであるアレイ導波路回折格子とを備えている。各ファイバは、分割器が空間的に分割した各波長の光が入射する位置に各入射端が位置しているとともに、１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応するよう入射光の波長に応じて長さが異なるものであり、各ファイバは、シングルモードファイバである。そして、この分光測定装置は、各ファイバから出射された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検出器と、検出器からの出力に従って対象物の分光特性を算出する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装置は、分割器が、アレイ導波路回折格子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は、分割器が、回折格子と、回折格子が分散させた光を波長に応じて異なる位置に集光する光学系とを備えており、各集光位置に各ファイバの入射端が配置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、この出願の分光測定装置は、複数のファイバが、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定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、この出願の分光測定装置は、パルス光源が、スーパーコンティニウム光である前記パルス光を出射する光源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方法は、スペクトルが連続しているパルス光を波長に応じて空間的に分割器により分割する分割工程と、
分割工程において分割されたパルス光を、分割した波長の数に応じた数のシングルモードファイバである複数のファイバにそれぞれ入射させて伝送させることで、１パルス内の経過時間と波長とが１対１で対応した状態とするパルス伸長工程と、
パルス伸長工程によりパルス幅が伸長されたパルス光のビームをカプラであるアレイ導波路回折格子により重ね合わせて当該ビームが測定対象物における同一の照射領域に照射されるようにするパルス光重ね合わせ工程と
パルス光重ね合わせ工程により重ねあわされたパルス光のビームを対象物に照射する照射工程と、
照射工程においてパルス光のビームが照射された対象物からの光を検出器で検出する検出工程と、
検出器からの出力に従って対象物の分光特性を算出する演算工程と
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は、分割器が、アレイ導波路回折格子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方法は、分割器が、回折格子と、回折格子が分散させた光を波長に応じて異なる位置に集光する光学系とを備えており、各集光位置に各ファイバの入射端が配置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、この出願の分光測定方法は、複数のファイバは、複数のファイバ組を構成する要素ファイバと、マルチコアファイバであり、各ファイバ組は同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバで構成されており、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアとが接続されており、マルチコアファイバの数及び長さは、各要素ファイバのコアとマルチコアファイバの各コアから成る各伝送路の全長が互いに異なる長さになるよう選定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、この出願の分光測定方法は、パルス光がスーパーコンティニウム光であるという構成を持ち得る。

【発明の効果】

【0008】

以下に説明する通り、この出願の光測定用光源装置によれば、広帯域パルス光は分割器で各波長の光に分割され、各波長の光を伝送する各ファイバにおいて伝搬距離に応じた遅延によってパルス伸長がされるので、意図しない非線形光学効果が生じて時間波長一意性が崩れてしまう問題が生じない。このため、時間波長一意性が確保された広帯域パルス光を高い照度で対象物に照射して光測定を行うことができる。このため、高速且つ高品質の光測定が行える。
また、分割器がアレイ導波路回折格子である場合、低損失であるためさらに高照度の光照射が可能であり、また各ファイバとの接続が容易で製作し易いという効果が得られる。
また、複数のファイバが、同じパターンで長さが異なる複数のファイバ組を構成していると、コストダウンが図られる。
また、この出願の分光測定装置や分光測定方法によれば、光源からの光が時間的に分割されて対象物に照射されるので、回折格子の掃引のような時間を要する動作は不要であり、高速の分光測定が行える。そして、時間波長一意性を確保したパルス伸長を行う際、長さの異なる別々のファイバで波長毎に伝送する構成を採用しているので、高い照度で対象物に光を照射する場合にも時間波長一意性が崩れることがない。このため、吸収の多い対象物についての分光測定のようにハイパワーの光を照射する必要のある分光測定を高精度に行うことができ、高速且つ高信頼性の装置及び方法となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第一の実施形態の光測定用光源装置の概略図である。

【図2】広帯域パルス光のパルス伸長の原理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群遅延ファイバで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】分割器として採用されたアレイ導波路回折格子の平面概略図である。

【図5】他の例の分割器の概略図である。

【図6】他の例の分割器の概略図である。

【図7】第二の実施形態の光測定用光源装置の概略図である。

【図8】第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。

【図9】分光測定装置が備える測定プログラムの一例について主要部を概略的に示した図である。

【図10】第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。

【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、光測定用光源装置の発明の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の光測定用光源装置の概略図である。図１に示す光測定用光源装置は、パルス光源１と、パルス伸長ユニット２とを備えている。パルス伸長ユニット２は、パルス光源１からの光を１パルス内の経過時間と波長との関係が１対１になるようパルス光源１からの光をパルス伸長させるユニットである。

