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▶ エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-20
(54)【発明の名称】光源
(51)【国際特許分類】
G02F 1/365 20060101AFI20230213BHJP
【ＦＩ】
G02F1/365
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022537723
(86)(22)【出願日】2020-12-21
(85)【翻訳文提出日】2022-06-29
(86)【国際出願番号】 DK2020050402
(87)【国際公開番号】W WO2021121529
(87)【国際公開日】2021-06-24
(31)【優先権主張番号】PA201970801
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506179491
【氏名又は名称】エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブ
【氏名又は名称原語表記】ＮＫＴ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ Ａ／Ｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】アンデルセン、トマス ベスタガード
【テーマコード（参考）】
2K102
【Ｆターム（参考）】
2K102AA06
2K102AA21
2K102AA30
2K102BA20
2K102BA22
2K102BB03
2K102BC01
2K102BC04
2K102BC07
2K102BD09
2K102DA06
2K102DA09
2K102DC08
2K102EA25
2K102EB20
2K102EB22
(57)【要約】
光パルスの初期シーケンスを提供するためのパルス発生器であって、初期シーケンスは、所定期間内に初期数の光パルスを含む、パルス発生器と、光パルスの初期シーケンスから導出された光パルスの第１及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための、第１及び第２光学アームと、を備える光源であって、第１光学アームは、初期シーケンスから第１シーケンスを生成するように構成された第１マニピュレータを含み、第１シーケンスは、所定期間内に第１の数の光パルスを有し、第１の数は初期数よりも大きく、第２シーケンスは、所定期間内に第２の数の光パルスを有し、第２の数は初期数以下であり、光源は、第１シーケンス又は第２シーケンスを受容するように配置された非線形光学素子と、非線形光学素子による受容のために第１シーケンス又は第２シーケンスの何れかを切り替えるように構成された光スイッチ、と、をさらに備える、光源。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光パルスの初期シーケンス（３）を提供するためのパルス発生器（２）であって、光パルスの前記初期シーケンス（３）は、所定期間内に初期数の光パルスを含む、パルス発生器（２）と、第１光学アーム及び第２光学アームであって、光パルスの前記初期シーケンスから導出された光パルスの第１シーケンス及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための、第１光学アーム及び第２光学アームと、
を備える光源（１）であって、
前記第１光学アーム（５）は、光パルス（３）の前記初期シーケンスから光パルス（９）の前記第１シーケンスを生成するように構成された第１マニピュレータ（７）を含み、光パルスの前記第１シーケンス（９）は、前記所定期間内に第１の数の光パルスを有し、前記第１の数は前記初期数よりも大きく、
光パルスの前記第２シーケンス（１０）は、前記所定期間内に第２の数の光パルスを有し、前記第２の数は前記初期数以下であり、
前記光源は、
光パルスの前記第１シーケンス（９）又は光パルスの前記第２シーケンス（１０）を受容するように配置された非線形光学素子（１３）と、
前記非線形光学素子（１３）による受容のために光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスの何れかを切り替えるように構成された光スイッチ（４）、と、
をさらに備える、光源。
【請求項2】
前記第１マニピュレータ（７）は、初期繰り返し率を有する光パルスの前記初期シーケンス（３）から、前記初期繰り返し率よりも高い繰り返し率を有する光パルスの前記第１シーケンス（９）を生成するように構成される、請求項１に記載の光源。
【請求項3】
前記第１マニピュレータ（７）は、光パルスの前記初期シーケンス（３）の単一パルスから少なくとも２つのパルスを含むパルスのバーストを生成するように構成され、前記少なくとも２つのパルスの間には時間遅延がある、請求項１に記載の光源。
【請求項4】
前記光源は、前記非線形光学素子の上流に配置された少なくとも１つの増幅器（１２）と、
前記光スイッチ及び前記増幅器と連通する、コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１シーケンスのパルスが前記第２シーケンスのパルスよりも増幅されるように、前記光スイッチの設定に応じてパルスの増幅を制御するように構成される、
請求項１～３のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項5】
前記コントローラは、パルスの前記第１シーケンス又は前記第２シーケンスにおける光学的パルスの増幅が、パルスの各シーケンスにおける前記パルスのピークパワーが所定の最大レベル未満に留まるようにする、請求項４に記載の光源。
【請求項6】
前記第２光学アーム（６）は、光パルスの前記初期シーケンス（３）から光パルスの前記第２シーケンス（１０）を生成するように構成された第２マニピュレータ（８）を含み、前記第２マニピュレータ（８）は、パルスピッカーを含むか、又はパルスピッカーからなる、
請求項１～５のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項7】
前記第２光学アームは、光パルスの前記第２シーケンスを案内するための少なくとも１つの光ファイバを含み、当該第２シーケンスは、光パルスの前記初期シーケンス（３）に対応する、請求項１～５のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項8】
前記光スイッチ（４）は、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通し、光パルスの前記初期シーケンス（３）を前記第１光学アーム（５）又は前記第２光学アーム（６）の何れかに選択的に提供するように配置され、及び／又は前記光スイッチは、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通するとともに、光パルスの前記第１シーケンス（９）及び光パルスの前記第２シーケンス（１０）を受容して、光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスの何れかを前記非線形光学素子に選択的に提供するように構成される、
請求項１～７のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項9】
前記光スイッチは、入力と出力とを有するとともに、前記光学アームのうちの１つが、その光学アームの光のみを切り替えるように配置されている、請求項１～７のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項10】
前記非線形光学素子（１３）は、非線形光ファイバ、特に微細構造光ファイバを含み、光パルスの前記第１シーケンス及び前記第２シーケンスは、前記非線形光ファイバを伝搬するときに広帯域出力またはスーパーコンティニウムを生成する、請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広帯域出力を有する光源及び／又は異なるモードで動作可能な光源などの光源に関する。
【背景技術】
【0002】
広帯域光源とは、一般に、例えば５０ｎｍ以上の広い波長帯域幅を有する光を出射する光源をいう。広帯域光源は、例えば、白熱灯又は蛍光灯を含むことができ、典型的には４００～１７００ｎｍの範囲の広いスペクトルを提供する。しかしながら、このような光源の場合、強度は、使用されるフィラメントの質又はガス励起の効率によって制限される。さらに、光は空間的にコヒーレントではないので、光をファイバに結合することは困難である可能性があり、その結果、低パワーで低輝度の光源となり、品質は中程度になる。前述の制限のうちの１以上は、多くの用途に対して最適ではない可能性がある。
【0003】
スーパーコンティニウム生成は、しばしば、上記制限の１以上を超える改善を提供することができる。スーパーコンティニウム生成は、非線形ファイバのような非線形光学素子を介した高パワー光、典型的にはパルスの伝搬による、広い、典型的には連続的なスペクトルの形成に関する。スーパーコンティニウムという用語は特定の現象をカバーするものではなく、むしろ、光学的パルスのかなりの広がりをもたらす、自己位相変調、ラマン散乱、位相整合、及びソリトン発生などの多数の非線形効果の少なくとも一部を含んでもよい。非線形光ファイバにおけるスーパーコンティニウム生成によって達成されるスペクトルは、典型的には、より広いスペクトル、例えば、いくつかの例では、白熱灯又は蛍光灯に関して４００～２４００ｎｍの範囲の波長を有するスペクトルをカバーし、より高い強度、シングルモードビーム特性、優れた指向安定性、及びレーザーの輝度の１以上を提供することができる。
