コヒーレント光源
【課題】 所望の波長のコヒーレント光を容易に選択し出力することができるコヒーレント光源を提供する。
【解決手段】 ＢＢＯ結晶が、励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されており、励起光の入射に応じて、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を互いに異なる複数の発散方向に同時に出力する。波長選択・導光光学系が、これら複数のパラメトリック発生光のうちから、少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択し光学ファイバーの入射端部に導く。光学ファイバーが、選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導き、その出射端部から出射する。
【解決手段】 ＢＢＯ結晶が、励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されており、励起光の入射に応じて、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を互いに異なる複数の発散方向に同時に出力する。波長選択・導光光学系が、これら複数のパラメトリック発生光のうちから、少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択し光学ファイバーの入射端部に導く。光学ファイバーが、選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導き、その出射端部から出射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコヒーレント光源に関し、特に、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を出力するコヒーレント光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を出力する装置が知られている。
【０００３】
ここで、光パラメトリック増幅(OPA, Optical Parametric
Amplification)とは、非線形光学結晶をレーザ光で励起した場合に励起光とそれによって発生したパラメトリック発生光とが相互作用しながら伝播してそのエネルギを増幅させていくことをいう。パラメトリック発生光はコヒーレントな光である。したがって、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を生成することができる。
【０００４】
パラメトリック発生光のうち励起光の波長の２倍より短い波長のものをシグナル光といい、励起光の波長の２倍より長い波長のものをアイドラ光という。
【０００５】
光パラメトリック増幅には、同軸位相整合型と非同軸位相整合型とがある。同軸位相整合型では、シグナル光とアイドラ光とは励起光と同一方向に伝播する。非同軸位相整合型では、シグナル光とアイドラ光とは励起光とは異なる方向に発散するように伝播する。
【０００６】
特開平１０―２６８３６９号公報（特許文献１）は、同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を用いて超短光パルスを生成するコヒーレント光源を記載している。
【０００７】
一方、特開２００１―６６６５３号公報（特許文献２）は、非同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を用いて超短光パルスを発生するコヒーレント光源を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０―２６８３６９号公報（第６〜９頁、図１）
【特許文献２】特開２００１―６６６５３号公報（第２〜３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、コヒーレント光源が所望の波長のコヒーレント光を容易に選択して出力することができることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、特許文献１における同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を採用したコヒーレント光源では、得たい光の波長を変えるためには、結晶を回転し結晶の光学軸と励起光とのなす角度を変更したり、結晶の温度を変更する必要がある。このため、任意の波長を得ようとする場合、あらかじめ結晶の角度位置と発生波長との関係を調べておくか、もしくは、発生した光の波長を分光器等でモニタしその結果に基づいて結晶の角度位置や温度を実時間的にフィードバック制御する必要がある。したがって、所望の波長の光を容易に出力することができない。
【００１１】
また、特許文献２のコヒーレント光源では、シグナル光の波長分散を補償して５５０ｎｍ〜７００ｎｍまでの広帯域ビームを生成し、アイドラ光の波長分散を補償して広帯域近赤外ビームを生成している。しかしながら、所望の波長の光のみを選択的に出力することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択できるコヒーレント光源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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光を出力する励起光出力手段と、該励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶から出力した複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択する波長選択手段とを備えていることを特徴とするコヒーレント光源を提供する。
【００１４】
請求項１に記載のコヒーレント光源においては、励起光出力手段が励起光を出力する。非線形光学結晶は、励起光出力手段から出力される励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されている。すなわち、非線形光学結晶の光学軸と非線形光学結晶内における励起光の光軸とのなす角度が所定のしきい値より大きい。したがって、非線形光学結晶は、励起光の入射に応じて、励起光を透過させて出力すると同時に、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する。波長選択手段が、複数のパラメトリック発生光のうちから、少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択する。ここで、非線形光学結晶が出力するパラメトリック発生光はコヒーレントである。このため、請求項１に記載のコヒーレント光源は、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択して出力することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコヒーレント光源であって、前記複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも前記波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くための光学ファイバーを更に備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載のコヒーレント光源においては、光学ファイバーは、複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導く。したがって、請求項２に記載のコヒーレント光源は、所望の波長のコヒーレント光を所望の位置に容易に出力することができる。
【００１７】
例えば、光学ファイバーは波長選択手段の後段に配置されていることが好ましい。この場合、光学ファイバーは波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くことができる。
【００１８】
もしくは、光学ファイバーは、波長選択手段の前段、すなわち、非線形光学結晶と波長選択手段との間に配置されていても良い。この場合、光学ファイバーは、非線形光学結晶から出力された複数の波長のパラメトリック発生光を所望の位置まで導く。波長選択手段が所望の位置に配置されており、光学ファイバーにより所望の位置まで導かれた複数の波長のパラメトリック発生光から少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択する。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載のコヒーレント光源であって、一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、該一つの波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光及び該一つの波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させるシード光入射手段を更に備え、前記波長選択手段が該増幅されたパラメトリック発生光のうちから少なくとも一つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載のコヒーレント光源においては、シード光入射手段は、一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、この波長と同一の波長、及び、この波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させる。例えば、シード光の波長が励起光の波長の２倍より短い場合には、シード光入射手段は、シード光を前記非線形光学結晶に対し入射させることにより、この波長と同一の波長を有するシグナル光及びこのシグナル光と対になっているアイドラ光を増幅させる。また、シード光の波長が励起光の波長の２倍より長い場合には、シード光入射手段は、シード光を前記非線形光学結晶に対し入射させることにより、この波長と同一の波長を有するアイドラ光及びこのアイドラ光と対になっているシグナル光を増幅させる。波長選択手段がこの増幅されたシグナル光及びアイドラ光のうちの少なくとも一方を選択する。したがって、強度が増幅されたコリメート光を出力することができる。
【００２１】
ここで、該シード光入射手段は、シード光が非線形光学結晶内で発散する発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光の発散角度とシード光の波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させることにより、当該パラメトリック発生光を増幅する。例えば、シード光の波長が励起光の波長の２倍より短い場合には、シード光入射手段は、シード光の発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するシグナル光の発散角度とこのシグナル光と対になっているアイドラ光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させる。この結果、シグナル光とアイドラ光の両方が増幅される。また、シード光の波長が励起光の波長の２倍より長い場合には、シード光入射手段は、シード光の発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するアイドラ光の発散角度とこのアイドラ光と対になっているシグナル光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させる。この結果、シグナル光とアイドラ光の両方が増幅される。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のコヒーレント光源であって、前記非線形光学結晶は、前記励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第１の非線形光学結晶と、該第１の非線形光学結晶の後段に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力する励起光に対して所定の非同軸位相整合位置に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力した励起光及び複数のパラメトリック発生光の入射に応じて励起光を伝搬させて出力すると共に波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第２の非線形光学結晶とからなり、前記波長選択手段は、該第１及び第２の非線形光学結晶が出力した該複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のコヒーレント光源においては、第１の非線形光学結晶で発生したパラメトリック発生光のうちの１つの波長のパラメトリック発生光が第２の非線形光学結晶内を伝搬する際、その伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生したパラメトリック発生光のうちの同一波長もしくは対応する波長の光の発散方向と平行である場合、当該波長のパラメトリック発生光及び当該波長に対応するパラメトリック発生光が第２の非線形光学結晶内で増幅される。例えば、第１の非線形光学結晶で発生したシグナル光の第２の非線形光学結晶内での伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生した同一波長のシグナル光もしくはそれと対となるアイドラ光の発散方向と平行である場合、これらシグナル光とアイドラ光の両方が第２の非線形光学結晶内で増幅される。同様に、第１の非線形光学結晶で発生したアイドラ光の第２の非線形光学結晶内での伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生した同一波長のアイドラ光もしくはそれと対となるシグナル光の発散方向と平行である場合、これらアイドラ光とシグナル光の両方が第２の非線形光学結晶内で増幅される。波長選択手段がこのように強度が増幅された光のうちの少なくとも１つを選択することにより、高強度のコヒーレント光を出力することができる。
【００２４】
ここで、第１の非線形光学結晶は第１の光学軸を有し、第２の非線形光学結晶は第２の光学軸を有している。第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶とは、第１の光学軸と第２の光学軸とが励起光出力手段からの励起光の光軸を含む一つの平面内にあり励起光の光軸に対し互いに反対側に向いているように配置されていることが好ましい。この場合には、第２の非線形光学結晶内で発生した複数のパラメトリック発生光のうち多くのパラメトリック発生光が増幅される。波長選択手段によって、この多くのパラメトリック発生光から所望の波長のパラメトリック発生光を選択することができる。また、第２の光学軸の第１の光学軸に対する相対角度の許容範囲が広いため、第２の非線形光学結晶を第１の非線形光学結晶に対し配置し易くなる。
【００２５】
請求項４に記載のコヒーレント光源は更に回転台を備えていることが好ましい。回転台には、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶とが、所定の軸に沿ってこの順に並んで配置されている。第１の光学軸と第２の光学軸と励起光出力手段から出力される励起光の光軸と所定の軸とは同一平面内にある。第１の光学軸と第２の光学軸とは、所定の軸に対して反対側に向いている。回転台は回転軸を有している。回転軸は、励起光の光軸と第１の光学軸と第２の光学軸と所定の軸とを含む平面に対し垂直な方向に延びている。回転軸は、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶との間に位置において、所定の軸及び励起光の光軸に対し垂直に交差している。回転台を回転軸の周りに回転させれば、波長選択手段で選択される波長の光の強度を最大にすることができる。したがって、強度が高い光を容易に出力することができる。
【００２６】
また、励起光出力手段がパルス状の励起光を出力する場合には、請求項４に記載のコヒーレント光源は選択導光手段を更に備えていることが好ましい。選択導光手段は、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶との間に配置され、第１の非線形光学結晶から出力された複数のパラメトリック発生光のうちから複数のシグナル光を除去し複数のアイドラ光を第２の非線形光学結晶に導く。第２の非線形光学結晶内では、第２の非線形光学結晶内で発生したパラメトリック発生光が第１の非線形光学結晶から出力されたアイドラ光により増幅される。ここで、アイドラ光は第１の非線形光学結晶を伝搬する際パルス幅が圧縮されている。したがって、第２の非線形光学結晶ではパラメトリック発生光は、狭パルス幅に増幅される。したがって、狭パルス幅を有する高強度のコヒーレント光を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択し出力することができる。
【００２８】
請求項２記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を容易に所望の位置に出力することができる。
【００２９】
請求項３記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を強度が増幅された状態で出力することができる。
【００３０】
請求項４記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を強度が増幅された状態で出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるコヒーレント光源を示す模式図。
【図２】図１のコヒーレント光源に設けられているビーム整形部の例の構成を示す模式図であって、（ａ）はビーム整形部がレンズから構成されている例を示し、（ｂ）はビーム整形部がミラーから構成されている例を示している。
【図３】図１のコヒーレント光源において、ＢＢＯ結晶の光学軸と励起光の偏光方向と伝搬方向、及び、ＢＢＯ結晶から出力する光パラメトリック発生光の偏光方向と伝搬方向との関係を示す説明図。
【図４】非同軸位相整合における励起光と１対のシグナル光とアイドラ光との関係を示す説明図。
【図５】ＢＢＯ結晶内における複数の波長のシグナル光と複数の波長のアイドラ光の発散方向を示す図。
【図６】ＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶の透過率を、ＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶の透過率と比較して示すグラフ。
【図７】ＢＢＯ結晶から出力されるパラメトリック発生光のスペクトルを示すグラフ。
【図８】励起光反射ミラーの透過率を示すグラフ。
【図９】励起光反射ミラーの向きを示す説明図であって、（ａ）ではＢＢＯ結晶の光学軸及び励起光の偏光方向が紙面に平行な面内にあり、（ｂ）ではＢＢＯ結晶の光学軸及び励起光の偏光方向が紙面に垂直な面内にある。
【図１０】ＢＢＯ結晶にて同軸位相整合が発現する位相整合角とその同軸位相整合にて発生するパラメトリック発生光の波長との関係、及び、ＢＢＯ結晶にて非同軸位相整合が発現する位相整合角のしきい値を示すグラフ。
【図１１】パラメトリック光発生・波長選択部の第１の変更例の構成を示す模式図。
【図１２】図１１に示されたパラメトリック光発生・波長選択部に設けられている可動スリット素子を集光レンズの側からみた正面図。
【図１３】パラメトリック光発生・波長選択部の第２の変更例の構成を示す模式図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態によるコヒーレント光源の要部を示す模式図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態によるコヒーレント光源を示す構成図。
【図１６】図１５のコヒーレント光源の要部を示す説明図。
【図１７】図１６のコヒーレント光源におけるシード光のＢＢＯ結晶内での発散角度とシグナル光及びアイドラ光の発散角度との関係を示す説明図。
【図１８】（ａ）は、６５０ｎｍのＬＤ光をシード光としてＢＢＯ結晶に入射した場合に得られる出力スペクトルであり、（ｂ）はシード光を入射しない場合に同一条件下で得られる出力スペクトル。
【図１９】本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源を示す構成図。
【図２０】（ａ）は図１９のコヒーレント光源において２つのＢＢＯ結晶の向きと励起光用反射ミラーの光軸及び励起光の伝搬方向との関係を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の配置状態においてＢＢＯ結晶内で発生するパラメトリック発生光の伝搬方向を示す図であり、（ｃ）は各ＢＢＯ結晶において入射面と出射面とが平行から大きくずれている状態を示す説明図である。
【図２１】（ａ）は、２個のＢＢＯ結晶により得られる出力スペクトルであり、（ｂ）は１個のＢＢＯ結晶のみで得られる出力スペクトル。
【図２２】第４の実施の形態のコヒーレント光源のパラメトリック光発生・波長選択部の変更例の構成を示す模式図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態におけるコヒーレント光源を示す構成図。
【図２４】図２３のコヒーレント光源に設けられているパラメトリック光発生・波長選択部の基準軸の励起光用反射ミラーの光軸からの傾きを示す説明図。
【図２５】図２３のコヒーレント光源に設けられているパラメトリック光発生・波長選択部の基準軸が励起光用反射ミラーの光軸と一致している状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態によるコヒーレント光源について、以下、図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
【００３３】
本発明の第１の実施の形態によるコヒーレント光源１について図１乃至図１０に基づき説明する。
【００３４】
本実施の形態のコヒーレント光源１は、図１に示すように、励起光発生部２と、ビーム成形部４と、励起光用反射ミラー６と、パラメトリック光発生・波長選択部８と、光学ファイバー１０と、コリメートレンズ１２とを備えている。
【００３５】
励起光発生部２は、所望の波長のパルス状の励起光を発生させるためのものである。励起光発生部２は、基本励起レーザ２０と、高調波発生素子２２と、波長分離器２４と、励起光用反射ミラー２６と、光ストッパ２８とを備えている。
【００３６】
励起光発生部２、ビーム成形部４、及び、励起光用反射ミラー６は、３５５ｎｍの波長を有し直線偏光であるパルスレーザ光を、励起光としてパラメトリック光発生・波長選択部８へ導くためのものである。
【００３７】
基本励起レーザ２０はパルスレーザ光を発生するためのものである。本実施の形態では、基本励起レーザ２０はＮｄ−ＹＡＧレーザからなり、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を発生する。このパルスレーザ光は直線偏光である。
【００３８】
高調波発生素子２２は、基本励起レーザ２０で発生されたパルスレーザ光を元にして高調波を発生させるためのものである。本実施の形態では、高調波発生素子２２は、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を元にして、５３２ｎｍの波長のパルスレーザ光（２次光調波）と３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光（３次高調波）とを発生する。
【００３９】
波長分離器２４は、複数の誘電体ミラーからなり、所望の波長の光を他の波長の光と分離して所望の波長の光を後段の励起光用反射ミラー２６に導くためのものである。本実施の形態では、波長分離器２４は、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光を高調波発生素子２２から受け取り、３次高調波である３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光を他の波長のパルスレーザ光と分離して、後段の励起光用反射ミラー２６に導く。
【００４０】
励起光用反射ミラー２６は、３５５ｎｍの波長の光を反射すると共に、波長分離器２４で分離しきれなかった他の波長の光を透過する。光ストッパ２８は、励起光用反射ミラー２６を透過した光を捕捉・停止する。
【００４１】
ビーム成形部４は、励起光発生部２から出力されたパルスレーザ光のビーム径を絞り、パルスレーザ光のパワー密度を増大させて、後段のパラメトリック光発生・波長選択部８におけるパラメトリック増幅率を向上させるためのものである。この例では、ビーム成形部４は、図２の（ａ）に示すように、凸レンズ４０と凹レンズ４２との組み合せからなる。凸レンズ４０と凹レンズ４２との間の距離を調節することにより、ビームの集光度合いを調節することができる。