【0011】

パルス光源１は、連続したスペクトルのパルス光を出射する光源である。この実施形態では、例えば、９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲において少なくとも１０ｎｍ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。「９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続したスペクトル」とは、９００～１３００ｎｍの範囲内の連続したいずれかの１０ｎｍ以上の波長幅ということである。例えば、例えば９００～９１０ｎｍにおいて連続していても良いし、９９０～１０００ｎｍにおいて連続していても良い。尚、５０ｎｍ以上の波長幅に亘って連続しているとさらに好適であるし、１００ｎｍ以上の波長幅に亘って連続しているとさらに好適である。また、「スペクトルが連続している」とは、ある波長幅で連続したスペクトルを含んでいることを意味する。これは、パルス光の全スペクトルにおいて連続している場合には限られず、部分的に連続していても良い。
９００ｎｍから１３００ｎｍの範囲とする点は、実施形態の光源装置は、この波長域における光測定を用途としているためである。少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続したスペクトルの光とは、典型的にはＳＣ光である。したがって、この実施形態では、パルス光源１は、ＳＣ光源となっている。但し、ＳＬＤ（Superluminescent Diode）光源のような他の広帯域パルス光源が使用される場合もある。

【0012】

ＳＣ光源であるパルス光源１は、超短パルスレーザ１１と、非線形素子１２とを備えている。超短パルスレーザ１１としては、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。また、非線形素子１２としては、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の非線形ファイバが非線形素子１２として使用できる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が多いが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、非線形素子１２として使用できる。

【0013】

パルス伸長ユニット２は、実施形態の光源装置の大きな特徴点を成している。パルス光源１から出射される光は、波長帯域としては広がっているが、パルス幅としてはフェムト秒からナノ秒オーダーの短パルスのままである。このままでは光測定用としては使用しづらいので、パルス伸長ユニット２によってパルス伸長させる。この際に重要なことは、１パルスにおける経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長させる構成が採用されている点である。この際、実施形態の光源装置は、意図しない非線形光学効果が生じないように配慮した構成を採用している。

【0014】

広帯域パルス光をパルス伸長させる際、意図しない非線形光学効果が生じて時間波長一意性が崩れる点は、発明者の研究の過程で確認された課題である。以下、この点について、図２を参照して説明する。図２は、広帯域パルス光のパルス伸長の原理について示した概略図である。

【0015】

ＳＣ光のような広帯域パルス光のパルス幅を伸長させる手段としては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のような特定の群遅延特性を有するファイバを利用する構成が好適に採用される。例えば、ある波長範囲において連続スペクトルであるＳＣ光Ｌ１を当該波長範囲で正の分散特性を有する群遅延ファイバ９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Ｌ１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、正常分散の群遅延ファイバ９に通すと、正常分散の群遅延ファイバ９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９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Ｌ２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】

尚、パルス伸長のための群遅延ファイバ９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。但し、正常分散の場合に比べると、パルス伸長のための伝搬距離をより長くすることが必要になる場合が多く、損失が大きくなり易い。したがって、この点で正常分散の方が好ましい。

【0017】

このような群遅延ファイバを使用したパルス伸長において、光測定の分野では、ファイバに入射させる広帯域パルス光の強度を高くすることが必要になる場合がある。例えば、吸収の多い対象物に光を照射してその透過光を分光することで吸収スペクトルを測定する場合、対象物に強い光を照射する必要が生じ、そのためにパルス伸長においても強い光を伸長させる必要が生じる。また、測定のＳＮ比を高くしたり測定を高速に行ったりする観点から、対象物に強い光を照射する必要が生じる場合がある。

【0018】

パルス伸長された光を高い照度で対象物に照射するには、群遅延ファイバに対して高い強度で広帯域パルス光を入射させ、高い強度を保ったままパルス伸長する必要がある。しかしながら、群遅延ファイバに高強度の広帯域パルス光を入射させると、意図しない非線形光学効果が生じ、時間波長一意性が崩れる場合がある。図３は、この点を確認した実験の結果を示す図である。

【0019】

図３は、高強度の広帯域パルス光を群遅延ファイバで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。
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群遅延ファイバとして使用してパルス伸長させた。シングルモードファイバは、１１００～１２００ｎｍ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。

【0020】

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、１１００～１２００ｎｍ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、群遅延ファイバとして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。

【0021】

発明者は、このような知見に基づき、パルス伸長の構成を最適化させた。具体的には、実施形態の光測定用光源装置は、図１に示すように、パルス光源１からの広帯域パルス光のパルス幅を伸長させるパルス伸長ユニット２を備えており、パルス伸長ユニット２は、分割器３と、複数のファイバ（以下、伸長ファイバという。）４１～４ｎとを含んでいる。