【0004】
広帯域光源は、分光学、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）、計測学、科学計測、バイオイメージング、半導体検査などの分野に応用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、異なる動作モードで動作可能な光源を提供することである。
また、本発明の目的は、広帯域出力を生成するために使用される非線形ファイバの光誘起劣化を回避又は少なくとも低減する光源を提供することである。
また、本発明の目的は、広帯域出力を生成するために使用される非線形ファイバの光誘起劣化を回避又は少なくとも低減する光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本目的は、以下に説明する実施形態に係る光源によって達成される。この目的は、添付の請求項１に記載されているような光源によって達成することができ、特定の好ましい実施形態は従属請求項に開示されている。
【0007】
いくつかの実施形態において、光源は、光パルスの初期シーケンスを提供するためのパルス発生器であって、光パルスの前記初期シーケンスは、所定期間内に初期数の光パルスを含む、パルス発生器と、第１光学アーム及び第２光学アームであって、光パルスの前記初期シーケンスから導出された光パルスの第１シーケンス及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための、第１光学アーム及び第２光学アームとを備え、前記第１光学アームは、光パルスの前記初期シーケンスから光パルスの前記第１シーケンスを生成するように構成された第１マニピュレータを含み、光パルスの前記第１シーケンスは、前記所定期間内に第１の数の光パルスを有し、前記第１の数は前記初期数よりも大きく、光パルスの前記第２シーケンスは、前記所定期間内に第２の数の光パルスを有し、前記第２の数は前記初期数以下であり、光源は、非線形光学素子をさらに備える。前記光源は、前記非線形光学素子が、光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスを受容するように配置されている。前記非線形光学素子は、受容した前記パルスをスペクトル的に広げることができる。
【0008】
非線形光学素子は、特に、当該非線形光学素子を通過する光パルスのシーケンスのスペクトルを広げるように構成することができる。したがって、非線形光学素子は、シーケンスのパルスから広帯域又はスーパーコンティニウムスペクトルを生成することができる。
【0009】
光源は、スーパーコンティニウム光源などの広帯域光源を含んでもよい。
光源は、非線形光学素子による受容のために、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように配置された光スイッチを含んでもよい。スイッチは、高パワーモード又は低パワーモードでの光源の動作を容易にすることができる。
光源は、非線形光学素子による受容のために、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように配置された光スイッチを含んでもよい。スイッチは、高パワーモード又は低パワーモードでの光源の動作を容易にすることができる。
【0010】
高パワーモードは、スーパーコンティニウム光源が、例えば３５０ｎｍから８５０ｎｍまで（場合によっては赤外波長領域にまで）延びる全スーパーコンティニウムスペクトルにわたって測定される、５Ｗを超える（例えば６Ｗ、１０Ｗ、又は２０Ｗを超える）総パワーを供給するモードとして解釈することができる。
【0011】
さらに、少なくともいくつかの実施形態では、生成されたスーパーコンティニウム光は、約３５０～８５０ｎｍの可視波長範囲において、少なくとも０．５Ｗ、１Ｗ、２Ｗ、５Ｗ、１０Ｗの総パワーを含んでもよい。
【0012】
少なくともいくつかの実施形態において、パワーモード（特に高パワーモード）は、「可視範囲」内（特に３５０ｎｍから８５０ｎｍの間）の少なくとも１０ｎｍの範囲にわたって測定された、例えば、１ｍＷ／ｎｍ、又は２ｍＷ／ｎｍ、又は５ｍＷ／ｎｍ、又は１０ｍＷ／ｎｍ、又は２０ｍＷ／ｎｍの高パワースペクトル密度を有する広帯域又はスーパーコンティニウム光を提供することができる。
【0013】
少なくともいくつかの実施形態では、スーパーコンティニウム光源の高パワーモードは、少なくとも１２００ｎｍから少なくとも１３００ｎｍまでに及ぶスーパーコンティニュウムスペクトルの一部内の少なくとも１０ｎｍの範囲にわたって測定された、１０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度（例えば２０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば２５ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度、例えば５０ｍＷ／ｎｍを超えるパワースペクトル密度）を提供することができる。
【0014】
少なくとも１つの増幅器を非線形光学素子の上流に配置して、第１又は第２シーケンスのパルスを、非線形光学素子に送達される前に増幅することができる。これは特に、非線形光学素子に所望のパワーを提供するためである。
【0015】
増幅器は、スイッチの設定に応じて、パルスの第１又は第２シーケンスを増幅して、それぞれのパルスのシーケンスにおけるパルスのピークパワーが所定の最大レベルを下回るように構成することができる。これにより、材料劣化が緩和され、後述するように、非線形光学素子の損傷を回避することができる。
【0016】
光源は、光スイッチ及び増幅器と連通するコントローラを含むことができ、コントローラは、光スイッチの設定に応じて、第１又は第２シーケンスにおけるパルスの増幅を制御するように構成される。好ましくは、パルスの第１シーケンスにおけるパルスのより強い増幅は、光パルスの第１シーケンスにおけるいくつかのパルスへの初期パルスにおける光パワーの分布を補償するために提供され、すなわち、第１シーケンスのパルスは、第２シーケンスのパルスよりも増幅される。
【0017】
好ましくは、コントローラは、パルスの第１又は第２シーケンスにおける光学的パルスの増幅を、それぞれのパルスのシーケンスにおけるパルスのピークパワーが所定の最大レベル以下に留まるように提供する。
【0018】
いくつかの実施形態において、光パルスの第１シーケンス及び光パルスの第２シーケンスは、両方のシーケンスにおけるパルスのピークパワーが（少なくとも実質的に）同じになるように生成することができる。
【0019】
いくつかの実施形態では、選択されたパルスのエネルギー又はピークパワーを制御することができる。例えば、非線形光学素子に供給されるパルスのピークパワー又はエネルギーは、所定の閾値レベル以下、すなわち所定の最大レベル以下のレベルに制御することができる。最大レベルは、非線形光学素子の損傷又は劣化が生じないように、又は低減されるように、あるいは、許容可能なレベル内に低減されるように、選択されてもよい。非線形光学素子の劣化は通常連続的なプロセスである。高いピークパワー又は非線形光学素子を透過するパルスのエネルギーは、低いピークパワーを有するパルスよりも高い劣化を引き起こす。劣化率は非線形なこともあり、したがって、高いピークパワーは、非線形光学素子に深刻な損傷又は劣化を引き起こし得る。換言すれば、所定の最大レベルは、このレベル以下のピークパワー及びエネルギーについて、非線形光学素子、ひいては光源の長い寿命を保証するのに、非線形光学素子の劣化が十分に低い大きさに維持されるように、設定される。このように、光パルスの第１シーケンスにおいて、所定期間毎に所定の最大レベルを下回るピークパワーを有するより多くのパルスを有することは、非線形光学素子の寿命を増加させ、非線形光学素子の損傷を回避するのに役立つ一方で、所定期間内において高パワー出力及び／又は高スペクトルエネルギー密度を得ることができる。
【0020】
選択されたパルスのピークパワー又はエネルギーは、所定の最大レベルを超えないように「固定（clamped）」されるように制御することができる。すなわち、ピークパワー又はパルスエネルギーは、例えば、単位時間あたりのパルスの数が変化する（ある程度まで、そのような変動は、パルスが増幅されるときには自然であり、単位時間あたりのより少ない増幅パルスの制御増幅なしでは、増幅パルスあたりのより多くのエネルギー、ひいてはピークパワーを意味し得る）ように変化し得るが、所定の最大レベルを超えるように変化することは許容されない。また、パルスのピークパワー又はエネルギーは、単位時間あたりのパルスの数が変化しても実質的に同じままであるように制御することができる。例えば、スーパーコンティニュウム生成はピークパワーに応答するので、ピークパワーを同じままにし、かつ非線形光学素子への損傷を低減するために選択された所定の最大レベル未満に固定することが有利であり得、この場合、ピークパワー又はエネルギーの制御又は固定がないと望ましくないほど大きくなる。
【0021】