【００４２】
なお、励起光発生部２から出力されたパルスレーザ光が紫外光である場合には、パルスレーザ光は、凸レンズ４０や凹レンズ４２を通過する際にこれらレンズにより吸収されてしまうおそれがある。また、パルスレーザ光のパルス幅がピコ秒あるいはフェムト秒のオーダーである場合には、パルスレーザ光は、凸レンズ４０や凹レンズ４２を通過する際に波長分散によってパルス幅が伸長してしまうおそれがある。そこで、これらの場合には、ビーム成形部４は、図２の（ｂ）に示すように、凹面ミラー４４と凸面ミラー４６との組み合せから構成することが好ましい。凹面ミラー４４と凸面ミラー４６には、それぞれ、誘電体多層膜からなる反射面が形成されている。
【００４３】
図１に示すように、励起光用反射ミラー６は、ビーム成形部４から出力されたパルスレーザ光を受け取り、そのうち波長３５５ｎｍのパルスレーザ光を励起光として反射する。なお、励起光用反射ミラー６は、３５５ｎｍ以外の波長の光を透過する。
【００４４】
パラメトリック光発生・波長選択部８は、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶３０と、励起光反射ミラー３４と、光ストッパ３５と、波長選択・導光光学系５０とを備えている。
【００４５】
ＢＢＯ結晶３０は、非線形光学結晶であり、光パラメトリック増幅素子として機能する。ＢＢＯ結晶３０は、図３に示すように、その光学軸（この場合、ｃ−軸）３０ａが励起光の偏光成分と同一の平面内にあるように配置されている。この例では、励起光の偏光成分は図３の紙面に平行な面内にあるため、光学軸３０ａも図３の紙面に平行な面内にある。したがって、励起光はＢＢＯ結晶３０内で異常光線として伝搬する。また、この例では、ＢＢＯ結晶３０は、光学軸３０ａから２１．７゜傾いた角度φで切り出されている。すなわち、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎと出射面３０ｏｕｔとは、互いに平行で、これらの法線３０ｎが光学軸３０ａからφ＝２１．７゜傾いている。ＢＢＯ結晶３０は、励起光用反射ミラー６に対して、ＢＢＯ結晶３０内を伝搬する励起光の伝搬方向と光学軸３０ａとのなす角度θが３５°となる向きに配置されている。
【００４６】
励起光がＢＢＯ結晶３０内をこのような方向に伝搬すると、ＢＢＯ結晶３０は、パラメトリック発生光を発生する（非同軸位相整合）。パラメトリック発生光は、可視〜近赤外の波長域を含んだコヒーレントな白色光である。パラメトリック発生光は、図３の紙面に対して垂直な偏光成分を有する直線偏光であり、常光線としてＢＢＯ結晶３０内を伝搬する。ＢＢＯ結晶３０は、励起光を透過させて出力するのと同時にパラメトリック発生光を出力する。パラメトリック発生光は励起光の出力方向を軸とする円錐状に波長分散をもって出力する。
【００４７】
より詳しくは、ＢＢＯ結晶３０内で発生したパラメトリック発生光は、複数の対のシグナル光とアイドラ光とからなる。各対（ｊ＝１，２，・・・）を構成するシグナル光とアイドラ光の角振動数ωs（ｊ）、ωi（ｊ）と波数ベクトルｋs（ｊ）、ｋi（ｊ）は、図４に示すように、励起光の角振動数ωpと波数ベクトルｋpとに対して、以下の数式（１）、（２）を満足する。
ωp= ωs（ｊ） + ωi（ｊ） ・・・ （１）
ｋp= ｋs（ｊ） + ｋi（ｊ） ・・・ （２）
【００４８】
ここで、ωs（ｊ）はシグナル光の角振動数、ωi（ｊ）はアイドラ光の角振動数であり、ｋs（ｊ）はシグナル光の波数ベクトル、ｋi（ｊ）はアイドラ光の波数ベクトルである。
【００４９】
なお、励起光、シグナル光、アイドラ光の波長を、それぞれ、λp、λs（ｊ）、λi（ｊ）、シグナル光、アイドラ光の励起光の伝搬方向に対する角度を、それぞれ、ξｓ（ｊ）、ξｉ（ｊ）とすると、式（１）は、λp／ｎｐ，ｅ＝λs（ｊ）／ｎｓ，ｏ＋λi（ｊ）／ｎｉ，ｏと記載でき、式（２）は、｜ｋp｜＝｜ｋs（ｊ）｜ｃｏｓξｓ（ｊ） ＋｜ｋi（ｊ）｜ｃｏｓξｉ（ｊ）、及び、｜ｋs（ｊ）｜ｓｉｎξｓ（ｊ） ＝｜ｋi（ｊ）｜ｓｉｎξｉ（ｊ）と記載できる。なお、ｎｐ，ｅ、ｎｓ，ｏ、ｎｉ，ｏは、それぞれ、ＢＢＯ結晶３０の励起光、シグナル光、アイドラ光に対する屈折率である。
【００５０】
また、図５に示すように、シグナル光は、波長域４５０〜７００ｎｍ内の波長を有し、ＢＢＯ結晶３０内において、励起光の伝搬方向を軸として当該軸から４°ずれた方向に円錐状に発生する。シグナル光は、ＢＢＯ結晶３０内を伝搬している間は分散しないが、ＢＢＯ結晶３０の出力面から出力する際に分散する。一方、アイドラ光は、波長域７１９〜１６７５ｎｍ内の波長を有し、励起光の伝搬方向を軸として当該軸から４°ずれた方向から１５．４°ずれた方向まで分散しながら円錐状に発生する。なお、アイドラ光の波長は、励起光の伝搬方向から遠ざかる程大きくなる。
【００５１】
なお、図示していないが、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎにはＡＲコーティング（反射防止膜）が形成されている。ＡＲコーティングは、励起光の透過率を向上させるためのものである。ＡＲコーティングは、例えば、誘電体多層膜で形成されている。図６に、ＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶３０の透過率を、ＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶３０の透過率と比較して示す。なお、図６において、実線がＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶３０の透過率を示し、破線がＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶３０の透過率を示す。このグラフより明らかなように、ＡＲコーティングを形成すると励起光の波長（３５５ｎｍ）における透過率が向上する。なお、ＢＢＯ結晶３０の表面全体にＡＲコーティングを形成してもよい。パラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０から出力する際出射面３０ｏｕｔで反射してロスすることが防止できる。また、ＡＲコーティングによりＢＢＯ結晶３０の表面全体を保護することもできる。
【００５２】
図７に、ＢＢＯ結晶３０から出力されたパラメトリック発生光のスペクトルをマルチチャンネルディテクタにて測定した実験結果を示す。この実験では、波長３５５ｎｍの励起光をＢＢＯ結晶３０に対し照射した。励起光のＢＢＯ結晶３０内での伝搬方向は光学軸３０ａから３５°ずれていた。紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ広い範囲の波長のパラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０より出力されるのが確認された。
【００５３】
図１に示すように、励起光反射ミラー３４は、ＢＢＯ結晶３０の後段に配置されている。励起光反射ミラー３４は、ＢＢＯ結晶３０を透過しＢＢＯ結晶３０から出力した励起光を除去するためのものである。
【００５４】
励起光反射ミラー３４は、波長３５５ｎｍの光を反射し他の波長を透過するためのものである。励起光反射ミラー３４は、合成石英の基板とその表面に蒸着された誘電体多層膜からなる。図８に、励起光反射ミラー３４の透過率を示す。図より明らかなように、励起光反射ミラー３４は、３５５ｎｍの波長の光を約９７％反射する。
【００５５】
以下、図９の（ａ）及び（ｂ）を参照して、励起光反射ミラー３４を配置する向きについて説明する。なお、図９の（ａ）では、図３の場合と同様、励起光の偏光方向は図の紙面に平行な面内にあり、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａも紙面に平行な面内にある。このため、パラメトリック発生光の偏光方向は紙面に対して垂直に延びている。一方、図９の（ｂ）では、励起光の偏光方向は図の紙面に対して垂直であり、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａも図の紙面に対して垂直な面内にある。したがって、パラメトリック発生光の偏光方向は紙面に平行な面内にある。なお、図９の（ａ）及び（ｂ）では、後述する波長選択・導光光学系５０を、模式的に図示している。
【００５６】
励起光反射ミラー３４は、その法線方向が励起光の伝搬方向に対してブリュースター角になる向きに配置されている。励起光は、励起光反射ミラー３４に対しｓ偏光として入射する。このため、励起光の略１００％が励起光反射ミラー３４によって反射される。一方、パラメトリック発生光は励起光反射ミラー３４に対しｐ偏光として入射する。このため、パラメトリック発生光の略１００％が励起光反射ミラー３４を透過する。したがって、励起光とパラメトリック光とは、励起光反射ミラー３４により確実に分離される。
【００５７】
なお、励起光反射ミラー３４の代わりに励起光吸収ガラスを用いても良い。この場合、励起光吸収ガラスをＢＢＯ結晶３０の後段に配置する。励起光吸収ガラスは、励起光の波長（この場合、３５５ｎｍ）を吸収し他の波長を透過するガラスである。励起光吸収ガラスによれば、励起光を吸収しパラメトリック光を透過させることができる。励起光吸収ガラスは、例えば、Ｔｉ４とＣｅ３＋とを含む鉛ガラスからなる色ガラスフィルター（例えば東芝ガラスＬ３９（商品名、東芝（株）製）））からなることが好ましい。この色ガラスフィルターは３５５ｎｍの波長の光をほぼ吸収することができる。
【００５８】
もしくは、励起光反射ミラー３４と励起光吸収ガラスとの両方をＢＢＯ結晶３０の後段に配置しても良い。すなわち、励起光反射ミラー３４と励起光吸収ガラスとを、ＢＢＯ結晶３０から波長選択・導光光学系５０へ向かう方向にこの順に配置する。励起光反射ミラー３４により励起光吸収ガラスが励起光により損傷するのが防止される。
【００５９】
光ストッパ３５は、励起光反射ミラー３４で反射された励起光を捕捉・停止するためのものである。
【００６０】
図１に示すように、波長選択・導光光学系５０は、励起光反射ミラー３４の後段に配置されている。波長選択・導光光学系５０は、励起光反射ミラー３４を透過したパラメトリック発生光を受け取り、パラメトリック発生光の中から所望の波長の光（シグナル光またはアイドラ光）を抽出して光学ファイバー１０に導くためのものである。
【００６１】
波長選択・導光光学系５０は、コリメートレンズ５２と干渉フィルター６０と集光レンズ５４とを備えている。コリメートレンズ５２は励起光反射ミラー４２の後段に設けられている。干渉フィルター６０はコリメートレンズ５２の後段に設けられている。集光レンズ５４は干渉フィルター６０の後段に設けられている。コリメートレンズ５２と集光レンズ５４とは、それらの光軸がＢＢＯ結晶３０から出力する励起光の伝搬方向と一致するように、配置されている。
【００６２】
コリメートレンズ５２は、励起光反射ミラー３４を透過したパラメトリック発生光をコリメートして平行光に変換するためのものである。
【００６３】
干渉フィルター６０は、コリメートレンズ５２により平行光に変換されたパラメトリック発生光のうちから所望の波長の光を集光レンズ５４に導くためのものである。
【００６４】
干渉フィルター６０は、軸６０ａを有し、軸６０ａの周りに回転可能に構成されている。なお、軸６０ａはコリメートレンズ５２の光軸に対し直交している。図１の場合には、コリメートレンズ５２の光軸は紙面に平行な面内にあり、軸６０ａは紙面に対して直交している。干渉フィルター６０を軸６０ａの周りに回転することにより、干渉フィルター６０をコリメートレンズ５２の光軸に対し任意の角度に傾けることができる。干渉フィルター６０は、コリメートレンズ５２の光軸に対する傾き角度に対応する波長の光を集光レンズ５４に導く。干渉フィルター６０の傾きを変えれば、集光レンズ５４に導く光の波長を任意に変えることができる。
【００６５】
集光レンズ５４は、干渉フィルター６０により集光レンズ５４に導かれた所望の波長のコリメート光を光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光させるためのものである。
【００６６】
なお、干渉フィルター６０の代わりに、エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子を、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間に配置してもよい。エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子のコリメートレンズ５２の光軸に対する傾き角度を変えるだけで、集光レンズ５４に導く光の波長を任意に変えることができる。
【００６７】
光学ファイバー１０は、入射端部１０ｉｎと出射端部１０ｏｕｔとを有している。光学ファイバー１０は、集光レンズ５４から入射端部１０ｉｎに入射した所望の波長の光を出射端部１０ｏｕｔまで導く。出射端部１０ｏｕｔを所望の位置に配置すれば、所望の波長のコヒーレント光を所望の位置にて出力することができる。
【００６８】
コリメートレンズ１２は、光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔの後段に配置されている。コリメートレンズ１２は、出射端部１０ｏｕｔから発散しながら出射する光をコリメートして平行光に変換するためのものである。ユーザは、出射端部１０ｏｕｔから出射する所望の波長のコヒーレント光を平行光として利用することができる。したがって、所望の波長のコヒーレント光を任意の用途に供することができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態のコヒーレント光源１によれば、ＢＢＯ結晶３０は励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されている。このため、ＢＢＯ結晶３０は、励起光の入射に応じて、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に同時に出力する。波長選択・導光光学系５０は、これら複数のパラメトリック発生光のうちから、所望の少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択し、光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光する。光学ファイバー１０はこのパラメトリック発生光を所望の位置まで導きその出射端部１０ｏｕｔから出射する。したがって、所望の波長のコヒーレント光を容易に所望の位置にて出力することができる。選択しようとする波長を変更する場合にも、干渉フィルター６０の傾きを変更するだけでよく、ＢＢＯ結晶３０の向きや温度を変更する必要がない。
【００７０】
非同軸位相整合位置に配置されたＢＢＯ結晶３０は、広い波長範囲（可視領域）のシグナル光と広い波長範囲（近赤外領域）のアイドラ光とを同時に発生する。このため、コヒーレント光源１は、非常に広いスペクトル分布の光を一度に出力する。こうして得られた光は白色スペクトルでありながらコヒーレンシー（可干渉性）が高く、数十μｍから１００μｍの干渉距離を有する。しかも、かかる光から任意の波長の光を選択し選択した光を光学ファイバー１０にて導光できるので、所望の波長の光を任意の遠距離位置まで伝送できる。
【００７１】
なお、波長選択・導光光学系５０から干渉フィルター６０を除去し、干渉フィルター６０をコリメートレンズ１２の後段に設けてもよい。この場合には、パラメトリック発生光全体がコリメートレンズ５２と集光レンズ５４とにより光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに導かれる。光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔから出射しコリメートレンズ１２でコリメートされたパラメトリック発生光のうちの所望の波長の光が干渉フィルター６０により選択される。この場合でも、干渉フィルター６０の代わりに、エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子をコリメートレンズ１２の後段に設けてもよい。
【００７２】
また、コリメートレンズ１２は設けなくてもよい。もしくは、用途に合わせて、コリメートレンズ１２の代わりに他の光学素子を出射端部１０ｏｕｔの後段に設けても良い。
【００７３】
また、光学ファイバー１０も設けなくてもよい。もしくは、用途に合わせて、光学ファイバー１０の代わりに他の導光部材を集光レンズ５４の後段に設けても良い。
【００７４】
上記説明では、ＢＢＯ結晶３０内の励起光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度θが３５゜となるように励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させ、非同軸位相整合を発現させた。しかしながら、角度θは３５゜でなくてもよい。角度θは、非同軸位相整合を生じさせるための所定のしきい値より大きな角度であればよい。ここで、図１０に示すように、励起光の波長が３５５ｎｍである場合には、所定のしきい値は３２．９４゜である。したがって、ＢＢＯ結晶３０内の励起光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度θが３２．９４゜より大きくなるように励起光をＢＢＯ結晶３０内に入射させると、非同軸位相整合が発現する。一方、角度θが３２．９４゜以下となるように励起光をＢＢＯ結晶３０内に入射させると、同軸位相整合が発現する。
【００７５】
例えば、波長３５５ｎｍの励起光を角度θが３０．０６゜となるようにＢＢＯ結晶３０に入射させると、波長５００ｎｍのシグナル光と波長１２２０ｎｍのアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。角度θが大きくなり３１．５７゜になると、波長５５０ｎｍのシグナル光と波長９９９ｎｍのアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。角度θが更に大きくなりしきい値３２．９４゜に達すると、波長が７１０ｎｍであるシグナル光と波長が７１０ｎｍであるアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。このように、角度θがしきい値と等しい場合には、シグナル光とアイドラ光の波長は等しくなる。角度θをさらに大きくしていくと、シグナル光とアイドラ光とはもはや同軸上には位相整合せず、非同軸上に位相整合するようになる。
【００７６】
なお、非同軸位相整合を発現させるためには、角度θが所定のしきい値（この例では、３２．９４°）より大きな角度となるように、励起光をＢＢＯ結晶３０に対し入射させればよい。ただし、角度θとしきい値との差が小さいほどＢＢＯ結晶３０から出力されるパラメトリック発生光の角度分散が小さくなり、角度θとしきい値との差が大きいほどパラメトリック発生光の角度分散が大きくなる。ここで、パラメトリック発生光の角度分散は、パラメトリック発生光全体がコリメートレンズ５２によって十分コリメートできる程度に小さく、しかも、干渉フィルター６０の傾きの変更により集光レンズ５４に導く波長を変更できる程度に大きい必要がある。そこで、角度θは、角度θとしきい値との差が決定する角度分散が所望の大きさになるような値（この例では３５°）に設定されている。
【００７７】
なお、非同軸位相整合を発現させるためのしきい値は励起光の波長によって異なる。例えば、励起光の波長が３９５ｎｍである場合には、図１０に示すように、しきい値は２９．３９゜である。
【００７８】
また、上記説明では、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が同一平行であるタイプ−Ｉの位相整合方法による位相整合を発現させたが、別のタイプ（例えば、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が直交するタイプ−ＩＩ）の位相整合方法による位相整合を発現させてもよい。その場合には、励起光とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度を、当該位相整合方法のタイプに応じたしきい値、つまり、シグナル光とアイドラ光の波長が一致してかつシグナル光とアイドラ光とが励起光と同軸方向に伝搬する角度より大きな角度に設定すればよい。
【００７９】
ＢＢＯ結晶３０の切り出し角度φは２１．７°でなくても良い。
【００８０】
また、上記の説明では、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎと出力面３０ｏｕｔとは互いに平行であった。したがって、光学軸３０ａと入射面３０ｉｎとのなす角度及び光学軸３０ａと出力面３０ｏｕｔとのなす角度とは互いに等しかった。しかしながら、入射面３０ｉｎと出力面３０ｏｕｔとは平行でなくても良い。
【００８１】
次に、図１１及び図１２を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部８の第１の変更例について説明する。
【００８２】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部１０８は、図１１に示すように、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系１５０を備えている。波長選択・導光光学系１５０は、干渉フィルター６０の代わりに、可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とを備えている。したがって、本変更例の波長選択・導光光学系１５０は、コリメートレンズ５２と、集光レンズ５４と、可動スリット素子６２と、光カットフィルタ６４とからなる。可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とは、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間に配置されている。可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とは、コリメートレンズ５２から集光レンズ５４へ向かう方向にこの順に並んで配置されている。
【００８３】
図１２に示すように、可動スリット素子６２は円盤形状を有し、その中心６２ｃがコリメートレンズ５２の光軸上に位置している。可動スリット素子６２にはスリット６２ａが形成されている。スリット６２ａは中心６２ｃの周りを円周方向に延びている。可動スリット素子６２は、スリット６２ａの半径方向の位置、すなわち、中心６２ｃからの距離が任意に変更できるように構成されている。スリット６２ａの半径方向の位置をパラメトリック発生光のうち所望の波長の光の発散角に対応した位置に設定することで、当該所望の波長の光にスリット６２ａを通過させる。ここで、ＢＢＯ結晶３０は２つの波長の光を同一の発散方向に出力している可能性がある。具体的には、ある波長のシグナル光と別の波長のアイドラ光とが同一の方向に出力している可能性がある。そのため、互いに異なる２つの波長の光がスリット６２ａを通過している可能性がある。光カットフィルタ６４は、スリット６２ａを通過した２つの波長の光のうち所望の波長の光を透過してこれを集光レンズ５４に導く。
【００８４】
次に、図１３を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部８の第２の変更例について説明する。
【００８５】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部２０８には、励起光反射ミラー３４は設けられていない。また、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系２５０が設けられている。波長選択・導光光学系２５０は、ＢＢＯ結晶３０の後段に配置されている。
【００８６】
波長選択・導光光学系２５０は、波長選択・導光光学系５０と異なり、コリメートレンズ５２の代わりに穴あき凸レンズ２５２を備え、集光レンズ５４の代わりに別の穴あき凸レンズ２５４を備え、更に、光ストッパ２３５を備えている。したがって、波長選択・導光光学系２５０は、穴あき凸レンズ２５２と光ストッパ２３５と干渉フィルター６０と穴あき凸レンズ２５４とからなる。穴あき凸レンズ２５２と光ストッパ２３５と干渉フィルター６０と穴あき凸レンズ２５４とは、ＢＢＯ結晶３０と光学ファイバー１０との間にＢＢＯ結晶３０から光学ファイバー１０へ向かう方向にこの順に配置されている。穴あき凸レンズ２５２、２５４は、それぞれ、その光軸上に貫通穴を備えている。穴あき凸レンズ２５２、２５４は、これらの光軸がＢＢＯ結晶３０から出力された励起光の伝搬方向に一致するように配置されている。光ストッパ２３５は、穴あき凸レンズ２５２，２５４の光軸上に配置されている。このため、励起光は、穴あき凸レンズ２５２の貫通穴を通過し光ストッパ２３５により遮断される。一方、パラメトリック発生光は、励起光の光軸の周りに円錐状に発散しているため、穴あき凸レンズ２５２の貫通穴の周りに到達し穴あき凸レンズ２５２によりコリメートされ、干渉フィルター６０にて波長選択された後、穴あき凸レンズ２５４により光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光される。
