光源装置およびスペクトル分析装置
【課題】波長成分内の干渉による分析等への影響を低減できる光源装置およびスペクトル分析装置を提供する。
【解決手段】スペクトル分析装置１は、試料Ａに光を照射する光源装置２と、試料Ａからの反射光、透過光、または散乱光を検出する検出装置３と、試料Ａを載置する試料載置部４とを備えている。光源装置２は、広帯域光源２０及び光照射部２３を備えている。広帯域光源２０は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）といった広帯域光Ｐ１を生成する。また、光源装置２は、広帯域光Ｐ１の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備える。
【解決手段】スペクトル分析装置１は、試料Ａに光を照射する光源装置２と、試料Ａからの反射光、透過光、または散乱光を検出する検出装置３と、試料Ａを載置する試料載置部４とを備えている。光源装置２は、広帯域光源２０及び光照射部２３を備えている。広帯域光源２０は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）といった広帯域光Ｐ１を生成する。また、光源装置２は、広帯域光Ｐ１の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびスペクトル分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広い帯域幅を有する広帯域光は、例えばスペクトル分析等の光源として利用される。スペクトル分析等の光源としては、従来よりランプやＬＥＤが広く用いられてきたが、単位波長・単位面積あたりのパワーが小さく、試料を精度よく分析できない場合があった。これに対し、例えばスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）のような広帯域光は、集光性が優れているため微量の試料を精度よく分析でき、スペクトル分析等の光源として期待されている。なお、このような広帯域光源としては、例えば特許文献１に記載された光源装置がある。
【特許文献１】国際公開第２００６／１０６６６９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
共振器構造により発振された光のような高いコヒーレンシーを有する光が或る対象に照射された場合、干渉が発生し空間的な強度分布が生じてしまうが、レーザ光を基に得られる広帯域光においては、波長が広帯域にわたっていることから、前記のような干渉は殆ど生じないと考えられてきた。しかし、スペクトル分析等において広帯域光の波長成分が分光された状態では、波長成分が限定されるため可干渉性が大きくなる。ランプやＬＥＤの光では、空間的な位相にばらつきがあるのでこのような場合でも干渉は生じにくいが、レーザ光を基に生成されたＳＣ光などの広帯域光では横モードが単一であるため、このような場合に、異なる光路を経由した波長成分同士が干渉し易くなってしまう。従って、スペクトル分析等に広帯域光源を用いた場合、干渉によって測定結果に誤差が生じてしまう。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、波長成分内の干渉による分析等への影響を低減できる光源装置およびスペクトル分析装置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】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による光源装置は、広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置であって、広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備えることを特徴とする。これにより、広帯域光を用いるスペクトル分析等において、波長成分内での干渉を低減できる。なお、ここでいう広帯域光とは、ピークから３ｄＢ低下するまでの波長帯域幅が１００ＧＨｚ以上である光を指す。
【０００６】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくする可干渉性低減手段であることを特徴としてもよい。広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性（コヒーレンス長）を小さくすることによって、各波長成分内における干渉を好適に抑えることができる。
【０００７】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、複数の広帯域光源と、各広帯域光源から出射される広帯域光を並行して導波する導波手段とを有することを特徴としてもよい。通常、複数の広帯域光源から出射された広帯域光の位相は互いにずれているので、これらの広帯域光を導波手段によって並列的に導波させた後に試料等へ照射すれば、照射される広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【０００８】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を偏波面に応じて複数の光路に分ける分波手段と、複数の光路を伝搬する光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を合波する合波手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【０００９】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を波長に応じて分光する分光手段と、分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を集光する集光手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１０】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を拡幅する拡幅手段と、拡幅された広帯域光に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を集光する集光手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１１】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が複数の光反射体を有しており、光反射体が、広帯域光源から出射された広帯域光の一部を広帯域光源へ向けて反射する第１の面と、第１の面により反射された光を第１の面へ向けて反射する第２の面とを有することを特徴としてもよい。これにより、第１の面で反射した光と第１の面を透過した光との間で光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１２】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を複数のモードで伝搬する光伝送手段を有することを特徴としてもよい。これにより、光伝送手段において各モード間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１３】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を伝搬する複屈折率媒体と、広帯域光源と複屈折率媒体との間に光結合された１／４波長板とを有することを特徴としてもよい。これにより、直線偏光の広帯域光が円偏光（または楕円偏光）に変換されて複屈折率媒体へ入射され、複屈折率媒体内で各偏光成分間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１４】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定するための光路限定手段を有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【００１５】
また、光源装置は、光路限定手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を拡幅する拡幅手段と、拡幅手段と光結合され、広帯域光の入射位置によって透過波長または反射波長が異なるフィルタ素子とを有することを特徴としてもよい。或いは、光源装置は、複数の広帯域光源を備え、光路限定手段が、複数の広帯域光源のそれぞれに光結合され、各広帯域光源から出射された広帯域光を波長に応じて分光する複数の分光手段を有し、複数の分光手段が、広帯域光の入射方向と交差する方向に並設されていることを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方の構成によって、各波長成分の光路を好適に限定できる。
【００１６】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光の光路を変調する光路変調手段、広帯域光の位相を変調する位相変調手段、広帯域光の波長を変調する波長変調手段、広帯域光の偏波面を変調する偏波変調手段、及び広帯域光の強度を変調する強度変調手段のうち少なくとも一つの手段を有することを特徴としてもよい。これにより、スペクトル分析等において観察される波長成分内での位相差や干渉の度合いが時間的に平均化されるので、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明によるスペクトル分析装置は、試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、上記したいずれかの光源装置を備えることを特徴とする。このスペクトル装置によれば、上記したいずれかの光源装置を備えることにより、波長成分内での干渉を低減できる。
【００１８】
また、本発明によるスペクトル分析装置は、試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置と、広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段とを備え、干渉抑制手段が、試料へ照射される広帯域光、及び広帯域光の照射により試料から得られる光のうち少なくとも一方の光を部分的に通過させるための開口部を有する部材を含むことを特徴とする。これにより、広帯域光の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による光源装置並びにスペクトル分析装置によれば、波長成分内の干渉による分析等への影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光源装置及びスペクトル分析装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るスペクトル分析装置の基本構成を概略的に示す図である。同図に示すスペクトル分析装置１は、試料Ａに広帯域光Ｐ１を照射する光源装置２と、試料Ａからの反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４を検出する検出装置３と、試料Ａを載置する試料載置部４とを備えている。光源装置２は、広帯域光源２０及び光照射部２３を備えている。検出装置３は、光取入部３１、分光器３２、受光器３３、及びデータ処理器３４を備えている。
【００２２】
広帯域光源２０は、ＳＣ光といった広帯域光Ｐ１を生成する。本実施形態の広帯域光源２０は、例えば数フェムト秒といった超短パルスレーザ光、或いは連続的なレーザ光を発生するレーザ光源２１と、レーザ光源２１に光結合された非線形光学媒体（非線形光ファイバ）２２とを有する。非線形光学媒体２２においては、非線形光学効果によってレーザ光源２１からのレーザ光のスペクトル帯域幅が２倍以上に拡張され、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有する広帯域光（ＳＣ光）Ｐ１が生成される。
【００２３】
なお、レーザ光源２１としては、例えばアクティブ（能動）モード同期型やパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源が好適であり、その場合、リング型共振器によって構成されるとよい。或いは、レーザ光源２１は、希土類添加ガラスによる固体レーザによって構成されたパッシブモード同期型の超短パルス光発生源であってもよい。
【００２４】
広帯域光源２０は、光ガイド２４によって光照射部２３と光結合されている。光照射部２３は試料Ａの近傍に配置されており、広帯域光Ｐ１は光ガイド２４及び光照射部２３を介して試料Ａに照射される。なお、図１は、光照射部２３から試料Ａへ広帯域光Ｐ１が約４５°の角度で照射される場合を示しているが、広帯域光Ｐ１の照射角はこれに限られるものではない。また、光照射部２３と光取入部３１が同一で、光照射部２３から試料Ａへ広帯域光Ｐ１が約９０°の角度で照射されてもよい。
【００２５】
光取入部３１は、試料Ａの近傍において、試料Ａからの広帯域光Ｐ１の反射光Ｐ２や散乱光Ｐ３が得られる位置、または広帯域光Ｐ１の透過光Ｐ４が得られる位置（図中の破線部分）に配置されている。光取入部３１は、光ガイド３５によって分光器３２と光結合されており、光取入部３１へ入射した反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４は、光取入部３１及び光ガイド３５を介して分光器３２へ送られる。
【００２６】
分光器３２は、反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４を複数の波長成分に分離する。分光器３２の出力は受光器３３に光結合されており、受光器３３は、各波長成分の光強度をそれぞれ電気信号に変換する。なお、分光器３２及び受光器３３は、スペクトルアナライザ等の装置によって併せて実現されてもよい。受光器３３から出力された電気信号は、データ処理器３４へ提供される。データ処理器３４は、電気信号によるデータをスペクトルとして表示させたり、このスペクトルと光源自体のスペクトルとの差分あるいはこのスペクトルと基準試料のスペクトルとの差分を表示させたりする機能を有する。
【００２７】
前述したように、スペクトル分析等において広帯域光の波長成分が分光された状態では波長成分が限定されるため、結果的に可干渉性が大きくなる。レーザ光を基に生成された広帯域光Ｐ１は横モードが単一であるため、このような場合に、異なる光路を経由した波長成分同士が干渉し易くなってしまう。これに対し、本実施形態の光源装置２は、広帯域光Ｐ１の各波長成分における干渉を抑えるための干渉抑制手段を備えている。以下、干渉抑制手段の様々な形態について説明する。
【００２８】
［可干渉性を小さくする方式］
広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくすることによって、各波長成分内における干渉を好適に抑えることができる。以下、このような方式（可干渉性低減手段）についての種々の形態を示す。
【００２９】
＜複数の光源を用いる方式＞