前述したように、いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーは、実質的に同じままであるように、及び／又は、所定の最大レベルを超えないように制御することができる。制御は、本発明のように、単位時間あたりのパルスの数が変化し得る場合に望ましい。例えば、本発明は、１以上の増幅器を含んでもよい。増幅器は、典型的には、信号を増幅するために光信号に伝達するエネルギーを提供するために、レーザーダイオードなどによって光学的にポンピングされる。単位時間あたりに増幅されるパルスの数を非常に頻繁に減少させると、時間間隔にわたって送達される光ポンプパワーのエネルギー量がより少ない増幅パルスに分配されるので、パルスあたりのエネルギー又はピークパワーが増加する傾向がある。
【0022】
したがって、増幅器自体による変動を補償するためであれ、又は他の考慮事項に応答するためであれ、パルスの光エネルギー又はピークパワーを制御する１つの方法は、例えば、ポンプレーザー又は増幅器をポンピングするレーザーを制御するなど、増幅プロセスを制御することである。例えば、増幅されるパルスエネルギー又はピークパワーの典型的な増加を補償するためにより少ないパルスが増幅されるときに、光ポンプパワーを低減することができる。
【0023】
いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御するために、ＡＯＭ（音響光学変調器）又はＥＯＭ（電気光学変調器）などの可変光減衰器又は変調器を使用してもよい。
【0024】
ＡＯＭ又はＥＯＭの制御は、増幅の制御と併せて行うことができる。
光源は、パルスをサンプリングするように構成することができ、例えば、検出器を用いてパルスをサンプリングする。非線形光学素子に送達されるパルスは、それらの送達の前にサンプリングすることができ、制御は、サンプリングされたパルスエネルギー又はパルスのピークパワー又はパルスのバースト（例えば、検出器が個々のパルスに応答しない場合）に応答することができる。ルックアップテーブルに応答して、又は公式又はアルゴリズムに応答して、又は光源の選択された動作に応答して、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御することも可能である。このような制御は、検出器を用いた前述のフィードバック制御と併用してもよいし、又はそれとは独立して行ってもよい。例えば、パルスが、パルスの数又は繰り返し率を増加させる光学アームに向けられる場合、パルスのパルスエネルギー又はピークパワーは、少なくとも部分的に、予測可能な方法で変動し得る。パルスマニピュレータがパルススプリッタを含む場合、例えば、分割パルスはそれぞれ、パルスが分割されたパルスよりも少ないエネルギー又はピークパワーを有する。したがって、パルスのピークパワーのパルスエネルギーは、パルスを伝搬するように選択された光学アームに少なくとも部分的に応答して制御することができる。パルスが分割されるとき、増幅は、増加させることなどによって調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスのピーク又はエネルギーは、例えば、パルスがマニピュレータにおいて分割されるようにスイッチされるときに、パルスエネルギー又はピークパワーを増加させるように下流側の光増幅器のゲインを調整することによって、スイッチの設定に応じて制御することができる。同様に、パルスは、マニピュレータ又は変調器の動作に応答して制御することができる。用途に応じて、光源の任意のパルス、例えば、発光源からのパルス、パルスの初期シーケンス、パルスの第１又は第２シーケンスなどをサンプリング及び／又は制御することができる。光源は、所望の制御を提供するために、前述の要素又は構成要素の１以上と適切に連通するコントローラ（図示せず）を含んでもよい。
光源は、パルスをサンプリングするように構成することができ、例えば、検出器を用いてパルスをサンプリングする。非線形光学素子に送達されるパルスは、それらの送達の前にサンプリングすることができ、制御は、サンプリングされたパルスエネルギー又はパルスのピークパワー又はパルスのバースト（例えば、検出器が個々のパルスに応答しない場合）に応答することができる。ルックアップテーブルに応答して、又は公式又はアルゴリズムに応答して、又は光源の選択された動作に応答して、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御することも可能である。このような制御は、検出器を用いた前述のフィードバック制御と併用してもよいし、又はそれとは独立して行ってもよい。例えば、パルスが、パルスの数又は繰り返し率を増加させる光学アームに向けられる場合、パルスのパルスエネルギー又はピークパワーは、少なくとも部分的に、予測可能な方法で変動し得る。パルスマニピュレータがパルススプリッタを含む場合、例えば、分割パルスはそれぞれ、パルスが分割されたパルスよりも少ないエネルギー又はピークパワーを有する。したがって、パルスのピークパワーのパルスエネルギーは、パルスを伝搬するように選択された光学アームに少なくとも部分的に応答して制御することができる。パルスが分割されるとき、増幅は、増加させることなどによって調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスのピーク又はエネルギーは、例えば、パルスがマニピュレータにおいて分割されるようにスイッチされるときに、パルスエネルギー又はピークパワーを増加させるように下流側の光増幅器のゲインを調整することによって、スイッチの設定に応じて制御することができる。同様に、パルスは、マニピュレータ又は変調器の動作に応答して制御することができる。用途に応じて、光源の任意のパルス、例えば、発光源からのパルス、パルスの初期シーケンス、パルスの第１又は第２シーケンスなどをサンプリング及び／又は制御することができる。光源は、所望の制御を提供するために、前述の要素又は構成要素の１以上と適切に連通するコントローラ（図示せず）を含んでもよい。
【0025】
一実施形態では、光スイッチは、入力及び２つの出力を有し、光パルスの初期シーケンスを第１光学アーム又は第２光学アームの何れかに選択的に供給するように配置される。
光パルスの第１シーケンスは、光パルスの第２シーケンスよりも、所定期間あたりでより多くのパルスを非線形光学素子に提供する。第１及び第２シーケンスにおけるパルスの差動増幅を適用して、第１シーケンスのパルスに強い増幅を与えると、非線形光学素子は、光パルスの第１シーケンスが非線形光学素子に提供されるときに、光パルスの第２シーケンスから生成される広帯域スペクトルよりも高いパワーを有する広帯域スペクトルを生成する。
光パルスの第１シーケンスは、光パルスの第２シーケンスよりも、所定期間あたりでより多くのパルスを非線形光学素子に提供する。第１及び第２シーケンスにおけるパルスの差動増幅を適用して、第１シーケンスのパルスに強い増幅を与えると、非線形光学素子は、光パルスの第１シーケンスが非線形光学素子に提供されるときに、光パルスの第２シーケンスから生成される広帯域スペクトルよりも高いパワーを有する広帯域スペクトルを生成する。
【0026】
所定期間の時間スケールでは、光源によって送達された蓄積された光信号（第１シーケンスのパルスによって生成されたスーパーコンティニュウムのシーケンスとして）は、１つの高パワースーパーコンティニウムとして現れる。例えば、所定期間に等しいか又はそれを超える積分時間を有する検出器は、この光信号を１つの高パワースーパーコンティニウムとして記録する。
【0027】
これにより、第１光学アームからのパルスを非線形光学素子で受容する高パワーモードと、第２光学アームからのパルスを非線形光学素子で受容する低パワーモードとで光源を動作させることができる。したがって、光源は、ユーザがこれら２つの動作モードの間で選択することを可能にする一方で、例えば、光源を用いて分光測定を行うことを可能にする。
【0028】
このように、本実施形態では、光源の異なる動作モード間での切り替えを行うことが可能であり、特に、光パルスの初期シーケンスを第１光学アームに与えるようにスイッチを設定することによって高パワー動作モードに切り替えることができ、光パルスの初期シーケンスを第２光学アームに与えるようにスイッチを設定することによって低出力動作モードに切り替えることができる。
【0029】
一実施形態では、光スイッチは、２つの入力及び１つの出力を有し、光パルスの第１シーケンス及び光パルスの第２シーケンスを受容して、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを選択的に非線形光学素子に供給するように構成される。したがって、スイッチの設定に依存して、非線形光学素子は、光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスを受容するように配置され、光源は、高パワーモード又は低パワーモードで動作するように選択することができる。
【0030】
したがって、スイッチは、第１及び第２光学アームの後に配置され、両アームからの出力を受容することができる。非線形光学素子に提供されない、光学アームから受容された光パルスは、例えば、光学ダンプに導くことができる。
【0031】
一実施形態では、パルス発生器は、光パルスの初期シーケンスをスプリッタに供給することができ、スプリッタは、光パルスの初期シーケンスを第１及び第２光学アームに供給するように構成することができる光スプリッタを含んでもよい。両アームの光パルスの強度は５０％に低減でき、光スプリッタは５０／５０スプリッタとなる。しかし、他の分割態様にすることも可能である。
【0032】
スプリッタは、前述した第１及び第２光学アームの後に配置された光スイッチと共に使用してもよい。