【0022】

分割器３は、パルス光源１から出射されたパルス光を波長に応じて空間的に分割する素子である。図１に示すように、各伸長ファイバ４１～４ｎは、分割器３に対して並列に接続されている。各伸長ファイバ４の入射端は、分割器３が空間的に分割した各波長の光が入射する位置に配置されている。即ち、分割器３が、広帯域パルス光を波長λ_１～λ_ｎまでの光に分割する場合、伸長ファイバ４１の入射端は波長λ_１の光の出射位置に配置され、伸長ファイバ４２の入射端は波長λ_２の光の出射位置に配置され、・・・ファイバ４ｎは波長λ_ｎの光の出射位置に配置される。

【0023】

そして、各伸長ファイバ４１～４ｎは、入射する波長（分割器３に対する接続位置）に応じて長さの異なるものとなっている。各伸長ファイバ４１～４ｎの長さは、各伸長ファイバ４１～４ｎの出射端において、１パルス内の経過時間と波長との関係が１対１になるように決められる。この実施形態では、上記と同様、１パルスの初期に長波長側の光が存在し、時間経過とともに徐々に短波長側の光が存在する関係を維持したままパルス伸長をするので、短波長の光を伝送する伸長ファイバほど長さが長くなっている。即ち、λ_１を最も長い波長とし、λｎを最も短い波長とし、各伸長ファイバ４１，４２，・・・，４ｎの長さをｍ_１、ｍ_２、・・・ｍ_ｎとすると、ｍ_１＜ｍ_２＜・・・＜ｍ_ｎとなっている。
より具体的な一例を示すと、１～２０ｍまで１ｍ刻みで長さが異なる２０本のシングルモードファイバを伸長ファイバ４１～４ｎとして使用することができる。

【0024】

このように長さの差異が最適化されるため、各伸長ファイバ４１～４ｎは、必ずしも特定の群遅延ファイバでなくとも良い。即ち、波長に応じて適宜の群遅延特性を有するファイバを採用することは必須ではない。同一のファイバ（同一のコア／クラッド材料のファイバ）を使用し、波長に応じて長さに差異をつければ、各出射端における時間波長一意性は達成される。この意味で、各伸長ファイバ４１～４ｎは、マルチモードファイバであっても良い。意図しない非線形光学効果を防止するという観点では、シングルモードファイバよりマルチモードファイバの方が好ましい場合もある。

【0025】

いずれにしても、各伸長ファイバ４１～４ｎの長さの差異が最適化されるため、広帯域パルス光が各波長の光に分割されて各伸長ファイバ４１～４ｎを伝搬した際、各出射端において時間波長一意性が達成される。即ち、分割された光は、波長及び各伸長ファイバ４１～４ｎの長さとコアの屈折率に応じて遅延する。このため、波長とコア屈折率に応じて各伸長ファイバ４１～４ｎの長さを適宜選定すれば、各出射端において時間波長一意性が達成される。尚、分割器３が分割する波長の差異をΔλとし、各伸長ファイバ４１～４ｎの長さの差異をΔｍとした場合、Δλが一定（波長のインターバルが一定）であったとしても、Δｍは一定でない場合もある。各伸長ファイバ４１～４ｎは、群遅延ファイバでなくとも群遅延には波長依存性があるため、それを考慮してΔｍに差をつける場合があるからである。
また、各伸長ファイバ４１～４ｎは、同じもの（同じ特性のもの）が使用されているが、違う特性のものを使用しても良い。違う特性のものを使用する場合、その特性の差異に応じて長さの差異についても適宜選定する。

【0026】

尚、パルス伸長後において、各時刻ｔ_１～ｔ_ｎと各波長λ_１～λ_ｎとは１対１で対応してはいるものの、時刻刻ｔ_１～ｔ_ｎは飛び飛びの時刻である場合もある。即ち、時刻ｔ_１で波長λ_１の光が観測されてから、時間が空いて（光が存在しない時間帯があって）時刻ｔ_２になって波長λ_２の光が観測され、・・・という状態の場合もある。この状態でも、時間を特定すれば波長が特定されるので、時間波長一意性が確保されているといえる。勿論、時間の連続的な変化とともに波長が連続的に変化する場合もあり得る。

【0027】

また、図１に示すように、この実施形態では、各伸長ファイバ４１～４ｎの出射端にはカプラ５が設けられている。カプラ５は、各伸長ファイバ４１～４ｎの出射端から出射されるビームを重ね合わせ、同一の照射領域に照射されるようにする素子である。カプラ５としては、熔融型ファイバカプラの他、各伸長ファイバ４１～４ｎの出射端を同一の照射領域が照射されるように保持する機構やレンズなどの光学系が採用されることもある。また、ファンイン／ファンアウトデバイスがカプラ５として使用される場合もあり得る。さらに、平面型光回路を用いた光カプラやアレイ導波路回折格子を用いることもできる。