図２は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ａは、二次元状に配列された複数のＬＤ（Fabry-Perot型ＬＤ等の帯域幅のあるＬＤ）１０１を含むダイオードアレイ１０２と、ダイオードアレイ１０２から出射される複数本の広帯域光Ｐ５を集光するための複数のレンズ１０３を含むレンズアレイ１０４と、集光された各広帯域光Ｐ５を並行して導波するイメージファイバ１０５といった導波手段とを有する。通常、複数の広帯域光源（ＬＤ１０１）から出射された広帯域光Ｐ５の位相は互いにずれているので、これらの広帯域光Ｐ５をイメージファイバ１０５によって並列的に導波させた後に広帯域光Ｐ１として試料Ａへ一斉に照射すれば、照射される広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３０】
図３は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｂは、一次元状に配列された複数のＬＤ１０１を含むダイオードアレイ１０６と、ダイオードアレイ１０６から出射される複数本の広帯域光Ｐ５を並行して導波するための複数の光導波路１０７を有するＰＬＣ（Planer Lightwave guide）１０８とを有する。なお、ＰＬＣ１０８は、導波手段の他の一例である。ＰＬＣ１０８の各光導波路１０７は、その入射端１０７ａ同士の間隔がＳＬＤ１０１の間隔に応じて設定されており、また、出射端１０７ｂ同士の間隔は、入射端１０７ａ同士の間隔よりも狭く形成されている。各光導波路１０７を導波した各広帯域光Ｐ５は、広帯域光Ｐ１として試料Ａへ一斉に照射される。このような構成によれば、図２に示した可干渉性低減手段１０ａと同様の作用によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３１】
＜広帯域光を複数の光路に分け、位相差を与える方式＞
図４は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｃは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を偏波面に応じて複数の光路Ｌ１，Ｌ２に分ける分波手段１１１と、複数の光路Ｌ１，Ｌ２を伝搬する光に位相のずれを生じさせるため、光路Ｌ１，Ｌ２に光路差を設定するミラー１１２及び１１３と、光路Ｌ１を経た光と光路Ｌ２を経た光とを合波する合波手段１１４とを有する。なお、この構成において、分波手段１１１及び合波手段１１４は、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって好適に実現される。また、ミラー１１２及び１１３は、本実施形態における位相変化手段である。可干渉性低減手段１０ｃがこのような構成を有することにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３２】
なお、可干渉性低減手段１０ｃにおいて、広帯域光源２０と分波手段１１１との間に波長板を設け、分波手段１１１に入射する前の広帯域光Ｐ１の偏波状態を調整すれば、可干渉性が更に小さくなり好ましい。また、光路Ｌ１と光路Ｌ２との差は、広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の可干渉性よりも大きいことが好ましい。
【００３３】
図５は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｄは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を波長に応じて分光する分光手段１１６と、分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段１１７と、位相変化手段１１７を経た光を集光するレンズ（集光手段）１１８とを有する。分光手段１１６としては、例えばアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）や、位相格子などが好適である。また、位相変化手段１１７としては、例えばランダム位相板のように入射位置によって光路長が異なる光学部品が好適である。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３４】
図６は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｅは、拡散板１２１及び反射部材１２２を有する。拡散板１２１は、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を拡幅するための拡幅手段であり、本実施形態では広帯域光Ｐ１を反射部材１２２へ向けて拡散する。また、反射部材１２２は、拡幅された広帯域光Ｐ１に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段、及びこの位相変化手段を経た光を集光する集光手段を兼ねる部材である。すなわち、反射部材１２２の光反射面１２２ａには、拡大図に示すように広帯域光Ｐ１の波長と同等の大きさの凹凸が形成されており、広帯域光Ｐ１の入射位置によって光路長が僅かに異なる。また、光反射面１２２ａの全体は凹面鏡となっており、広帯域光Ｐ１を集光する。このような構成によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３５】
図７は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｆは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を拡幅する拡幅手段１２５と、発散光を平行光にするコリメータ１２６と、拡幅された広帯域光Ｐ１に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段１２７と、位相変化手段１２７を経た光を集光するレンズ（集光手段）１２８とを有する。拡幅手段１２５としては、例えば拡散板やレンズなどが好適である。また、位相変化手段１２７としては、例えばランダム位相板、中空ファイバ、または積分球のように入射位置や入射角度によって光路長が異なる光学部品が好適である。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３６】
図８は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｇは、広帯域光源２０から出射される広帯域光Ｐ１の光路に対して直列に配置された複数の結合部１３０を有する。各結合部１３０は、広帯域光Ｐ１の光路と交差するように配置され、第１の面１３０ａ及び第２の面１３０ｂを有する膜状の光反射体を含む。光反射体の広帯域光源２０側の第１の面１３０ａは、広帯域光Ｐ１の一部を広帯域光源２０へ向けて反射する。また、第１の面１３０ａとは反対側の第２の面１３０ｂは、隣り合う光結合部１３０の第１の面１３０ａにより反射された光を該第１の面１３０ａへ向けて反射する。この構成によれば、広帯域光Ｐ１が各結合部１３０間で多重反射され、第１の面１３０ａで反射し第２の面１３０ｂで再び反射した光と、光反射体を透過した光との間で光路差が生じる（そして、反射の位置および回数に応じて更なる光路差が生じる）ので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。また、この形態は、複数の結合部１３０を配置するだけで実現できるので、光ガイド２４（図１参照）として光ファイバを用いる場合に特に適用が容易となる。
【００３７】
なお、結合部１３０としては、反射率が比較的高い（例えば−１０ｄＢや−５ｄＢ）ものを用いることが好ましい。また、広帯域光源２０への広帯域光Ｐ１の戻りを防止するために、広帯域光源２０と一段目の結合部１３０との間にアイソレータを更に設けることが好ましい。また、結合部１３０は少なくとも２つ配置すればよく、３つ以上配置する場合には結合部１３０同士の間隔が互いに異なることが好ましい。
【００３８】
図９は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｈは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１のビーム径を拡張するビーム拡張手段（好適には凹レンズ）１３２と、ビーム拡張手段１３２を通過した広帯域光Ｐ１を複数のモードで伝搬する光伝送手段１３３とを有する。光伝送手段１３３としては、例えばコア径の大きいプラスチック光ファイバや導波管などが好適である。このような構成によれば、光伝送手段１３３内部で各モード間に光路差が生じるので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。また、広帯域光源２０と光伝送手段１３３との間にビーム拡張手段１３２を設けることにより、光伝送手段１３３においてより多くのモードを励振させることができる。
【００３９】
図１０は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｉは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を複数のモードで伝搬する光伝送媒体（光伝送手段）１３５を有する。光伝送媒体１３５としては、例えばマルチモードファイバ（ＭＭＦ）、高ＮＡファイバ（ＨＮＡ）、フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）などが好適である。なお、ここでいうＰＣＦとは、厳密には、誘電率が周期的に異なる構造によって光のバンドギャップ構造を実現し、該バンドギャップ内の波長の光を導波するファイバを指す。このＰＣＦには、ホーリーファイバや中空ファイバも含まれる。このような構成によれば、光伝送媒体１３５内部で各モード間に光路差が生じるので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００４０】
図１１は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｉは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を伝搬する複屈折率媒体１３８と、広帯域光源２０と複屈折率媒体１３８との間に光結合された１／４波長板１３７とを有する。複屈折率媒体１３８は、入射光の偏波面によって屈折率が異なる光伝送媒体であり、例えば偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）が好適である。さらにＰＭＦを使う場合、長手方向の複数個所で横からの応力を加えると、実効的に経路を多くでき好適である。この構成により、直線偏光の広帯域光Ｐ１が１／４波長板１３７で円偏光（または楕円偏光）に変換されて複屈折率媒体１３８へ入射され、複屈折率媒体１３８内で各偏光成分間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００４１】
［各波長成分の光路を単一にする方式］
干渉抑制手段は、広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定することにより実現されてもよい。このような方式によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。以下、このような方式（光路限定手段）についての種々の形態を示す。
【００４２】
図１２は、光路限定手段の一形態を示す図である。同図に示す光路限定手段１１ａは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１のビーム径を拡幅（拡張）する拡幅手段１４０と、該拡幅手段１４０と光結合され、広帯域光Ｐ１の入射位置によって透過波長が異なるフィルタ素子（二次元フィルタ）１４１とを有する。なお、このようなフィルタ素子１４１としては、平面方向に厚さが異なるエタロンフィルタやフィルタアレイが好適である。ビーム状の広帯域光Ｐ１を拡幅手段１４０により一旦拡幅させてからフィルタ素子１４１を通過させると、フィルタ素子１４１の透過波長が二次元的に変化しているので、各波長成分が極めて小径のビームとなって出力される。そして、この広帯域光Ｐ１がそのまま試料Ａに照射されると、試料Ａを透過した波長成分（透過光Ｐ４）は図１２に示すように小径のスポット状となる。このように、光路限定手段１１ａによれば、各波長成分の光路が実質的に限定されるので、干渉を好適に抑えることができる。なお、試料Ａに満遍なく広帯域光Ｐ１を照射するには、フィルタ素子１４１を移動させるか、或いはフィルタ素子１４１の透過波長分布を時間的に変化させるとよい。また、図１２には透過型のフィルタ素子１４１を示したが、反射型のフィルタ素子を用いてもよい。この場合、フィルタ素子の反射波長が広帯域光Ｐ１の入射位置によって異なるとよい。
【００４３】
図１３は、光路限定手段の一形態を示す図である。同図に示す光路限定手段１１ｂは、複数の広帯域光源２０と、複数の分光手段１４３とを有する。複数の分光手段１４３は、広帯域光Ｐ１の入射方向と交差する方向に並設されており、複数の広帯域光源２０のそれぞれに光結合されている。複数の分光手段１４３は、各広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を波長に応じて分光する。複数の分光手段１４３は、その屈折率の波長依存性が高いことが好ましい。このような分光手段１４３としては、例えばプリズムが好適である。複数の分光手段１４３によって分光された広帯域光Ｐ１は、試料Ａに照射される。
【００４４】
複数の広帯域光源を用いて広帯域光を試料Ａに照射する場合、各広帯域光源の同一の波長成分が試料の同一位置に照射されて干渉が生じる可能性がある。このような場合、図１３に示したようにプリズム等の分光手段１４３を設けて波長成分毎に照射方向を変化させることによって、各波長成分の光路を限定して同一の波長成分が試料Ａの同一位置に照射されることを防ぎ、干渉を効果的に抑えることができる。また、図１３に示した構成によれば、試料Ａの各位置に照射される光が実質的に広帯域となるので、撮影のための余分な作業を不要にできる。
【００４５】
［光路、位相、波長、偏波、または強度に変調を加える方式］
干渉抑制手段は、広帯域光Ｐ１の光路、位相、波長、偏波面、及び強度のうち少なくとも一つを変調する手段によって実現されてもよい。このような方式によって、スペクトル分析等において観察される波長成分内での位相差や干渉の度合いが時間的に平均化されるので、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。なお、変調の周期は、受光器３３（図１参照）における応答速度以下、もしくはスペクトル分析等におけるサンプリング周期以下であることが好ましい。以下、このような方式についての種々の形態を示す。
【００４６】
＜光路を変調する方式＞
光路を構成する光学媒体または光学部品を、機械的に駆動するアクチュエータを用いて振動させることにより光路を変調する。光路の構成物にアクチュエータを取り付けるのみで構成でき、簡易に実現できる利点がある。
【００４７】