一実施形態では、スイッチは、入力及び出力を有するスイッチを含み、光学アームの１つは、このようなスイッチをインラインで含む。第２光学アームがスイッチング機能を有することができる第２マニピュレータを備える場合のように、光学アームの一方がスイッチとしても機能することができる構成要素を含む場合、他方のアーム、すなわち第１アームは、スイッチをインラインで備えることができる。スイッチ及び第２マニピュレータのスイッチング機能は、反対の態様で、すなわち、一方が「オフ」の時に他方が「オン」になるように、及びその逆になるように、動作することができる。
一実施形態では、スイッチは、入力及び出力を有するスイッチを含み、光学アームの１つは、このようなスイッチをインラインで含む。第２光学アームがスイッチング機能を有することができる第２マニピュレータを備える場合のように、光学アームの一方がスイッチとしても機能することができる構成要素を含む場合、他方のアーム、すなわち第１アームは、スイッチをインラインで備えることができる。スイッチ及び第２マニピュレータのスイッチング機能は、反対の態様で、すなわち、一方が「オフ」の時に他方が「オン」になるように、及びその逆になるように、動作することができる。
【0033】
一実施形態では、各光学アームは、ライン内に（すなわち、アームの光学経路と直列に）それ自身のスイッチを備え、各スイッチは入力及び出力を有する。これらのスイッチは、一方が「オフ」の時に他方が「オン」になるように、及びその逆になるように、反対の態様で動作することができる。
【0034】
前述のようなスプリッタは、光パルスの初期シーケンスを第１及び第２光学アームに提供するために、１以上のインラインスイッチが使用される場合に使用されてもよい。
したがって、非線形光学素子による受容のために光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように配置されたスイッチは、例えば、光学アームのうちの１つだけを切り替える２ポートインラインスイッチと、光学アームの間で選択することができる３ポートスイッチとを含む。
したがって、非線形光学素子による受容のために光パルスの第１シーケンス又は光パルスの第２シーケンスの何れかを切り替えるように配置されたスイッチは、例えば、光学アームのうちの１つだけを切り替える２ポートインラインスイッチと、光学アームの間で選択することができる３ポートスイッチとを含む。
【0035】
初期光パルスからのスペクトルの生成と比較して、光パルスの第１シーケンスが期間あたりにより多くのパルスを含み、増幅が初期光パルスの第１シーケンスパルスへの分割を補償するために適用されているので、光パルスの第１シーケンスから生成されるスペクトルのパワーは、より高くすることができる。広帯域スペクトルを生成する光パワーをより多くのパルス（パルスの第１シーケンス）にわたって分布させることにより、非線形光学素子の劣化を実質的に増加させることなく、高パワーの広帯域スペクトルを生成することができる。
【0036】
生成されたスペクトルのパワーを増加させる別の方法は、パルスの初期シーケンスにおけるパルスのピークパワーを増加させることである。しかし、非線形光学素子を通過するパルスの高いピークパワーは、非線形光学素子の劣化を加速したり、非線形光学素子を損傷したりすることさえあり得る。したがって、第１光学アーム及び第１マニピュレータを用いることにより、非線形光学素子を損傷するリスクを低減しつつ、より高いパワーで広帯域光を発生させることができる。
【0037】
用途によっては、光源の異なる動作モード、例えば高パワー動作モードと低パワー動作モードとの間で選択できることが望ましい。
蛍光分光法の用途では、例えば、ブリーチング実験には高強度スペクトルが必要であるが、寿命測定には低強度スペクトルが必要であり、これらの２つの動作モード間を切り替えることができることが望ましい。
蛍光分光法の用途では、例えば、ブリーチング実験には高強度スペクトルが必要であるが、寿命測定には低強度スペクトルが必要であり、これらの２つの動作モード間を切り替えることができることが望ましい。
【0038】
第１マニピュレータは、初期繰り返し率を有する光パルスの初期シーケンスから、初期繰り返し率よりも高い繰り返し率を有する光パルスの第１シーケンスを生成するように構成されてもよい。第１マニピュレータは、例えば、繰り返し率を２倍にするように構成することができる。
【0039】
いくつかの実施形態において、第１マニピュレータは、光パルスの初期シーケンスの各パルスを所与の数のパルスに分割し、それによって所与の数の光パルスのサブシーケンスを生成するように構成されたパルススプリッタを含み、該所与の数の光パルスのサブシーケンスは、光パルスの第１サブシーケンスを含む。パルススプリッタは、光パルスの第１サブシーケンスに対して所定期間、光パルスの残りのサブシーケンスの各々を遅延させるように構成することができる。パルス結合器は、さらに、光パルスの第１サブシーケンスと、さらなる遅延された光パルスのサブシーケンスとを結合し、それによって、光パルスの第１シーケンスを生成するように構成されてもよい。
【0040】
光パルスの第１シーケンスは、例えば、バーストのシーケンスで構成することができ、各バーストは複数のパルスを含む。
したがって、第１マニピュレータは、光パルスの初期シーケンスの繰り返し率を増加させるか、又はパルスのバーストを生成することができる。
したがって、第１マニピュレータは、光パルスの初期シーケンスの繰り返し率を増加させるか、又はパルスのバーストを生成することができる。
【0041】
パルスバーストはエンベロープを有してもよい。パルスバーストは、パルスバースト繰り返し率、パワーサイクル、パルス間時間間隔、及びパルスバースト内の個々のパルスの繰り返し率によって特徴付けられてもよい。いくつかの実施形態において、パルス間の時間間隔は、２００ピコ秒未満（例えば１００ピコ秒未満、例えば１０ピコ秒）であってもよい。パルス間の時間間隔は、バースト内のパルスの幅の１．５倍より大きくてもよく、例えばバースト内のパルスの幅の５倍、例えばバースト内のパルスの幅の１０倍、例えばバースト内のパルスの幅の２０～２５倍とすることができる。
【0042】
第１マニピュレータのスプリッタは、光パルスのサブシーケンスを遅延させるための異なる長さを有する光ファイバを含んでもよい。光パルスのサブシーケンスの各々は、異なる光ファイバに沿って進むことができる。それらの長さが異なるために、異なるサブシーケンス内のパルスは、互いに遅延される。
【0043】
一実施形態では、第２光学アームは、光パルスの第１シーケンスに対応する光パルスの第２シーケンスを伝搬するための少なくとも１つの光ファイバを含み、好ましくはマニピュレータを含まない。したがって、第２光学アームは、パルス発生器と非線形光学素子との間の光学的連通を提供するためのファイバリンクを提供することができ、その結果、光パルスの第２シーケンスと呼ばれる光パルスの初期シーケンスを、非線形光学素子に、特に広帯域又はスーパーコンティニュウム生成のために提供することができる。したがって、第２光学アームは、第１光学アームをバイパスすることになり、第２光学アーム内にマニピュレータが配置されない。
【0044】
しかしながら、一実施形態では、光源は、第２マニピュレータを含むことができ、第２光学アームは、第２マニピュレータを含んでもよい。
第２マニピュレータは、光パルスの第２シーケンスが、光パルスの第１シーケンスよりも所定期間あたりで同じ又はより少ないパルスを含むように、光パルスの第２シーケンスを生成するように構成することができる。
第２マニピュレータは、パルスピッカーを含んでもよく、又はパルスピッカーからなるものであってもよい。パルスピッカーは、初期繰り返し率を有する光パルスの初期シーケンスから、初期繰り返し率と等しいかそれより低い繰り返し率を有する光パルスの第２シーケンスを生成することができる。パルスピッカーは、パルスシーケンス中のいくつかのパルスを「取り出す（pick）」か又は選択し、それによって、パルスの初期シーケンスの繰り返し率を減少させる（又は、すべてのパルスが選択されている場合は、変更されないままにする）装置である。音響光学変調器又は電気光学変調器をパルスピッカーとして使用してもよい。
第２マニピュレータは、光パルスの第２シーケンスが、光パルスの第１シーケンスよりも所定期間あたりで同じ又はより少ないパルスを含むように、光パルスの第２シーケンスを生成するように構成することができる。
第２マニピュレータは、パルスピッカーを含んでもよく、又はパルスピッカーからなるものであってもよい。パルスピッカーは、初期繰り返し率を有する光パルスの初期シーケンスから、初期繰り返し率と等しいかそれより低い繰り返し率を有する光パルスの第２シーケンスを生成することができる。パルスピッカーは、パルスシーケンス中のいくつかのパルスを「取り出す（pick）」か又は選択し、それによって、パルスの初期シーケンスの繰り返し率を減少させる（又は、すべてのパルスが選択されている場合は、変更されないままにする）装置である。音響光学変調器又は電気光学変調器をパルスピッカーとして使用してもよい。
【0045】
第２マニピュレータは、例えば、音響光学変調器又は電気光学変調器を含む場合、第２光学アームからのパルスが非線形光学素子によって受容されないように実質的にブロックすることができ、したがって、第２光学アーム内のインラインスイッチとして機能する。
【0046】
いくつかの実施形態では、パルス発生器は、パルスレーザー、レーザー及び増幅器、レーザー及びファイバ増幅器のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、パルス発生器は固定された繰り返し率を有することができ、他の実施形態では、パルス発生器は可変の繰り返し率を有することができるが、所定期間を有するパルスの初期数は変化させることができる。