【0028】

次に、分割器３について、より具体的に説明する。分割器３としては、この実施形態では、アレイ導波路回折格子が採用されている。図４は、分割器３として採用されたアレイ導波路回折格子の平面概略図である。
図４に示すようにアレイ導波路回折格子は、基板３１上に各機能導波路３２～３６を形成することで構成されている。各機能導波路は、光路長が僅かずつ異なる多数のアレイ導波路３２と、アレイ導波路３２の両端（入射側と出射側）に接続されたスラブ導波路３３，３４と、入射側スラブ導波路３３に光を入射させる入射側導波路３５と、出射側スラブ導波路３４から各波長の光を取り出す各出射側導波路３６となっている。

【0029】

スラブ導波路３３，３４は自由空間であり、入射側導波路３５を通って入射した光は、入射側スラブ導波路３３において広がり、各アレイ導波路３２に入射する。各アレイ導波路３２は、僅かずつ長さが異なっているので、各アレイ導波路３２の終端に達した光は、この差分だけ位相がそれぞれずれる（シフトする）。各アレイ導波路３２からは光が回折して出射するが、回折光は互いに干渉しながら出射側スラブ導波路３４を通り、出射側導波路３６の入射端に達する。この際、位相シフトのため、干渉光は波長に応じた位置で最も強度が高くなる。つまり、各出射端導波路３６には波長が順次異なる光が入射するようになり、光が空間的に分光される。厳密には、そのように分光される位置に各入射端が位置するよう各出射側導波路３６が形成される。

【0030】

図４に示すようなアレイ導波路回折格子は、光通信の分野で波長分割多重通信 （ＷＤＭ）用に開発されたものであるが、発明者は、用途及び波長域は大きく異なるものの、実施形態の光源装置においてパルス伸長のための分割器３として使用できることを見出したものである。
このようなアレイ導波路回折格子は、例えばシリコン製の基板３１を表面処理することで作製することができる。具体的には、シリコン製の基板３１の表面に火炎堆積法によりクラッド層（ＳｉＯ_２層）を形成し、コア用のＳｉＯ_２－ＧｅＯ_２層を同様に火炎堆積法により形成した後、フォトリソグラフィによりＳｉＯ_２－ＧｅＯ_２層をパターン化して各導波路３２～３６を形成することにより作製される。各アレイ導波路３２の線幅は、例えば５～６μｍ程度で良い。

【0031】

例えば ９００～１３００ｎｍ程度の波長幅に亘って連続スペクトルである光に使用する場合、出射側導波路３６の数は１２８本程度であり、光は３～５０ｎｍずつ違う波長に分割されて出射される。
アレイ導波路回折格子の各出射側導波路３６には、伸長ファイバ４１～４ｎがそれぞれ接続されている。したがって、伸長ファイバ４１～４ｎには、上記のように波長に応じて空間的に分割された光が入射し、各波長の光が別々の伸長ファイバ４１～４ｎで伝送されてそれぞれ異なった遅延時間が与えられる。

【0032】

次に、このような実施形態の光測定用光源装置の全体の動作について説明する。
カプラ５は、光測定の目的に応じて所定の位置に配置される。超短パルスレーザ１１から出射された超短パルス光は、非線形素子１２で広帯域化されて広帯域パルス光となり、分割器３に入射する。そして、分割器３で波長に応じて空間的に分割され、各波長の光が各伸長ファイバ４１～４ｎに入射される。各波長の光は、各伸長ファイバ４１～４ｎ中で遅延し、時間波長一意性が達成された状態で各伸長ファイバ４１～４ｎから出射される。そして、出射された光は、カプラ５が指向する照射領域に照射される。

【0033】

このような実施形態の光測定用光源装置によれば、広帯域パルス光は、分割器３で各波長の光に分割され、各波長の光を伝送する各伸長ファイバ４１～４ｎにおいて伝搬距離に応じた遅延によってパルス伸長がされるので、意図しない非線形光学効果が生じて時間波長一意性が崩れてしまう問題が生じない。即ち、広帯域パルス光のパワーは、各伸長ファイバ４１～４ｎに分散して伝搬するので、ハイパワーの広帯域パルス光をパルス光源１から出射させた場合でも、各伸長ファイバ４１～４ｎを伝搬する光のパワーは低く抑えられる。このため、時間波長一意性が崩れてしまうことはない。そして、各伸長ファイバ４１～４ｎからの光はカプラ５で重ね合わされるので、対象物には、伸長されたハイパワーの広帯域パルス光を照射することができる。このため、吸収の大きな対象物であってもＳＮ比を高くした光測定が可能となる。