＜第２の実施の形態＞
【００８７】
本発明の第２の実施の形態によるコヒーレント光源３０１について図１４に基づき説明する。
【００８８】
第１の実施の形態のコヒーレント光源１は、パラメトリック発生光の広帯域から所望の１つの波長を選択して出力した。これに対して本実施の形態のコヒーレント光源３０１は、パラメトリック発生光の広帯域から赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長を同時に選択する。
【００８９】
具体的には、コヒーレント光源３０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１と以下の点で異なっている。すなわち、コヒーレント光源３０１は、パラメトリック光発生・波長選択部８の代わりにパラメトリック光発生・波長選択部３０８を備えている。コヒーレント光源３０１は、単一の光学ファイバー１０の代わりに、赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用、青（Ｂ）用の３つの光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを備えている。コヒーレント光源３０１は、単一のコリメートレンズ１２の代わりに、赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用、青（Ｂ）用の３つのコリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを備えている。
【００９０】
パラメトリック光発生・波長選択部３０８は、第１の実施の形態のパラメトリック光発生・波長選択部８と異なり、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系３５０を備えている。波長選択・導光光学系３５０は、波長選択・導光光学系５０と異なり、干渉フィルター６０の代わりに、位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とを備えている。すなわち、波長選択・導光光学系３５０は、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とを備えている。位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とは、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間にコリメートレンズ５２から集光レンズ５４へ向かう方向にこの順に配置されている。光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの入射端部１０ｒｉｎ，１０ｇｉｎ、１０ｂｉｎは、集光レンズ５４の後段の互いに異なる位置に並列に配置されている。コリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、それぞれ、光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの出射端部１０ｒｏｕｔ、１０ｇｏｕｔ、１０ｂｏｕｔの後段に配置されている。
【００９１】
位相変調型空間光変調装置６８は、位相変調モジュール７０とレーザダイオード７８とレンズ７９とからなる。レーザダイオード７８とレンズ７９と位相変調モジュール７０とはこの順に配置されている。位相変調モジュール７０は、透過型ＬＣＤ７１とレンズ７２と反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ（平行配向型液晶空間光変調器（Parallel Aligned Liquid crystal Spatial Light Modulator））７４とを備えている。透過型ＬＣＤ７１とレンズ７２と反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４とはこの順に配置されている。反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は読み出し面７４ａと書き込み面７４ｂとを備えている。ＬＣＤ７１にはコンピュータ７６が接続されている。位相変調モジュール７０は、反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４の読みだし面７４ａがコリメートレンズ５２と反射ミラー６６とに対向し、透過型ＬＣＤ７１がレンズ７９に対向するように、配置されている。位相変調モジュール７０としては、例えば、ＳＬＭＭ Ｘ７５５０（商品名、浜松ホトニクス株式会社製）を用いることが好ましい。
【００９２】
ＢＢＯ結晶３０から出射したパラメトリック発生光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長の光を含んでいる。これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、ＢＢＯ結晶３０から、励起光の伝搬方向の周りに互いに異なる３つの角度方向に発散しながら円錐状に出射する。したがって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４の読みだし面７４ａ上の互いに異なる３つの位置に入射する。反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は、これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を互いに異なる方向に回折するための屈折率グレーティングとして機能する。
【００９３】
より詳しくは、コンピュータ７６は、ＬＣＤ７１に対し、この屈折率グレーティングに対応した強度パターンを記録する。レーザダイオード７８からの光がレンズ７９及びＬＣＤ７１を透過してＰＡＬ−ＳＬＭ７４の書き込み面７４ｂに入射すると、屈折率グレーティングがＰＡＬ−ＳＬＭ７４に記録される。ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光が読みだし面７４ａ上に入射すると、これらを互いに異なる方向に回折する。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、反射ミラー６６及び集光レンズ５４を経て、対応する互いに異なる方向に伝搬する。光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの入射端部１０ｒｉｎ、１０ｇｉｎ、１０ｂｉｎは、それぞれ、この対応する方向に配置されている。このため、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、それぞれ、対応する光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射する。各色の光は、対応する光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂにより導光され、対応するコリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂによってコリメートされる。コリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを透過したＲＧＢのコリメート光は、例えば、カラー映像やカラーホログラム映像を生成するのに用いられる。
【００９４】
以上のように、本実施の形態のコリメート光源３０１はＲＧＢの３つの光を同時に発生することができる。このため、ＲＧＢを発生するために３つのレーザを用意する必要がなくなる。
【００９５】
なお、コンピュータ７６がＬＣＤ７１に記録する強度パターンを変更すれば、ＲＧＢ以外の任意の３つの波長の光を選択して光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに導くことができる。したがって、３原色の波長を可変できるカラー画像生成装置、例えば、カラープリンターを構成することができる。
【００９６】
さらに、任意の個数の光学ファイバー１０を予め用意し、コンピュータ７６がＬＣＤ７１に記録する強度パターンを調整すれば、任意の複数の波長の光を選択して光学ファイバー１０に導くこともできる。非同軸位相整合条件にあるＢＢＯ結晶３０から発生するパラメトリック発生光はシグナル光（可視）のみならずアイドラ光（近赤外）をも含み非常に広いスペクトル分布を有している。その中から任意の複数の光を選択して出力することができる。
＜第３の実施の形態＞
【００９７】
本発明の第３の実施の形態によるコヒーレント光源４０１について図１５乃至図１７の（ｂ）に基づき説明する。
【００９８】
本実施の形態のコヒーレント光源４０１は、所望の波長のパラメトリック発生光を選択的に増幅して出力するためのものである。本実施の形態のコヒーレント光源４０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１に対し、図１５に示すように、シード光発生用光源８０とシード光・励起光結合光学系８２とが追加されている点を除き、コヒーレント光源１と同一である。なお、図１５，図１６では、波長選択・導光光学系５０を模式的に図示しているが、波長選択・導光光学系５０は、第１の実施の形態同様、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と干渉フィルター６０とから構成されている。
【００９９】
シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長のシード光を発生させるためのレーザである。なお、所望の波長とは、ＢＢＯ結晶３０から非同軸位相整合にて発生する複数対のシグナル光及びアイドラ光のうちのシグナル光またはアイドラ光の波長である。
【０１００】
シード光発生用光源８０は、連続発振レーザでも良く、パルス発振レーザでも良い。シード光発生用光源８０がパルス発振である場合には、シード光発生用光源８０のパルス発振タイミングを調整して、パルス励起光がＢＢＯ結晶３０に入射する直前にシード光をＢＢＯ結晶３０に照射すれば良い。
【０１０１】
シード光・励起光結合光学系８２は、シード光と励起光との両方をＢＢＯ結晶３０に入射させるためのものである。
【０１０２】
シード光・励起光結合光学系８２は、図１６に示すように、光学ファイバー８４、脱着用治具８６、コリメートレンズ８８、偏光板９０、集光レンズ９２、及び、励起光透過・シード光反射用ミラー９４からなる。なお、図１６では、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａと励起光の偏光成分とは共に図の紙面に平行な面内にあり、ＢＢＯ結晶３０で発生するパラメトリック光の偏光成分は図の紙面に対して直交している。
【０１０３】
光学ファイバー８４は、シード光発生用光源８０から出力されたシード光を導くためのものである。脱着用治具８６は、光学ファイバー８４の出射端部がコリメートレンズ８８に対向するように、光学ファイバー８４を固定するためのものである。コリメートレンズ８８は、光学ファイバー８４から出射したシード光をコリメートする。偏光板９０は、コリメートレンズ８８を透過したシード光の偏光方向をパラメトリック発生光の偏光成分と平行になるように調整する。この例では、偏光板９０は、シード光を、紙面の向きに垂直な直線偏光に変換する。なお、偏光板９０の代わりに、波長板を用いてもよい。
【０１０４】
集光レンズ９２は、偏光板９０を透過したシード光をＢＢＯ結晶３０の入射表面３０ｉｎに集光するためのものである。
【０１０５】
励起光透過・シード光反射用ミラー９４は、図１５に示すように、励起光用反射ミラー６からの励起光を透過して励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させると共に、集光レンズ９２からのシード光を反射することによって、シード光を励起光の光軸に沿ってＢＢＯ結晶３０に入射させるためのものである。
【０１０６】
ここで、集光レンズ９２の焦点距離について図１７を参照して説明する。
【０１０７】
シード光は、集光レンズ９２にてＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上に収束されながら入射する。シード光は、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上で励起光と交差し、ＢＢＯ結晶３０内にて励起光の伝搬方向の周りに円錐状に発散する。シード光のＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上への収束角度、及び、ＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inは集光レンズ９２の焦点距離に依存する。本実施の形態では、集光レンズ９２の焦点距離は、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inが所望の波長の光を含む一対のシグナル光及びアイドラ光の発散角度ξｓ（ｊ）及びξｉ（ｊ）より大きくなるような値に設定されている。なお、図１７においても、励起光の偏光方向は図の紙面に平行な面内にあり、シード光、シグナル光、アイドラ光の偏光方向は紙面に対して直交している。
【０１０８】
かかる構成のもと、シード光発生用光源８０は、励起光発生部２がＢＢＯ結晶３０に励起光を入射する前に、増幅させたい所望の波長の光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させる。シード光がＢＢＯ結晶３０に入射している状態で、励起光発生部２が励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させる。ＢＢＯ結晶３０内において、シード光と励起光とは交差する。すなわち、シード光は、励起光の光軸の周りに、発散角度δθSEED,inにて発散している。ＢＢＯ結晶３０内では、複数対のシグナル光とアイドラ光とが発生し、励起光の伝搬方向の周りに発散する。ここで、増幅させたい所望の波長の光を含む一対のシグナル光及びアイドラ光は、発散しているシード光の内側で発散する。このため、これらシグナル光及びアイドラ光は、シード光のうち当該シグナル光及びアイドラ光の伝搬方向と平行に伝搬している成分により増幅される。したがって、ＢＢＯ結晶３０は、所望の波長の光及び対応する波長の光を強度の大きい状態にて出力する。
【０１０９】
例えば、ＢＢＯ結晶３０から出力される一対のシグナル光とアイドラ光である波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を選択して増幅したいとする。この場合には、シード光発生用光源８０は６５０ｎｍの半導体レーザからなる。集光レンズ９２はこの６５０ｎｍのレーザ光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させる。また、集光レンズ９２の焦点距離は、シード光がＢＢＯ結晶３０内で発散する発散角度δθSEED,inが波長６５０ｎｍのシグナル光の発散角度ξｓと波長７８１ｎｍのアイドラ光の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定されている。その結果、ＢＢＯ結晶３０内では、波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光とが共にシード光により増幅される。波長選択・導光光学系５０によって６５０ｎｍの光を選択し光学ファイバー１０に導光すれば、大強度の６５０ｎｍのコヒーレント光を出力することができる。
【０１１０】
図１８の（ａ）に、６５０ｎｍのシード光を上記の条件にてＢＢＯ結晶３０に入射した場合にＢＢＯ結晶３０から出力されるスペクトルをマルチチャンネル計測器で測定した実験結果を示す。なお、比較例として、図１８の（ｂ）に、ＢＢＯ結晶３０にシード光を入射させなかった場合にＢＢＯ結晶３０から出力されるスペクトルを示す。６５０ｎｍのシード光をＢＢＯ結晶３０に入射させると、６５０ｎｍ及び７８１ｎｍの光が増幅されることがわかる。
【０１１１】
以上のように、本実施の形態によれば、所望の波長のシード光をＢＢＯ結晶３０にあらかじめ注入しておくことにより、その波長の光、及び、その波長の光と対になっている光を選択的に増幅し出力することができる。
【０１１２】
なお、上記説明では、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長のシード光を発生させていた。上記の例では、６５０ｎｍのシグナル光と７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を増幅させたい場合に、６５０ｎｍの光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させていた。しかしながら、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長の光と対になっている光の波長のシード光を発生させてもよい。すなわち、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長と対になっている波長のシード光を発生させるように構成しても良い。例えば、６５０ｎｍのシグナル光と７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を増幅させたい場合に、７８１ｎｍの光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させるようにしても良い。集光レンズ９２の焦点距離を、このシード光がＢＢＯ結晶３０内で発散する発散角度δθSEED,inが波長６５０ｎｍのシグナル光の発散角度ξｓと波長７８１ｎｍのアイドラ光の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定していれば良い。波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光とが共にシード光により増幅される。
【０１１３】
また、上記説明では、集光レンズ９２の焦点距離を、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inが所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）の発散角度ξｓとそれと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定していた。しかしながら、シード光の発散角度δθSEED,inは所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）の発散角度ξｓとそれと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の発散角度ξｉのうちの少なくとも一つより大きければ良い。所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）、及び、それと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の両方をシード光により増幅することができる。
＜第４の実施の形態＞
【０１１４】
本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源５０１について図１９乃至図２１の（ｂ）に基づき説明する。
【０１１５】
図１９に示すように、本実施の形態のコヒーレント光源５０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１とは異なり、パラメトリック光発生・波長選択部８の代わりにパラメトリック光発生・波長選択部５０８を備えている。パラメトリック光発生・波長選択部５０８は、パラメトリック光発生・波長選択部８とは異なり、２つのＢＢＯ結晶３０（以下、「第１のＢＢＯ結晶３０−１」、及び、「第２のＢＢＯ結晶３０−２」という）を備えている。第１のＢＢＯ結晶３０−１、及び、第２のＢＢＯ結晶３０−２は、励起光用反射ミラー６から励起光反射ミラー３４に向かってこの順にカスケードに配置されている。波長選択・導光光学系５０は、第２のＢＢＯ結晶３０−２の後段に配置されている。波長選択・導光光学系５０は、第１及び第２のＢＢＯ結晶３０−１，３０−２から出力されたパラメトリック発生光のうち所望の波長の光を選択して光学ファイバー１０に導光する。以上の点を除けば、本実施の形態のコヒーレント光源５０１は第１の実施の形態のコヒーレント光源１と同一である。なお、図１９では、第３の実施の形態の図１５同様、波長選択・導光光学系５０を模式的に図示しているが、波長選択・導光光学系５０は、第１の実施の形態同様、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と干渉フィルター６０とから構成されている。
【０１１６】
第１のＢＢＯ結晶３０−１と第２のＢＢＯ結晶３０−２とは、図２０の（ａ）に示すように、第１の実施の形態のＢＢＯ結晶３０と同一の形状及び同一の寸法を有している。なお、ＢＢＯ結晶３０−１の光学軸３０−１ａは図の紙面に平行な面内にある。励起光の偏光成分は図の紙面に平行な面内にある。このため、ＢＢＯ結晶３０−１で生じるパラメトリック発生光の偏光成分は図の紙面に対し直交している。また、ＢＢＯ結晶３０−２の光学軸３０−２ａも図の紙面に平行な面内にある。このため、ＢＢＯ結晶３０−２で生じるパラメトリック光の偏光成分も図の紙面に対し直交している。
【０１１７】
より詳しくは、ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎと出射面３０−１ｏｕｔとは平行に形成されている。また、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎと出射面３０−２ｏｕｔとは平行に形成されている。ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎと出射面３０−１ｏｕｔとは、切り出し角度φ１で切り出されており、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎと出射面３０−２ｏｕｔは、切り出し角度φ２で切り出されている。切り出し角度φ１と切り出し角度φ２とは互いに等しい。この例では、φ１＝φ２＝２１．７゜である。
【０１１８】
また、第１のＢＢＯ結晶３０−１は、第１の実施の形態のＢＢＯ結晶３０と同様、第１のＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬する励起光と光学軸（ｃ軸）３０−１ａとのなす角度θ１が３５゜であるように配置されている。第２のＢＢＯ結晶３０−２も、第２のＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する励起光と光学軸（ｃ軸）３０−２ａとのなす角度θ２が３５゜であるように配置されている。すなわち、θ１＝θ２＝３５゜である。
【０１１９】
励起光用反射ミラー６がビーム成形部４から受け取った励起光を反射する方向（以下、「励起光用反射ミラー光軸６ａ」という）と、光学軸３０−１ａ、３０−２ａと、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内での励起光の伝搬方向と、ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎ及び出力面３０−１ｏｕｔの法線３０−１ｎと、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎ及び出力面３０−２ｏｕｔの法線３０−２ｎとは、すべて、同一平面（図２０の（ａ）の紙面に平行な面）内にある。しかも、光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとは、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２内の励起光の伝搬方向に対して反対方向に同一角度θ１，θ２だけ傾いている。ここで、ＢＢＯ結晶３０−１内部での励起光の伝搬方向と光軸６ａとのなす角度γ１と、ＢＢＯ結晶３０−２内部での励起光の伝搬方向と光軸６ａとのなす角度γ２とは互いに等しい。すなわち、γ１＝γ２である。法線３０−１ｎと法線３０−２ｎとは、光軸６ａに対して反対方向に同一角度（θ１−φ１＋γ１）、（θ２−φ２＋γ２）だけ傾いている。励起光は、ＢＢＯ結晶３０−１を出射した後ＢＢＯ結晶３０−２に入射するまでの間光軸６ａに平行な方向に伝搬し、ＢＢＯ結晶３０−２から出射した後も光軸６ａ上を再び伝搬する。
【０１２０】