いくつかの実施形態では、パルス発生器は固定された繰り返し率を有することができ、他の実施形態では、パルス発生器は可変の繰り返し率を有することができるが、所定期間を有するパルスの初期数は変化させることができる。
【0047】
非線形光学素子は、非線形光ファイバ、特に微細構造光ファイバであってもよい。
微細構造ファイバは、長手方向に延在する特徴的な配列を含み、特徴のうちの１以上は、当該特徴を取り囲む材料とは異なる屈折率を有する。特徴的な配列は、ファイバによって伝搬される光を案内するように機能する。微細構造光ファイバは、コア領域とクラッド領域とを含み、クラッド領域は典型的には特徴的な配列を含み、この特徴は典型的にはボイドを含む。異なるタイプの微細構造ファイバは、異なる物理的メカニズムによって動作可能である。例えば、一部の微細構造ファイバでは、長手方向に延在する特徴的な配列は、光がクラッド内に存在できず、したがってコアに閉じ込められるようなフォトニックバンドギャップを提供し、他の微細構造ファイバにおいては、長手方向に延びる特徴的な配列は、従来のファイバの全内部反射と同様に、光をコアに閉じ込めるための指標案内機構を提供する。微細構造ファイバは他の機構にも依存する。微細構造ファイバは中空又は中実コアを有することができる。例えば、フォトニックバンドギャップタイプの微細構造ファイバは、中空コアを有することが多い。
微細構造ファイバは、長手方向に延在する特徴的な配列を含み、特徴のうちの１以上は、当該特徴を取り囲む材料とは異なる屈折率を有する。特徴的な配列は、ファイバによって伝搬される光を案内するように機能する。微細構造光ファイバは、コア領域とクラッド領域とを含み、クラッド領域は典型的には特徴的な配列を含み、この特徴は典型的にはボイドを含む。異なるタイプの微細構造ファイバは、異なる物理的メカニズムによって動作可能である。例えば、一部の微細構造ファイバでは、長手方向に延在する特徴的な配列は、光がクラッド内に存在できず、したがってコアに閉じ込められるようなフォトニックバンドギャップを提供し、他の微細構造ファイバにおいては、長手方向に延びる特徴的な配列は、従来のファイバの全内部反射と同様に、光をコアに閉じ込めるための指標案内機構を提供する。微細構造ファイバは他の機構にも依存する。微細構造ファイバは中空又は中実コアを有することができる。例えば、フォトニックバンドギャップタイプの微細構造ファイバは、中空コアを有することが多い。
【0048】
微細構造光ファイバは、例えば、フォトニックバンドギャップファイバとすることができる。
所定期間は、ｎ＊Ｔに等しくすることができ、ここで、ｎは自然数であり、Ｔは光パルスの初期シーケンスのパルスのパルス繰り返し率の逆数である。
所定期間は、ｎ＊Ｔに等しくすることができ、ここで、ｎは自然数であり、Ｔは光パルスの初期シーケンスのパルスのパルス繰り返し率の逆数である。
【0049】
所定期間は、Ｔ／ｎに等しくてもよい。特に、パルスの第１シーケンスがパルスのバーストを含む実施形態では、バースト内のすべてのパルスは、Ｔの分数である所定期間内に含まれてもよい。ｎは自然数、例えば、ｎ＝１、２、３、・・・であってもよい。
【0050】
マルチポート光学部品（「ＭＯＣ」とも呼ばれる）は、本明細書で使用される用語として、少なくとも１つの入力及び少なくとも２つの出力を有するか、又は、少なくとも１つの出力及び少なくとも２つの入力を有する、光学部品を意味する。スイッチ、結合器及びスプリッタは、マルチポート光学部品の例であってもよい。
【0051】
いくつかの実施形態では、光源は少なくとも第１ＭＯＣを含み、第１ＭＯＣは、光学アームと光学的に連通し、配置された光学的パルスを光学アームに送達するか、又は光学アームから光学的パルスを受容する。光源は、第２ＭＯＣを含むことができ、第１ＭＯＣは、光学的パルスをアームに送達するためにパルス発生器及び光学アームと光学的に連通し、第２ＭＯＣは、光学アーム及び非線形光学素子と光学的に連通し、非線形光学素子に送達するために光学アームからパルスを受容する。
【0052】
いくつかの実施形態では、光源は広帯域光又はスーパーコンティニウム光を生成する。
本出願に開示された全ての特徴は、前述の光源と併せて使用することもできる。
本発明はまた、特に材料処理のための材料サンプルを照射するための装置に関し、当該装置は、本発明に係る光源と、材料サンプルのためのホルダとを含み、ホルダは、材料を保持するように構成され、光源の使用時に、材料サンプルは、光源の非線形光学素子から出射される広帯域光又はスーパーコンティニウム光で照射される。
本出願に開示された全ての特徴は、前述の光源と併せて使用することもできる。
本発明はまた、特に材料処理のための材料サンプルを照射するための装置に関し、当該装置は、本発明に係る光源と、材料サンプルのためのホルダとを含み、ホルダは、材料を保持するように構成され、光源の使用時に、材料サンプルは、光源の非線形光学素子から出射される広帯域光又はスーパーコンティニウム光で照射される。
【0053】
本発明はまた、物体の光学的分析のためのシステム及び／又は物体の少なくとも１つのパラメータの光学的測定のためのシステムに関する。
いくつかの実施形態では、光学的分析及び／又は測定のためのシステムは、
前記光源が前記物体を照射するように配置されている、実施形態の１つに係る光源と、
照射された前記物体から受容した光を検出するための検出器と、
検出された前記光を分析し、それから前記物体の少なくとも１つのパラメータを導出するように構成された分析器と、を備える。
いくつかの実施形態では、光学的分析及び／又は測定のためのシステムは、
前記光源が前記物体を照射するように配置されている、実施形態の１つに係る光源と、
照射された前記物体から受容した光を検出するための検出器と、
検出された前記光を分析し、それから前記物体の少なくとも１つのパラメータを導出するように構成された分析器と、を備える。
【0054】
スペクトル的に広い連続光源を提供する、スーパーコンティニウム光源のような広帯域光源は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）、白色光干渉法、分光法、光周波数測定法、蛍光顕微鏡法、蛍光寿命測定（ＦＬＩＭ）、ハイパースペクトルイメージング、フローサイトメトリー、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）顕微鏡法及び二光子蛍光顕微鏡法のために構成されたシステムのような、光学的分析及び測定のための多くのシステムにおいて有用である。
【0055】
いくつかの実施形態では、システムは、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）などの白色光干渉法に基づくシステムなど、分析対象から反射された光を測定するように配置された反射モード測定システムである。有利には、システムは、時間領域、周波数領域又は掃引されたソースＯＣＴに基づく。
【0056】
例えば、患者の皮膚又は眼のＯＣＴ分析のように、光が分析対象物の表面下領域を調べる用途では、より高いパワーであれば、対象物のより深い部分を同じ持続時間内に調べることができたり、より速く分析できたりする。
【0057】
一実施形態では、光学的分析のためのシステムは、ヒト又は動物の体の部分のインビボ、エクスビボ及び／又はインビトロ測定のために構成される。
本システムは、年齢関連黄斑変性（ＡＭＤ）、糖尿病性網膜症又は緑内障の診断のような、異なる眼科分析及び治療に応用できる。いくつかの実施形態において、本システムは、屈折眼の状態を補正するためのレーザー眼手術（ＬＡＳＩＫ）など、屈折眼の補正を行うための治療に関連した診断に使用される。いくつかの実施形態では、システムは、人間の眼の内側のボーマン層の境界を測定するために使用される。
本システムは、年齢関連黄斑変性（ＡＭＤ）、糖尿病性網膜症又は緑内障の診断のような、異なる眼科分析及び治療に応用できる。いくつかの実施形態において、本システムは、屈折眼の状態を補正するためのレーザー眼手術（ＬＡＳＩＫ）など、屈折眼の補正を行うための治療に関連した診断に使用される。いくつかの実施形態では、システムは、人間の眼の内側のボーマン層の境界を測定するために使用される。
【0058】
いくつかの実施形態において、本システムは、製品の特性評価及び／又は仕分け及び／又は品質検査のために使用される。広帯域光源のより高いパワーは、製品のより大きな検査領域、及び／又は、深さ、及び／又は、より速い光学的分析から規定される、より大きな検査ボリュームを可能にする。
【0059】
一実施形態では、測定システムは、半導体材料、例えば窒化物含有材料の分析及び品質検査に使用される。
本光源及び開示された光源を組み込んだシステムの１つの利点は、単独の光源のみで２つの動作モード（高パワーモードと低パワーモード）を提供できることである。従来技術の光源は、高パワーモード又は低パワーモードを提供することができるか、又は光源が非線形光学素子に入射されたパルスのピークパワーを単に増加させることによって動作する場合には、寿命を著しく短縮させることになる。本発明は、長寿命の汎用光源を提供することができる。
本光源及び開示された光源を組み込んだシステムの１つの利点は、単独の光源のみで２つの動作モード（高パワーモードと低パワーモード）を提供できることである。従来技術の光源は、高パワーモード又は低パワーモードを提供することができるか、又は光源が非線形光学素子に入射されたパルスのピークパワーを単に増加させることによって動作する場合には、寿命を著しく短縮させることになる。本発明は、長寿命の汎用光源を提供することができる。
【0060】
本発明はまた、測定すべき物の少なくとも１つのパラメータを光学的に測定する方法に関する。いくつかの実施形態では、当該測定方法は、
実施形態の１つに係る測定システムを提供することと、