【0034】

また、分割器３として使用されたアレイ導波路回折格子は低損失であるので、さらに高照度の光照射を可能にしている。また、アレイ導波路回折格子は、ファイバとの親和性が高く、各伸長ファイバとの接続が容易である。このため、製作し易いという効果がある。

【0035】

次に、分割器３の他の例について説明する。図５は、他の例の分割器３の概略図である。上記実施形態では、分割器３としてはアレイ導波路回折格子を使用したが、図５の例は、分割器３として、回折格子３７１を使用した例となっている。この例では、回折格子３７１と非平行ミラー対３８とを組み合わせることで、光を波長に応じて異なる位置に集光させる構成となっている。

【0036】

具体的に説明すると、分割器３は、光軸に対する角度が波長に応じて異なる角度になるようにする角分散モジュール３７と、角分散モジュール３７に対して接続された非平行ミラー対３８と、非平行ミラー対３８で折り返された各波長の光を取り出すビームスプリッタ３７２と、ビームスプリッタ３７２で取り出された各波長の光を各伸長ファイバ４１～４ｎに入射させる入射光学系３９とを備えている。

【0037】

図５に示すように、角分散モジュール３７は、広帯域パルス光が入射する回折格子３７１と、回折格子３７１で波長分散させた光を平行光にするコリメータレンズ３７３と、コリメータレンズ３７３で平行光にされた光を非平行ミラー対３８の入射点Ｐに結ばせる集光レンズ３７４とを含んでいる。取り出し用のビームスプリッタ３７２は、コリメータレンズ３７３と集光レンズ３７４の間に配置されている。

【0038】

回折格子３７１で分散した各波長の光は、集光レンズ３７４で集光されて非平行ミラー対３８の入射点Ｐに結ぶ。入射点Ｐに達する際の角度は、波長に応じて異なる角度であり、連続的に異なる角度である。非平行ミラー対３８は、僅かな角度αだけ傾けられた一対の平板ミラー３８１で構成されているため、図５に示すように、入射した各波長の光は、平板ミラー３８１に交互に反射しながら戻ってくる。この際、入射点Ｐに集光する際の集光角θ、傾き角α、入射点Ｐで見た非平行ミラー対３８の離間距離Ｄにより、飛び飛びではあるものの波長λ１～λｎの光は入射点Ｐの位置にちょうど戻ってくる。したがって、これらの光は、入射点Ｐで反射してビームスプリッタ３７２に達し、ビームスプリッタ３７２で一部が反射して取り出される。取り出された光は、入射光学系３９により各伸長ファイバ４１～４ｎに入射する。

【0039】

このようにして、広帯域パルス光は、波長に応じて空間的に分割され、各伸長ファイバ４１～４ｎで伝送される。そして、この実施形態においても、各伸長ファイバ４１～４ｎの長さは、入射する光の波長に応じて異なる長さとされており、出射端において時間波長一意性が達成される。尚、図５から解るように、入射点Ｐの位置にちょうど戻ってくる波長の光は、波長に応じて光路長が少し異なるので、この分で時間分散が生じている。したがって、伸長ファイバ４１～４ｎの長さを選定する際には、この分の分散も考慮に入れることが望ましい。

【0040】

上記の他、分割器３としては、上記以外にも種々のものを採用し得る。これらの例が図６に示されている。図６は、さらに他の例の分割器３を示した概略図である。
分割器３としては、図６（１）に示すように、一対の回折格子３０１を用いたものを採用し得る。一対の回折格子３０１で光を波長分散させ、マイクロレンズアレイ３０２を介して各伸長ファイバ４１～４ｎに各波長の光を入射させる構成が採用できる。マイクロレンズアレイ３０２は各波長の光を集光して各伸長ファイバ４１～４ｎのコアに入射させるマイクロレンズを配列した素子である。

【0041】

また、図６（２）に示すように、プリズムペアを採用した分割器３を使用することも可能である。この例では、一対のプリズム３０３により光を波長分散させ、同様にマイクロレンズアレイ３０２で集光して各伸長ファイバ４１～４ｎのコアに入射させる。
いずれにしても、光を波長毎に分割器３で分け、波長毎に各伸長ファイバ４１～４ｎで伝送してファイバ長の調整により時間波長一意性を達成すると、高強度の広帯域パルス光がパルス源１から出射される際にも、意図しない非線形光学効果が防止され、時間波長一意性が崩れてしまうことはない。