このように、光学軸３０−１ａ、３０−２ａの向きは、光軸６ａ及びＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内での励起光の伝搬方向に対して互いに逆方向に向いている。したがって、図２０の（ｂ）に示すように、ＢＢＯ結晶３０−１で発生した複数対のシグナル光、アイドラ光のうちの多くの光が、ＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する際、その伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２内で発生する同一波長のシグナル光、アイドラ光の発散方向と平行となる。このため、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちの多くの光が、ＢＢＯ結晶３０−２内においてシード光として機能する。
【０１２１】
ここで、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２の光学軸３０−１ａ、３０−２ａの向きが光軸６ａや励起光伝搬方向に対し逆方向でなく同一方向となるように配置されたと仮定する。その場合には、ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック光のうちいずれか１つの組のシグナル光・アイドラ光しか、ＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する際、その伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２で発生する対応する組の伝搬方向と一致しない。したがって、ＢＢＯ結晶３０−２は、ある一組のシグナル光・アイドラ光の波長だけしか増幅することができない。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態では、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２は、その光学軸の向きが励起光に対し互いに逆方向となるように配置されている。このため、ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック発生光のうちの多くの組のシグナル光・アイドラ光のＢＢＯ結晶３０−２内での伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２で発生する対応する組のシグナル光・アイドラ光の伝搬方向と一致する。ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック光のうちの多くの組のシグナル光・アイドラ光が、ＢＢＯ結晶３０−２においてシード光として機能する。ＢＢＯ結晶３０−２において広い波長範囲にて増幅が行われる。
【０１２３】
なお、光学軸３０−１ａと３０−２ａとは、光軸６ａ及びＢＢＯ結晶３０−１，３０−２内の励起光の伝搬方向と同一平面内にあり、かつ、光軸６ａ及び励起光の伝搬方向に対し互いに反対側を向いていればよい。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック光のうちの多くのＢＢＯ結晶３０−２内での伝搬方向が、ＢＢＯ結晶３０−２内で発生した同一波長のパラメトリック光の伝搬方向と平行となるからである。したがって、光学軸３０−１ａとＢＢＯ結晶３０−１内の励起光の伝搬方向とのなす角度θ１は光学軸３０−２ａとＢＢＯ結晶３０−２内の励起光の伝搬方向とのなす角度θ２と異なっていてもよい。光学軸３０−１ａと光軸６ａとのなす角度（θ１＋γ１）も光学軸３０−２ａと光軸６ａとのなす角度（θ２＋γ２）と異なっていてもよい。したがって、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する相対角度位置の許容範囲が広がり、ＢＢＯ結晶３０−２をＢＢＯ結晶３０−１に対し配置しやすい。
【０１２４】
ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の切り出し角度φ１，φ２は２１．７°には限られない。なお、切り出し角度φ１，φ２の値によっては、法線３０−１ｎ、３０−２ｎが光軸６ａと一致するようにＢＢＯ結晶３０−１，３０−２を配置し、角度γ１、γ２を０°にすることもできる。
【０１２５】
また、上記説明では、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２の切り出し角φ１，φ２は互いに同一であったが、異なっていてもよい。たとえば、１〜２°の相違があってもよい。
【０１２６】
上記の説明では、ＢＢＯ結晶３０−１の出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとは互いに平行であり、ＢＢＯ結晶３０−２の出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとは互いに平行であった。しかしながら、出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとは平行でなくてもよく、また、出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとは平行でなくてもよく。ただし、出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとのなす角度、及び、出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとのなす角度が大きすぎると、図２０の（ｃ）に示すように、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０−２で発生したパラメトリック発生光との伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２内において大きくずれてしまい、十分な増幅効果が得られない。
【０１２７】
なお、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２とは互いに隣接していれば良い。ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２が隣接していないと、ＢＢＯ結晶３０−１から出力されたパラメトリック発生光が円周状に大きく広がりすぎてしまい、強度が弱くなり、シード光として役立たなくなってしまう。
【０１２８】
なお、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２は、互いに接着されていてもよいが、接着されていなくてもよい。
【０１２９】
また、図示しないが、第１のＢＢＯ結晶３０−１と第２のＢＢＯ結晶３０−２の表面全体にはＡＲコーティングが形成されており、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の表面を保護している。したがって、表面を傷つけることなく２つの結晶３０−１、３０−２の間の距離を短くすることができる。
【０１３０】
かかる構成の本実施の形態のコヒーレント光源５０１によれば、ＢＢＯ結晶３０−１は、励起光の入射により複数組のシグナル光とアイドラ光とからなるパラメトリック発生光を生成する。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光は、複数の波長のシード光として、励起光と共に、ＢＢＯ結晶３０−２に入射する。その結果、ＢＢＯ結晶３０−２は、複数の波長に亘って増幅された高強度のパラメトリック光を発生する。
【０１３１】
図２１の（ａ）に、ＢＢＯ結晶３０−１と３０−２とを上述のようにカスケード配置した場合に得られる出力スペクトルをマルチチャンネル計測器で測定した結果を示す。なお、比較例として、単一のＢＢＯ結晶３０から得られる出力スペクトルを測定した結果を図２１の（ｂ）に示す。２個のＢＢＯ結晶３０をカスケード配置すれば、１個のＢＢＯ結晶３０のみを使用した場合の１００倍以上の増強効果が複数の波長に亘って得られることがわかる。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態によれば、ＢＢＯ結晶３０を複数個カスケード配置させて励起することによって、広い波長範囲に亘って極めて大きいエネルギ増強を達成することができる。
【０１３３】
なお、上述の説明では、結晶３０−１内における励起光伝搬方向と光学軸３０−１ａとのなす角度、及び、結晶３０−２内における励起光伝搬方向と光学軸３０−２ａとのなす角度とは、共に３５゜に設定されており、非同軸位相整合を発現させていた。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０−１は、結晶３０−１内における励起光伝搬方向と光学軸３０−１ａとのなす角度が非同軸整合条件を満たすしきい値３２．９４°より大きくなるような向きに配置されていればよい。また、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する向き（角度位置）は、光学軸３０−２ａの結晶３０−２内での励起光伝搬方向に対する向きが光学軸３０−１ａの結晶３０−１内での励起光伝搬方向に対する向きとは逆向きで、かつ、光学軸３０−２ａと結晶３０−２内での励起光伝搬方向とのなす角度が非同軸整合条件を満たす所定のしきい値３２．９４°より大きければよい。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光の多くがＢＢＯ結晶３０−２内でシード光として機能する。このため、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する相対角度位置の許容範囲が広く、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する向きの自由度が高く、これら結晶を配置しやすい。
【０１３４】
なお、上記の説明では、２個のＢＢＯ結晶３０をカスケードに配置したが、より多くの数のＢＢＯ結晶３０をカスケードに配置し多段増幅を行うようにしても良い。
【０１３５】
次に、図２２を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部５０８の変更例について説明する。
【０１３６】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部６０８では、パラメトリック光発生・波長選択部５０８と異なり、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２との間にフィルタ９９が配置されている。フィルタ９９はシグナル光を遮断するためのものである。フィルタ９９にはＢＢＯ結晶３０−１で生成されたパラメトリック発生光が入射する。フィルタ９９は、入射したパラメトリック発生光のうちアイドラ光のみを透過させてＢＢＯ結晶３０−２へ入射させる。ＢＢＯ結晶３０−２には、励起光とアイドラ光とが入射し、アイドラ光はシード光として機能する。
【０１３７】
上述のように、ＢＢＯ結晶３０−１では、励起光の入射に応じて、シグナル光（この例では可視光）とアイドラ光（この例では近赤外光）とが同時に発生する。ここで、シグナル光はＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬する際、屈折率の波長分散により、そのパルス幅が大きくなっていく。一方、アイドラ光はＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬するにつれそのパルス幅が圧縮されていく。より詳しくは、図５を参照して説明したように、ＢＢＯ結晶の非同軸位相整合ではアイドラ光の分散角度は大きい。しかも、波長が長い程励起光の光軸から離れる。このため、アイドラ光は、波長が長い程、ＢＢＯ結晶３０−１内を通過する経路長が長くなり、ＢＢＯ結晶３０−１から出射する時間が遅れる。その一方、光は媒質中では波長が長い程媒質中を速く進む。このため、パラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０−１から出射しＢＢＯ結晶３０−２に入射する時点では、シグナル光のパルス幅は伸長しており、一方、アイドラ光のパルス幅は圧縮されている。
【０１３８】
そこで、本変更例では、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちシグナル光をフィルタ９９により遮断しアイドラ光のみをＢＢＯ結晶３０−２へ入射させる。したがって、狭パルスのシード光を第２のＢＢＯ結晶３０−２に入射させることができる。ＢＢＯ結晶３０−２内では、ＢＢＯ結晶３０−２内で発生したパラメトリック発生光が狭パルスのシード光にて増幅されるため、狭パルスの高強度パラメトリック発生光が発生する。
【０１３９】
励起光のパルス幅がフェムト秒レベル、特に、数十フェムト秒以下である場合には、ＢＢＯ結晶３０−１の屈折率の波長分散により、ＢＢＯ結晶３０−１で発生するシグナル光のパルス幅は励起光のパルス幅の数１０％から数倍に大きくなる。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちアイドラ光のみをシード光として使用すれば、シグナル光とアイドラ光の両方をシード光として使用するのに比べ、ＢＢＯ結晶３０−２で得られるパラメトリック発生光のパルス幅を小さくすることができる。
＜第５の実施の形態＞
【０１４０】
次に、本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源５０１について図２３〜図２５に基づいて説明する。
【０１４１】
図２３に示すように、本実施の形態のコヒーレント光源７０１は、第４の実施の形態のコヒーレント光源５０１と異なり、パラメトリック光発生・波長選択部５０８の代わりに、パラメトリック光発生・波長選択部７０８を備えている。パラメトリック光発生・波長選択部７０８は、載置台９５と回転台９６とを備えている。回転台９６は回転軸９６ａを有しており、回転軸９６ａの周りに回転可能になっている。載置台９５は回転台９６上に配置されている。本実施の形態では、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２と励起光反射ミラー３４と光ストッパ３５と波長選択・導光光学系５０と光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎとは、載置台９５上に配置されている。回転台９６には取っ手９８が設けられており、ユーザが取っ手９８を握って回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させることができる。
【０１４２】
以下、パラメトリック光発生・波長選択部７０８について図２４及び図２５を参照して詳細に説明する。
【０１４３】
図２４に示すように、回転台９６は、回転軸９６ａが励起光用反射ミラー６の光軸６ａと垂直に交差するように、励起光用反射ミラー６に対して配置されている。なお、図２４において、励起光用反射ミラー６の光軸６ａは図の紙面に平行な面内にある。回転軸９６ａは図の紙面に対して直交している。
【０１４４】
載置台９５上には、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２と励起光反射ミラー３４と波長選択・導光光学系５０と光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎとが所定の基準軸９５ａに沿ってこの順に配置・固定されている。基準軸９５ａは載置台９５上に延びている。なお、図２４において、載置台９５及び基準軸９５ａは図の紙面に平行な面内に延びている。載置台９５は、回転軸９６ａがＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２との間の中心位置において基準軸９５ａと直交するように、回転台９６上に配置されている。
【０１４５】
ここで、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２とは、以下の条件を満足するように、配置されている。
【０１４６】
すなわち、光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａと法線３０−１ｎ（入射面３０−１ｉｎ及び出射面３０−１ｏｕｔの法線）と法線３０−２ｎ（入射面３０−２ｉｎ及び出射面３０−２ｏｕｔの法線）と基準軸９５ａとが同一平面内（図２４の紙面に平行な面内）にある。光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとは、基準軸９５ａに対して反対方向に同一角度だけ傾いている。法線３０−１ｎと法線３０−２ｎとは、基準軸９５ａに対して反対方向に同一角度だけ傾いている。
【０１４７】
ユーザが取っ手９８を握って回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させると、基準軸９５ａが回転軸９６ａの周りに回転し、基準軸９５ａと光軸６ａとのなす角度αが変化する。例えば、図２５に示すように、基準軸９５ａと光軸６ａとのなす角度αが０°になった場合には、基準軸９５ａと光軸６ａとが一致する。このように、回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させることにより、光軸６ａに沿って伝搬されてくる励起光のＢＢＯ結晶３０−１及びＢＢＯ結晶３０−２への入射角度を変化させることができる。その結果、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内で増幅される波長域が変化し、波長選択・導光光学系５０で選択される所望の波長の光の強度が変動する。そこで、回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させながらコリメートレンズ１２から出力される光の出力の変動をモニターすれば、所望の波長の光の出力が最も強力となる回転台９６の角度位置（αの値）を決定することができる。
【０１４８】
さらに、波長選択・導光光学系５０内に設けられた干渉フィルター６０の傾きを変更し出力波長を変更するたびに回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させ出力が最大となる角度位置を探すことにより、所望の波長の光を常に高強度で出力することができる。
【０１４９】
また、所望の波長の出力が強力となるＢＢＯ結晶の角度位置が環境温度等の変化により変化しても、回転台９６を回転するだけで、所望の波長の出力を強力とすることができる。
【０１５０】
このように、ＢＢＯ結晶３０−１から光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎまでの光学素子を一体化して回転台９６上に配置して全体を回転させることにより、所望の波長の光を強力に発生させることができる。
【０１５１】
なお、光学軸３０−１ａと基準軸９５ａとのなす角度は光学軸３０−２ａと基準軸９５ａとのなす角度とは異なっていてもよい。法線３０−１ｎと基準軸９５ａとのなす角度も法線３０−２ｎと基準軸９５ａとのなす角度と異なっていてもよい。光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとが基準軸９５ａに対して互いに逆方向に向いていればよい。
【０１５２】
また、波長選択・導光光学系５０から干渉フィルター６０を除去し、干渉フィルター６０を光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔの後段に設けてもよい。
【０１５３】
本発明によるコヒーレント光源は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【０１５４】
例えば、上述の実施の形態のコヒーレント光源では、ＢＢＯ結晶３０を使用していた。このため、紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ波長の中から任意の波長を選択して出力することができた。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＢＯ(ＬｉＢ３Ｏ５)、ＣＬＢＯ(ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０)、ＫＤＰ(ＫＨ２ＰＯ４)、及び、ＫＤ＊Ｐ(ＫＤ２ＰＯ４) 等の非線形光学結晶を配置しても良い。ＢＢＯ結晶を使用した場合と同様に、紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ波長の中から任意の波長を選択して出力することができる。
【０１５５】
なお、近赤外領域のみの中から任意の波長を選択して出力すればよい場合には、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＮ(ＬｉＮｂＯ３)、ＫＴＰ(ＫＴｉＯＰＯ４)、及び、ＫＮ(ＫＮｂＯ３) 等の非線形光学結晶を配置すれば良い。
【０１５６】
更に、中赤外領域のみの中から任意の波長を選択して出力すればよい場合には、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２等の非線形光学結晶を配置すれば良い。
【０１５７】
ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＮ、ＬＴ(ＬｉＴａＯ３)、ＫＴＰ等の周期分極構造結晶を使用しても良い。
【０１５８】
ＢＢＯ結晶３０の代わりにＢＢＯ結晶以外の結晶を用いる場合にも、結晶内の励起光の伝搬方向と結晶の光学軸とのなす角度を所定のしきい値より大きな角度に選択することで、非同軸位相整合を発現させることができる。この場合のしきい値は、結晶固有の屈折率の波長分散特性と励起光の波長に応じて定まる。なお、第４、第５の実施形態の場合においては、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の代わりに、他の互いに同一な材料の結晶を２つカスケード配置すればよい。
【０１５９】
波長選択・導光光学系５０は上述以外の構成でもよい。１つ以上の所望の波長の光を選択し光学ファイバー１０まで導光できればよい。シード光・励起光結合光学系８２も上述以外の構成でもよい。シード光を励起光と共にＢＢＯ結晶３０に導き、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散方向が所望の波長のシグナル光（あるいはアイドラ光）及びそれと対となっているアイドラ光（あるいはシグナル光）の発散角度を含んでいればよい。
【０１６０】
励起光発生部２や、ビーム成形部４も、上述の構成に限られない。
【０１６１】
ビーム成形部４や励起光用反射ミラー６は備えなくても良い。
【０１６２】
励起光発生部２は、パルス状の励起光を発生させるのではなく、連続発振励起光を発生させるのでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明のコヒーレント光源は、プリンターや、画像表示装置、レーザ加工機、医療用レーザ光源、各種検出用レーザ光源等に幅広く用いることができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１ コヒーレント光源
２ 励起光発生部
４ ビーム成形部
６ 励起光用反射ミラー
８ パラメトリック光発生・波長選択部
１０ 光学ファイバー
１０ｉｎ 入射端部
１０ｏｕｔ 出射端部
１２ コリメートレンズ
２０ 基本励起レーザ
２２ 高調波発生素子
２４ 波長分離器
２６ 励起光用反射ミラー
２８ 光ストッパ
３０ ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶
３０ａ 光学軸
３４ 励起光反射ミラー
３５ 光ストッパ
５０ 波長選択・導光光学系
５２ コリメートレンズ
６０ 干渉フィルター
６０ａ 軸
５４ 集光レンズ
１０８ パラメトリック光発生・波長選択部
１５０ 波長選択・導光光学系
６２ 可動スリット素子
６４ 光カットフィルタ
２０８ パラメトリック光発生・波長選択部
２５０ 波長選択・導光光学系
２５２ 穴あき凸レンズ
２５４ 穴あき凸レンズ
２３５ 光ストッパ
３０１ コヒーレント光源
３０８ パラメトリック光発生・波長選択部
１０ｒ 赤（Ｒ）用の光学ファイバー
１０ｇ 緑（Ｇ）用の光学ファイバー
１０ｂ 青（Ｂ）用の光学ファイバー
１２ｒ 赤（Ｒ）用のコリメートレンズ
１２ｇ 緑（Ｇ）用のコリメートレンズ
１２ｂ 青（Ｂ）用のコリメートレンズ
３５０ 波長選択・導光光学系
６８ 位相変調型空間光変調装置
６６ 反射ミラー
４０１ コヒーレント光源
８０ シード光発生用光源
８２ シード光・励起光結合光学系
８４ 光学ファイバー
８６ 脱着用治具
８８ コリメートレンズ
９０ 偏光板
９２ 集光レンズ
９４ 励起光透過・シード光反射用ミラー
５０１ コヒーレント光源
５０８ パラメトリック光発生・波長選択部
３０−１ 第１のＢＢＯ結晶
３０−２ 第２のＢＢＯ結晶
６０８ パラメトリック光発生・波長選択部
９９ フィルタ
７０１ コヒーレント光源
７０８ パラメトリック光発生・波長選択部
９５ 載置台
９５ａ 基準軸
９６ 回転台
９６ａ 回転軸
９８ 取っ手
【技術分野】
【０００１】