図１４は、このような光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ａは、反射部（ミラー）１４５と、反射部１４５の光反射面１４５ａに光結合されたハーフミラー１４６と、反射部１４５を光反射面１４５ａと直交する方向に振動させるアクチュエータ１４７とを有する。広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１はハーフミラー１４６で反射して反射部１４５へ入射したのち、光反射面１４５ａで反射し、ハーフミラー１４６を通過して試料Ａに照射される。光反射面１４５ａはアクチュエータ１４７により光路方向に振動するので、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調される。すなわち、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなり、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での位相差が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００４８】
図１５（ａ）は、光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ｂは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を導波する光伝送媒体（光ファイバ）１４９、光伝送媒体１４９の先端に取り付けられた光出射端１５０、および光出射端１５０と支持部材１５１との間に設けられたアクチュエータ１５２を有する。光出射端１５０は試料Ａの近傍に配置され、光出射端１５０から出射された広帯域光Ｐ１は試料Ａに照射される。また、アクチュエータ１５２は、光出射端１５０と試料Ａとの距離を変調する（すなわち、光出射端１５０を図の左右方向に振動させる）。このようなアクチュエータ１５２としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（光出射端１５０）を該光路の方向に振動させることにより、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。
【００４９】
図１５（ｂ）は、光路変調手段の一形態を示す図であり、広帯域光Ｐ１の光路と直交する断面を示している。同図に示す光路変調手段１２ｃは、光出射端１５４、内部カバー１５５、外部カバー１５６、磁石１５７、ベアリング１５８、及び電磁コイル１５９を有する。光出射端１５４は、広帯域光源２０と光結合され広帯域光Ｐ１を出射する。内部カバー１５５及び外部カバー１５６は、光出射端１５４を二重に覆う、光出射端１５４と同軸の筒状部材である。磁石１５７は、内部カバー１５５の外周面に複数取り付けられている。ベアリング１５８は、内部カバー１５５と外部カバー１５６との間に設けられ、光出射端１５４及び内部カバー１５５を回転可能に支持する。電磁コイル１５９は、磁石１５７に作用して光出射端１５４及び内部カバー１５５に回転振動を与えるアクチュエータであり、外部カバー１５６における磁石１５７と対向する位置に設けられる。このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（光出射端１５４）を該光路周りに回転振動させることによっても、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。
【００５０】
図１６は、光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ｄは、光伝送媒体（光ファイバ）１６１、光出射端１６２、拡散レンズ（凹レンズ）１６３、カバー１６４、アクチュエータ１６５、及び弾性部材１６６を有する。光伝送媒体（光ファイバ）１６１は、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を導波する。光出射端１６２は、光伝送媒体１６１の先端に取り付けられており、試料Ａに広帯域光Ｐ１を照射する。拡散レンズ１６３は、光出射端１６２と試料Ａとの間に配置されており、試料Ａに向けて広帯域光Ｐ１を拡散（拡幅）させる。カバー１６４は、光出射端１６２及び拡散レンズ１６３を覆う部材である。アクチュエータ１６５は、拡散レンズ１６３の一方の側面１６３ａとカバー１６４との間に設けられており、拡散レンズ１６３を広帯域光Ｐ１の光軸と交差する方向（すなわち図の上下方向）に振動させる。なお、このようなアクチュエータ１６５としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。弾性部材１６６は、拡散レンズ１６３の他方の側面１６３ｂとカバー１６４との間に設けられている。
【００５１】
このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（拡散レンズ１６３）を該光路と交差する方向に振動させることにより、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。また、図１６に示した構成によれば、駆動する部品（拡散レンズ１６３）の大きさ（寸法及び質量）が比較的小さいので、広帯域光Ｐ１の光路をより高速に変調することができる。なお、図１６に示した構成では拡散レンズ１６３を振動させているが、広帯域光Ｐ１の光路に集光レンズ（凸レンズ）が設けられる場合には、この集光レンズを振動させてもよい。
【００５２】
＜位相を変調する方式＞
図１７は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ａは、位相変調器１６８と、該位相変調器１６８を駆動する駆動部１６９とを有する。位相変調器１６８は、広帯域光Ｐ１を導波する光導波路１７０ａを有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板１７０と、ニオブ酸リチウム基板１７０の表面に設けられた複数の電極１７１とによって構成されている。複数の電極１７１によってニオブ酸リチウム基板１７０に電界が与えられると、ポッケルス効果によってニオブ酸リチウム基板１７０の光導波路１７０ａの屈折率が変化し、広帯域光Ｐ１の光路長が変化する。複数の電極１７１は駆動部１６９と電気的に接続されており、各電極１７１には駆動部１６９から変調電圧が印加される。
【００５３】
このような構成により、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなり、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での位相差が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００５４】
なお、図１７に示した位相変調器１６８においては、複数の電極１７１が、光導波路１７０ａの直上に一本、光導波路１７０ａの両側方にそれぞれ一本ずつ配置されているが、電極の配置はこれに限られるものではない。また、位相変調器１６８の基板としては、ニオブ酸リチウム以外にも、ポッケルス効果を有する材料であれば他に様々な材料を適用できる。
【００５５】
図１８（ａ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｂは、周期的な透過域を有するチャープトファイバグレーティング（ｃｈｉｒｐｅｄ−ＦＢＧ）素子１７３と、該素子１７３を両側面から挟むように設置された温度調整素子１７４及び支持部材１７５を有する。チャープトファイバグレーティング素子１７３とは、ファイバグレーティング（ＦＢＧ）素子においてグレーティング周期を徐々に変化させたものである。チャープトファイバグレーティング素子１７３の一端は広帯域光源２０に光結合されており、他端は光学的に終端されている。チャープトファイバグレーティング素子１７３内で反射した広帯域光Ｐ１は、ビームスプリッタ１７６等を介して光照射部２３（図１参照）へ取り出される。また、温度調整素子１７４は、図示しない駆動部によってその温度が変調される。なお、温度調整素子１７４の温度は、広帯域光Ｐ１の導波方向に沿って変化するようにその分布が制御される。温度調整素子１７４としては、例えばペルチェ素子やヒータ等が好適である。
【００５６】
このような構成により、チャープトファイバグレーティング素子１７３が膨張・収縮を繰り返し、該素子１７３における各波長成分の反射位置が変動することとなる。従って、チャープトファイバグレーティング素子１７３から取り出される広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００５７】
図１８（ｂ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｃは、周期的な透過域を有するチャープトファイバグレーティング素子１７３、該素子１７３を両側面から挟むように設置された弾性部材１７７、弾性部材１７７を側面から支持する支持部材１７８、及び、弾性部材１７７とチャープトファイバグレーティング素子１７３との間に配置されたアクチュエータ１７９を有する。アクチュエータ１７９は、図示しない駆動部により駆動され、弾性部材１７７及びチャープトファイバグレーティング素子１７３を、広帯域光Ｐ１の光軸方向と交差する方向に周期的に歪曲させる。なお、このようなアクチュエータ１７９としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。
【００５８】
このような構成により、チャープトファイバグレーティング素子１７３が周期的に歪み、該素子１７３の内部応力が変調されるので、該素子１７３における各波長成分の反射位置が変動することとなる。従って、チャープトファイバグレーティング素子１７３から取り出される広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００５９】
図１９は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｄは、広帯域光Ｐ１を導波する光ファイバ１８１と、光ファイバ１８１を隙間をあけて覆うカバー１８２と、カバー１８２内部において光ファイバ１８１を支持・固定する固定部材１８３〜１８５と、光ファイバ１８１に対して長手方向に応力を与える応力印加部１８６とを有する。光ファイバ１８１の一端は広帯域光源２０に光結合されており、他端は光照射部２３に光結合されている。光ファイバ１８１は被覆材１８１ａによって被覆されており、カバー１８２に覆われた一部のみ該被覆材１８１ａが除去されてファイバ本体が露出している。固定部材１８３及び１８５は、カバー１８２の両端付近にそれぞれ配置されており、光ファイバ１８１の被覆材１８１ａに覆われた部位を固定する。また、固定部材１８４は、固定部材１８３及び１８５の間に配置されており、光ファイバ１８１の被覆材１８１ａから露出した部位を固定する。
【００６０】
応力印加部１８６は、カバー１８２に固定されており中央部の開口に光ファイバ１８１が挿通された環状のカバー側固定部材１８６ａと、カバー側固定部材１８６ａと対向配置され光ファイバ１８１に固定されたファイバ側固定部材１８６ｂと、カバー側固定部材１８６ａ及びファイバ側固定部材１８６ｂの間に配置されたアクチュエータ１８６ｃとを含む。アクチュエータ１８６ｃは、図示しない駆動部により駆動され、ファイバ側固定部材１８６ｂに固定された光ファイバ１８１の部分を、カバー側固定部材１８６ａに対して相対的に広帯域光Ｐ１の光軸方向に振動させる。これにより、光ファイバ１８１が長手方向に周期的に歪み、光ファイバ１８１の内部応力が変調されるので、光ファイバ１８１における屈折率が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなる。
【００６１】
図２０は、位相変調手段の一形態を示す図であり、図２０（ａ）は側面断面図、図２０（ｂ）は広帯域光Ｐ１の入射方向から見た正面図である。同図に示す位相変調手段１３ｅは、開口１８８ａを有する環状の支持部材１８８と、ばね等の支点１８９を介して支持部材１８８に取り付けられた枠材１９０と、枠材１９０の枠内に固定された周期性フィルタ１９１と、支持部材１８８及び枠材１９０の間であって支点１８９から離れた位置に設けられたアクチュエータ１９２とを有する。周期性フィルタ１９１は、透過波長に周期性を有するフィルタ素子であり、例えばエタロンフィルタが好適である。また、アクチュエータ１９２は、図示しない駆動部により周期的に駆動され、枠材１９０を支持部材１８８に対して離接方向に振動させる。これにより、周期性フィルタ１９１は、図２０（ａ）に示すように支点１８９を支点として振動する。その結果、周期性フィルタ１９１に対する広帯域光Ｐ１の入射角が変調されることとなる。
【００６２】
図２０（ｃ）は、位相変調手段１３ｅを通過する前（グラフＧ１）及び通過した後（グラフＧ２）の、広帯域光Ｐ１のスペクトルの一例を示すグラフである。位相変調手段１３ｅの周期性フィルタ１９１において、広帯域光Ｐ１は周期的な波長成分のみ透過し、そのスペクトルはグラフＧ２のようになる。この周期的な波長成分は、周期性フィルタ１９１に対する広帯域光Ｐ１の入射角によって定まる。本形態では、アクチュエータ１９２によって周期性フィルタ１９１への広帯域光Ｐ１の入射角が変調されるので、広帯域光Ｐ１のスペクトルに含まれる各ピーク波形の中心波長が上下に変動する。すなわち、この位相変調手段１３ｅによれば、広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、図１７〜図２０に示した構成以外にも、例えばポッケルス効果、光カー効果、または音響光学効果を有する素子を用いて広帯域光Ｐ１を変調することにより、位相変調手段を好適に実現できる。
【００６４】
＜偏波を変調する方式＞
図２１は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ａは、複屈折率を有する素子１９４を有する。このような素子１９４としては、例えば１／４波長板が好適である。この場合、図に示すように、直線偏波の広帯域光Ｐ１が円偏波または楕円偏波となって出力される。また、素子１９４は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、広帯域光Ｐ１の光軸を中心とした回転方向に振動する。これにより、素子１９４を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調される。従って、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での干渉が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００６５】
図２２は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｂは、液晶素子１９６を有する。液晶素子１９６に電圧を印加すると、内部の液晶組織の配列が変化し、透過光の偏波状態が変化する。従って、図に示すように、液晶素子１９６の両端に可変電圧源１９７を接続し、液晶素子１９６への印加電圧を変調することによって、液晶素子１９６を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調される。これにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６６】
図２３は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｃは、誘電体１９８を有する。この誘電体１９８は広帯域光Ｐ１に対して透明な磁性材料（たとえばガーネット）からなり、その磁界は広帯域光Ｐ１の光軸方向と直交している。広帯域光Ｐ１が誘電体１９８を通過すると、ファラデー効果により、磁場の強さと通過長とに応じた角度だけ広帯域光Ｐ１の偏波面が回転する。また、誘電体１９８は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、広帯域光Ｐ１の光軸を中心とした回転方向に振動する。これにより、誘電体１９８を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６７】