【0042】

次に、第二の実施形態の光測定用光源装置について説明する。図７は、第二の実施形態の光測定用光源装置の概略図である。
第二の実施形態の光測定用光源装置は、パルス伸長ユニット２の構成が第一の実施形態と異なっている。図７に示すように、第二の実施形態でも、パルス伸長ユニット２は、複数の伸長ファイバを備えている。これら伸長ファイバは、複数のファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎを構成するファイバ（以下、要素ファイバという。）４１～４ｎを含んでいる。

【0043】

各ファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎは、同じパターンで長さが異なる複数の要素ファイバ４１～４ｎで構成されている。これは、伸長ファイバを共通化してコストダウンを図る趣旨である。但し、このままでは、同じ長さの伸長ファイバがあることになるので、その部分では異なる遅延を達成することができない。このため、マルチコアファイバ６１～６ｎを組み合わせている。この構成では、一つの要素ファイバ４１～４ｎのコアと、それに接続されたマルチコアファイバ６１～６ｎの各コアとが一つの伝送路を形成するので、マルチコアファイバ６１～６ｎの数及び長さは、各伝送路が互いに異なる長さとなるよう選定される。

【0044】

一例を示すと、第一の実施形態において例示した２０本の伸長ファイバ４１～４ｎ（２０本の異なる伝送路）と等価なものを達成する場合、各組のファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎを１～５メートルまで１メートル刻みで長さが異なる５本の要素ファイバ４１～４５から成るものとする。この組を４組用意する。そして、コア数が５のマルチコアファイバを３本用意する。３本のマルチコアファイバ６１～６３は、５メートル、１０メートル、１５メートルの長さとする。その上で、最初のファイバ組４Ｇ１にはマルチコアファイバは接続せず、次のファイバ組４Ｇ２には５メートルのマルチコアファイバ６１を接続する。即ち、各要素ファイバ４１～４５のコアに５メートルのマルチコアファイバ６１の各コアを接続する。次のファイバ組４Ｇ３には、１０メートルのマルチコアファイバ６２を接続する。最後のファイバ組４Ｇ４には１５メートルのマルチコアファイバ６３を接続する。このようにすると、１～２０メートルの１メートル刻みで長さが異なる２０本の伝送路が形成されたことになる。

【0045】

以上は一例であり、各伝送路の全長が互いに異なるものであれば、どのような組合せでも良い。マルチコアファイバ６１～６ｎのコアの数がファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎの要素ファイバ４１～４ｎの数より多い場合もあるが、その場合には空き（未接続）とすれば良い。尚、ファイバ組が２組の場合には、マルチコアファイバは１本で足りることになる。
また、マルチコアファイバ６１～６ｎの代わりにバンドルファイバを使用することも可能である。上記の例では、５本のファイバを束ねたバンドルファイバを用意する。各バンドルファイバは、５メートル、１０メートル、１５メートルの長さとされ、同様にファイバ組４Ｇ２，４Ｇ３，４Ｇ４に対してそれぞれ接続される。

【0046】

また、第一の実施形態においても同様であるが、分割器３が分割する波長の数と、複数の伸長ファイバで形成される伝送路の数は一致するのが理想的であるが、一致しなくても良い。伝送路の数の方が多い場合にはその分は空きとなる。また、光測定の目的によっては測定に使用しない波長もあるから、その分の波長については分割器３に対して伸長ファイバが接続されない（伸長ファイバの数の方が少ない）場合もある。

【0047】

第二の実施形態においても、光を波長毎に分割器３で分け、波長毎に各伸長ファイバ４１～４ｎ，６１～６ｎで伝送するので、高強度の広帯域パルス光がパルス源１から出射される際にも、意図しない非線形光学効果が防止され、時間波長一意性が崩れてしまうことはない。
そして、パルス伸長ユニット２が、同一のパターンで異なる複数の要素ファイバ４１～４ｎで構成された複数のファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎを含んでいるので、低コストとなる。
尚、図７に示す例では、分割器３に対して各ファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎが接続され、その後段に各マルチコアファイバ６１～６ｎが接続されているが、この関係は逆であっても良い。即ち、分割器３に対して各マルチコアファイバ６１～６ｎが接続され、その後段に各ファイバ組４Ｇ１～４Ｇｎが接続されても良い。

【0048】

次に、分光測定装置及び分光測定方法の発明について説明する。
図８は、第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。図８に示す分光測定装置は、光測定用光源装置１０と、光測定用光源装置１０から出射された光を対象物Ｓに照射する照射光学系７１と、光照射された対象物Ｓからの光が入射する位置に配置された検出器７２と、検出器７２からの出力に従って対象物Ｓの分光スペクトルを算出する演算手段７３とを備えている。