本発明はコヒーレント光源に関し、特に、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を出力するコヒーレント光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を出力する装置が知られている。
【０００３】
ここで、光パラメトリック増幅(OPA, Optical Parametric
Amplification)とは、非線形光学結晶をレーザ光で励起した場合に励起光とそれによって発生したパラメトリック発生光とが相互作用しながら伝播してそのエネルギを増幅させていくことをいう。パラメトリック発生光はコヒーレントな光である。したがって、光パラメトリック増幅によりコヒーレント光を生成することができる。
【０００４】
パラメトリック発生光のうち励起光の波長の２倍より短い波長のものをシグナル光といい、励起光の波長の２倍より長い波長のものをアイドラ光という。
【０００５】
光パラメトリック増幅には、同軸位相整合型と非同軸位相整合型とがある。同軸位相整合型では、シグナル光とアイドラ光とは励起光と同一方向に伝播する。非同軸位相整合型では、シグナル光とアイドラ光とは励起光とは異なる方向に発散するように伝播する。
【０００６】
特開平１０―２６８３６９号公報（特許文献１）は、同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を用いて超短光パルスを生成するコヒーレント光源を記載している。
【０００７】
一方、特開２００１―６６６５３号公報（特許文献２）は、非同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を用いて超短光パルスを発生するコヒーレント光源を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０―２６８３６９号公報（第６〜９頁、図１）
【特許文献２】特開２００１―６６６５３号公報（第２〜３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、コヒーレント光源が所望の波長のコヒーレント光を容易に選択して出力することができることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、特許文献１における同軸位相整合型の光パラメトリック増幅を採用したコヒーレント光源では、得たい光の波長を変えるためには、結晶を回転し結晶の光学軸と励起光とのなす角度を変更したり、結晶の温度を変更する必要がある。このため、任意の波長を得ようとする場合、あらかじめ結晶の角度位置と発生波長との関係を調べておくか、もしくは、発生した光の波長を分光器等でモニタしその結果に基づいて結晶の角度位置や温度を実時間的にフィードバック制御する必要がある。したがって、所望の波長の光を容易に出力することができない。
【００１１】
また、特許文献２のコヒーレント光源では、シグナル光の波長分散を補償して５５０ｎｍ〜７００ｎｍまでの広帯域ビームを生成し、アイドラ光の波長分散を補償して広帯域近赤外ビームを生成している。しかしながら、所望の波長の光のみを選択的に出力することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択できるコヒーレント光源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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光を出力する励起光出力手段と、該励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶から出力した複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択する波長選択手段とを備えていることを特徴とするコヒーレント光源を提供する。
【００１４】
請求項１に記載のコヒーレント光源においては、励起光出力手段が励起光を出力する。非線形光学結晶は、励起光出力手段から出力される励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されている。すなわち、非線形光学結晶の光学軸と非線形光学結晶内における励起光の光軸とのなす角度が所定のしきい値より大きい。したがって、非線形光学結晶は、励起光の入射に応じて、励起光を透過させて出力すると同時に、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する。波長選択手段が、複数のパラメトリック発生光のうちから、少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択する。ここで、非線形光学結晶が出力するパラメトリック発生光はコヒーレントである。このため、請求項１に記載のコヒーレント光源は、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択して出力することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコヒーレント光源であって、前記複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも前記波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くための光学ファイバーを更に備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載のコヒーレント光源においては、光学ファイバーは、複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導く。したがって、請求項２に記載のコヒーレント光源は、所望の波長のコヒーレント光を所望の位置に容易に出力することができる。
【００１７】
例えば、光学ファイバーは波長選択手段の後段に配置されていることが好ましい。この場合、光学ファイバーは波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くことができる。
【００１８】
もしくは、光学ファイバーは、波長選択手段の前段、すなわち、非線形光学結晶と波長選択手段との間に配置されていても良い。この場合、光学ファイバーは、非線形光学結晶から出力された複数の波長のパラメトリック発生光を所望の位置まで導く。波長選択手段が所望の位置に配置されており、光学ファイバーにより所望の位置まで導かれた複数の波長のパラメトリック発生光から少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択する。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載のコヒーレント光源であって、一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、該一つの波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光及び該一つの波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させるシード光入射手段を更に備え、前記波長選択手段が該増幅されたパラメトリック発生光のうちから少なくとも一つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載のコヒーレント光源においては、シード光入射手段は、一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、この波長と同一の波長、及び、この波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させる。例えば、シード光の波長が励起光の波長の２倍より短い場合には、シード光入射手段は、シード光を前記非線形光学結晶に対し入射させることにより、この波長と同一の波長を有するシグナル光及びこのシグナル光と対になっているアイドラ光を増幅させる。また、シード光の波長が励起光の波長の２倍より長い場合には、シード光入射手段は、シード光を前記非線形光学結晶に対し入射させることにより、この波長と同一の波長を有するアイドラ光及びこのアイドラ光と対になっているシグナル光を増幅させる。波長選択手段がこの増幅されたシグナル光及びアイドラ光のうちの少なくとも一方を選択する。したがって、強度が増幅されたコリメート光を出力することができる。
【００２１】
ここで、該シード光入射手段は、シード光が非線形光学結晶内で発散する発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光の発散角度とシード光の波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させることにより、当該パラメトリック発生光を増幅する。例えば、シード光の波長が励起光の波長の２倍より短い場合には、シード光入射手段は、シード光の発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するシグナル光の発散角度とこのシグナル光と対になっているアイドラ光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させる。この結果、シグナル光とアイドラ光の両方が増幅される。また、シード光の波長が励起光の波長の２倍より長い場合には、シード光入射手段は、シード光の発散角度がシード光の波長と同一の波長を有するアイドラ光の発散角度とこのアイドラ光と対になっているシグナル光の発散角度とを含むように、シード光を非線形光学結晶に入射させる。この結果、シグナル光とアイドラ光の両方が増幅される。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のコヒーレント光源であって、前記非線形光学結晶は、前記励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第１の非線形光学結晶と、該第１の非線形光学結晶の後段に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力する励起光に対して所定の非同軸位相整合位置に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力した励起光及び複数のパラメトリック発生光の入射に応じて励起光を伝搬させて出力すると共に波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第２の非線形光学結晶とからなり、前記波長選択手段は、該第１及び第２の非線形光学結晶が出力した該複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のコヒーレント光源においては、第１の非線形光学結晶で発生したパラメトリック発生光のうちの１つの波長のパラメトリック発生光が第２の非線形光学結晶内を伝搬する際、その伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生したパラメトリック発生光のうちの同一波長もしくは対応する波長の光の発散方向と平行である場合、当該波長のパラメトリック発生光及び当該波長に対応するパラメトリック発生光が第２の非線形光学結晶内で増幅される。例えば、第１の非線形光学結晶で発生したシグナル光の第２の非線形光学結晶内での伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生した同一波長のシグナル光もしくはそれと対となるアイドラ光の発散方向と平行である場合、これらシグナル光とアイドラ光の両方が第２の非線形光学結晶内で増幅される。同様に、第１の非線形光学結晶で発生したアイドラ光の第２の非線形光学結晶内での伝搬方向が第２の非線形光学結晶で発生した同一波長のアイドラ光もしくはそれと対となるシグナル光の発散方向と平行である場合、これらアイドラ光とシグナル光の両方が第２の非線形光学結晶内で増幅される。波長選択手段がこのように強度が増幅された光のうちの少なくとも１つを選択することにより、高強度のコヒーレント光を出力することができる。
【００２４】
ここで、第１の非線形光学結晶は第１の光学軸を有し、第２の非線形光学結晶は第２の光学軸を有している。第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶とは、第１の光学軸と第２の光学軸とが励起光出力手段からの励起光の光軸を含む一つの平面内にあり励起光の光軸に対し互いに反対側に向いているように配置されていることが好ましい。この場合には、第２の非線形光学結晶内で発生した複数のパラメトリック発生光のうち多くのパラメトリック発生光が増幅される。波長選択手段によって、この多くのパラメトリック発生光から所望の波長のパラメトリック発生光を選択することができる。また、第２の光学軸の第１の光学軸に対する相対角度の許容範囲が広いため、第２の非線形光学結晶を第１の非線形光学結晶に対し配置し易くなる。
【００２５】
請求項４に記載のコヒーレント光源は更に回転台を備えていることが好ましい。回転台には、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶とが、所定の軸に沿ってこの順に並んで配置されている。第１の光学軸と第２の光学軸と励起光出力手段から出力される励起光の光軸と所定の軸とは同一平面内にある。第１の光学軸と第２の光学軸とは、所定の軸に対して反対側に向いている。回転台は回転軸を有している。回転軸は、励起光の光軸と第１の光学軸と第２の光学軸と所定の軸とを含む平面に対し垂直な方向に延びている。回転軸は、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶との間に位置において、所定の軸及び励起光の光軸に対し垂直に交差している。回転台を回転軸の周りに回転させれば、波長選択手段で選択される波長の光の強度を最大にすることができる。したがって、強度が高い光を容易に出力することができる。
【００２６】
また、励起光出力手段がパルス状の励起光を出力する場合には、請求項４に記載のコヒーレント光源は選択導光手段を更に備えていることが好ましい。選択導光手段は、第１の非線形光学結晶と第２の非線形光学結晶との間に配置され、第１の非線形光学結晶から出力された複数のパラメトリック発生光のうちから複数のシグナル光を除去し複数のアイドラ光を第２の非線形光学結晶に導く。第２の非線形光学結晶内では、第２の非線形光学結晶内で発生したパラメトリック発生光が第１の非線形光学結晶から出力されたアイドラ光により増幅される。ここで、アイドラ光は第１の非線形光学結晶を伝搬する際パルス幅が圧縮されている。したがって、第２の非線形光学結晶ではパラメトリック発生光は、狭パルス幅に増幅される。したがって、狭パルス幅を有する高強度のコヒーレント光を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を容易に選択し出力することができる。
【００２８】
請求項２記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を容易に所望の位置に出力することができる。
【００２９】
請求項３記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を強度が増幅された状態で出力することができる。
【００３０】
請求項４記載のコヒーレント光源によれば、所望の波長のコヒーレント光を強度が増幅された状態で出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるコヒーレント光源を示す模式図。
【図２】図１のコヒーレント光源に設けられているビーム整形部の例の構成を示す模式図であって、（ａ）はビーム整形部がレンズから構成されている例を示し、（ｂ）はビーム整形部がミラーから構成されている例を示している。
【図３】図１のコヒーレント光源において、ＢＢＯ結晶の光学軸と励起光の偏光方向と伝搬方向、及び、ＢＢＯ結晶から出力する光パラメトリック発生光の偏光方向と伝搬方向との関係を示す説明図。
【図４】非同軸位相整合における励起光と１対のシグナル光とアイドラ光との関係を示す説明図。
【図５】ＢＢＯ結晶内における複数の波長のシグナル光と複数の波長のアイドラ光の発散方向を示す図。
【図６】ＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶の透過率を、ＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶の透過率と比較して示すグラフ。
【図７】ＢＢＯ結晶から出力されるパラメトリック発生光のスペクトルを示すグラフ。
【図８】励起光反射ミラーの透過率を示すグラフ。
【図９】励起光反射ミラーの向きを示す説明図であって、（ａ）ではＢＢＯ結晶の光学軸及び励起光の偏光方向が紙面に平行な面内にあり、（ｂ）ではＢＢＯ結晶の光学軸及び励起光の偏光方向が紙面に垂直な面内にある。
【図１０】ＢＢＯ結晶にて同軸位相整合が発現する位相整合角とその同軸位相整合にて発生するパラメトリック発生光の波長との関係、及び、ＢＢＯ結晶にて非同軸位相整合が発現する位相整合角のしきい値を示すグラフ。
【図１１】パラメトリック光発生・波長選択部の第１の変更例の構成を示す模式図。
【図１２】図１１に示されたパラメトリック光発生・波長選択部に設けられている可動スリット素子を集光レンズの側からみた正面図。
【図１３】パラメトリック光発生・波長選択部の第２の変更例の構成を示す模式図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態によるコヒーレント光源の要部を示す模式図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態によるコヒーレント光源を示す構成図。
【図１６】図１５のコヒーレント光源の要部を示す説明図。
【図１７】図１６のコヒーレント光源におけるシード光のＢＢＯ結晶内での発散角度とシグナル光及びアイドラ光の発散角度との関係を示す説明図。
【図１８】（ａ）は、６５０ｎｍのＬＤ光をシード光としてＢＢＯ結晶に入射した場合に得られる出力スペクトルであり、（ｂ）はシード光を入射しない場合に同一条件下で得られる出力スペクトル。
【図１９】本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源を示す構成図。
【図２０】（ａ）は図１９のコヒーレント光源において２つのＢＢＯ結晶の向きと励起光用反射ミラーの光軸及び励起光の伝搬方向との関係を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の配置状態においてＢＢＯ結晶内で発生するパラメトリック発生光の伝搬方向を示す図であり、（ｃ）は各ＢＢＯ結晶において入射面と出射面とが平行から大きくずれている状態を示す説明図である。
【図２１】（ａ）は、２個のＢＢＯ結晶により得られる出力スペクトルであり、（ｂ）は１個のＢＢＯ結晶のみで得られる出力スペクトル。
【図２２】第４の実施の形態のコヒーレント光源のパラメトリック光発生・波長選択部の変更例の構成を示す模式図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態におけるコヒーレント光源を示す構成図。
【図２４】図２３のコヒーレント光源に設けられているパラメトリック光発生・波長選択部の基準軸の励起光用反射ミラーの光軸からの傾きを示す説明図。
【図２５】図２３のコヒーレント光源に設けられているパラメトリック光発生・波長選択部の基準軸が励起光用反射ミラーの光軸と一致している状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態によるコヒーレント光源について、以下、図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
【００３３】
本発明の第１の実施の形態によるコヒーレント光源１について図１乃至図１０に基づき説明する。
【００３４】
本実施の形態のコヒーレント光源１は、図１に示すように、励起光発生部２と、ビーム成形部４と、励起光用反射ミラー６と、パラメトリック光発生・波長選択部８と、光学ファイバー１０と、コリメートレンズ１２とを備えている。
【００３５】
励起光発生部２は、所望の波長のパルス状の励起光を発生させるためのものである。励起光発生部２は、基本励起レーザ２０と、高調波発生素子２２と、波長分離器２４と、励起光用反射ミラー２６と、光ストッパ２８とを備えている。
【００３６】
励起光発生部２、ビーム成形部４、及び、励起光用反射ミラー６は、３５５ｎｍの波長を有し直線偏光であるパルスレーザ光を、励起光としてパラメトリック光発生・波長選択部８へ導くためのものである。
【００３７】
基本励起レーザ２０はパルスレーザ光を発生するためのものである。本実施の形態では、基本励起レーザ２０はＮｄ−ＹＡＧレーザからなり、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を発生する。このパルスレーザ光は直線偏光である。
【００３８】
高調波発生素子２２は、基本励起レーザ２０で発生されたパルスレーザ光を元にして高調波を発生させるためのものである。本実施の形態では、高調波発生素子２２は、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を元にして、５３２ｎｍの波長のパルスレーザ光（２次光調波）と３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光（３次高調波）とを発生する。
【００３９】
波長分離器２４は、複数の誘電体ミラーからなり、所望の波長の光を他の波長の光と分離して所望の波長の光を後段の励起光用反射ミラー２６に導くためのものである。本実施の形態では、波長分離器２４は、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光を高調波発生素子２２から受け取り、３次高調波である３５５ｎｍの波長のパルスレーザ光を他の波長のパルスレーザ光と分離して、後段の励起光用反射ミラー２６に導く。
【００４０】
励起光用反射ミラー２６は、３５５ｎｍの波長の光を反射すると共に、波長分離器２４で分離しきれなかった他の波長の光を透過する。光ストッパ２８は、励起光用反射ミラー２６を透過した光を捕捉・停止する。
【００４１】
ビーム成形部４は、励起光発生部２から出力されたパルスレーザ光のビーム径を絞り、パルスレーザ光のパワー密度を増大させて、後段のパラメトリック光発生・波長選択部８におけるパラメトリック増幅率を向上させるためのものである。この例では、ビーム成形部４は、図２の（ａ）に示すように、凸レンズ４０と凹レンズ４２との組み合せからなる。凸レンズ４０と凹レンズ４２との間の距離を調節することにより、ビームの集光度合いを調節することができる。
【００４２】
なお、励起光発生部２から出力されたパルスレーザ光が紫外光である場合には、パルスレーザ光は、凸レンズ４０や凹レンズ４２を通過する際にこれらレンズにより吸収されてしまうおそれがある。また、パルスレーザ光のパルス幅がピコ秒あるいはフェムト秒のオーダーである場合には、パルスレーザ光は、凸レンズ４０や凹レンズ４２を通過する際に波長分散によってパルス幅が伸長してしまうおそれがある。そこで、これらの場合には、ビーム成形部４は、図２の（ｂ）に示すように、凹面ミラー４４と凸面ミラー４６との組み合せから構成することが好ましい。凹面ミラー４４と凸面ミラー４６には、それぞれ、誘電体多層膜からなる反射面が形成されている。
【００４３】
図１に示すように、励起光用反射ミラー６は、ビーム成形部４から出力されたパルスレーザ光を受け取り、そのうち波長３５５ｎｍのパルスレーザ光を励起光として反射する。なお、励起光用反射ミラー６は、３５５ｎｍ以外の波長の光を透過する。
【００４４】
パラメトリック光発生・波長選択部８は、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶３０と、励起光反射ミラー３４と、光ストッパ３５と、波長選択・導光光学系５０とを備えている。
【００４５】
ＢＢＯ結晶３０は、非線形光学結晶であり、光パラメトリック増幅素子として機能する。ＢＢＯ結晶３０は、図３に示すように、その光学軸（この場合、ｃ−軸）３０ａが励起光の偏光成分と同一の平面内にあるように配置されている。この例では、励起光の偏光成分は図３の紙面に平行な面内にあるため、光学軸３０ａも図３の紙面に平行な面内にある。したがって、励起光はＢＢＯ結晶３０内で異常光線として伝搬する。また、この例では、ＢＢＯ結晶３０は、光学軸３０ａから２１．７゜傾いた角度φで切り出されている。すなわち、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎと出射面３０ｏｕｔとは、互いに平行で、これらの法線３０ｎが光学軸３０ａからφ＝２１．７゜傾いている。ＢＢＯ結晶３０は、励起光用反射ミラー６に対して、ＢＢＯ結晶３０内を伝搬する励起光の伝搬方向と光学軸３０ａとのなす角度θが３５°となる向きに配置されている。
【００４６】