前記測定システムの光源から生成される広帯域スペクトルの少なくとも一部を分析すべき前記物を照射することと、
検出器によって前記物からの光を検出することと、
前記物の少なくとも１つのパラメータを導出するために検出された前記光を分析することと、
を含む。
実施形態の１つに係る測定システムを提供することと、
前記測定システムの光源から生成される広帯域スペクトルの少なくとも一部を分析すべき前記物を照射することと、
検出器によって前記物からの光を検出することと、
前記物の少なくとも１つのパラメータを導出するために検出された前記光を分析することと、
を含む。
【0061】
いくつかの実施形態では、前記照射ステップと前記検出ステップとは同時に実行される。これは、例えば、システムがＯＣＴ測定又は吸収分光法のために構成されていて、受容された光に対する物の光学的応答が瞬間的な場合である。
【0062】
いくつかの実施形態では、検出ステップは、照射ステップの後に実行される。これは、例えば、システムが蛍光測定のために構成されていて、受容された光に対する物体の蛍光応答がわずかに遅延されている場合である。
【0063】
いくつかの実施形態では、分析方法は、照射ステップの前にブリーチングステップを含み、光源は、ブリーチングステップの間には高パワーモードで動作し、照射ステップの間には低パワーモードで動作する。これは、例えば、生物学的サンプル中の特定の分子に付着したフルオロフォアマーカーの初期の迅速なブリーチングを有利に提供することができる。
【0064】
本発明はまた、広帯域光又はスーパーコンティニウム光でサンプルを照射するための本発明に係る光源と、前記サンプルからの光を検出するための少なくとも１つの検出器とを含む、サンプル上で分光を行うための分光システム及び／又は装置に関する。検出器の積分時間は、パルス及び／又はパルスのバーストの持続時間を超えることが好ましい。したがって、検出器はパルス又はバーストの構造を「見る」ことはない。ただし、バーストは全体として検出可能である。これは、特に、低パワー信号の検出に有利である。積分時間は、２以上のバーストを含まないことが好ましい。いくつかの実施形態では、積分時間は、複数のバーストを含むことができ、すなわち、バースト間の時間より長くすることができる。積分時間はパルスの持続時間より長くてもよいが、パルスのバーストの持続時間より短くてもよい。
【0065】
分光システムは、例えば、高密度又は厚い材料を分析するために使用することができる。
いくつかの実施形態では、前述の実施形態は、非線形光学素子を含まず、パルス又はパルスのバーストは、非線形光学素子によってスペクトル的に広がることなく出力される。
いくつかの実施形態では、前述の実施形態は、非線形光学素子を含まず、パルス又はパルスのバーストは、非線形光学素子によってスペクトル的に広がることなく出力される。
【0066】
以下、本発明を、添付図面に示された例示的な実施形態を参照して、例示のみを目的として説明する。図面は概略的に示している。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】低パワーモード及び高パワーモードで動作可能な光源の図。
【図4】本発明に係る光源の特定の実施によって発生し得る光パルスのシーケンスを概略的に示す。
【図5】本発明に係る光源の特定の実施によって発生し得る光パルスのシーケンスを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0068】
図１は、２つの異なるパワーモードで動作可能な広帯域光源１を示す。例えば、パルスレーザー、レーザー及び増幅器、又はレーザー及びファイバ増幅器のようなパルス発生器２は、フェムト秒、ピコ秒又はナノ秒のオーダーのパルス幅を有するパルスの初期シーケンス３を生成する。光パルスの初期シーケンス３は、所定期間ｎ・Ｔ内に初期数の光パルスを含む。ここで、Ｔは、パルスが規則的である場合、パルス期間であってもよく、光パルスの初期シーケンスのパルス繰り返し率に反比例する。乗数ｎは、１、２、３などの自然数である。
【0069】
パルス発生器２に続いて、図１に示される実施形態における、光スイッチを含むマルチポート光学部品（ＭＯＣ）４は、スイッチを適宜設定することによって、ユーザが第１光学アーム５又は第２光学アーム６の何れかを通して光パルスの初期シーケンス３を送ることを可能にする。
【0070】
第１光学アーム５は、例えば遅延線装置を含み得る第１マニピュレータ７を含む。この装置を図２に関して詳細に説明する。この装置は、パルスの初期数に対して所定期間ｎ・Ｔ内のパルスの数を増加させることにより、光パルスの初期シーケンス３の繰り返し率を増加させることができる。図２に示され、以下に詳細に説明されるように、この装置は、バーストで発生し得る追加のパルスを含むように、光パルスの第１シーケンス９を生成することもできる。
【0071】
第２光学アーム６は、例えばパルスピッカーを含むか、又はパルスピッカーからなる第２マニピュレータ８を含む。パルスピッカーは、パルスのシーケンス内のいくつかのパルスを「取り出す（pick）」か又は選択し、それによって、パルスの初期シーケンス３の繰り返し率を減少させる（又は、すべてのパルスが選択されている場合には、変化させない）装置である。パルスピッカーは標準的な光学装置であり、音響光学又は電気光学変調器をこの目的に使用してもよい。第２マニピュレータは、参照番号１０によって概略的に示されるように、光パルスの第２シーケンスを生成することができる。
【0072】
「上流」のＭＯＣ４から光学的に「下流」に配置されたＭＯＣ１１は、図１に示される実施形態では、結合器を含む。ＭＯＣ／結合器１１は、第１光学アーム５の出力及び第２光学アーム６の出力の両方と光学的に連通している。
【0073】
少なくとも１つのオプションの増幅器１２は、結合器１１に追従して、信号を所望の出力レベルに増幅する。次に、増幅器１２からの信号が非線形光学素子１３に供給され、非線形光学素子は光学的パルスを広げ、広帯域スペクトルを有する出力パルスを形成する。少なくとも１つの増幅器１２は２つの増幅器であってもよい。
【0074】
非線形光学素子１３は、例えば、非線形光ファイバ、特に非線形微細構造光ファイバである。
生成されたスーパーコンティニウムの出力パワーは、パルス繰り返し率に依存することができ、より一般的には、非線形光学素子１３に提供される期間あたりのパルスの数に依存することができる。ユーザは、第１光学アーム５を選択することにより、広帯域光源１の高パワーモードを選択する一方、第２光学アーム６を選択することにより、広帯域光源１の低パワーモードを選択する。
生成されたスーパーコンティニウムの出力パワーは、パルス繰り返し率に依存することができ、より一般的には、非線形光学素子１３に提供される期間あたりのパルスの数に依存することができる。ユーザは、第１光学アーム５を選択することにより、広帯域光源１の高パワーモードを選択する一方、第２光学アーム６を選択することにより、広帯域光源１の低パワーモードを選択する。
【0075】
スーパーコンティニウムの出力パワーは、特に、スーパーコンティニウム生成のために使用されるパルスのピークパワーが実質的に一定であるか、又はあるレベル未満である場合に、パルス繰り返し率に依存する。選択されたパルスのピークパワー又はエネルギーは、前述のように制御することができる。例えば、いくつかの実施形態では、光パルスの初期シーケンス３を生成するために使用されるポンプパワーは、パルスのピークパワーを一定に保つように変更することができる。したがって、光パルスの第１シーケンス９及び光パルスの第２シーケンス１０は、所定期間内に異なる数の光パルスを有するが、パルスのピークパワーは同じであってもよい。これは、光パルスの初期シーケンスを生成するために使用されるポンプパワーを、光スイッチの設定に依存して調整することによって達成することができる。これに代えて、又はこれに加えて、増幅器のゲインは、例えば、パルスのピークパワーが所望のように制御されるように増幅器の光ポンピングを制御することによって制御することができる。
【0076】
前述のように、いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーは、実質的に同じままであるように、及び／又は、選択された閾値を超えないように制御することができる。制御は、本発明のように、単位時間あたりのパルスの数が変化し得る場合に望ましい。例えば、本発明は、１以上の増幅器を含んでもよい。増幅器は、典型的には、信号を増幅するために光信号に伝達するエネルギーを提供するために、レーザーダイオードなどによって光学的にポンピングされる。単位時間あたりに増幅されるパルスの数を非常に頻繁に減少させると、時間間隔にわたって送達される光ポンプパワーのエネルギー量がより少ない増幅パルスに分配されるので、パルスあたりのエネルギー又はピークパワーが増加する傾向がある。
【0077】
したがって、増幅器自体による変動を補償するためであれ、又は他の考慮事項に応答するためであれ、パルスの光エネルギー又はピークパワーを制御する１つの方法は、例えば、ポンプレーザー又は増幅器をポンピングするレーザーを制御するなど、増幅プロセスを制御することである。例えば、増幅されるパルスエネルギー又はピークパワーの典型的な増加を補償するために、より少ないパルスが増幅されるとき、光ポンプパワーを低減することができる。
【0078】
いくつかの実施形態では、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御するために、ＡＯＭ（音響光学変調器）又はＥＯＭ（電気光学変調器）などの可変光減衰器又は変調器を使用してもよい。
【0079】