図２４は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｄは、非磁性誘電体２０１と、この誘電体２０１の対向する側面に配置された電磁コイル２０２，２０３とを有する。電磁コイル２０２，２０３に電流を供給すると、誘電体２０１の内部に磁界が形成され、誘電体２０１を透過する光の偏波状態がファラデー効果によって変化する。本形態では、駆動部２０４が電磁コイル２０２，２０３に電気的に接続されており、この駆動部２０４が電磁コイル２０２，２０３への供給電流を変調する。従って、誘電体２０１を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調されることとなる。これにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６８】
図２５は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｅは、広帯域光Ｐ１を反射する光反射面２０６ａが形成された磁性体２０６を有する。そして、磁性体２０６の光反射面２０６ａでの磁場の方向によって、広帯域光Ｐ１が反射する際の偏波面の回転角が変化する（磁気カー効果）。また、磁性体２０６は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、光反射面２０６ａの法線方向を中心として回転振動する。これにより、磁性体２０６において反射する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６９】
図２６は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｆは、光弾性素子２０８を有する。光弾性素子２０８は、広帯域光Ｐ１の光軸方向に対して垂直な方向に応力が加えられることにより偏波面を回転させる作用を有する素子である。本形態の光弾性素子２０８は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、周期的に圧縮を繰り返すような力が印加される。これにより、光弾性素子２０８を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００７０】
＜強度を変調する方式＞
広帯域光Ｐ１を生成するための光源として強度変動が少ない光を用いる場合、放射のタイミングが異なる光同士で干渉が生じることがある。従って、広帯域光Ｐ１に対して比較的強い強度変調を行うことにより、干渉の発生を抑制することができる。
【００７１】
図２７は、強度変調手段の一形態を示す図である。同図に示す強度変調手段１５ａは、強度変調器２１０と、該強度変調器２１０を駆動する駆動部２１１とを有する。強度変調器２１０は、広帯域光Ｐ１を導波する光導波路２１２ａを有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板２１２と、ニオブ酸リチウム基板２１２の表面に設けられた複数の電極２１３ａ，２１３ｂ，及び２１３ｃとによって構成されている。光導波路２１２ａは、平行に設けられた二本の光導波路２１２ｂ，２１２ｃを含む。これら光導波路２１２ｂ，２１２ｃの一端は、ニオブ酸リチウム基板２１２上で結合されて広帯域光源２０に光結合されている。また、光導波路２１２ｂ，２１２ｃの他端は、ニオブ酸リチウム基板２１２上で結合されて光照射部２３（図１参照）に光結合されている。電極２１３ａは光導波路２１２ｂの外側面に沿って配置され、電極２１３ｂは光導波路２１２ｂの外側面に沿って配置され、電極２１３ｃは光導波路２１２ｂ，２１２ｃの内側面に沿って配置されている。
【００７２】
電極２１３ａ〜２１３ｃによって光導波路２１２ｂ，２１２ｃに対照的な電界が与えられると、光導波路２１２ｂと光導波路２１２ｃとの間で干渉が生じ、広帯域光Ｐ１の強度が変化する。複数の電極２１３ａ〜２１３ｃは駆動部２１１と電気的に接続されており、各電極２１３ａ〜２１３ｃには駆動部２１１から変調電圧が印加される。
【００７３】
このような構成により、広帯域光Ｐ１の強度が時間的に変調されることとなり、放射のタイミングが異なる光同士での干渉が低減される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。なお、図２７に示した強度変調器２１０においては、電極の配置は本形態に限られるものではなく、他に様々な配置を適用できる。
【００７４】
以上に述べた干渉抑制手段は、全て光源装置２が備えるものとして説明したが、スペクトル分析装置１の他の箇所（特に、試料Ａを載置する試料載置部４の周辺）においても実現することができる。既述の各手段を光源装置２とは別に設置する構成の他、例えば以下に説明する構成がある。
【００７５】
［各波長成分の光路を単一にする方式（その２）］
図２８（ａ）は、スペクトル分析装置１が備える干渉抑制手段の一形態を示す図である。同図に示す干渉抑制手段１６ａは、試料Ａの裏側に設けられたスリット板２１６を含む。スリット板２１６は、広帯域光Ｐ１が試料Ａの表面側から照射されて試料Ａから得られる光（本形態では透過光）を部分的に通過させる開口部（スリット）２１６ａを有する。この構成により、開口部２１６ａを通過した光のみが透過光Ｐ４として検出される。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が実質的に単一の光路を経由して検出されることとなるので、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【００７６】
このようなスリット板は、図２８（ｂ）に示すように、試料Ａの表面側に設けられてもよい。この場合、スリット板２１６の開口部２１６ａは、試料Ａの表面側から照射される広帯域光Ｐ１と、試料Ａから得られる反射光または散乱光とを部分的に通過させる。このような構成であっても、図２８（ａ）に示した干渉抑制手段１６ａと同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示した構成において、スリット板２１６は、広帯域光Ｐ１に対する反射率が極めて低い材質からなることが好ましい。また、開口部２１６ａの幅は、通過光の回折が強く生じない程度に、通過光の波長より十分広いことが好ましい。また、スリット板２１６に代えて、ピンホールを有する板を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本実施形態に係るスペクトル分析装置の基本構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図３】図３は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図４】図４は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図５】図５は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図６】図６は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図７】図７は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図８】図８は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図９】図９は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１０】図１０は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１１】図１１は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１２】図１２は、光路限定手段の一形態を示す図である。
【図１３】図１３は、光路限定手段の一形態を示す図である。
【図１４】図１４は、このような光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１６】図１６は、光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１７】図１７は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）（ｂ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図１９】図１９は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図２０】図２０は、位相変調手段の一形態を示す図であり、図２０（ａ）は側面断面図、図２０（ｂ）は広帯域光の入射方向から見た正面図である。図２０（ｃ）は、位相変調手段を通過する前及び通過した後の、広帯域光のスペクトルの一例を示すグラフである。
【図２１】図２１は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２２】図２２は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２３】図２３は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２４】図２４は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２５】図２５は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２６】図２６は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２７】図２７は、強度変調手段の一形態を示す図である。
【図２８】図２８（ａ）（ｂ）は、スペクトル分析装置が備える干渉抑制手段の一形態を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…スペクトル分析装置、２…光源装置、３…検出装置、４…試料載置部、１０ａ〜１０ｉ…可干渉性低減手段、１１ａ，１１ｂ…光路限定手段、１２ａ〜１２ｄ…光路変調手段、１３ａ〜１３ｅ…位相変調手段、１４ａ〜１４ｆ…偏波変調手段、１５ａ…強度変調手段、１６ａ…干渉抑制手段、２０…広帯域光源、２１…レーザ光源、２２…非線形光学媒体、２３…光照射部、２４，３５…光ガイド、３１…光取入部、３２…分光器、３３…受光器、３４…データ処理器、Ａ…試料、Ｐ１…広帯域光、Ｐ２…反射光、Ｐ３…散乱光、Ｐ４…透過光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびスペクトル分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広い帯域幅を有する広帯域光は、例えばスペクトル分析等の光源として利用される。スペクトル分析等の光源としては、従来よりランプやＬＥＤが広く用いられてきたが、単位波長・単位面積あたりのパワーが小さく、試料を精度よく分析できない場合があった。これに対し、例えばスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）のような広帯域光は、集光性が優れているため微量の試料を精度よく分析でき、スペクトル分析等の光源として期待されている。なお、このような広帯域光源としては、例えば特許文献１に記載された光源装置がある。
【特許文献１】国際公開第２００６／１０６６６９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
共振器構造により発振された光のような高いコヒーレンシーを有する光が或る対象に照射された場合、干渉が発生し空間的な強度分布が生じてしまうが、レーザ光を基に得られる広帯域光においては、波長が広帯域にわたっていることから、前記のような干渉は殆ど生じないと考えられてきた。しかし、スペクトル分析等において広帯域光の波長成分が分光された状態では、波長成分が限定されるため可干渉性が大きくなる。ランプやＬＥＤの光では、空間的な位相にばらつきがあるのでこのような場合でも干渉は生じにくいが、レーザ光を基に生成されたＳＣ光などの広帯域光では横モードが単一であるため、このような場合に、異なる光路を経由した波長成分同士が干渉し易くなってしまう。従って、スペクトル分析等に広帯域光源を用いた場合、干渉によって測定結果に誤差が生じてしまう。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、波長成分内の干渉による分析等への影響を低減できる光源装置およびスペクトル分析装置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】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による光源装置は、広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置であって、広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備えることを特徴とする。これにより、広帯域光を用いるスペクトル分析等において、波長成分内での干渉を低減できる。なお、ここでいう広帯域光とは、ピークから３ｄＢ低下するまでの波長帯域幅が１００ＧＨｚ以上である光を指す。
【０００６】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくする可干渉性低減手段であることを特徴としてもよい。広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性（コヒーレンス長）を小さくすることによって、各波長成分内における干渉を好適に抑えることができる。
【０００７】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、複数の広帯域光源と、各広帯域光源から出射される広帯域光を並行して導波する導波手段とを有することを特徴としてもよい。通常、複数の広帯域光源から出射された広帯域光の位相は互いにずれているので、これらの広帯域光を導波手段によって並列的に導波させた後に試料等へ照射すれば、照射される広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【０００８】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を偏波面に応じて複数の光路に分ける分波手段と、複数の光路を伝搬する光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を合波する合波手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【０００９】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を波長に応じて分光する分光手段と、分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を集光する集光手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１０】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を拡幅する拡幅手段と、拡幅された広帯域光に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、位相変化手段を経た光を集光する集光手段とを有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１１】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が複数の光反射体を有しており、光反射体が、広帯域光源から出射された広帯域光の一部を広帯域光源へ向けて反射する第１の面と、第１の面により反射された光を第１の面へ向けて反射する第２の面とを有することを特徴としてもよい。これにより、第１の面で反射した光と第１の面を透過した光との間で光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１２】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を複数のモードで伝搬する光伝送手段を有することを特徴としてもよい。これにより、光伝送手段において各モード間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１３】