励起光がＢＢＯ結晶３０内をこのような方向に伝搬すると、ＢＢＯ結晶３０は、パラメトリック発生光を発生する（非同軸位相整合）。パラメトリック発生光は、可視〜近赤外の波長域を含んだコヒーレントな白色光である。パラメトリック発生光は、図３の紙面に対して垂直な偏光成分を有する直線偏光であり、常光線としてＢＢＯ結晶３０内を伝搬する。ＢＢＯ結晶３０は、励起光を透過させて出力するのと同時にパラメトリック発生光を出力する。パラメトリック発生光は励起光の出力方向を軸とする円錐状に波長分散をもって出力する。
【００４７】
より詳しくは、ＢＢＯ結晶３０内で発生したパラメトリック発生光は、複数の対のシグナル光とアイドラ光とからなる。各対（ｊ＝１，２，・・・）を構成するシグナル光とアイドラ光の角振動数ωs（ｊ）、ωi（ｊ）と波数ベクトルｋs（ｊ）、ｋi（ｊ）は、図４に示すように、励起光の角振動数ωpと波数ベクトルｋpとに対して、以下の数式（１）、（２）を満足する。
ωp= ωs（ｊ） + ωi（ｊ） ・・・ （１）
ｋp= ｋs（ｊ） + ｋi（ｊ） ・・・ （２）
【００４８】
ここで、ωs（ｊ）はシグナル光の角振動数、ωi（ｊ）はアイドラ光の角振動数であり、ｋs（ｊ）はシグナル光の波数ベクトル、ｋi（ｊ）はアイドラ光の波数ベクトルである。
【００４９】
なお、励起光、シグナル光、アイドラ光の波長を、それぞれ、λp、λs（ｊ）、λi（ｊ）、シグナル光、アイドラ光の励起光の伝搬方向に対する角度を、それぞれ、ξｓ（ｊ）、ξｉ（ｊ）とすると、式（１）は、λp／ｎｐ，ｅ＝λs（ｊ）／ｎｓ，ｏ＋λi（ｊ）／ｎｉ，ｏと記載でき、式（２）は、｜ｋp｜＝｜ｋs（ｊ）｜ｃｏｓξｓ（ｊ） ＋｜ｋi（ｊ）｜ｃｏｓξｉ（ｊ）、及び、｜ｋs（ｊ）｜ｓｉｎξｓ（ｊ） ＝｜ｋi（ｊ）｜ｓｉｎξｉ（ｊ）と記載できる。なお、ｎｐ，ｅ、ｎｓ，ｏ、ｎｉ，ｏは、それぞれ、ＢＢＯ結晶３０の励起光、シグナル光、アイドラ光に対する屈折率である。
【００５０】
また、図５に示すように、シグナル光は、波長域４５０〜７００ｎｍ内の波長を有し、ＢＢＯ結晶３０内において、励起光の伝搬方向を軸として当該軸から４°ずれた方向に円錐状に発生する。シグナル光は、ＢＢＯ結晶３０内を伝搬している間は分散しないが、ＢＢＯ結晶３０の出力面から出力する際に分散する。一方、アイドラ光は、波長域７１９〜１６７５ｎｍ内の波長を有し、励起光の伝搬方向を軸として当該軸から４°ずれた方向から１５．４°ずれた方向まで分散しながら円錐状に発生する。なお、アイドラ光の波長は、励起光の伝搬方向から遠ざかる程大きくなる。
【００５１】
なお、図示していないが、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎにはＡＲコーティング（反射防止膜）が形成されている。ＡＲコーティングは、励起光の透過率を向上させるためのものである。ＡＲコーティングは、例えば、誘電体多層膜で形成されている。図６に、ＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶３０の透過率を、ＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶３０の透過率と比較して示す。なお、図６において、実線がＡＲコーティングが形成されたＢＢＯ結晶３０の透過率を示し、破線がＡＲコーティングが形成されていないＢＢＯ結晶３０の透過率を示す。このグラフより明らかなように、ＡＲコーティングを形成すると励起光の波長（３５５ｎｍ）における透過率が向上する。なお、ＢＢＯ結晶３０の表面全体にＡＲコーティングを形成してもよい。パラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０から出力する際出射面３０ｏｕｔで反射してロスすることが防止できる。また、ＡＲコーティングによりＢＢＯ結晶３０の表面全体を保護することもできる。
【００５２】
図７に、ＢＢＯ結晶３０から出力されたパラメトリック発生光のスペクトルをマルチチャンネルディテクタにて測定した実験結果を示す。この実験では、波長３５５ｎｍの励起光をＢＢＯ結晶３０に対し照射した。励起光のＢＢＯ結晶３０内での伝搬方向は光学軸３０ａから３５°ずれていた。紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ広い範囲の波長のパラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０より出力されるのが確認された。
【００５３】
図１に示すように、励起光反射ミラー３４は、ＢＢＯ結晶３０の後段に配置されている。励起光反射ミラー３４は、ＢＢＯ結晶３０を透過しＢＢＯ結晶３０から出力した励起光を除去するためのものである。
【００５４】
励起光反射ミラー３４は、波長３５５ｎｍの光を反射し他の波長を透過するためのものである。励起光反射ミラー３４は、合成石英の基板とその表面に蒸着された誘電体多層膜からなる。図８に、励起光反射ミラー３４の透過率を示す。図より明らかなように、励起光反射ミラー３４は、３５５ｎｍの波長の光を約９７％反射する。
【００５５】
以下、図９の（ａ）及び（ｂ）を参照して、励起光反射ミラー３４を配置する向きについて説明する。なお、図９の（ａ）では、図３の場合と同様、励起光の偏光方向は図の紙面に平行な面内にあり、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａも紙面に平行な面内にある。このため、パラメトリック発生光の偏光方向は紙面に対して垂直に延びている。一方、図９の（ｂ）では、励起光の偏光方向は図の紙面に対して垂直であり、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａも図の紙面に対して垂直な面内にある。したがって、パラメトリック発生光の偏光方向は紙面に平行な面内にある。なお、図９の（ａ）及び（ｂ）では、後述する波長選択・導光光学系５０を、模式的に図示している。
【００５６】
励起光反射ミラー３４は、その法線方向が励起光の伝搬方向に対してブリュースター角になる向きに配置されている。励起光は、励起光反射ミラー３４に対しｓ偏光として入射する。このため、励起光の略１００％が励起光反射ミラー３４によって反射される。一方、パラメトリック発生光は励起光反射ミラー３４に対しｐ偏光として入射する。このため、パラメトリック発生光の略１００％が励起光反射ミラー３４を透過する。したがって、励起光とパラメトリック光とは、励起光反射ミラー３４により確実に分離される。
【００５７】
なお、励起光反射ミラー３４の代わりに励起光吸収ガラスを用いても良い。この場合、励起光吸収ガラスをＢＢＯ結晶３０の後段に配置する。励起光吸収ガラスは、励起光の波長（この場合、３５５ｎｍ）を吸収し他の波長を透過するガラスである。励起光吸収ガラスによれば、励起光を吸収しパラメトリック光を透過させることができる。励起光吸収ガラスは、例えば、Ｔｉ４とＣｅ３＋とを含む鉛ガラスからなる色ガラスフィルター（例えば東芝ガラスＬ３９（商品名、東芝（株）製）））からなることが好ましい。この色ガラスフィルターは３５５ｎｍの波長の光をほぼ吸収することができる。
【００５８】
もしくは、励起光反射ミラー３４と励起光吸収ガラスとの両方をＢＢＯ結晶３０の後段に配置しても良い。すなわち、励起光反射ミラー３４と励起光吸収ガラスとを、ＢＢＯ結晶３０から波長選択・導光光学系５０へ向かう方向にこの順に配置する。励起光反射ミラー３４により励起光吸収ガラスが励起光により損傷するのが防止される。
【００５９】
光ストッパ３５は、励起光反射ミラー３４で反射された励起光を捕捉・停止するためのものである。
【００６０】
図１に示すように、波長選択・導光光学系５０は、励起光反射ミラー３４の後段に配置されている。波長選択・導光光学系５０は、励起光反射ミラー３４を透過したパラメトリック発生光を受け取り、パラメトリック発生光の中から所望の波長の光（シグナル光またはアイドラ光）を抽出して光学ファイバー１０に導くためのものである。
【００６１】
波長選択・導光光学系５０は、コリメートレンズ５２と干渉フィルター６０と集光レンズ５４とを備えている。コリメートレンズ５２は励起光反射ミラー４２の後段に設けられている。干渉フィルター６０はコリメートレンズ５２の後段に設けられている。集光レンズ５４は干渉フィルター６０の後段に設けられている。コリメートレンズ５２と集光レンズ５４とは、それらの光軸がＢＢＯ結晶３０から出力する励起光の伝搬方向と一致するように、配置されている。
【００６２】
コリメートレンズ５２は、励起光反射ミラー３４を透過したパラメトリック発生光をコリメートして平行光に変換するためのものである。
【００６３】
干渉フィルター６０は、コリメートレンズ５２により平行光に変換されたパラメトリック発生光のうちから所望の波長の光を集光レンズ５４に導くためのものである。
【００６４】
干渉フィルター６０は、軸６０ａを有し、軸６０ａの周りに回転可能に構成されている。なお、軸６０ａはコリメートレンズ５２の光軸に対し直交している。図１の場合には、コリメートレンズ５２の光軸は紙面に平行な面内にあり、軸６０ａは紙面に対して直交している。干渉フィルター６０を軸６０ａの周りに回転することにより、干渉フィルター６０をコリメートレンズ５２の光軸に対し任意の角度に傾けることができる。干渉フィルター６０は、コリメートレンズ５２の光軸に対する傾き角度に対応する波長の光を集光レンズ５４に導く。干渉フィルター６０の傾きを変えれば、集光レンズ５４に導く光の波長を任意に変えることができる。
【００６５】
集光レンズ５４は、干渉フィルター６０により集光レンズ５４に導かれた所望の波長のコリメート光を光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光させるためのものである。
【００６６】
なお、干渉フィルター６０の代わりに、エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子を、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間に配置してもよい。エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子のコリメートレンズ５２の光軸に対する傾き角度を変えるだけで、集光レンズ５４に導く光の波長を任意に変えることができる。
【００６７】
光学ファイバー１０は、入射端部１０ｉｎと出射端部１０ｏｕｔとを有している。光学ファイバー１０は、集光レンズ５４から入射端部１０ｉｎに入射した所望の波長の光を出射端部１０ｏｕｔまで導く。出射端部１０ｏｕｔを所望の位置に配置すれば、所望の波長のコヒーレント光を所望の位置にて出力することができる。
【００６８】
コリメートレンズ１２は、光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔの後段に配置されている。コリメートレンズ１２は、出射端部１０ｏｕｔから発散しながら出射する光をコリメートして平行光に変換するためのものである。ユーザは、出射端部１０ｏｕｔから出射する所望の波長のコヒーレント光を平行光として利用することができる。したがって、所望の波長のコヒーレント光を任意の用途に供することができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態のコヒーレント光源１によれば、ＢＢＯ結晶３０は励起光に対し非同軸位相整合位置に配置されている。このため、ＢＢＯ結晶３０は、励起光の入射に応じて、波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に同時に出力する。波長選択・導光光学系５０は、これら複数のパラメトリック発生光のうちから、所望の少なくとも１つの波長のパラメトリック発生光を選択し、光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光する。光学ファイバー１０はこのパラメトリック発生光を所望の位置まで導きその出射端部１０ｏｕｔから出射する。したがって、所望の波長のコヒーレント光を容易に所望の位置にて出力することができる。選択しようとする波長を変更する場合にも、干渉フィルター６０の傾きを変更するだけでよく、ＢＢＯ結晶３０の向きや温度を変更する必要がない。
【００７０】
非同軸位相整合位置に配置されたＢＢＯ結晶３０は、広い波長範囲（可視領域）のシグナル光と広い波長範囲（近赤外領域）のアイドラ光とを同時に発生する。このため、コヒーレント光源１は、非常に広いスペクトル分布の光を一度に出力する。こうして得られた光は白色スペクトルでありながらコヒーレンシー（可干渉性）が高く、数十μｍから１００μｍの干渉距離を有する。しかも、かかる光から任意の波長の光を選択し選択した光を光学ファイバー１０にて導光できるので、所望の波長の光を任意の遠距離位置まで伝送できる。
【００７１】
なお、波長選択・導光光学系５０から干渉フィルター６０を除去し、干渉フィルター６０をコリメートレンズ１２の後段に設けてもよい。この場合には、パラメトリック発生光全体がコリメートレンズ５２と集光レンズ５４とにより光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに導かれる。光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔから出射しコリメートレンズ１２でコリメートされたパラメトリック発生光のうちの所望の波長の光が干渉フィルター６０により選択される。この場合でも、干渉フィルター６０の代わりに、エタロン、透過型回折格子、または、反射型回折格子をコリメートレンズ１２の後段に設けてもよい。
【００７２】
また、コリメートレンズ１２は設けなくてもよい。もしくは、用途に合わせて、コリメートレンズ１２の代わりに他の光学素子を出射端部１０ｏｕｔの後段に設けても良い。
【００７３】
また、光学ファイバー１０も設けなくてもよい。もしくは、用途に合わせて、光学ファイバー１０の代わりに他の導光部材を集光レンズ５４の後段に設けても良い。
【００７４】
上記説明では、ＢＢＯ結晶３０内の励起光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度θが３５゜となるように励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させ、非同軸位相整合を発現させた。しかしながら、角度θは３５゜でなくてもよい。角度θは、非同軸位相整合を生じさせるための所定のしきい値より大きな角度であればよい。ここで、図１０に示すように、励起光の波長が３５５ｎｍである場合には、所定のしきい値は３２．９４゜である。したがって、ＢＢＯ結晶３０内の励起光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度θが３２．９４゜より大きくなるように励起光をＢＢＯ結晶３０内に入射させると、非同軸位相整合が発現する。一方、角度θが３２．９４゜以下となるように励起光をＢＢＯ結晶３０内に入射させると、同軸位相整合が発現する。
【００７５】
例えば、波長３５５ｎｍの励起光を角度θが３０．０６゜となるようにＢＢＯ結晶３０に入射させると、波長５００ｎｍのシグナル光と波長１２２０ｎｍのアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。角度θが大きくなり３１．５７゜になると、波長５５０ｎｍのシグナル光と波長９９９ｎｍのアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。角度θが更に大きくなりしきい値３２．９４゜に達すると、波長が７１０ｎｍであるシグナル光と波長が７１０ｎｍであるアイドラ光とが励起光と同軸方向に発生する。このように、角度θがしきい値と等しい場合には、シグナル光とアイドラ光の波長は等しくなる。角度θをさらに大きくしていくと、シグナル光とアイドラ光とはもはや同軸上には位相整合せず、非同軸上に位相整合するようになる。
【００７６】
なお、非同軸位相整合を発現させるためには、角度θが所定のしきい値（この例では、３２．９４°）より大きな角度となるように、励起光をＢＢＯ結晶３０に対し入射させればよい。ただし、角度θとしきい値との差が小さいほどＢＢＯ結晶３０から出力されるパラメトリック発生光の角度分散が小さくなり、角度θとしきい値との差が大きいほどパラメトリック発生光の角度分散が大きくなる。ここで、パラメトリック発生光の角度分散は、パラメトリック発生光全体がコリメートレンズ５２によって十分コリメートできる程度に小さく、しかも、干渉フィルター６０の傾きの変更により集光レンズ５４に導く波長を変更できる程度に大きい必要がある。そこで、角度θは、角度θとしきい値との差が決定する角度分散が所望の大きさになるような値（この例では３５°）に設定されている。
【００７７】
なお、非同軸位相整合を発現させるためのしきい値は励起光の波長によって異なる。例えば、励起光の波長が３９５ｎｍである場合には、図１０に示すように、しきい値は２９．３９゜である。
【００７８】
また、上記説明では、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が同一平行であるタイプ−Ｉの位相整合方法による位相整合を発現させたが、別のタイプ（例えば、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が直交するタイプ−ＩＩ）の位相整合方法による位相整合を発現させてもよい。その場合には、励起光とＢＢＯ結晶３０の光軸（ｃ−軸）とのなす角度を、当該位相整合方法のタイプに応じたしきい値、つまり、シグナル光とアイドラ光の波長が一致してかつシグナル光とアイドラ光とが励起光と同軸方向に伝搬する角度より大きな角度に設定すればよい。
【００７９】
ＢＢＯ結晶３０の切り出し角度φは２１．７°でなくても良い。
【００８０】
また、上記の説明では、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎと出力面３０ｏｕｔとは互いに平行であった。したがって、光学軸３０ａと入射面３０ｉｎとのなす角度及び光学軸３０ａと出力面３０ｏｕｔとのなす角度とは互いに等しかった。しかしながら、入射面３０ｉｎと出力面３０ｏｕｔとは平行でなくても良い。
【００８１】
次に、図１１及び図１２を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部８の第１の変更例について説明する。
【００８２】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部１０８は、図１１に示すように、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系１５０を備えている。波長選択・導光光学系１５０は、干渉フィルター６０の代わりに、可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とを備えている。したがって、本変更例の波長選択・導光光学系１５０は、コリメートレンズ５２と、集光レンズ５４と、可動スリット素子６２と、光カットフィルタ６４とからなる。可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とは、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間に配置されている。可動スリット素子６２と光カットフィルタ６４とは、コリメートレンズ５２から集光レンズ５４へ向かう方向にこの順に並んで配置されている。
【００８３】
図１２に示すように、可動スリット素子６２は円盤形状を有し、その中心６２ｃがコリメートレンズ５２の光軸上に位置している。可動スリット素子６２にはスリット６２ａが形成されている。スリット６２ａは中心６２ｃの周りを円周方向に延びている。可動スリット素子６２は、スリット６２ａの半径方向の位置、すなわち、中心６２ｃからの距離が任意に変更できるように構成されている。スリット６２ａの半径方向の位置をパラメトリック発生光のうち所望の波長の光の発散角に対応した位置に設定することで、当該所望の波長の光にスリット６２ａを通過させる。ここで、ＢＢＯ結晶３０は２つの波長の光を同一の発散方向に出力している可能性がある。具体的には、ある波長のシグナル光と別の波長のアイドラ光とが同一の方向に出力している可能性がある。そのため、互いに異なる２つの波長の光がスリット６２ａを通過している可能性がある。光カットフィルタ６４は、スリット６２ａを通過した２つの波長の光のうち所望の波長の光を透過してこれを集光レンズ５４に導く。
【００８４】
次に、図１３を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部８の第２の変更例について説明する。
【００８５】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部２０８には、励起光反射ミラー３４は設けられていない。また、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系２５０が設けられている。波長選択・導光光学系２５０は、ＢＢＯ結晶３０の後段に配置されている。
【００８６】
波長選択・導光光学系２５０は、波長選択・導光光学系５０と異なり、コリメートレンズ５２の代わりに穴あき凸レンズ２５２を備え、集光レンズ５４の代わりに別の穴あき凸レンズ２５４を備え、更に、光ストッパ２３５を備えている。したがって、波長選択・導光光学系２５０は、穴あき凸レンズ２５２と光ストッパ２３５と干渉フィルター６０と穴あき凸レンズ２５４とからなる。穴あき凸レンズ２５２と光ストッパ２３５と干渉フィルター６０と穴あき凸レンズ２５４とは、ＢＢＯ結晶３０と光学ファイバー１０との間にＢＢＯ結晶３０から光学ファイバー１０へ向かう方向にこの順に配置されている。穴あき凸レンズ２５２、２５４は、それぞれ、その光軸上に貫通穴を備えている。穴あき凸レンズ２５２、２５４は、これらの光軸がＢＢＯ結晶３０から出力された励起光の伝搬方向に一致するように配置されている。光ストッパ２３５は、穴あき凸レンズ２５２，２５４の光軸上に配置されている。このため、励起光は、穴あき凸レンズ２５２の貫通穴を通過し光ストッパ２３５により遮断される。一方、パラメトリック発生光は、励起光の光軸の周りに円錐状に発散しているため、穴あき凸レンズ２５２の貫通穴の周りに到達し穴あき凸レンズ２５２によりコリメートされ、干渉フィルター６０にて波長選択された後、穴あき凸レンズ２５４により光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎに集光される。
＜第２の実施の形態＞
【００８７】
本発明の第２の実施の形態によるコヒーレント光源３０１について図１４に基づき説明する。
【００８８】
第１の実施の形態のコヒーレント光源１は、パラメトリック発生光の広帯域から所望の１つの波長を選択して出力した。これに対して本実施の形態のコヒーレント光源３０１は、パラメトリック発生光の広帯域から赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長を同時に選択する。
【００８９】
具体的には、コヒーレント光源３０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１と以下の点で異なっている。すなわち、コヒーレント光源３０１は、パラメトリック光発生・波長選択部８の代わりにパラメトリック光発生・波長選択部３０８を備えている。コヒーレント光源３０１は、単一の光学ファイバー１０の代わりに、赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用、青（Ｂ）用の３つの光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを備えている。コヒーレント光源３０１は、単一のコリメートレンズ１２の代わりに、赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用、青（Ｂ）用の３つのコリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを備えている。
【００９０】
パラメトリック光発生・波長選択部３０８は、第１の実施の形態のパラメトリック光発生・波長選択部８と異なり、波長選択・導光光学系５０の代わりに、波長選択・導光光学系３５０を備えている。波長選択・導光光学系３５０は、波長選択・導光光学系５０と異なり、干渉フィルター６０の代わりに、位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とを備えている。すなわち、波長選択・導光光学系３５０は、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とを備えている。位相変調型空間光変調装置６８と反射ミラー６６とは、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４との間にコリメートレンズ５２から集光レンズ５４へ向かう方向にこの順に配置されている。光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの入射端部１０ｒｉｎ，１０ｇｉｎ、１０ｂｉｎは、集光レンズ５４の後段の互いに異なる位置に並列に配置されている。コリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、それぞれ、光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの出射端部１０ｒｏｕｔ、１０ｇｏｕｔ、１０ｂｏｕｔの後段に配置されている。