ＡＯＭ又はＥＯＭの制御は、増幅の制御と併せて行うことができる。
光源は、パルスをサンプリングするように構成することができ、例えば、検出器を用いてパルスをサンプリングする。非線形光学素子に送達されるパルスは、それらの送達の前にサンプリングすることができ、制御は、サンプリングされたパルスエネルギー又はパルスのピークパワー又はパルスのバースト（例えば、検出器が個々のパルスに応答しない場合）に応答することができる。ルックアップテーブルに応答して、又は公式又はアルゴリズムに応答して、又は光源の選択された動作に応答して、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御することも可能である。このような制御は、検出器を用いた前述のフィードバック制御と併用してもよいし、又はそれとは独立して行ってもよい。例えば、パルスが、パルスの数又は繰り返し率を増加させる光学アームに向けられる場合、パルスのパルスエネルギー又はピークパワーは、少なくとも部分的に、予測可能な方法で変動し得る。パルスマニピュレータがパルススプリッタを含む場合、例えば、分割パルスはそれぞれ、パルスが分割されたパルスよりも少ないエネルギー又はピークパワーを有する。したがって、パルスのピークパワーのパルスエネルギーは、パルスを伝搬するように選択された光学アームに少なくとも部分的に応答して制御することができる。パルスが分割されるとき、増幅は、増加させることなどによって調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスがマニピュレータで分割されるようにスイッチングされるときに、パルスエネルギー又はピークパワーを増加させるように下流側の光増幅器のゲインを調整することなどにより、１以上のスイッチの設定に応じて、パルスピークパワー又はエネルギーを制御することができる。同様に、パルスは、マニピュレータ又は変調器の動作に応答して制御することができる。用途に応じて、光源の任意のパルス、例えば、発光源からのパルス、パルスの初期シーケンス、パルスの第１又は第２シーケンスなどをサンプリング及び／又は制御することができる。光源は、所望の制御を提供するために、前述の要素又は構成要素の１以上と適切に連通するコントローラ（図示せず）を含んでもよい。
光源は、パルスをサンプリングするように構成することができ、例えば、検出器を用いてパルスをサンプリングする。非線形光学素子に送達されるパルスは、それらの送達の前にサンプリングすることができ、制御は、サンプリングされたパルスエネルギー又はパルスのピークパワー又はパルスのバースト（例えば、検出器が個々のパルスに応答しない場合）に応答することができる。ルックアップテーブルに応答して、又は公式又はアルゴリズムに応答して、又は光源の選択された動作に応答して、パルスのピークパワー又はエネルギーを制御することも可能である。このような制御は、検出器を用いた前述のフィードバック制御と併用してもよいし、又はそれとは独立して行ってもよい。例えば、パルスが、パルスの数又は繰り返し率を増加させる光学アームに向けられる場合、パルスのパルスエネルギー又はピークパワーは、少なくとも部分的に、予測可能な方法で変動し得る。パルスマニピュレータがパルススプリッタを含む場合、例えば、分割パルスはそれぞれ、パルスが分割されたパルスよりも少ないエネルギー又はピークパワーを有する。したがって、パルスのピークパワーのパルスエネルギーは、パルスを伝搬するように選択された光学アームに少なくとも部分的に応答して制御することができる。パルスが分割されるとき、増幅は、増加させることなどによって調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスがマニピュレータで分割されるようにスイッチングされるときに、パルスエネルギー又はピークパワーを増加させるように下流側の光増幅器のゲインを調整することなどにより、１以上のスイッチの設定に応じて、パルスピークパワー又はエネルギーを制御することができる。同様に、パルスは、マニピュレータ又は変調器の動作に応答して制御することができる。用途に応じて、光源の任意のパルス、例えば、発光源からのパルス、パルスの初期シーケンス、パルスの第１又は第２シーケンスなどをサンプリング及び／又は制御することができる。光源は、所望の制御を提供するために、前述の要素又は構成要素の１以上と適切に連通するコントローラ（図示せず）を含んでもよい。
【0080】
図２に、第１マニピュレータ７の構成例を示す。光パルスの初期シーケンス３（このシーケンスの１つのパルスだけが図２に示されている）は、第１マニピュレータ７に入り、パルススプリッタ１５によって光パルスの少なくとも２つのサブシーケンスに分割される。図２のパルススプリッタが１つの入力と４つの出力を有するので、光パルスの４つのサブシーケンスが図２に示されている。パルススプリッタの入力ポート：出力ポートの比は、典型的には、１：２、１：４、１：８、１：１６等である。
【0081】
図２に示される装置では、４つの光学アーム１７，１８，１９，２０が採用されている。第１アーム１７には遅延が挿入されていない。第２アーム１８には、１つの遅延線１４が挿入されている。第３アーム１９には２つの遅延線１４が挿入されており、第４アーム２０には３つの遅延線が挿入されている。合成器１６は、異なる光学アーム１７，１８，１９，２０から発信される信号を合成する。結果として得られる信号は、パルスバーストのシーケンス１０とすることができる。
【0082】
第１マニピュレータ７のアームの数及び光学アーム１７～２０の遅延を変化させることによって、図２に示されるように、光パルスの初期シーケンス３の繰り返し率を増加させること、又はパルスのバースト１０を生成することが可能である。このような信号を増幅して非線形光学素子１３に入射させると、光スイッチの他方のポート、すなわち、第２マニピュレータ８につながるポートを選択することによって生成される出力パワーに対して、より高い出力パワーを有する広帯域スペクトルが得られる。したがって、第１マニピュレータ７に至る光スイッチのポートが選択されたときには、高パワーモードが選択される。
【0083】
前述したように、４つの光学アーム１７，１８，１９，２０は、１つの遅延線が第２光学アーム１８に挿入され、２つの遅延線が第３光学アーム１９に直列に挿入され、３つの遅延線が第４光学アーム２０に直列に挿入された、同じ長さの光ファイバによって形成することができる。あるいは、４つのアームは、異なる長さの４つの異なる光ファイバによって形成されてもよい。
【0084】
本発明の一実施形態では、第２マニピュレータは、図１には存在せず、例えば、パルスを「取り出す（picking）」することができず、したがって、所定期間内にパルスの数を変更することができる長さの光ファイバに置き換えられる。したがって、パルスの第２シーケンスは、所定期間あたりのパルスの数に関して、本質的にパルスの第１シーケンスであってもよい。
【0085】
図３は、様々な実施形態を議論するための基礎として使用される。図３は、第２マニピュレータ８又は選択された長さの光ファイバ２４を含む第２光学アーム６に関して前述した代替実施形態を概略的に示す点を除いて、図１と同一である。
【0086】
以下の実施形態を考慮すると、それぞれは、第２光学アームが第２マニピュレータを含む場合と含まない場合との両方の代替的な実施形態で実施することができる。
前述のように、図１に示されるスイッチ４及び結合器１１は、より一般的には、それぞれＭＯＣと考えることができる。
前述のように、図１に示されるスイッチ４及び結合器１１は、より一般的には、それぞれＭＯＣと考えることができる。
【0087】
一実施形態では、上流側のＭＯＣ４はスイッチを備え、下流側のＭＯＣ１１は別のスイッチを備える。上流側のＭＯＣスイッチ４は、パルスの初期シーケンスを第１光学アーム又は第２光学アームの何れかに向け、下流側のＭＯＣスイッチ１１は、パルスを第１光学アーム又は第２光学アームから非線形光学素子に向ける。スイッチは、両方が同じ光学アームを選択するように操作される。
【0088】
一実施形態では、上流側のＭＯＣ４はスプリッタを含み、下流側のＭＯＣ１１はスイッチを含む。
一実施形態では、上流側のＭＯＣ４はスイッチを備え、下流側のＭＯＣは結合器１１を備える。この実施形態は、既に、上記でより詳細に説明されている。
一実施形態では、上流側のＭＯＣ４はスイッチを備え、下流側のＭＯＣは結合器１１を備える。この実施形態は、既に、上記でより詳細に説明されている。
【0089】
一実施形態では、上流側のＭＯＣはスプリッタを含み、下流側のＭＯＣは結合器を含む。
上記の一変形例では、第１光学アーム５は、１つの入力ポート及び１つの出力ポートを有するインライン光スイッチ（図示せず）を備え、第２光学アーム６は、第２マニピュレータ８を備え、第２マニピュレータは、スイッチとしても機能することができる。図３を参照すると、そのようなインラインスイッチは、例えば、位置２６Ａ又は位置２６Ｂの何れかに配置することができる。
上記の一変形例では、第１光学アーム５は、１つの入力ポート及び１つの出力ポートを有するインライン光スイッチ（図示せず）を備え、第２光学アーム６は、第２マニピュレータ８を備え、第２マニピュレータは、スイッチとしても機能することができる。図３を参照すると、そのようなインラインスイッチは、例えば、位置２６Ａ又は位置２６Ｂの何れかに配置することができる。
【0090】
前述の実施形態の別の変形例では、両方の光学アームは、それぞれ、入力ポート及び出力ポートを有するインライン光スイッチを含み、これらのスイッチは、反対の態様、すなわち、一方がオンの場合に他方がオフになるように、またその逆になるように、動作することができる。第２マニピュレータ８は存在してもしなくてもよい。第２光学アーム６内のインラインスイッチは、第１光学アームと同様に配置することができる。