また、光源装置は、可干渉性低減手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を伝搬する複屈折率媒体と、広帯域光源と複屈折率媒体との間に光結合された１／４波長板とを有することを特徴としてもよい。これにより、直線偏光の広帯域光が円偏光（または楕円偏光）に変換されて複屈折率媒体へ入射され、複屈折率媒体内で各偏光成分間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００１４】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定するための光路限定手段を有することを特徴としてもよい。これにより、広帯域光の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【００１５】
また、光源装置は、光路限定手段が、広帯域光源から出射された広帯域光を拡幅する拡幅手段と、拡幅手段と光結合され、広帯域光の入射位置によって透過波長または反射波長が異なるフィルタ素子とを有することを特徴としてもよい。或いは、光源装置は、複数の広帯域光源を備え、光路限定手段が、複数の広帯域光源のそれぞれに光結合され、各広帯域光源から出射された広帯域光を波長に応じて分光する複数の分光手段を有し、複数の分光手段が、広帯域光の入射方向と交差する方向に並設されていることを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方の構成によって、各波長成分の光路を好適に限定できる。
【００１６】
また、光源装置は、干渉抑制手段が、広帯域光の光路を変調する光路変調手段、広帯域光の位相を変調する位相変調手段、広帯域光の波長を変調する波長変調手段、広帯域光の偏波面を変調する偏波変調手段、及び広帯域光の強度を変調する強度変調手段のうち少なくとも一つの手段を有することを特徴としてもよい。これにより、スペクトル分析等において観察される波長成分内での位相差や干渉の度合いが時間的に平均化されるので、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明によるスペクトル分析装置は、試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、上記したいずれかの光源装置を備えることを特徴とする。このスペクトル装置によれば、上記したいずれかの光源装置を備えることにより、波長成分内での干渉を低減できる。
【００１８】
また、本発明によるスペクトル分析装置は、試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置と、広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段とを備え、干渉抑制手段が、試料へ照射される広帯域光、及び広帯域光の照射により試料から得られる光のうち少なくとも一方の光を部分的に通過させるための開口部を有する部材を含むことを特徴とする。これにより、広帯域光の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による光源装置並びにスペクトル分析装置によれば、波長成分内の干渉による分析等への影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光源装置及びスペクトル分析装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るスペクトル分析装置の基本構成を概略的に示す図である。同図に示すスペクトル分析装置１は、試料Ａに広帯域光Ｐ１を照射する光源装置２と、試料Ａからの反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４を検出する検出装置３と、試料Ａを載置する試料載置部４とを備えている。光源装置２は、広帯域光源２０及び光照射部２３を備えている。検出装置３は、光取入部３１、分光器３２、受光器３３、及びデータ処理器３４を備えている。
【００２２】
広帯域光源２０は、ＳＣ光といった広帯域光Ｐ１を生成する。本実施形態の広帯域光源２０は、例えば数フェムト秒といった超短パルスレーザ光、或いは連続的なレーザ光を発生するレーザ光源２１と、レーザ光源２１に光結合された非線形光学媒体（非線形光ファイバ）２２とを有する。非線形光学媒体２２においては、非線形光学効果によってレーザ光源２１からのレーザ光のスペクトル帯域幅が２倍以上に拡張され、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有する広帯域光（ＳＣ光）Ｐ１が生成される。
【００２３】
なお、レーザ光源２１としては、例えばアクティブ（能動）モード同期型やパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源が好適であり、その場合、リング型共振器によって構成されるとよい。或いは、レーザ光源２１は、希土類添加ガラスによる固体レーザによって構成されたパッシブモード同期型の超短パルス光発生源であってもよい。
【００２４】
広帯域光源２０は、光ガイド２４によって光照射部２３と光結合されている。光照射部２３は試料Ａの近傍に配置されており、広帯域光Ｐ１は光ガイド２４及び光照射部２３を介して試料Ａに照射される。なお、図１は、光照射部２３から試料Ａへ広帯域光Ｐ１が約４５°の角度で照射される場合を示しているが、広帯域光Ｐ１の照射角はこれに限られるものではない。また、光照射部２３と光取入部３１が同一で、光照射部２３から試料Ａへ広帯域光Ｐ１が約９０°の角度で照射されてもよい。
【００２５】
光取入部３１は、試料Ａの近傍において、試料Ａからの広帯域光Ｐ１の反射光Ｐ２や散乱光Ｐ３が得られる位置、または広帯域光Ｐ１の透過光Ｐ４が得られる位置（図中の破線部分）に配置されている。光取入部３１は、光ガイド３５によって分光器３２と光結合されており、光取入部３１へ入射した反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４は、光取入部３１及び光ガイド３５を介して分光器３２へ送られる。
【００２６】
分光器３２は、反射光Ｐ２、散乱光Ｐ３、または透過光Ｐ４を複数の波長成分に分離する。分光器３２の出力は受光器３３に光結合されており、受光器３３は、各波長成分の光強度をそれぞれ電気信号に変換する。なお、分光器３２及び受光器３３は、スペクトルアナライザ等の装置によって併せて実現されてもよい。受光器３３から出力された電気信号は、データ処理器３４へ提供される。データ処理器３４は、電気信号によるデータをスペクトルとして表示させたり、このスペクトルと光源自体のスペクトルとの差分あるいはこのスペクトルと基準試料のスペクトルとの差分を表示させたりする機能を有する。
【００２７】
前述したように、スペクトル分析等において広帯域光の波長成分が分光された状態では波長成分が限定されるため、結果的に可干渉性が大きくなる。レーザ光を基に生成された広帯域光Ｐ１は横モードが単一であるため、このような場合に、異なる光路を経由した波長成分同士が干渉し易くなってしまう。これに対し、本実施形態の光源装置２は、広帯域光Ｐ１の各波長成分における干渉を抑えるための干渉抑制手段を備えている。以下、干渉抑制手段の様々な形態について説明する。
【００２８】
［可干渉性を小さくする方式］
広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくすることによって、各波長成分内における干渉を好適に抑えることができる。以下、このような方式（可干渉性低減手段）についての種々の形態を示す。
【００２９】
＜複数の光源を用いる方式＞
図２は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ａは、二次元状に配列された複数のＬＤ（Fabry-Perot型ＬＤ等の帯域幅のあるＬＤ）１０１を含むダイオードアレイ１０２と、ダイオードアレイ１０２から出射される複数本の広帯域光Ｐ５を集光するための複数のレンズ１０３を含むレンズアレイ１０４と、集光された各広帯域光Ｐ５を並行して導波するイメージファイバ１０５といった導波手段とを有する。通常、複数の広帯域光源（ＬＤ１０１）から出射された広帯域光Ｐ５の位相は互いにずれているので、これらの広帯域光Ｐ５をイメージファイバ１０５によって並列的に導波させた後に広帯域光Ｐ１として試料Ａへ一斉に照射すれば、照射される広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３０】
図３は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｂは、一次元状に配列された複数のＬＤ１０１を含むダイオードアレイ１０６と、ダイオードアレイ１０６から出射される複数本の広帯域光Ｐ５を並行して導波するための複数の光導波路１０７を有するＰＬＣ（Planer Lightwave guide）１０８とを有する。なお、ＰＬＣ１０８は、導波手段の他の一例である。ＰＬＣ１０８の各光導波路１０７は、その入射端１０７ａ同士の間隔がＳＬＤ１０１の間隔に応じて設定されており、また、出射端１０７ｂ同士の間隔は、入射端１０７ａ同士の間隔よりも狭く形成されている。各光導波路１０７を導波した各広帯域光Ｐ５は、広帯域光Ｐ１として試料Ａへ一斉に照射される。このような構成によれば、図２に示した可干渉性低減手段１０ａと同様の作用によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３１】
＜広帯域光を複数の光路に分け、位相差を与える方式＞
図４は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｃは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を偏波面に応じて複数の光路Ｌ１，Ｌ２に分ける分波手段１１１と、複数の光路Ｌ１，Ｌ２を伝搬する光に位相のずれを生じさせるため、光路Ｌ１，Ｌ２に光路差を設定するミラー１１２及び１１３と、光路Ｌ１を経た光と光路Ｌ２を経た光とを合波する合波手段１１４とを有する。なお、この構成において、分波手段１１１及び合波手段１１４は、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって好適に実現される。また、ミラー１１２及び１１３は、本実施形態における位相変化手段である。可干渉性低減手段１０ｃがこのような構成を有することにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３２】
なお、可干渉性低減手段１０ｃにおいて、広帯域光源２０と分波手段１１１との間に波長板を設け、分波手段１１１に入射する前の広帯域光Ｐ１の偏波状態を調整すれば、可干渉性が更に小さくなり好ましい。また、光路Ｌ１と光路Ｌ２との差は、広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の可干渉性よりも大きいことが好ましい。
【００３３】
図５は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｄは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を波長に応じて分光する分光手段１１６と、分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段１１７と、位相変化手段１１７を経た光を集光するレンズ（集光手段）１１８とを有する。分光手段１１６としては、例えばアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）や、位相格子などが好適である。また、位相変化手段１１７としては、例えばランダム位相板のように入射位置によって光路長が異なる光学部品が好適である。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３４】
図６は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｅは、拡散板１２１及び反射部材１２２を有する。拡散板１２１は、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を拡幅するための拡幅手段であり、本実施形態では広帯域光Ｐ１を反射部材１２２へ向けて拡散する。また、反射部材１２２は、拡幅された広帯域光Ｐ１に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段、及びこの位相変化手段を経た光を集光する集光手段を兼ねる部材である。すなわち、反射部材１２２の光反射面１２２ａには、拡大図に示すように広帯域光Ｐ１の波長と同等の大きさの凹凸が形成されており、広帯域光Ｐ１の入射位置によって光路長が僅かに異なる。また、光反射面１２２ａの全体は凹面鏡となっており、広帯域光Ｐ１を集光する。このような構成によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３５】
図７は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｆは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を拡幅する拡幅手段１２５と、発散光を平行光にするコリメータ１２６と、拡幅された広帯域光Ｐ１に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段１２７と、位相変化手段１２７を経た光を集光するレンズ（集光手段）１２８とを有する。拡幅手段１２５としては、例えば拡散板やレンズなどが好適である。また、位相変化手段１２７としては、例えばランダム位相板、中空ファイバ、または積分球のように入射位置や入射角度によって光路長が異なる光学部品が好適である。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００３６】