【００９１】
位相変調型空間光変調装置６８は、位相変調モジュール７０とレーザダイオード７８とレンズ７９とからなる。レーザダイオード７８とレンズ７９と位相変調モジュール７０とはこの順に配置されている。位相変調モジュール７０は、透過型ＬＣＤ７１とレンズ７２と反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ（平行配向型液晶空間光変調器（Parallel Aligned Liquid crystal Spatial Light Modulator））７４とを備えている。透過型ＬＣＤ７１とレンズ７２と反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４とはこの順に配置されている。反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は読み出し面７４ａと書き込み面７４ｂとを備えている。ＬＣＤ７１にはコンピュータ７６が接続されている。位相変調モジュール７０は、反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４の読みだし面７４ａがコリメートレンズ５２と反射ミラー６６とに対向し、透過型ＬＣＤ７１がレンズ７９に対向するように、配置されている。位相変調モジュール７０としては、例えば、ＳＬＭＭ Ｘ７５５０（商品名、浜松ホトニクス株式会社製）を用いることが好ましい。
【００９２】
ＢＢＯ結晶３０から出射したパラメトリック発生光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長の光を含んでいる。これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、ＢＢＯ結晶３０から、励起光の伝搬方向の周りに互いに異なる３つの角度方向に発散しながら円錐状に出射する。したがって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４の読みだし面７４ａ上の互いに異なる３つの位置に入射する。反射型ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は、これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を互いに異なる方向に回折するための屈折率グレーティングとして機能する。
【００９３】
より詳しくは、コンピュータ７６は、ＬＣＤ７１に対し、この屈折率グレーティングに対応した強度パターンを記録する。レーザダイオード７８からの光がレンズ７９及びＬＣＤ７１を透過してＰＡＬ−ＳＬＭ７４の書き込み面７４ｂに入射すると、屈折率グレーティングがＰＡＬ−ＳＬＭ７４に記録される。ＰＡＬ−ＳＬＭ７４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光が読みだし面７４ａ上に入射すると、これらを互いに異なる方向に回折する。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、反射ミラー６６及び集光レンズ５４を経て、対応する互いに異なる方向に伝搬する。光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂの入射端部１０ｒｉｎ、１０ｇｉｎ、１０ｂｉｎは、それぞれ、この対応する方向に配置されている。このため、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光は、それぞれ、対応する光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射する。各色の光は、対応する光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂにより導光され、対応するコリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂによってコリメートされる。コリメートレンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを透過したＲＧＢのコリメート光は、例えば、カラー映像やカラーホログラム映像を生成するのに用いられる。
【００９４】
以上のように、本実施の形態のコリメート光源３０１はＲＧＢの３つの光を同時に発生することができる。このため、ＲＧＢを発生するために３つのレーザを用意する必要がなくなる。
【００９５】
なお、コンピュータ７６がＬＣＤ７１に記録する強度パターンを変更すれば、ＲＧＢ以外の任意の３つの波長の光を選択して光学ファイバー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに導くことができる。したがって、３原色の波長を可変できるカラー画像生成装置、例えば、カラープリンターを構成することができる。
【００９６】
さらに、任意の個数の光学ファイバー１０を予め用意し、コンピュータ７６がＬＣＤ７１に記録する強度パターンを調整すれば、任意の複数の波長の光を選択して光学ファイバー１０に導くこともできる。非同軸位相整合条件にあるＢＢＯ結晶３０から発生するパラメトリック発生光はシグナル光（可視）のみならずアイドラ光（近赤外）をも含み非常に広いスペクトル分布を有している。その中から任意の複数の光を選択して出力することができる。
＜第３の実施の形態＞
【００９７】
本発明の第３の実施の形態によるコヒーレント光源４０１について図１５乃至図１７の（ｂ）に基づき説明する。
【００９８】
本実施の形態のコヒーレント光源４０１は、所望の波長のパラメトリック発生光を選択的に増幅して出力するためのものである。本実施の形態のコヒーレント光源４０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１に対し、図１５に示すように、シード光発生用光源８０とシード光・励起光結合光学系８２とが追加されている点を除き、コヒーレント光源１と同一である。なお、図１５，図１６では、波長選択・導光光学系５０を模式的に図示しているが、波長選択・導光光学系５０は、第１の実施の形態同様、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と干渉フィルター６０とから構成されている。
【００９９】
シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長のシード光を発生させるためのレーザである。なお、所望の波長とは、ＢＢＯ結晶３０から非同軸位相整合にて発生する複数対のシグナル光及びアイドラ光のうちのシグナル光またはアイドラ光の波長である。
【０１００】
シード光発生用光源８０は、連続発振レーザでも良く、パルス発振レーザでも良い。シード光発生用光源８０がパルス発振である場合には、シード光発生用光源８０のパルス発振タイミングを調整して、パルス励起光がＢＢＯ結晶３０に入射する直前にシード光をＢＢＯ結晶３０に照射すれば良い。
【０１０１】
シード光・励起光結合光学系８２は、シード光と励起光との両方をＢＢＯ結晶３０に入射させるためのものである。
【０１０２】
シード光・励起光結合光学系８２は、図１６に示すように、光学ファイバー８４、脱着用治具８６、コリメートレンズ８８、偏光板９０、集光レンズ９２、及び、励起光透過・シード光反射用ミラー９４からなる。なお、図１６では、ＢＢＯ結晶３０の光学軸３０ａと励起光の偏光成分とは共に図の紙面に平行な面内にあり、ＢＢＯ結晶３０で発生するパラメトリック光の偏光成分は図の紙面に対して直交している。
【０１０３】
光学ファイバー８４は、シード光発生用光源８０から出力されたシード光を導くためのものである。脱着用治具８６は、光学ファイバー８４の出射端部がコリメートレンズ８８に対向するように、光学ファイバー８４を固定するためのものである。コリメートレンズ８８は、光学ファイバー８４から出射したシード光をコリメートする。偏光板９０は、コリメートレンズ８８を透過したシード光の偏光方向をパラメトリック発生光の偏光成分と平行になるように調整する。この例では、偏光板９０は、シード光を、紙面の向きに垂直な直線偏光に変換する。なお、偏光板９０の代わりに、波長板を用いてもよい。
【０１０４】
集光レンズ９２は、偏光板９０を透過したシード光をＢＢＯ結晶３０の入射表面３０ｉｎに集光するためのものである。
【０１０５】
励起光透過・シード光反射用ミラー９４は、図１５に示すように、励起光用反射ミラー６からの励起光を透過して励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させると共に、集光レンズ９２からのシード光を反射することによって、シード光を励起光の光軸に沿ってＢＢＯ結晶３０に入射させるためのものである。
【０１０６】
ここで、集光レンズ９２の焦点距離について図１７を参照して説明する。
【０１０７】
シード光は、集光レンズ９２にてＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上に収束されながら入射する。シード光は、ＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上で励起光と交差し、ＢＢＯ結晶３０内にて励起光の伝搬方向の周りに円錐状に発散する。シード光のＢＢＯ結晶３０の入射面３０ｉｎ上への収束角度、及び、ＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inは集光レンズ９２の焦点距離に依存する。本実施の形態では、集光レンズ９２の焦点距離は、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inが所望の波長の光を含む一対のシグナル光及びアイドラ光の発散角度ξｓ（ｊ）及びξｉ（ｊ）より大きくなるような値に設定されている。なお、図１７においても、励起光の偏光方向は図の紙面に平行な面内にあり、シード光、シグナル光、アイドラ光の偏光方向は紙面に対して直交している。
【０１０８】
かかる構成のもと、シード光発生用光源８０は、励起光発生部２がＢＢＯ結晶３０に励起光を入射する前に、増幅させたい所望の波長の光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させる。シード光がＢＢＯ結晶３０に入射している状態で、励起光発生部２が励起光をＢＢＯ結晶３０に入射させる。ＢＢＯ結晶３０内において、シード光と励起光とは交差する。すなわち、シード光は、励起光の光軸の周りに、発散角度δθSEED,inにて発散している。ＢＢＯ結晶３０内では、複数対のシグナル光とアイドラ光とが発生し、励起光の伝搬方向の周りに発散する。ここで、増幅させたい所望の波長の光を含む一対のシグナル光及びアイドラ光は、発散しているシード光の内側で発散する。このため、これらシグナル光及びアイドラ光は、シード光のうち当該シグナル光及びアイドラ光の伝搬方向と平行に伝搬している成分により増幅される。したがって、ＢＢＯ結晶３０は、所望の波長の光及び対応する波長の光を強度の大きい状態にて出力する。
【０１０９】
例えば、ＢＢＯ結晶３０から出力される一対のシグナル光とアイドラ光である波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を選択して増幅したいとする。この場合には、シード光発生用光源８０は６５０ｎｍの半導体レーザからなる。集光レンズ９２はこの６５０ｎｍのレーザ光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させる。また、集光レンズ９２の焦点距離は、シード光がＢＢＯ結晶３０内で発散する発散角度δθSEED,inが波長６５０ｎｍのシグナル光の発散角度ξｓと波長７８１ｎｍのアイドラ光の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定されている。その結果、ＢＢＯ結晶３０内では、波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光とが共にシード光により増幅される。波長選択・導光光学系５０によって６５０ｎｍの光を選択し光学ファイバー１０に導光すれば、大強度の６５０ｎｍのコヒーレント光を出力することができる。
【０１１０】
図１８の（ａ）に、６５０ｎｍのシード光を上記の条件にてＢＢＯ結晶３０に入射した場合にＢＢＯ結晶３０から出力されるスペクトルをマルチチャンネル計測器で測定した実験結果を示す。なお、比較例として、図１８の（ｂ）に、ＢＢＯ結晶３０にシード光を入射させなかった場合にＢＢＯ結晶３０から出力されるスペクトルを示す。６５０ｎｍのシード光をＢＢＯ結晶３０に入射させると、６５０ｎｍ及び７８１ｎｍの光が増幅されることがわかる。
【０１１１】
以上のように、本実施の形態によれば、所望の波長のシード光をＢＢＯ結晶３０にあらかじめ注入しておくことにより、その波長の光、及び、その波長の光と対になっている光を選択的に増幅し出力することができる。
【０１１２】
なお、上記説明では、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長のシード光を発生させていた。上記の例では、６５０ｎｍのシグナル光と７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を増幅させたい場合に、６５０ｎｍの光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させていた。しかしながら、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長の光と対になっている光の波長のシード光を発生させてもよい。すなわち、シード光発生用光源８０は、増幅させたい所望の波長と対になっている波長のシード光を発生させるように構成しても良い。例えば、６５０ｎｍのシグナル光と７８１ｎｍのアイドラ光のうち６５０ｎｍのシグナル光を増幅させたい場合に、７８１ｎｍの光をシード光としてＢＢＯ結晶３０に入射させるようにしても良い。集光レンズ９２の焦点距離を、このシード光がＢＢＯ結晶３０内で発散する発散角度δθSEED,inが波長６５０ｎｍのシグナル光の発散角度ξｓと波長７８１ｎｍのアイドラ光の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定していれば良い。波長６５０ｎｍのシグナル光と波長７８１ｎｍのアイドラ光とが共にシード光により増幅される。
【０１１３】
また、上記説明では、集光レンズ９２の焦点距離を、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散角度δθSEED,inが所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）の発散角度ξｓとそれと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の発散角度ξｉより大きくなるような値に設定していた。しかしながら、シード光の発散角度δθSEED,inは所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）の発散角度ξｓとそれと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の発散角度ξｉのうちの少なくとも一つより大きければ良い。所望の波長のシグナル光（またはアイドラ光）、及び、それと対になっているアイドラ光（またはシグナル光）の両方をシード光により増幅することができる。
＜第４の実施の形態＞
【０１１４】
本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源５０１について図１９乃至図２１の（ｂ）に基づき説明する。
【０１１５】
図１９に示すように、本実施の形態のコヒーレント光源５０１は、第１の実施の形態のコヒーレント光源１とは異なり、パラメトリック光発生・波長選択部８の代わりにパラメトリック光発生・波長選択部５０８を備えている。パラメトリック光発生・波長選択部５０８は、パラメトリック光発生・波長選択部８とは異なり、２つのＢＢＯ結晶３０（以下、「第１のＢＢＯ結晶３０−１」、及び、「第２のＢＢＯ結晶３０−２」という）を備えている。第１のＢＢＯ結晶３０−１、及び、第２のＢＢＯ結晶３０−２は、励起光用反射ミラー６から励起光反射ミラー３４に向かってこの順にカスケードに配置されている。波長選択・導光光学系５０は、第２のＢＢＯ結晶３０−２の後段に配置されている。波長選択・導光光学系５０は、第１及び第２のＢＢＯ結晶３０−１，３０−２から出力されたパラメトリック発生光のうち所望の波長の光を選択して光学ファイバー１０に導光する。以上の点を除けば、本実施の形態のコヒーレント光源５０１は第１の実施の形態のコヒーレント光源１と同一である。なお、図１９では、第３の実施の形態の図１５同様、波長選択・導光光学系５０を模式的に図示しているが、波長選択・導光光学系５０は、第１の実施の形態同様、コリメートレンズ５２と集光レンズ５４と干渉フィルター６０とから構成されている。
【０１１６】
第１のＢＢＯ結晶３０−１と第２のＢＢＯ結晶３０−２とは、図２０の（ａ）に示すように、第１の実施の形態のＢＢＯ結晶３０と同一の形状及び同一の寸法を有している。なお、ＢＢＯ結晶３０−１の光学軸３０−１ａは図の紙面に平行な面内にある。励起光の偏光成分は図の紙面に平行な面内にある。このため、ＢＢＯ結晶３０−１で生じるパラメトリック発生光の偏光成分は図の紙面に対し直交している。また、ＢＢＯ結晶３０−２の光学軸３０−２ａも図の紙面に平行な面内にある。このため、ＢＢＯ結晶３０−２で生じるパラメトリック光の偏光成分も図の紙面に対し直交している。
【０１１７】
より詳しくは、ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎと出射面３０−１ｏｕｔとは平行に形成されている。また、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎと出射面３０−２ｏｕｔとは平行に形成されている。ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎと出射面３０−１ｏｕｔとは、切り出し角度φ１で切り出されており、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎと出射面３０−２ｏｕｔは、切り出し角度φ２で切り出されている。切り出し角度φ１と切り出し角度φ２とは互いに等しい。この例では、φ１＝φ２＝２１．７゜である。
【０１１８】
また、第１のＢＢＯ結晶３０−１は、第１の実施の形態のＢＢＯ結晶３０と同様、第１のＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬する励起光と光学軸（ｃ軸）３０−１ａとのなす角度θ１が３５゜であるように配置されている。第２のＢＢＯ結晶３０−２も、第２のＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する励起光と光学軸（ｃ軸）３０−２ａとのなす角度θ２が３５゜であるように配置されている。すなわち、θ１＝θ２＝３５゜である。
【０１１９】
励起光用反射ミラー６がビーム成形部４から受け取った励起光を反射する方向（以下、「励起光用反射ミラー光軸６ａ」という）と、光学軸３０−１ａ、３０−２ａと、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内での励起光の伝搬方向と、ＢＢＯ結晶３０−１の入射面３０−１ｉｎ及び出力面３０−１ｏｕｔの法線３０−１ｎと、ＢＢＯ結晶３０−２の入射面３０−２ｉｎ及び出力面３０−２ｏｕｔの法線３０−２ｎとは、すべて、同一平面（図２０の（ａ）の紙面に平行な面）内にある。しかも、光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとは、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２内の励起光の伝搬方向に対して反対方向に同一角度θ１，θ２だけ傾いている。ここで、ＢＢＯ結晶３０−１内部での励起光の伝搬方向と光軸６ａとのなす角度γ１と、ＢＢＯ結晶３０−２内部での励起光の伝搬方向と光軸６ａとのなす角度γ２とは互いに等しい。すなわち、γ１＝γ２である。法線３０−１ｎと法線３０−２ｎとは、光軸６ａに対して反対方向に同一角度（θ１−φ１＋γ１）、（θ２−φ２＋γ２）だけ傾いている。励起光は、ＢＢＯ結晶３０−１を出射した後ＢＢＯ結晶３０−２に入射するまでの間光軸６ａに平行な方向に伝搬し、ＢＢＯ結晶３０−２から出射した後も光軸６ａ上を再び伝搬する。
【０１２０】
このように、光学軸３０−１ａ、３０−２ａの向きは、光軸６ａ及びＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内での励起光の伝搬方向に対して互いに逆方向に向いている。したがって、図２０の（ｂ）に示すように、ＢＢＯ結晶３０−１で発生した複数対のシグナル光、アイドラ光のうちの多くの光が、ＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する際、その伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２内で発生する同一波長のシグナル光、アイドラ光の発散方向と平行となる。このため、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちの多くの光が、ＢＢＯ結晶３０−２内においてシード光として機能する。
【０１２１】
ここで、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２の光学軸３０−１ａ、３０−２ａの向きが光軸６ａや励起光伝搬方向に対し逆方向でなく同一方向となるように配置されたと仮定する。その場合には、ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック光のうちいずれか１つの組のシグナル光・アイドラ光しか、ＢＢＯ結晶３０−２内を伝搬する際、その伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２で発生する対応する組の伝搬方向と一致しない。したがって、ＢＢＯ結晶３０−２は、ある一組のシグナル光・アイドラ光の波長だけしか増幅することができない。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態では、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２は、その光学軸の向きが励起光に対し互いに逆方向となるように配置されている。このため、ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック発生光のうちの多くの組のシグナル光・アイドラ光のＢＢＯ結晶３０−２内での伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２で発生する対応する組のシグナル光・アイドラ光の伝搬方向と一致する。ＢＢＯ結晶３０−１から発生したパラメトリック光のうちの多くの組のシグナル光・アイドラ光が、ＢＢＯ結晶３０−２においてシード光として機能する。ＢＢＯ結晶３０−２において広い波長範囲にて増幅が行われる。
【０１２３】
なお、光学軸３０−１ａと３０−２ａとは、光軸６ａ及びＢＢＯ結晶３０−１，３０−２内の励起光の伝搬方向と同一平面内にあり、かつ、光軸６ａ及び励起光の伝搬方向に対し互いに反対側を向いていればよい。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック光のうちの多くのＢＢＯ結晶３０−２内での伝搬方向が、ＢＢＯ結晶３０−２内で発生した同一波長のパラメトリック光の伝搬方向と平行となるからである。したがって、光学軸３０−１ａとＢＢＯ結晶３０−１内の励起光の伝搬方向とのなす角度θ１は光学軸３０−２ａとＢＢＯ結晶３０−２内の励起光の伝搬方向とのなす角度θ２と異なっていてもよい。光学軸３０−１ａと光軸６ａとのなす角度（θ１＋γ１）も光学軸３０−２ａと光軸６ａとのなす角度（θ２＋γ２）と異なっていてもよい。したがって、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する相対角度位置の許容範囲が広がり、ＢＢＯ結晶３０−２をＢＢＯ結晶３０−１に対し配置しやすい。
【０１２４】
ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の切り出し角度φ１，φ２は２１．７°には限られない。なお、切り出し角度φ１，φ２の値によっては、法線３０−１ｎ、３０−２ｎが光軸６ａと一致するようにＢＢＯ結晶３０−１，３０−２を配置し、角度γ１、γ２を０°にすることもできる。
【０１２５】
また、上記説明では、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２の切り出し角φ１，φ２は互いに同一であったが、異なっていてもよい。たとえば、１〜２°の相違があってもよい。