【0049】

光測定用光源装置（以下、単に光源装置という。）１０としては、上記第一の実施形態のものが採用されている。第二の実施形態のものでも良いことは、勿論である。
照射光学系７１は、この実施形態では、ビームエキスパンダ７１１を含んでいる。光源装置１０からの光は、時間伸長された広帯域パルス光ではあるものの、超短パルスレーザ１１からの光であり、ビーム径が小さいことを考慮したものである。この他、ガルバノミラーのようなスキャン機構を設け、ビームスキャンにより広い照射領域をカバーする場合もある。

【0050】

この実施形態では、対象物Ｓの吸収スペクトルを測定することを想定しており、したがって検出器７２は、対象物Ｓからの透過光が入射する位置に設けられている。対象物Ｓを配置する透明な受け板７４が設けられている。照射光学系７１は上側から光照射するようになっており、検出器７２は受け板７４の下方に配置されている。

【0051】

演算手段７３としては、この実施形態では汎用ＰＣが使用されている。検出器７２と演算手段７３の間にはＡＤ変換器７５が設けられており、検出器７２の出力はＡＤ変換器７５を介して演算手段７３に入力される。
演算手段７３は、プロセッサ７３１や記憶部（ハードディスク、メモリ等）７３２を備えている。記憶部７３２には、検出器７２からの出力データを処理して吸収スペクトルを算出する測定プログラム７３３やその他の必要なプログラムがインストールされている。

【0052】

この実施形態においては、時間波長一意性を確保した伸長パルス光を照射する光源装置１０を使用しているので、測定プログラム７３３もそれに応じて最適化されている。図９は、分光測定装置が備える測定プログラム７３３の一例について主要部を概略的に示した図である。

【0053】

図９の例は、測定プログラム７３３が吸収スペクトル（分光吸収率）を測定するプログラムの例となっている。吸収スペクトルの算出に際しては、基準スペクトルデータが使用される。基準スペクトルデータは、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は、光源装置１０からの光を対象物Ｓを経ない状態で検出器７２に入射させることで取得する。即ち、対象物Ｓを経ないで光を検出器７２に直接入射させ、検出器７２の出力をＡＤ変換器７５経由で演算手段７３に入力させ、時間分解能Δｔごとの値を取得する。各値は、Δｔごとの各時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・）の基準強度として記憶される（Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・）。時間分解能Δｔとは、検出器７２の応答速度（信号払い出し周期）によって決まる量であり、信号を出力する時間間隔を意味する。

【0054】

各時刻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。１パルス内の時刻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Ｓを経た光を検出器７２に入射させた際、検出器７２からの出力はＡＤ変換器７５を経て同様に各時刻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と比較され（ｖ_１／Ｖ_１，ｖ_２／Ｖ_２，ｖ_３／Ｖ_３，・・・）、その結果が吸収スペクトルとなる（必要に応じて各逆数の対数を取る）。上記のような演算処理をするよう、測定プログラム７３３はプログラミングされている。

【0055】

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光源装置１０を動作させ、検出器７２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を取得する。その上で、対象物Ｓを受け板７４に配置し、光源装置１０を再び動作させる。そして、検出器７２からの出力データをＡＤ変換器７５を介して演算手段７３に入力し、測定プログラム７３３により分光スペクトルを算出する。

【0056】

上記の例では対象物Ｓからの透過光を利用する吸収スペクトルの測定であったが、対象物Ｓからの反射光を検出器７２に入射させて反射スペクトル（分光反射率）を測定したり、対象物Ｓに照射された光により励起されて放出された蛍光を検出器７２に入射させて蛍光スペクトルを測定したりする場合もある。さらには、対象物Ｓのレイリー散乱やラマン散乱などの散乱スペクトルについて分光特性を測定する場合もある。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。
尚、光源装置１０の測定や検出器７２の感度特性が経時的に変化する場合、基準スペクトルを取得する測定（対象物Ｓを配置しない状態での測定）を行い、基準スペクトルを更新する校正作業が定期的に行われる。

【0057】

このような実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、パルス光源１からの光を時間的に分割して対象物Ｓに照射するので、回折格子の掃引のような時間を要する動作は不要であり、高速の分光測定が行える。そして、時間波長一意性を確保したパルス伸長を行う際、長さの異なる別々の伸長ファイバ４１～４ｎで波長毎に伝送する構成を採用しているので、高い照度で対象物Ｓに光を照射する場合にも時間波長一意性が崩れることがない。このため、吸収の多い対象物Ｓについての分光測定のようにハイパワーの光を照射する必要のある分光測定を高精度に行うことができ、高速且つ高信頼性の分光測定装置及び分光測定方法となる。