図８は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｇは、広帯域光源２０から出射される広帯域光Ｐ１の光路に対して直列に配置された複数の結合部１３０を有する。各結合部１３０は、広帯域光Ｐ１の光路と交差するように配置され、第１の面１３０ａ及び第２の面１３０ｂを有する膜状の光反射体を含む。光反射体の広帯域光源２０側の第１の面１３０ａは、広帯域光Ｐ１の一部を広帯域光源２０へ向けて反射する。また、第１の面１３０ａとは反対側の第２の面１３０ｂは、隣り合う光結合部１３０の第１の面１３０ａにより反射された光を該第１の面１３０ａへ向けて反射する。この構成によれば、広帯域光Ｐ１が各結合部１３０間で多重反射され、第１の面１３０ａで反射し第２の面１３０ｂで再び反射した光と、光反射体を透過した光との間で光路差が生じる（そして、反射の位置および回数に応じて更なる光路差が生じる）ので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。また、この形態は、複数の結合部１３０を配置するだけで実現できるので、光ガイド２４（図１参照）として光ファイバを用いる場合に特に適用が容易となる。
【００３７】
なお、結合部１３０としては、反射率が比較的高い（例えば−１０ｄＢや−５ｄＢ）ものを用いることが好ましい。また、広帯域光源２０への広帯域光Ｐ１の戻りを防止するために、広帯域光源２０と一段目の結合部１３０との間にアイソレータを更に設けることが好ましい。また、結合部１３０は少なくとも２つ配置すればよく、３つ以上配置する場合には結合部１３０同士の間隔が互いに異なることが好ましい。
【００３８】
図９は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｈは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１のビーム径を拡張するビーム拡張手段（好適には凹レンズ）１３２と、ビーム拡張手段１３２を通過した広帯域光Ｐ１を複数のモードで伝搬する光伝送手段１３３とを有する。光伝送手段１３３としては、例えばコア径の大きいプラスチック光ファイバや導波管などが好適である。このような構成によれば、光伝送手段１３３内部で各モード間に光路差が生じるので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。また、広帯域光源２０と光伝送手段１３３との間にビーム拡張手段１３２を設けることにより、光伝送手段１３３においてより多くのモードを励振させることができる。
【００３９】
図１０は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｉは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を複数のモードで伝搬する光伝送媒体（光伝送手段）１３５を有する。光伝送媒体１３５としては、例えばマルチモードファイバ（ＭＭＦ）、高ＮＡファイバ（ＨＮＡ）、フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）などが好適である。なお、ここでいうＰＣＦとは、厳密には、誘電率が周期的に異なる構造によって光のバンドギャップ構造を実現し、該バンドギャップ内の波長の光を導波するファイバを指す。このＰＣＦには、ホーリーファイバや中空ファイバも含まれる。このような構成によれば、光伝送媒体１３５内部で各モード間に光路差が生じるので、広帯域光Ｐ１の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００４０】
図１１は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。同図に示す可干渉性低減手段１０ｉは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を伝搬する複屈折率媒体１３８と、広帯域光源２０と複屈折率媒体１３８との間に光結合された１／４波長板１３７とを有する。複屈折率媒体１３８は、入射光の偏波面によって屈折率が異なる光伝送媒体であり、例えば偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）が好適である。さらにＰＭＦを使う場合、長手方向の複数個所で横からの応力を加えると、実効的に経路を多くでき好適である。この構成により、直線偏光の広帯域光Ｐ１が１／４波長板１３７で円偏光（または楕円偏光）に変換されて複屈折率媒体１３８へ入射され、複屈折率媒体１３８内で各偏光成分間に光路差が生じるので、広帯域光の各波長成分が複数の位相成分を含むこととなり、各波長成分の可干渉性が好適に小さくなる。
【００４１】
［各波長成分の光路を単一にする方式］
干渉抑制手段は、広帯域光Ｐ１に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定することにより実現されてもよい。このような方式によって、広帯域光Ｐ１の各波長成分が実質的に単一の光路を経由することとなり、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。以下、このような方式（光路限定手段）についての種々の形態を示す。
【００４２】
図１２は、光路限定手段の一形態を示す図である。同図に示す光路限定手段１１ａは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１のビーム径を拡幅（拡張）する拡幅手段１４０と、該拡幅手段１４０と光結合され、広帯域光Ｐ１の入射位置によって透過波長が異なるフィルタ素子（二次元フィルタ）１４１とを有する。なお、このようなフィルタ素子１４１としては、平面方向に厚さが異なるエタロンフィルタやフィルタアレイが好適である。ビーム状の広帯域光Ｐ１を拡幅手段１４０により一旦拡幅させてからフィルタ素子１４１を通過させると、フィルタ素子１４１の透過波長が二次元的に変化しているので、各波長成分が極めて小径のビームとなって出力される。そして、この広帯域光Ｐ１がそのまま試料Ａに照射されると、試料Ａを透過した波長成分（透過光Ｐ４）は図１２に示すように小径のスポット状となる。このように、光路限定手段１１ａによれば、各波長成分の光路が実質的に限定されるので、干渉を好適に抑えることができる。なお、試料Ａに満遍なく広帯域光Ｐ１を照射するには、フィルタ素子１４１を移動させるか、或いはフィルタ素子１４１の透過波長分布を時間的に変化させるとよい。また、図１２には透過型のフィルタ素子１４１を示したが、反射型のフィルタ素子を用いてもよい。この場合、フィルタ素子の反射波長が広帯域光Ｐ１の入射位置によって異なるとよい。
【００４３】
図１３は、光路限定手段の一形態を示す図である。同図に示す光路限定手段１１ｂは、複数の広帯域光源２０と、複数の分光手段１４３とを有する。複数の分光手段１４３は、広帯域光Ｐ１の入射方向と交差する方向に並設されており、複数の広帯域光源２０のそれぞれに光結合されている。複数の分光手段１４３は、各広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を波長に応じて分光する。複数の分光手段１４３は、その屈折率の波長依存性が高いことが好ましい。このような分光手段１４３としては、例えばプリズムが好適である。複数の分光手段１４３によって分光された広帯域光Ｐ１は、試料Ａに照射される。
【００４４】
複数の広帯域光源を用いて広帯域光を試料Ａに照射する場合、各広帯域光源の同一の波長成分が試料の同一位置に照射されて干渉が生じる可能性がある。このような場合、図１３に示したようにプリズム等の分光手段１４３を設けて波長成分毎に照射方向を変化させることによって、各波長成分の光路を限定して同一の波長成分が試料Ａの同一位置に照射されることを防ぎ、干渉を効果的に抑えることができる。また、図１３に示した構成によれば、試料Ａの各位置に照射される光が実質的に広帯域となるので、撮影のための余分な作業を不要にできる。
【００４５】
［光路、位相、波長、偏波、または強度に変調を加える方式］
干渉抑制手段は、広帯域光Ｐ１の光路、位相、波長、偏波面、及び強度のうち少なくとも一つを変調する手段によって実現されてもよい。このような方式によって、スペクトル分析等において観察される波長成分内での位相差や干渉の度合いが時間的に平均化されるので、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。なお、変調の周期は、受光器３３（図１参照）における応答速度以下、もしくはスペクトル分析等におけるサンプリング周期以下であることが好ましい。以下、このような方式についての種々の形態を示す。
【００４６】
＜光路を変調する方式＞
光路を構成する光学媒体または光学部品を、機械的に駆動するアクチュエータを用いて振動させることにより光路を変調する。光路の構成物にアクチュエータを取り付けるのみで構成でき、簡易に実現できる利点がある。
【００４７】
図１４は、このような光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ａは、反射部（ミラー）１４５と、反射部１４５の光反射面１４５ａに光結合されたハーフミラー１４６と、反射部１４５を光反射面１４５ａと直交する方向に振動させるアクチュエータ１４７とを有する。広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１はハーフミラー１４６で反射して反射部１４５へ入射したのち、光反射面１４５ａで反射し、ハーフミラー１４６を通過して試料Ａに照射される。光反射面１４５ａはアクチュエータ１４７により光路方向に振動するので、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調される。すなわち、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなり、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での位相差が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００４８】
図１５（ａ）は、光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ｂは、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を導波する光伝送媒体（光ファイバ）１４９、光伝送媒体１４９の先端に取り付けられた光出射端１５０、および光出射端１５０と支持部材１５１との間に設けられたアクチュエータ１５２を有する。光出射端１５０は試料Ａの近傍に配置され、光出射端１５０から出射された広帯域光Ｐ１は試料Ａに照射される。また、アクチュエータ１５２は、光出射端１５０と試料Ａとの距離を変調する（すなわち、光出射端１５０を図の左右方向に振動させる）。このようなアクチュエータ１５２としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（光出射端１５０）を該光路の方向に振動させることにより、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。
【００４９】
図１５（ｂ）は、光路変調手段の一形態を示す図であり、広帯域光Ｐ１の光路と直交する断面を示している。同図に示す光路変調手段１２ｃは、光出射端１５４、内部カバー１５５、外部カバー１５６、磁石１５７、ベアリング１５８、及び電磁コイル１５９を有する。光出射端１５４は、広帯域光源２０と光結合され広帯域光Ｐ１を出射する。内部カバー１５５及び外部カバー１５６は、光出射端１５４を二重に覆う、光出射端１５４と同軸の筒状部材である。磁石１５７は、内部カバー１５５の外周面に複数取り付けられている。ベアリング１５８は、内部カバー１５５と外部カバー１５６との間に設けられ、光出射端１５４及び内部カバー１５５を回転可能に支持する。電磁コイル１５９は、磁石１５７に作用して光出射端１５４及び内部カバー１５５に回転振動を与えるアクチュエータであり、外部カバー１５６における磁石１５７と対向する位置に設けられる。このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（光出射端１５４）を該光路周りに回転振動させることによっても、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。
【００５０】
図１６は、光路変調手段の一形態を示す図である。同図に示す光路変調手段１２ｄは、光伝送媒体（光ファイバ）１６１、光出射端１６２、拡散レンズ（凹レンズ）１６３、カバー１６４、アクチュエータ１６５、及び弾性部材１６６を有する。光伝送媒体（光ファイバ）１６１は、広帯域光源２０から出射された広帯域光Ｐ１を導波する。光出射端１６２は、光伝送媒体１６１の先端に取り付けられており、試料Ａに広帯域光Ｐ１を照射する。拡散レンズ１６３は、光出射端１６２と試料Ａとの間に配置されており、試料Ａに向けて広帯域光Ｐ１を拡散（拡幅）させる。カバー１６４は、光出射端１６２及び拡散レンズ１６３を覆う部材である。アクチュエータ１６５は、拡散レンズ１６３の一方の側面１６３ａとカバー１６４との間に設けられており、拡散レンズ１６３を広帯域光Ｐ１の光軸と交差する方向（すなわち図の上下方向）に振動させる。なお、このようなアクチュエータ１６５としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。弾性部材１６６は、拡散レンズ１６３の他方の側面１６３ｂとカバー１６４との間に設けられている。
【００５１】
このように、広帯域光Ｐ１の光路を構成する部品（拡散レンズ１６３）を該光路と交差する方向に振動させることにより、広帯域光源２０から試料Ａまでの光路長が時間的に変調されるので、図１４に示した光路変調手段１２ａと同様の効果が得られる。また、図１６に示した構成によれば、駆動する部品（拡散レンズ１６３）の大きさ（寸法及び質量）が比較的小さいので、広帯域光Ｐ１の光路をより高速に変調することができる。なお、図１６に示した構成では拡散レンズ１６３を振動させているが、広帯域光Ｐ１の光路に集光レンズ（凸レンズ）が設けられる場合には、この集光レンズを振動させてもよい。
【００５２】
＜位相を変調する方式＞
図１７は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ａは、位相変調器１６８と、該位相変調器１６８を駆動する駆動部１６９とを有する。位相変調器１６８は、広帯域光Ｐ１を導波する光導波路１７０ａを有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板１７０と、ニオブ酸リチウム基板１７０の表面に設けられた複数の電極１７１とによって構成されている。複数の電極１７１によってニオブ酸リチウム基板１７０に電界が与えられると、ポッケルス効果によってニオブ酸リチウム基板１７０の光導波路１７０ａの屈折率が変化し、広帯域光Ｐ１の光路長が変化する。複数の電極１７１は駆動部１６９と電気的に接続されており、各電極１７１には駆動部１６９から変調電圧が印加される。
【００５３】
このような構成により、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなり、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での位相差が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００５４】