【０１２６】
上記の説明では、ＢＢＯ結晶３０−１の出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとは互いに平行であり、ＢＢＯ結晶３０−２の出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとは互いに平行であった。しかしながら、出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとは平行でなくてもよく、また、出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとは平行でなくてもよく。ただし、出力面３０−１ｏｕｔと入射面３０−１ｉｎとのなす角度、及び、出力面３０−２ｏｕｔと入射面３０−２ｉｎとのなす角度が大きすぎると、図２０の（ｃ）に示すように、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光の伝搬方向とＢＢＯ結晶３０−２で発生したパラメトリック発生光との伝搬方向がＢＢＯ結晶３０−２内において大きくずれてしまい、十分な増幅効果が得られない。
【０１２７】
なお、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２とは互いに隣接していれば良い。ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２が隣接していないと、ＢＢＯ結晶３０−１から出力されたパラメトリック発生光が円周状に大きく広がりすぎてしまい、強度が弱くなり、シード光として役立たなくなってしまう。
【０１２８】
なお、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２は、互いに接着されていてもよいが、接着されていなくてもよい。
【０１２９】
また、図示しないが、第１のＢＢＯ結晶３０−１と第２のＢＢＯ結晶３０−２の表面全体にはＡＲコーティングが形成されており、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の表面を保護している。したがって、表面を傷つけることなく２つの結晶３０−１、３０−２の間の距離を短くすることができる。
【０１３０】
かかる構成の本実施の形態のコヒーレント光源５０１によれば、ＢＢＯ結晶３０−１は、励起光の入射により複数組のシグナル光とアイドラ光とからなるパラメトリック発生光を生成する。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光は、複数の波長のシード光として、励起光と共に、ＢＢＯ結晶３０−２に入射する。その結果、ＢＢＯ結晶３０−２は、複数の波長に亘って増幅された高強度のパラメトリック光を発生する。
【０１３１】
図２１の（ａ）に、ＢＢＯ結晶３０−１と３０−２とを上述のようにカスケード配置した場合に得られる出力スペクトルをマルチチャンネル計測器で測定した結果を示す。なお、比較例として、単一のＢＢＯ結晶３０から得られる出力スペクトルを測定した結果を図２１の（ｂ）に示す。２個のＢＢＯ結晶３０をカスケード配置すれば、１個のＢＢＯ結晶３０のみを使用した場合の１００倍以上の増強効果が複数の波長に亘って得られることがわかる。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態によれば、ＢＢＯ結晶３０を複数個カスケード配置させて励起することによって、広い波長範囲に亘って極めて大きいエネルギ増強を達成することができる。
【０１３３】
なお、上述の説明では、結晶３０−１内における励起光伝搬方向と光学軸３０−１ａとのなす角度、及び、結晶３０−２内における励起光伝搬方向と光学軸３０−２ａとのなす角度とは、共に３５゜に設定されており、非同軸位相整合を発現させていた。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０−１は、結晶３０−１内における励起光伝搬方向と光学軸３０−１ａとのなす角度が非同軸整合条件を満たすしきい値３２．９４°より大きくなるような向きに配置されていればよい。また、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する向き（角度位置）は、光学軸３０−２ａの結晶３０−２内での励起光伝搬方向に対する向きが光学軸３０−１ａの結晶３０−１内での励起光伝搬方向に対する向きとは逆向きで、かつ、光学軸３０−２ａと結晶３０−２内での励起光伝搬方向とのなす角度が非同軸整合条件を満たす所定のしきい値３２．９４°より大きければよい。ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光の多くがＢＢＯ結晶３０−２内でシード光として機能する。このため、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する相対角度位置の許容範囲が広く、ＢＢＯ結晶３０−２のＢＢＯ結晶３０−１に対する向きの自由度が高く、これら結晶を配置しやすい。
【０１３４】
なお、上記の説明では、２個のＢＢＯ結晶３０をカスケードに配置したが、より多くの数のＢＢＯ結晶３０をカスケードに配置し多段増幅を行うようにしても良い。
【０１３５】
次に、図２２を参照して、パラメトリック光発生・波長選択部５０８の変更例について説明する。
【０１３６】
本変更例のパラメトリック光発生・波長選択部６０８では、パラメトリック光発生・波長選択部５０８と異なり、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２との間にフィルタ９９が配置されている。フィルタ９９はシグナル光を遮断するためのものである。フィルタ９９にはＢＢＯ結晶３０−１で生成されたパラメトリック発生光が入射する。フィルタ９９は、入射したパラメトリック発生光のうちアイドラ光のみを透過させてＢＢＯ結晶３０−２へ入射させる。ＢＢＯ結晶３０−２には、励起光とアイドラ光とが入射し、アイドラ光はシード光として機能する。
【０１３７】
上述のように、ＢＢＯ結晶３０−１では、励起光の入射に応じて、シグナル光（この例では可視光）とアイドラ光（この例では近赤外光）とが同時に発生する。ここで、シグナル光はＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬する際、屈折率の波長分散により、そのパルス幅が大きくなっていく。一方、アイドラ光はＢＢＯ結晶３０−１内を伝搬するにつれそのパルス幅が圧縮されていく。より詳しくは、図５を参照して説明したように、ＢＢＯ結晶の非同軸位相整合ではアイドラ光の分散角度は大きい。しかも、波長が長い程励起光の光軸から離れる。このため、アイドラ光は、波長が長い程、ＢＢＯ結晶３０−１内を通過する経路長が長くなり、ＢＢＯ結晶３０−１から出射する時間が遅れる。その一方、光は媒質中では波長が長い程媒質中を速く進む。このため、パラメトリック発生光がＢＢＯ結晶３０−１から出射しＢＢＯ結晶３０−２に入射する時点では、シグナル光のパルス幅は伸長しており、一方、アイドラ光のパルス幅は圧縮されている。
【０１３８】
そこで、本変更例では、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちシグナル光をフィルタ９９により遮断しアイドラ光のみをＢＢＯ結晶３０−２へ入射させる。したがって、狭パルスのシード光を第２のＢＢＯ結晶３０−２に入射させることができる。ＢＢＯ結晶３０−２内では、ＢＢＯ結晶３０−２内で発生したパラメトリック発生光が狭パルスのシード光にて増幅されるため、狭パルスの高強度パラメトリック発生光が発生する。
【０１３９】
励起光のパルス幅がフェムト秒レベル、特に、数十フェムト秒以下である場合には、ＢＢＯ結晶３０−１の屈折率の波長分散により、ＢＢＯ結晶３０−１で発生するシグナル光のパルス幅は励起光のパルス幅の数１０％から数倍に大きくなる。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０−１で発生したパラメトリック発生光のうちアイドラ光のみをシード光として使用すれば、シグナル光とアイドラ光の両方をシード光として使用するのに比べ、ＢＢＯ結晶３０−２で得られるパラメトリック発生光のパルス幅を小さくすることができる。
＜第５の実施の形態＞
【０１４０】
次に、本発明の第４の実施の形態によるコヒーレント光源５０１について図２３〜図２５に基づいて説明する。
【０１４１】
図２３に示すように、本実施の形態のコヒーレント光源７０１は、第４の実施の形態のコヒーレント光源５０１と異なり、パラメトリック光発生・波長選択部５０８の代わりに、パラメトリック光発生・波長選択部７０８を備えている。パラメトリック光発生・波長選択部７０８は、載置台９５と回転台９６とを備えている。回転台９６は回転軸９６ａを有しており、回転軸９６ａの周りに回転可能になっている。載置台９５は回転台９６上に配置されている。本実施の形態では、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２と励起光反射ミラー３４と光ストッパ３５と波長選択・導光光学系５０と光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎとは、載置台９５上に配置されている。回転台９６には取っ手９８が設けられており、ユーザが取っ手９８を握って回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させることができる。
【０１４２】
以下、パラメトリック光発生・波長選択部７０８について図２４及び図２５を参照して詳細に説明する。
【０１４３】
図２４に示すように、回転台９６は、回転軸９６ａが励起光用反射ミラー６の光軸６ａと垂直に交差するように、励起光用反射ミラー６に対して配置されている。なお、図２４において、励起光用反射ミラー６の光軸６ａは図の紙面に平行な面内にある。回転軸９６ａは図の紙面に対して直交している。
【０１４４】
載置台９５上には、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２と励起光反射ミラー３４と波長選択・導光光学系５０と光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎとが所定の基準軸９５ａに沿ってこの順に配置・固定されている。基準軸９５ａは載置台９５上に延びている。なお、図２４において、載置台９５及び基準軸９５ａは図の紙面に平行な面内に延びている。載置台９５は、回転軸９６ａがＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２との間の中心位置において基準軸９５ａと直交するように、回転台９６上に配置されている。
【０１４５】
ここで、ＢＢＯ結晶３０−１とＢＢＯ結晶３０−２とは、以下の条件を満足するように、配置されている。
【０１４６】
すなわち、光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａと法線３０−１ｎ（入射面３０−１ｉｎ及び出射面３０−１ｏｕｔの法線）と法線３０−２ｎ（入射面３０−２ｉｎ及び出射面３０−２ｏｕｔの法線）と基準軸９５ａとが同一平面内（図２４の紙面に平行な面内）にある。光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとは、基準軸９５ａに対して反対方向に同一角度だけ傾いている。法線３０−１ｎと法線３０−２ｎとは、基準軸９５ａに対して反対方向に同一角度だけ傾いている。
【０１４７】
ユーザが取っ手９８を握って回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させると、基準軸９５ａが回転軸９６ａの周りに回転し、基準軸９５ａと光軸６ａとのなす角度αが変化する。例えば、図２５に示すように、基準軸９５ａと光軸６ａとのなす角度αが０°になった場合には、基準軸９５ａと光軸６ａとが一致する。このように、回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させることにより、光軸６ａに沿って伝搬されてくる励起光のＢＢＯ結晶３０−１及びＢＢＯ結晶３０−２への入射角度を変化させることができる。その結果、ＢＢＯ結晶３０−１、３０−２内で増幅される波長域が変化し、波長選択・導光光学系５０で選択される所望の波長の光の強度が変動する。そこで、回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させながらコリメートレンズ１２から出力される光の出力の変動をモニターすれば、所望の波長の光の出力が最も強力となる回転台９６の角度位置（αの値）を決定することができる。
【０１４８】
さらに、波長選択・導光光学系５０内に設けられた干渉フィルター６０の傾きを変更し出力波長を変更するたびに回転台９６を回転軸９６ａの周りに回転させ出力が最大となる角度位置を探すことにより、所望の波長の光を常に高強度で出力することができる。
【０１４９】
また、所望の波長の出力が強力となるＢＢＯ結晶の角度位置が環境温度等の変化により変化しても、回転台９６を回転するだけで、所望の波長の出力を強力とすることができる。
【０１５０】
このように、ＢＢＯ結晶３０−１から光学ファイバー１０の入射端部１０ｉｎまでの光学素子を一体化して回転台９６上に配置して全体を回転させることにより、所望の波長の光を強力に発生させることができる。
【０１５１】
なお、光学軸３０−１ａと基準軸９５ａとのなす角度は光学軸３０−２ａと基準軸９５ａとのなす角度とは異なっていてもよい。法線３０−１ｎと基準軸９５ａとのなす角度も法線３０−２ｎと基準軸９５ａとのなす角度と異なっていてもよい。光学軸３０−１ａと光学軸３０−２ａとが基準軸９５ａに対して互いに逆方向に向いていればよい。
【０１５２】
また、波長選択・導光光学系５０から干渉フィルター６０を除去し、干渉フィルター６０を光学ファイバー１０の出射端部１０ｏｕｔの後段に設けてもよい。
【０１５３】
本発明によるコヒーレント光源は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【０１５４】
例えば、上述の実施の形態のコヒーレント光源では、ＢＢＯ結晶３０を使用していた。このため、紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ波長の中から任意の波長を選択して出力することができた。しかしながら、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＢＯ(ＬｉＢ３Ｏ５)、ＣＬＢＯ(ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０)、ＫＤＰ(ＫＨ２ＰＯ４)、及び、ＫＤ＊Ｐ(ＫＤ２ＰＯ４) 等の非線形光学結晶を配置しても良い。ＢＢＯ結晶を使用した場合と同様に、紫外領域から可視領域を経て近赤外にまで及ぶ波長の中から任意の波長を選択して出力することができる。
【０１５５】
なお、近赤外領域のみの中から任意の波長を選択して出力すればよい場合には、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＮ(ＬｉＮｂＯ３)、ＫＴＰ(ＫＴｉＯＰＯ４)、及び、ＫＮ(ＫＮｂＯ３) 等の非線形光学結晶を配置すれば良い。
【０１５６】
更に、中赤外領域のみの中から任意の波長を選択して出力すればよい場合には、ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２等の非線形光学結晶を配置すれば良い。
【０１５７】
ＢＢＯ結晶３０の代わりに、ＬＮ、ＬＴ(ＬｉＴａＯ３)、ＫＴＰ等の周期分極構造結晶を使用しても良い。
【０１５８】
ＢＢＯ結晶３０の代わりにＢＢＯ結晶以外の結晶を用いる場合にも、結晶内の励起光の伝搬方向と結晶の光学軸とのなす角度を所定のしきい値より大きな角度に選択することで、非同軸位相整合を発現させることができる。この場合のしきい値は、結晶固有の屈折率の波長分散特性と励起光の波長に応じて定まる。なお、第４、第５の実施形態の場合においては、ＢＢＯ結晶３０−１，３０−２の代わりに、他の互いに同一な材料の結晶を２つカスケード配置すればよい。
【０１５９】
波長選択・導光光学系５０は上述以外の構成でもよい。１つ以上の所望の波長の光を選択し光学ファイバー１０まで導光できればよい。シード光・励起光結合光学系８２も上述以外の構成でもよい。シード光を励起光と共にＢＢＯ結晶３０に導き、シード光のＢＢＯ結晶３０内での発散方向が所望の波長のシグナル光（あるいはアイドラ光）及びそれと対となっているアイドラ光（あるいはシグナル光）の発散角度を含んでいればよい。
【０１６０】
励起光発生部２や、ビーム成形部４も、上述の構成に限られない。
【０１６１】
ビーム成形部４や励起光用反射ミラー６は備えなくても良い。
【０１６２】
励起光発生部２は、パルス状の励起光を発生させるのではなく、連続発振励起光を発生させるのでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明のコヒーレント光源は、プリンターや、画像表示装置、レーザ加工機、医療用レーザ光源、各種検出用レーザ光源等に幅広く用いることができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１ コヒーレント光源
２ 励起光発生部
４ ビーム成形部
６ 励起光用反射ミラー
８ パラメトリック光発生・波長選択部
１０ 光学ファイバー
１０ｉｎ 入射端部
１０ｏｕｔ 出射端部
１２ コリメートレンズ
２０ 基本励起レーザ
２２ 高調波発生素子
２４ 波長分離器
２６ 励起光用反射ミラー
２８ 光ストッパ
３０ ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶
３０ａ 光学軸
３４ 励起光反射ミラー
３５ 光ストッパ
５０ 波長選択・導光光学系
５２ コリメートレンズ
６０ 干渉フィルター
６０ａ 軸
５４ 集光レンズ
１０８ パラメトリック光発生・波長選択部
１５０ 波長選択・導光光学系
６２ 可動スリット素子
６４ 光カットフィルタ
２０８ パラメトリック光発生・波長選択部
２５０ 波長選択・導光光学系
２５２ 穴あき凸レンズ
２５４ 穴あき凸レンズ
２３５ 光ストッパ
３０１ コヒーレント光源
３０８ パラメトリック光発生・波長選択部
１０ｒ 赤（Ｒ）用の光学ファイバー
１０ｇ 緑（Ｇ）用の光学ファイバー
１０ｂ 青（Ｂ）用の光学ファイバー
１２ｒ 赤（Ｒ）用のコリメートレンズ
１２ｇ 緑（Ｇ）用のコリメートレンズ
１２ｂ 青（Ｂ）用のコリメートレンズ
３５０ 波長選択・導光光学系
６８ 位相変調型空間光変調装置
６６ 反射ミラー
４０１ コヒーレント光源
８０ シード光発生用光源
８２ シード光・励起光結合光学系
８４ 光学ファイバー
８６ 脱着用治具
８８ コリメートレンズ
９０ 偏光板
９２ 集光レンズ
９４ 励起光透過・シード光反射用ミラー
５０１ コヒーレント光源
５０８ パラメトリック光発生・波長選択部
３０−１ 第１のＢＢＯ結晶
３０−２ 第２のＢＢＯ結晶
６０８ パラメトリック光発生・波長選択部
９９ フィルタ
７０１ コヒーレント光源
７０８ パラメトリック光発生・波長選択部
９５ 載置台
９５ａ 基準軸
９６ 回転台
９６ａ 回転軸
９８ 取っ手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光出力手段と、
該励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する非線形光学結晶と、
該非線形光学結晶から出力した複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択する波長選択手段と
を備えていることを特徴とするコヒーレント光源。
【請求項２】
前記複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも前記波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くための光学ファイバーを更に備えていることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、該一つの波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光及び該一つの波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させるシード光入射手段を更に備え、
前記波長選択手段が該増幅されたパラメトリック発生光のうちから少なくとも一つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記非線形光学結晶は、
前記励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第１の非線形光学結晶と、
該第１の非線形光学結晶の後段に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力する励起光に対して所定の非同軸位相整合位置に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力した励起光及び複数のパラメトリック発生光の入射に応じて励起光を伝搬させて出力すると共に波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第２の非線形光学結晶とからなり、
前記波長選択手段は、該第１及び第２の非線形光学結晶が出力した該複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源。
【請求項１】
励起光を出力する励起光出力手段と、
該励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する非線形光学結晶と、
該非線形光学結晶から出力した複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択する波長選択手段と
を備えていることを特徴とするコヒーレント光源。
【請求項２】
前記複数のパラメトリック発生光のうち少なくとも前記波長選択手段により選択されたパラメトリック発生光を所望の位置まで導くための光学ファイバーを更に備えていることを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
一つの波長のシード光を前記非線形光学結晶に対し入射し、該一つの波長と同一の波長を有するパラメトリック発生光及び該一つの波長に対応する波長を有するパラメトリック発生光を増幅させるシード光入射手段を更に備え、
前記波長選択手段が該増幅されたパラメトリック発生光のうちから少なくとも一つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記非線形光学結晶は、
前記励起光出力手段が出力する励起光に対し所定の非同軸位相整合位置に配置され、入射した励起光を伝搬させて出力すると共に、励起光の入射に応じて波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第１の非線形光学結晶と、
該第１の非線形光学結晶の後段に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力する励起光に対して所定の非同軸位相整合位置に配置され、該第１の非線形光学結晶が出力した励起光及び複数のパラメトリック発生光の入射に応じて励起光を伝搬させて出力すると共に波長が互いに異なる複数のパラメトリック発生光を発生し励起光の出力方向の周りの互いに異なる複数の発散方向に出力する第２の非線形光学結晶とからなり、
前記波長選択手段は、該第１及び第２の非線形光学結晶が出力した該複数のパラメトリック発生光のうちから少なくとも１つの波長を有するパラメトリック発生光を選択することを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光源。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１０−２８６８５４（Ｐ２０１０−２８６８５４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０７５１（Ｐ２０１０−１８０７５１）
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【分割の表示】特願２００４−１６８３３（Ｐ２００４−１６８３３）の分割
【原出願日】平成１６年１月２６日（２００４．１．２６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【分割の表示】特願２００４−１６８３３（Ｐ２００４−１６８３３）の分割
【原出願日】平成１６年１月２６日（２００４．１．２６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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