【0091】
図４（ａ）は、パルス発生器によって生成されたパルストレインの一部を示す。第１マニピュレータ（この例では４つの光学アームを有する）は、図４（ｂ）に示されるように、所定期間内に光パルスの初期シーケンスの各パルスから４つのパルスのバーストを生成するように配置される。次に、バーストのパルスは、図４（ｃ）に示すように、第１マニピュレータの後に配置された増幅器を用いて、所定の最大レベルを下回るように、例えば、非線形光学素子の損傷閾値を下回るように、増幅することができる。増幅は、非線形光学素子に提供される総光パワーを増加させることができる。これにより、非線形光学素子を急速に劣化させるような高いピークパワーを使用することなく、高パワーのスーパーコンティニウムを提供することができる。
【0092】
図５は、図４（ｃ）に示されたトレインパルスを生成する別の方法を示す。すなわち、図５（ａ）に示す光パルスの初期シーケンスは、図５（ｂ）に示すように、パルス発生器の後かつ第１マニピュレータの前に配置された増幅器によって増幅することができる。そのようなシーケンスは、所定の最大レベルを超える、すなわち非線形光学素子の損傷閾値を超えるピークパワーを有するが、これは、図５（ｃ）に示される光パルスの初期シーケンスの繰り返し率を増加させるマニピュレータの後の場合ではない。
【0093】
別途に明示されていない限り、又はそのような組合せが意図されていないか又は作動可能でないことが当業者に明白でない限り、図１～５の詳細な説明と併せて前述した全ての特徴は、独立して、又は互いに任意に組み合わせて、前述の追加の実施形態に含まれる本発明の範囲内であると考えられるべきである。
【0094】
本明細書における「光」という用語は、可視光だけでなく、例えば赤外（ＩＲ）又は紫外（ＵＶ）波長領域の光を含む、非可視波長領域の光も指す。
非線形光学素子によって生成される広帯域スペクトルは、通常、連続スペクトルであるが、非連続スペクトルであってもよい。例えば、スペクトルは、波長の非常に近接した間隔のバンドを含んでもよい。
非線形光学素子によって生成される広帯域スペクトルは、通常、連続スペクトルであるが、非連続スペクトルであってもよい。例えば、スペクトルは、波長の非常に近接した間隔のバンドを含んでもよい。
【0095】
非線形ファイバで生成される広帯域スペクトルは、スーパーコンティニュウムスペクトルであってもよい。
【符号の説明】
【0096】
１：光源
２：パルス発生器
３：光パルスの初期シーケンス
４：マルチポート光学部品（例えば、図１の光スイッチ）
５：第１光学アーム
６：第２光学アーム
７：第１マニピュレータ
８：第２マニピュレータ
９：光パルスの第１シーケンス
１０：光パルスの第２シーケンス
１１：マルチポート光学部品（例えば、図１の光結合器）
１２：増幅器
１３：非線形光学素子
１４：遅延線
１５：パルススプリッタ
１６：パルス合成器
１７：光学アーム
１８：光学アーム
１９：光学アーム
２０：光学アーム
２４：光ファイバの長さ
２６Ａ：インラインスイッチを挿入し得る位置
２６Ｂ：インラインスイッチを挿入し得る位置
２：パルス発生器
３：光パルスの初期シーケンス
４：マルチポート光学部品（例えば、図１の光スイッチ）
５：第１光学アーム
６：第２光学アーム
７：第１マニピュレータ
８：第２マニピュレータ
９：光パルスの第１シーケンス
１０：光パルスの第２シーケンス
１１：マルチポート光学部品（例えば、図１の光結合器）
１２：増幅器
１３：非線形光学素子
１４：遅延線
１５：パルススプリッタ
１６：パルス合成器
１７：光学アーム
１８：光学アーム
１９：光学アーム
２０：光学アーム
２４：光ファイバの長さ
２６Ａ：インラインスイッチを挿入し得る位置
２６Ｂ：インラインスイッチを挿入し得る位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2022-08-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光パルスの初期シーケンス（３）を提供するためのパルス発生器（２）であって、光パルスの前記初期シーケンス（３）は、所定期間内に初期数の光パルスを含む、パルス発生器（２）と、第１光学アーム及び第２光学アームであって、光パルスの前記初期シーケンスから導出された光パルスの第１シーケンス及び第２シーケンスをそれぞれ伝搬するための、第１光学アーム及び第２光学アームと、
を備える光源（１）であって、
前記第１光学アーム（５）は、光パルス（３）の前記初期シーケンスから光パルス（９）の前記第１シーケンスを生成するように構成された第１マニピュレータ（７）を含み、光パルスの前記第１シーケンス（９）は、前記所定期間内に第１の数の光パルスを有し、前記第１の数は前記初期数よりも大きく、
光パルスの前記第２シーケンス（１０）は、前記所定期間内に第２の数の光パルスを有し、前記第２の数は前記初期数以下であり、
前記光源は、
光パルスの前記第１シーケンス（９）又は光パルスの前記第２シーケンス（１０）を受容するように配置された非線形光学素子（１３）と、
前記非線形光学素子（１３）による受容のために光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスの何れかを切り替えるように構成された光スイッチ（４）、と、
をさらに備える、光源。
【請求項2】
前記第１マニピュレータ（７）は、初期繰り返し率を有する光パルスの前記初期シーケンス（３）から、前記初期繰り返し率よりも高い繰り返し率を有する光パルスの前記第１シーケンス（９）を生成するように構成される、請求項１に記載の光源。
【請求項3】
前記第１マニピュレータ（７）は、光パルスの前記初期シーケンス（３）の単一パルスから少なくとも２つのパルスを含むパルスのバーストを生成するように構成され、前記少なくとも２つのパルスの間には時間遅延がある、請求項１に記載の光源。
【請求項4】
前記光源は、前記非線形光学素子の上流に配置された少なくとも１つの増幅器（１２）と、
前記光スイッチ及び前記増幅器と連通する、コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１シーケンスのパルスが前記第２シーケンスのパルスよりも増幅されるように、前記光スイッチの設定に応じてパルスの増幅を制御するように構成される、
請求項１～３のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項5】
前記コントローラは、パルスの前記第１シーケンス又は前記第２シーケンスにおける光学的パルスの増幅が、パルスの各シーケンスにおける前記パルスのピークパワーが所定の最大レベル未満に留まるようにする、請求項４に記載の光源。
【請求項6】
前記少なくとも１つの増幅器（１２）が前記光スイッチ（４）の下流であって前記非線形光学素子（１３）の上流に配置されるか、又は、
前記少なくとも１つの増幅器（１２）が前記第１マニピュレータ（７）の後に配置されるか、又は、
前記少なくとも１つの増幅器（１２）が前記パルス発生器の後であって前記第１マニピュレータ（７）の前に配置される、
請求項４又は５に記載の光源。
【請求項7】
前記第２光学アーム（６）は、光パルスの前記初期シーケンス（３）から光パルスの前記第２シーケンス（１０）を生成するように構成された第２マニピュレータ（８）を含む、請求項１～６のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項8】
前記第２マニピュレータ（８）は、パルスピッカーを含むか、又はパルスピッカーからなる、
請求項７に記載の光源。
【請求項9】
前記第２光学アームは、光パルスの前記第２シーケンスを案内するための少なくとも１つの光ファイバを含み、当該第２シーケンスは、光パルスの前記初期シーケンス（３）に対応する、請求項１～６のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項10】
前記光スイッチ（４）は、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通し、光パルスの前記初期シーケンス（３）を前記第１光学アーム（５）又は前記第２光学アーム（６）の何れかに選択的に提供するように配置される、
請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項11】
前記光スイッチは、前記第１光学アーム及び前記第２光学アームと光学的に連通するとともに、光パルスの前記第１シーケンス（９）及び光パルスの前記第２シーケンス（１０）を受容して、光パルスの前記第１シーケンス又は光パルスの前記第２シーケンスの何れかを前記非線形光学素子に選択的に提供するように構成される、請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項12】
前記光スイッチは、入力と出力とを有するとともに、前記光学アームのうちの１つが、その光学アームの光のみを切り替えるように配置されている、請求項１～９のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項13】
前記非線形光学素子（１３）は、非線形光ファイバ、特に微細構造光ファイバを含む、
請求項１～１２のうち何れか一項に記載の光源。
【請求項14】
光パルスの前記第１シーケンス及び前記第２シーケンスは、前記非線形光学素子を伝搬するときに広帯域出力またはスーパーコンティニウムを生成する、請求項１～１３のうち何れか一項に記載の光源。
【国際調査報告】