なお、図１７に示した位相変調器１６８においては、複数の電極１７１が、光導波路１７０ａの直上に一本、光導波路１７０ａの両側方にそれぞれ一本ずつ配置されているが、電極の配置はこれに限られるものではない。また、位相変調器１６８の基板としては、ニオブ酸リチウム以外にも、ポッケルス効果を有する材料であれば他に様々な材料を適用できる。
【００５５】
図１８（ａ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｂは、周期的な透過域を有するチャープトファイバグレーティング（ｃｈｉｒｐｅｄ−ＦＢＧ）素子１７３と、該素子１７３を両側面から挟むように設置された温度調整素子１７４及び支持部材１７５を有する。チャープトファイバグレーティング素子１７３とは、ファイバグレーティング（ＦＢＧ）素子においてグレーティング周期を徐々に変化させたものである。チャープトファイバグレーティング素子１７３の一端は広帯域光源２０に光結合されており、他端は光学的に終端されている。チャープトファイバグレーティング素子１７３内で反射した広帯域光Ｐ１は、ビームスプリッタ１７６等を介して光照射部２３（図１参照）へ取り出される。また、温度調整素子１７４は、図示しない駆動部によってその温度が変調される。なお、温度調整素子１７４の温度は、広帯域光Ｐ１の導波方向に沿って変化するようにその分布が制御される。温度調整素子１７４としては、例えばペルチェ素子やヒータ等が好適である。
【００５６】
このような構成により、チャープトファイバグレーティング素子１７３が膨張・収縮を繰り返し、該素子１７３における各波長成分の反射位置が変動することとなる。従って、チャープトファイバグレーティング素子１７３から取り出される広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００５７】
図１８（ｂ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｃは、周期的な透過域を有するチャープトファイバグレーティング素子１７３、該素子１７３を両側面から挟むように設置された弾性部材１７７、弾性部材１７７を側面から支持する支持部材１７８、及び、弾性部材１７７とチャープトファイバグレーティング素子１７３との間に配置されたアクチュエータ１７９を有する。アクチュエータ１７９は、図示しない駆動部により駆動され、弾性部材１７７及びチャープトファイバグレーティング素子１７３を、広帯域光Ｐ１の光軸方向と交差する方向に周期的に歪曲させる。なお、このようなアクチュエータ１７９としては、例えば圧電素子（ピエゾ素子）が好適である。
【００５８】
このような構成により、チャープトファイバグレーティング素子１７３が周期的に歪み、該素子１７３の内部応力が変調されるので、該素子１７３における各波長成分の反射位置が変動することとなる。従って、チャープトファイバグレーティング素子１７３から取り出される広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００５９】
図１９は、位相変調手段の一形態を示す図である。同図に示す位相変調手段１３ｄは、広帯域光Ｐ１を導波する光ファイバ１８１と、光ファイバ１８１を隙間をあけて覆うカバー１８２と、カバー１８２内部において光ファイバ１８１を支持・固定する固定部材１８３〜１８５と、光ファイバ１８１に対して長手方向に応力を与える応力印加部１８６とを有する。光ファイバ１８１の一端は広帯域光源２０に光結合されており、他端は光照射部２３に光結合されている。光ファイバ１８１は被覆材１８１ａによって被覆されており、カバー１８２に覆われた一部のみ該被覆材１８１ａが除去されてファイバ本体が露出している。固定部材１８３及び１８５は、カバー１８２の両端付近にそれぞれ配置されており、光ファイバ１８１の被覆材１８１ａに覆われた部位を固定する。また、固定部材１８４は、固定部材１８３及び１８５の間に配置されており、光ファイバ１８１の被覆材１８１ａから露出した部位を固定する。
【００６０】
応力印加部１８６は、カバー１８２に固定されており中央部の開口に光ファイバ１８１が挿通された環状のカバー側固定部材１８６ａと、カバー側固定部材１８６ａと対向配置され光ファイバ１８１に固定されたファイバ側固定部材１８６ｂと、カバー側固定部材１８６ａ及びファイバ側固定部材１８６ｂの間に配置されたアクチュエータ１８６ｃとを含む。アクチュエータ１８６ｃは、図示しない駆動部により駆動され、ファイバ側固定部材１８６ｂに固定された光ファイバ１８１の部分を、カバー側固定部材１８６ａに対して相対的に広帯域光Ｐ１の光軸方向に振動させる。これにより、光ファイバ１８１が長手方向に周期的に歪み、光ファイバ１８１の内部応力が変調されるので、光ファイバ１８１における屈折率が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での位相差が時間的に変調されることとなる。
【００６１】
図２０は、位相変調手段の一形態を示す図であり、図２０（ａ）は側面断面図、図２０（ｂ）は広帯域光Ｐ１の入射方向から見た正面図である。同図に示す位相変調手段１３ｅは、開口１８８ａを有する環状の支持部材１８８と、ばね等の支点１８９を介して支持部材１８８に取り付けられた枠材１９０と、枠材１９０の枠内に固定された周期性フィルタ１９１と、支持部材１８８及び枠材１９０の間であって支点１８９から離れた位置に設けられたアクチュエータ１９２とを有する。周期性フィルタ１９１は、透過波長に周期性を有するフィルタ素子であり、例えばエタロンフィルタが好適である。また、アクチュエータ１９２は、図示しない駆動部により周期的に駆動され、枠材１９０を支持部材１８８に対して離接方向に振動させる。これにより、周期性フィルタ１９１は、図２０（ａ）に示すように支点１８９を支点として振動する。その結果、周期性フィルタ１９１に対する広帯域光Ｐ１の入射角が変調されることとなる。
【００６２】
図２０（ｃ）は、位相変調手段１３ｅを通過する前（グラフＧ１）及び通過した後（グラフＧ２）の、広帯域光Ｐ１のスペクトルの一例を示すグラフである。位相変調手段１３ｅの周期性フィルタ１９１において、広帯域光Ｐ１は周期的な波長成分のみ透過し、そのスペクトルはグラフＧ２のようになる。この周期的な波長成分は、周期性フィルタ１９１に対する広帯域光Ｐ１の入射角によって定まる。本形態では、アクチュエータ１９２によって周期性フィルタ１９１への広帯域光Ｐ１の入射角が変調されるので、広帯域光Ｐ１のスペクトルに含まれる各ピーク波形の中心波長が上下に変動する。すなわち、この位相変調手段１３ｅによれば、広帯域光Ｐ１の成分波長が変動し、位相差が変化するので、図１７に示した位相変調手段１３ａと同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、図１７〜図２０に示した構成以外にも、例えばポッケルス効果、光カー効果、または音響光学効果を有する素子を用いて広帯域光Ｐ１を変調することにより、位相変調手段を好適に実現できる。
【００６４】
＜偏波を変調する方式＞
図２１は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ａは、複屈折率を有する素子１９４を有する。このような素子１９４としては、例えば１／４波長板が好適である。この場合、図に示すように、直線偏波の広帯域光Ｐ１が円偏波または楕円偏波となって出力される。また、素子１９４は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、広帯域光Ｐ１の光軸を中心とした回転方向に振動する。これにより、素子１９４を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調される。従って、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、この変調周期よりも十分に長い時間をかけて反射光Ｐ２等を検出すれば、各波長成分内での干渉が平均化される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。
【００６５】
図２２は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｂは、液晶素子１９６を有する。液晶素子１９６に電圧を印加すると、内部の液晶組織の配列が変化し、透過光の偏波状態が変化する。従って、図に示すように、液晶素子１９６の両端に可変電圧源１９７を接続し、液晶素子１９６への印加電圧を変調することによって、液晶素子１９６を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調される。これにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６６】
図２３は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｃは、誘電体１９８を有する。この誘電体１９８は広帯域光Ｐ１に対して透明な磁性材料（たとえばガーネット）からなり、その磁界は広帯域光Ｐ１の光軸方向と直交している。広帯域光Ｐ１が誘電体１９８を通過すると、ファラデー効果により、磁場の強さと通過長とに応じた角度だけ広帯域光Ｐ１の偏波面が回転する。また、誘電体１９８は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、広帯域光Ｐ１の光軸を中心とした回転方向に振動する。これにより、誘電体１９８を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６７】
図２４は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｄは、非磁性誘電体２０１と、この誘電体２０１の対向する側面に配置された電磁コイル２０２，２０３とを有する。電磁コイル２０２，２０３に電流を供給すると、誘電体２０１の内部に磁界が形成され、誘電体２０１を透過する光の偏波状態がファラデー効果によって変化する。本形態では、駆動部２０４が電磁コイル２０２，２０３に電気的に接続されており、この駆動部２０４が電磁コイル２０２，２０３への供給電流を変調する。従って、誘電体２０１を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調されることとなる。これにより、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６８】
図２５は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｅは、広帯域光Ｐ１を反射する光反射面２０６ａが形成された磁性体２０６を有する。そして、磁性体２０６の光反射面２０６ａでの磁場の方向によって、広帯域光Ｐ１が反射する際の偏波面の回転角が変化する（磁気カー効果）。また、磁性体２０６は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、光反射面２０６ａの法線方向を中心として回転振動する。これにより、磁性体２０６において反射する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００６９】
図２６は、偏波変調手段の一形態を示す図である。同図に示す偏波変調手段１４ｆは、光弾性素子２０８を有する。光弾性素子２０８は、広帯域光Ｐ１の光軸方向に対して垂直な方向に応力が加えられることにより偏波面を回転させる作用を有する素子である。本形態の光弾性素子２０８は、図示しない駆動手段（アクチュエータ）によって、周期的に圧縮を繰り返すような力が印加される。これにより、光弾性素子２０８を透過する広帯域光Ｐ１の偏波面が変調され、広帯域光Ｐ１の各波長成分内での干渉が周期的に変化するので、図２１に示した偏波変調手段１４ａと同様の効果が得られる。
【００７０】
＜強度を変調する方式＞
広帯域光Ｐ１を生成するための光源として強度変動が少ない光を用いる場合、放射のタイミングが異なる光同士で干渉が生じることがある。従って、広帯域光Ｐ１に対して比較的強い強度変調を行うことにより、干渉の発生を抑制することができる。
【００７１】
図２７は、強度変調手段の一形態を示す図である。同図に示す強度変調手段１５ａは、強度変調器２１０と、該強度変調器２１０を駆動する駆動部２１１とを有する。強度変調器２１０は、広帯域光Ｐ１を導波する光導波路２１２ａを有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板２１２と、ニオブ酸リチウム基板２１２の表面に設けられた複数の電極２１３ａ，２１３ｂ，及び２１３ｃとによって構成されている。光導波路２１２ａは、平行に設けられた二本の光導波路２１２ｂ，２１２ｃを含む。これら光導波路２１２ｂ，２１２ｃの一端は、ニオブ酸リチウム基板２１２上で結合されて広帯域光源２０に光結合されている。また、光導波路２１２ｂ，２１２ｃの他端は、ニオブ酸リチウム基板２１２上で結合されて光照射部２３（図１参照）に光結合されている。電極２１３ａは光導波路２１２ｂの外側面に沿って配置され、電極２１３ｂは光導波路２１２ｂの外側面に沿って配置され、電極２１３ｃは光導波路２１２ｂ，２１２ｃの内側面に沿って配置されている。
【００７２】
電極２１３ａ〜２１３ｃによって光導波路２１２ｂ，２１２ｃに対照的な電界が与えられると、光導波路２１２ｂと光導波路２１２ｃとの間で干渉が生じ、広帯域光Ｐ１の強度が変化する。複数の電極２１３ａ〜２１３ｃは駆動部２１１と電気的に接続されており、各電極２１３ａ〜２１３ｃには駆動部２１１から変調電圧が印加される。
【００７３】
このような構成により、広帯域光Ｐ１の強度が時間的に変調されることとなり、放射のタイミングが異なる光同士での干渉が低減される。従って、波長成分内における干渉によるスペクトル分析等への影響を好適に抑えることができる。なお、図２７に示した強度変調器２１０においては、電極の配置は本形態に限られるものではなく、他に様々な配置を適用できる。
【００７４】
以上に述べた干渉抑制手段は、全て光源装置２が備えるものとして説明したが、スペクトル分析装置１の他の箇所（特に、試料Ａを載置する試料載置部４の周辺）においても実現することができる。既述の各手段を光源装置２とは別に設置する構成の他、例えば以下に説明する構成がある。
【００７５】
［各波長成分の光路を単一にする方式（その２）］
図２８（ａ）は、スペクトル分析装置１が備える干渉抑制手段の一形態を示す図である。同図に示す干渉抑制手段１６ａは、試料Ａの裏側に設けられたスリット板２１６を含む。スリット板２１６は、広帯域光Ｐ１が試料Ａの表面側から照射されて試料Ａから得られる光（本形態では透過光）を部分的に通過させる開口部（スリット）２１６ａを有する。この構成により、開口部２１６ａを通過した光のみが透過光Ｐ４として検出される。このような構成によれば、広帯域光Ｐ１の各波長成分が実質的に単一の光路を経由して検出されることとなるので、各波長成分における干渉を好適に抑えることができる。
【００７６】