【0058】

次に、第二の実施形態の分光測定装置及び分光測定方法について説明する。図１０は、第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。
図１０に示すように、第二の実施形態の分光測定装置では、光源装置１０からの出射光を分岐させる分岐素子７６が設けられている。分岐素子７６としては、この実施形態では、ビームスプリッタが使用されている。
分岐素子７６は、光源装置１０からの光路を、測定用光路と参照用光路に分割するものである。測定用光路には、第一の実施形態と同様、受け板７４が配置され、受け板７４上の対象物Ｓを透過した光を受光する位置に測定用検出器７２が配置されている。

【0059】

参照用光路上には、参照用検出器７０２が配置されている。参照用検出器７０２には、分岐素子７６で分岐して参照用光路を進む光がそのまま入射するようになっている。この光（参照光）は、対象物Ｓを経ることなく検出器７０２に入射させ、基準スペクトルデータをリアルタイムで得るための光である。

【0060】

測定用検出器７２及び参照用検出器７０２は、それぞれＡＤ変換器７５，７０５を介して演算手段７３に接続されている。演算手段７３内の測定プログラム７３３は、リアルタイムの基準強度スペクトル参照を行うようプログラミングされている。即ち、測定用検出器７２からは各時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・での測定値ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３，・・・が入力され、参照用検出器７２からは、同時刻である各時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・での基準強度Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・（基準スペクトルデータ）が入力される。測定プログラム７３３は、予め調べられている１パルス内の時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・と波長λ_１，λ_２，λ_３，・・・との関に従い、ｖ_１／Ｖ_１，ｖ_２／Ｖ_２，ｖ_３／Ｖ_３，・・・を算出し、吸収スペクトルとする。反射スペクトルや散乱スペクトルを測定する場合も、リアルタイムで取得される基準スペクトルデータにより同様に行える。
第二の実施形態の分光測定装置を使用した第二の実施形態の分光測定方法では、リアルタイムで基準スペクトルデータが取得されるので、定期的な基準スペクトルデータの取得は行われない。この点を除き、第一の実施形態と同様である。

【0061】

第二の実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、基準スペクトルデータを別途取得することが不要なので、測定作業全体の能率が高くなる。また、第一の実施形態において、光源装置１０の特性や検出器７２の特性が変化し易い場合には校正作業を頻繁に行う必要があるが、第二の実施形態では不要である。光源装置１０の特性や検出器７２の特性が変化しなくても、測定環境が異なる場合（例えば温度条件やバックグラウンド光の条件等が異なる場合）、校正作業が必要な場合がある。第二の実施形態ではこのような場合にも校正作業は不要なので、測定の能率が高い。但し、第二の実施形態では、光源装置１０からの光束を二つに分割しているので、その分だけ対象物Ｓに照射できる光束は低下する。したがって、より高い強度で対象物Ｓを照射して測定する必要がある場合には、第一の実施形態の方が有利である。

【0062】

光測定用光源装置の用途として、上述した分光測定以外にも、各種の光測定が挙げられる。例えば、顕微鏡のように対象物に光照射して観察する用途も光測定の一種であると言えるし、光照射して距離を計測するような場合も光測定の一種であるといえる。本願発明の光測定用光源装置は、このような各種の光測定に利用することができる。
尚、９００～１３００ｎｍの波長範囲に含まれるある波長幅に亘って連続スペクトルであることは、材料分析等に特に有効な近赤外域での光測定用として好適なものにする意義がある。但し、分光測定はこの波長範囲以外も種々のものがあり、分光測定装置や分光測定方法としては、この波長範囲に限られるものではない。

【0063】

また、連続スペクトルの波長幅としては少なくとも１０ｎｍとしたが、これも一例であり、それよりも狭い波長幅で連続しているパルス光が使用される場合もある。例えば、大気成分の分析のように対象物がガスであり、そのうちの特定の成分（特定の吸収スペクトル）の測定だけを行えば良い場合、狭い波長幅で連続しているパルス光を使用する場合もある。

【符号の説明】

【0064】

１ パルス光源
１０ 光源装置
１１ 超短パルスレーザ
１２ 非線形素子
２ パルス伸長ユニット
３ 分割器
４１～４ｎ 伸長ファイバ
４Ｇ１～４Ｇｎ ファイバ組
５ カプラ
６１～６ｎ マルチコアファイバ
７１ 照射光学系
７２ 検出器
７３ 演算手段
７５ ＡＤ変換器
Ｓ 対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】