このようなスリット板は、図２８（ｂ）に示すように、試料Ａの表面側に設けられてもよい。この場合、スリット板２１６の開口部２１６ａは、試料Ａの表面側から照射される広帯域光Ｐ１と、試料Ａから得られる反射光または散乱光とを部分的に通過させる。このような構成であっても、図２８（ａ）に示した干渉抑制手段１６ａと同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示した構成において、スリット板２１６は、広帯域光Ｐ１に対する反射率が極めて低い材質からなることが好ましい。また、開口部２１６ａの幅は、通過光の回折が強く生じない程度に、通過光の波長より十分広いことが好ましい。また、スリット板２１６に代えて、ピンホールを有する板を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本実施形態に係るスペクトル分析装置の基本構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図３】図３は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図４】図４は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図５】図５は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図６】図６は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図７】図７は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図８】図８は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図９】図９は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１０】図１０は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１１】図１１は、可干渉性低減手段の一形態を示す図である。
【図１２】図１２は、光路限定手段の一形態を示す図である。
【図１３】図１３は、光路限定手段の一形態を示す図である。
【図１４】図１４は、このような光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１６】図１６は、光路変調手段の一形態を示す図である。
【図１７】図１７は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）（ｂ）は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図１９】図１９は、位相変調手段の一形態を示す図である。
【図２０】図２０は、位相変調手段の一形態を示す図であり、図２０（ａ）は側面断面図、図２０（ｂ）は広帯域光の入射方向から見た正面図である。図２０（ｃ）は、位相変調手段を通過する前及び通過した後の、広帯域光のスペクトルの一例を示すグラフである。
【図２１】図２１は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２２】図２２は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２３】図２３は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２４】図２４は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２５】図２５は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２６】図２６は、偏波変調手段の一形態を示す図である。
【図２７】図２７は、強度変調手段の一形態を示す図である。
【図２８】図２８（ａ）（ｂ）は、スペクトル分析装置が備える干渉抑制手段の一形態を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…スペクトル分析装置、２…光源装置、３…検出装置、４…試料載置部、１０ａ〜１０ｉ…可干渉性低減手段、１１ａ，１１ｂ…光路限定手段、１２ａ〜１２ｄ…光路変調手段、１３ａ〜１３ｅ…位相変調手段、１４ａ〜１４ｆ…偏波変調手段、１５ａ…強度変調手段、１６ａ…干渉抑制手段、２０…広帯域光源、２１…レーザ光源、２２…非線形光学媒体、２３…光照射部、２４，３５…光ガイド、３１…光取入部、３２…分光器、３３…受光器、３４…データ処理器、Ａ…試料、Ｐ１…広帯域光、Ｐ２…反射光、Ｐ３…散乱光、Ｐ４…透過光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置であって、
前記広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備えることを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくする可干渉性低減手段であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記可干渉性低減手段が、
複数の前記広帯域光源と、
各広帯域光源から出射される前記広帯域光を並行して導波する導波手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を偏波面に応じて複数の光路に分ける分波手段と、
前記複数の光路を伝搬する光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を合波する合波手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を波長に応じて分光する分光手段と、
分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を集光する集光手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項６】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を拡幅する拡幅手段と、
拡幅された前記広帯域光に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を集光する集光手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項７】
前記可干渉性低減手段が複数の光反射体を有しており、
前記光反射体が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光の一部を前記広帯域光源へ向けて反射する第１の面と、
前記第１の面により反射された光を前記第１の面へ向けて反射する第２の面と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項８】
前記可干渉性低減手段が、前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を複数のモードで伝搬する光伝送手段を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を伝搬する複屈折率媒体と、
前記広帯域光源と前記複屈折率媒体との間に光結合された１／４波長板と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定するための光路限定手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光路限定手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を拡幅する拡幅手段と、
前記拡幅手段と光結合され、前記広帯域光の入射位置によって透過波長または反射波長が異なるフィルタ素子と
を有することを特徴とする、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
複数の前記広帯域光源を備え、
前記光路限定手段が、
前記複数の広帯域光源のそれぞれに光結合され、各広帯域光源から出射された前記広帯域光を波長に応じて分光する複数の分光手段を有し、
前記複数の分光手段が、前記広帯域光の入射方向と交差する方向に並設されていることを特徴とする、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光の光路を変調する光路変調手段、前記広帯域光の位相を変調する位相変調手段、前記広帯域光の波長を変調する波長変調手段、前記広帯域光の偏波面を変調する偏波変調手段、及び前記広帯域光の強度を変調する強度変調手段のうち少なくとも一つの手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１４】
試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光源装置を備えることを特徴とする、スペクトル分析装置。
【請求項１５】
試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、
広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置と、
前記広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段と
を備え、
前記干渉抑制手段が、前記試料へ照射される前記広帯域光、及び前記広帯域光の照射により前記試料から得られる光のうち少なくとも一方の光を部分的に通過させるための開口部を有する部材を含むことを特徴とする、スペクトル分析装置。
【請求項１】
広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置であって、
前記広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段を備えることを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光に含まれる各波長成分の可干渉性を小さくする可干渉性低減手段であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記可干渉性低減手段が、
複数の前記広帯域光源と、
各広帯域光源から出射される前記広帯域光を並行して導波する導波手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を偏波面に応じて複数の光路に分ける分波手段と、
前記複数の光路を伝搬する光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を合波する合波手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を波長に応じて分光する分光手段と、
分光された各波長成分に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を集光する集光手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項６】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を拡幅する拡幅手段と、
拡幅された前記広帯域光に含まれる複数の光路を進む光に位相のずれを生じさせる位相変化手段と、
前記位相変化手段を経た光を集光する集光手段と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項７】
前記可干渉性低減手段が複数の光反射体を有しており、
前記光反射体が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光の一部を前記広帯域光源へ向けて反射する第１の面と、
前記第１の面により反射された光を前記第１の面へ向けて反射する第２の面と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項８】
前記可干渉性低減手段が、前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を複数のモードで伝搬する光伝送手段を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記可干渉性低減手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を伝搬する複屈折率媒体と、
前記広帯域光源と前記複屈折率媒体との間に光結合された１／４波長板と
を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光に含まれる各波長成分の光路を空間的に限定するための光路限定手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光路限定手段が、
前記広帯域光源から出射された前記広帯域光を拡幅する拡幅手段と、
前記拡幅手段と光結合され、前記広帯域光の入射位置によって透過波長または反射波長が異なるフィルタ素子と
を有することを特徴とする、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
複数の前記広帯域光源を備え、
前記光路限定手段が、
前記複数の広帯域光源のそれぞれに光結合され、各広帯域光源から出射された前記広帯域光を波長に応じて分光する複数の分光手段を有し、
前記複数の分光手段が、前記広帯域光の入射方向と交差する方向に並設されていることを特徴とする、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記干渉抑制手段が、前記広帯域光の光路を変調する光路変調手段、前記広帯域光の位相を変調する位相変調手段、前記広帯域光の波長を変調する波長変調手段、前記広帯域光の偏波面を変調する偏波変調手段、及び前記広帯域光の強度を変調する強度変調手段のうち少なくとも一つの手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１４】
試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光源装置を備えることを特徴とする、スペクトル分析装置。
【請求項１５】
試料に光を照射してスペクトル分析を行うための装置であって、
広帯域光を生成する広帯域光源を備える光源装置と、
前記広帯域光の各波長成分における干渉を抑える干渉抑制手段と
を備え、
前記干渉抑制手段が、前記試料へ照射される前記広帯域光、及び前記広帯域光の照射により前記試料から得られる光のうち少なくとも一方の光を部分的に通過させるための開口部を有する部材を含むことを特徴とする、スペクトル分析装置。
【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２６】
【図２７】
【図２８】
【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２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２００８−１８０６５０（Ｐ２００８−１８０６５０Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３７３（Ｐ２００７−１５３７３）
【出願日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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